13 第十二章 蛋白质的生物合成.ppt

第1页：第十二章 蛋白质的生物合成（翻译）封面

第十二章 蛋白质的生物合成（翻译）封面

• 蛋白质的生物合成（翻译）

第2页：蛋白质的生物合成

蛋白质的生物合成

• 蛋白质的生物合成，即翻译，就是将核酸中由4种核苷酸序列编码的遗传信息，解读为蛋白质一级结构中20种氨基酸的排列顺序

第3页：参与蛋白质生物合成的物质

参与蛋白质生物合成的物质

• 氨基酸
• mRNA
• tRNA
• 核糖体
• 酶及蛋白质因子
• ATP、GTP

第4页：第一节蛋白质合成体系

第一节蛋白质合成体系

• 翻译模板mRNA及遗传密码
• 遗传学将编码一个多肽的遗传单位称为顺反子
• 原核细胞中数个结构基因常串联为一个转录单位，转录生成的mRNA可编码几种功能相关的蛋白质，为多顺反子
• 真核mRNA只编码一种蛋白质，为单顺反子

第5页：原核生物的多顺反子真核生物的单顺反子

原核生物的多顺反子真核生物的单顺反子

• 原核生物的多顺反子真核生物的单顺反子PPP5′3′蛋白质PPPmG -5′3′蛋白质

第6页：mRNA上存在遗传密码mRNA分子上从

mRNA上存在遗传密码mRNA分子上从

• mRNA上存在遗传密码mRNA分子上从5′至3′方向，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，称为三联体密码起始密码:AUG 终止密码: UAA，UAG，UGA

第7页：遗传密码表

遗传密码表

第8页：从mRNA5′端起始密码子AUG到3′端

从mRNA5′端起始密码子AUG到3′端

• 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(openreadingframe,ORF)

第9页：遗传密码的特点

遗传密码的特点

1. 连续性编码蛋白质氨基酸序列的各个三联体密码连续阅读，密码间既无间断也无交叉。
2. 方向性从mRNA 5′端起始到3′端终止

第10页：基因损伤引起mRNA阅读框架内的碱基发生

基因损伤引起mRNA阅读框架内的碱基发生

• 基因损伤引起mRNA阅读框架内的碱基发生插入或缺失，可能导致框移突变

第11页：简并性遗传密码中

简并性遗传密码中

1. 简并性遗传密码中，除色氨酸和甲硫氨酸仅有一个密码子外，其余氨基酸有2、3、4个或多至6个三联体为其编码。

第12页：遗传密码表

遗传密码表

第13页：通用性

通用性

• 蛋白质生物合成的整套密码，从原核生物到人类都通用。证明各种生物进化自同一祖先

1. 摆动性转运氨基酸的tRNA的反密码需要通过碱基互补与mRNA上的遗传密码反向配对结合，但反密码与密码间不严格遵守常见的碱基配对规律，称为摆动配对

第14页：反向配对

反向配对

第15页：密码mRNA5’3’3’5’反密码

密码mRNA5’3’3’5’反密码

• 密码mRNA5’3’3’5’反密码tRNAGCUCGICA123123前二对严格碱基配对第三对摆动配对

第16页：密码子

密码子

• 密码子、反密码子配对的摆动现象tRNA反密码子第1位碱基IUGACmRNA密码子第3位碱基U, C, AA, GU, CUG

第17页：核蛋白体是多肽链合成的装置

核蛋白体是多肽链合成的装置

第18页：原核生物真核生物核蛋白体小亚基大亚基核蛋

原核生物真核生物核蛋白体小亚基大亚基核蛋

• 原核生物真核生物核蛋白体小亚基大亚基核蛋白体小亚基大亚基S70S30S50S80S40S60SrRNA16S-rRNA5S-rRNA23S-rRNA18S-rRNA28S-rRNA5S-rRNA5.8S-rRNA蛋白质rpS 21种rpL 36种rpS 33种rpL 49种不同细胞核蛋白体的组成

