蛋白質(zhì)生物合成

1、蛋白質(zhì)的生物合成,蛋白質(zhì)的生物合成,Pro 生物合成的本質(zhì)：基因的表達(dá) 包括肽鍵的形成和AA排列順序的確定,基因表達(dá)—遺傳信息的傳遞：DNA→mRNA→蛋白質(zhì)→生物性狀,蛋白質(zhì)的生物合成,DNA并不直接參與Pro的合成，Pro的合成是mRNA為模板，AA的“搬運(yùn)工”tRNA，“裝配機(jī)” rRNA（核蛋白體）及其它許多酶及輔助因子的協(xié)助下進(jìn)行的。,一．遺傳密碼 mRNA,遺傳密碼：mRNA中核苷酸的排列順序與蛋白質(zhì)中AA的排列順序

2、的關(guān)系稱為遺傳密碼。 1．密碼子——AA的代碼四種核苷酸如何決定二十種AA的排列順序？人工合成的核苷酸序列為模板，進(jìn)行體外蛋白質(zhì)合成。 如 多聚UUC,得三種不同的多肽. UUCUUCUUCUUC 多聚Phe UCUUCUUCUUCU 多聚Ser CUUCUUCUUCUU 多聚Leu,,,,,,三聯(lián)體密碼：3個(gè)核苷酸組成一個(gè)密碼子（codon），每個(gè)codon就是特定AA代碼四種核苷酸每3個(gè)一組，可

3、組成43=64密碼子 >AA種類， 所以有些AA是二個(gè)以上密碼子，亮Leu有六個(gè)codon 61 codon編碼 二十種AA 3 codon 終止密碼 UAA，UAG，UGA起始信號(hào)—AUG （Pro中的Met也用此codon） Val-GUG 有時(shí)也為N-甲酰Met起始密碼,,2．密碼的性質(zhì)—各種生物共用一套密碼 基本單位是按5’ 3’方向編碼、不重疊、無(wú)標(biāo)點(diǎn)的三聯(lián)體的三聯(lián)

4、體密碼。 ①  無(wú)間隔性：codon之間是連續(xù)的，無(wú)其他核苷酸隔開 起始codon——終止codon ② 方向性：codon的閱讀方向 mRNA 5’—3’ ③ 不重疊性： 3個(gè)核苷酸——1個(gè)AA，核苷酸無(wú)重疊編碼情況，如5核苷酸編碼2個(gè)AA X ④ 終止密碼非兼職性 UAG，UAA，UGA 起始密碼兼職性 AUG 起始codon—Met codon及鏈內(nèi)Met codon(tRN

5、A不同) GUG Val codon 有時(shí)兼起始codon編碼N-甲酰Met（少數(shù)）,2．密碼的性質(zhì)—各種生物共用一套密碼 基本單位是按5’ 3’方向編碼、不重疊、無(wú)標(biāo)點(diǎn)的三聯(lián)體的三聯(lián)體密碼。 ⑤ 密碼的通用性 從低等生物→人，所有生物共用一套密碼 但是不同的生物中，不同codon使用頻率不同 真核生物線粒體內(nèi)的codon與通用密碼有些差異 ⑥ 密碼的簡(jiǎn)并性： 64個(gè)密碼子，其中61個(gè)密碼子編

6、碼20種氨基酸 一種AA由幾個(gè)codon編碼的性質(zhì) 如 Ala codon：GCU，GCC，GCA，GCG(同義密碼子） 此時(shí)codon的專一性取決于前二個(gè)堿基，此性質(zhì)可減少Pro生物合成時(shí)的突變機(jī)會(huì)，提高穩(wěn)定性。,優(yōu)化前后mRNA二級(jí)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè),優(yōu)化前,優(yōu)化Arg,優(yōu)化Arg+Ala,DNAworks優(yōu)化,2．密碼的性質(zhì)—各種生物共用一套密碼⑦  密碼的變偶性 如 Gly codon：GGU，G

7、GC，GGA，GGG Ala codon：GCU，GCC，GCA，GCGtRNA上的反密碼子與密碼子配對(duì)時(shí)，密碼子的第一、第二位堿基是嚴(yán)格配對(duì)的，第三位堿基可以有一定的變動(dòng)。Crick稱此現(xiàn)象為變偶性（wobble)。,32種tRNA 61氨基酸密子,,⑧密碼的防錯(cuò)系統(tǒng),氨基酸的極性由第二堿基決定，簡(jiǎn)并性由第三堿基決定。,,,,,2．密碼的性質(zhì)—各種生物共用一套密碼 ⑧密碼的防錯(cuò)系統(tǒng) 密碼子的簡(jiǎn)并程度不同，但同義密碼

