第15章蛋白质的生物合成-翻译.ppt

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,PPT,文档演模板,Office,PPT,09 十一月 2026,第15章蛋白质的生物合成-翻译,本章主要内容,1.翻译系统,2.蛋白质生物合成的过程,3.多肽链翻译后的修饰,4.蛋白质的到位,重点和难点：,原核生物蛋白质合成的过程,原核生物与真核生物蛋白质合成的区别,1 蛋白质的翻译系统,以mRNA为模板，在核糖体、tRNA和多种蛋白因子的共同作用下，将mRNA中4种核苷酸的语言解读为蛋白质中20种氨基酸的语言，又称,翻译（Translation）。,1.1 蛋白质的生物合成,原料:20种氨基酸,mRNA:合成蛋白质的模板。,tRNA:原料氨基酸的“搬运工”。,rRNA:与多种蛋白质结合成核糖体，为,合成多肽链的装配机。,mRNA是遗传信息的载体（载有遗传密,码），是合成蛋白质的模板，它以一系列,三,联体密码子,的形式从DNA转录了遗传信息。,每个密码子代表一个氨基酸。,1.2 mRNA,遗传密码（genetic code）：,核酸中的,核苷酸碱基序列,与蛋白质中的,氨基酸序列,之间的,对应关系。,三个碱基编码一个氨基酸，三联碱基称为一个,密码子（codon）。,(1)遗传密码,1961年，M.Nirenberg等用,放射性同位素标记,的方法对密码子的组成进行了推测，证明mRNA中核苷酸的排列顺序与蛋白质中氨基酸之间的对应关系，是以每,三个核苷酸,代表一个氨基酸，又称,三联体密码。,至1966年，20中氨基酸对应的61个密码子和三个终止密码子全部被,破译。,遗传密码的破译,由AUG开始，每3个核苷酸为一组，决,定肽链上某一个氨基酸或蛋白质合成的起始、,终止信号。,起始密码（initiation coden）:AUG,终止密码（termination coden）:,UAA，UAG，UGA,编码性,（2）遗传密码的主要特征：,遗传密码表,从mRNA5,端,起始密码子AUG,到,3,端终止密码子之间的核苷酸序列,，各个三联体密码连续排列编码一个蛋白质多肽链，,称为开放阅读框架(open reading frame,ORF)。,AUG,UAA,ORF,简并性,（同一氨基酸有多个不同密码,子，除Trp，Met外）,同义密码,通用性,（共同使用同一套密码子）,不重叠性,（三联体，连续性，无逗点，,连续阅读，5 到3）,兼职性,（终止密码 编码氨基酸的密码）,例外（,支原体，UGA编码Trp；纤毛,虫，UAA和UAG编码Glu）,原核tRNA有30-40种，真核有50-60种，含70-,90个核苷酸，并有多种稀有碱基。,tRNA是最小的RNA，占细胞总RNA 的15%,左右，,其功能是搬运氨基酸和解读密码子。,tRNA 具有,“四环一臂”和“三叶草”形,的典型,结构。,1.3 tRNA,tRNA的结构“四环一臂”倒L形的三级结构,密码子与反密码子的配对方式,1.4 核糖体的结构和功能（ribosome）,(1)核糖体的化学组成,核糖体呈颗粒状，由大小亚基组成，每个亚基又含有不同的蛋白质和rRNA，原核和真核生物不同。,原核生物,真核生物,核糖体,小亚基,大亚基,核糖体,小亚基,大亚基,S,70S,30S,50S,80S,40S,60S,rRNA,16SrRNA,5SrRNA,23SrRNA,18SrRNA,28SrRNA,5SrRNA,5.8SrRNA,蛋白质,21种,34种,33种,49种,不同细胞核糖体的组成,核糖体的组成,蛋白质合成中，核糖体首先与mRNA结合，按5到3方向移动，每次移动的距离相当于一个密码子。,A位：氨酰基tRNA位,(aminoacyl tRNA site),P位：肽酰基tRNA(peptidyl tRNA site),E位：排出位,(exit site),（2）核蛋白体是肽链合成的装置,P位：即肽位(Peptidyl site)，3端连接肽链的,肽,酰tRNA占据的位置,。,A位：即氨基酰位(Aaminoacyl site)，,氨基酰,tRNA就加入到A位上,，,E位：,tRNA释放结合位点,(Exit site),（3）核蛋体的功能,（4）多核糖体,大肠杆菌由一,定数目的单个核糖,体与一个mRNA 分,子结合而成的念珠,状结构。,每个核糖体可独立完成一条肽链的合,成，所以在多核糖体上可以同时进行多条,肽链的合成，提高了翻译的效率。,2.