第十三 蛋白质的生物合成.ppt

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1、第十三 蛋白质的生物合成现在学习的是第1页，共57页蛋白质的生物合成现在学习的是第2页，共57页一一 蛋白质生物合成体系蛋白质生物合成体系 一、一、mRNA（messenger RNA）蛋白质生物合成的蛋白质生物合成的直接模板直接模板DNAmRNA蛋白质蛋白质现在学习的是第3页，共57页一、一、mRNA*mRNA分子中分子中每三个相临碱基每三个相临碱基组成一个组成一个 密码子，密码子，代表一种代表一种氨基酸氨基酸，或，或起始起始信号，信号，或或终止终止信号。信号。*mRNA上的四种上的四种碱基碱基可组成可组成64(43)个密码子个密码子，其中其中61个代表不同的氨基酸，其余三个个代表不同的氨基

2、酸，其余三个 代表终止信号。代表终止信号。现在学习的是第4页，共57页通用 遗传密码 子现在学习的是第5页，共57页l 遗传密码的遗传密码的5个特点：个特点：.1.通用性：通用性：从简单生物到人类使用同一套密码子。从简单生物到人类使用同一套密码子。.2.方向性：方向性：mRNA中密码子的阅读方向是中密码子的阅读方向是53。由此可推测所有生物来源于一个共同的祖先。由此可推测所有生物来源于一个共同的祖先。.3.简并性：简并性：除除Met，Trp外，其余氨基酸由外，其余氨基酸由2个以上个以上密码密码子编码。子编码。同义密码子同义密码子（但每一个密码子仅对应一个氨基酸）但每一个密码子仅对应一个氨基酸）

3、生物学意义生物学意义：保证属的稳定性。现在学习的是第6页，共57页.4.连续性：连续性：密码子的排列是连续的，不间隔，也不重叠。密码子的排列是连续的，不间隔，也不重叠。5.UCACGACAUAUG.35.UCAGCGACAUAUG.3丝丝精精组组蛋蛋丝丝丙丙苏苏酪酪5.UCAGACAUAUG.3丝丝天天异亮异亮*移码突变移码突变是最严重的突变！是最严重的突变！插入插入缺失缺失现在学习的是第7页，共57页.5.起始起始密码子与密码子与终止终止密码子密码子：起始起始密码子密码子：AUG，GUG，UUC。终止终止密码子密码子：UAA，UGA，UAG。单顺反子：单顺反子：真核真核生物生物中，一条中，一

4、条mRNA链只能为链只能为一一种蛋白质编码种蛋白质编码。多顺反子：多顺反子：原核原核生物生物中，一条中，一条mRNA链往往为链往往为功能相关的功能相关的几几种蛋白质编码种蛋白质编码。现在学习的是第8页，共57页氨基酸臂反密码子环二、二、tRNA（transfer RNA）蛋白质生物合成的蛋白质生物合成的 “高级搬运工高级搬运工”现在学习的是第9页，共57页l tRNA的功能：的功能：活化活化氨基酸，跨越能障，使肽键的氨基酸，跨越能障，使肽键的 形成变得容易。形成变得容易。特定特定的的tRNA搬运搬运特定特定的氨基酸，的氨基酸，保证了保证了遗传信息传递遗传信息传递的的准确性准确性。将将密码子密码

5、子信息信息转换转换为对应为对应氨基酸氨基酸的符号的符号 接合体，接合器，适配器接合体，接合器，适配器(adaptor)等。等。即即tRNA能与专一的氨基酸结合并识别能与专一的氨基酸结合并识别 mRNA分子上的密码子分子上的密码子.现在学习的是第10页，共57页l tRNA搬运功能的搬运功能的忠实性忠实性是通过以下是通过以下 两条途径实现的：两条途径实现的：tRNA的的反密码子反密码子识别识别mRNA的的密码子密码子。不同的不同的tRNA有不同的碱基组成，并由有不同的碱基组成，并由 不同的不同的氨基酰氨基酰tRNA合成酶合成酶识别。识别。既能识别既能识别特异特异的的tRNA，又能识别又能识别特异

