蛋白質(zhì)的生物合成翻譯

1、,Protein Biosynthesis (Translation),蛋白質(zhì)的生物合成(翻譯),第十二章,,蛋白質(zhì)的生物合成過(guò)程就是將mRNA分子中由堿基序列組成的遺傳信息，通過(guò)遺傳密碼破譯的方式轉(zhuǎn)變成為蛋白質(zhì)中的氨基酸排列順序，因而稱為翻譯（translation)。,,,,第一節(jié)蛋白質(zhì)合成體系Protein Biosynthesis System,20種氨基酸作為原料 酶及蛋白因子，如IF、eIF等 ATP、GTP、無(wú)機(jī)離

2、子,參與蛋白質(zhì)生物合成的物質(zhì)包括：,三種RNA mRNA rRNA tRNA,,1961年，Nirenberg 證明了mRNA的模板作用。,一、翻譯模板mRNA及遺傳密碼,,mRNA是遺傳信息的攜帶者,遺傳學(xué)將編碼一個(gè)多肽的遺傳單位稱為順?lè)醋樱╟istron）。原核細(xì)胞中數(shù)個(gè)結(jié)構(gòu)基因常串聯(lián)為一個(gè)轉(zhuǎn)錄單位，轉(zhuǎn)錄生成的mRNA可編碼幾種功能相關(guān)的蛋白質(zhì)，為多順?lè)醋樱╬olycistron）。真核生物一個(gè)mRNA只編碼一種蛋白質(zhì)

3、，為單順?lè)醋樱╯ingle cistron）。,,mRNA結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖,mRNA上存在遺傳密碼,mRNA分子上從5?至3?方向，由AUG開始，每3個(gè)核苷酸為一組，決定肽鏈上某一個(gè)氨基酸或蛋白質(zhì)合成的起始、終止信號(hào)，稱為三聯(lián)體密碼（triplet codon）。,ORF,從mRNA 5?端起始密碼子AUG到3?端終止密碼子之間的核苷酸序列，各個(gè)三聯(lián)體密碼連續(xù)排列編碼一條多肽鏈，稱為開放閱讀框架(open reading frame, OR

4、F)。,遺傳密碼表,密碼子的第一個(gè)字母,密碼子的第二個(gè)字母,,,1. 連續(xù)性（commaless）,遺傳密碼的特點(diǎn),編碼蛋白質(zhì)氨基酸序列的各個(gè)三聯(lián)體密碼連續(xù)閱讀，密碼間既無(wú)間隔也無(wú)重疊。,基因損傷引起mRNA閱讀框架內(nèi)的堿基發(fā)生插入或缺失，可能導(dǎo)致框移突變(frameshift mutation)。,2. 簡(jiǎn)并性（degeneracy）,遺傳密碼中，除色氨酸和甲硫氨酸僅有一個(gè)密碼子外，其余氨基酸有2~4個(gè)或多至6個(gè)密碼子為之編碼。,密

5、碼子簡(jiǎn)并性的生物學(xué)意義：減少有害突變?！　?　遺傳密碼的特異性主要取決于前兩位堿基?！　　　CU　　　　　　　 ACU　　　GCC　　　　　　　 ACC　　　GCA　　　　　　　 ACA　　　GCG　　　　　　　 ACG,,,Ala,,Thr,3. 通用性（universal）,蛋白質(zhì)生物合成的整套密碼，從原核生物到人類都通用。 有少數(shù)例外，如動(dòng)物細(xì)胞的線粒體、植物細(xì)胞的葉綠體。密碼的通用性進(jìn)一步證明各種生物進(jìn)化自

6、同一祖先。,4. 擺動(dòng)性（wobble）,tRNA上反密碼子的第1位堿基與mRNA密碼子的第3位堿基配對(duì)時(shí)，可以在一定范圍內(nèi)變動(dòng)，即并不嚴(yán)格遵循堿基配對(duì)規(guī)律，這一現(xiàn)象稱為擺動(dòng)性。,擺動(dòng)配對(duì),,,,二、核蛋白體是多肽鏈合成的裝置,,,核蛋白體的組成,原核生物核蛋白體結(jié)構(gòu)模式,,30S小亞基：有mRNA結(jié)合位點(diǎn)　50S大亞基： E位：排出位（Exit site）　　　　　　　轉(zhuǎn)肽酶活性　大小亞基共同組成：　　　　　　　A位：氨基酰

