牛逼的 蛋白质的生物合成 PPT

目录
原核、真核生物各种起始因子的生物功能
起始因子 IF-1 原核 生物 EIF-2 EIF-3 eIF-2 eIF-2B，eIF-3 生物功能 占据A位防止结合其他tRNA 促进起始tRNA与小亚基结合 促进大小亚基分离，提高P位对结合起始tRNA敏感性 促进起始tRNA与小亚基结合 最先结合小亚基促进大小亚基分离 eIF-4F复合物成分，有解螺旋酶活性，促进mRNA结 合小亚基 结合mRNA，促进mRNA扫描定位起始AUG eIF-4F复合物成分，结合mRNA5＇帽子 eIF-4F复合物成分，结合eIF-4E和PAB 促进各种起始因子从小亚基解离，进而结合大亚基 促进核蛋白体分离成大小亚基
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4. 摆动性(wobble)
转运氨基酸的tRNA的反密码需要通过
碱基互补与mRNA上的遗传密码反向配对
结合，但反密码与密码间不严格遵守常见
的碱基配对规律，称为摆动配对。
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摆动配对
U
密码子、反密码子配对的摆动现象
tRNA反密码子 第1位碱基
mRNA密码子 第3位碱基
I
U
G
A
C
U, C, A
rRNA
蛋白质
rpS 21种
Baidu Nhomakorabea
rpL 36种
rpS 33种
rpL 49种
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核 蛋 白 体 的 组 成
原核生物翻译过程中核蛋白体结构模式:
A位：氨基酰位 (aminoacyl site)
P位：肽酰位 (peptidyl site)
E位：排出位 (exit site)
三、tRNA与氨基酸的活化
氨基酸臂
4. 核蛋白体大亚基结合，起始复合物形成
GTP IF-2 GDPPi
5' IF-3
AUG
3' IF-1
Pi GTP IF-2 -GTP GDP
5' IF-3
AUG
3' IF-1
（二）真核生物翻译起始复合物形成

核蛋白体大小亚基分离； 起始氨基酰-tRNA结合； mRNA在核蛋白体小亚基准确就位； 核蛋白体大亚基结合。
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HSP促进蛋白质折叠基本作用——
结合保护待折叠多肽片段，再释放该片段进 行折叠，形成HSP70和多肽片段依次结合、解离 的循环。
HSP40结合待 折叠多肽片段 HSP70-ATP复合物 ATP水解 HSP40- HSP70-ADP-多肽复合物 GrpE
ATP
ADP 复合物解离，释出多肽链片段进行正确折叠
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40S
elF-3
② met Met Met-tRNAiMet-elF-2 -GTP 60S Met ①
eIF-2B、eIF-3、 eIF-6 elF-5
③
ATP elF4E, elF4G, elF4A, elF4B,PAB ADP+Pi
mRNA
④
各种elF释放 GDP+Pi
40S
60S 真核生物翻译起始 复合物形成过程
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延伸过程所需蛋白因子称为延长因子
(elongation factor, EF) 原核生物：EF-T (EF-Tu, EF-Ts) EF-G 真核生物：EF-1 、EF-2
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肽链合成的延长因子
原核延长 因子 生物功能 促进氨基酰-tRNA进入A位， 结合分解GTP 调节亚基 有转位酶活性，促进mRNA肽酰-tRNA由A位前移到P位， 促进卸载tRNA释放 对应真核延 长因子
e IF-4A
真核 生物 eIF--4B eIF-4E eIF-4G eIF-5 eIF-6
（一）原核生物翻译起始复合物形成

