蛋白质的生物合成专题.pptx

,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,Click to edit Master title style,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11章2 蛋白质生物合成,1/86,第1节 蛋白质合成体系,2/86,一、mRNA与遗传密码,蛋白质合成直接模板，指导肽链合成。,mRNA分子上核苷酸次序决定蛋白质分子氨基酸次序。,1、信使RNA,3/86,、遗传密码,3个连续核苷酸代表1个氨基酸，即每3个核苷酸组成1个密码子，称为,三联体密码,。,4/86,4种碱基怎样对应20种基本氨基酸？,1,个碱基对应一个AA 4,2,个碱基对应一个AA 16,3,个碱基对应一个AA 64,三联体密码,（）遗传密码破译,5/86,遗传密码表,6/86,1、方向性,2、简并性,除Try和Met各有一个，其它都有两个以上。,3、通用性与例外,全部生物共用一套密码。但在真核细胞线粒体中，,UAG,不是,终止密码子,，是,Trp,密码子；,AUA,不是,Ile,密码子，而是,Met,密码子；,AGA,和,AGG,不是,Arg,密码子，而是,终止密码子,。,4、读码连续性,（2）遗传密码基本特征,7/86,5、有起始密码子和终止密码子,起始密码子：AUG,终止密码子：UAA、UAG、UGA,6、变偶性,tRNA上反密码子,第1位,碱基与mRNA密码子,第3位,碱基配对时，能够在一定范围内变动，即并不严格遵照碱基配对规律，这一现象称为,摆动性（变偶性）,。,8/86,二、tRNA,氨基酸携带者；,每一个氨基酸都有特有tRNA携带，有氨基酸能够被几个tRNA携带称为,同工受体tRNA；,携带了氨基酸tRNA：,Ala-tRNA,Ala,原核细胞：起始甲酰甲硫氨酰,tRNAtRNA,f,Met,真核细胞：,起始tRNAtRNA,m,Met,肽链延伸tRNA,Met,9/86,核蛋白体组成,核蛋,白体,原核生物,真核生物,蛋白质,S值,rRNA,蛋白质,S值,rRNA,小亚基,21种,30S,16S,33种,40S,18S,大亚基,34种,50S,23S,5S,49种,60S,28S,5.8S,5S,核蛋白体,70S,80S,三、核糖体是蛋白质合成工厂,10/86,11/86,原核生物核蛋白体结构模式,12/86,多核糖体,（polysome),一个mRNA分子可同时有多个核蛋白体在进行同一个蛋白质合成，这种mRNA和多个核蛋白体聚合物称为多聚核蛋白体。,13/86,四、翻译辅助因子,P349 表13-5,14/86,第2节 蛋白质生物合成,氨基酸活化,肽链合成起始,肽链合成延伸,肽链合成终止与释放,翻译后加工,15/86,一、氨基酸活化,氨基酸+,tRNA,氨基酰-,tRNA,ATP,AMP,PPi,氨酰-tRNA合成酶,16/86,二、肽链合成起始,指mRNA和起始氨基酰-tRNA分别与核蛋白体结合而形成,翻译起始复合物,(translational initiation complex)。,参加起始过程蛋白质因子称起始因子（initiation factor，IF）。,17/86,S-D序列：,在原核生物mRNA起始密码AUG上游，存在49个富含嘌呤碱一致性序列，如-AGGAGG-，称为,S-D序列,。又称为,核蛋白体结合位点,（ribosomal binding site，RBS)能与16S核糖体RNA识别，以帮助从起始AUG处开始翻译。,Shine和Dalgarno,（一）、起始密码子识别,18/86,S-D序列,19/86,（二）、原核生物翻译起始复合物形成,核蛋白体大小亚基分离；,mRNA,在小亚基定位结合；,起始氨基酰-tRNA,结合；,核蛋白体大亚基结合。,20/86,IF-3,IF-1,1.核蛋白体大小亚基分离,21/86,A,U,G,5,3,IF-3,IF-1,2.mRNA在小亚基定位结合,22/86,IF-3,IF-1,IF-2,GTP,A,U,G,5,3,3.