蛋白质的生物合成翻译.pptx

,单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第十四章蛋白质生物合成,-,翻译,(translation),遗传密码,蛋白质合成分子基础,蛋白质合成分子机制,氨基酸活化,肽链合成起始,肽链合成延长,肽链合成终止和释放,1/72,2,中心法则,指出，遗传信息表示最终是合成出含有特定氨基酸次序蛋白质，这种以,mRNA,上所携带遗传信息,到多肽链上所携带遗传信息传递，就好象以一个语言翻译成另一个语言时情形相同，所以称以,mRNA,为模板蛋白质合成过程为,翻译,(translation),。,翻译过程十分复杂，需要,mRNA,、,tRNA,、,rRNA,和各种蛋白因子参加。在此过程中,mRNA,为合成模板，,tRNA,为运输氨基酸工具，,rRNA,和蛋白质组成核糖体，是合成蛋白质场所，蛋白质合成方向为,NC,端。,2/72,3,遗传信息流动示意图,3/72,4,4/72,5,一、遗传密码（,genetic code),1,、概念,遗传密码,:DNA,（或,mRNA,）中核苷酸序列与蛋白质中氨基酸序列之间对应关系称为遗传密码。,密码子,(codon),：,mRNA,上每,3,个相邻核苷酸编码蛋白质多肽链中一个氨基酸，这三个核苷酸就称为一个密码子或三联体密码,(triplet coden),。,。,5/72,遗 传 密 码 表,6/72,7,2.,遗传密码基本特点,密码子是近于完全通用,(universal),。,密码间无标点符号且相邻密码子互不重合。,密码简并性,(degeneracy),：由一个以上密码子编码同一个 氨基酸现象称为简并，对应于同一氨基酸密码子称为同义密码子,(Synonymous codon),。,密码子摆动性,(wobble),:,转运氨基酸,tRNA,反密码需要经过碱基互补与,mRNA,上遗传密码反向配对结合，但反密码与密码间不严格恪守常见碱基配对规律，称为摆动配对。,64,组密码子中，,AUG,既是密码，又是起始密 码；有三组密码不编码任何氨基酸，而是多肽链合成终止密码子：,UAG,、,UAA,、,UGA,。,7/72,基因损伤引发,mRNA,阅读框架内碱基发生插入或缺失，可能造成移码突变,(frameshift mutation),。,插入,缺失,8/72,9,密码子、反密码子配正确摆动现象,tRNA,反密码子,第,1,位碱基,I,U,G,A,C,mRNA,密码子,第,3,位碱基,U,C,A,A,G,U,C,U,G,9/72,10,二、蛋白质合成分子基础,核糖体是蛋白质合成工厂,tRNA,是氨基酸转运工具,mRNA,是模板,10/72,11,（一）,mRNA,是蛋白质合成模板,mRNA(messenger RNA),是蛋白质生物合成过程中直接指令氨基酸掺入模板，是遗传信息载体。,遗传学将编码一个多肽遗传单位称为,顺反子,(cistron),。,原核细胞中数个结构基因常串联为一个转录单位，转录生成,mRNA,可编码几个功效相关蛋白质，为,多顺反子,(polycistron),。,真核,mRNA,只编码一个蛋白质，为,单顺反子,(single cistron),。,11/72,12,原核细胞,mRNA,结构特点,5,3,顺反子,顺反子,顺反子,插入次序,插入次序,先导区,末端次序,AGGAGGU,SD,区,半衰期短,许多原核生物,mRNA,以多顺反子形式存在,AUG,作为起始密码；,AUG,上游,7,12,个核苷酸处有一被称为,SD,序列保守区，,16S rRNA3,-,端反向互补而使,mRNA,与核糖体结合。,12/72,13,SD,序列,(,shine-Dalgarno,序列,),:-原核生物,1.位于起始密码上游,约,10,个核苷酸,处,，,2.序列富含嘌呤,(,如,AGGA/GAGG,）,3,.能和原核生物,核糖体小亚基,16,s rRNA,对应 互补。,4.,在,IF,3,、,IF,1,促进下和,30S,亚基结合。