蛋白质合成的生物学机制省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

生物信息传递翻译从mRNA到蛋白质（蛋白质合成生物学机制）第1页氨基酸活化翻译起始肽链延伸肽链终止4.4蛋白质合成生物学机制第2页(一)氨基酸活化氨基酸氨基酸+tRNA氨基酰氨基酰-tRNAATPAMPPPi氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶第3页氨基酰-tRNA合成酶对底物氨基酸和tRNA都有高度特异性。氨基酰-tRNA合成酶含有校正活性(proofreading activity)。氨基酰-tRNA表示方法：Ala-tRNAAla Ser-tRNASerMet-tRNAMet 第4页原核生物中，起始氨基酸是：起始AA-tRNA是：真核生物中，起始氨基酸是：起始AA-tRNA是：甲酰甲硫氨酸fMet-tRNAfMet甲硫氨酸Met-tRNAMet第5页第一步反应第一步反应氨基酸氨基酸 ATP-E 氨基酰氨基酰-AMP-E AMPPPi 第6页第二步反应第二步反应氨基酰氨基酰-AMP-EtRNA 氨基酰氨基酰-tRNAAMPE第7页 tRNA与酶与酶结合模型结合模型tRNA氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶ATP第8页(二)翻译起始原核生物（细菌）为例：所需成份：30S小亚基、50S大亚基、模板mRNA、fMet-tRNAfMet、GTP、Mg2+翻译起始因子：IF-1、IF-2、IF-3、第9页（1）起始因子起始因子（initiationfactors,IF）起始因子起始因子:起始因子是参加蛋白质生物合成起始可溶性蛋白因子起始因子是参加蛋白质生物合成起始可溶性蛋白因子起起始始复复合合物物:蛋蛋白白质质合合成成起起始始，生生成成核核糖糖体体mRNA起起始始-tRNA三三元元复复合物，也叫起始复合物合物，也叫起始复合物。起始复合物必须在起始因子帮助下才能形成。当前已知起始复合物必须在起始因子帮助下才能形成。当前已知原核生物有原核生物有3种种起始因子起始因子，而真核生物约有而真核生物约有10种种。第10页原核生物原核生物3种起始因子：种起始因子：IF-1（9.5103）为为一一小小碱碱性性蛋蛋白白、已已结结晶晶、热热稳稳定定、没没有有专专一功效，只能增加其它两个起始因子活性。一功效，只能增加其它两个起始因子活性。IF-2(9.01041.18105，有有IF-2a和和IF-2b两种形式两种形式)热不热不稳定。稳定。IF-2功效功效是是经过生成经过生成IF-2GTPMet-tRNAfMet三元复合物，使三元复合物，使起始起始tRNA与核糖体小亚基与核糖体小亚基(30S亚基亚基)结合。结合。IF-3（有（有IF-3a、IF-3b两种）是个双功效蛋白质，两种）是个双功效蛋白质，IF-3功效是功效是促进促进 mRNA与核糖体小亚基与核糖体小亚基(30S亚基亚基)结合，同时还具解离因子活性。结合，同时还具解离因子活性。第11页IF-3IF-1翻译起始(翻译起始复合物形成)又可被分成3步：1.30S小亚基首先与翻译起始因子IF-1,IF-3结合,在经过SD序列与mRNA模板相结合A U G53第12页S-D序列序列 第13页IF-3IF-1IF-2GTP2.2.在IF-2和GTP帮助下，fMet-tRNAfMet进入小亚基P位，tRNA上反密码子与mRNA上起始密码子配对。A U G53第14页IF-3IF-1IF-2GTPGDPPi3 3、带有tRNA、mRNA和3个翻译起始因子小亚基复合物与50S大亚基结合，GTP水解，释放翻译起始因子。A U G53第15页IF-3IF-1A U G53IF-2GTPIF-2-GTPGDPPi第16页真核生物翻译起始特点真核生物翻译起始特点核糖体较大,为；起始因子比较多（约有10种）；mRNA 5端含有m7Gppp帽子结构 Met-tRNAMet mRNA5端帽子结构和3端polyA都参加形成翻译起始复合物；第17页 真核生物起始因子对于生成真核生物起始因子对于生成80S核糖核糖体体mRNAMet-tRNAMet三元起始复合物是必三元起始复合物是必要。