生物化学_蛋白质生物合成

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1、会计学1生物化学生物化学_蛋白质生物合成蛋白质生物合成主要内容第一节 中心法则与翻译第二节 蛋白质合成体系第三节 蛋白质合成过程第四节 多肽合成后加工第五节 蛋白质运输定位第六节 蛋白合成抑制剂蛋白质翻译转录逆转录复制复制DNARNA复制：亲代DNA或RNA在一系列酶的作用下，生成与亲代相同的子代DNA或RNA的过程。转录：以DNA为模板，按照碱基配对原则将其所含的遗传信息传给RNA，形成一条与DNA链互补的RNA的过程。翻译：亦叫转译，以mRNA为模板，将mRNA的密码解读成蛋白质的AA顺序的过程。逆转录：以RNA为模板，在逆转录酶的作用下，生成DNA的过程。第一节 中心法则与翻译核糖体DN

2、AmRNAtRNA蛋白质的生物合成过程，就是将DNA传递给mRNA的遗传信息，再具体转译为蛋白质中氨基酸排列顺序的过程，就好象以一种语言翻译成另一种语言时的情形相似，所以称以mRNA为模板的蛋白质合成过程为翻译(translation)。 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。 蛋白质合成-翻译 真核细胞中，蛋白质的合成需要： 70种以上的核糖体蛋白参与； 多于20种的酶来激活氨基酸； 12种或更多的辅酶和其它专一性的蛋白因子来进行

3、肽链合 成的起始、延伸和终止； 100多种酶参与各类蛋白的最后修饰； 还需要多于40种的tRNA和核糖体RNA。有至少300种不同的生物大分子参与且协同地工作来合成多肽。 三种RNAmRNA（messenger RNA, 信使RNA）rRNA（ribosomal RNA, 核蛋白体RNA）tRNA（transfer RNA, 转移RNA）二、t RNA和氨基酸的活化一、mRNA和遗传密码四、 辅助因子五、供能物质和无机离子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。原核生物和真核生物mRNA的比较mRNA的结构遗传学将编码一个多肽的

4、遗传单位称为顺反子(cistron)。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mRNA可编码几种功能相关的蛋白质，为多顺反子(polycistron) 。真核mRNA只编码一种蛋白质，为单顺反子(single cistron) 。 多顺反子与单顺反子53顺反子顺反子顺反子插入顺序插入顺序先导区末端顺序AGGAGGUSD区特 点 半衰期短 许多原核生物mRNA以多顺反子形式存在 AUG作为起始密码；AUG上游712个核苷酸处有一被称为SD序列的保守区， 16S rRNA3- 端反向互补而使mRNA与核糖体结合。5 “帽子”PolyA 3 顺反子m7G-5ppp-N-3 p帽子结构功

5、能 使mRNA免遭核酸酶的破坏 使mRNA能与核糖体小亚基结合并开始合成蛋白质 被蛋白质合成的起始因子所识别，从而促进蛋白质的合成。 是mRNA由细胞核进入细胞质所必需的形式 它大大提高了mRNA在细胞质中的稳定性AAAAAAA-OH 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。遗传密码的性质 mRNA上的遗传密码作为指导蛋白质生物合成的模板，mRNA中每三个相邻的核苷酸组成三联体，代表一个氨基酸的信息，此三联体就称为密

6、码(codon)。共有64种不同的密码。其中：起始密码(initiation codon): AUG终止密码(termination codon): UAA，UAG，UGA 指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。基因损伤引起mRNA阅读框架内的碱基发生插入或缺失，可能导致框移突变(frameshift mutation)。 由一种以上密码子编码同一个 氨基酸的现象称为简并性（ dogeneracy），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,在保持遗传稳定性上具有重要意义。 密码的专一性主要是由第一

7、第二个碱基所决定，tRNA上的反密码子与mRNA密码子配对时，密码子的第一、二位碱基是严格的，第三位碱基可以有一定的变动。Crick称这一为变偶性（wobble）.U反密码子tRNA53A U C5mRNA3密码子1 2 3tRNA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, G U, CUG氨基酸臂反密码环二、 tRNA与氨基酸的活化 tRNA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，还为准确无误地将活化的氨基酸运送到核糖体中mRNA模板上。1、tRNA的结构特征2、tRNA的功能 （1）tRNA的接头(