第19页：核蛋白体的组成

核蛋白体的组成

第20页：原核生物翻译过程中核蛋白体结构模式

原核生物翻译过程中核蛋白体结构模式

• 原核生物翻译过程中核蛋白体结构模式:E位：排出位

第21页：tRNA与氨基酸的活化反密码环氨基酸臂

tRNA与氨基酸的活化反密码环氨基酸臂

第22页：氨基酸+ tRNA氨基酰-

氨基酸+ tRNA氨基酰-

• 氨基酸+ tRNA氨基酰-tRNAATPAMP＋PPi氨基酰-tRNA合成酶
• 氨基酰-tRNA合成酶
• 氨基酸的活化

第23页：第一步反应

第一步反应

第24页：第二步反应氨基酰-AMP-E ＋

第二步反应氨基酰-AMP-E ＋

• 第二步反应氨基酰-AMP-E ＋tRNA ↓氨基酰-tRNA ＋AMP＋E每个氨基酸活化消耗2个高能磷酸键

第25页：氨基酰-tRNA合成酶对底物氨基酸和

氨基酰-tRNA合成酶对底物氨基酸和

• 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合成酶具有校正活性

氨基酰-tRNA的表示方法

AlaAla-tRNA

第26页：Met

Met

真核生物

Met-tRNAi 起始者tRNAMetMet-tRNAe 肽链延长中fMet

原核生物

fMet-tRNAiN-甲酰甲硫氨酸，转甲酰基酶

• 起始肽链合成的氨基酰-tRNA

第27页：第二节蛋白质生物合成过程

第二节蛋白质生物合成过程

• 翻译的起始
• 翻译的延长

翻译的终止整个翻译过程可分为

翻译过程从阅读框架的5´-AUG开始，按mRNA模板三联体密码的顺序延长肽链，直至终止密码出现

第28页：肽链合成起始指mRNA和起始氨基酰-

肽链合成起始指mRNA和起始氨基酰-

• 肽链合成起始指mRNA和起始氨基酰-tRNA分别与核蛋白体结合而形成翻译起始复合物参与这一过程的蛋白称起始因子（IF），真核生物起始因子称eIF

第29页：原核生物翻译起始复合物形成

原核生物翻译起始复合物形成

• 核蛋白体大小亚基分离；
• mRNA在小亚基定位结合；
• 起始氨基酰-tRNA的结合；
• 核蛋白体大亚基结合。

第30页：IF-3IF-11. 核蛋白体大小亚基分

IF-3IF-11. 核蛋白体大小亚基分

• IF-3IF-11. 核蛋白体大小亚基分离

第31页：S-D序列

S-D序列

• S-D序列PuPu

第32页：AUG5'3'IF-3IF-12.

AUG5'3'IF-3IF-12.

• AUG5'3'IF-3IF-12. mRNA在小亚基定位结合

第33页：IF-3IF-1IF-2GTP3. 起始

IF-3IF-1IF-2GTP3. 起始

• IF-3IF-1IF-2GTP3. 起始氨基酰tRNA( fMet-tRNAifmet)结合到小亚基AUG5'3'

第34页：IF-3IF-1IF-2

IF-3IF-1IF-2

• IF-3IF-1IF-2GTPGDPPi4. 核蛋白体大亚基结合，起始复合物形成AUG5'3'

第35页：IF-3IF-1AUG5'3'IF-2

IF-3IF-1AUG5'3'IF-2

• IF-3IF-1AUG5'3'IF-2GTPIF-2-GTPGDPPi

第36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

• 核蛋白体大小亚基分离；
• 起始氨基酰-tRNA结合小亚基；
• mRNA在核蛋白体小亚基就位；
• 核蛋白体大亚基结合。

第37页：met40S60SMetMet40

met40S60SMetMet40

• met40S60SMetMet40S60SmRNAeIF-2B、eIF-3、eIF-6
• elF-3
• GDP+Pi各种elF释放elF-5
• ATPADP+PielF4E, elF4G, elF4A, elF4B,PAB
• MetMet-tRNAiMet-elF-2-GTP真核生物翻译起始复合物形成过程

