生物化學(xué)——第十章 蛋白質(zhì)的生物合成

1、第十章 蛋白質(zhì)的生物合成,蛋白質(zhì)的生物合成,翻譯過程十分復(fù)雜，需要mRNA、tRNA、rRNA和多種蛋白因子參與。在此過程中mRNA為合成的模板，tRNA為運(yùn)輸氨基酸工具，rRNA和蛋白質(zhì)構(gòu)成核糖體，是合成蛋白質(zhì)的場(chǎng)所，蛋白質(zhì)合成的方向?yàn)镹→C端。,遺傳信息流動(dòng)示意圖,核糖體,DNA,mRNA,tRNA,,二、t RNA,蛋白質(zhì)合成體系的組分,三、核糖體,蛋白質(zhì)合成體系,一、mRNA和遺傳密碼,四、輔助因子,mRNA,mRNA (me

2、ssenger RNA)是蛋白質(zhì)生物合成過程中直接指令氨基酸摻入的模板，是遺傳信息的載體。,第一節(jié) 遺傳密碼,,遺傳密碼: DNA（或mRNA）中的核苷酸序列與蛋白質(zhì)中氨基酸序列之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系稱為遺傳密碼。 密碼子(codon)：mRNA上每3個(gè)相鄰的核苷酸編碼蛋白質(zhì)多肽鏈中的一個(gè)氨基酸，這三個(gè)核苷酸就稱為一個(gè)密碼子或三聯(lián)體密碼。,遺傳密碼字典,U,A,C,G,UCAG,U,C,A,G,第二位,第一位（5ˊ）,第三位（3ˊ）,UCA

3、G,UCAG,UCAG,遺傳密碼的性質(zhì),,3、密碼的簡(jiǎn)并性與擺動(dòng)性：由一種以上密碼子編碼同一個(gè) 氨基酸的現(xiàn)象稱為簡(jiǎn)并，對(duì)應(yīng)于同一氨基酸的密碼子稱為同義密碼子(Synonymous codon)。多數(shù)情況下同義密碼子的第一、第二個(gè)堿基相同，第三個(gè)堿基不同，說明密碼的專一性主要是由第一、第二個(gè)堿基所決定。,1、密碼子是近于完全通用的。 2、密碼是無標(biāo)點(diǎn)符號(hào)的且相鄰密碼子互不重疊。,4、64組密碼子中，AUG既是甲硫氨酸的密碼，又是起始密碼

4、；有三組密碼不編碼任何氨基酸，而是多肽鏈合成的終止密碼子：UAG、UAA、UGA。,核糖體,,第二節(jié)核 糖 體,核糖體是由rRNA（ribosomal ribonucleic asid）和多種蛋白質(zhì)結(jié)合而成的一種大的核糖核蛋白顆粒，蛋白質(zhì)肽鍵的合成就是在這種核糖體上進(jìn)行的。,2、核糖體的功能,,1、核糖體的結(jié)構(gòu)和組成,核糖體的組成,原核生物核糖體的組成,多多核糖體與核糖體循環(huán),合成完畢的肽鏈,,,,,核糖體循環(huán),原核細(xì)胞70S核糖體

5、的A位、P位及mRNA結(jié)合部位示意圖,真核和原核細(xì)胞參與翻譯的蛋白質(zhì)因子,,階段　原核　 真核 功 能　　　IF1　　　IF2　　 eIF2 參與起始復(fù)合物的形成　　　　IF3　　 eIF3、eIF4C起始　　　　　CBP I

6、與mRNA帽子結(jié)合 　　　　　　　eIF4 A B F 參與尋找第一個(gè)AUG　　　　　　　eIF5 協(xié)助eIF2 、 eIF3、eIF4C的釋放　　　　　　　eIF6 協(xié)助60S亞基從無活性的核糖體上解離　　　EF-Tu　 eEF1? 協(xié)助氨酰-

7、tRNA進(jìn)入核糖體延長(zhǎng)　EF-Ts　 eEF1 ?? 幫助EF-Tu 、 eEF1?周轉(zhuǎn) 　　　EF-G　 eEF2 移位因子　　　RF-1終止　 eRF 釋放完整的肽鏈　　　RF-2,,,,,,,,,,t RNA （transfer ribonucleic asid）在蛋白質(zhì)

