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1、关于蛋白质的生物合成关于蛋白质的生物合成(10)第一页，本课件共有44页第一节第一节 蛋白质生物合成概述蛋白质生物合成概述l一、蛋白质生物合成一、蛋白质生物合成l二、翻译的条件二、翻译的条件l三、参与翻译的酶和蛋白因子三、参与翻译的酶和蛋白因子l四、翻译的方向四、翻译的方向第二页，本课件共有44页一、蛋白质生物合成一、蛋白质生物合成l蛋白质生物合成包括两个过程：肽链蛋白质生物合成包括两个过程：肽链的翻译和翻译后加工的翻译和翻译后加工l翻译是指以翻译是指以mRNA为模板，生物合成为模板，生物合成蛋白质的过程。蛋白质的过程。第三页，本课件共有44页二、翻译的条件二、翻译的条件lmRNAltRNAl
2、核糖体l其他蛋白质因子l氨基酰-tRNA合成酶l供能物质及无机离子第四页，本课件共有44页1.mRNAl作为蛋白质生物合成的模板，决定多肽链中氨基酸的排列顺序。lmRNA中每三个相邻的核苷酸组成三联体，代表一个氨基酸的信息，此三联体就称为密码子(coden)。l共有64种不同的密码，将这些密码子及其对应的氨基酸列成一个可查阅的字典，称为密码子字典。lmRNA上指导多肽链合成的遗传信息称为遗传密码。遗传密码决定蛋白质的一级结构。第五页，本课件共有44页2.密码子的特点l 连续性；l 简并性；l 通用性；l 方向性；l 摆动性；l 不重叠性；l起始密码：AUG；终止密码：UAA、UAG、UGA。第
3、六页，本课件共有44页（1）连续性）连续性l遗传密码的连续性，即从遗传密码的连续性，即从AUG开始，开始，各密码子连续阅读而无间断，若有各密码子连续阅读而无间断，若有碱基插入或缺失，会造成框移突变碱基插入或缺失，会造成框移突变（移码突变）；（移码突变）；第七页，本课件共有44页（2）简并性l大部分氨基酸有多个密码子，以大部分氨基酸有多个密码子，以24个居多，个居多，可有可有6个。个。l这种由多种密码子编码一种氨基酸的现象称这种由多种密码子编码一种氨基酸的现象称为简并性。为简并性。l决定同一种氨基酸密码子的头两个碱基是相决定同一种氨基酸密码子的头两个碱基是相同的，第三位碱基不同，第三位碱基发生点
4、同的，第三位碱基不同，第三位碱基发生点突变时仍可翻译出正常的氨基酸；突变时仍可翻译出正常的氨基酸；第八页，本课件共有44页（3）通用性l生物体的遗传密码相同，称密码的生物体的遗传密码相同，称密码的普遍性。但线粒体密码子有例外。普遍性。但线粒体密码子有例外。如如AUA与与AUG均代表均代表Met和起始密和起始密码子；码子；UGA为为Trp密码子而不是终止密码子而不是终止密码子等。密码子等。（4）方向性l即解读方向为5 3。第九页，本课件共有44页（5）摆动性lmRNA密码子的前两位碱基和密码子的前两位碱基和tRNA的反的反密码子严格配对。而密码第三位碱基与密码子严格配对。而密码第三位碱基与反密码
5、第一位碱基不严格遵守配对规则，反密码第一位碱基不严格遵守配对规则，称为密码配对的摆动性。称为密码配对的摆动性。tRNA反密码子反密码子第一个碱基第一个碱基 IUCAGmRNA密码子第密码子第三个碱基三个碱基U，C，AA，GGUU，C第十页，本课件共有44页（6）不重叠性l每个核苷酸在一个阅读框架内只能每个核苷酸在一个阅读框架内只能阅读一次。阅读一次。l在有重叠基因的在有重叠基因的DNA区段，一个核区段，一个核苷酸可参与不同基因的编码。苷酸可参与不同基因的编码。第十一页，本课件共有44页密码子字典第十二页，本课件共有44页l在氨基酸tRNA合成酶催化下，特定的tRNA可与相应的 氨基酸结合，生成
6、氨基酸tRNA，从而携带氨基酸参与蛋白质的生物合成。ltRNA反密码环中部的三个核苷酸构成三联体，可以识别mRNA上相应的密码，此三联体就称为反密码(anticoden)。3.tRNA第十三页，本课件共有44页l能够识别mRNA中5端起动密码AUG的tRNA是一种特殊的tRNA，称为起动tRNA。在原核生物中，起动tRNA是一种携带甲酰蛋氨酸的tRNA，即tRNAifmet；而在真核生物中，起动tRNA是一种携带蛋氨酸的tRNA，即tRNAimet。l在原核生物和真核生物中，均存在另一种携带蛋氨酸的tRNA，识别非起动部位的蛋氨酸密码，AUG。识别识别AUG的的tRNA第十四页，本课件共有44
