蛋白质合成PPT

蛋白质翻译转录逆转录复制复制DNARNA第六节蛋白质的生物合成生物的遗传信息以密码的形式储存在DNA分子上，表现为特定的核苷酸排列顺序。在细胞分裂的过程中，通过DNA复制把亲代细胞所含的遗传信息忠实地传递给两个子代细胞。在子代细胞的生长发育过程中，这些遗传信息通过转录传递给RNA，再由RNA通过翻译转变成相应的蛋白质多肽链上的氨基酸排列顺序，由蛋白质执行各种各样的生物学功能，使后代表现出与亲代相似的遗传特征。后来人们又发现，在宿主细胞中一些RNA病毒能以自己的RNA为模板复制出新的病毒RNA，还有一些RNA病毒能以其RNA为模板合成DNA，称为逆转录这是中心法则的补充。翻译translation中心法则指出，遗传信息的表达最终是合成出具有特定氨基酸顺序的蛋白质，这种以mRNA上所携带的遗传信息,到多肽链上所携带的遗传信息的传递，就好象以一种语言翻译成另一种语言时的情形相似。以mRNA为模板的蛋白质合成过程为翻译。生命以蛋白质为基础，所有生物都含有蛋白质。地球上的生物体含有1010-1011种不同的蛋白质，各种生物都有其特殊的蛋白质。一个高等生物的细胞内约有3000多种不同的蛋白质，这些蛋白质分别担负着不同的生物功能。一个正常生长的细胞内，时刻都在进行着蛋白质的生物合成。新的蛋白质分子不断地合成出来，旧的蛋白质分子不断地被更新。蛋白质合成非常复杂，真核生物细胞合成蛋白质需要70多种核糖体蛋白质，20多种活化氨基酸的酶，10多种辅助酶和其他蛋白质因子参加，同时还要100多种附加的酶类、40多种tRNA、rRNA，总计有300多种不同的大分子参与多肽的合成。一个典型细菌细胞干重的35%物质参与蛋白质的合成过程。蛋白质合成速度非常惊人，大肠杆菌在37OC蛋白质合成速度15个aa/s（45bp/sRNA,800bp/sDNA）。蛋白质合成要消耗大量能量，约占全部生物合成反应总耗能量的90%（由ATP、GTP提供）。原核生物和真核生物的合成机制相似。遗传信息流动示意图核糖体DNAmRNAtRNA原核生物:细菌中mRNA转录翻译降解同时进行。0分钟，转录开始；0.5分钟，核糖体开始翻译；1.5分钟，5’端mRNA开始降解；2.0分钟，RNA聚合酶在3’端终止;3.0分钟，mRNA继续降解，核糖体完成翻译。37OCmRNA转录速度45bp/s,蛋白质15aa/s,转录和翻译5000bpmRNA相当于180KDa的蛋白质,整个过程需要2分钟.真核生物动物细胞中转录速度同细菌,45个核苷酸/秒,真核生物很多基因很大,转录一个10000bp基因需5分钟,mRNA半衰期4-24小时.真核生物mRNA平均长度1500bp1分钟内,转录起始,5’端被修饰;6分钟,3’端被切割释放;20分钟,3’端加poly(A);25分钟,mRNA被转运到细胞质;4小时,核糖体翻译mRNA一、蛋白质的生物合成体系原料：20种氨基酸模板：mRNA（信使核糖核酸）场所：核蛋白体氨基酸的“搬运工具”：tRNA酶与蛋白质因子：启动、延长、终止因子能量：ATP、GTP无机离子（原核生物）1、模板——mRNAmRNA(messengerRNA)是蛋白质生物合成过程中直接指令氨基酸掺入的模板，是遗传信息的载体。。原核生物和真核生物mRNA的比较每个mRNA分子带有多于一条多肽链的遗传信息（1）遗传密码（geneticcode）遗传密码：DNA（或mRNA）中的核苷酸序列与蛋白质中氨基酸序列之间的对应关系称为遗传密码。密码子（codon）：mRNA上每3个相邻的核苷酸编码蛋白质多肽链中的一个氨基酸，这三个核苷酸就称为一个密码子或三联体密码。P295（2）遗传密码的特点通用性：对所有生物都适用，部分生物的线粒体、叶绿体密码子除外；方向性：5ˊ端→3ˊ端；UAU、UAC酪氨酸、CAU组氨酸连续性：密码子与密码子之间是没有间隔的，阅读密码子时从一个特定的起点一直读下去，中间不能留空，碱基的插入或缺失可导致移码。