8、子在密碼表中的分布十分有規(guī)律。氨基酸的極性由第二堿基決定，簡(jiǎn)并性由第三堿基決定。 中間堿基U,它編碼的氨基酸是非極性、疏水和支鏈的常在球蛋白的內(nèi)部 中間堿基C,它編碼的氨基酸是非極性或具有不帶電荷的極性側(cè)鏈 中間堿基A或G,其相應(yīng)的氨基酸常在球蛋白的外周，具有親水性。 第一位是A或C，第二位是A或G，第三位任意，相應(yīng)的氨基酸具有親水性側(cè)鏈并具有堿性 前兩位是AG,第三位任意，相應(yīng)的為親水的酸性氨基酸,⑧密碼的防錯(cuò)系統(tǒng)

9、,密碼子的分布規(guī)律可降低突變?cè)斐傻奈：?，比如：密碼子中一個(gè)堿基被置換，可能編碼相同的氨基酸或理化性質(zhì)相似的氨基酸。,mRNA與讀碼框(reading frame),mRNA攜帶的翻譯成多肽鏈的遺傳信息，由起始密碼到終止密碼的一個(gè)區(qū)域。讀碼框外的稱非編碼區(qū),SD,SD,,SD序列,翻譯開始于mRNA與核糖體的結(jié)合,,二、tRNA的功能—“AA的搬運(yùn)工”,起始Met與鏈內(nèi)Met的tRNA不同,,氨基酰tRNA,識(shí)別AA,識(shí)別遺傳密碼,,核

10、糖體識(shí)別位點(diǎn),識(shí)別氨酰-tRNA合成酶的位點(diǎn),活化反應(yīng),原核細(xì)胞第一個(gè)AA—N-甲酰Met,,N端封閉，利于Pr合成從N C端,,,氨酰-tRNA合成酶對(duì)底物的選擇性主要由11個(gè)氫鍵來(lái)決定。,氨酰-tRNA合成酶與之tRNA分子叫做“遺傳密碼第二”。,Tyr,Asp,Gln,Tyr,Asp,His,Thr,Gly,Gly,Cys,二、tRNA的功能—“AA的搬運(yùn)工”,氨基酰tRNA只有3’形式的酯才能參與到轉(zhuǎn)肽反應(yīng)。,識(shí)別AA,,識(shí)

11、別遺傳密碼,GTΨCG與5SrRNA上的CGAAC相配對(duì),AA接受臂,與mRNA密碼子配對(duì),72~83核苷酸紙件的一段核苷酸序列與23SrRNA在大亞基（50S）中的結(jié)合有關(guān),三．核蛋白體rRNA（核糖體）,合成Pro的場(chǎng)所1．核糖體，核蛋白體的組成 核蛋白體—rRNA(60%) + 蛋白質(zhì)(40%)是巨大的多酶復(fù)合體，還有一些蛋白因子等在細(xì)胞中以游離形式存在，在真核細(xì)胞中也可與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)結(jié)合，形成粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)。,核蛋白體的組成,2、

12、核蛋白體的功能—Pro合成的場(chǎng)所,Pro合成時(shí)，mRNA與核蛋白體的結(jié)合是小亞基靠大亞基的接觸面上，核蛋白體向mRNA的3‘端移動(dòng)一定距離后，第二個(gè)核蛋白體又可結(jié)合到mRNA，一條mRNA可接5、6個(gè)或50、60個(gè)核蛋白體（一般隔80核苷酸）。意義 1）高速翻譯 2）避免合成過(guò)量同種mRNA而造成錯(cuò)誤突變。,四、蛋白體生物合成過(guò)程,Pro的生物合成是從氨基端到羧基端逐個(gè)加上AA的過(guò)程,既快又復(fù)雜,需要多種成分(200)