7、页l核糖体的构成核糖体的构成l核糖体的组装核糖体的组装l大肠杆菌的核糖体大肠杆菌的核糖体l核糖体的功能核糖体的功能4.核糖体第十五页，本课件共有44页 1小亚基：可与小亚基：可与mRNA、GTP和起动和起动tRNA结合。结合。2大亚基：大亚基：（1）具有两个不同的具有两个不同的tRNA结合点结合点。A位位（右右）受受位位或或氨氨酰酰基基位位，可可与与新新进进入入的的氨氨基基酰酰tRNA结合；结合；P位位（左左）给给位位或或肽肽酰酰基基位位，可可与与延延伸伸中中的的肽肽酰酰基基tRNA结合。结合。（2）具具有有转转肽肽酶酶活活性性：将将给给位位上上的的肽肽酰酰基基转转移移给给受受位位上上的氨基酰
8、的氨基酰tRNA，形成肽键。，形成肽键。（3）具有）具有GTPase活性，水解活性，水解GTP，获得能量。，获得能量。（4）具有起动因子、延长因子及释放因子的结合部位）具有起动因子、延长因子及释放因子的结合部位（1）核糖体的功能）核糖体的功能第十六页，本课件共有44页(2)两个不同的两个不同的tRNA结合点结合点第十七页，本课件共有44页5.其他蛋白质因子l起动因子（IF）l延长因子（EF）l释放因子（RF）第十八页，本课件共有44页l这是一些与多肽链合成起动有关的蛋白因子。l原核生物中存在3种起动因子，分别称为IF1-3。l在真核生物中存在9种起动因子（eIF）。其作用主要是促进核糖体小亚基
9、与起动tRNA及模板mRNA结合。(1)起动因子（IF）第十九页，本课件共有44页l其作用主要促使氨基酰tRNA进入核糖体的受体，并可促进移位过程。l原核生物中存在3种延长因子（EFTU，EFTS，EFG），l真核生物中存在2种（EF1，EF2）。(2)延长因子（EF）第二十页，本课件共有44页l其主要作用是识别终止密码，协助多肽链的释放。l原核生物中有4种。l在真核生物中只有1种。3.释放因子（RF）第二十一页，本课件共有44页l该酶存在于胞液中，与特异氨基酸的活化以及氨基酰tRNA的合成有关。l每种氨基酰tRNA合成酶对相应氨基酸以及携带氨基酸的数种tRNA具有高度特异性，这是保证tRNA
10、能够携带正确的氨基酸对号入座的必要条件。l目前认为，该酶对tRNA的识别，是因为在tRNA的氨基酸臂上存在特定的识别密码，即第二套遗传密码。6.氨基酰tRNA合成酶第二十二页，本课件共有44页l多肽链合成时，需ATP、GTP作为供能物质，并需Mg2+、K+参与。l氨基酸活化时需消耗2分子高能磷酸键，肽键形成时又需消耗2分子高能磷酸键，故缩合一分子氨基酸残基需消耗4分子高能磷酸键。7.供能物质和无机离子第二十三页，本课件共有44页四、翻译的方向四、翻译的方向lmRNA的阅读方向为的阅读方向为5 3l肽链的延伸方向为氨基端肽链的延伸方向为氨基端羧基端羧基端第二十四页，本课件共有44页第二节 翻译和
11、翻译后加工l蛋白质生物合成过程包括三大步骤：l氨基酸的活化；l活化氨基酸在核蛋白体上的缩合（翻译）；l多肽链合成后的加工修饰。第二十五页，本课件共有44页l由氨基酰tRNA合成酶催化，特异的tRNA3端CCA上的2或3位自由羟基与相应的氨基酸以酯键相连接，形成氨基酸tRNA，从而使活化氨基酸能够被搬运至核糖体上参与多肽链的合成。l氨基酰tRNA的合成，可使氨基酸 活化；搬运；定位。一翻译的过程（重点）（重点）1.氨基酸的活化第二十六页，本课件共有44页2.活化氨基酸的缩合l过程可分为起动、延长和终止三个阶段，这三个阶段在原核生物和真核生物类似。第二十七页，本课件共有44页(1)起动阶段l30S
12、起动复合物的形成lmRNA的识别l70S起动复合体的形成第二十八页，本课件共有44页 在起动因子的促进下，30S小亚基与mRNA的起动部位，起动氨基酰tRNA（fmet-tRNAfmet）和GTP结合，形成复合体。30S起动复合物的形成第二十九页，本课件共有44页l原核mRNA的起动部位由一段富含嘌呤的特殊核苷酸顺序组成，称为SD序列（核糖体结合位点，RBS），可被核蛋白体小亚基辨认结合。l真核生物中的mRNA具有帽子结构，已知需一种特殊的帽子结合蛋白（CBP）以识别此结构。mRNA的识别第三十页，本课件共有44页70S起动复合体的形成lIF3从从30S起动复合体上脱落，起动复合体上脱落，50
