医学课件蛋白质的生物合成

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1、蛋白质的生物合成（翻译）Protein Biosynthesis，Translationl mRNA上存在遗传密码上存在遗传密码mRNA分子上从分子上从5 至至3 方向，由方向，由AUG开开始，每始，每3个核苷酸为一组，决定肽链上某一个核苷酸为一组，决定肽链上某一个氨基酸或蛋白质合成的起始、终止信号，个氨基酸或蛋白质合成的起始、终止信号，称为称为三联体密码三联体密码(triplet coden)。起始密码起始密码(initiation coden):AUG 终止密码终止密码(termination coden):UAA，UAG，UGA 遗遗传传密密码码表表目目 录录从从mRNA 5 端起始密码

2、子端起始密码子AUG到到3 端终止端终止密码子之间的核苷酸序列，各个三联体密码连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，称为续排列编码一个蛋白质多肽链，称为开放阅读开放阅读框架框架(open reading frame,ORF)。1.连续性连续性(commaless)l遗传密码的特点遗传密码的特点编码蛋白质氨基酸序列的各个三联体密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。码连续阅读，密码间既无间断也无交叉。2.简并性简并性(degeneracy)目目 录录目目 录录3.通用性通用性(universal)蛋白质生物合成的整套密码，从原核生物

3、到蛋白质生物合成的整套密码，从原核生物到人类都通用。人类都通用。已发现少数例外，如动物细胞的线粒体、植已发现少数例外，如动物细胞的线粒体、植物细胞的叶绿体。物细胞的叶绿体。密码的通用性进一步证明各种生物进化自同密码的通用性进一步证明各种生物进化自同一祖先。一祖先。4.摆动性摆动性(wobble)转运氨基酸的转运氨基酸的tRNA的反密码需要通过的反密码需要通过碱基互补与碱基互补与mRNA上的遗传密码反向配对结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。基配对规律，称为摆动配对。U摆动配对摆动配对目目 录录密码子、反密

4、码子配对的摆动现象密码子、反密码子配对的摆动现象tRNA反密码子反密码子第第1位碱基位碱基IUGACmRNA密码子密码子第第3位碱基位碱基U,C,AA,GU,CUG二、蛋白质合成体系二、蛋白质合成体系Protein Biosynthesis System一）、翻译模板一）、翻译模板mRNA及遗传密码及遗传密码l mRNA是遗传信息的携带者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遗传学将编码一个多肽的遗传单位称为顺反顺反子子(cistron)。原核细胞中数个结构基因常串联为一个转录原核细胞中数个结构基因常串联为一个转录单位，转录生成的单位，转录生成的mRNA可编码几种功能相可编码几

5、种功能相关的蛋白质，为关的蛋白质，为多顺反子多顺反子(polycistron)。真核真核mRNA只编码一种蛋白质，为只编码一种蛋白质，为单顺反子单顺反子(single cistron)。二）、二）、tRNA与氨基酸的活化与氨基酸的活化反密码环反密码环氨基酸臂氨基酸臂tRNA的三级结构示意图的三级结构示意图氨基酸氨基酸+tRNA氨基酰氨基酰-tRNAATP AMPPPi氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶1 氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶(aminoacyl-tRNA synthetase)l 氨基酸的活化氨基酸的活化 tRNA与酶与酶结合的模型结合的模型tRNA氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合

6、成酶ATPl氨基酰氨基酰-tRNA合成酶对底物氨基酸和合成酶对底物氨基酸和tRNA都有都有高度特异性。高度特异性。l氨基酰氨基酰-tRNA合成酶具有校正活性合成酶具有校正活性(proofreading activity)。l氨基酰氨基酰-tRNA的表示方法：的表示方法：Ala-tRNAAla Ser-tRNASerMet-tRNAMet 真核生物真核生物：Met-tRNAiMet原核生物原核生物：fMet-tRNAifMet2 起始肽链合成的氨基酰起始肽链合成的氨基酰-tRNASrRNA蛋白蛋白质质原核生物原核生物核蛋核蛋白体白体70S小亚基小亚基30S16S-rRNArpS 21种种大亚基大

