生物化学蛋白质生物合成

目录蛋白质的生物合成（翻译）第12章（遗传密码的特性；起始和终止密码；蛋白质合成的干扰）目录蛋白质生物合成的概念蛋白质生物合成(proteinbiosynthesis)也称翻译(translation)，是生物细胞以mRNA为模板，按照mRNA分子中核苷酸的排列顺序所组成的密码信息合成蛋白质的过程。定义目录（1）氨基酸的活化（2）肽链的生物合成（3）肽链形成后的加工和靶向输送反应过程目录第一节蛋白质生物合成体系（重点内容较多）目录（说明：红色字表示是这一节的重点内容）mRNA在蛋白质合成中的作用（关于遗传密码的所有内容：包括起始密码、终止密码及遗传密码的特点。）rRNA在蛋白质合成中的作用tRNA在蛋白质合成中的作用（氨基酸的活化形式是氨基酰-tRNA）蛋白质合成所需要的酶和蛋白质因子等（糖原、磷脂、蛋白质合成的直接供能分别是UTP、CTP、GTP）本节主要内容：目录1.基本原料：20种编码氨基酸2.模板：mRNA3.适配器：tRNA4.装配机：核蛋白体5.主要酶和蛋白质因子：氨基酰-tRNA合成酶、转肽酶、起始因子、延长因子、释放因子等6.能源物质：ATP、GTP7.无机离子：Mg2+、K+蛋白质生物合成体系目录一、mRNA是蛋白质生物合成的直接模板mRNA的基本结构StartofgeneticmessageCapEndTail5’-端非翻译区533’-端非翻译区开放阅读框架从mRNA5-端起始密码子AUG到3-端终止密码子之间的核苷酸序列，称为开放阅读框架(openreadingframe,ORF)。原核生物的多顺反子真核生物的单顺反子非编码序列核蛋白体结合位点起始密码子终止密码子编码序列PPP53蛋白质PPPmG-53蛋白质AAA…目录遗传密码在mRNA的开放阅读框架区，以每3个相邻的核苷酸为一组，代表一种氨基酸(或其他信息)，这种三联体形式的核苷酸序列称为密码子。起始密码子(initiationcodon)：AUG终止密码子(terminationcodon)：UAA、UAG、UGA密码子（codon）起始密码子和终止密码子：目录遗传密码表目录遗传密码的特点1.方向性(directional)翻译时遗传密码的阅读方向是5’→3’，即读码从mRNA的起始密码子AUG开始，按5’→3’的方向逐一阅读，直至终止密码子。NC肽链延伸方向5′3′读码方向目录2.连续性(non-punctuated)编码蛋白质氨基酸序列的各个三联体密码连续阅读，密码子及密码子的各碱基之间既无间隔也无交叉。5’…….AUGGCAGUACAU……UAA3’AlaValHisMet终止密码目录基因损伤引起mRNA阅读框架内的碱基发生插入或缺失，可能导致框移突变(frameshiftmutation)。缬脯苏天冬缬丙酪甘缬丙丝精目录3.简并性(degenerate)一种氨基酸可具有2个或2个以上的密码子为其编码。这一特性称为遗传密码的简并性。除色氨酸和甲硫氨酸仅有1个密码子外，其余氨基酸有2、3、4个或多至6个三联体为其编码。为同一种氨基酸编码的各密码子称为简并性密码子，也称同义密码子。目录4.通用性(universal)从简单的病毒到高等的人类，几乎使用同一套遗传密码，因此，遗传密码表中的这套“通用密码”基本上适用于生物界的所有物种，具有通用性。密码的通用性进一步证明各种生物进化自同一祖先。目录5.摆动性(wobble)反密码子与密码子之间的配对有时并不严格遵守常见的碱基配对规律，这种现象称为摆动配对(wobblebasepairing)。tRNA反密码子第1位碱基IUGACmRNA密码子第3位碱基U,C,AA,GU,CUGU321123摆动配对目录二、核蛋白体是蛋白质生物合成的场所核蛋白体的组成核蛋白体又称核糖体，是由rRNA和多种蛋白质结合而成的一种大的核糖核蛋白颗粒，是蛋白质生物合成的场所。目录原核生物真核生物核蛋白体小亚基大亚基核蛋白体小亚基大亚基S值70S30S50S80S40S60SrRNA16S-rRNA23S-rRNA5S-rRNA18S-rRNA28S-rRNA5.8S-rRNA5S-rRNA蛋白质rpS21种rpL36种rpS33种rpL49种不同细胞核蛋白体的组成目录原核生物核蛋白体结构模式目录三、tRNA是氨基酸的运载工具及蛋白质生物合成的适配器二级结构三级结构反密码环氨基酸臂tRNA的构象目录四、蛋白质生物合成需要酶类、蛋白质因子等（一）重要的酶类氨基酰-tRNA合成酶(aminoacyltRNAsynthetase)，催化氨基酸的活化；转肽酶(peptidase)，催化核蛋白体P位上的肽酰基转移至A位氨基酰-tRNA的氨基上，使酰基与氨基结合形成肽键;并受释放因子的作用后发生变构，表现出酯酶的水解活性，使P位上的肽链与tRNA分离；转位酶(translocase)，催化核蛋白体向mRNA3’-端移动一个密码子的距离，使下一个密码子定位于A位。目录（二）蛋白质因子起始因子（initiationfactor，IF）延长因子（elongationfactor，EF）释放因子（releasefactor，RF）目录参与原核生物翻译的各种蛋白质因子及其生物学功能种类生物学功能起始因子IF-1占据A位防止结合其他tRNAIF-2促进起始tRNA与小亚基结合IF-3促进大小亚基分离，提高P位对结合起始tRNA的敏感性延长因子EF-Tu促进氨基酰-tRNA进入A位，结合并分解GTPEF-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卸载与释放释放因子RF-1特异识别UAA、UAG，诱导转肽酶转变为酯酶RF-2特异识别UAA、UGA，诱导转肽酶转变为酯酶RF-3可与核蛋白体其他部位结合，有GTP酶活性，能介导RF-1及RF-2与核蛋白体的相互作用参与真核生物翻译的各种蛋白质因子及