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1、The wonderful world,蛋白质的生物合成(翻译),第12章,Protein Biosynthesis (Translation),蛋白质生物合成的概念:,氨基酸的活化 肽链合成起始 延伸 终止 肽链形成后的加工和靶向输送,过程:,内 容,一、蛋白质生物合成体系,二、氨基酸的活化,三、合成过程,四、翻译后修饰和靶向输送,五、干扰与抑制,基本原料:20种编码氨基酸 模板:mRNA 适配器:tRNA 装配机:核蛋白体 主要酶和蛋白质因子:氨基酰-tRNA合成酶、转肽酶、起始因子、延长因子、释放因子等 能源物质:ATP、GTP 无机离子:Mg2+、 K+,蛋白质生物合成体系,蛋白质合成
2、中的三种RNA,5,3,mRNA是蛋白质生物合成的直接模板,原核生物的多顺反子,真核生物的单顺反子,密码子,遗传密码的特点,1. 方向性(53),碱基插入或缺失,可能导致框移突变。,缬 脯 苏 天冬,缬 丙 酪 甘,缬 丙 丝 精,2. 连续性(non-punctuated),3. 简并性,简并引物,4. 通用性(universal),例 外,5. 摆动性(wobble),反密码子与密码子之间的配对有时并不严格遵守碱基配对,二、核蛋白体(Ribosome),蛋白质合成的场所,核蛋白体的组成,大肠杆菌的核蛋白体,18S rRNA的二级结构,关于核糖体蛋白,原核生物核蛋白体结构模式,三、tRNA,
3、运载氨基酸,充当“适配器,二级结构,三级结构,反密码环,氨基酸臂,tRNA的构象,四、所需酶类、蛋白质因子等,酶类,氨基酰-tRNA合成酶 转肽酶:形成肽键,并使P位氨基酸与rRNA分开 转位酶,(二)蛋白质因子,起始因子(initiation factor,IF) 延长因子(elongation factor,EF) 释放因子(release factor,RF),关于翻译延长因子,参与原核生物翻译的各种蛋白质因子及其生物学功能,参与真核生物翻译的各种蛋白质因子及其生物学功能,能源为ATP和GTP; 离子有Mg2+、K+ 等。,内 容,一、蛋白质生物合成体系,二、氨基酸的活化,三、合成过程,
4、四、翻译后修饰和靶向输送,五、干扰与抑制,总反应,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。,动力学校对,化学校对,特性,内 容,一、蛋白质生物合成体系,二、氨基酸的活化,三、合成过程,四、翻译后修饰和靶向输送,五、干扰与抑制,起始(initiation) 延长(elongation) 终止(termination ),原核生物,IF-3,IF-1,1.核蛋白体大小亚基分离,起始,IF-3,IF-1,2.mRNA在小亚基定位结合,mRNA起始AUG上游有富嘌呤序列,小亚基16S-rRNA 3-端有一富含嘧啶的序列与S-D序列互补,IF-3
5、,IF-1,3.起始氨基酰tRNA(fMet-tRNAfMet )结合到小亚基,IF-3,IF-1,IF-2,GTP,GDP,Pi,4.核蛋白体大亚基结合,起始复合物形成,IF-3,IF-1,IF-2,-GTP,GDP,Pi,起始复合物形成过程,1. 进位,(二)延长,进位需要延长因子EF-Tu与EF-Ts参与。,Tu,Ts,GTP,GDP,Tu,Ts,GTP,进位的反应过程:,成肽,转位,fMet,fMet,成肽转位下一轮进位,肽链合成延长(核蛋白体循环)过程,核糖体循环过程动画,蛋白质合成过程动画,终止因子识别终止密码子,RF-1特异识别UAA、UAG; RF-2特异识别UAA、UGA。,