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。
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1. 核蛋白体大小亚基分离
IF-1 IF-3
A, G U, C U
G
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二、核蛋白体是多肽链合成的装置
不同细胞核蛋白体的组成
原核生物 真核生物
核蛋 白体
S值 70S
小亚基
30S 16SrRNA
大亚基
50S 5S-rRNA 23S-rRNA
核蛋 白体
80S
小亚基
40S 18SrRNA
大亚基
60S 28S-rRNA 5S-rRNA 5.8S-rRNA
蛋白质的生物合成 （翻译）
Protein Biosynthesis，Translation
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蛋白质的生物合成，即翻译，就是将核酸 中由 4 种核苷酸序列编码的遗传信息，通 过遗传密码破译的方式解读为蛋白质一级
结构中20种氨基酸的排列顺序 。
核苷酸三联体决定 氨基酸的对应关系
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主要内容
第一节 第二节 第三节 第四节
蛋白体等分离，这些过程称为肽链合成终止。
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终止相关的蛋白因子称为释放因子(release factor, RF)
原核生物释放因子：RF-1，RF-2，RF-3 真核生物释放因子：eRF
释放因子的功能:
一是识别终止密码，如RF-1特异识别UAA、UAG；而 RF-2可识别UAA、UGA。 二是诱导转肽酶变为酯酶活性，使肽链从核蛋白体 上释放。
反密码环
tRNA的三级结构示意图

氨基酸的活化
（一）氨基酰-tRNA合成酶 (aminoacyl-tRNA synthetase)
氨基酸 + tRNA
氨基酰-tRNA合成酶
ATP
氨基酰- tRNA AMP＋PPi
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tRNA 与酶结 合模型
tRNA
ATP
氨基酰-tRNA合成酶
第一步反应
氨基酸 ＋ATP-E —→ 氨基酰-AMP-E ＋ PPi
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整个翻译过程可分为 ：

翻译的起始(initiation) 翻译的延长(elongation) 翻译的终止(termination )
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一、肽链合成起始
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 (translational initiation complex)。
伴侣素的主要作用—— 为非自发性折叠蛋白质提供能折叠形成天然 空间构象的微环境。

20种氨基酸(AA)作为原料
酶及众多蛋白因子 如IF、eIF ATP、GTP
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一、翻译模板mRNA及遗传密码


mRNA是遗传信息的携带者
遗传学将编码一个多肽的遗传单位称为顺反子 (cistron)。
• 原核细胞中数个结构基因常串联为一个转录单 位，转录生成的mRNA可编码几种功能相关的蛋 白质，为多顺反子(polycistron) mRNA 。 • 真核一个mRNA只编码一种蛋白质，为单顺反子 (single cistron) mRNA。
第二步反应
氨基酰-AMP-E ＋ tRNA
↓
氨基酰-tRNA ＋ AMP ＋ E

氨基酰-tRNA合成酶对底物氨基酸和tRNA都有 高度特异性。

氨基酰-tRNA合成酶具有校正活性(proofreading
activity) 。

氨基酰-tRNA的表示方法：
Ala-tRNAAla
Ser-tRNASer
1) 热休克蛋白(heat shock protein, HSP)
是指细胞在应激原特别是环境高温诱导下所生成的 一
组蛋白质。 HSP70、HSP40和GrpE族
2) 伴侣素(chaperonins)
具有独特的双层7-9 元环状结构的寡聚蛋白,它们以依赖 ATP 的方式促进体内正常和应急条件下的蛋白质折叠。 GroEL和GroES家族
2. mRNA在小亚基定位结合
5' IF-3
AUG
3' IF-1
S-D序列：mRNA 起始密码前的一段富含嘌 呤核苷酸的序列,可与核糖体小亚基16SrRNA上富含嘧啶序列相结合。
3. 起始氨基酰tRNA( fMet-tRNAimet )结合到 小亚基
IF-2 GTP
5' IF-3
AUG
3' IF-1
isomerase, PDI)
3. 肽-脯氨酰顺反异构酶 (peptide prolyl cistrans isomerase, PPI)
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•1. 分子伴侣
分子伴侣是细胞中一类保守蛋白质，可识别肽链的 非天然构象并与之结合，帮助多肽在体内折叠、组装、 转运或降解等，完成功能后与之分离，不构成这些蛋白 质执行功能时的组份。
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原核生物的多顺反子
5 PPP 3
蛋白质 真核生物的单顺反子
5 mG - PPP
3
蛋白质
非编码序列 核蛋白体结合位点 编码序列 起始密码子 终止密码子

