13 Protein Biosynthesis.pptx

第1页：Chapter 13

Chapter 13 ProteinBiosynthesisSecond step of gene expressionTranslation，posttranslationalmodification，targeting.Genetic codeRibosomesRole of tRNA（adapter for codon anda.a）Site of action of antibiotics

第2页：教学要求

教学要求：本节要点如下。

• 要求
• 1.理解蛋白质合成的信息来源，三种RNA在蛋白质合成中的作用
• 2.理解遗传密码的破译方法
• 3.遗传密码的几个重要特性
• 4.了解核糖体的结构、掌握氨酰-tRNA合成酶的作用机理
• 5.了解蛋白质的合成过程
• 6.了解多肽链的折叠与加工过程，各类蛋白质的投递过程

第3页：蛋白质合成

蛋白质合成

第4页：第一节遗传密码Genetic

1.同聚核苷酸polyU, polyC, polyA, polyGpolyU + E.coli.无细胞体系PhepolyC(Pro), polyA(Lys), polyG(Gly)

第5页：第一节遗传密码Genetic（续）

2.随机顺序多核苷酸多聚核苷酸磷酸化酶，不需模板。nNDP（RNA）n+nPi在体外合成顺序随机的RNA，RNA的组成由核苷酸的相对浓度决定。举例：无序polyUG对氨基酸的编码，U:G=5:1

第6页：可能的密码子几率相对频率a.

可能的密码子几率相对频率a.a相对量PheUUU0.587100100LeuUUG0.1162020CysUGU0.1162020ValGUU0.1162020TrpUGG0.02344ValGUG0.02344GlyGGU0.02344GlyGGG0.00460.80.8无法区分UUG是Leu，还是Cys

第7页：人工合成序列重复的RNAH.G.

和Holly

和Holly

分享1968诺贝尔奖

分享1968诺贝尔奖。合成二核苷酸重复序列：CUCUCUCUCUCU翻译产物：Leu-Ser-Leu-Ser-Leu-Ser

合成三核苷酸重复序列

UCCUCCUCCUCCUCC翻译产物：Phe-Phe，Ser-Ser，Leu-Leu

第8页：密码子

密码子

第9页：二、遗传密码的特点

1.密码子是连续的

第10页：读码框、移码、移码突变、缺失突变

读码框、移码、移码突变、缺失突变

第11页：遗传密码一般不重叠大肠杆菌噬菌体

遗传密码一般不重叠大肠杆菌噬菌体：本节要点如下。

• 17、Qβ）的RNA基因组中，部分基因的遗传密码重叠。
• 3.简并性大多数a.a有几组不同的密码子，Trp及Met只有一个密码子。简并性可以减少有害的突变。

第12页：部分基因的遗传密码重叠

部分基因的遗传密码重叠

第13页：部分基因的遗传密码重叠

部分基因的遗传密码重叠

第14页：遗传密码重叠

遗传密码重叠

第15页：

第16页：密码子中第三位碱基具有较小的专一性专一性

4.密码子中第三位碱基具有较小的专一性专一性由前二位碱基决定，第三位基具有摆动性Ala（GCU、GCC、GCA、GCG）。第三位碱基突变时，仍然能译出正确的氨基酸。酵母tRNAAla的反密码子是IGC，可阅读GCU、GCC和GCA

第17页：密码子与反密码子

密码子与反密码子

第18页：密码子与反密码子

密码子与反密码子

第19页：第三位碱基具有摆动性

第三位碱基具有摆动性

第20页：起始密码子AUG-Met终止密码

6.密码子近乎完全通用病毒、细菌、真核生物的密码子近乎完全通用，但线粒体DNA中密码子有例外。

第21页：线粒体DNA中的密码子

线粒体DNA中的密码子

第22页：第二节蛋白质合成中的大分子

第二节蛋白质合成中的大分子

第23页：

第24页：一、mRNA

1.原核mRNA起始密码子AUG上游9-13个核苷酸处，有一段可与核糖体结合、富含嘌呤的3-9个核苷酸的保守序列AGGA，此序列称SD序列。它与核糖体小亚基内16SrRNA的3’端一段富含嘧啶的序列GAUCACCUCCUUA-OH互补，使得结合于小亚基上的起始tRNA能正确地定位于mRNA的起始密码子AUG。

第25页：SD sequence

SD sequence

第26页：许多原核mRNA（多顺反子）翻译时

许多原核mRNA（多顺反子）翻译时，各种蛋白质都有自己的起始、终止密码子，分别控制其合成的起始与终止。

第27页：真核mRNA结构

2.真核mRNA结构真核mRNA具有m7GpppN帽子结构，无SD序列。帽子结构具有增强翻译效率的作用。若起始AUG与帽子结构间的距离太近（小于12个核苷酸），就不能有效利用这个AUG，会从下游适当的AUG起始翻译。当距离在17-80个核苷酸之间时，离体翻译效率与距离成正比。