第38页：肽链合成延长指根据mRNA密码序列的指导

肽链合成延长指根据mRNA密码序列的指导

• 肽链合成延长指根据mRNA密码序列的指导，次序添加氨基酸从N端向C端延伸肽链，直到合成终止的过程
• 肽链延长在核蛋白体上连续性循环式进行，又称为核蛋白体循环

第39页：延伸过程所需蛋白因子称为延长因子(

延伸过程所需蛋白因子称为延长因子(

延伸过程所需蛋白因子

延长因子(elongation factor, EF)

原核生物

EF-T (EF-Tu, EF-Ts)EF-G

真核生物

EF-1、EF-2

第40页：进位又称注册指根据mRNA下一组遗传密码

进位又称注册指根据mRNA下一组遗传密码

• 进位又称注册指根据mRNA下一组遗传密码指导，使相应氨基酰-tRNA进入核蛋白体A位核蛋白体有校正作用原核生物

第41页：TuTsGTPGDPAUG5'3'

TuTsGTPGDPAUG5'3'

• TuTsGTPGDPAUG5'3'TuTs

第42页：成肽是由转肽酶催化的肽键形成过程

成肽是由转肽酶催化的肽键形成过程

成肽

由转肽酶催化的肽键形成过程，数种大亚基蛋白组成转肽酶活性

第43页：转位延长因子EF-G有转位酶活性

转位延长因子EF-G有转位酶活性

• 转位延长因子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

第44页：fMetAUG5'3'

fMetAUG5'3'

• fMetAUG5'3'fMetTuGTP

第45页：进位转位成肽

进位转位成肽

第46页：真核生物肽链合成的延长过程与原核基本相似

真核生物肽链合成的延长过程与原核基本相似

• 真核生物肽链合成的延长过程与原核基本相似，但有不同的反应体系和延长因子。另外，真核细胞核蛋白体没有E位，转位时卸载的tRNA直接从P位脱落。
• 真核生物延长过程

第47页：肽链合成的终止当mRNA上终止密码出现后

肽链合成的终止当mRNA上终止密码出现后

• 肽链合成的终止当mRNA上终止密码出现后，多肽链合成停止，肽链从肽酰-tRNA中释出，mRNA、核蛋白体等分离，这些过程称为肽链合成终止。

第48页：终止相关的蛋白因子称为释放因子(

终止相关的蛋白因子称为释放因子(

终止相关的蛋白因子

释放因子(release factor, RF) 一是识别终止密码，如RF-1特异识别UAA、UAG；而RF-2可识别UAA、UGA。二是诱导转肽酶改变为酯酶活性，相当于催化肽酰基转移到水分子-OH上，使肽链从核蛋白体上释放释放因子的功能原核生物释放因子：RF-1，RF-2，RF-3真核生物释放因子：eRF