6、特异的的氨基酸氨基酸。现在学习的是第11页，共57页l tRNA上的上的反密码子反密码子识别识别mRNA上的上的 密码子密码子遵循遵循不稳定不稳定或或摆动摆动（wobbling）配对配对原则。原则。*一种一种tRNA仅转运一种仅转运一种氨基酸氨基酸，而一种而一种氨基酸氨基酸可由几种可由几种tRNA转运。转运。ACG5353UGUmRNAtRNA反密码环反密码环反密码子的反密码子的第一碱基第一碱基密码子的密码子的第三碱基第三碱基 U A或或G I U,C或或 AG C或或U现在学习的是第12页，共57页*在在大肠杆菌大肠杆菌中中,与与Met特异结合的特异结合的tRNA有两种：有两种：tRNAfM

7、et 和和 tRNAMetCH3SCH2CH2CHH2NCOO tRNAfMet转甲酰基酶转甲酰基酶N10-CHO-FH4CH3SCH2CH2CHH-C-HNCOO tRNAfMetO+Met-tRNAMet上的上的Met则则不被甲酰化不被甲酰化！tRNAiMet:真核真核细胞中起始细胞中起始tRNA,不被甲酰化不被甲酰化现在学习的是第13页，共57页三、核糖体（三、核糖体（ribosome）蛋白质生物合成的蛋白质生物合成的场所场所l 组成、结构与功能特点：组成、结构与功能特点：.1.结构复杂而精密结构复杂而精密 由由3 3种的种的rRNArRNA（占占60%60%左右）左右）及数十种及数十种

8、蛋白质蛋白质组成。组成。.2.rRNA起着起着主导主导的作用，的作用，蛋白质蛋白质 协助维持协助维持rRNA的功能区域。的功能区域。.3.转肽酶是转肽酶是RNA而不是蛋白质。而不是蛋白质。现在学习的是第14页，共57页EtEpPAmRNAmRNA 结合位点结合位点细胞细胞 内膜内膜 系统系统三、三、核糖体核糖体 蛋白质生物合成的蛋白质生物合成的场所场所TA：受位受位,氨基酰位；氨基酰位；P：给位给位,肽位；肽位；Et：tRNA出口出口Ep:多肽链出口多肽链出口;T：转肽酶。转肽酶。现在学习的是第15页，共57页四、四、参与蛋白质生物合成的参与蛋白质生物合成的其他组分其他组分3 1.氨基酰氨基酰

9、tRNA合成酶合成酶3 2.GTP，ATP3 3.起始因子（起始因子（IF）3 4.延长因子（延长因子（EF）3 5.释放因子（释放因子（RF）或称为终止因子（或称为终止因子（TF）现在学习的是第16页，共57页第二节 蛋白质生物合成过程一、一、氨基酸氨基酸的的活化活化与与转运转运二、二、多肽链多肽链的形成的形成核糖体循环核糖体循环三、三、翻译后加工翻译后加工现在学习的是第17页，共57页一、氨基酸的活化与转运氨基酰氨基酰tRNA 合成酶合成酶ATPPPiH2N-CH-C-OHR O H2N-CH-C-AMP-ER OH2N-CH-CO-ACC-tRNAR O氨基酰氨基酰tRNA合成酶合成酶高

10、度特异性高度特异性氨基酰氨基酰tRNA 合成酶合成酶tRNA氨基酸氨基酸tRNA消耗消耗2个高个高能磷酸键能磷酸键现在学习的是第18页，共57页二、核糖体循环核糖体循环（ribosome cycle）活化氨基酸在核糖体上缩合形成多肽链的过程活化氨基酸在核糖体上缩合形成多肽链的过程1.起始起始2.肽链肽链延长延长3.终止终止现在学习的是第19页，共57页(一一)起始阶段起始阶段 起始氨基酰起始氨基酰-tRNA 与与 mRNA 结合结合到核糖体上到核糖体上,形成起始复合物的过程形成起始复合物的过程原料原料：fMet-tRNA，IF(1，2，3)，GTP，Mg2+1.小亚基小亚基识别并结合识别并结合