7、位　　　　　　　　　　　　(aminoacyl site)　　　　　　　P位：肽酰位　　　　　　　　　　(peptidyl site),三、tRNA與氨基酸的活化,反密碼環(huán),氨基酸臂,tRNA在翻譯過(guò)程中起接合體（adaptor）作用，又是氨基酸的運(yùn)載體。,氨基酸 + tRNA,,氨基酰- tRNA,ATP,AMP＋PPi,氨基酰-tRNA合成酶,（一）氨基酰-tRNA合成酶(aminoacyl-tRNA synthetas

8、e),氨基酸的活化,第一步反應(yīng),氨基酸＋ATP＋E —→氨基酰-AMP-E＋AMP ＋ PPi,第二步反應(yīng),氨基酰-AMP-E ＋ tRNA ↓ 氨基酰-tRNA ＋ AMP ＋ E,真核生物： Met-tRNAiMet原核生物： fMet-tRNAifMet,（二）起始肽鏈合成的氨基酰-tRNA,,fMet-tRNAifMet的生成：,,第二節(jié)蛋白質(zhì)生物合成過(guò)程The Process of Protein Bi

9、osynthesis,蛋白質(zhì)合成中　　　mRNA模板的方向：5′→ 3′；　　　蛋白質(zhì)的合成方向：N端→ C端?！〉鞍踪|(zhì)合成過(guò)程：　　　起始　　　延長(zhǎng)　　　終止,,一、肽鏈合成起始,指mRNA和起始氨基酰-tRNA分別與核蛋白體結(jié)合而形成翻譯起始復(fù)合物 (translational initiation complex)。參與起始過(guò)程的蛋白質(zhì)因子稱起始因子（initiation factor，IF）。,參與起始過(guò)程的蛋白質(zhì)

10、因子稱起始因子（initiation factor，IF）。原核生物起始因子有三種：IF-1：占據(jù)A位防止結(jié)合其他tRNA。IF-2：促進(jìn)起始tRNA與小亞基結(jié)合。IF-3：促進(jìn)大小亞基分離，提高P位對(duì)結(jié)合起始tRNA敏感性。,（一）原核生物翻譯起始復(fù)合物形成,核蛋白體大小亞基分離；mRNA在小亞基定位結(jié)合；起始氨基酰-tRNA的結(jié)合； 核蛋白體大亞基結(jié)合。,IF-3,IF-1,1. 核蛋白體大小亞基分離,IF-3,IF-1

11、,2. mRNA在小亞基定位結(jié)合,S-D序列：　　在原核生物mRNA起始密碼AUG上游，存在4~9個(gè)富含嘌呤堿的一致性序列，如-AGGAGG-，稱為S-D序列。又稱為核蛋白體結(jié)合位點(diǎn)（ribosomal binding site，RBS),S-D序列,IF-3,IF-1,3. 起始氨基酰tRNA與小亞基結(jié)合,IF-3,IF-1,IF-2,,GTP,GDP,Pi,4. 核蛋白體大亞基結(jié)合,IF-3,IF-1,IF-2,-GTP,GDP

12、,Pi,起始過(guò)程消耗1個(gè)GTP。,（二）真核生物翻譯起始復(fù)合物形成,核蛋白體大小亞基分離；起始氨基酰-tRNA結(jié)合；mRNA在核蛋白體小亞基就位；核蛋白體大亞基結(jié)合。,真核生物翻譯起始因子,,,真核生物翻譯起始復(fù)合物形成過(guò)程,,真核生物翻譯起始的特點(diǎn)核蛋白體是80S；起始因子種類多；起始tRNA的Met不需甲?；籱RNA的5’帽子和3’poly A尾結(jié)構(gòu)與mRNA在核蛋白體就位有關(guān)；起始tRNA先與核蛋白體小亞基結(jié)合，