其生物学功能种类生物学功能起始因子eIF-1多功能因子，参与多个翻译步骤eIF-2促进起始tRNA与小亚基结合eIF-2B,eIF-3最先结合小亚基，促进大小亚基分离eIF-4AeIF-4F复合物成分，有RNA解螺旋酶活性，能解除mRNA5´-端的发夹结构，使其与小亚基结合eIF-4B结合mRNA，促进mRNA扫描定位起始AUGeIF-4EeIF-4F复合物成分，结合mRNA5´帽子eIF-4GeIF-4F复合物成分，结合eIF-4E、eIF-3和PolyA结合蛋白eIF-5促进各种起始因子从小亚基解离，进而结合大亚基eIF-6促进核蛋白体分离成大小亚基延长因子eIF1-α促进氨基酰-tRNA进入A位，结合分解GTP，相当于EF-TueIF1-βγ调节亚基，相当于EF-TseIF-2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，相当于EF-G释放因子eRF识别所有终止密码子，具有原核生物各类RF的功能目录蛋白质生物合成的能源物质为ATP和GTP;参与蛋白质生物合成的无机离子有Mg2+、K+等。（三）能源物质及离子目录第二节氨基酸的活化目录（说明：红色字表示是这一节的重点内容）氨基酸活化形成氨基酰-tRNA真核生物的起始氨基酰-tRNA本节主要内容：目录反应过程一、氨基酸活化形成氨基酰-tRNA氨基酸+tRNA氨基酰-tRNAATPAMP＋PPi氨基酰-tRNA合成酶目录目录氨基酰-tRNA的表示方法丙氨酰-tRNA：Ala-tRNAAla精氨酰-tRNA：Arg-tRNAArg甲硫氨酰-tRNA：Met-tRNAMet氨基酸的三字母缩写-tRNA氨基酸的三字母缩写例如：目录二、真核生物起始氨基酰-tRNA是Met-tRNAiMettRNAiMet与甲硫氨酸结合后形成Met-tRNAiMet，可以在mRNA的起始密码子AUG处就位，参与形成翻译起始复合物。起始密码子只能辨认Met-tRNAiMet。tRNAMet和甲硫氨酸结合后生成Met-tRNAMet，必要时进入核蛋白体，为延长中的肽链添加甲硫氨酸。起始氨基酰-tRNA:Met-tRNAiMet参与肽链延长的甲硫氨酰-tRNA：Met-tRNAMet真核生物目录具有起始功能的tRNAfMet与甲硫氨酸结合后，甲硫氨酸很快被甲酰化为N-甲酰甲硫氨酸(N-formylmethionine,fMet)，于是形成N-甲酰甲硫氨酰-tRNA(fMet-tRNAfMet)，可以在mRNA的起始密码子AUG处就位，参与形成翻译起始复合物。起始密码子只能辨认fMet-tRNAiMet。原核生物起始氨基酰-tRNA:fMet-tRNAifMet目录fMet-tRNAfMet的生成是一碳化合物转移和利用的过程之一，反应由转甲酰基酶催化，甲酰基从N10-甲酰四氢叶酸转移到甲硫氨酸的α-氨基上。目录第三节肽链的生物合成过程目录（说明：红色字表示是这一节的重点内容）原核生物的肽链合成过程真核生物的肽链合成过程本节主要内容：目录起始(initiation)延长(elongation)终止(termination)整个过程可分为：一、原核生物的肽链合成过程目录（一）起始指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.核蛋白体大亚基结合。目录IF-3IF-11.核蛋白体大小亚基分离目录AUG5'3'IF-3IF-12.mRNA在小亚基定位结合目录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：在各种mRNA起始AUG上游约8～13核苷酸部位，存在一段由4～9个核苷酸组成的一致序列，富含嘌呤碱基，如-AGGAGG-，称为Shine-Dalgarno序列(S-D序列)，又称核蛋白体结合位点(ribosomalbindingsite,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。目录S-D序列小亚基中的16S-rRNA3ˊ-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。目录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。目录IF-3IF-1IF-2GTP3.起始氨基酰tRNA(fMet-tRNAifMet)结合到小亚基AUG5'3'目录IF-3IF-1IF-2GTPGDPPi4.核蛋白体大亚基结合，起始复合物形成AUG5'3'目录IF-3IF-1AUG5'3'IF-2GTPIF-2-GTPGDPPi起始复合物形成过程目录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(peptidebondformation)3.转位(translocation)（二）延长肽链延长在核蛋白体上连续循环式进行，又称为核蛋白体循环(ribosomalcycle)，包括以下三步：每轮循环使多肽链增加一个氨基酸残基。目录1.进位又称注册(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。目录TuTsGTPGDPAUG5'3'TuTsGTP进位的反应过程：目录2.成肽成肽是在转肽酶(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(肽酰-tRNA的肽酰基)转移到A位并与A位上氨基酰-tRNA的α-氨基结合形成肽键的过程。目录成肽的反应过程目录3.转位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。目录EF-G有转位酶（translocase）活性，可结合并水解1分子G