第28页：真核mRNA具有“第一AUG规律”

真核mRNA具有“第一AUG规律”：本节要点如下。

• （1）AUG上游的-3经常是嘌呤，尤其是A
• （2）紧跟AUG的+4常常是G起始AUG邻近序列中，以ANNAUGGN的频率最高。若-3不是A，则+4必须是G。无此规律的AUG，则无起始功能。

第29页：二、tRNA和氨基酸20种氨基酸

二、tRNA和氨基酸20种氨基酸，60-120种tRNA，氨酰-tRNA合成酶至少20种。tRNA功能A.专一性结合氨基酸，使氨基酸活化B.识别氨基酸密码子，依靠核糖体的特定位点对mRNA的密码子进行识别每一个细菌细胞内约有60种tRNA（至少有31-32种），真核细胞可达100-120种。同一种氨基酸能够连接到多种tRNA上，这一组能运载同一种氨基酸的tRNA称为同工tRNA。

第30页：氨酰-tRNA

1.氨酰-tRNA（氨基酸合成肽链的活化形式）氨基酸在掺入肽链前必须活化，以获得足够的能量。活化反应由各种氨酰-tRNA合成酶催化A.氨酰基-tRNA的合成氨基酸+tRNA+ATP=氨酰-tRNA+AMP

第31页：氨酰基-tRNA

氨酰基-tRNA

第32页：B.氨酰-tRNA合成

B.氨酰-tRNA合成酶每一种氨基酸至少有一种氨酰-tRNA合成酶。一种氨基酸可以对应于多种tRNA。氨酰-tRNA合成酶可以接受同种氨基酸的几种同工tRNA。氨酰-tRNA合成酶对氨基酸具有极高的专一性，且只作用于L-氨基酸。确保每一种氨基酸与其对应的tRNA结合（含同工tRNA），减少多肽合成的差错。

第33页：氨酰-tRNA合成酶

氨酰-tRNA合成酶

第34页：氨酰-tRNA的功能A.是氨基酸合成

2.氨酰-tRNA的功能A.是氨基酸合成肽链的活化形式B.氨酰-tRNA上的tRNA能识别mRNA上的密码子，掺入正确的氨基酸氨基酸一旦与tRNA形成氨酰-tRNA后，氨基酸的去向就完全由tRNA决定，实验证明。

第35页：三、核糖体Ribosome原核细胞约20

E.coli.核糖体结构70S

30S and 50S subunit30S:16srRNAandproteins（S1-S21）50S:5srRNA，23SrRNAandprotein（34）在16SrRNA的3’端有一段富含嘧啶的序列，可以识别、结合mRNA的SD序列。

第36页：

第37页：三、核糖体Ribosome原核细（续）

真核生物核糖体结构80S

40S and 60S subunit40S: 18S rRNA and proteins

60S

5S rRNA，5.8S rRNA，28S rRNAandproteins

50）3.核糖体结构模型

（50）3.核糖体结构模型50S亚基上有两个tRNA位点：氨酰基位点（A）和肽酰基位点（P）50S与30S接触面上有一个mRNA结合位点。

第38页：多核糖体在一个mRNA上有多个核糖体

4.多核糖体在一个mRNA上有多个核糖体，它们能分别合成一条完整的肽链。可提高蛋白质合成的效率。

第39页：Polyribosomes

Polyribosomes

第40页：

第41页：

第42页：四、辅助因子蛋白质合成中

四、辅助因子蛋白质合成中，有一些蛋白质因子在不同阶段起作用。主要有：起始因子、延长因子、终止因子（或释放因子），此外还有ATP、GTP、Mg2+等参与。原核：InitiationFactor（IF1,IF2,IF3）ElongationFactor（EF-Tu,EF-Ts,EF-G）TerminationFactor（RF1,RF2,RF3）

第43页：

第44页：第三节蛋白质生物合成过程一

1.起始细胞中有两种携带Met的tRNA：tRNAf和tRNAmA.起始氨基酸N-甲酰甲硫氨酰-tRNA（fMet-tRNAf）甲酰化酶催化Met-tRNAf上的Metα-NH2甲酰化，此酶不能催化Met或Met-tRNAm甲酰化。N10-甲酰FH4+Met-tRNAf