不重叠性：密码是无标点符号的且相邻密码子互不重叠；。起始密码：5ˊ端第一个AUG表示起动信号，并代表甲酰蛋氨酸(细菌)或蛋氨酸(高等动物)；终止密码：UAA、UAG或UGA（不编码氨基酸）；遗传密码字典UACGUCAGUCAG第二位第一位（5ˊ）第三位（3ˊ）UCAGUCAGUCAG一个氨基酸序列为Met-Leu亮-Arg精-Asn天冬酰胺-Ala丙-Val缬-Glu谷-Ser丝-Ile异亮-Phe苯丙-Thr苏的短肽的核糖核苷酸序列？（起始终止密码子）可能的序列：5‘AUGUUACGUAAUGCUGUCGAAUCUAUUUUUACA5‘AUGUUACGUAAUGCUGUCGAAUCUAUUUUUACAUAA3’原则：在mRNA的序列中位于上游的潜在的起始位点（如AUG）决定着阅读的框架起始密码？简并性(degenerate)：一个以上密码子体现一个氨基酸遗传信息（Trp和Met除外，仅有1个密码子）。其原因是由于密码子与反密码子之间存在不稳定配对（摆动性或摇摆性）。对应于同一氨基酸的密码子称为同义密码子(Synonymouscodon)密码的简并性可以减少有害突变。摇摆性（wobble）：mRNA密码子的第三个核苷酸（3ˊ端）与tRNA反密码子第一个核苷酸（5ˊ端）配对时，有时不遵守严格的碱基配对原则，除A-U、G-C外，还可有其它配对方式。I（次黄嘌呤）是最常见的摆动现象。反密码子与密码子之间的碱基配对AUCG反密码子第一位碱基密码子第三位碱基GUCUAGIUCA2、氨基酸的搬运工具——tRNA一种tRNA可携带一种氨基酸；而一种氨基酸可由数种tRNA携带（大肠杆菌60种，高等真核生物120-130种）（1）tRNA与蛋白质合成的功能区氨基酸臂……与氨基酸结合DHU环……与氨酰-tRNA合成酶(忠实性和保守性)结合反密码环……识别密码子TψC环…….与核蛋白体结合（2）反密码子（anticodon）tRNA反密码环中间的3个核苷酸，可与mRNA密码子配对。反密码子的第一位核苷酸（5ˊ端）常为I。P21P299搬运工具—tRNA（核酸和氨基酸联系的适配器）二级结构：五臂四环三叶草型（二氢尿嘧啶环）反密码环反密码子位点氨基酸臂3‘tRNA与氨基酸结合位点核蛋白体的结合位点与氨酰-tRNA合成酶结合氨基酸接受位点搬运工具—tRNA实验表明，tRNA必须具备倒“L”型的三级结构才具有携带氨基酰的功能T-CG与核糖体结合位点搬运工具—tRNA适配器核糖体是由rRNA（ribosomalribonucleicasid）和多种蛋白质结合而成的一种大的核糖核蛋白颗粒，蛋白质肽键的合成就是在这种核糖体上进行的。3、多肽链的装配机——核蛋白体两类核蛋白体:结合型：位于粗面内质网，合成分泌蛋白（含信号肽）.游离型：游离于胞质中,参与细胞固有蛋白的合成（1）组成：蛋白质＋rRNA真核生物核蛋白体（40S+60S=80S）原核生物核蛋白体（30S+50S=70S）mRNA结合部位：位于小亚基，序列特异识别受位（A位）：位于大、小亚基结合处，结合AA-tRNA；给位（P位）：主要位于大亚基，结合肽酰-tRNA和起始Met-tRNA，肽基转移部位；转肽酶中心、GTP：位于大亚基，形成肽键的部位。（2）功能区核蛋白体16SrRNA5SrRNA23SrRNA30Ssubunit50Ssubunit70Sprokaryoticribosome18SrRNA5SrRNA28SrRNA5.8SrRNA40Ssubunit60Ssubunit80SeukaryoticribosomeProkaryoticEukaryoticL2L3L32S1S2S3S21L132proteinsoflargesubunit(L1~L32)21proteinsofsmallsubunit(S1~S21)L2L3L50S1S2S3S33L150proteinsoflargesubunit(L1~L50)33proteinsofsmallsubunit(S1~S33)核糖体的组成核蛋白体P位小亚基负责特异序列识别，起始部分识别、密码子与反密码子的相互作用等，mRNA结合位点在小亚基上；大亚基负责氨基酸及携带等，功能：肽键的形成、AA-tRNA与肽基–tRNA结合等。