生物化学第十章蛋白质的生物合成.ppt
第十章 蛋白质的生物合成,蛋白质的生物合成,翻译过程十分复杂，需要mRNA、tRNA、rRNA和多种蛋白因子参与。在此过程中mRNA为合成的模板，tRNA为运输氨基酸工具，rRNA和蛋白质构成核糖体，是合成蛋白质的场所，蛋白质合成的方向为NC端。,遗传信息流动示意图,核糖体,DNA,mRNA,tRNA,二、t RNA,蛋白质合成体系的组分,三、核糖体,蛋白质合成体系,一、mRNA和遗传密码,四、辅助因子,mRNA,mRNA (messenger RNA)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。,第一节 遗传密码,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。,遗传密码字典,U,A,C,G,UCAG,U,C,A,G,第二位,第一位（5）,第三位（3）,UCAG,UCAG,UCAG,遗传密码的性质,3、密码的简并性与摆动性：由一种以上密码子编码同一个 氨基酸的现象称为简并，对应于同一氨基酸的密码子称为同义密码子(Synonymous codon)。多数情况下同义密码子的第一、第二个碱基相同，第三个碱基不同，说明密码的专一性主要是由第一、第二个碱基所决定。,1、密码子是近于完全通用的。 2、密码是无标点符号的且相邻密码子互不重叠。,4、64组密码子中，AUG既是甲硫氨酸的密码，又是起始密码；有三组密码不编码任何氨基酸，而是多肽链合成的终止密码子：UAG、UAA、UGA。,核糖体,第二节核 糖 体,核糖体是由rRNA（ribosomal ribonucleic asid）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。,2、核糖体的功能,1、核糖体的结构和组成,核糖体的组成,原核生物核糖体的组成,多多核糖体与核糖体循环,合成完毕的肽链,核糖体循环,原核细胞70S核糖体的A位、P位及mRNA结合部位示意图,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 IF1 IF2 eIF2 参与起始复合物的形成 IF3 eIF3、eIF4C 起始 CBP I 与mRNA帽子结合 eIF4 A B F 参与寻找第一个AUG eIF5 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-Tu eEF1 协助氨酰-tRNA进入核糖体 延长 EF-Ts eEF1 帮助EF-Tu 、 eEF1周转 EF-G eEF2 移位因子 RF-1 终止 eRF 释放完整的肽链 RF-2,t RNA （transfer ribonucleic asid）在蛋白质合成中处于关键地位，它不但为每个三联体密码子译成氨基酸提供接合体，还为准确无误地将所需氨基酸运送到核糖体上提供运送载体。,1、tRNA的结构特征三叶草型二级结构,（1）被特定的氨酰- tRNA合成酶识别，使tRNA接受 正确的活化氨基酸。,（2）识别mRNA链上的密码子。,（3）在蛋白质合成过程中，tRNA起着连结生长的多 肽链与核 糖体的作用。,2、tRNA的功能,密码子与反密码子的配对关系,反密码子,tRNA,5,3,A U C,5,mRNA,3,密码子,1 2 3,第四节 蛋白质生物合成的分子机制,一、氨基酸的活化,二、原核生物多肽链的合成过程,四、真核生物多肽链的合成,三、多核糖体与核糖体循环,氨基酸的活化,E,氨基酸,ATP +,氨酰腺苷酸,E-AMP,PPi,第一步,AMP,第二步,E,氨基酸的活化,3-氨酰-tRNA,N-甲酰甲硫氨酰-tRNAfMet的形成,Met-tRNAfMet,fMet-tRNAfMet,N10-甲酰FH4,FH4,转甲酰酶,氨酰- tRNA合成酶特点,a、专一性： 对氨基酸有极高的专一性，每种氨基酸都有专一的酶，只作用于L-氨基酸，不作用于D-氨基酸。 对t RNA 具有极高专一性。,b、校对作用： 氨酰- tRNA合成酶的水解部位可以水解错误活化的氨基酸。