生化-第12章-蛋白质的生物合成(20150512)

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生化课件12章蛋白质合成

片段连接
半保留复制真核特点(端粒)
转录起始复合物翻译起始复合物
（组成）
（组成）
转录复合物/空泡（组分、羽毛）
原核2种
终止机制
核蛋白体循环（进成转）
肽链释放复合物解体
其它：
修复方式切除修复
逆转录
加工方式
加工方式
mRNA 外显子内含子（分子伴侣）
断裂基因、核酶
31
进位entrance /注册registration
按A位的密码、氨基酰-tRNA进入A位
进位/注册（需EFTu-Ts）
5′
P位 A位
O |
C=O | fMe t
O
| C=O
|
CH-RY Y |
NH22
3′
AA
GTP Tu
Ts
进位程序—EFTu-Ts循环
GTP Tu
GTP
Tu Ts
AA
5′ 起始复合体 O
4
第一个核苷酸
U
C
A
G
U 苯丙氨酸苯丙氨酸亮氨酸亮氨酸
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
遗传密码表
第二个核苷酸
C
A
丝氨酸
酪氨酸
丝氨酸丝氨酸丝氨酸
酪氨酸 —终止密码 —终止密码
脯氨酸脯氨酸
组氨酸组氨酸
脯氨酸
谷氨酰胺
脯氨酸
酸原料
翻译？
运载体tRNA
核蛋白体 Pr.合成酶系
模板mRNA
Protein
蛋白因子（IF、EF、RF）
无机离子、ATP、GTP

生物化学课件2015蛋白质合成2

AAAAAAA-OH
（1）遗传密码（genetic code）
➢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
可能的序列：
起始密码？
5‘AUG UUA CGU AAU GCU GUC GAA UCU AUU UUU ACA
5‘AUG UUA CGU AAU GCU GUC GAA UCU AUU UUU ACA UAA 3’
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
➢ 简并性(degenerate)：一个以上密码子体现一个氨
（ 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。 P21
P299
搬运工具—tRNA （核酸和氨基酸联系的适配器）
3‘ 氨基酸接受位点
与氨酰-tRNA合成酶结合
（二氢尿嘧啶环）
氨基酸臂
核蛋白体的结合位点
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(Synonymous codon)
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AU、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。

制医学课件生化蛋白质的生物合成

免疫系统的关键
免疫球蛋白是反击感染和抵御疾病的重要成分。
蛋白质生物合成的定义和过程
1
转录：复制DNA模板
RNA酶将DNA模板转录成RNA链。
翻译：基于RNA编码合成蛋白质
2
核糖体按照RNA上的密码编码将氨基酸链合
成成蛋白质。
3
后处理与折叠
某些蛋白质必须经过后处理和折叠才能发挥作用。
核糖体与蛋白质合成
探索生化蛋白质的生物合成
生化蛋白质在细胞中扮演着至关重要的角色。本节课将带您了解这一过程的内部工作原理、元素和能量来源，以及与此相关的关键生化反应。
生化蛋白质：为什么如此重要？
肌肉修复和生长
生化蛋白质是肌肉细胞再生和生长所必需的基本组分。
激素和酶的合成
它们在细胞信号传导、代谢和酶催化反应中扮演中作用。
折叠不完整或者修饰失常会导致许多疾病，如肌萎缩侧索硬化和癌症。
质量控制与目Βιβλιοθήκη 分子运输重要性血清蛋白和热休克蛋白家族成员可以起到质量检查和蛋白质的折叠帮助。
蛋白分泌与输运母体、分泌细胞和目标细胞之间的相互作用是生化合成重要的一部分。
机制和途径
蛋白质分泌需要分解并排出某些胞内组分。
紫杉醇类联合疗法中的药物可以影响蛋白质的导向和定位。
生化反应催化剂——酶
催化的核心
酶是生物反应的催化剂，可以加速激活化学反应进程。
结构和功能
酶分子通过特定的结构和活性位点与反应底物发生作用。
速率控制和反应动力学
酶催化的化学反应遵循特定的动力学规律和速率定律。
蛋白质折叠与修饰
1 折叠：
2 修饰：
3 问题：
折叠是正确功能与局部结构的前提。

