12第十二章 蛋白质合成定稿总结

Material Required for Protein Biosynthesis
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参与蛋白质生物合成的物质
. 原料: 20种氨基酸
. 各种蛋白质因子 ⑴起始因子(initiation factors、IF) (eukaryote、eIF) ⑵延长因子(elongation factors、EF) ⑶终止因子(release factors、RF) 核蛋白体释放因子 (ribosomal release factors、RR)
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真核生物起始复合物的形成
真核生物起始特点
核蛋白体差异: 80S (40S +60S)
起始tRNA为met-tRNA
没有PBS序列,有帽子结构和多聚A尾巴 起始顺序不同: 先形成eIF2-tRNA-GTP, 再 由 eIF3 和eIF4C 协助结合到小亚基上,然后 才由mRNA的AUG辨认met-tRNA的反密 码, eIF4 协助进入小亚基 eIF2 是蛋白质合成调控的关键物
生成起始复合物
大小亚基分离
mRNA进入小亚基
IF
IF3 (IF1)
NA-NA NA-蛋白质 辨认结合
eIF
eIF3
eIF3, eIF1 eIF4A eIF4B CBP1 eIF4E(CBP2)
起始tRNA进入P位 大亚基结合
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IF2 GTP (IF1) eIF2 eIF3 eIF4c co-eIF2-GTP 各种IF脱落,GTP水解 eIF5 eIF4D
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EFTu和EFTs
为延长因子T的2个亚基,在肽链延长时的程序:
EFT + GTP + AA-tRNA
Ts GTP
AA-tRNA-Tu -GTP
mRNA
Pi + Tu-GDP + AA-tRNA-mRNA
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转肽酶 是核蛋白体大亚基上的核酶
在成肽结束前P位上空载的tRNA从核蛋白体脱落
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二、延长阶段
肽链延长 = 核蛋白体循环(ribosomal cycle) 该阶段核心是形成肽键,将单个氨基酸连
接成多肽链.整个反应都在核蛋白体上完成.
需要的蛋白质因子—延长因子(EF)
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原核与真核生物 延长因子的种类和作用
原核生物 真核生物 EFTu EF1 -) EF2 - 功 能 协助氨基酰-tRNA进入A位;
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遗传密码表
第1个 核苷酸 （5’） U 第2个核苷酸 U UUU 苯丙氨酸 UUC 苯丙氨酸 UUA 亮氨酸 UUG 亮氨酸 CUU CUC CUA CUG AUU AUC AUA AUG GUU GUC GUA GUG 亮氨酸 亮氨酸 亮氨酸 亮氨酸 异亮氨酸 异亮氨酸 异亮氨酸 甲硫氨酸 缬氨酸 缬氨酸 缬氨酸 缬氨酸 UCU UCC UCA UCG CCU CCC CCA CCG ACU ACC ACA ACG GCU GCC GCA GCG C 丝氨酸 丝氨酸 丝氨酸 丝氨酸 脯氨酸 脯氨酸 脯氨酸 脯氨酸 苏氨酸 苏氨酸 苏氨酸 苏氨酸 丙氨酸 丙氨酸 丙氨酸 丙氨酸 A UAU 酪氨酸 UAC 酪氨酸 UAA 终止密码 UAG 终止密码 CAU 组氨酸 CAC 组氨酸 CAA 谷氨酰胺 CAG 谷氨酰胺 AAU 天冬酰胺 AAC 天冬酰胺 AAA 赖氨酸 AAG 赖氨酸 GAU 天冬氨酸 GAC 天冬氨酸 GAA 谷氨酸 GAG 谷氨酸 G UGU 半胱氨酸 UGC 半胱氨酸 UGA 终止密码 UGG 色氨酸 CGU CGC CGA CGG AGU AGC AGA AGG GGU GGC GGA GGG 精氨酸 精氨酸 精氨酸 精氨酸 丝氨酸 丝氨酸 精氨酸 精氨酸 甘氨酸 甘氨酸 甘氨酸 甘氨酸 第3个 核苷酸 （3’） U C A G U C A G U C A G U C A G
第12章 翻译Leabharlann Baidu
Protein Biosynthesis
