蛋白質(zhì)生物合成翻譯

1、蛋白質(zhì)生物合成翻譯2. 20種編碼氨基酸作為原料。種編碼氨基酸作為原料。3. 酶及眾多蛋白因子，如酶及眾多蛋白因子，如IF、eIF。4. ATP、GTP、無機(jī)離子。、無機(jī)離子。1. 三種三種RNAmRNA(信使信使RNA)rRNA(核糖體核糖體RNA)tRNA(轉(zhuǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)運(yùn)RNA)一、蛋白質(zhì)生物合成的原料和所需酶類一、蛋白質(zhì)生物合成的原料和所需酶類(Protein Biosynthesis System)1氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶 ATP存在下合成氨基酰存在下合成氨基酰-tRNA，具有絕對(duì)特異性。，具有絕對(duì)特異性。2轉(zhuǎn)肽酶轉(zhuǎn)肽酶 催化核糖體催化核糖體“P位位”上的肽?；D(zhuǎn)移至上的肽?；D(zhuǎn)

2、移至“A位位”的氨的氨基酰基酰-tRNA的氨基上，使酰基與氨基縮合形成肽鍵。的氨基上，使?；c氨基縮合形成肽鍵。3轉(zhuǎn)位酶轉(zhuǎn)位酶 催化核糖體向催化核糖體向mRNA的的3端移動(dòng)定位于端移動(dòng)定位于“A位位”。4蛋白因子蛋白因子 起始因子起始因子(initiation factor，IF); 延長(zhǎng)因子延長(zhǎng)因子(elongation factor，EF); 釋放因子（釋放因子（releasing factor，RF）。）。5能量物質(zhì)及離子能量物質(zhì)及離子 能量物質(zhì)為能量物質(zhì)為ATP和和GTP；無機(jī)離子有；無機(jī)離子有Mg2+和和K+等。等。1.遺傳學(xué)將編碼一個(gè)多肽的遺傳單位稱為順反子。遺傳學(xué)將編碼一個(gè)多肽的

3、遺傳單位稱為順反子。2.原核細(xì)胞中數(shù)個(gè)結(jié)構(gòu)基因常串聯(lián)為一個(gè)轉(zhuǎn)錄單位，原核細(xì)胞中數(shù)個(gè)結(jié)構(gòu)基因常串聯(lián)為一個(gè)轉(zhuǎn)錄單位，轉(zhuǎn)錄生成的轉(zhuǎn)錄生成的mRNA可編碼幾種功能相關(guān)的蛋白質(zhì)，可編碼幾種功能相關(guān)的蛋白質(zhì)，為多順反子為多順反子(polycistron) 。3.真核真核mRNA只編碼一種蛋白質(zhì)，為單順反子只編碼一種蛋白質(zhì)，為單順反子(single cistron) 。(一一)順反子順反子(cistron)原核生物的多順反子原核生物的多順反子真核生物的單順反子真核生物的單順反子非編碼序列非編碼序列核糖體結(jié)合位點(diǎn)核糖體結(jié)合位點(diǎn)起始密碼子起始密碼子終止密碼子終止密碼子編碼序列編碼序列PPP5 3 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)m

4、G -5 3 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)PPP(二二) 遺傳密碼及其特點(diǎn)遺傳密碼及其特點(diǎn)(1)mRNA分子上從分子上從5 至至3 方向，由方向，由AUG開始，每開始，每3個(gè)個(gè)核苷酸為一組，決定肽鏈上某一個(gè)氨基酸或蛋白質(zhì)合成的核苷酸為一組，決定肽鏈上某一個(gè)氨基酸或蛋白質(zhì)合成的起始、終止信號(hào)，稱為三聯(lián)體密碼起始、終止信號(hào)，稱為三聯(lián)體密碼(triplet coden)。(2)起始密碼起始密碼(initiation coden): AUG (3)終止密碼終止密碼(termination coden):UAAUAGUGA從從mRNA 5 端起始密碼子端起始密碼子AUG到到3 端終止密碼子端終止密碼子之間的核苷酸序列，