,13/72,14,起始密码,SD,序列,14/72,15,真核细胞,mRNA,结构特点,5,“,帽子,”,Poly,A,3,顺反子,m,7,G-5,ppp-N-3,p,帽子结构功效,使,mRNA,免遭核酸酶破坏,使,mRNA,能与核糖体小亚基结合并开始合成蛋白质,被蛋白质合成起始因子所识别，从而促进蛋白质合成。,Poly(A),尾巴功效,是,mRNA,由细胞核进入细胞质所必需形式,它大大提升了,mRNA,在细胞质中稳定性,AAAAAAA-OH,15/72,16,(,二,).tRNA,（,transfer ribonucleic asid,）,tRNA,在蛋白质合成中处于关键地位，它不但为每个三联体密码子译成氨基酸提供接合体，还为准确无误地将所需氨基酸运输到核糖体上提供运输载体。,1.tRNA,结构,:,(1)3,端氨基酸结合位点,(2),识别氨酰,-tRNA,合成酶位点,(3),核糖体识别位点,(4),反密码子,16/72,17/72,18,2.,反密码子与密码子”摆动配对”,18/72,19,密码,mRNA,5,3,3,5,反密码,tRNA,G,C,U,C,G,I,C,A,tRNA,反密码子与,mRNA,分子上密码子摆动配对,1,2,3,1,2,3,自由度大小由,tRNA,反密码子第一位碱基种类决定,19/72,20,3,、,”,第二套遗传密码,”,贮存在,mRNA,遗传密码称为第一套遗传密码,氨酰,-tRNA,合成酶只催化一个氨基酸和其相对应一个和几个,tRNA,结合,.,原核细胞内最少有,32,种,tRNA,tRNA,分子上一些碱基能决定其携带氨基酸专一性,.,氨酰,-tRNA,合成酶和,tRNA,之间相互作用和,tRNA,分子中一些碱基对决定携带专一氨基酸作用称为,第二套遗传密码,20/72,21,(,三,),、核糖体,1.,核糖体组成,21/72,22,2.,核糖体结构,原核细胞,70S,核糖体,A,位、,P,位及,mRNA,结合部位示意图,P,位（,结合或接收肽基部位）,A,位（,结合或接收,AA-tRNA,部位）,50S,5,3,mRNA,30S,22/72,23,anticodon,codon,23/72,24/72,25,三 蛋白质合成分子机制（原核生物）,氨基酸活化,肽链合成起始,肽链延长 “核糖体循环”,肽链合成终止,蛋白质加工、修饰,25/72,26,(,一,),、氨基酸活化,在氨酰,-tRNA,合成酶,(aminoacyl-tRNA synthetase),催化下进行,氨基酸,+,tRNA,氨基酰,-,tRNA,ATP,AMP,PPi,氨酰,-tRNA,合成酶,26/72,27,第一步反应,氨基酸,ATP-E,氨酰,-AMP-E,PPi,27/72,28,第二步反应,氨酰,-AMP-E,tRNA,氨酰,-tRNA,AMP,E,28/72,29,tRNA,与酶结合模型,tRNA,氨基酰,-,tRNA,合成酶,ATP,29/72,30,(,二,),、肽链合成起始复合物形成,1.,所需条件,游离核糖体大小亚基,mRNA 5,端起始信号,起始,fmet-tRNA,met,GTP,三种可溶性起始因子,(,initiation factors,IF),30/72,31,2.N-,甲酰甲硫氨酰,-tRNA,t,Met,形成,转甲酰基酶,N,10,-,甲酰,FH,4,FH,4,Met-tRNA,t,Met,fMet-tRNA,t,Met,+,H,2,N-CH-COO-tRNA,CH,2,CH,2,S,CH3,CHO,-HN-CH-COO-tRNA,CH2,CH2,S,CH3,31/72,32,3.,三种起始因子,IF,1,IF,2,IF,3,辅助,IF,3,有,GTP,酶活性,特异识别,fmet-tRNA,i,met,形成,fmet-tRNA,i,met,-IF,2,-GTP,促进,30S,小亚基结合,mRNA,终止时：促使核糖体解离,32/72,33,1.,核糖体亚基拆离,2.mRNA,在小亚基上就位,3.,fmet-tRNA,f,met,结合,起始序列（,SD,序列）,30S,小亚基与,mRNA,识别、结合,IF,1,、,IF,3,帮助,fmet-tRNA,f,met,-IF,2,-GTP,经过其反密码与,mRNA,上起始密码,AUG,相配对,4.30s,起始复合物形成,33/72,34,IF,3,脱落,50S,大亚基结合,GTP