13、的參與.— 核蛋白體循環(huán),蛋白質(zhì)生物合成,AA的活化與搬運(yùn)—氨基酰tRNA的合成 肽鏈合成的起始—起始復(fù)合物的形成 四個(gè)階段 （70S-mRNA-fMet-tRNA） 肽鏈的延伸—包括進(jìn)位,轉(zhuǎn)肽,移位 肽鍵的終止—終止codon,,1. AA的活化與搬運(yùn),AA的NH2與-COOH的反應(yīng)性并不強(qiáng),需活化 ① 活化反應(yīng) 需:氨基

14、酰tRNA合成酶(Mg2+),ATP, tRNA AA先與酶形成中間復(fù)合物再接到tRNA的 AA臂(3‘末端CCA-OH)上,活化反應(yīng),原核細(xì)胞第一個(gè)AA—N-甲酰Met,,N端封閉，利于Pr合成從N C端,,②. 氨酰tRNA合成酶的性質(zhì),a. 具有高度的專一性 識(shí)別AA 識(shí)別特異的tRNAb. 該酶還有校正功能 避免攜帶錯(cuò)誤的AA Phe-tR

15、NAphe 不水解 Ile-tRNAphe 水解,,,SD序列,翻譯開始于mRNA與核糖體的結(jié)合,,1.  蛋白質(zhì)的合成過(guò)程   核蛋白體循環(huán) — 肽鏈合成的起始,延長(zhǎng),停止(原核),① 蛋白質(zhì)合成的起始 需起始因子IF1,IF2,IF3, GTP （ IF1 ）IF3 促進(jìn)30sRNA與mRNA的結(jié)合,IF2再結(jié)合 fMet·tRNAfMet 再結(jié)合5

16、0s RNA起始復(fù)合物的形成 70S.mRNA.fMet.tRNAfMet,,,,蛋白質(zhì)合成的起始,GTP,蛋白質(zhì)合成的起始,消耗GTP,肽鏈的延伸— 包括進(jìn)位,轉(zhuǎn)肽和移位三個(gè)步驟,需延長(zhǎng)因子,EF-Tu,EF-Ts,GTP的參與a. 對(duì)應(yīng)mRNA上第二codon的AA-tRNA進(jìn)A 位b. 在肽基轉(zhuǎn)移酶的催化下,P位的fMet轉(zhuǎn)移到A位的AA-tRNA上,與2位的AA殘基的-NH2宿合,形成二肽酰tRNA —fMet&

17、#183;AA2·tRNA，P位空tRNA掉下。c. A位的二肽酰tRNA移到P位,空出A位 如此,第三,第四,n個(gè)AA的AA·tRNA繼續(xù)參與肽鏈的合成。,,a. 對(duì)應(yīng)mRNA上第二codon的AA-tRNA進(jìn)A 位b. 在肽基轉(zhuǎn)移酶的催化下,P位的fMet轉(zhuǎn)移到A位的AA-tRNA上,與2位的AA殘基的-NH2宿合,形成二肽酰tRNA —fMet·AA2·tRNA，P位空tRNA掉下

18、。c. A位的二肽酰tRNA移到P位,空出A位 如此,第三,第四,n個(gè)AA的AA·tRNA繼續(xù)參與肽鏈的合成。,,,,,③ 肽鏈合成的終止(UAA UGA UAG),終止密碼出現(xiàn)在A位,終止因子(RF1, RF2, RF3)識(shí)別終止codon,RF因子促進(jìn)P位上肽鏈水解釋放及tRNA的釋放,離開rRNA,IF3促進(jìn)亞基解聚,30S,50S又用于新肽鏈的合成實(shí)際活細(xì)胞中Pro合成時(shí),每條mRNA上同時(shí)結(jié)合多個(gè)核糖體,這

19、樣可充分利用mRNA,提高Pro的合成效率.,肽鏈的終止,翻譯水平調(diào)節(jié),1、不同mRNA翻譯能力的差異,5‘端SD序列的控制強(qiáng)弱影響翻譯起始頻率,GGAGG是弱SD序列的最偏好模式AAGGA是強(qiáng)SD序列的最偏好模式。,稀有密碼子的調(diào)控,,2、翻譯阻遏作用,核糖體蛋白的合成嚴(yán)格保持與rRNA相應(yīng)的水平。,核糖體蛋白過(guò)量，積累，和自身mRNA起始控制部位相結(jié)合而影響翻譯。,3、反義RNA的作用,（反義RNA即具有互補(bǔ)序列的RNA）,3、真