8、合成中處于關(guān)鍵地位，它不但為每個(gè)三聯(lián)體密碼子譯成氨基酸提供接合體，還為準(zhǔn)確無誤地將所需氨基酸運(yùn)送到核糖體上提供運(yùn)送載體。,1、tRNA的結(jié)構(gòu)特征——三葉草型二級(jí)結(jié)構(gòu),（1）被特定的氨酰- tRNA合成酶識(shí)別，使tRNA接受 正確的活化氨基酸。,（2）識(shí)別mRNA鏈上的密碼子。,（3）在蛋白質(zhì)合成過程中，tRNA起著連結(jié)生長(zhǎng)的多 肽鏈與核 糖體的作用。,2、tRNA的功能,密碼子與反密碼子的配對(duì)關(guān)系

9、,反密碼子,tRNA,5?,3?,,,A U C,,5?,mRNA,3?,密碼子,1 2 3,第四節(jié) 蛋白質(zhì)生物合成的分子機(jī)制,一、氨基酸的活化,二、原核生物多肽鏈的合成過程,四、真核生物多肽鏈的合成,三、多核糖體與核糖體循環(huán),氨基酸的活化,,E,,,,,,氨基酸,ATP +,,氨酰腺苷酸,E-AMP,,PPi,第一步,AMP,,第二步,,E,,,氨基酸的活化,3-氨酰-tRNA,N-甲酰甲硫氨酰-tRNAfMet的形成,M

10、et-tRNAfMet,fMet-tRNAfMet,,,N10-甲酰FH4,FH4,轉(zhuǎn)甲酰酶,氨酰- tRNA合成酶特點(diǎn),a、專一性： ? 對(duì)氨基酸有極高的專一性，每種氨基酸都有專一的酶，只作用于L-氨基酸，不作用于D-氨基酸。 ? 對(duì)t RNA 具有極高專一性。,b、校對(duì)作用： 氨酰- tRNA合成酶的水解部位可以水解錯(cuò)誤活化的氨基酸。,1、肽鏈合成的起始2、肽鏈的延長(zhǎng)3、肽鏈合成的終止及釋

11、放,原核生物多肽鏈的合成過程,原核生物多肽鏈的合成分為三個(gè)階段：肽鏈合成的起始、肽鏈的延伸、肽鏈合成的終止和釋放。,一、肽鏈合成的起始 翻譯的起始是指攜帶有起始甲硫氨酸的tRNA和mRNA結(jié)合到核糖體上形成起始復(fù)合物的過程。大腸桿菌中翻譯的起始過程是： 1、mRNA在核糖體小亞基上就位 mRNA靠S-D序列同16S rRNA的互補(bǔ)及IF-3的固定作用和IF-1 的幫助，首先進(jìn)入核糖體小亞基，這

12、時(shí)候AUG的位置正好對(duì)應(yīng)于大亞基的P位。,⒉ fMet- tRNA fMet在核糖體小亞基上就位 在IF-2和GTP幫助下， fMet- tRNA fMet進(jìn)入小亞基上與起始密碼相應(yīng)的位置 ，整個(gè)過程對(duì)fMet- tRNA fMet是特異和嚴(yán)格的，其余的氨基酰- tRNA都不能進(jìn)入到這個(gè)位置上。這步還包括IF-1的脫落。 ⒊ 50S大亞基結(jié)合到30S小亞基上形成70S起始復(fù)合物，同時(shí)釋放出IF-2、IF

13、-3，GTP水解成GDP和Pi，完成起始過程。,肽鏈合成的起始,30S亞基? mRNA IF3- IF1復(fù)合物,,30S? mRNA ? GTP- fMet –tRNA- IF2- IF1復(fù)合物,,70S起始復(fù)合物,,mRNA +30S亞基-IF3,,IF-1,,70S起始復(fù)合物,在起始復(fù)合物中，核糖體的P位被mRNA上AUG及其對(duì)應(yīng)的fMet- tRNA fMet占據(jù)，而A位則空著，有待于對(duì)應(yīng)mRNA上第二個(gè)密碼的相應(yīng)AA- tRNA

