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1、大理学院基础医学院 林春榕,肽链的生物合成过程 The Biosynthesis Process of Peptide Chain,本节重要知识点,原核生物肽链合成基本过程； 70S起始复合物的组成； 参与原核生物肽链合成的主要蛋白质因子及其生物学功能。,蛋白质生物合成 (protein biosynthesis),以氨基酸为原料； 以mRNA为模板； 以tRNA为运载工具； 以核糖体为合成场所； 起始、延长、终止各阶段蛋白因子参与合成蛋白质的过程。,氨基酸的活化 肽链的生物合成 肽链形成后的加工和靶向输送,反应过程,翻译时，从mRNA的起始密码子AUG开始，按53方向逐一读码，直至终止密码子
2、。于是，合成中的肽链从起始甲硫氨酸开始，从N-端C-端延长，直至终止密码子前一位密码子所编码的氨基酸。,肽链的生物合成过程是翻译的中心环节,起始(initiation) 延长(elongation) 终止(termination ),整个过程可分为 ：,原核生物的肽链合成过程,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。,（一）起始(initiation),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的过程。,1. 核蛋白体大小亚基分离； 2. mRNA在小亚基定位结合； 3. 起始氨基酰-tRNA的结合； 4. 核蛋
3、白体大亚基结合。,IF-3,IF-1,1.核蛋白体大小亚基分离,IF-3,IF-1,2.mRNA在小亚基定位结合,原核生物mRNA在核蛋白体小亚基上的准确定位和结合涉及两种机制：,S-D序列，又称核糖体结合位点(ribosomal binding site, RBS); mRNA序列上紧接S-D序列后的小核苷酸序列，可被核蛋白体小亚基蛋白rpS-1识别并结合。 通过RNA-RNA、RNA-蛋白质相互作用，mRNA序列上的起始AUG即可在核糖体小亚基上准确定位而形成复合体。,S-D序列,在各种mRNA起始AUG上游约813核苷酸部位，存在一段由49个核苷酸组成的一致序列，富含嘌呤碱基，如-AGG
4、AGG-，称为Shine-Dalgarno序列(S-D序列)，又称核蛋白体结合位点(ribosomal binding site, RBS)。一条多顺反子mRNA序列上的每个基因编码序列均拥有各自的S-D序列和起始AUG。,S-D序列,小亚基中的16S-rRNA 3-端有一富含嘧啶碱基的短序列，如-UCCUCC-，通过与S-D序列碱基互补而使mRNA与小亚基结合。,IF-3,IF-1,3.起始氨基酰tRNA(fMet-tRNAfMet )结合到小亚基,IF-3,IF-1,IF-2,GTP,GDP,Pi,4.核蛋白体大亚基结合，起始复合物形成,IF-3,IF-1,IF-2,-GTP,GDP,Pi
5、,起始复合物形成过程,翻译起始复合物的组分,70S完整核糖体 mRNA fMet-tRNAfMet,起始因子的功能,IF1-占据A位，防止结合其他的氨基酰tRNA; IF2-促进起始fMet-tRNAfMet与小亚基的结合； IF3-促进大、小亚基分离，提高P位对结合fMet-tRNAfMet的敏感性。,指在mRNA模板的指导下，氨基酸依次进入核蛋白体并聚合成多肽链的过程。,1. 进位(positioning)/注册(registration) 2. 成肽(peptide bond formation) 3. 转位(translocation),（二）延长(elongation),肽链延长在核
6、蛋白体上连续循环式进行，又称为核蛋白体循环(ribosomal cycle)，包括以下三步：,每轮循环使多肽链增加一个氨基酸残基。,1. 进位(positioning),又称注册(registration)， 是指一个氨基酰-tRNA按照mRNA模板的指令进入并结合到核蛋白体A位的过程。,进位需要延长因子EF-Tu与EF-Ts参与。,Tu,Ts,GTP,GDP,Tu,Ts,GTP,进位的反应过程：,2.成肽(peptide bond formation),成肽是在转肽酶(peptidase)的催化下，核蛋白体P位上起始氨基酰-tRNA的N-甲酰甲硫氨酰基或肽酰-tRNA的肽酰基转移到A位并与A
7、位上氨基酰-tRNA的-氨基结合形成肽键的过程。,成肽的反应过程,3. 转位(translocation),转位是在转位酶的催化下，核蛋白体向mRNA的3-端移动一个密码子的距离，使mRNA序列上的下一个密码子进入核蛋白体的A位、而占据A位的肽酰-tRNA移入P位的过程。,转位需要延长因子EF-G参与。,EF-G有转位酶（translocase）活性，可结合并水解1分子GTP，释放的能量促进核蛋白体向mRNA的3侧移动，使起始二肽酰-tRNA-mRNA相对位移进入核蛋白体P位，而卸载的tRNA则移入E位。,转位(translocation),fMet,fMet,成肽转位下一轮进位,肽链合成延长
8、(核蛋白体循环)过程,延长因子的功能,EF-Tu-促进氨基酰-tRNA进入A位，结合并分解GTP; EF-Ts-调节亚基； EF-G-有转位酶活性，促进mRNA-肽酰-tRNA由A位移至P位，促进tRNA卸载与释放。,（三）终止(termination ),指核蛋白体A位出现mRNA的终止密码子后，多肽链合成停止，肽链从肽酰-tRNA中释出，mRNA、核蛋白体大、小亚基等分离的过程。,终止阶段需要释放因子RF-1、 RF-2和 RF-3参与。,原核肽链合成终止过程,RF-3可结合核蛋白体其他部位，有GTP酶活性，能介导RF-1、RF-2与核蛋白体的相互作用。,释放因子的功能：,识别终止密码子,
9、RF-1特异识别UAA、UAG； RF-2特异识别UAA、UGA。,诱导转肽酶转变为酯酶活性,催化新生肽链与结合在P位的tRNA之间的酯键水解，使肽链从核蛋白体上释放。,蛋白质生物合成的能耗,蛋白质生物合成是耗能过程，每增加1个肽键平均需要消耗由GTP或ATP提供的5个高能磷酸键。 具体如下： 活化：1个ATP（2个高能磷酸键） 进位：1个GTP 移位：1个GTP 为保持蛋白质生物合成的高度保真性，任何步骤出现不正确连接都需要消耗能量而水解清除。,多聚核蛋白体的形成可以使蛋白质生物合成以高速度、高效率进行。,（四）多聚核蛋白体(polysome),1条mRNA模板链都可附着10100个核蛋白体，这些核蛋白体依次结合起始密码子并沿53方向读码移动，同时进行肽链合成，这种mRNA与多个核蛋白体形成的聚合物称为多聚核蛋白体(polysome) 。,多聚核蛋白体,电镜下的多聚核蛋白体,思 考 题,1、试述原核生物肽链生物合成过程。 2、简述参与原核生物肽链生物合成过程的蛋白质因子及其生物学功能。 3、试述原核生物mRNA在核糖体小亚基上的准确定位的两种机制。,谢谢,