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蛋白质的生物合成 = 翻译 protein biosynthesis translation
以mRNA为直接 模板合成蛋白质的 过程。
将mRNA分子中 核糖核酸信息转变成 氨基酸信息的过程。
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第一节
蛋白质生物合成需要的物质
转位酶 转位酶活性存在于EFG,催化A位上肽酰
-tRNA-mRNA转移到P位, A位留空
肽链合成的方向: N→C,始终是P位氨基酰基
通过羧基与A位氨基酸的-氨基形成肽键
氨基酸活化: 羧基与tRNA的3ˊ-OH形成酯键
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肽链延长进位
成肽
转位
三、终止阶段
包括终止密码的辨认、肽链水解、 mRNA离开核蛋白体、核蛋白体大小亚 基解体。
RBS与16S rRNA3ˊ-端的…UCCU…互补. 核酸-蛋白质辨认:由核蛋白体小亚基蛋白(res-1) 辨认紧接AGGA的小段核苷酸。
S-D序列
原核生物起始复合物的形成
、核蛋白体亚基的解体 大小亚基必须解体才利于mRNA结合 终止的最后一步就是下一轮起始的第一步 、mRNA就位 通过核酸-核酸辨认和核酸-蛋白质辨认把 mRNA联结在核蛋白体小亚基上. 、fmet-tRNA- mRNA-IF2-GTP 复合体形成 需要IF2先与GTP结合→fmet-tRNA再与其 结合,推动mRNA前移,tRNA达P位 、大亚基结合形成起始复合物 mRNA-fmet-tRNA-核蛋白体
mRNA - 核蛋白体 - 蛋氨酰-tRNA mRNA- 核蛋白体 – 甲酰蛋氨酰-tRNA
原核与真核需要的起始因子不同,但步骤相似.
起始因子(initiation factors, IF)
原核生物: 有三种, IF1 IF2 IF3 真核生物:共发现10+种 eIF
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原核、真核起始复合物的形成
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4. 参加蛋白质生物合成的酶体系
（1）氨基酰－tRNA合成酶 （2）转肽酶 （3）转位酶
氨基酰－tRNA合成酶 （aminoacyl-tRNA synthetase）
在ATP供能的情况下催化氨基酸活 化成氨基酰－tRNA。
转肽酶
催化两个氨基酸之间形成肽键， 存在于核蛋白体大亚基上，是组成 核糖体的蛋白质成分之一。
EFTs
EFG
结合GTP
转位酶，协助mRNA前移, A位→P位;游离tRNA释放
延长三步曲
进位(entrance)或注册(registration) : 氨基酰-tRNA按mRNA密码的指导进 入A位,EFT协助
成肽(peptide bond formation):由转肽酶 催化P位上的氨基酰基进入A位形 成肽键 转位(translocation):A位上的肽链同mRNA 一起进入P位,核蛋白体相对移动。反应 由转位酶催化
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帽子结合蛋白 (cap-site binding protein,CBP)
结合在帽子结构上,促进mRNA与小亚基结合
已知有两种:CBP-1 = CBPa = eIF4E
CBP-2=CBPb=eIF4F
eIF4F有解螺旋酶和ATP酶活性是主要的帽子 结合蛋白
原核与真核起始因子的作用比较
转位酶（translocase）
催化核糖体和mRNA移位，核 糖体向mRNA的3’端移动相当于一 个密码子的距离。
5. 蛋白质合成需要的其他物质
• Mg2+、K+等无机离子 • ATP、GTP等供能物质
大肠杆菌蛋白质合成需要的物质
阶 段 必 需 化 合 物 氨基酸的活化 起始
20种氨基酸，20种氨基酰-tRNA合成酶 32种（或多于32种）tRNA，ATP、Mg2+ mRNA，N-甲酰甲硫氨酰-tRNAfMet mRNA上的起始密码子（AUG） 30S核糖体亚基，50S核糖体亚基 起始因子(IF-2、IF-2、IF-3)、GTP、Mg2+ 具有功能的70核糖体（起始复合物） 密码子特异的氨基酰-tRNA 延长因子(EF-Tu、EF-Ts、EF-G)、GTP、Mg2+ mRNA上的终止密码 释放因子（RF-1、RF-2、RF-3）
起始密码
AUG(开放读码框架 open reading frame) 在mRNA的5`端为起始密码，在中间代表蛋氨 酸。
终止密码(stop codon) UAA UAG UGA 位于mRNA3`端，是肽链合成终止信号
rRNA在蛋白质合成中的作用
参与组成核蛋白体，提供合成场所.
