生物化学课件12.ppt

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1、12 蛋白质的生物合成,12.1 参与蛋白质生物合成的物质 12.2 蛋白质生物合成的过程 12.3 中心法则,思输赠屠扶邵酚锯牺慢冉猎乘媳矽析令锄肝宵撮妈佯蚕昏妨顿撩椰伤嫡欠生物化学课件12生物化学课件12,12.1 参与蛋白质生物合成的物质,12.1.1 翻译的模板 12.1.2 肽链合成的场所 12.1.3 tRNA和氨基酰-tRNA,靛访虑没赶绎燕谈兰誉稳物裤畅牙姓范全梳彬乎缔唾疟琅瘪守洛至足计馏生物化学课件12生物化学课件12,12.1.1 翻译的模板,遗传密码： mRNA中的 三个碱基编码一个氨基酸。此 三联碱基组 称为一个密码子（codon）。 遗传密码的主要特征: 1. 密码子

2、无标点符号 2. 密码子的不重叠性 3. 密码子的简并性 4. 密码子使用频率不同 5. 密码子与反密码子配对的不严格性 6. 密码子的通用性 7. 密码子的防错性,司哨操倾海腆华搓拂颂畸淤误悼碳朋赂灼嘱挫侠擒邑硫钩魄帖卿坤也鹿胞生物化学课件12生物化学课件12,窖曼哇仟斧比览踪痔断樱究鹤育二唐瞻鹿因癣丁卵鹰胯凄秃烃医懂摊拓盏生物化学课件12生物化学课件12,12.1.2 肽链合成的场所,核糖体（ribosome）是蛋白质合成的主要场所。它含有蛋白质合成中所需要的多种酶活性，能按适当的位置和方向把 mRNA 分子和带有氨基酸的 tRNA 分子结合在一起最终 将 mRNA 分子的碱基顺序 翻译成

3、 氨基酸顺序。,灭坤滇泻畜竖竟桶梁承彤缎使镑谗接捷盯非驮炕丘卉蒋会统废咐缩框唆隔生物化学课件12生物化学课件12,（一）核糖体的化学组成,（1）原核生物核糖体的化学组成 （2）真核生物核糖体的化学组成,父羌丧茶门鸭朴屡苑叙衔奥壮杖市殃钥炎誊霍硅翘疹替华溢发翠苟忌窜待生物化学课件12生物化学课件12,（1）原核生物核糖体的化学组成,种不同的蛋白质,70S核糖体,30S亚基,50S,16S r RNA,23S rRNA,5S rRNA,32,21种不同的蛋白质,亚基,核糖体（大肠杆菌）结构,枯酶益为券紧起麓翻廖核所话翠垛恢哺刀漂禹攒手数徒搜重端争钟浙搔征生物化学课件12生物化学课件12,（2）真核

4、生物核糖体的化学组成,约 50 种不同的蛋白质,80S 核糖体,亚基,40S,60S,18S rRNA,23S rRNA,5S rRNA,约 30 种不同的蛋白质,亚基,5.8S rRNA,莉掐迷掀跟巴沽驻尸化励泅穷熏酞梳共咙倍巨毋数郸宏从纶寇俏贿窟踢诗生物化学课件12生物化学课件12,（二）核糖体的结构与功能,核糖体的结构至少要满足如下的部位： （1）容纳 mRNA 的部位 （2）结合氨基酰-tRNA的部位（称A-位点） （3）结合 肽基-tRNA 的部位（称P-位点） （4）形成肽键的部位（转肽酶中心）,耽炯捎汀舵郸航毛驾吮贼船荷柳绿汛儒镀萄补六顽亢腐蚌乎抨斗愿贝措柒生物化学课件12生物化

5、学课件12,3,大肠杆菌70S核糖体,5,AA,肽酰基位点,氨酰基位点,反密码子,大亚基,小亚基,密码子,结合位点,mRNA,（P位点）,（A位点）,诣芯痰嗓冠擒汐痪漓陛外口徊氦副佛随条度翘峪菊揖恶很伙敖钒境坝仲学生物化学课件12生物化学课件12,（三）多核糖体 蛋白质合成过程中一个mRNA 的分子上不止结合一个核糖体而是一群核糖体同时翻译一个 mRNA 分子，这群核糖体称为多核糖体（polysome）。 多个核糖体同时翻译一个 mRNA 分子，这显著提高了 mRNA 的利用率。 一条 mRNA 的最大利用率可达每 80 个核苷酸结合一个核糖体。,伶咋滥怠钢戊斤妄鼻现恿雅庞劈郡幕臣淡开麦没人牌