第45页：N-甲酰甲硫氨酸

N-甲酰甲硫氨酸

第46页：B. 70S起始复合物的形成30

B. 70S起始复合物的形成30S核糖体在IF3帮助下识别、结合mRNA上的SD序列。

第47页：SD序列与16S rRNA结合

SD序列与16S rRNA结合

第48页：

第49页：肽链的延长A.氨酰-tRNA进入A位点氨

2.肽链的延长A.氨酰-tRNA进入A位点氨酰-tRNA进入后，Tu-GDP解离释放出来。B.肽链的形成肽酰基从P位点转移到A位点，形成一个新的肽链。A位点的氨酰-tRNA上的-NH2与P位点上的肽酰tRNA的-COOH形成新的肽键。C.移位核糖体沿mRNA移动，每次移动一个密码子的距离。

第50页：

第51页：

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第53页：肽链的延长A.（续）

肽链合成的终止终止密码子

UAA、UAG、UGARF1识别UAA、UAGRF2识别UAA、UGARF3协助肽链释放RF

RF2可能使P位点上的肽酰转移酶的活力转变为水解

1、RF2可能使P位点上的肽酰转移酶的活力转变为水解活力。

第54页：

第55页：蛋白质合成中的能量合成

4.蛋白质合成中的能量合成一个二肽甲硫氨酰-tRNAATP-AMP270S起始复合物GTP-GDP1a.a-tRNAATP-AMP2a.a-tRNA进入核糖体GTP-GDP1核糖体移位GTP-GDP1

第56页：合成二肽（形成一个肽链）需7个高能键

合成二肽（形成一个肽链）需7个高能键，其后每加一个氨基酸需4个高能磷酸键。例：合成200个氨基酸残基组成的多肽，需要多少个高能磷酸键？7+198×4+1=800（4n）

第57页：肽链合成的方向和速度方向

5.肽链合成的方向和速度方向（mRNA、肽链），mRNA从5’端向3’，多肽从N端向C端。速度：E.coli.每秒约15个氨基酸。细菌mRNA寿命很短，mRNA必须以最高效率被翻译。翻译的高效性表现在两方面：a．转录和翻译偶联b．多个核糖体翻译同一条mRNA链

第58页：

第59页：转录和翻译偶联

转录和翻译偶联

第60页：二、真核细胞蛋白质生物合成

二、真核细胞蛋白质生物合成：本节要点如下。

• 1.核糖体不同真核80S，原核70S
• 起始tRNA不同真核：Met-tRNAm甲硫氨酸原核：fMet-tRNAf甲酰甲硫氨酸
• 3.起始密码子真核AUG，原核AUG（有时GUG）
• 4.起始因子真核eIF，真核CBP帽结合蛋白（cap-bindingprotein）CBPⅠ和IF4F与mRNA的5’端帽子结合

第61页：

第62页：

第63页：三、mRNA的结构与翻译

1.原核生物多顺反子mRNA的翻译各个顺反子（即基因之间），常有一段非编码的间隔区。不同间隔区的长度变化，可以在1-100个之间，甚至可以重叠。乳糖将纵子产物Z基因产物：半乳糖苷酶1Y基因产物：半乳糖透性酶0.5A基因产物：半乳糖乙酰化酶0.2

第64页：Operon

Operon

第65页：真核生物双功能mRNA极少数真核mRNA

2.真核生物双功能mRNA极少数真核mRNA上可能从两个不同AUG起始合成蛋白质。若两个AUG属于同一阅读框，则形成两个长短不同的蛋白质，其中有部分多肽完全相同。若两个AUG处于不同的阅读框中，则合成两个序列完全不同的蛋白质。一条mRNA可合成两种蛋白质，称双功能mRNA。

第66页：真核生物双功能（续）

3.只有一个终止密码子的多基因mRNA的翻译真核生物的泛肽（Ubiguitin）基因。酵母有5个泛素基因，重复组成基因簇。人类有9个，每个基因编码76个氨基酸的泛肽泛肽羧端水解酶可识别泛肽的空间构象，当翻译进行到一个单位出来后，泛肽的空间构象形成，这种酶可切下泛肽单位。

第67页：四、蛋白质内含子90年代初

四、蛋白质内含子90年代初，发现了两类新的内含子。蛋白质内含子：DNA序列与外显子一起转录和翻译，产生一条多肽链，然后从肽链中切除与内含子对应的氨基酸序列，再把与外显子对应的氨基酸序列连接起来，成为有功能的蛋白质。翻译内含子：mRNA中存在与内含子对应的核苷酸序列，在翻译过程中这一序列被“跳跃”过去，产生的多肽链不含有内含子对应的氨基酸序列。