7、亚基50S5S-rRNA23S-rRNArpL 36种种真核生物真核生物核蛋核蛋白体白体80S小亚基小亚基40S18S-rRNArpS 33种种大亚基大亚基60S28S-rRNA5S-rRNA5.8S-rRNArpL 49种种 不同细胞核蛋白体的组成不同细胞核蛋白体的组成 目目 录录 l翻译的起始翻译的起始(initiation)l翻译的延长翻译的延长(elongation)l翻译的终止翻译的终止(termination)整个翻译过程可分为整个翻译过程可分为：一）、肽链合成起始一）、肽链合成起始原核生物翻译起始复合物形成原核生物翻译起始复合物形成l核蛋白体大小亚基分离；核蛋白体大小亚基分离；l

8、mRNA在小亚基定位结合；在小亚基定位结合；l起始氨基酰起始氨基酰-tRNA的结合；的结合；l核蛋白体大亚基结合。核蛋白体大亚基结合。IF-3IF-11.核蛋白体大小亚基分离核蛋白体大小亚基分离A U G53IF-3IF-12.mRNA在小亚基定位结合在小亚基定位结合S-D序列序列 IF-3IF-1IF-2GTP3.起始氨基酰起始氨基酰tRNA(fMet-tRNAimet)结合到结合到小亚基小亚基A U G53目目 录录IF-3IF-1IF-2GTPGDPPi4.核蛋白体大亚基结合，起始复合物形成核蛋白体大亚基结合，起始复合物形成A U G53IF-3IF-1A U G53IF-2GTPIF-

9、2-GTPGDPPi二）、肽链合成延长二）、肽链合成延长指根据指根据mRNA密码序列的指导，次序添加密码序列的指导，次序添加氨基酸从氨基酸从N端向端向C端延伸肽链，直到合成终止端延伸肽链，直到合成终止的过程。的过程。l肽链延长在核蛋白体上连续性循环式进行，又肽链延长在核蛋白体上连续性循环式进行，又称为称为核蛋白体循环核蛋白体循环(ribosomal cycle)，每次循环，每次循环增加一个氨基酸，包括以下三步：增加一个氨基酸，包括以下三步：进位进位(entrance)成肽成肽(peptide bond formation)转位转位(translocation)l延伸过程所需蛋白因子称为延长因子

10、延伸过程所需蛋白因子称为延长因子(elongation factor,EF)原核生物：原核生物：EF-T(EF-Tu,EF-Ts)EF-G真核生物：真核生物：EF-1、EF-2 原核延长原核延长因子因子EF-TuEF-TsEFG生物功能生物功能促进氨基酰促进氨基酰-tRNA进入进入A位，位，结合分解结合分解GTP调节亚基调节亚基有转位酶活性，促进有转位酶活性，促进mRNA-肽酰肽酰-tRNA由由A位前移到位前移到P位，位，促进卸载促进卸载tRNA释放释放对应真核延对应真核延长因子长因子EF-1-EF-1-EF-2肽链合成的延长因子肽链合成的延长因子 延长过程延长过程1 1 进位（注册）：进位（

11、注册）：氨基酰氨基酰-tRNA-tRNA根据遗传密码的指引，进入核蛋白根据遗传密码的指引，进入核蛋白体的体的A A位。位。AUG P位 A位EFT2 2 成肽成肽 P位位 A位位 P位 A位P位 A位 三）、肽链合成的终止三）、肽链合成的终止终止相关的蛋白因子称为释放因子终止相关的蛋白因子称为释放因子(release factor,RF)一是识别终止密码，如一是识别终止密码，如RF-1特异识别特异识别UAA、UAG；而；而RF-2可识别可识别UAA、UGA。二是诱导转肽酶改变为酯酶活性，相当于催化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肽酰基转移到水分子-OH上，使肽链从核蛋

12、上，使肽链从核蛋白体上释放。白体上释放。释放因子的功能释放因子的功能原核生物释放因子：原核生物释放因子：RF-1，RF-2，RF-3 真核生物释放因子：真核生物释放因子：eRF RF1,2四、蛋白质合成后加工和输送四、蛋白质合成后加工和输送Posttranslational Processing&Protein TransportationMetMetMet 5 5 水解修饰水解修饰 细胞膜加工区加工区信号肽胞浆五、蛋白质生物合成与医学五、蛋白质生物合成与医学l蛋白质生物合成是很多天然抗生素和某些毒素的蛋白质生物合成是很多天然抗生素和某些毒素的作用靶点。它们就是通过阻断真核、原核生物蛋作用靶点