要。第18页表4-14a真核细胞中参加翻译起始蛋白质因子及其功效真核因子真核因子功效eIF2促进Met-tRNAMet与核糖体40S小亚基结合。（最主要）eIF2BeIF3是最早与核糖体40S小亚基结合促进因子，蛋白质合成反应正常进。eIF4A含有RNA解旋酶活性，解除mRNA模板次级结构并使之与40S小亚基结合，形成eIF4F复合物。eIF4B与mRNA模板相结合，帮助核糖体扫描模板序列，定位AUG。eIF4E与mRNA 5帽子结构相结合，形成eIF4F复合物。eIF4G与与eIF4E和和poly（A）结合蛋白（）结合蛋白（PAB）相结合，形成）相结合，形成eIF4F复合物。复合物。eIF5促使多个蛋白因子与促使多个蛋白因子与40S小亚基解体，以此帮助大小亚基结合形成小亚基解体，以此帮助大小亚基结合形成80核糖体，核糖体，形成翻译起始复合物。形成翻译起始复合物。eIF6促进没有蛋白质合成活性80S核糖体解离成40S和60S两个亚基。第19页真核生物翻译起始复合物形成真核生物翻译起始复合物形成(区分原核生物区分原核生物)原核生物中30S小亚基首先与mRNA模板相结合，再与fMet-tRNAfMet结合，最终与50S大亚基结合。而在真核生物中，40S小亚基首先与Met-tRNAMet相结合，再与模板mRNA结合，最终与60S大亚基结合生成80SmRNAMet-tRNAMet起始复合物。第20页内容原核生物真核生物核糖体完整70S80S亚基50S,30S60S,40S起始tRNAfMet-tRNAfMetMet-tRNAiMet起始因子三种最少七种起始复合物生成次序1.30S-mRNA1.40S-Met-tRNAMet2.30S-mRNAfMet-tRNAfMet2.40S-mRNAMet-tRNAMet3.70S-mRNAfMet-tRNAfMet3.80S-mRNAMet-tRNAMet原核生物和真核生物蛋白质合成起始区分第21页metmet40S40SMeMet tMetMetmRNAelF-3elF-3GDP+Pi各种各种各种各种elFelF释放释放释放释放elF-5ATPADP+PielF4E,elF4G,elF4A,elF4B,PABMetMet-tRNAMet-elF-2-GTP真核生物翻译起始真核生物翻译起始复合物形成过程复合物形成过程第22页 肽链延伸由许多循环组成，每加一个氨基酸就是一个循环，每个循环包含：AA-tRNA与核糖体结合、肽键生成 和 移位。延伸因子(elongation factor,EF)：原核生物：EF-T(EF-Tu,EF-Ts)EF-G 真核生物：EF-1、EF-2(三)肽链延伸第23页1、AA-tRNA与核糖体A位点结合需要消耗GTP，并需EF-Tu、EF-Ts两种延伸因子第24页延伸因子延伸因子（elongationfactorsEF）延延伸伸因因子子：是是一一类类参参加加蛋蛋白白质质合合成成过过程程中中肽肽链链延延伸伸蛋蛋白因子。白因子。不论原核或真核生物，延伸因子可分为不论原核或真核生物，延伸因子可分为二类二类：一一类类：是是帮帮助助氨氨酰酰tRNA(延延伸伸tRNA)进进入入核核糖糖体体与与mRNA结合结合EF。原核生物原核生物EF-Tu、EF-Ts真核生物真核生物EF-1第25页另一类：是使肽基另一类：是使肽基tRNA从核糖体从核糖体A位向位向P位移动位移动EF原核生物原核生物EF-G真核生物真核生物EF-2在原核生物中：在原核生物中：EF-Tu功效功效是按照是按照mRNA上编码携上编码携带带aa-tRNA进入进入A位。位。EF-Tu有有GTP存在下与存在下与aa-tRNA形成形成稳定三元复合物：稳定三元复合物：(EF-TuGTPaa-tRNA)第26页第27页经过延伸因子经过延伸因子EF-Ts再生再生GTP,形成形成EF-TuGTP复合物复合物 EF-Tu-GDP+EF-Ts EF-Tu-Ts+GDP EF-Tu-Ts+GTP EF-Tu-GTP+EF-Ts重新参加下一轮循环第28页EF-TuGDPEF-TsEF-TuGTPGDPEF-TuEF-TsGTP第29页EF-Tu具高度专一性，只能识别并结合除了具高度专一性，只能识别并结合除了fMet-tRNAfMet外全部外全部aa-tRNA。