蛋白质的生物合成课件.ppt

如何转变?
密码子:mRNA分子中,每三个相邻的核苷酸组
成的三联体代表某一种氨基酸或其它信息,称为密码子或三联密码.一个氨基酸密码子决定着一个氨基酸。
遗传密码:mRNA中的核苷酸排列序列与蛋白
质中的氨基酸排列序列的关系。生物的遗传密码
是通用的。
四种核苷酸编成三联体可形成 43个即64个密码子.其中： 1.一个起始密码:AUG
小亚基:沿mRNA结合,沿5’ 3’ 方向移动.
大亚基:受位(A位): 结合氨基酰- tRNA
给位(P位):成肽
给位 (P位)
蛋苏
大亚基
UGU
5’AUG ACA GUU
受位 (A位)
小亚基
3’
蛋白质生物合成过程
1、准备阶段：氨基酸的活化与转运。
2、中心环节：核蛋白体循环-活化氨基酸在核蛋白体上的缩合组装。
氨基酸的活化与转运
1、反应式：
氨基酰-tRNA合成酶
AA + tRNA + ATP
氨基酰-tRNA+AMP+PPi 2、AA结合位置：
AA的α-羧基与tRNA活末端腺苷酸中核糖2 ’或3’羟基以酯键相结合。
tRNA-CCA-OH（R-3’-OH）
核蛋白体循环（三阶段）
(1)、起始阶段 (2)、延伸阶段 (3)、终止阶段
基因操纵子调节系统示意图
调节基因转录
操纵子
控制区
信息区
启动基因操纵基因 RNA聚合酶
结构基因
DNA
（-）
（+）转录
翻译
mRNA
阻遏蛋白
诱导剂
翻译蛋白质
血红素对起始因子-2的调节作用
血红素

蛋白质生物合成

5'
A UG
3'
IF-3
mRNA在小亚基定位结合
S-D
IF-3
3） fMet-tRNAffmet 结合到小亚基（ IF1，IF2，GTP）
IF-2 GTP
5'
A UG
3'
IF-1
IF-3
4）核糖体大、小亚基结合，形成70S复合物Fra bibliotekIF-2
GDP＋Pi
mRNA
5' 5'
50S 50S
IF-2 GTP
定的碱基组成一个反密码子，反向与mRNA 链上的密码子配对。
tRNA与氨基酸的活化

tRNA —— 运载活化型氨基酸
AU C
tRNA反密码子与mRNA上的密码子配对
tRNA有两个关键部位 ⑴ 3’端CCA：接受氨基酸，形成氨酰-tRNA。需ATP供能（活化氨基酸）。
⑵ 反密码部位：与mRNA结合。
H2N N N N

Met-tRNA FH fMet的形成 f + N -甲酰 10 4 fMet-tRNA
N
5
H 10 H
f
2
甲酰化酶
CH2 NH
O CH fMet 2+ FH fMet-tRNA f 4
C NH CH COOH
Met-tRNA + OH f H
HCO 甲酰化酶 10 N -甲酰FH4
（1）进位
根据mRNA 下一组遗传密码指导，使相应氨基酰-tRNA进入核糖体A位。
（2）成肽
P位上fMet-tRNAffMet由转肽酶催化，将氨基酰基从tRNA转移，与A位下一氨基酰-tRNA 的-氨基形成肽键连接。成肽后，肽酰-tRNA 将暂留A位，P位有卸载的tRNA。

《生物化学与分子生物学》蛋白质生物合成 ppt课件

Met Ala Val His
终止密码
ppt课件
15
由于密码子的连续性，在开放阅读框中发生插入或缺失1个或2个碱基的基因突变，都会引起mRNA阅读框架发生移动，称为移码（frame shift），使后续的氨基酸序列大部分被改变，其编码的蛋白质彻底丧失功能，称之为移码突变。
缬
丙
酪
甘
缬
丙
丝
精
缬
ppt课件
32
参与原核生物翻译的各种蛋白质因子及其生物学功能
种类起始因子
延长因子
释放因子
生物学功能
IF-1 占据核糖体A位，防止A位结合其他tRNA
IF-2 促进fMet-tRNAfMet与小亚基结合
IF-3 促进大、小亚基分离；提高 P 位对结合 fMettRNAfMet的敏感性
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。
ppt课件
31
• 起始因子（initiation factor，IF） • 延长因子（elongation factor，EF） • 释放因子（release factor，RF）
ppt课件
5
n 反应过程
（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
ppt课件
6
视频：翻译
ppt课件
7
第一节
蛋白质生物合成体系
Protein biosynthesis system
ppt课件