第49页：UAG5'3'RFCOO-

UAG5'3'RFCOO-

第50页：蛋白质生物合成是耗能过程

蛋白质生物合成是耗能过程

蛋白质生物合成

耗能过程，细胞用于合成蛋白质消耗能量可占到所有生物合成总耗能的90％。

• 延长时每个氨基酸活化为氨基酰-tRNA消耗2个高能键，进位、转位各消耗一个高能键，每增加一个肽键实际消耗可能多于4个高能键。

第51页：多聚核蛋白体mRNA和多个核蛋白体聚合物

多聚核蛋白体mRNA和多个核蛋白体聚合物

• 多聚核蛋白体mRNA和多个核蛋白体聚合物称多聚核蛋白体，使蛋白质合成高速、高效进行。

第52页：第三节蛋白质合成后加工和输送

第三节蛋白质合成后加工和输送

• 从核蛋白体释放出的新生多肽链不具备蛋白质生物活性，必需经过不同的翻译后复

第53页：多肽链折叠为天然功能构象的蛋白质

多肽链折叠为天然功能构象的蛋白质

• 新生肽链N端在核蛋白体上一出现，肽链的折叠即开始。可能随着序列的不断延伸肽链逐步折叠，

第54页：几种有促进蛋白折叠功能的大分子

几种有促进蛋白折叠功能的大分子

1. 分子伴侣
2. 蛋白二硫键异构酶
3. 肽-脯氨酰顺反异构酶

第55页：热休克蛋白(heat shock

热休克蛋白(heat shock

1. 热休克蛋白(heat shock protein, HSP) ：应激反应性蛋白，高温应激可诱导该蛋白合成增加。包括HSP70、HSP40和GreE族对某些能自发性折叠的蛋白质，热休克蛋白可促进需要折叠的多肽链折叠为有天然空间构象的蛋白质

分子伴侣分子伴侣

细胞一类保守蛋白质，可识别肽链的非天然构象，促进各功能域和整体蛋白质的正确折叠

第56页：热休克蛋白促进蛋白质折叠的基本作用——结

热休克蛋白促进蛋白质折叠的基本作用——结

• 热休克蛋白促进蛋白质折叠的基本作用——结合保护待折叠多肽片段，再释放该片段进行折叠。形成HSP70和多肽片段依次结合、解离的循环。HSP40结合待折叠多肽片段HSP70-ATP复合物HSP40-HSP70-ADP-多肽复合物ATP水解GrpEATPADP复合物解离，释出多肽链片段进行正确折叠

第57页：伴侣素GroEL/GroES系统促进蛋白

伴侣素GroEL/GroES系统促进蛋白

• 伴侣素GroEL/GroES系统促进蛋白质折叠过程

1. 伴侣素分子伴侣另一家族，为非自发性折叠蛋白质提供能折叠形成天然空间构象的微环境。

第58页：蛋白二硫键异构酶多肽链内或肽链之间二硫键

蛋白二硫键异构酶多肽链内或肽链之间二硫键

• 蛋白二硫键异构酶多肽链内或肽链之间二硫键的正确形成对稳定分泌蛋白、膜蛋白等的天然构象十分重要二硫键异构酶在内质网腔活性很高，可在较大区段肽链中催化错配二硫键断裂并形成正确二硫键连接，最终使蛋白质形成热力学最稳定的天然构象。

第59页：肽-脯氨酰顺反异构酶多肽链中肽酰-脯氨酸

肽-脯氨酰顺反异构酶多肽链中肽酰-脯氨酸

• 肽-脯氨酰顺反异构酶多肽链中肽酰-脯氨酸间形成的肽键有顺反两种异构体，绝大部分为反式构型肽酰-脯氨酰顺反异构酶可促进上述顺反两种异构体之间的转换肽酰-脯氨酰顺反异构酶是蛋白质三维构象形成的限速酶

第60页：一级结构的修饰

一级结构的修饰

• 肽链N端的修饰天然蛋白质大多数不以甲硫氨酸为N端第一位氨基酸。细胞内脱甲酰基酶或氨基肽酶可以除去N-甲酰基、N端甲硫氨酸或N端附加序列
• 个别氨基酸的修饰Ser、Thr、Tyr磷酸化；Gluγ-羧基化；Lys、Pro羟基化；Cys间形成二硫键
• 多肽链的水解修饰某些无活性的蛋白前体可经蛋白酶水解，生成活性的蛋白质、多肽

第61页：空间结构的修饰

空间结构的修饰

• 亚基聚合具有四级结构的蛋白质由两条以上的肽链通过非共价聚合，形成寡聚体
• 辅基连接结合蛋白需要结合相应辅基，成为天然功能蛋白质
• 疏水脂链的共价连接一些蛋白通过脂链嵌入疏水膜脂质双层，定位成为特殊质膜内在蛋白，才成为具有生物功能的蛋白质