原核生物蛋白质合成过程,分为四个阶段：,（1）活化 （2）起始 （3）延伸 （4）终止,氨基酸+tRNA,氨基酰-tRNA,ATP,AMP,PPi,氨基酰-tRNA合成酶,氨基酰-tRNA合成(aminoacyl-tRNA synthetase),（1）氨基酸的活化,第一步反应,氨基酸,ATPE,氨基酰,-AMP-E,PPi,氨基酰tRNA合成酶,第二步反应,氨基酰,-AMP-E,tRNA,氨基酰,-tRNA,AMP,E,氨基酰-tRNA表示方法：Ser-tRNASer,氨基酰-tRNA合成酶对底物氨基酸和,tRNA都有高度特异性。,催化氨基酰-tRNA脱酰基,具有校正活性。,（2）氨基酰-tRNA合成酶的特点,（3）密码子-反密码子的相互作用,氨基酸的加入需靠mRNA上的密码子和tRNA上的反密码子相互以碱基配对辨认。,摆动学说：,密码子的,头两个碱基,严格遵守碱基配对规律为tRNA的反密码子识别，他们中的任何不同即为不同tRNA识别，但,第三个碱基不这样,，有一定的自由度，即摇摆性。,反密码子 3-X-Y-Z-5,密码子 5-X-Y-,Z,-3,密码子、反密码子配对的摆动现象,反密码子,第一位碱基,密码子,第三位碱基,I U G C A,A,C,U A,G U,C G U,（4）翻译的起始,大肠杆菌中,起始密码子AUG所编码的氨基酸并不是,甲硫氨酸本身,而是甲酰甲硫氨酸（fMet）。,Met-tRNA,+N,10,-甲酰FH,4,fMet-tRNA,fmet,+FH,4,甲酰化酶,fMet-tRNA,fmet,的生成,在起始密码子AUG上游9-13个核苷酸,处，有一段可,与核糖体结合、富含嘌呤的,3-9个核苷酸的共同序列,，一般为,AGGAG,GU,，此序列称,SD序列。,使得结合于,小亚基上,的起始tRNA能,正确地定位于mRNA的起始密码子AUG。,翻译的起始信号,shine-Dalgarno顺序,70s起始复合物的形成,IF-1和IF-2促进,fMet-tRNA与30S亚基结合,。,IF-3与30S亚基结合，使,大小亚基分离,。,需要GTP和三种起始因子（initiation factor）,IF-3,第一步:核蛋白体大小亚基分离,E,30S亚基首先与IF1和IF3结合，IF3促进70S核糖体亚基的解离,IF-1,第二步:30S复合物的形成,小亚基16SrRNA与SD序列配对。,IF2和GTP结合后与fMet-tRNA,fmet,形成复合体。,IF-3,mRNA在小亚基定位结合,E,IF-1,小亚基16SrRNA与SD序列配对。,A,U,G,5,3,IF-3,IF-2,GTP,A,U,G,5,3,E,IF-1,IF2和GTP结合后与fMet-tRNA,fmet,形成复合体,结合在AUG上。,IF-3,IF-1,IF-2,-GTP,-GDP,Pi,A,U,G,5,3,IF,2,结合的GTP被水解，三种IF脱离，50S大亚基与30S小亚基、模板mRNA以及起始fMet-tRNA,i,fMet,构成起始复合体。,第三步：核糖体大亚基结合，起始,复合物形成,E,E,IF-3,IF-1,IF-1,(5)肽链延长,肽链在核蛋白体上连续循环式进行，,又称为,核蛋白体循环,(ribosomal cycle)，每,次循环增加一个氨基酸，包括以下三步：,进位(entrance),成肽(peptide bond formation),转位(translocation),原核延长因子,生物功能,EF-Tu,促进氨基酰-tRNA进入A 位，结,合分解GTP,EF-Ts,调节亚基,EF-G,有,转位酶,活性，促进,mRNA-肽酰-tRNA由A位前,移到P位，促进卸载tRNA释放,延长因子（elongation factor：EF）,又称注册(registration),进位,指相应氨基酰-tRNA 进入70S复合体A位的过程。,GTPase核糖体蛋白质,转肽酶催化：核蛋白体大亚基上的蛋白质。,P位-,fMet-tRNAf,Met,+,A位-,aa-tRNA,肽(fMet成,（酰基）（氨基）为N末端),（A位上）,A位成肽后，P位留下空载tRNA,成肽,E位,转位（Translocation）,E,E,无负荷的tRNA由E位点释放；,肽腺tRNA从A位移到P位；,EF-G有转位酶活性，,可结合并水解1分子GTP，促进核蛋白体向mRNA的3侧移动。,移位的特征：,进位,转位,成肽,方向,（5）肽链合成的终止,使肽链合成,终止的信号,。,有阅读终止信号的,蛋白质释放因子。,RF1：识别终止密码子UAA和UAG。