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2．方向性（direction）起始密码子总是位于编码区5′-末端，而终止密码子位于3′-末端，每个密码子的三个核苷酸也是按照5′→3′方向阅读，不能倒读。
5′ 读码方向 3′
N
肽链延伸方向
C
3．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，其余氨基酸均有2
参与核糖体循环的起始因子
原核生物蛋白质合成起始阶段
• • • • 起始三元复合物的形成； mRNA在小亚基定位结合；起始氨基酰-tRNA定位在P位；起始复合物的形成。
1．起始三元复合物的形成
2．mRNA在小亚基定位结合
SD序列（Shine-Dalgarno sequence）：在mRNA起始密码子的上游8~13个核苷酸处有一段4~9个核苷酸组成的富含嘌呤核苷酸的序列，以 AGGA为核心，它可与核糖体小亚基中的16S rRNA 3′-端富含嘧啶的序列（UCCU）互补。
二、肽链合成的起始
指mRNA和起始氨基酰-tRNA与核蛋白体共同构成起始复合物。这一过程需要起始因子（IF）、GTP和镁离子参与。起始氨基酰-tRNA的表示方法：tRNAiMet
真核生物： Met-tRNAiMet
原核生物： fMet-tRNAifMet
甲硫氨酸甲酰甲硫氨酰
原核生物中的起始因子有3种： IF1直接结合到小亚基A位，阻止tRNA过早与A 位结合； IF2具有GTP酶活性，催化fMet-tRNAifMet结合至小亚基，并阻止其它负载tRNA与小亚基结合。 IF3结合于小亚基E位，阻止小亚基与大亚基的结合，并促进fMet-tRNAifMet结合至核糖体的P位。
NH2 A1 A2A3A4……Anp……………….Amp…………….Aup……………COOH
3．起始氨基酰-tRNA定位在P位
影响fMet-tRNAifMet 定位于P位的三个因素： ①SD序列与16SrRNA的相互作用； ②起始密码子与fMet-tRNAifMet反密码子的相互作用； ③P位和fMet-tRNAifMet的结合相互作用。
４．起始复合物的形成
三、肽链的延长
肽链延长过程是一个循环过程，每个循环包括进位、成肽、转位三个步骤。肽链延长阶段除了需要mRNA、tRNA和核糖体外，还需要延长因子（elongation factor，EF）以及GTP和某些无机离子的参与。原核生物延长因子有三种，分别称为 EFTu、EFTs和EFG。
白体上释放。
终止阶段的基本过程： 1．在核糖体的A位出现终止密码子 UAA、UAG或UGA。RF识别终止密码子，与核糖体的A位结合。
2．RF使核糖体P位点上的转肽酶构象改变，转变为酯酶活性，水解多肽链与tRNA 之间的酯键，多肽链从核糖体、tRNA从P位释放出来。
3．核糖体与mRNA分离，核糖体P位上的tRNA和A位上的RF脱落。在起始因子IF3 的作用下，核糖体解离为大、小亚基，重新进入核糖体循环。
• 乔治· 帕拉德以及阿尔伯特· 克劳德和克里斯汀· 德· 迪夫因发现核糖体于1974年被授于诺贝尔生理学或医学奖。
2009年诺贝尔化学奖。3人是因为“核糖体的结构和功能”的研究而获得诺贝尔化学奖
一、 mRNA与遗传密码（一） mRNA的结构
Start of genetic message Cap End Tail
原核生物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
EF-Tu
EF-Ts
EF-1-α
EF-1-βγ
EFG
EF-2
1．进位指根据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。
二、氨基酸的“搬运工具”——（转移核糖核酸 tRNA）
氨基酸臂
反密码环
二级结构
三级结构
三、肽链合成的“装配机”—— 核糖体
原核细胞核和真核细胞核糖体的组成
原核生物核蛋白体 S值 rRNA 蛋白质 70S 小亚基 30S 16S-rRNA rpS 21种大亚基 50S 23S-rRNA 5S-rRNA rpL 36种核蛋白体 80S 真核生物小亚基 40S 18S-rRNA rpS 33种大亚基 60S 28S-rRNA 5.8S-rRNA 5S-rRNA rpL 49种
多肽链分子量与多核糖体上核糖体数的关系
五、真核生物与原核生物蛋白质合成的异同
六、翻译后的加工
蛋白质多肽链的主要加工形式包括： • • • • • • • • 氨基端和羧基端的修饰氨基酸侧链的化学修饰；二硫键的形成；蛋白质前体的剪切；多蛋白质的加工；蛋白质的靶向运输；多肽链的正确折叠及天然构象的形成；辅基结合及亚基的聚合