原核生物 16S rRNA 21种 23S rRNA 5S rRNA
终止过程
1. 核蛋白体A位出现终止密码, RF-1 和 RF2 去 识别,并结合在A位 2. RF-3使转肽酶变构,激活转肽酶,水解P位肽链 与tRNA的3ˊ-OH形成的酯键,释放肽链 3. 在RR作用下, tRNA、mRNA和RF都从核蛋白 体脱落, IF3 又作用,核蛋白体大小亚基解体, 可参加下一轮循环 蛋白质合成要消耗GTP和ATP(各阶段), 估计 每生成一个肽键要消耗5个高能磷酸键
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3ˊ 5ˊ
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tRNA与mRNA配对
摆动配对规律
tRNA I U C
mRNA
A G U
A G
C G U
氨基酸的活化
AA + tRNA
氨基酰-tRNA合成酶
ATP AMP + PPi
AA-tRNA
氨基酸＋ATP＋酶 →氨基酰-AMP-酶＋PPi
氨基酰-AMP-酶 + tRNA→氨基酰-tRNA＋AMP ＋酶
C
A
G
遗传密码的特点
4 3 = 64个
方向性(direction ): 连续性(commaless):3个一组连续读 插入和缺少可框移 简并性(degeneracy):第三位碱基改变 可不影响氨基酸排列顺序 摆动性(wobble): 通用性(universal):高、低等生物通用
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A位= 受位= 氨基酰位 aminoacyl site，acceptor site 接受氨基酸
一个mRNA分子上可有多个核蛋白体(多聚核蛋白体)。
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P A
核蛋白体（ribosome）
tRNA在蛋白质合成中的作用
搬运氨基酸到合成场所
遗传密码与反密码的摆动配对
配对方式
mRNA 5ˊ tRNA 3ˊ
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. 三种RNA 在蛋白质合成中的作用
mRNA(信使核糖核酸) —直接模板 tRNA(转运核糖核酸) —转运氨基酸 rRNA(核糖体核糖核酸) —提供场所
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mRNA在蛋白质合成中的作用
mRNA做直接模板，DNA为间接模板
mRNA从5ˊ端AUG开始每三个碱基是 一个遗传密码(genetic codon)，代表一种氨 基酸。
原 核 生 物
真核生物
核酸-核酸和核酸-蛋白质辨认
核酸-核酸辨认:mRNA核蛋白体结合位点(RBS) 与核蛋白体小亚基16S rRNA的碱基互补。
RBS(ribosomal binding site)= S-D序列 位于起始密码AUG上游约8~13个核苷酸 处,以…AGGA…为核心的富含嘌呤的4~6 个核苷酸序列,
氨基酸羧基被活化！
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氨基酰-tRNA合成酶促反应
氨基酰-tRNA合成酶 具有高度特异性，既能识别氨基酸， 也能识别相应的tRNA。 氨基酰-tRNA表示方法 ala-tRNAala ; arg-tRNAarg tRNAimet ______ 起始者tRNA fmet-tRNAf met ____ N-甲酰蛋氨酸 tRNAe met_____ 携带延长链上蛋氨酸的tRNA
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小 亚 基 大 亚 基
34 种
真核生物 18S rRNA 33种 28S rRNA 5.8S rRNA 5S rRNA 49种
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核蛋白体(ribosomal)
由大、小亚基组成,大亚 基有转肽酶活性. P位= 肽位= 给位 peptidyl site, donor site 暂时放氨基酸的位置
特异酶、辅助因子、除去起始残基和信号肽所需的化 合物，水解、末端残基修饰、磷酸、甲基、羧基、 碳水化合物或辅基结合到蛋白质上
延长
终止与释放
折叠和翻译后的加工
第二节 蛋白质生物合成过程 Process of Protein Synthesis
起始阶段 延长阶段
终止阶段
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___ 一、起始阶段 形成起始复合物
需要的蛋白因子称为释放因子 (RF,RR). IF3 、eIF 也参与拆开大小亚基
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RF的作用
辨认终止密码;促进肽链C端与tRNA3ˊOH 酯键断裂，释放肽链。现知三种: RF-1:能辨认UAA，UAG RF-2:能辨认UAA，UGA RF-3:为酯酶的激活剂,水解酯键 RR的作用:将mRNA从核蛋白体上释放出来