11、mRNA 30S50S50S+mRNA解聚解聚30S*小亚基小亚基识别并结合识别并结合mRNA起始密码子上游起始密码子上游10nt富含富含 嘌呤碱基的嘌呤碱基的SD序列序列，IF3加固这一作用。加固这一作用。IF-1IF-3小亚基的小亚基的16S rRNA 3端的端的UCCU序列序列现在学习的是第20页，共57页2.fMet-tRNAfMet与与小小亚基结合亚基结合fMetIF-2，3.大小亚基大小亚基聚合聚合IF-3GDP+Pi50S起始复合物起始复合物GTPAUGAUGfMetAUGfMetAUGfMetIF-1IF-2现在学习的是第21页，共57页*真核生物真核生物与与原核生物原核生物核

12、糖体循环的核糖体循环的 起始过程起始过程的不同点：的不同点：.1.起始起始Met-tRNAMet不需甲酰化；不需甲酰化；.2.起始因子起始因子不少于不少于10种；种；.3.小亚基小亚基先与先与Met-tRNAMet结合，再与结合，再与 mRNA结合；结合；.4.ATP供能。供能。现在学习的是第22页，共57页（二）（二）肽链延长阶段：肽链延长阶段：原料原料：各种：各种氨基酰氨基酰-tRNA，EF（Tu,Ts,G），），GTP，Mg2+，K+。1.进位进位Tu-GDPGDPTsTu-TsTu-GTPGTPPiTu-GTP特异的氨基酰特异的氨基酰-tRNA进入进入A位位pAAUGAUGTu-GTP

13、现在学习的是第23页，共57页2.转肽转肽Mg2+，K+转肽酶转肽酶CH2CH2-CHOC=OCH-RNH2O=OCH2NCH3SAUGUAC给给 受受OCO=R-CHNHOHCO=H3CSCH2CH2-CHNH2AUGUAC给给受受现在学习的是第24页，共57页3.移位移位OHEFG，GTPAUGA2153OH21AUG53AUG213AUG312AUG213进位进位转肽转肽移位移位转肽转肽NC延长延长现在学习的是第25页，共57页通过进位通过进位-转肽转肽-移位不断重复，移位不断重复，肽链自肽链自NC端不断延长端不断延长OHEFG，GTPOHA 每生成每生成1个肽键个肽键，要消耗，要消耗2

14、分子分子GTP(进位进位和和移位移位),而氨基酸活化需消耗而氨基酸活化需消耗2个个高能磷酸键，每增加高能磷酸键，每增加1个氨个氨基酸残基实际消耗基酸残基实际消耗4个个高能磷酸键高能磷酸键现在学习的是第26页，共57页*真核生物真核生物与与原核生物原核生物核糖体循环的核糖体循环的 肽链延长阶段肽链延长阶段的不同点：的不同点：.1.进位时进位时延长因子延长因子是是EF-1，可分为可分为、和和 三类；三类；.2.移位时移位时延长因子延长因子为为EF-2，其活性可被其活性可被白喉毒素白喉毒素抑制抑制现在学习的是第27页，共57页三、终止阶段三、终止阶段RF-3：促使促使RF-1 或或RF-2从从核糖体

15、核糖体上结合上结合*真核生物真核生物仅有一个仅有一个释放因子释放因子：eRF，可识别三种密码子可识别三种密码子,并需并需GTP参与。参与。RF-1：UAA，UAGRF-2：UAA，UGA 当当mRNA的任一终止信号进入的任一终止信号进入A位时，没有位时，没有任何任何tRNA能与之识别，只有释放因子能与之识别，只有释放因子(RF)识别识别这种信号这种信号,进入终止阶段进入终止阶段.现在学习的是第28页，共57页1.终止密码子的辨认终止密码子的辨认 RF-1或或RF-2UAAOCO=R-CHAUAAOCO=R-CHUAARF现在学习的是第29页，共57页H-OH转肽酶转肽酶2.肽链的水解和脱落肽链