,RF2：识别终止密码子UAA和UGA。,RF3：具GTP酶活性，激活RF1和RF,2活性,协助肽链的释放。,释放因子参与（Relase factor,RF）,原核肽链合成终止过程,RF结合GTP并与终止密码结合，,使肽酰转移酶,活性变为水解酶活性,。,30S与mRNA分离,核糖体释放因子,GTP,蛋白质合成的终止,AA活化 2个高能磷酸键（1 个 ATP）,起始 1个（GTP变为GDP）,进位 1个（GTP变为GDP）,移位 1个（GTP变为GDP,第一个氨基酸参入需消耗3个（活化2+起始1）,高能磷酸键,以后每掺入一个AA需要消耗4个（活化2+进位1个+移位1个）,高能磷酸键,。,蛋白质的合成是一个高耗能过程,（6）蛋白质合成抑制剂,嘌呤霉素,与氨基酰tRNA结构 竞争抑制（原核,相似 真核）,链霉素,与30S亚基结合 改变氨基酰tRNA,与密码子的配对,四环素,阻断氨基tRNA进 抑制肽链的延伸,入A位点,氯霉素,抑制50S亚基肽酰转 抑制肽链延长,移酶活性,红霉素,与50S亚基结合，抑 防碍移位,制肽酰转移酶活性,原核生物,真核生物,核糖体,70S（30S、50S）,80S（40S、60S）,起始tRNA,fMet-tRNA,fmet,Met-tRNA,起始信号,多个起始密码子AUG，上游有SD序列，翻译几种多肽。,只有一个AUG密码子，每种mRNA只转译出一种多肽。,相关因子,起始因子延伸因子、终止因子均为3种,13种起始因子、2种延伸因子、1种终止因子,转录翻译偶联，mRNA不需加工,转录翻译偶联,转录翻译不偶联，mRNA需加工,抑制剂,氯霉素、链霉素等,环己亚胺、白喉素等,合成速度,快,慢,（7）真核生物蛋白质的生物合成,3 蛋白质的加工,从核糖体释放的多肽连，不一定具备生物活性。肽连从核糖体释放后，经过细胞内各种修饰处理过程，成为有活性的成熟蛋白质，称为,翻译后加工。,加工包括：,折叠和修饰,蛋白质的折叠：,一级结构形成高级结,构，发生在肽链刚合成时，边合,成边折叠。,蛋白质的修饰：,对蛋白质的N末端、侧,链等的加工。,酶：,二硫键异构酶,，促经二硫键的形成，,脯氨酰顺反异构酶,，促进钛脯氨酰肽键的旋转，与新生肽链形成密切相关，加速蛋白质的折叠,（1）蛋白质的折叠,分子伴侣：,能够帮助新生肽链正确组装，成熟、,自身不产生终产物的蛋白质,，具有酶的特征，热休克蛋白。,(1)N端修饰：,原核生物,肽甲酰基酶,除去,甲酰基,，,氨,肽酶,除去,甲硫氨酸（部分保存）,。,真核生物中甲硫氨酸则全部被切除。,（2）蛋白质的修饰,水解切除其中多余的肽段（信号态），使之折叠成为有活性的酶或蛋,白质。如酶原激活。,(2)多肽链的水解切除,(3)氨基酸侧链的修饰：,氨基酸侧链的修饰包括羟化、羧化、,甲基化、糖基化、共价交链及二硫链的形,成等。,二硫链：,半胱氨酸巯基在二硫键异构酶作,用下形成。,羧 化,：凝血酶原的谷氨酸羧化为-氨,基谷氨酸。,甲基化：,肌肉和细胞色素含有甲基赖氨酸。,糖基化：,肽链上以共价键与单糖或寡聚糖,在酶催化下连接而成。,磷酸化：,丝氨酸、酪氨酸、苏氨酸的羟基,与磷酸基团相连。,共价交链：,胶原蛋白和弹性蛋白。,核糖体合成的蛋白质从他们合成,的地方转运到其他部位或细胞外发挥,作用，称为蛋白质的转位。,（1）共翻译转位,（2）翻译后转位,4 蛋白质的转位,信号肽（signal peptide）：,N末端特异氨,基酸序列，可引导蛋白质转移到细胞的适当靶,部位，这一序列称为,信号序列。,（1）共翻译转位,共同特点,：,13-36个氨基酸残基组成,N端：正电荷氨基酸,中间区：疏水活性区（10-15）,C端：加工区,极性氨基酸（信号肽酶切,割信号肽的部位,）,（1）识别正在合成多肽将要通过内质网膜的,核糖体,（2）辨认信号肽，形成,SRP-信号肽-核糖体复合物,（3）暂停多肽链的合成,（4）引导SRP-信号肽-核糖体复合物至内质网膜,（5）与膜上受体结合（docking protein,DP）,新生肽链进内质网：信号识别蛋白,（signal recognition particle,SRP）,是一种核糖核酸蛋白复合体，由6种不同蛋白质与 7SRNA组成，沉降系数为11s,DP（停泊蛋白）,蛋白质在内质网停留、定位和分泌,进入内质网的蛋白质一部分留在内,质网，大部分,进行加工,，然后转入高尔,基体，转送到细胞其他位置或排出胞外。,（2）翻译后转位,蛋白质前体在多肽链合成后，将蛋白,质转移到线粒体与叶绿体等细胞器中。,