起始氨基酰tRNA与小亚基结合,23/86,IF-3,IF-1,IF-2,GTP,GDP,Pi,A,U,G,5,3,4.核蛋白体大亚基结合,24/86,A：aminoacyl site,P：peptide site,E：exit site（大部分在大亚基上）,25/86,IF-3,IF-1,A,U,G,5,3,IF-2,GTP,IF-2,-GTP,GDP,Pi,起始过程消耗1个GTP。,26/86,指按照mRNA密码序列指导，依次添加氨基酸,从N端向C端,延伸肽链，直到合成终止过程。,三、蛋白质合成延伸（elongation）,27/86,肽链延长是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，分为以下三步：,进位,（entrance）,转肽,（peptide bond formation）,移位,（translocation）,28/86,进位,指依据mRNA上一组遗传密码指导，使对应氨基酰-tRNA进入核蛋白体A位。,29/86,Tu,Ts,GTP,GDP,A,U,G,5,3,Tu,Ts,GTP,延长因子EF-T催化进位（原核生物）,30/86,转肽：肽酰转移酶（核糖体参加催化）,31/86,32/86,33/86,延长因子EF-G有转位酶（translocase）活性，可结合并水解1分子GTP，促进核蛋白体向mRNA3侧移动。,移位：EF-G（EF-2）,34/86,35/86,进位,移位,转肽,36/86,肽酰转移酶活性变为酯酶活性,（八）翻译终止（terminate）,当mRNA上终止密码（,UAA、UAG、UGA,）出现后，多肽链合成停顿，肽链从肽酰-tRNA中释出，mRNA、核蛋白体等分离，这些过程称为肽链合成终止。,37/86,原核肽链合成终止过程,38/86,U,A,G,5,3,RF,COO,-,39/86,原核生物蛋白质合成,能量计算,氨基酸活化：2个PATP,起始：1个GTP,延长：2个GTP,终止：1个GTP,结论：,每合成一个肽键最少消耗4个P。,40/86,蛋白质合成过程小结,肽链合成方向N C（同位素证实）,以mRNA5-3方向阅读遗传密码,该合成过程是一个耗能过程,41/86,新生多肽链不具备蛋白质生物学活性，必须经过复杂加工过程才能转变为含有天然构象功效蛋白质，这一加工过程称为,翻译后修饰(posttranslational modification)。,翻译后修饰包含多肽链折叠为天然三维构象及对肽链一级结构修饰、空间结构修饰等。翻译后修饰使得蛋白质组成愈加多样化，从而使蛋白质结构上展现更大复杂性。,第三节,蛋白质翻译后修饰和靶向输送,42/86,蛋白质合成后被定向输送到其发挥作用靶位点过程称为,蛋白质靶向输送(protein targeting),。,第三节,蛋白质翻译后修饰和靶向输送,43/86,一、多肽链折叠为天然构象蛋白质,新生肽链折叠在肽链合成中、合成后完成，新生肽链N-端在核蛋白体上一出现，肽链折叠即开始。可能伴随序列不停延伸肽链逐步折叠，产生正确二级结构、模序、结构域到形成完整空间构象。,普通认为，多肽链本身氨基酸次序储存着蛋白质折叠信息，即一级结构是空间构象基础。,细胞中大多数天然蛋白质折叠都不是自动完成，而需要其它酶和蛋白质辅助。,第三节,蛋白质翻译后修饰和靶向输送,44/86,几个有促进蛋白质折叠功效大分子:,分子伴侣(molecular chaperon),蛋白质二硫键异构酶(protein disulfide isomerase,PDI),3.肽-脯氨酰顺反异构酶(peptide prolyl-cis-trans isomerase,PPI),第三节,蛋白质翻译后修饰和靶向输送,45/86,1.分子伴侣:,分子伴侣是细胞内一类可识别肽链非天然构象、促进各功效域和整体蛋白质正确折叠保守蛋白质。,分子伴侣有以下功效：,封闭待折叠蛋白质暴露疏水区段；,创建一个隔离环境，能够使蛋白质折叠互不干扰；,促进蛋白质折叠和去聚集；,碰到应激刺激，使已折叠蛋白质去折叠。