A、P转肽酶中心主要在大亚基上。16SrRNA结构保守，全部压缩在30S小亚基内，与小亚基中蛋白质结合成为小亚基的主要成分。16SrRNA3‘端一段ACCUCCUUA，与mRNA5’端翻译起始区富含嘌呤的序列互补，在mRNA分子与小亚基结合时充当主要“接待者”。在16SrRNA临近3‘端处还有一段与23SrRNA互补的序列，在30S与50S亚基的结合中起作用。一些细菌和病毒mRNA5’端的富含嘌呤碱基的SD核苷酸序列核蛋白体（原核生物）与起始tRNA配对的部位与16SrRNA配对部位R17噬菌体A蛋白P301大肠杆菌5S、16S、23SrRNA分别含有120、1542、2904个核苷酸。5SrRNA一个区域含有保守序列CGAAC，功能：与tRNA分子T¢C环上的GT¢CG序列相互作用的部位另一个区域含有保守序列GCGCCGAAUGGUAGU，与23SrRNA中一段序列互补，功能：5SrRNA与50S核糖体大亚基相互作用的位点。23SrRNA50S大亚基34protein有一段能与tRNAMet序列互补的片段23SrRNA靠近5‘端有一段12个核苷酸的序列与5SrRNA上的序列互补。核蛋白体（原核生物）多肽链34种蛋白质5021种蛋白质30核蛋白体（原核生物）多核糖体：一个mRNA分子与一定数目的单个核糖体结合形成念珠状，每个核糖体可以独立完成一条肽链合成。原核细胞70S核糖体的A位、P位及mRNA结合部位示意图anticodonCodon密码子30S与mRNA结合部位P位（结合或接受肽基的部位）A位（结合或接受AA-tRNA的部位）50S53mRNA一个核糖体中占有2个tRNA和40bp长的mRNA4、辅助性蛋白在蛋白质的合成体系中，除了mRNA、tRNA、rRNA和核糖体外，还需要一系列辅助因子，这些因子都是蛋白质。真核和原核细胞参与翻译的蛋白质因子阶段原核真核功能IF1IF2eIF2参与起始复合物的形成IF3eIF3、eIF4C起始CBPI与mRNA帽子结合因子eIF4ABF参与寻找第一个AUGeIF5协助eIF2、eIF3、eIF4C的释放eIF6协助60S亚基从无活性的核糖体上解离EF-TueEF1协助氨酰-tRNA进入核糖体延长EF-TseEF1帮助EF-Tu、eEF1周转因子EF-GeEF2移位因子RF-1终止eRF释放完整的肽链因子RF-2P303IF3协助30S亚基通过其16SrRNA的3‘端与mRNA起始密码子的5’端的碱基配对结合;IF2能正确识别起始的fMet-tRNAfMet；能结合GTP，将GTP引导到复合物上去；对于30S起始复合物与50S亚基的连接是必需的.IF1能刺激IF2和IF3两种起始因子的活性；IF1催化GTP水解，在70S起始复合物生成后促进IF2的释放.IF(initiationfactor)作为起始因子,为非核糖体蛋白质,这些因子不同于核糖体蛋白质,它们仅是临时性地与核糖体发生作用参与蛋白质的起始,之后从核糖体复合物上解离下来,而核糖体蛋白质则一直结合在同一核糖体上.IF3、IF2、IF1结合在30S的16SrRNA附近，在16SrRNA周围还有核糖体蛋白质S7、S1、S11、S12、S18、S21等与mRNA和30S亚基识别有关；50S亚基的核糖体蛋白质L7、L13、L11位于起始复合物上IF2附近，参与GTP水解反应，与蛋白质合成有关。二、蛋白质的生物合成过程蛋白质的生物合成是最复杂的生物化学过程之一，它包括了上百种不同的蛋白质，以及30多种RNA分子的参与，这一过程开始于氨基酸接在tRNA上，随后的步骤则在核糖体上进行，氨基酸通过tRNA转运到