mRNA上存在遗传密码
mRNA分子上从5至3方向，由AUG开 始，每3个核苷酸为一组，决定肽链上某一个 氨基酸或蛋白质合成的起始、终止信号，称
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原 核 肽 链 合 成 终 止 过 程
COORF
5'
UAG
3'
多聚核蛋白体
(polysome)
——使蛋白质合成高速、 高效进行。
电镜下的多聚核蛋白体现象
第三节
蛋白质合成后加工和输送
Posttranslational Processing &
Protein Transportation
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为三联体密码(triplet coden)。
起始密码(initiation coden): AUG 终止密码(termination coden):
UAA，UAG，UGA
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遗 传 密 码 表
从mRNA 5端起始密码子AUG到3端终止
密码子之间的核苷酸序列，各个三联体密码连
续排列编码一个蛋白质多肽链，称为开放阅读
主要包括
一、多肽链折叠为天然三维结构 二、肽链一级结构的修饰 三、空间结构的修饰
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一、多肽链折叠为天然功能构象蛋白质

新生肽链N端在核蛋白体上一出现，肽链的 折叠即开始。

一般认为，多肽链自身氨基酸顺序储存着 蛋白质折叠的信息，即一级结构是空间构 象的基础。
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促进蛋白折叠功能的大分子:
1. 分子伴侣 (molecular chaperon) 2. 蛋白二硫键异构酶 (protein disulfide
Tyr Gly
Ser
Arg
Pro
Thr
Asp
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2. 简并性(degeneracy)
遗传密码中，除色氨酸和甲硫氨酸 仅有一个密码子外，其余氨基酸有2、3、 4个或多至6个三联体为其编码。
2. 简并性(degeneracy)
3. 通用性(universal)
• 蛋白质生物合成的整套密码，从原核生 物到人类都通用。 • 少数例外，如动物细胞的线粒体、植物 细胞的叶绿体。
蛋白质生物合成体系
蛋白质生物合成过程
蛋白质合成后加工和输送
蛋白质生物合成的干扰和抑制
第一节
蛋白质合成体系
Protein Biosynthesis System
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参与蛋白质生物合成的物质：

三种RNA –mRNA（messenger RNA） –rRNA（ribosomal RNA） –tRNA（transfer RNA）
框架(open reading frame, ORF)。
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遗传密码的特点
1. 连续性(commaless)
编码蛋白质氨基酸序列的各个三联体密 码连续阅读，密码间既无间断也无交叉。
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•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(frameshift mutation)。
EF-Tu
EF-Ts
EF-1-α
EF-1-βγ
EF-G
EF-2
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（一）进位
又称注册(registration)
指根据mRNA下 一组遗传密码指导，
使相应氨基酰-tRNA
进入核蛋白体A位。
延长因子EF-T催化 进位（原核生物）
GTP Tu Ts
Ts Tu GDP
5'
AUG
GTP
3'
（二）成肽
Met
二、肽链合成延长
指根据mRNA密码序列的指导，次序添加 氨基酸从N端向C端延伸肽链，直到合成终止 的过程。又称为核蛋白体循环(ribosomal cycle)

包括以下三步： – 进位(entrance) – 成肽(peptide bond formation) – 转位(translocation)
是由转肽酶(transpeptidase)催化的肽键
形成过程。
（三）转位
延长因子EF-G有转位酶( translocase ) 活性，可结合并水解1分子GTP，促进核蛋 白体向mRNA的3'侧移动 。
fMet fMet
Tu GTP
5'
AUG
3'
进 位
成肽 转 位
三、肽链合成的终止
当mRNA上终止密码出现后，多肽链合成 停止，肽链从肽酰-tRNA中释出，mRNA、核
Met-tRNAMet
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（二）起始肽链合成的氨基酰-tRNA
真核生物：
Met Met-tRNAi (initiator-tRNA)
原核生物： fMet-tRNAifMet (N-formyl methionine)
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第二节
蛋白质生物合成过程
The Process of Protein Biosynthesis