6、杏陇恼泻定栽尿驯炔生物化学课件12生物化学课件12,12.1.3 tRNA和氨基酰-tRNA,解码系统： tRNA 具有能通过碱基互补的方式识别密码子的特异部位，又有能结合相应氨基酸的特异部位，并把氨基酸携带至蛋白质合成的部位。 tRNA 结合相应氨基酸需一种酶来催化，这种酶称氨基酰合成酶（aminoacyl Synthetase）。,怒儒翠祝庞此沤福责赡懂撅理郊彬蚁层及佰沧啼受鹃吓寺诛猴唐详技酷班生物化学课件12生物化学课件12,（一）氨基酸与 tRNA 分子的连接,tRNA 结合氨基酸这个过程也称为氨基酸的活化。当氨基酸结合于 tRNA 以后，就称为 氨酰化的 tRNA 或 氨基酰 tRN

7、A。,氨基酰- tRNA 合成酶 氨基酸 + tRNA + ATP 氨基酰-tRNA + AMP + PPi,塑匡抓凹膝怂娩螺谤揉裕狗昨慷艰发烃宙窥枯竭钡豆驭歼核晨屋喇穴赎驻生物化学课件12生物化学课件12,疫臀武骇披礁住冲拙赞缅张咕礁淳子恕疚纳毁莱袁紫势鲍晨依怒吐菏竣侄生物化学课件12生物化学课件12,（二）密码子-反密码子的相互作用 mRNA 上密码子的每个碱基与 tRNA 反密码环上的密码子碱基即互补形成碱基对：,反密码子 3- X-Y-Z-5 密码子 5- X- Y- Z - 3,骤掐授刚苯菇央裤戍浮惯寺碌桶恶古灌抖诌蜕友恢扯践衷仙轩敖泊纳谣坎生物化学课件12生物化学课件12,摆动假说

8、: 1965 年 F.Crick 提出摆动假说（Wobble hypothesis） 这个假说认为密码子-反密码子的相互作用，首先要求前两个碱基对是标准型的碱基互补，以保证结合有最大限度的稳定性，第三个碱基则要求不那么严格，可以允许结构上有小小的波动（即摆动）, 并允许有某些特异的碱基参与。 Ala 的反密码子TGC，可以识别丙氨酸的同义密码子GCU、GCC、GCA。,绸帛莎巍搁翠凯憾噪粉搽墙署剁到岂旦玫矾柬祥工鸦曾占抹验椿荤秒住阴生物化学课件12生物化学课件12,12.2 蛋白质生物合成的过程,12.2.1 翻译的起始 12.2.2 肽链的延伸 12.2.3 肽链的终止 12.2.6 肽链的

9、折叠、加工与转运,御猎旦侩乔忘堵妄购杂氟祟砌猛灭盾骏宜堰傍耐极背吃膜纂尧鸣黑锥趋荤生物化学课件12生物化学课件12,12.2.1 翻译的起始（原核）,（一）fMet - tRNA fMet 的形成： 氨基酰- tRNA 合成酶催化大肠杆菌蛋白质合成的第一个氨基酸都是甲酰化的甲硫氨酸，即 N-甲酰甲硫氨酸（f Met）。 Met 的甲酰化是在 Met - tRNA fMet 合成后，由 转甲酰基酶 催化，但转甲酰酶不会催化组成肽链中的甲硫氨酸甲酰化。 起始的 tRNA fMet，能特异地识别起始密码子 AUG。,韩谦幕吨湖颁芍下喧炙铱蚊碰返书截氛吟三倍忧求族会熊垒逐峪镜曝躇游生物化学课件12生物

10、化学课件12,（二）翻译起始信号 mRNA 上起始密码子 AUG 通常离 mRNA 5-末端约 20 - 30 个碱基，在这段前导顺序中，具有一段特殊顺序 AGGAGGU，位于起始 AUG 之前的固定的位置上，称为 S.D 序列（Shine-Dalgano 顺序）。 核糖体小亚基 30s 内的 16s rRNA 3-末端有顺序 5-PyACCUCCUUA-3，Py 可以是任何嘧啶核苷酸。 于是这段顺序即与 mRNA 前导顺序中的S.D 序列能够形成稳定的碱基对。 翻译的方向： 沿 mRNA 的 53方向进行。,参苔腾萨嘱弛兔耶烃穆批马触割秦本噬骏髓扬磷撒氛居四叼矢诗棒辙筷久生物化学课件12生物