第62页：蛋白质合成后需要经过复杂机制

蛋白质合成后需要经过复杂机制

• 蛋白质合成后需要经过复杂机制，定向输送到最终发挥生物功能的细胞靶部位，这一过程称为蛋白质的靶向输送。
• 蛋白质合成后的靶向输送
• 蛋白质的靶向输送

第63页：所有靶向输送的蛋白质结构中存在分选信号

所有靶向输送的蛋白质结构中存在分选信号

• 所有靶向输送的蛋白质结构中存在分选信号，主要为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。
• 信号序列(signal sequence)

第64页：线粒体蛋白的靶向输送导肽

线粒体蛋白的靶向输送导肽

• 细胞核蛋白的靶向输送核定位序列
• 分泌蛋白的靶向输送信号肽

第65页：第四节蛋白质生物合成的干扰和抑制

第四节蛋白质生物合成的干扰和抑制

蛋白质生物合成

很多天然抗生素和某些毒素的作用靶点。

• 通过阻断真核、原核生物蛋白质翻译体系某组分功能，干扰和抑制

第66页：抗生素类抗生素作用点作用原理应用四环素族

抗生素类抗生素作用点作用原理应用四环素族

• 抗生素类抗生素作用点作用原理应用四环素族（金霉素新霉素、土霉素）链霉素、卡那霉素、新霉素氯霉素、林可霉素红霉素梭链孢酸放线菌酮嘌呤霉素原核核蛋白体小亚基原核核蛋白体小亚基原核核蛋白体大亚基原核核蛋白体大亚基原核核蛋白体大亚基真核核蛋白体大亚基真核、原核核蛋白体抑制氨基酰-tRNA与小亚基结合改变构象引起读码错误、抑制起始抑制转肽酶、阻断延长抑制转肽酶、妨碍转位与EFG-GTP结合，抑制肽链延长抑制转肽酶、阻断延长氨基酰-tRNA类似物，进位后引起未成熟肽链脱落抗菌药抗菌药抗菌药抗菌药抗菌药医学研究抗肿瘤药抗生素是微生物产生的能够杀灭或抑制细菌的一类药物

第67页：四环素族氯霉素链霉素和卡那霉素嘌呤霉素放

四环素族氯霉素链霉素和卡那霉素嘌呤霉素放

• 四环素族氯霉素链霉素和卡那霉素嘌呤霉素放线菌酮

第68页：其他干扰蛋白质生物合成的物质

其他干扰蛋白质生物合成的物质

• 毒素(toxin)某些毒素能在肽链延长阶段阻断蛋白质合成而引起毒性

第69页：白喉毒素的作用机理白喉毒素++延长因子-

白喉毒素的作用机理白喉毒素++延长因子-

• 白喉毒素的作用机理白喉毒素++延长因子-2（有活性）延长因子-2（无活性）

第70页：干扰素的作用机理干扰素诱导的蛋白激酶

干扰素的作用机理干扰素诱导的蛋白激酶

• 干扰素的作用机理干扰素诱导的蛋白激酶dsRNA1. 干扰素诱导eIF2磷酸化而失活，抑制病毒蛋白质合成ATPeIF2ADPeIF2-P（失活）Pi磷酸酶

第71页：干扰素诱导病毒RNA降解降解

干扰素诱导病毒RNA降解降解

1. 干扰素诱导病毒RNA降解降解mRNAdsRNA干扰素AAPAPPPP2′5′2′5′5′2′-5′AAPPPATP2-5A合成酶RNaseLRNaseL活化

第72页：翻译答案更正

翻译答案更正

• P122
• A1型选择题

1. C
2. A每延长一个氨基酸都要按照注册-成肽-转位的次序

• B型选择题

1. C
2. D
3. A

• X型选择题

1. E肽链的延长

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