16、的水解和脱落OHRFCO=R-CHORFR-CHC-OHO=现在学习的是第30页，共57页3.tRNA、RF、mRNA的释放，核糖体的释放，核糖体 大小亚基的解聚大小亚基的解聚OHRF-3，IF-3 EF-GRFOHRF现在学习的是第31页，共57页核糖体循环：核糖体循环：fMetAUG 1.起始起始2.肽链延长肽链延长3.终止终止现在学习的是第32页，共57页三、多核糖体多核糖体53意义：提高翻译效率。同时结合到同一条同时结合到同一条mRNA上多个成串的核糖上多个成串的核糖体体现在学习的是第33页，共57页四、四、翻译后加工翻译后加工（一）（一）切割切割（二）（二）修饰修饰（三）（三）新生肽

17、链新生肽链的的折叠折叠1.去除去除N末端末端蛋氨酸残基蛋氨酸残基2.信号肽信号肽及及其他肽段其他肽段的切除的切除 1.二硫键二硫键的形成的形成 2.辅助因子辅助因子的连接和的连接和亚基亚基聚合聚合 3.多肽链中多肽链中个别氨基酸个别氨基酸的修饰的修饰现在学习的是第34页，共57页四、四、翻译后加工翻译后加工（一）（一）切割切割 原核生物原核生物1.去除去除N末端末端蛋氨酸残基蛋氨酸残基脱甲脱甲 酰基酶酰基酶Met-fMet-氨基肽酶氨基肽酶真核细胞真核细胞现在学习的是第35页，共57页2.信号肽信号肽及及部分肽段部分肽段的切除的切除l 分泌性蛋白分泌性蛋白前体前体的两个特点：的两个特点：o 1

18、.N端含有端含有信号肽信号肽（signal peptide）信号肽信号肽富含富含疏疏水氨基酸水氨基酸，其作用是使新，其作用是使新合成的多肽链合成的多肽链易于穿过膜系统，易于穿过膜系统，随后被随后被信号肽酶信号肽酶切除。切除。o 2.往往还含有一段往往还含有一段与活性无关与活性无关的其的其 他肽段，必须将其切除才能形成他肽段，必须将其切除才能形成有有 活性的蛋白质活性的蛋白质。现在学习的是第36页，共57页胰岛素的前体胰岛素的前体胰岛素胰岛素切去切去 C肽段肽段C肽段肽段A肽段肽段B肽段肽段现在学习的是第37页，共57页l 分泌性蛋白分泌性蛋白穿过膜系统的穿过膜系统的两种机制两种机制o 1.分泌

19、性蛋白分泌性蛋白 在在信号肽信号肽的的 介导下介导下直接直接 穿透膜系统穿透膜系统小亚基小亚基大亚基大亚基信号肽信号肽内质网膜内侧内质网膜内侧现在学习的是第38页，共57页（二）修饰（二）修饰.1.二硫键二硫键的形成的形成CysSHCysSHCysSCysS-2H二硫键二硫键 异构酶等异构酶等现在学习的是第39页，共57页.2.辅助因子辅助因子的连接和的连接和亚基亚基聚合聚合o 蛋白质与糖、脂类、核酸、血红素等蛋白质与糖、脂类、核酸、血红素等 辅助因子结合形成辅助因子结合形成糖蛋白糖蛋白、脂蛋白脂蛋白、核蛋白核蛋白、血红蛋白血红蛋白等等结合蛋白质结合蛋白质。o 具有具有四级结构四级结构的蛋白质

20、需进行的蛋白质需进行亚基亚基之间之间 的聚合。如血红蛋白的聚合。如血红蛋白4个亚基的聚合。个亚基的聚合。现在学习的是第40页，共57页.3.多肽链中多肽链中个别氨基酸个别氨基酸的修饰的修饰o 磷酸化：磷酸化：丝氨酸，苏氨酸，酪氨酸丝氨酸，苏氨酸，酪氨酸o 羟基化：羟基化：脯氨酸，赖氨酸脯氨酸，赖氨酸o 酰基化：酰基化：组氨酸组氨酸o 甲基化：甲基化：色氨酸色氨酸o 核糖基化：核糖基化：精氨酸精氨酸意义：意义：或者是蛋白或者是蛋白 质所固有的，或者质所固有的，或者 在调节蛋白质功能在调节蛋白质功能 时起重要作用。时起重要作用。现在学习的是第41页，共57页（三）新生肽链的折叠（folding）*