8、adaptor)作用 3-端上的氨基酸接受位点 识别氨酰- tRNA合成酶的位点(DHU环） 核糖体识别位点（TC环) 反密码子位点 （2）tRNA的突变与校正基因 (回复突变，reverse mutation)tRNA （transfer ribonucleic asid）（1）氨基酰-tRNA合成酶氨基酸 + tRNA氨基酰- tRNAATP AMPPPi氨基酰-tRNA合成酶 氨基酸的活化tRNA氨基酰-tRNA合成酶ATP 氨基酰tRNA合成酶催化的反应氨基酸 ATP-E 氨基酰-AMP-E PPi第一步：活化反应第二步：连接反应氨基酰-AMP-E tRNA 氨基酰-tRNA AMP

9、E 氨基酰-tRNA合成酶的特性（2）起始tRNA三 rRNA和核蛋白体核蛋白体大、小亚基的功能原核生物翻译过程中核蛋白体结构模式A位：氨基酰位(aminoacyl site)P位：肽酰位(peptidyl site)E位：排出位(exit site)电镜下的多聚核蛋白体IF1IF2 eIF2 参与起始复合物的形成IF3 eIF3、eIF4C起始CBP I 与mRNA帽子结合 eIF4A B F 参与寻找第一个AUGeIF5 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

10、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阶段原核 真核 功 能 起始因子（IF） 延长因子（EF） 释放因子（RF）原核生物释放因子：RF-1，RF-2，RF-3 真核生物释放因子：eRF 五、 供能物质和无机离子a. 核蛋白体大小亚基分离；b. mRNA在小亚基定位结合；c. 起始氨基酰-tRNA的结合； d. 核蛋白体大亚基结合。1.多肽链合成的起始（1）原核生物翻译起始复合物形成IF-3IF-1 a. 核蛋白体大、小亚基分离：IF-1和IF-3与小亚基结合，促进核蛋白体大、小亚基拆离，为新一轮合成作准备。A U G53IF-3

11、IF-1 b. mRNA在小亚基的精确定位结合S-D序列 原核mRNA的起始部位由一段富含嘌呤的特殊核苷酸顺序组成，称为S-D序列（核蛋白体结合位点，RBS）。 而原核16S rRNA存在一段富含嘧啶的序列，二者之间可通过碱基配对，使mRNA与核蛋白体小亚基结合。IF-2GTPc. 起始氨基酰tRNA( fMet-tRNAimet )结合到小亚基IF-3IF-1A U G53 起始 fMet-tRNAimet以及IF2-GTP一起，识别结合小亚基P位，并对应模板mRNA的起始密码AUG。IF-3IF-1IF-2-GTP-GDPPi d. 核蛋白体大亚基结合，起始复合体形成：A U G53 IF

12、2结合的GTP被水解，三种IF脱离，50S大亚基与30S小亚基、模板mRNA以及起始fMet-tRNAifMet构成起始复合体。l 真核生物翻译起始复合体的形成过程与原核生物类似，但参与的蛋白因子更多。核蛋白体大小亚基分离；起始氨基酰-tRNA结合；mRNA在核蛋白体小亚基就位；核蛋白体大亚基结合。1.多肽链合成的起始mRNA eIF-6 GDP+PielF-5ATPADP+PielF4E, elF4G, elF4A, elF4B,PABMetMet-tRNAiMet-elF-2 -GTP真核生物翻译起始复合体形成过程 2. 肽链的延长（1）进位（entrance） 进位又称注册(regist

13、ration)，即与mRNA下一个密码相对应的氨基酰tRNA进入核蛋白体的A位。此步骤需GTP，Mg2+，和EF-T参与。 是由转肽酶(transpeptidase)催化的肽键形成过程。即在转肽酶的催化下，将P位上的tRNA所携带的甲酰蛋氨酰基或肽酰基转移到受位上的氨基酰tRNA上，与其-氨基缩合形成肽键。此步骤需Mg2+，K+。延长因子EF-G有转位酶( translocase )活性，可结合并水解1分子GTP，促进核蛋白体向mRNA的3侧移动相当于一个密码的距离，同时使肽酰基tRNA从A位移到P位。此步骤需GTP和Mg2+参与。此时，核蛋白体的A位留空，与下一个密码相对应的氨基酰tRNA即