5、各個(gè)三聯(lián)體密碼連續(xù)排列編碼一個(gè)蛋之間的核苷酸序列，各個(gè)三聯(lián)體密碼連續(xù)排列編碼一個(gè)蛋白質(zhì)多肽鏈，稱為開放閱讀框架白質(zhì)多肽鏈，稱為開放閱讀框架(open reading frame, ORF)。 1. 連續(xù)性連續(xù)性(commaless)纈纈 氨氨 酸酸纈纈 氨氨 酸酸纈纈 氨氨 酸酸丙丙 氨氨 酸酸丙丙 氨氨 酸酸丙丙 氨氨 酸酸天冬氨酸天冬氨酸谷谷 氨氨 酸酸谷谷 氨氨 酸酸甘甘 氨氨 酸酸甘甘 氨氨 酸酸甘甘 氨氨 酸酸CAG遺傳密碼表遺傳密碼表2. 簡(jiǎn)并性簡(jiǎn)并性(degeneracy) 遺傳密碼中，除色氨酸遺傳密碼中，除色氨酸和蛋氨酸僅有一個(gè)密碼子外，其余氨基酸均有多和蛋氨酸僅有一個(gè)密碼子外

6、，其余氨基酸均有多個(gè)密碼子。個(gè)密碼子。5. 擺動(dòng)性擺動(dòng)性(wobble)轉(zhuǎn)運(yùn)氨基酸的轉(zhuǎn)運(yùn)氨基酸的tRNA的反密碼需要通過堿基互的反密碼需要通過堿基互補(bǔ)與補(bǔ)與mRNA上的遺傳密碼反向配對(duì)結(jié)合，但反密碼上的遺傳密碼反向配對(duì)結(jié)合，但反密碼與密碼間不嚴(yán)格遵守常見的堿基配對(duì)規(guī)律，稱為擺與密碼間不嚴(yán)格遵守常見的堿基配對(duì)規(guī)律，稱為擺動(dòng)配對(duì)。動(dòng)配對(duì)。 (1) 整套密碼從原核生物到人類都通用，但動(dòng)物細(xì)整套密碼從原核生物到人類都通用，但動(dòng)物細(xì)胞的線粒體、植物細(xì)胞的葉綠體例外。胞的線粒體、植物細(xì)胞的葉綠體例外。 (2)密碼的通用性證明各種生物進(jìn)化自同一祖先。密碼的通用性證明各種生物進(jìn)化自同一祖先。 起始密碼子位于起

7、始密碼子位于mRNA鏈的鏈的5-端，終止密碼子位端，終止密碼子位于于3-端，翻譯時(shí)沿端，翻譯時(shí)沿53方向進(jìn)行，直到終止密碼子為方向進(jìn)行，直到終止密碼子為止，相應(yīng)多肽鏈的合成從止，相應(yīng)多肽鏈的合成從N端向端向C端延伸。端延伸。3.方向性方向性(direction) A U CU 不同細(xì)胞核糖體的組成不同細(xì)胞核糖體的組成 核糖體核糖體三、三、rRNA與核糖體與核糖體(一一) 核糖體由大、核糖體由大、小兩個(gè)亞基組成，是小兩個(gè)亞基組成，是蛋白質(zhì)合成的場(chǎng)所。蛋白質(zhì)合成的場(chǎng)所。(二二) 原核生物翻譯過程中核糖體結(jié)構(gòu)模式原核生物翻譯過程中核糖體結(jié)構(gòu)模式2. A位：氨基酰位：氨基酰位，又稱受位。位，又稱受位。

8、1. P位：肽酰位，位：肽酰位，又稱給位。又稱給位。3. E位：排出位。位：排出位。(一一)氨基酸的活化氨基酸的活化1.氨基酰氨基酰-tRNA合成合成氨基酸氨基酸 + tRNA氨基酰氨基酰- tRNAATP AMPPPi氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶(二二)起始肽鏈合成的氨基酰起始肽鏈合成的氨基酰-tRNA1.第一步反應(yīng)第一步反應(yīng)氨基酸氨基酸 ATP-E 氨基酰氨基酰-AMP-E PPi2. 第二步反應(yīng)第二步反應(yīng)氨基酰氨基酰-AMP-E tRNA 氨基酰氨基酰-tRNA AMP E 翻譯過程從閱讀框架的翻譯過程從閱讀框架的5 -AUG開始，按開始，按mRNA模板三聯(lián)體密碼的順序延長(zhǎng)肽鏈，直