14、AA進(jìn)入，這時(shí)進(jìn)入肽鏈的延長(zhǎng)階段。,二、肽鏈的延長(zhǎng),肽鏈的延長(zhǎng),,進(jìn)位,,肽鍵形成,,移位,,進(jìn)位,(Tu\Ts),肽鍵形成,,,3´,（EF-G）,二、 肽鏈的延長(zhǎng) 肽鏈的延長(zhǎng)也稱為核糖體循環(huán)，每循環(huán)一次，肽鏈延長(zhǎng)一個(gè)氨基酸，如此不斷重復(fù)，直至肽鏈合成終止。每次核糖體循環(huán)又可分為三個(gè)步驟：進(jìn)位、成肽和移位。 真核生物的肽鏈延長(zhǎng)與此類似，eEF-1中的eEF-1α、 eEF-1β相

15、當(dāng)于EF-Tu和EF-Ts， eEF-2相當(dāng)于EF-G。 ⒈ 進(jìn)位 即新進(jìn)入的氨基酰-tRNA根據(jù)mRNA上密碼的指引，結(jié)合到70S核糖體的A位。這一步反應(yīng)需要GTP和延伸因子EF-Tu和EF-Ts的參與。,Tu\Ts循環(huán),⒉ 成肽 即P位上的N-甲酰甲硫氨酸的－C=O在肽酰轉(zhuǎn)移酶催化下與A位上的AA-tRNA的－NH2發(fā)生反應(yīng)，這樣N-甲酰甲硫氨酸在 A位 成為二肽，P位留下一個(gè)無負(fù)

16、載的tRNA。在成肽反應(yīng)結(jié)束后，這個(gè)無負(fù)載的tRNA從核糖體上脫落，使P位留空。,肽鍵的形成,⒊ 移位 指在移位酶(又稱為延伸因子G，EF-G)催化及GTP存在下，整個(gè)核糖體相對(duì)于mRNA從5′向3′方向的移動(dòng)，移動(dòng)的長(zhǎng)度為一個(gè)密碼子的距離，這時(shí)A位的二肽從A位進(jìn)入P位。,移位的結(jié)果使二肽-tRNA占據(jù)了P位，A位留空，并對(duì)應(yīng)mRNA上第三號(hào)密碼子，為第三號(hào)氨基酸按密碼的指引進(jìn)入A位進(jìn)位作好了準(zhǔn)備。在整個(gè)肽鏈延長(zhǎng)過程中，起

17、始的fMet可保留至翻譯終止。但翻譯后這一氨基酸會(huì)很快被切除，所以在新生的肽鏈里一般并不以甲硫氨酸作為N-末端。由多肽鏈的合成過程可以看出：核糖體閱讀mRNA密碼是從5′向3′方向進(jìn)行，肽鏈合成是從N-末端向C-末端方向進(jìn)行。,翻譯延伸因子,三 肽鏈合成的終止,肽鏈合成的終止包括：終止密碼的辨認(rèn)，肽鏈從完工的肽酰-tRNA上水解釋放出來，mRNA從核糖體中脫離及大小亞基的分離等。終止過程需要釋放因子RF的參與。 原核生物

18、的RF有三種： RF-1能識(shí)別終止密碼UAA和UAG； RF-2能識(shí)別UAA和UGA； RF-3結(jié)合GTP，促進(jìn)RF-1、RF-2對(duì)核糖體的結(jié)合。 真核生物的終止過程僅有一個(gè)eRF。,肽鏈終止的具體過程：⒈ 當(dāng)mRNA的終止密碼進(jìn)入A位時(shí)，因無AA- tRNA與之對(duì)應(yīng)，所以由RF-1或RF-2識(shí)別終止密碼，進(jìn)入A位。RF-3可加強(qiáng)這種作用。⒉ RF的結(jié)合，使核糖體的轉(zhuǎn)肽酶活性轉(zhuǎn)而表現(xiàn)為酯酶活性，將P位上的肽鏈從