13、然后再結(jié)合mRNA,二、肽鏈的延長(zhǎng),指按照mRNA密碼序列的指導(dǎo)，依次添加氨基酸從N端向C端延伸肽鏈，直到合成終止的過(guò)程。,肽鏈的延長(zhǎng)是在核蛋白體上連續(xù)性循環(huán)式進(jìn)行，又稱為核蛋白體循環(huán)（ribosomal cycle)，每次循環(huán)增加一個(gè)氨基酸，分為以下三步：進(jìn)位（entrance）成肽（peptide bond formation）轉(zhuǎn)位（translocation）,,,肽鏈合成的延長(zhǎng)因子,（一）進(jìn)位,指根據(jù)mRNA下一組遺傳密碼

14、指導(dǎo)，使相應(yīng)氨基酰-tRNA進(jìn)入核蛋白體A位。,延長(zhǎng)因子EF-T催化進(jìn)位（原核生物）,Tu,Ts,GTP,,GDP,,Tu,,Ts,GTP,（二）成肽,是由轉(zhuǎn)肽酶（transpeptidase）催化的肽鍵形成過(guò)程。,（三）轉(zhuǎn)位,延長(zhǎng)因子EF-G有轉(zhuǎn)位酶（translocase ）活性，可結(jié)合并水解1分子GTP，促進(jìn)核蛋白體向mRNA的3’側(cè)移動(dòng)。,,,fMet,fMet,真核生物肽鏈合成的延長(zhǎng)過(guò)程與原核基本相似，但有不同的反應(yīng)體系和延長(zhǎng)

15、因子。另外，真核細(xì)胞核蛋白體沒(méi)有E位，轉(zhuǎn)位時(shí)卸載的tRNA直接從P位脫落。,（四）真核生物延長(zhǎng)過(guò)程,三、肽鏈合成的終止,當(dāng)mRNA上終止密碼出現(xiàn)后，多肽鏈合成停止，肽鏈從肽酰-tRNA中釋出，mRNA、核蛋白體等分離，這些過(guò)程稱為肽鏈合成終止。,,終止相關(guān)的蛋白因子稱為釋放因子 (release factor, RF),識(shí)別終止密碼，如RF-1特異識(shí)別UAA、UAG；而RF-2可識(shí)別UAA、UGA。誘導(dǎo)轉(zhuǎn)肽酶改變?yōu)轷ッ富钚?，使肽?/p>

16、從核蛋白體上釋放。,釋放因子的功能,原核生物釋放因子：RF-1，RF-2，RF-3 真核生物釋放因子：eRF,原核肽鏈合成終止過(guò)程,RF,,核蛋白體循環(huán),,5’,3’,N terminal,,原核生物蛋白質(zhì)合成的能量計(jì)算氨基酸活化：2個(gè)~PATP起始： 1個(gè)GTP延長(zhǎng)： 2個(gè)GTP終止： 1個(gè)GTP結(jié)論：每合成一個(gè)肽鍵至少消耗4個(gè)~P。,,多聚核蛋白體 （po

17、lysome)一個(gè)mRNA分子可同時(shí)有多個(gè)核蛋白體在進(jìn)行同一種蛋白質(zhì)的合成，這種mRNA和多個(gè)核蛋白體的聚合物稱為多聚核蛋白體。,多聚核蛋白體(polysome),——使蛋白質(zhì)合成高速、高效進(jìn)行。,,蛋白質(zhì)合成后加工和輸送Posttranslational Processing & Protein Transportation,第 三 節(jié),從核蛋白體釋放出的新生多肽鏈不具備蛋白質(zhì)生物活性，必需經(jīng)過(guò)不同的翻譯后復(fù)雜加工過(guò)程才

18、轉(zhuǎn)變?yōu)樘烊粯?gòu)象的功能蛋白。主要包括多肽鏈折疊(fold)為天然的三維(three　dimension)結(jié)構(gòu) 肽鏈一級(jí)結(jié)構(gòu)的修飾高級(jí)結(jié)構(gòu)修飾,,蛋白質(zhì)的成熟,一、多肽鏈折疊為天然功能構(gòu)象的蛋白質(zhì),一般認(rèn)為，多肽鏈自身氨基酸順序儲(chǔ)存著蛋白質(zhì)折疊的信息，即一級(jí)結(jié)構(gòu)是空間構(gòu)象的基礎(chǔ)。細(xì)胞中大多數(shù)天然蛋白質(zhì)折疊都不是自動(dòng)完成，而需要其他酶、蛋白輔助。,一級(jí)結(jié)構(gòu)是空間構(gòu)象的基礎(chǔ),蛋白質(zhì)折疊的基本方式,分子伴侶熱休克蛋白（hsp70）的作