9、模板三聯(lián)體密碼的順序延長(zhǎng)肽鏈，直至終止密碼出現(xiàn)。至終止密碼出現(xiàn)。 翻譯過程翻譯過程(The Process of Protein Biosynthesis )1. 核糖體大小亞基分離；核糖體大小亞基分離；2. mRNA在小亞基定位結(jié)合；在小亞基定位結(jié)合；3. 起始氨基酰起始氨基酰-tRNA的結(jié)合；的結(jié)合； 4. 核糖體大亞基結(jié)合。核糖體大亞基結(jié)合。(一一)起始起始IF-3IF-11. 核糖體大小亞基分離核糖體大小亞基分離A U G53IF-3IF-12. mRNA在小亞基定位結(jié)合在小亞基定位結(jié)合 在起始密碼子的上游約在起始密碼子的上游約813個(gè)核苷酸個(gè)核苷酸部位有一段富含嘌呤堿基（如部位有一段

10、富含嘌呤堿基（如-AGGAGG-）的）的特殊保守序列，稱為特殊保守序列，稱為SD序列，可被核糖體小序列，可被核糖體小亞基亞基16S rRNA 辨認(rèn)互補(bǔ)結(jié)合。辨認(rèn)互補(bǔ)結(jié)合。 緊接緊接SD序列后的小核苷酸序列，可被核序列后的小核苷酸序列，可被核糖體小亞基蛋白糖體小亞基蛋白rpS-1識(shí)別并結(jié)合。識(shí)別并結(jié)合。IF-3IF-1IF-2GTP3. 起始氨基酰起始氨基酰tRNA( fMet-tRNAimet )結(jié)合到小亞基結(jié)合到小亞基A U G53IF-3IF-1IF-2GTPGDPPi4. 核糖體大亞基結(jié)合，起始復(fù)合物形成核糖體大亞基結(jié)合，起始復(fù)合物形成A U G53IF-3IF-1A U G53IF-2

11、GTPIF-2-GTPGDPPi翻譯起始階段總結(jié)翻譯起始階段總結(jié)原核肽鏈合成的延長(zhǎng)因子原核肽鏈合成的延長(zhǎng)因子 (二二)延長(zhǎng)延長(zhǎng)1.進(jìn)位進(jìn)位(注冊(cè)注冊(cè),registration) (1) fMet-tRNAfMet占占據(jù)據(jù)P位，位，A位空缺。位空缺。 (2) 第第2個(gè)密碼子相應(yīng)個(gè)密碼子相應(yīng)的氨基酰的氨基酰-tRNA與與EF-Tu-GTP結(jié)合，其反密結(jié)合，其反密碼子識(shí)別密碼子，進(jìn)碼子識(shí)別密碼子，進(jìn)入入A位。位。 (3) EF-Tu水解水解GTP，EF-Tu和和GDP從核糖體從核糖體釋出，重新形成釋出，重新形成Tu-Ts二聚體。二聚體。Tu TsGTPGDPA U G53TuTsGTP是由轉(zhuǎn)肽酶是由

12、轉(zhuǎn)肽酶(transpeptidase)催化的肽鍵催化的肽鍵形成過程。形成過程。延長(zhǎng)因子延長(zhǎng)因子EF-G有轉(zhuǎn)位酶活性，可結(jié)合并水解有轉(zhuǎn)位酶活性，可結(jié)合并水解1分分子子GTP，促進(jìn)核蛋白體向，促進(jìn)核蛋白體向mRNA的的3側(cè)移動(dòng)側(cè)移動(dòng) 。fMetA U G53fMetTuGTP進(jìn)進(jìn)位位轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)位位成肽成肽1. 當(dāng)當(dāng)mRNA上終止密碼出上終止密碼出現(xiàn)后，多肽鏈合成停止，現(xiàn)后，多肽鏈合成停止，肽鏈從肽酰肽鏈從肽酰-tRNA中釋出，中釋出，mRNA、核糖體等分離的、核糖體等分離的過程。過程。 (三三)終止終止2. 識(shí)別終止密碼，識(shí)別終止密碼，RF-1特特異識(shí)別異識(shí)別UAA、UAG；而；而RF-2可識(shí)別可識(shí)別U