,第三节,蛋白质翻译后修饰和靶向输送,46/86,(1)热休克蛋白(heat shock protein,HSP),(2)伴侣蛋白(chaperonin),分子伴侣主要有：,第三节,蛋白质翻译后修饰和靶向输送,47/86,(1)热休克蛋白(heat shock protein,HSP),热休克蛋白属于应激反应性蛋白质，高温应激可诱导该蛋白质合成。热休克蛋白可促进需要折叠多肽折叠为有天然空间构象蛋白质。,热休克蛋白包含HSP70、HSP40和GrpE三族。,第三节,蛋白质翻译后修饰和靶向输送,48/86,(2)伴侣蛋白(chaperonin),伴侣蛋白是分子伴侣另一家族，如大肠杆菌Gro EL和Gro ES（真核细胞中同源物为HSP60和HSP10）等家族。,其主要作用是为非自发性折叠蛋白质提供能折叠形整天然空间构象微环境。,第三节,蛋白质翻译后修饰和靶向输送,49/86,2.蛋白质二硫键异构酶,多肽链内或肽链之间二硫键正确形成对稳定分泌型蛋白质、膜蛋白质等天然构象十分主要，这一过程主要在细胞内质网进行。,二硫键异构酶在内质网腔活性很高，可在较大区段肽链中催化错配二硫键断裂并形成正确二硫键连接，最终使蛋白质形成热力学最稳定天然构象。,第三节,蛋白质翻译后修饰和靶向输送,50/86,3.肽-脯氨酰顺反异构酶,多肽链中肽酰-脯氨酸间形成肽键有顺反两种异构体，空间构象有显著差异。,肽酰-脯氨酰顺反异构酶可促进上述顺反两种异构体之间转换。,肽酰-脯氨酰顺反异构酶是蛋白质三维构象形成限速酶，在肽链合成需形成顺式构型时，可使多肽在各脯氨酸弯折处形成准确折叠。,第三节,蛋白质翻译后修饰和靶向输送,51/86,二、蛋白质一级结构修饰主要是肽键水解和化学修饰,（一）肽链末端修饰,（二）个别氨基酸共价修饰,1糖基化,2羟基化,3甲基化,4磷酸化,5二硫键形成,6亲脂性修饰,第三节,蛋白质翻译后修饰和靶向输送,52/86,四、合成后蛋白质可被靶向输送至细胞特定部位,蛋白质在核蛋白体上合成后，必须分选出来，定向输送到一个适当部位才能行使各自生物学功效。蛋白质靶向输送与翻译后修饰过程同时进行。,第三节,蛋白质翻译后修饰和靶向输送,53/86,新生蛋白质去向：,第三节,蛋白质翻译后修饰和靶向输送,54/86,全部靶向输送蛋白质结构中存在分选信号，主要是N末端特异氨基酸序列，可引导蛋白质转移到细胞适当靶部位，这类序列称为,信号序列(signal sequence),。,信号序列是决定蛋白质靶向输送特征最主要元件，提醒指导蛋白质靶向输送信息存在于蛋白质本身一级结构中。,（一）靶向输送蛋白质N-端存在信号序列,第三节,蛋白质翻译后修饰和靶向输送,55/86,N-端含1个或几个带正电荷碱性氨基酸残基，如赖氨酸、精氨酸；,中段为疏水关键区，主要含疏水中性氨基酸，如亮氨酸、异亮氨酸等；,C-端加工区由一些极性相对较大、侧链较短氨基酸（如甘氨酸、丙氨酸、丝氨酸）组成，紧接着是被信号肽酶(signal peptidase)裂解位点。,信号肽有以下共性：,第三节,蛋白质翻译后修饰和靶向输送,56/86,第三节,蛋白质翻译后修饰和靶向输送,57/86,靶向输送到细胞核蛋白质其多肽链内含有特异信号序列，称为,核定位序列(nuclear localization sequence,NLS),。,NLS为含48个氨基酸残基短序列，富含带正电荷赖氨酸、精氨酸和脯氨酸，可位于肽链不一样部位，而不只在N末端。,不一样NLS间未发觉共有序列；在蛋白质进核定位后，NLS不被切除。,核定位序列,第三节,蛋白质翻译后修饰和靶向输送,58/86,真核细胞分泌型蛋白质靶向输送过程为：核蛋白体上合成肽链先由信号肽引导进入内质网腔并被折叠成为含有一定功效构象蛋白质，在高尔基复合体中被包装进分泌小泡，转移至细胞膜，再分泌到细胞外。,（二）分泌型蛋白质由分泌小泡靶向输送至胞外,第三节,蛋白质翻译后修饰和靶向输送,59/86,信号序列引导蛋白质进入内质网,第三节,蛋白质翻译后修饰和靶向输送,60/86,与分泌型蛋白质一样，内质网中驻留蛋白质先经粗面内质网上附着核蛋白体合成并进入内质网腔，然后随囊泡输送到高尔基复合体。