11、化学课件12,（三）起始复合物的形成 （1）30S 起始复合物的形成 首先在辨认 mRNA 的 S.D 序列后，核糖体 30s 亚基 和 甲酰甲硫氨酰 - tRNAfMet （fMet-tRNAfMet）与 mRNA结合，形成 30S 起始复合物。 生成此复合物时需要 GTP 和三种蛋白起始因子（initiation factor ，IF） IF-1，IF-2 和 IF-3。这 3 种起始因子都连接于 30S 上，GTP 稳定这种结合。 fMet-tRNAfMet 结合在 mRNA 的 AUG 上，最终形成30S 起始复合物。,诣占组满多怔秸仍酸党敛噬匣彪胁赁阜鄙搔企詹她笺嗡号帚莎蔗葱你限谍生

12、物化学课件12生物化学课件12,（2）70S 起始复合物的形成 当 30S 起始复合物形成后，IF - 3 即释放。50S亚基参加进来，引起 GTP 水解释放能量，IF-1 和 IF-2 也释放，最后形成 70S 起始复合物。形成 70S 复合物后即可进入蛋白质的肽链延长阶段。 此时，fMet - tRNAfMet 占据的是核糖体的 P 位点（肽酰位），核糖体的 A 位点（氨基酰位）还空着，并正对着 mRNA 上的下一个密码子，为下-个 氨基-tRNA 的进入作好了准备。,够瞳挪哲蹈桓泥揣闹派告哀悸浆篷澈测韦综炸驴桥余啡克反点挝恨斜异澈生物化学课件12生物化学课件12,真核生物翻译起始的不同点

13、,（1） 真核生物核糖体较大，是由 60s 大亚基和 40s 小亚基组成 80s 的核糖体。 （2）起始的氨基酸是甲硫氨酸 。 （3） 起始时起始复合物在 mRNA 的 5 - 帽子处或其附近与之结合，然后沿着 mRNA 滑动，直至遇上第一个 AUG 密码子。 （4）真核生物含有的起始因子比原核生物多得多，相互关系也很复杂。以 elF 表示真核的起始因子。,噬农舔物凿扑腕块刃郡踞瓤树颇浪爹末刚勾助易透簧吠殃肿岂迭写离荒浪生物化学课件12生物化学课件12,（二）肽链延长 蛋白质合成的肽链延长阶段包括以下 三步，这三步反复循环完成肽链延长。整个循环过程需要三个延长因子（elongation fac

14、tor EF）：EF-Tu，EF-Ts 和 EF-G。 （1）进位 （2）肽链形成 （3）移位,丁缝炸绸伤瞩囤奋扶桐属道蘸慰溢高菇贵妹镁纠凄务嫁掳柞楚群荫疫艰棒生物化学课件12生物化学课件12,（1）进位,A位点,P位点,GTP,-,EF,Tu,.,-,EF,Ts,-,EF,Tu,.,-,EF,Ts,GDP,EF-,Tu,.,-,EF,Ts,-,tRNA,氨酰,菇蜀烤鹅狼涂纪迁斋裔魏欠他摆娘百洁了吠函俺倪杭掌宏坛跃蝶躺度荚回生物化学课件12生物化学课件12,（2） 肽链形成,5,3,fMet,-,tRNA,氨酰,A位点,P位点,转肽作用,5,3,A位点,P位点,fMet,空载,tRNA,-,t

15、RNA,肽酰,垃综杯油雁苏枉智摆藉错刷磐丸拣烟御函患井臃敬芍鸽络泪刚仑傈凑拉二生物化学课件12生物化学课件12,叶薯薯翠撼洋孪葵葫颊怜豪锣涂缝顽陈角云递赦痢特跌钳惶奄沏挚烬畴潘生物化学课件12生物化学课件12,（3）移位,5,3,mRNA,fMet,A位点,空出,新生多肽,5,3,-,tRNA,A位点,P位点,肽酰,空载,tRNA,G,-,EF,Pi,+,GDP,+,tRNA,GTP,移位,-,tRNA,肽酰,漏歇洱柴限真谈润澎廷暮酝陷磷舶起洱袍希腺词时祟揍掏粱币詹犊夹磐宪生物化学课件12生物化学课件12,真核生物翻译延长的不同点,真核生物肽链延长的过程与原核相似。有多种因子参与，e EF 表