21、蛋白质的生物活性蛋白质的生物活性不仅依赖于他们的氨基酸不仅依赖于他们的氨基酸 顺序，顺序，而且依赖于他们的空间结构而且依赖于他们的空间结构。*新生肽链新生肽链必需经过一系列严格而复杂的必需经过一系列严格而复杂的折叠折叠 过程，才能形成具有正确空间结构的有活性过程，才能形成具有正确空间结构的有活性 的的蛋白质蛋白质。*多肽链的氨基酸顺序如何决定蛋白质的空间多肽链的氨基酸顺序如何决定蛋白质的空间 结构结构第二遗传密码？第二遗传密码？中心法则研究中有待解决的重大问题补充内容补充内容现在学习的是第42页，共57页*新生肽链的折叠新生肽链的折叠需要需要分子伴侣分子伴侣 和和折叠酶类折叠酶类的参与的参与

22、分子伴侣（分子伴侣（molecular chaperone）：）：帮助帮助新生肽链新生肽链进行进行非共价折叠非共价折叠的一类的一类 蛋白质。如：热休克蛋白，前导肽等蛋白质。如：热休克蛋白，前导肽等 折叠酶（折叠酶（foldase）类：类：目前只有两个：目前只有两个：1.二硫键异构酶二硫键异构酶(PDI)，2.脯氨酰异构酶脯氨酰异构酶(PPI)。催化与催化与折叠折叠直接有关的化学反应的酶。直接有关的化学反应的酶。现在学习的是第43页，共57页分子伴侣帮助新生肽链正确折叠分子伴侣新生肽链正确 折叠 的蛋 白质错误折叠的 蛋白质现在学习的是第44页，共57页第三节第三节 蛋白质生物合成蛋白质生物合成

23、与与医学医学的关系的关系l 疾病疾病总是与总是与蛋白质蛋白质有直接或间接有直接或间接 的联系。的联系。l 以以蛋白质生物合成蛋白质生物合成为靶点可用于为靶点可用于 治疗某些疾病。治疗某些疾病。现在学习的是第45页，共57页一、某些一、某些抗生素抗生素对对蛋白质生物合成蛋白质生物合成的抑制作用的抑制作用抗生素抗生素 机理机理 靶点靶点四环素族四环素族 阻碍氨基酰阻碍氨基酰tRNAtRNA与小亚基结合与小亚基结合 小亚基小亚基 链霉素链霉素 抑制翻译起始；使读码错误抑制翻译起始；使读码错误 小亚基小亚基 卡那霉素卡那霉素氯霉素氯霉素 抑制转肽酶活性，阻止肽键形成抑制转肽酶活性，阻止肽键形成 大亚基

24、大亚基嘌呤霉素嘌呤霉素 代替氨基酰代替氨基酰tRNAtRNA进入受位，进入受位，大亚基大亚基 使肽链合成过早终止。使肽链合成过早终止。放线菌素放线菌素 特异抑制真核生物转肽酶活性特异抑制真核生物转肽酶活性 大亚基大亚基现在学习的是第46页，共57页二、二、分子病分子病 由于由于基因的异常基因的异常引起蛋白质中引起蛋白质中氨基酸序列的氨基酸序列的异常异常，导致蛋白质，导致蛋白质结构与功能异常结构与功能异常，由此造成，由此造成的疾病称为分子病。的疾病称为分子病。病例：病例：镰刀形红细胞镰刀形红细胞性贫血性贫血现在学习的是第47页，共57页发病的分子机制：发病的分子机制：链第链第6位氨基酸被替换位氨

25、基酸被替换DNA：CTT CAT mRNA：GAA GUA 蛋白质：蛋白质：Glu 谷氨酸谷氨酸 Val 缬氨酸缬氨酸 谷氨酸谷氨酸被被缬氨酸缬氨酸替换后，使血红蛋白易形成替换后，使血红蛋白易形成 纤维沉淀纤维沉淀，使红细胞易聚集且易溶血。，使红细胞易聚集且易溶血。现在学习的是第48页，共57页基因表达调控现在学习的是第49页，共57页基因表达调控基因表达调控是生命现象的基本需要是生命现象的基本需要 生物体的不同生物体的不同发育育阶段，段，需要启需要启动不同的基因表不同的基因表达。达。细胞的生胞的生长、增殖、分化、衰老及死亡、增殖、分化、衰老及死亡等不同等不同阶段段需要不同的蛋白需要不同的蛋白