不过，内质网蛋白质多肽链C-端含有滞留信号序列，可与对应受体结合。在高尔基复合体上，内质网蛋白质经过其滞留信号序列与受体结合后，随囊泡输送回内质网。,（三）靶向输送至内质网蛋白质C-端含有滞留信号序列,第三节,蛋白质翻译后修饰和靶向输送,61/86,（四）质膜蛋白质靶向输送由囊泡转移到细胞膜,质膜蛋白质合成时在粗面内质网上跨膜机制与分泌型蛋白质跨膜机制相同，不过，质膜蛋白质肽链并不完全进入内质网腔，而是锚定在内质网膜上。,不一样类型跨膜蛋白质以不一样形式锚定于膜上。,第三节,蛋白质翻译后修饰和靶向输送,62/86,（五）线粒体蛋白质以其前体形式在胞液合成后靶向输入线粒体,绝大部分线粒体蛋白质是由核基因组编码、在胞液中游离核蛋白体上合成后释放、靶向输送到线粒体中。,第三节,蛋白质翻译后修饰和靶向输送,63/86,真核细胞线粒体蛋白质靶向输送,第三节,蛋白质翻译后修饰和靶向输送,64/86,（七）细胞核蛋白质在胞液中合成后经核孔靶向输送入核,第三节,蛋白质翻译后修饰和靶向输送,65/86,N端改造,fMet切除,信号肽（能透膜，进行蛋白质锚定）切除,氨基酸修饰/改造,肽链内或肽链间二硫键形成、乙酰化、甲基化,氨基酸残基修饰（Pro-OH/Cys-OH）,4.,糖基化,（Asp、Ser、Thr、Asn）,5.,一些多肽要经特殊酶切一段肽链后才有生物活性(如：胰岛素,),6.,高级结构形成 在分子伴侣帮助下形成正确结构,7.锚定（定位）,66/86,第四节 抑制蛋白质生物合成抗菌素,一、四环素族,抑制氨基酰-tRNA与原核细胞核糖体结合。,二、氯霉素,与原核细胞核糖体50S结合，阻断肽链形成。,三、链霉素与卡那霉素,与原核细胞核糖体30S结合，改变其构象，引发读,码错误，造成合成错误蛋白质。,67/86,四、嘌呤霉素,结构与氨基酰tRNA末端相同，带有游离氨基酸，,能够取代氨基酰tRNA进入核糖体受位，使正在合成肽,链转移到嘌呤霉素氨基上，这种异常肽链很轻易从核,糖体上释放，肽链合成终止。,五、亚胺环己酮（放线菌酮）,对真核细胞有作用，能抑制核糖体上肽链转移酶,活性。,68/86,本章小结,1.蛋白质合成体系。,2.核糖体结构。,3.密码子特点。,4.蛋白质合成过程。,5.蛋白质翻译后加工。,69/86,1.真核生物在蛋白质生物合成中起始tRNA是,A.亮氨酸tRNA,B.丙氨酸tRNA,C.赖氨酸tRNA,D.甲酰甲硫氨酸tRNA,E.甲硫氨酸tRNA,70/86,4.反密码子IGG对应密码子是,A.ACC,B.GCC,C.UCC,D.CCA,E.GCG,6.蛋白质合成方向,A.由mRNA3,端向5,端进行,B.由mRNA3,端与5,端进行,C.由肽链C端向N端进行,D.由肽链N 端向C端进行,E.由肽链N 端与C端进行,71/86,72/86,73/86,判断题,1.三羧环循环酶系全都位于线粒体基质。(,-,),2.三羧酸循环是糖，脂肪和氨基酸氧化生能最终共同通路。(,+,),3.每摩尔葡萄糖经三羧酸循环产生ATP分子数比糖酵解时产生ATP多一倍。(,-,),4.DNA只存在于细胞核中，核外没有。,(,-,),5.DNA复制时，岗崎片段合成需要RNA引物。(,+,),74/86,6.,水解蛋白质所取得全部氨基酸均为L氨基酸。（,-,）,7.,与非酶促反应相比，酶促反应能使更多底物形成产物。（,-,）,8.,亚基是独立结构单位，但不是独立功效单位。（,+,）,9.,糖酵解过程中，因为葡萄糖和果糖活化都需要ATP，所以，ATP高时，糖酵解速度会加紧。（,-,）,10.,DNA、RNA和蛋白质合成都不需要引物。（,-,）,75/86,11.,假如DNA样品A中Tm低于DNA样品B中Tm，那么样品A中含有A-T碱基对高于样品B。（,+,）,12.,线粒体中FADH,2,P/O比是2。（,+,）,13.,丙酮酸脱氢酶系与酮戊二酸脱氢酶系含有相同辅因子。（,+,）,14.,脂肪酸合成限速酶是乙酰CoA羧化酶。（,+,）,15.,一条新链合成开始时，fMet-tRNAfMet与核糖体A位结合。