13、S大亚基与复大亚基与复合体结合，形成合体结合，形成70S起动前复合体。起动前复合体。lGTP被水解，被水解，IF1和和IF2从复合物上脱落。此从复合物上脱落。此时，时，tRNAtRNAfmetfmet的反密码的反密码UACUAC与与mRNAmRNA上的起动密码上的起动密码AUGAUG互补结合，互补结合，tRNAtRNAfmetfmet结合在核蛋白的给位结合在核蛋白的给位（P P位）。位）。第三十一页，本课件共有44页(2)肽链延长阶段l进位l成肽l移位第三十二页，本课件共有44页 与mRNA下一个密码相对应的氨基酰tRNA进入核糖体的受 位。此 步 骤 需GTP，Mg2+，和 EF参与。进位第
14、三十三页，本课件共有44页成肽l在转肽酶的催化下，将给位上的tRNA所携带的甲酰蛋氨酰基或肽酰基转移到受位上的氨基酰tRNA上，与其-氨基缩合形成肽键。此步骤需Mg2+，K+。给位上已失去蛋氨酰基或肽酰基的tRNA从核糖体上脱落。第三十四页，本课件共有44页核糖体向mRNA的3-端滑动相当于一个密码的距 离，同 时 使 肽 酰 基tRNA从受位移到给位。此 步 骤 需 EF（EFG）、GTP和Mg2+参与。此时，核糖体的受位留空，与下一个密码相对应的氨基酰tRNA即可再进入，重复以上循环过程，使多肽链不断延长。移位第三十五页，本课件共有44页l核糖体沿mRNA链滑动，不断使多肽链延长，直到终止
15、信号进入受位。1识别：RF识别终止密码，进入核糖体的受位。2水解：RF使转肽酶变为水解酶，多肽链与tRNA之间的酯键被水解，多肽链释放。3解离：通过水解GTP，使核糖体与mRNA分离，tRNA、RF脱落，核糖体解离为大、小亚基。(3)肽链终止阶段第三十六页，本课件共有44页多核糖体l在蛋白质生物合成过程中，常常由若干核糖体结合在同一mRNA分子上，同时进行翻译，但每两个相邻核蛋白之间存在一定的间隔，形成念球状结构。l由若干核糖体结合在一条mRNA上同时进行多肽链的翻译所形成的念球状结构称为多核糖体。第三十七页，本课件共有44页多肽链合成的能量消耗多肽链合成的能量消耗 多肽链合成的能量主要由AT
16、P和GTP提供，若n个氨基酸合成一条多肽链 n个氨基酸分子的活化个氨基酸分子的活化（ATPAMP=2ADP）2n个个70s起始复合物的形成起始复合物的形成（GTP GDP+Pi)1个个(n1)个氨酰个氨酰tRNA进入进入 核糖体核糖体A位点位点（GTP GDP+Pi)（n1）个）个(n1)次核糖体移位次核糖体移位(GTP GDP+Pi)(n1)个个共共（4n1）个个第三十八页，本课件共有44页二、多肽链合成后的加工修饰l一级结构的加工修饰l高级结构的形成l靶向输送第三十九页，本课件共有44页（一）一级结构的加工修饰1N端甲酰蛋氨酸或蛋氨酸的切除：lN端甲酰蛋氨酸，必须在多肽链折迭成一定的空间结
17、构之前被切除。去甲酰化：甲酰化酶 甲酰蛋氨酸-肽 甲酸+蛋氨酸-肽 去蛋氨酰基：蛋氨酸氨基肽酶 蛋氨酰-肽 蛋氨酸+肽 第四十页，本课件共有44页 2氨基酸的修饰：由专一性的酶催化进行修饰，包括糖基化、羟基化、磷酸化、甲酰化等。3二硫键的形成：由专一性的氧化酶催化，将-SH氧化为-S-S-。4肽段的切除：由专一性的蛋白酶催化，将部分肽段切除。如：前胰岛素原（切信号肽）胰岛素原（切间插序列）胰岛素第四十一页，本课件共有44页1构象的形成：l在分子内伴侣、辅助酶及分子伴侣的协助下，形成特定的空间构象。2亚基的聚合。3辅基的连接。（二）高级结构的形成第四十二页，本课件共有44页l蛋白质合成后，定向地被输送到其执行功能的场所称为靶向输送。大多数情况下，被输送的蛋白质分子需穿过膜性结构，才能到达特定的地点。因此，在这些蛋白质分子的氨基端，一般都带有一段疏水的肽段，称为信号肽。（三）靶向输送第四十三页，本课件共有44页感谢大家观看第四十四页，本课件共有44页