19、用,分子伴侶熱休克蛋白（hsp60）的作用,二、一級(jí)結(jié)構(gòu)的修飾,（一）肽鏈N端的修飾（二）個(gè)別氨基酸的修飾（三）多肽鏈的水解修飾三、高級(jí)結(jié)構(gòu)的修飾（一）亞基聚合 （二）輔基連接（三）疏水脂鏈的共價(jià)連接,蛋白質(zhì)合成后需要經(jīng)過(guò)復(fù)雜機(jī)制，定向輸送到最終發(fā)揮生物功能的細(xì)胞靶部位，這一過(guò)程稱為蛋白質(zhì)的靶向輸送。,四、蛋白質(zhì)合成后的靶向輸送,蛋白質(zhì)的靶向輸送（protein targeting）,所有靶向輸送的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)中存在分選信號(hào)，

20、主要為N末端特異氨基酸序列，可引導(dǎo)蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)移到細(xì)胞的適當(dāng)靶部位，這一序列稱為信號(hào)序列 。,? 信號(hào)序列(signal sequence),靶向輸送蛋白的信號(hào)序列或成分,（一）分泌蛋白的靶向輸送,真核細(xì)胞分泌蛋白等前體合成后靶向輸送過(guò)程首先要進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，再分別被包裝成分泌小泡而分泌出細(xì)胞。,信號(hào)肽(signal peptide),各種新生分泌蛋白的N端有保守的氨基酸序列稱信號(hào)肽。,信號(hào)肽的一級(jí)結(jié)構(gòu),N端側(cè)堿性區(qū),疏水核心區(qū),C端加工區(qū),信

21、號(hào)肽引導(dǎo)真核分泌蛋白進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng),,,,,,,（二）線粒體蛋白的靶向輸送,,,（三）細(xì)胞核蛋白的靶向輸送,,,蛋白質(zhì)生物合成的干擾和抑制Interference & Inhibition of Protein Biosynthesis,第 四 節(jié),蛋白質(zhì)生物合成是很多天然抗生素和某些毒素的作用靶點(diǎn)。它們就是通過(guò)阻斷真核、原核生物蛋白質(zhì)翻譯體系某組分功能，干擾和抑制蛋白質(zhì)生物合成過(guò)程而起作用的。,抗生素(antibiotics)

22、是微生物產(chǎn)生的能夠殺滅或抑制細(xì)菌的一類藥物。,一、抗生素類,,四環(huán)素族,抗生素抑制蛋白質(zhì)生物合成的原理,嘌呤霉素作用示意圖,二、其他干擾蛋白質(zhì)生物合成的物質(zhì),毒素(toxin)干擾素(interferon),,白喉毒素(diphtheria toxin)的作用機(jī)理,,干擾素的作用機(jī)理,,,,復(fù)習(xí)思考題：1. 概念：（1）翻譯 ?。?）遺傳密碼（3）密碼的擺動(dòng)性 （4）氨基酸活化（5）SD

23、序列 （6）信號(hào)肽（7）分泌性蛋白質(zhì) （8）靶向輸送（9）多聚核蛋白體2. 簡(jiǎn)述RNA在蛋白質(zhì)合成中的作用。3. 簡(jiǎn)述蛋白質(zhì)生物合成的大體過(guò)程。,,4. 原核生物和真核生物的翻譯起始復(fù)合物的生成有何異同？5. 簡(jiǎn)單介紹信號(hào)肽假說(shuō)的具體內(nèi)容。6. 按下列DNA單鏈5´TCGTCGACGATGATCTTCGGCTACTCGA3´試寫出：（1）DNA復(fù)制時(shí)另一條鏈的堿基順序