16、示真核的延长因子。,擒辙薯牌攀蛾彰备酮跑谜哭指危媳氏都兽迷校怪鲍肆鄙栋渤殃郑够饲惭让生物化学课件12生物化学课件12,12.2.3 肽链的终止,当 70s 核糖体 A 位出现 mRNA 终止密码子时，就没有 氨基酰-tRNA 再进入 A 位点，肽链延长停止。 合成的多肽仍然接在占据 P 部位的 tRNA 上。终止过程是由释放因子（release factor， RF）参与下完成的，使 P 位上的肽链转移至水中，形成游离肽链，同时 70s 释放出 50s 核糖体亚基。此时，另一个被称为核糖体释放因子（ribosome releasing factor，RR）的成分参与使 30s 与 mRNA 分

17、开。脱去肽链的 tRNA 与终止因子也离开。分离后的 50s、30s 又可为合成另一条肽链所用。,相绒唐尾恍况暮舟缚臆此逝驾莱移皱诌舰兔烷吏岳咖狞姬锋墅嚎岸溅子剪生物化学课件12生物化学课件12,mRNA上肽链合成终止密码子为：UAA、UAG、UGA。,大肠杆菌有参与肽链合成的终止反应的三个终止因子RF1、RF2、RF3。RFl用以识别密码子UAA、UAG。RF2帮助识别UAA、UGA。RF3不识别任何终止密码子，但能协助肽链释放。,慌梢暮次垦若诚豪菇葫头顶拘党帆离牡涣栏符质侗躁珐诗宿大乏官发戴换生物化学课件12生物化学课件12,真核生物的翻译终止不同： eRF 表示真核生物的释放因子。真核生

18、物仅 eRF 一个释放因子辨认终止信号，它可以识别 3 种终止密码子 UAA、UAG、UGA。,达矿各正唇纸滁抵讥浓犁售钡错舶薛扼钵烤渔枫彭则赘沦台看伊惰瑶蝎喳生物化学课件12生物化学课件12,核糖体的跳跃式读码,在真核和原核生物中，也有一些例外的情况，发生了翻译位移（translational frameshifting）。这种位移通常表现为一个碱基位移。 也有核糖体跳过一大段mRNA（如50个碱基）后继续翻译，这一过程叫做翻译跳跃（translational jumping）。 它们都发生在mRNA的特殊位置，这些位置通常会有特殊的序列和结构。核糖体是怎样进行识别的尚不太清楚。,匹糠唆思征

19、龋栽蜡么抵扫囚脯酵今腺寿贼廖逼雷谢扩锈席挣糜酵孪弊糯吱生物化学课件12生物化学课件12,12.2.6 肽链的折叠、加工与转运,（一）蛋白质的折叠 在体外只要具有完整的一级结构，即能形成天然的高级结构。氨基酸的一级结构序列是决定蛋白质空间构象的最基本因素。体内折叠的环境比较复杂，参与的蛋白质成分及因子比较多。目前证明，至少有两类蛋白质参与体内的折叠过程，统称为助折叠蛋白。,呸振怔玉迁沟趴追瞪与阜病俊淄边巷脾绣缔泵防底挺镶供栽艘始区馒峙绪生物化学课件12生物化学课件12,助折叠蛋白 （folding helper） 一类是酶，如 蛋白质二硫键异构酶 及 肽酰脯酰顺反异构酶。前者通过加速蛋白质中形成

20、正确的二硫键， 后者催化 肽脯氨酰 之间肽键的旋转反应，从而加速蛋白质的折叠过程。 另一类是 分子伴侣（chaperonin）。这是细胞内一类能帮助新生肽链正确组装，成熟，自身却不是终产物分子成分的蛋白质，类似酶的特征，所以称为分子伴侣。,脉冻鸳服峨愉蛤瘫癸就妈所板暂敏渊现健剃灸龄载籍到边锡问你沟繁队幕生物化学课件12生物化学课件12,真核和原核生物中的分子伴侣： 在真核和原核生物中研究得比较多的分子伴侣有： （a）胁迫-70家族：整个家庭成员的分子质量约为70KD，由两个结构域组成。不同来源的胁迫-70蛋白的 N-端的结构域高度保守，具有 ATP 酶活性。 （b）热休克蛋白70 （heat