13、AA、UGA。3. 誘導(dǎo)改變轉(zhuǎn)肽酶的酯酶誘導(dǎo)改變轉(zhuǎn)肽酶的酯酶活性為水解活性，使肽鏈活性為水解活性，使肽鏈從核糖體上釋放。從核糖體上釋放。U A G53COO-與原核生物相比，與原核生物相比，真核生物肽鏈延長(zhǎng)過程有真核生物肽鏈延長(zhǎng)過程有不同的反應(yīng)體系和延長(zhǎng)因子。真核細(xì)胞核糖體沒不同的反應(yīng)體系和延長(zhǎng)因子。真核細(xì)胞核糖體沒有有E位，轉(zhuǎn)位時(shí)卸載的位，轉(zhuǎn)位時(shí)卸載的tRNA直接從直接從P位脫落。位脫落。(二二) 延長(zhǎng)延長(zhǎng)(三三) 終止終止 與原核生物相比，真核生物翻譯終止只有一與原核生物相比，真核生物翻譯終止只有一種釋放因子種釋放因子eRF，可識(shí)別所有終止密碼子。，可識(shí)別所有終止密碼子。(一一)起始起始

14、二、真核生物翻譯過程二、真核生物翻譯過程原核先原核先就位，后就位，后真核真核先結(jié)合，先結(jié)合，后就位后就位mRNA eIF-6 GDP+PielF-5ATPADP+PielF4E, elF4G, elF4A, elF4B,PABMetMet-tRNAiMet-elF-2 -GTP真核生物翻譯起始真核生物翻譯起始復(fù)合物形成過程復(fù)合物形成過程(二二)使蛋白質(zhì)合成高速、使蛋白質(zhì)合成高速、高效進(jìn)行。高效進(jìn)行。電鏡下的多聚核糖體現(xiàn)象電鏡下的多聚核糖體現(xiàn)象三、多聚核糖體三、多聚核糖體(polysome)(一一)指指多個(gè)核糖體附在同多個(gè)核糖體附在同一條一條mRNA上合成蛋白質(zhì)上合成蛋白質(zhì)而形成的串珠狀聚合物。

15、而形成的串珠狀聚合物。 四、四、翻譯后加工和輸送翻譯后加工和輸送(1)熱休克蛋白熱休克蛋白(HSP): HSP70、HSP40和和GreE族族 (2)伴侶素伴侶素(chaperonins): GroEL和和GroES家族家族2. 蛋白二硫鍵異構(gòu)酶蛋白二硫鍵異構(gòu)酶 (PDI)3. 肽肽-脯氨酰順反異構(gòu)酶脯氨酰順反異構(gòu)酶 (PPI)1.肽鏈肽鏈N端的修飾端的修飾2.個(gè)別氨基酸的修飾個(gè)別氨基酸的修飾3.多肽鏈的水解修飾多肽鏈的水解修飾NC信號(hào)肽信號(hào)肽PMOCKRKR103肽肽 ( ？)ACTH -LT -MSH -MSHEndophin(二二)一級(jí)結(jié)構(gòu)的修飾一級(jí)結(jié)構(gòu)的修飾 (四四)蛋白質(zhì)合成后的靶向輸送蛋白質(zhì)合成后的靶向輸送1. 指蛋白質(zhì)合成后需定向輸送到發(fā)揮功能的細(xì)指蛋白質(zhì)合成后需定向輸送到發(fā)揮功能的細(xì)胞靶部位的過程。胞靶部位的過程。 2.新生分泌蛋白的新生分泌蛋白的N端，可端，可引導(dǎo)其自身轉(zhuǎn)移到細(xì)引導(dǎo)其自身轉(zhuǎn)移到細(xì)胞靶部位的胞靶部位的保守保守氨基酸序列，稱氨基酸序列，稱信號(hào)序列信號(hào)序列(signal sequence)或