第68页：五、蛋白质合成的抑制剂

1.嘌呤霉素嘌呤霉素的结构与氨酰-tRNA3’端上AMP残基十分相似，肽酰转移酶能使肽酰基与嘌呤霉素结合，生成肽酰嘌呤霉素。

第69页：

第70页：

第71页：五、蛋白质合成的抑制剂（续）

五、蛋白质合成的抑制剂（续）：本节要点如下。

• 2.链霉素（新霉素、卡那霉素）抑制原核生物蛋白质的起始合成，导致读码错误。链霉素是一种强碱性三糖，在高浓度下干扰甲酰Met-tRNA与核糖体小亚基结合，从而抑制蛋白质合成的正确起始。在低浓度下，引起mRNA读码错误。例如，以polyU为模板，加入链霉素后除Phe
• 外，Ile
• 也能掺入多肽链。30S小亚基上的S12蛋白质，决定着小亚基对链霉素的敏感性。

第72页：链霉素

链霉素

第73页：四环素类四环素、土霉素

4.氯霉素（结合70S核糖体，阻止移位）抗生素抑制对核糖体循环的起始和延长。由于细菌的核糖体与哺乳动物线粒体的相似，这类抗生素也可抑制真核生物线粒体内蛋白质的过程。

第74页：四环素

四环素

第75页：氯霉素

氯霉素

第76页：第四节多肽合成后的定向输送与加工

第四节多肽合成后的定向输送与加工TargetingandSorting新生多肽的输送是定向进行的大肠杆菌的新生肽都在胞质中合成。合成的多肽一部分留在胞质中，一部分送至质膜、外膜，还可分泌至胞外。真核新生肽在胞质中起始合成。一部分在胞质中，另一部分送往溶酶体、线粒体、叶绿体、细胞核等。

第77页：

第78页：一、蛋白质的跨膜转运与肽链折叠

1.膜蛋白与分泌蛋白的跨膜转运信号肽（signal sequence）：带有蛋白质去向信息的多肽，15-36个氨基酸组成，氨基端至少含有一个带正电荷的氨基酸。中部有一段由7-13个疏水氨基酸组成的肽链，如Ala、Leu、Ile、Val、Phe。

第79页：信号肽

信号肽

第80页：信号识别体

信号识别体（signal rccognition particle，SRP）:识别信号肽的核蛋白体，由一分子7SLRNA和6个不同的多肽分子组成。7SLRNA上有两段核苷酸序列，称Alu序列。SRP功能（两个功能域）:A.识别信号肽B.干扰氨酰-tRNA及肽酰转移酶，暂时终止多肽链的延伸C.与停泊蛋白结合

第81页：SRP受体停泊蛋白

SRP受体停泊蛋白（docking protein DP）:在内质网上与SRP-核糖体复合物专一性结合的蛋白质。DP的功能：引起内质网膜上特定的核糖体受体蛋白聚集，后者具有通道功能，可使转译出的肽链进入内质网膜腔内。

第82页：信号肽

信号肽

第83页：伴侣蛋白

hsp60和hsp90的功能

A.与肽段结合，介导蛋白质正确折叠。B.与胞质中新合成的线粒体、叶绿体蛋白结合。保持肽链伸展，利于跨膜转运。C.应激状态下，与变性蛋白结合，防止聚集。

第84页：Molecular chaparones

Molecular chaparones

第85页：二、内质网上多肽的糖基化修饰

二、内质网上多肽的糖基化修饰多肽在内织网的腔中被修饰。包括信号肽的切除、二硫键的形成、糖基化作用等。糖基化作用使多肽链转变成糖蛋白。O-糖苷，Ser，ThrN-糖苷，Asn

第86页：糖基化修饰多萜醇衣霉素

糖基化修饰多萜醇衣霉素

第87页：三、高尔基体中多肽的糖基化修饰

三、高尔基体中多肽的糖基化修饰及多肽的分拣高尔基体的功能：对糖蛋白上的寡聚糖进一步修饰，将多肽分类，并送至溶酶体、分泌粒、质膜分拣信号：溶酶体－甘露糖-6-磷酸过氧化体－羧端SKF内质网－羧端KDEL序列细胞核－碱性氨基酸残基线粒体－两个信号序列

第88页：

第89页：

第90页：Model for protein export

Model for protein export in bacteria

第91页：

第92页：四、线粒体、叶绿体蛋白质的来源线粒体

四、线粒体、叶绿体蛋白质的来源线粒体、叶绿体的DNA，可编码各自全部的RNA，但只编码各自一小部分蛋白质。大部分线粒体、叶绿体蛋白质由核基因编码，在胞质中合成后，再分别送至这些细胞器中。

第93页：线粒体蛋白转运

线粒体蛋白转运