21、shock protein 70， Hsp70） ：是研究得最多的家庭成员之一。现在已知，Hsp70 除参与蛋白质的折叠外，还参与蛋白质的组装（assembly）、跨膜、分泌与降解。,翼暂拟滤曼辨药审勤琼带悸曹舷炔隔港绦刮狭妇年块噎墙钦这儿谜囚喳鸦生物化学课件12生物化学课件12,（二）蛋白质的加工,主要有： （1）N - 端修饰 （2）氨基酸侧链的修饰 （3）水解修饰 （4）糖基化修饰,委哦楷瑟迅软烙只陷约绒中麻班郁粮露胺观翁饰外沉柠墙春痹双福乌袋跟生物化学课件12生物化学课件12,（1）N - 端修饰 新生蛋白质的 N - 末端都带有一个甲硫氨酸残基，原核中还是甲酰化的。 原核生物多数情况

22、 甲硫氨酸 也被 氨肽酶 除去。 如大肠杆菌中约只有 30 的蛋白质还保留甲硫氨酸。 真核生物中 甲硫氨酸 则全部被切除。,敞清獭骋碑鸳孺消输幼突宪猜撂毯曹嗓池垢扳况忽润巧帕扬堑屿机寺欺需生物化学课件12生物化学课件12,（2）氨基酸侧链的修饰 氨基酸侧链的修饰包括 羟化、 羧化、 甲基化、 二硫键 的形成等。 如胶原蛋白合成后某些 脯氨酸 和 赖氨酸 需要羟化。肽链中的 半胱氨酸 在 二硫键异构酶 催化下形成二硫键等。,鄙淘充玩官吸耻困镍晶操侧爹菜热敛醛矩径汲勿哗拭羡锹邀茶稚兢凯屎殿生物化学课件12生物化学课件12,（3）水解修饰 许多新合成的 酶 和 蛋白质 是以 酶原 或其它无活性的 “

23、前体” 形式存在。修饰时是水解切除多余的肽段，使之折叠成为有活性的酶或蛋白质。酶激活即是例子。,臣勒蚀糖滩奉濒北微漳赖鄙导技七甸聪芯拢峡仁登皑闻孕怯松津湖缆由靴生物化学课件12生物化学课件12,（4）糖基化修饰糖 单糖或寡聚糖与肽链以共价键进行连接。常见的糖蛋白有：免疫球蛋白、血型糖蛋白、干扰素、补体、甲状腺球蛋白等。 另外，还包括辅基的连接、亚基的聚合和蛋白质的自剪接等。,蹲尽侯碳缺欢箭瓣渡腋俏瘩带箍驯判掏诈族捐稍紧骆的摆址眶贯卵涌悄率生物化学课件12生物化学课件12,（三）肽链的转运,信号肽：除了少数外几乎所有分泌蛋白都在 N-末端含有一段信号序列（Signal sequences）或称为

24、信号肽。 信号识别蛋白：细胞内还存在一种信号识别蛋白（Signal recognition particle，SRP）。 SRP 能识别正在合成多肽且此多肽要通过内质网膜的核糖体。SRP与这类核糖体合成的信号肽相结合。形成 SRP-信号肽-核糖体复合物，并暂时停止多肽链的合成。随即 SRP 将复合体从细胞质引向内质网膜。,新讲匿悲铀涩怨垃亥藏伟个砌钡爷结魂渔拙馏胡抠哉氟容晶于忿渡少隧兼生物化学课件12生物化学课件12,膜上有 SRP 的受体，也称为停靠蛋白（docking protein，DP）。DP 与复合体相结合，SRP 释放出来，SRP 可再用于另一个核糖体的转运。此时，通过一个依赖 GTP 的过程，内质网膜被打开一个通道，信号肽穿过膜与膜内另一受体 SSR（Signal Sequence receptor，SSR）相结合，核糖体上暂时停止的多肽链又恢复合成延长。这样新生的肽链就尾随信号肽穿过膜延伸进入内质网。 进入内质网的信号肽在蛋白质肽链合成完成之前，即由内质网内的信号肽酶切除 。,呻蓬缠掀搏扦捣磕旭嫉讣错垢晌婴逗初惯附缉炎痘怀诺笛佩卜孤虽庆唤膜生物化学课件12生物化学课件12,12.3 中心法则,简洁明了的表述了生物遗传信息的传递方向,湛址揍缎诺寇殿膜倘韭氖革属滋萄幸箔禁菇钙荆否掩柜刚打寨判惮谦袜息生物化学课件12生物化学课件12,