本章要求
1．掌握蛋白质生物合成体系在翻译过程中的作用 2．掌握遗传密码的特点 3．掌握氨基酰-tRNA合成酶的作用特点 4．掌握原核、真核生物翻译过程的异同 5．掌握分子伴侣的作用和翻译后修饰的形式 6．信号肽及其作用，各类蛋白质靶向输送的特点 7．抗生素、毒素和干扰素抑制翻译的机制 8．掌握下列概念翻译;遗传密码; open reading frame；摆动性；Shine-Dalgarno sequence; 蛋白质靶向输送；分子伴侣；分子病
四、肽链合成的终止肽链合成的终止需要释放因子的参与。
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。
二是诱导转肽酶改变为酯酶活性，相当于催化
肽酰基转移到水分子 -OH 上，使肽链从核蛋
蛋白质合成体系包括：氨基酸 mRNA tRNA 核糖体酶蛋白质因子 ATP、GTP等供能物质无机离子 300余种生物大分子
蛋白质合成体系的主要组分
核糖体
• 核糖体是由罗马尼亚籍细胞生物学家乔治· 埃米尔 · 帕拉德(George Emil Palade)用电子显微镜于 1955年在哺乳类与禽类动物细胞中首次发现的。
第二步反应
氨基酰-AMP-E ＋ tRNA
↓
氨基酰-tRNA ＋ AMP ＋ E
• 氨基酰-tRNA合成酶对维持翻译保真性至关重要：它对底物氨基酸和tRNA都有高
度特异性。
• 氨基酰-tRNA合成酶具有校对活性
（proofreading activity），保证了蛋白质
合成的错误率<0.0001。
五、多聚核蛋白体(polysome)
1条mRNA模板链都可附着10～100个核蛋白体，这些核蛋白体依次结合起始密码子并沿 5′→3′方向读码移动，同时进行肽链合成，这种 mRNA与多个核蛋白体形成的聚合物称为多聚核
蛋白体(polysome) 。
多聚核蛋白体的形成可以使蛋白质生物合成以高速度、高效率进行。
遗传密码表
（三）遗传密码的特点
1．连续性（commaless）
从起始密码子开始到终止密码子为止的编码蛋白质氨基酸序列的各个三联体密码连续阅读，密码间没有交叉或重叠。
若在mRNA中插入或删去一个或两个碱基，就会导致后续密码子阅读框架的改变，产生异常的多肽链，称为框移突变（frame shift mutation）。
（二）遗传密码
mRNA阅读框架内，每相邻的三个核苷酸组成一组，形成三联体，编码一种氨基酸，称为遗传密码（genetic codon）。起始密码(initiation coden): AUG 终止密码(termination coden): UAA、UAG、UGA 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，称为可读框（open reading frame，键形成过程。
３．移位
在延长因子作用下，核糖体沿mRNA链向3′端移动，下一个密码子准确定位于A位点处。同时，原来处于A位点上的二肽酰tRNA转移到P位，而P位上卸
载的tRNA进入E位，随后从E位脱落。
在肽链延长阶段，核糖体有三步获能过程：一是转肽作用，受核糖体本身介导；二是EF-Tu介导GTP水解为GDP和Pi；三是由EFG介导的GTP水解。现在认为，由EF介导的二步GTP水解的能量主要用于三个方面： ①在延长步骤中，加速核糖体的循环速度； ②增强核糖体对抑制剂的抵抗力； ③有利于翻译的保真性(fidelity)。
个或多个密码子。
4．摆动性（wobble）
转运氨基酸的tRNA的反密码子需要
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碱基互补规律。
摆动配对
U
5．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可以通用。
（四）真核mRNA结构特点 “帽子”结构：（1）稳定mRNA的作用，可保护 mRNA的5′-端，避免外切核酸酶的攻击；（2）对翻译起识别作用。 polyA尾结构：其生物学功能还不太清楚，可能与 hnRNA从核内移出及抵抗外切核酸酶从3′端降解mRNA有关。
蛋白质的生物合成，即翻译，是指DNA结构基因中储存的遗传信息通过转录生成 mRNA，再指导相应氨基酸序列的多肽链合成的过程。
蛋白质的生物合成
• 1. 氨基酸的活化及其与专一性的转移核糖
核酸（tRNA）的连接。
• 2. 肽链的合成（起始、延伸和终止）。
• 3. 新生肽链加工成为成熟的蛋白质
第一节蛋白质合成体系
P位：肽酰位 (peptidyl site)
A位：氨基酰位 (aminoacyl site) E位：排出位 (exit site)