EF-Tu这一特征确保了起始这一特征确保了起始tRNA携带携带fMet不能进不能进入肽链内部，因为不论甲酰或非甲酰起始入肽链内部，因为不论甲酰或非甲酰起始tRNA都不能都不能与与EF-Tu和和GTP生成复合物。生成复合物。GTP水解后，水解后，EF-TuGDP从核糖体释放出来。从核糖体释放出来。EF-Tu是一个热不稳定蛋白因子。是一个热不稳定蛋白因子。EF-Ts则是热稳定，它不直接与核糖体发生联络，则是热稳定，它不直接与核糖体发生联络，其功效是使其功效是使EF-TuGDP再生为再生为EF-TuGTP，然后再参然后再参加肽链延伸：加肽链延伸：第30页2、肽键形成是由转肽酶/肽基转移酶催化第31页3、移位核糖体向mRNA3端方向移动一个密码子。需要消耗GTP，并需EF-G延伸因子 自自第第一一个个肽肽链链合合成成以以后后，每每增增加加一一个个氨氨基基酸酸，肽肽基基-tRNA都都要要从从A位位移移至至P位位，核核糖糖体体与与mRNA相相对对移移动动3个个核核苷苷酸酸（一一个个密密码码子子）距距离离，该该过过程程需需要要EF-G 和和GTP。EF-G 是是一一个个依依赖赖于于核核糖糖体体GTPase它能使它能使GTP水解。水解。第32页延长因子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 。第33页fMetA U G53fMetTuGTP第34页第35页当当mRNAmRNA分子上分子上终止密码子终止密码子出现在核糖体出现在核糖体A A位时，在位时，在普通情况下因为没有任何氨酰普通情况下因为没有任何氨酰 tRNA tRNA 能够与终止能够与终止密码子结合，不能把这些密码子翻成氨基酸。密码子结合，不能把这些密码子翻成氨基酸。释放因子释放因子(终止因子终止因子：原核：原核 RF-1RF-1、RF-2RF-2、RF-3RF-3、真核真核RFRF)在在GTPGTP存在下能识别终止密码子。存在下能识别终止密码子。RFRF与与A A位结合后，活化位结合后，活化肽基转移酶肽基转移酶，水解，水解P P位上位上tRNAtRNA与肽链之间键。伴随新生肽链和最终一个非与肽链之间键。伴随新生肽链和最终一个非酰化酰化tRNAtRNA离开核糖体，完成肽链合成。离开核糖体，完成肽链合成。（四）肽链终止第36页释放因子释放因子(ReleaseFactorRF)或终止因子或终止因子(terminationfactor)释释放放因因子子(ReleaseFactorRF)：是是一一类类参参加加蛋蛋白白质质合合成成过过程程中中能能识识别别终止密码子终止密码子而终止肽链延伸，使肽链从核糖体释放出蛋白因子。而终止肽链延伸，使肽链从核糖体释放出蛋白因子。原核生物中发觉有原核生物中发觉有3种释放因子种释放因子(ReleaseFactor)RF-1、RF-2和和RF-3，哺乳动物只有，哺乳动物只有1种释放因子种释放因子eRF。第37页蛋白质合成中蛋白质合成中释放因子释放因子释放因子释放因子分子量分子量识别密码子识别密码子 原核生物原核生物RF-144000UAA,UAGRF-247000UAA,UGARF-3本身无识别密码子性质本身无识别密码子性质(增加增加RF-1和和RF-2活性活性)真核生物真核生物eRF 150000-250000UAA,UAG,UGA第38页原原核核肽肽链链合合成成终终止止过过程程第39页 RF含有依赖核糖体含有依赖核糖体GTPase活性，催化活性，催化GTP水解使水解使RF与核糖体解离，与核糖体解离，“空空”核糖体进入核糖体循环。核糖体进入核糖体循环。由由mRNA翻译出来多肽链是没有功效，这叫翻译出来多肽链是没有功效，这叫新生蛋新生蛋白质白质或或蛋白质前体蛋白质前体，它们需要经过加工改造才能成为有，它们需要经过加工改造才能成为有功效蛋白质。功效蛋白质。第40页