26、质参与。参与。细胞胞发挥不同的生理功能不同的生理功能,以及以及为了适了适应复复杂多多变的内部与外部的内部与外部环境的境的变化，化，需要不同的蛋白需要不同的蛋白质参与。参与。基因表达定义：基因表达定义：贮存着生物体存着生物体遗传信息的信息的基因基因经转录和翻和翻译成成蛋白蛋白质的的过程。程。现在学习的是第50页，共57页一、细菌代谢酶的诱导 组成型表达（Constitutive expression):这类基因又称看家基因(housekeeping genes)，该基因的表达是持续性的，不受调控的。如：组成机体的结构蛋白；三羧酸循环中的代谢酶等。诱导型表达型表达(Inducible expres

27、sion)：基因的表达水平受基因的表达水平受调节物的物的诱导而增加。而增加。如：如：参与参与DNA修复的修复的酶类；某些代；某些代谢酶等。等。现在学习的是第51页，共57页二、操纵子(operon)的结构与功能Inhibitor genePS1S2S3启动子启动子结构基因结构基因1，2，3.O操纵基因PromoterOperator geneStructure gene调控区调控区结构基因结构基因 操纵子操纵子表达阻遏蛋白 结合RNA 聚合酶聚合酶 结合 阻遏蛋白蛋白表达功能蛋白功能蛋白?I阻遏物基因现在学习的是第52页，共57页 三、基因表达调控的方式:负调控负调控启动子启动子结构基因结构基

28、因1 1，2 2，3.3.操纵基因调控区调控区结构基因结构基因操纵子操纵子诱导型阻遏型变构变构变构变构阻遏蛋白变构失活失活阻遏蛋白变构激活激活 无活性的阻遏蛋白辅阻遏 物阻遏物基因两种方式阻遏蛋白诱 导 物乳糖操纵子为代表色氨酸操纵子为代表现在学习的是第53页，共57页四、乳糖操纵子乳糖操纵子的工作原理：1.负调控方式负调控方式PZYA启启动动子子分解代谢乳糖乳糖的的三种酶基因O O操纵基因操纵基因调控区调控区结构基因结构基因阻遏蛋白乳 糖变构变构阻遏蛋白变构失活失活阻遏蛋白阻遏蛋白乳糖操纵子乳糖操纵子（Lac Operon）I阻遏物基阻遏物基因因阻遏蛋白阻遏状态Z:-半乳糖苷酶Y:乳糖穿透酶

29、A:转乙酰基酶诱导状态表达不能表达现在学习的是第54页，共57页四、乳糖操纵子乳糖操纵子的工作原理:2.正调控正调控PZYA启动子启动子分解代谢乳糖乳糖的三种酶基因O操纵基因调控区调控区结构基因结构基因 CAP变构变构CAP变构激激活活cAMPCAP乳糖操纵子乳糖操纵子 CAP位点位点 (Catabolite Activator Protein site)CAPCAP:代谢物激活蛋白现在学习的是第55页，共57页四、四、乳糖操纵子乳糖操纵子的工作原理：的工作原理：2.正调控正调控 细菌优先利用细菌优先利用葡萄糖葡萄糖作为能源作为能源 有葡萄糖：有葡萄糖：cAMPCAP无活性无活性不促进转录不促进转录无葡萄糖：无葡萄糖：cAMPCAP有活性有活性促进转录促进转录现在学习的是第56页，共57页乳糖操乳糖操纵子子调控方式的比控方式的比较负调控正调控调节蛋白 阻遏蛋白 CAP变构物 别乳糖，乳糖 cAMP与变构物结合 无活性 有活性基因位点 O基因 CAP位点结合于基因位点 基因关闭 基因开放未结合于基因位点 基因开放 基因关闭不与变构物结合 有活性 无活性现在学习的是第57页，共57页