,1、肽链合成的起始 2、肽链的延长 3、肽链合成的终止及释放,原核生物多肽链的合成过程,原核生物多肽链的合成分为三个阶段：肽链合成的起始、肽链的延伸、肽链合成的终止和释放。,一、肽链合成的起始 翻译的起始是指携带有起始甲硫氨酸的tRNA和mRNA结合到核糖体上形成起始复合物的过程。大肠杆菌中翻译的起始过程是： 1、mRNA在核糖体小亚基上就位 mRNA靠S-D序列同16S rRNA的互补及IF-3的固定作用和IF-1 的帮助，首先进入核糖体小亚基，这时候AUG的位置正好对应于大亚基的P位。, fMet- tRNA fMet在核糖体小亚基上就位 在IF-2和GTP帮助下， fMet- tRNA fMet进入小亚基上与起始密码相应的位置 ，整个过程对fMet- tRNA fMet是特异和严格的，其余的氨基酰- tRNA都不能进入到这个位置上。这步还包括IF-1的脱落。 50S大亚基结合到30S小亚基上形成70S起始复合物，同时释放出IF-2、IF-3，GTP水解成GDP和Pi，完成起始过程。,肽链合成的起始,30S亚基 mRNA IF3- IF1复合物,30S mRNA GTP- fMet tRNA- IF2- IF1复合物,70S起始复合物,mRNA +30S亚基-IF3,IF-1,70S起始复合物,在起始复合物中，核糖体的P位被mRNA上AUG及其对应的fMet- tRNA fMet占据，而A位则空着，有待于对应mRNA上第二个密码的相应AA- tRNAAA进入，这时进入肽链的延长阶段。,二、肽链的延长,肽链的延长,进位,肽键形成,移位,进位,(TuTs),肽键形成,3´,（EF-G）,二、 肽链的延长 肽链的延长也称为核糖体循环，每循环一次，肽链延长一个氨基酸，如此不断重复，直至肽链合成终止。每次核糖体循环又可分为三个步骤：进位、成肽和移位。 真核生物的肽链延长与此类似，eEF-1中的eEF-1、 eEF-1相当于EF-Tu和EF-Ts， eEF-2相当于EF-G。 进位 即新进入的氨基酰-tRNA根据mRNA上密码的指引，结合到70S核糖体的A位。这一步反应需要GTP和延伸因子EF-Tu和EF-Ts的参与。,TuTs循环, 成肽 即P位上的N-甲酰甲硫氨酸的C=O在肽酰转移酶催化下与A位上的AA-tRNA的NH2发生反应，这样N-甲酰甲硫氨酸在 A位 成为二肽，P位留下一个无负载的tRNA。在成肽反应结束后，这个无负载的tRNA从核糖体上脱落，使P位留空。,肽键的形成, 移位 指在移位酶(又称为延伸因子G，EF-G)催化及GTP存在下，整个核糖体相对于mRNA从5向3方向的移动，移动的长度为一个密码子的距离，这时A位的二肽从A位进入P位。,移位的结果使二肽-tRNA占据了P位，A位留空，并对应mRNA上第三号密码子，为第三号氨基酸按密码的指引进入A位进位作好了准备。 在整个肽链延长过程中，起始的fMet可保留至翻译终止。但翻译后这一氨基酸会很快被切除，所以在新生的肽链里一般并不以甲硫氨酸作为N-末端。 由多肽链的合成过程可以看出：核糖体阅读mRNA密码是从5向3方向进行，肽链合成是从N-末端向C-末端方向进行。,翻译延伸因子,三 肽链合成的终止,肽链合成的终止包括：终止密码的辨认，肽链从完工的肽酰-tRNA上水解释放出来，mRNA从核糖体中脱离及大小亚基的分离等。终止过程需要释放因子RF的参与。 原核生物的RF有三种： RF-1能识别终止密码UAA和UAG； RF-2能识别UAA和UGA； RF-3结合GTP，促进RF-1、RF-2对核糖体的结合。 真核生物的终止过程仅有一个eRF。,肽链终止的具体过程： 当mRNA的终止密码进入A位时，因无AA- tRNA与之对应，所以由RF-1或RF-2识别终止密码，进入A位。RF-3可加强这种作用。 RF的结合，使核糖体的转肽酶活性转而表现为酯酶活性，将P位上的肽链从tRNA上水解下来（肽链C端与tRNA 3OH酯键的水解）。 GTP水解为GDP和Pi，释放的能量使留在核糖体上的 tRNA及各种RF、mRNA脱落下来，最终核糖体也分解为大小两个亚基。,肽链合成的终止及释放,（1）释放因子RF1或 RF2进入核糖体A位。 （2）多肽链的释放 （3）70S核糖体解离,RF,