GDP+Pi,IF,2,、,IF,1,脱落,大小亚基,mRNA,fmet-tRNA,i,met,（结合于核糖体,P,位,）,5.70s,起始复合物,形成,70s,起始复合物,组成,34/72,IF-3,IF-1,核蛋白体大小亚基分离,35/72,A,U,G,5,3,IF-3,IF-1,mRNA,在小亚基定位结合,36/72,IF-3,IF-1,IF-2,GTP,起始氨基酰,tRNA(fMet-tRNA,i,met,),结合到小亚基,A,U,G,5,3,37/72,IF-3,IF-1,IF-2,GTP,GDP,Pi,核蛋白体大亚基结合，起始复合物形成,A,U,G,5,3,38/72,IF-3,IF-1,A,U,G,5,3,IF-2,GTP,IF-2,-GTP,GDP,Pi,39/72,30S,50S,40/72,41,(,三,).,肽链延长（进位、成肽、移位）,所需条件,70S,起始复合物,延长,tRNA,转运氨基酸,延长因子,(,elongation factors,EF),GTP,肽链延长在核蛋白体上连续性循环式进行，又称为,核蛋白体循环,(ribosomal cycle),，每次循环增加一个氨基酸，包含以下三步：,进位,(entrance),成肽,(peptide bond formation),移位,(translocation),41/72,42,1.,进位,氨基酰,-tRNA,依据遗传密码指导，进入核糖体受位。,又称注册,(registration),参加延长因子,EF-Tu,：帮助,AA-tRNA,进入,A,位,含有,GTP,酶活性,EF-Ts,：,促进,EF-Tu,再利用,42/72,43/72,Tu,Ts,GTP,GDP,A,U,G,5,3,Tu,Ts,GTP,44/72,45,2.,成肽,酶,肽键,位置,肽酰基转移酶（大亚基）,P,位：,f-met-,（肽酰）,-COO,-,+,A,位：氨基酰,-NH,4,+,形成肽键,A,位：反应在此位上进行,（,P,位上,f-met,退至,A,位）,生成二肽在,A,位上。,P,位：无负载,tRNA,45/72,46/72,47,3.,移位,在,A,位二肽链连同,mRNA,从,A,位进入,P,位,酶,位置,方向,结果,移位因子,-,EFG,有,GTP,酶活性,帮助核糖体沿,mRNA,前移,游离,tRNA,释放,P,位：肽,-tRNA-mRNA,A,位：空留,下一个氨酰,-tRNA,进入,mRNA,：从,5,3,移动,1,个带有肽链,tRNA,：从,A,位,B,位,肽链合成：从,N,端,C,端延长,P,位上无负载,tRNA,在肽键形成前从,E,位脱落。,47/72,48,48/72,fMet,A,U,G,5,3,fMet,Tu,GTP,49/72,50,合成中能量消耗,70S,复合物形成时能量消耗,延长时能量消耗,活化,:2,个,ATP,70S,复合物形成时消耗,1,个,ATP,每合成一个肽键，,消耗,4,个高能磷酸键,活化：,2,个,ATP,进位：,1,个,GTP,移位：,1,个,GTP,50/72,51,(,四,).,肽链合成终止和释放,终止密码识别,肽链从肽酰,-tRNA,水解出,mRNA,从核糖体中分离及大小亚基拆开,终止因子,(,release factors),参加,UAA,、,UAG,、,UGA,GTP