6、诱导转肽酶转变为酯酶活性,(三)终止,原核肽链合成终止过程,多聚核蛋白体,转录时同时翻译,电镜下的多聚核蛋白体,二、真核生物的肽链合成过程,真核生物翻译起始复合物,真核生物翻译起始复合物形成过程,(二)延长,(三)终止,原核生物与真核生物肽链合成过程的主要差别,内 容,一、蛋白质生物合成体系,二、氨基酸的活化,三、合成过程,四、翻译后修饰和靶向输送,五、干扰与抑制,翻译后修饰(posttranslational modification)。 一级结构修饰、空间结构修饰、折叠为天然构象等。 蛋白质的靶向输送(protein targeting)。,一、折叠为天然构象,一级结构决定空间构象 新生肽
7、链N-端一出现,折叠即开始。 大多数蛋白质折叠需要其他酶和蛋白质辅助。,(1) 热休克蛋白(heat shock protein, HSP),促进多肽折叠为天然构象。 热休克蛋白包括HSP70(DnaK)、HSP40(DnaJ)和GrpE三族。,1. 分子伴侣:识别非天然构象、促进正确折叠,大肠杆菌中的HSP70 反应循环,(2) 伴侣蛋白(chaperonin),为非自发性折叠蛋白质 提供能折叠形成天然构象的微环境。,当待折叠肽链进入Gro EL的桶状空腔后,Gro ES可作为“盖子”瞬时封闭Gro EL空腔出口。封闭后的桶状空腔提供了能完成该肽链折叠的微环境。,Gro EL-Gro ES复
8、合物,Gro EL-Gro ES反应循环,2. 蛋白质二硫键异构酶,催化错配二硫键断裂,形成正确二硫键连接,二、蛋白质一级结构修饰,(一)肽链末端的修饰,(二)个别氨基酸的共价修饰 1糖基化 2羟基化 3甲基化 4磷酸化 5二硫键形成 6亲脂性修饰,-Gingras et al, 1999,例:鸦片促黑皮质素原(POMC)的水解修饰,(三)多肽链的水解修饰,三、空间结构的修饰,(一)亚基聚合,(二)结合辅基,(一)靶向输送的蛋白质N-端存在信号序列(signal sequence),四、靶向输送至细胞特定部位,入 核,核定位信号含48个氨基酸短序列,富含碱性氨基酸。进核定位后,NLS不被切除。
9、,入核的蛋白质,信号序列-进入内质网,分泌到胞外,输送至溶酶体,输送至线粒体,内 容,一、蛋白质生物合成体系,二、氨基酸的活化,三、合成过程,四、翻译后修饰和靶向输送,五、干扰与抑制,影响翻译起始的抗生素 影响翻译延长的抗生素,干扰进位的抗生素 引起读码错误的抗生素 影响肽键形成的抗生素 影响转位的抗生素,一、许多抗生素(antibiotics)通过抑制蛋白质生物合成发挥作用,常用抗生素抑制蛋白质生物合成的原理与应用,嘌呤霉素作用示意图,四环素族,二、其他干扰蛋白质生物合成的物质,白喉毒素,+,+,使eEF-2发生ADP糖基化共价修饰,1白喉毒素(diphtheria toxin),2蓖麻蛋白(ricin),A链作用于真核核蛋白体大亚基的28S rRNA,使28S rRNA降解,大亚基失活,3. 干扰素(interferon, IFN),真核细胞被病毒感染后分泌的具有抗病毒作用的蛋白质,可抑制病毒的繁殖。 分为-型、-型和-型,干扰素的作用机制:,干扰素,2-5寡聚腺苷酸,要 求,【掌握】 1蛋白质生物合成的概念; 2蛋白质生物合成体系; 3遗传密码的特点; 4翻译后的加工; 5蛋白质合成与医学的关系(分子病的概念,抗生素与蛋白质生物合成)。 【熟悉】 1遗传密码表的用法; 2翻译的起始、肽链的延长、肽链的终止过程。 【了解】 原核、真核生物翻译起始的异同。,
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