13、。它们就是通过阻断真核、原核生物蛋白质翻译体系某组分功能，干扰和抑制蛋白质生白质翻译体系某组分功能，干扰和抑制蛋白质生物合成过程而起作用的。物合成过程而起作用的。l可针对蛋白质生物合成必需的关键组分作为研究可针对蛋白质生物合成必需的关键组分作为研究新抗菌药物的作用靶点。同时尽量利用真核、原新抗菌药物的作用靶点。同时尽量利用真核、原核生物蛋白质合成体系的任何差异，以设计、筛核生物蛋白质合成体系的任何差异，以设计、筛选仅对病原微生物特效而不损害人体的药物。选仅对病原微生物特效而不损害人体的药物。l抗生素抗生素(antibiotics)是微生物产生的能够杀灭或抑制细菌的是微生物产生的能够杀灭或抑制细

14、菌的一类药物。一类药物。l抗代谢药物抗代谢药物指能干扰生物代谢过程，从而抑制细胞过指能干扰生物代谢过程，从而抑制细胞过度生长的药物，如度生长的药物，如：6-MP。l 某些毒素也作用于基因信息传递过程某些毒素也作用于基因信息传递过程。一、抗生素类一、抗生素类抗生素抗生素四环素族（金霉素四环素族（金霉素 新霉素、土霉素）新霉素、土霉素）链霉素、卡那霉素、链霉素、卡那霉素、新霉素新霉素氯霉素、林可霉素氯霉素、林可霉素红霉素红霉素梭链孢酸梭链孢酸 放线菌酮放线菌酮嘌呤霉素嘌呤霉素作用点作用点原核核蛋白原核核蛋白体小亚基体小亚基原核核蛋白原核核蛋白体小亚基体小亚基原核核蛋白原核核蛋白体大亚基体大亚基原核

15、核蛋白原核核蛋白体大亚基体大亚基原核核蛋白原核核蛋白体大亚基体大亚基真核核蛋白真核核蛋白体大亚基体大亚基真核、原核真核、原核核蛋白体核蛋白体 作用原理作用原理抑制氨基酰抑制氨基酰-tRNA与小亚基与小亚基结合结合改变构象引起读码错误、抑改变构象引起读码错误、抑制起始制起始抑制转肽酶、阻断延长抑制转肽酶、阻断延长抑制转肽酶、妨碍转位抑制转肽酶、妨碍转位与与EFG-GTP结合，抑制肽结合，抑制肽链延长链延长抑制转肽酶、阻断延长抑制转肽酶、阻断延长氨基酰氨基酰-tRNA类似物，进位类似物，进位后引起未成熟肽链脱落后引起未成熟肽链脱落应用应用抗菌药抗菌药抗菌药抗菌药抗菌药抗菌药抗菌药抗菌药抗菌药抗菌药

16、医学研究医学研究抗肿瘤药抗肿瘤药抗生素抑制蛋白质生物合成的原理抗生素抑制蛋白质生物合成的原理 四四环环素素族族氯霉素氯霉素链霉素和卡那霉素链霉素和卡那霉素嘌呤霉素嘌呤霉素放线菌酮放线菌酮二、其他干扰蛋白质生物合成的物质二、其他干扰蛋白质生物合成的物质l毒素毒素(toxin)l干扰素干扰素(interferon)白喉毒素白喉毒素(diphtheria toxin)的作用机理的作用机理NCONH2N+OCH2OOHOHADPCONH2白白喉喉毒毒素素（有活性有活性）OCH2OOHOHADP（无活性无活性）干扰素的作用机理干扰素的作用机理干扰素诱导的蛋白激酶干扰素诱导的蛋白激酶dsRNA1.干扰素诱导干扰素诱导eIF2磷酸化而失活磷酸化而失活ATPeIF2ADPeIF2-P（失活）（失活）Pi磷酸酶磷酸酶2.干扰素诱导病毒干扰素诱导病毒RNA降解降解降解降解mRNAdsRNA干扰素干扰素AAPAPPPP2 5 2 5 5 2-5 AAPPPATP2-5A合成酶合成酶RNaseLRNaseL活化活化