（,-,）,76/86,16.真核细胞和原核细胞转录和翻译都是偶联。（,-,）,17.DNA半不连续复制是指复制时一条链合成方向是从5到3，而另一条 链是3到5。（,-,）,18.1/Km愈大，表明酶和底物亲和力越大。（,+,）,19.奇数脂肪酸不经过-氧化方式氧化。（,-,）,20.tRNA分子中存在有胸腺嘧啶核糖核苷酸。（,+,）,77/86,21.,只有DNA作为遗传信息。（,-,）,22.,辅基与酶结合不紧，很轻易除去。（,-,）,23.,分子内氢键使螺旋稳定。（,+,）,24.,6-磷酸葡萄糖和6-磷酸果糖都是磷酸酯且不含高能键。（,+,）,25.,-氧化路径是脂肪酸合成逆反应。（,-,）,78/86,26.在脂肪酸合成过程中，中间产物是以共价键与ACP相联。（,+,）,27.蛋白质分子中因含有Phe、Tyr、Trp，所以在260nm处有最大吸收。（,-,）,28.蛋白质是稳定亲水胶体，其稳定原因是因为蛋白质表面含有相反电荷与水膜。（,-,）,29.蛋白质合成中，终止密码子不编码任何氨,基酸。（,+,）,30.酶活力随反应温度升高而不停加大。（,-,）,79/86,31.反竞争性抑制剂不会改变酶最大反应速度。（,-,）,32.酮体生成和利用都是在肝脏中进行。,（,-,）,33.L-谷氨酸脱氢酶能够催化L-谷氨酸氧,化脱氨，它辅助因子是NAD+。（,+,）,34.催化ATP分子中磷酰基转移到受体上酶,称为激酶。（,+,）,35.淀粉、糖原、纤维素合成均需引物存在。（,+,）,80/86,36.呼吸链中E,0,值越小，夺取电子倾向越,大。（,-,）,37.脂肪酸合成直接前体是丙二酸单酰 CoA。（,+,）,38.FAD和FMN是维生素B,2,衍生物。（,+,）,39.参加尿素循环酶都位于线粒体内。（,-,）,40.生物体内转运一碳单位载体是四氢叶酸。（,+,）,81/86,41.在大肠杆菌中DNA聚合酶I主要起聚合复制作用。（,-,）,42.Sephadex G 25中数字“25”表示每克干胶能吸收250ml水。（,+,）,43.用定磷法测定核酸含量，样品若消化不完全，则会使测定结果偏低。（,+,）,44.糖酵解中间产物磷酸丙糖试验中，酵母能提供糖酵解所需要酶和无机物。（,+,）,45.稀碱法提取酵母RNA时，应防止在2070 之间停留时间过长。（,+,）,82/86,名词解释,Tm值,等电点,酶活性中心,蛋白质二级结构,三羧酸循环,底物磷酸化,必需氨基酸,辅酶和辅基,不对称转录,中心法则,83/86,必需氨基酸：,机体需要但不能本身合成，,必须由食物中获取一类氨基酸(0.5分)，包,括：赖氨酸、色氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮,氨酸、苏氨酸、蛋氨酸和苯丙氨酸8种(1.5分)。,Tm值：,DNA变性过程中，紫外吸收值到达最大,值50%或50%双链结构被解开时温度称为,DNA解链温度(1.5分)。Tm值与DNA分子,大小和所含碱基中G+C百分比成正比(0.5分)。,84/86,机体内存在哪两种联合脱氨方式？为何说联合,脱氨是多数氨基酸主要脱氨方式？,（1）转氨酶和L-谷氨酸脱氢酶联合脱氨基作用、转氨酶和嘌呤核苷酸联合脱氨基作用；,（2）首先转氨基作用从整体来看，只是氨基酸氨基转移到酮酸生成另一氨基酸，氨基并没有脱去，氨基酸没有分解；另首先，氧化脱氨作用仅限于L-谷氨酸作用较强，因为L-谷氨酸脱氢酶特异性高，只催化L-谷氨酸脱氢，其它氨基酸不能经过这一路径。,（3）在心肌、骨肌和脑中，腺苷酸脱氨酶、腺苷琥珀酸合成酶和腺苷琥珀酸裂解酶活性和含量比较高。,85/86,糖代谢过程中生成丙酮酸能够进入哪些代谢,路径？,（1）在缺氧条件下，丙酮酸接收3-磷酸甘油醛脱下氢生成乳酸；,（2）在有氧条件下，进入三羧酸循环，彻底氧化生成CO2、H2O、ATP；,（3）脂肪酸及乙酰CoA多时，丙酮酸在丙酮酸羧化酶催化下转变为草酰乙酸；,（4）丙酮酸经过联合脱氨基作用逆行生成丙氨酸。,86/86,