GDP+Pi,IF,3,结合,30,小亚基,RF,1,：,作用于,UAA,、,UAG,RF,2,：作用于,UGA,RF,3,：促进释放,结合,GTP/GTP,酶活性,51/72,U,A,G,5,3,RF,COO,-,52/72,53,多核糖体,一条,mRNA,链上,同时含有,许多个核糖体,（每隔,80,核苷酸有一个核糖体）,一条,mRNA,可同时合成,多条多肽链,53/72,54,(,五,).,翻译后加工,一级结构修饰,:,N-,端,Met(fMet),去除,二硫键形成,个别氨基酸修饰,蛋白质前体中无须要肽段切除,多蛋白加工,羟化作用,:,羟脯氨酸,羟赖氨酸,酶活性中心磷酸化,分泌性蛋白,一条合成后多肽链经加工产生各种不一样活性蛋白质,/,多肽,54/72,55,分泌性蛋白加工,分泌性蛋白合成时带有,“,信号肽,”,（,signal peptide),有些蛋白质前体在合成结束后仍需,切除其它肽段,比如：胰岛素加工,55/72,56,信号肽,(,signal peptide),:,(1),在,真核生物,未成熟分泌性蛋白质中,可被,细胞转运系统识别特征性氨基酸序列,约,15-30 AA(,含疏水,AA,较多,),。,(2),作用：把合成蛋白质移向粗面内质网膜,与粗面内质网膜结合,(,信号肽颗粒,识别、结合,),把合成蛋白质送入粗面内质网膜,(3),信号肽对靶向输送有决定作用,。,56/72,57,信号肽颗粒,识别、结合,胞浆,带有,信号肽,分泌蛋白,粗面内质网,通道识别,信号肽酶,切除信号肽,肽链合并,高尔基体,深入加工,分泌出胞外,带有信号肽分泌性蛋白加工、分泌过程,57/72,SRP:,信号识别体,信号肽识别过程,58/72,胰岛素加工过程,59/72,多蛋白加工,一条合成后多肽链经加工产生各种不一样活性蛋白质,/,多肽,60/72,61,高级结构修饰,:,亚基聚合,结合蛋白质合成,辅基连接,HbA,亚单位聚合,糖蛋白合成,辅基(辅酶)与肽链结合,61/72,62,四,.,真核生物翻译特点：,核糖体,起始,tRNA,合成过程,线粒体,原核生物,简单,fmet-tRNA,i,met,需,ATP,、,GTP,IF,1,、,IF,2,、,IF,3,EF-TU,、,EF-TS,、,EFG,RF,1,、,RF,2,、,RF,3,真核生物,大而复杂,Met-tRNA,i,met,需,ATP,起始因子多,延长因子少,（,EFT,1,、,EFT,2,）,一个释放因子,独立蛋白质合成系统,62/72,63,五,.,蛋白质合成与医学,(,一,),、分子病：,蛋白质分子中氨基酸序列异常遗传病。,比如：镰刀红细胞贫血,原因：,DNA,中出现了一个碱基突变。,63/72,64,正常人,Hb(HbA),：,链,N,端第,6,个氨基酸为,Glu,HbS,：,链,N,端第,6,个氨基酸为,Val,造成：,HbS,携氧能力下降,缺氧时,RBC,呈镰刀状，脆性增加，溶血,64/72,65,(,二,),、蛋白质生物合成阻断剂,1,、抗菌素类,阻断剂,2,、作为蛋白质合成阻断剂毒素,细菌毒素,-,白喉毒素,对真核生物有剧毒毒素，,抑制蛋白质合成。,65/72,66,白喉毒素,白喉杆菌产生毒蛋白，,A,、,B,两条链组成。,本质：,A,链,-,修饰酶,B,链,识别受体，帮助,A,链,作用机制,:,eEF,2,A,链,eEF,2,-,腺苷二磷酸衍生物,(,无活性,),66/72,67,酶,（,eEF,2,作用相当于,EFG,）,(,无活性,),67/72,68,（,1,）干扰素（,interferon,）,干扰素,真核细胞感染病毒后分泌含有抗病毒作用蛋白质，抑制病毒繁殖。干扰素抗病毒机制：干扰素,eIF,2,-P,（,-,）蛋白质合成,+,双链,RNA,2,-5,A,合成酶,（,-,）蛋白质合成,(,诱导产生,),3,、作为蛋白质合成阻断剂其它蛋白质类物质,68/72,1,2,69/72,70,（,2,）,eIF,2,蛋白激酶,缺铁性贫血是网织红细胞蛋白合成障碍,机制：,eIF,2,蛋白激酶活化,eIF,2,磷酸化,缺铁性贫血,血红素不足时,eIF,2,蛋白激酶活化,eIF,2,磷酸化,eIF,2,活性下降,Hb,合成降低,70/72,GEF,正常时：,eIF,2,-GDP eIF,2,-GTP,缺铁性贫血：,71/72,本章结束了！,72/72,