14、可再进入，重复以上循环过程，使多肽链不断延长。已失去蛋氨酰基或肽酰基的tRNA从核蛋白体E位上脱落。转位反应过程进位转位成肽核蛋白体循环的反应总过程 3. 肽链合成的终止多肽链合成的终止过程 U A G53RFCOO- 多肽链合成的能量消耗蛋白质的生物合成是个高耗能过程。 仅翻译过程，其能量消耗情况如下：NTP高能磷酸键高能磷酸键氨基酸的活化氨基酸的活化ATP2/aa2/aa肽链合成的起始肽链合成的起始GTP1 1肽链的延长肽链的延长GTP2/2/轮轮aaaa添加添加肽链合成的终止肽链合成的终止 不计不计例：以游离的氨基酸为原料，起始合成一个100肽，至少需要消耗多少ATP？ （注：ATPAM

15、P折算成2个ATP，GTP折算成ATP）解法一：分阶段累计 2100 1 299 399解法二：以aa为单位累计 每个游离的氨基酸参入到正在合成的多肽链中，至少需要消耗 4 个高能磷酸键（活化 2个；氨酰tRNA进入A位 1个；核糖体移位 1个）。 但起始的氨基酸要少消耗1个GTP（可理解成它直接进入P位，不要移位） 4n1 41001 从核蛋白体释放出的新生多肽链不具备蛋白质生物活性，必需经过不同的翻译后复杂加工过程才转变为天然构象的功能蛋白。主要包括：多肽链折叠为天然的三维结构肽链；一级结构的修饰；高级结构修饰。多肽链折叠为天然功能构象的蛋白质一级结构的加工修饰 去甲酰化：甲酰化酶甲酰蛋氨

16、酸-肽甲酸 + 蛋氨酸-肽 去蛋氨酰基：蛋氨酸氨基肽酶蛋氨酰-肽蛋氨酸 + 肽 （1）N端甲酰蛋氨酸或蛋氨酸的切除（2）氨基酸的共价修饰由专一性的酶催化进行修饰，包括糖基化、羟基化、磷酸化、甲酰化等。（3）多肽链的水解修饰A链区B链区间插序列（C肽区）HSSHSHSHHSHS信号肽NC核糖体上合成出无规则卷曲的前胰岛素原切除C肽后，形成成熟的胰岛素分子切除信号肽后折叠成稳定构象的胰岛素原SSSSNNCCA链B链胰岛素CNSSSS胰岛素原SS空间结构的修饰（1）亚基的聚合具有四级结构的蛋白质由两条以上的多肽链通过非共价键聚合形成寡聚体，如血红蛋白和乳酸脱氢酶。（2）辅基的连接结合蛋白合成后需要结

17、合相应的辅基才能成为具有天然活性的蛋白质。（3）疏水脂链的共价连接第五节 蛋白质合成后的靶向输送l 真核细胞分泌型蛋白前体合成后的靶向输送过程首先要进入内质网。l 各种新生分泌蛋白的N端有保守的氨基酸序列，引导分泌蛋白进入内质网，称为信号肽(signal peptide) 。 a. 信号肽SRP循环SRP循环35mRNA内质网腔信号肽酶信号肽SRP循环内质网膜内质网高尔基体泡泡泡融入质膜核糖体芽泡 毒素 (toxin)干扰素诱导的蛋白激酶dsRNAa. 干扰素诱导eIF2磷酸化而失活ATPeIF2ADPeIF2-P（失活）Pi磷酸酶降解mRNAdsRNA干扰素AAPAPPPP252552- 5AAPPPATP2 -5 A合成酶RNaseLRNaseL活化 氨基酰-tRNA合成酶的特性（2）起始tRNA核蛋白体大、小亚基的功能进位转位成肽核蛋白体循环的反应总过程多肽链合成的终止过程 多肽链合成的终止过程