20、核細(xì)胞蛋白質(zhì)合成,真核細(xì)胞蛋白質(zhì)合成與原核細(xì)胞有一定的差別 ①  合成場(chǎng)所核蛋白體大(80S-60S,40S) ②   起始AA為Met ③ 起始codon只有AUG,五. 蛋白質(zhì)運(yùn)輸與翻譯后修飾—功能蛋白的生成,蛋白質(zhì)運(yùn)輸與信號(hào)肽(signal or leader sequance)① 信號(hào)肽序列；需要運(yùn)輸?shù)男潞铣傻鞍譔端含有的一段特殊的氨基酸序

21、列。轉(zhuǎn)運(yùn)的過(guò)程中該序列被信號(hào)肽酶切除。② 信號(hào)肽的結(jié)構(gòu)特征；含10－40個(gè)氨基酸殘基，氨基端至少含有一個(gè)帶正電的氨基酸，中部有長(zhǎng)度為10-15高度疏水的氨基酸（丙氨酸、亮氨酸、纈氨酸、異亮氨酸、苯丙氨酸）③ 信號(hào)肽的功能；攜帶蛋白質(zhì)通過(guò)脂膜，達(dá)到一定的位置。,,信號(hào)肽的結(jié)構(gòu)特征,信號(hào)肽的跨膜作用,SRP;Signal recognition particle,,信號(hào)肽的跨膜作用,,信號(hào)肽的跨膜作用與蛋白質(zhì)的糖基化,長(zhǎng)醇,

22、五.蛋白質(zhì)翻譯后修飾與加工—功能蛋白的生成,合成后的Pro需經(jīng)過(guò)加工,修飾,正確的折疊才能成為功能蛋白重要的修飾方式:①   N-末端Met的切除原核生物大多Pr不含Met 1個(gè)或多個(gè)AA殘基切除真核生物的Pr不含1位Met原核生物的N-End 不含甲?；摷柞；涪?#160;   二硫鍵的形成二硫鍵異構(gòu)酶 正確-S-S-的形成,,重要的修飾方式③

23、 肽鏈的部分切除 某些肽鏈合成后需經(jīng)酶水解切除一些肽鏈后才能折疊出正確的構(gòu)象 ④ 正確的折疊 分子伴侶 molecular charperones分子伴侶(chaperone)是一種幫助其它蛋白質(zhì)正確折疊成功能蛋白的巨大蛋白質(zhì)(有多個(gè)亞基),廣泛存在于生物界.分子伴侶在蛋白質(zhì)（一級(jí)結(jié)構(gòu)）合成結(jié)束前阻止新生多肽的錯(cuò)誤折疊 ⑤ AA殘基的修飾 如羧基化,羥基化,磷酸化,甲基化,乙酰化,糖化等 ⑥ 與輔助因子的結(jié)合,六.

24、 抗生素對(duì)核酸合成及蛋白質(zhì)合成的影響,許多抗生素能抑制遺傳信息的表達(dá),最終抑制蛋白質(zhì)的合成1. 作用于DNA合成的抗生素—復(fù)制（或轉(zhuǎn)錄）的抑制劑絲裂霉素C:與DNA結(jié)合,對(duì)細(xì)菌和惡性細(xì)胞有一定的選擇性,用于抗菌,抗癌博萊霉素A2:作用于DNA的G-C堿基對(duì),切斷DNA,有抗菌抗癌作用抗癌霉素:與DNA pol 的-SH作用,干擾DNA合成新制霉素:作用于生物膜,破壞DNA 藥物:嘧啶及嘌呤的衍生物,5-氟尿嘧啶,6-SH嘌

25、呤等,干擾正常DNA合成烴化劑,氮芥,環(huán)磷酰胺等, 使堿基烴化→缺陷DNA分子,2.作用于RNA合成的抗生素—轉(zhuǎn)錄抑制劑利福平:半合抗 抑制 RNA pol放線菌素D:插入雙鏈DNA之間,阻止單鏈DNA的形成 3.作用于蛋白質(zhì)合成的抗生素—翻譯抑制劑氯霉素,紅霉素:與細(xì)菌50SrRNA(核蛋白體)結(jié)合,抑制70S核糖體生成,不抑制真核生物80S核糖體的生成嘌呤霉素:結(jié)合于50S A位,阻止正常進(jìn)位土霉素,鏈霉素,四環(huán)素,