蛋白質(zhì)生物合成

1、蛋白質(zhì)的生物合成,蛋白質(zhì)的生物合成,Pro 生物合成的本質(zhì)：基因的表達 包括肽鍵的形成和AA排列順序的確定,基因表達—遺傳信息的傳遞：DNA→mRNA→蛋白質(zhì)→生物性狀,蛋白質(zhì)的生物合成,DNA并不直接參與Pro的合成，Pro的合成是mRNA為模板，AA的“搬運工”tRNA，“裝配機” rRNA（核蛋白體）及其它許多酶及輔助因子的協(xié)助下進行的。,一．遺傳密碼 mRNA,遺傳密碼：mRNA中核苷酸的排列順序與蛋白質(zhì)中AA的排列順序

2、的關系稱為遺傳密碼。 1．密碼子——AA的代碼四種核苷酸如何決定二十種AA的排列順序？人工合成的核苷酸序列為模板，進行體外蛋白質(zhì)合成。 如 多聚UUC,得三種不同的多肽. UUCUUCUUCUUC 多聚Phe UCUUCUUCUUCU 多聚Ser CUUCUUCUUCUU 多聚Leu,,,,,,三聯(lián)體密碼：3個核苷酸組成一個密碼子（codon），每個codon就是特定AA代碼四種核苷酸每3個一組，可

3、組成43=64密碼子 >AA種類， 所以有些AA是二個以上密碼子，亮Leu有六個codon 61 codon編碼 二十種AA 3 codon 終止密碼 UAA，UAG，UGA起始信號—AUG （Pro中的Met也用此codon） Val-GUG 有時也為N-甲酰Met起始密碼,,2．密碼的性質(zhì)—各種生物共用一套密碼 基本單位是按5’ 3’方向編碼、不重疊、無標點的三聯(lián)體的三聯(lián)

4、體密碼。 ①  無間隔性：codon之間是連續(xù)的，無其他核苷酸隔開 起始codon——終止codon ② 方向性：codon的閱讀方向 mRNA 5’—3’ ③ 不重疊性： 3個核苷酸——1個AA，核苷酸無重疊編碼情況，如5核苷酸編碼2個AA X ④ 終止密碼非兼職性 UAG，UAA，UGA 起始密碼兼職性 AUG 起始codon—Met codon及鏈內(nèi)Met codon(tRN

5、A不同) GUG Val codon 有時兼起始codon編碼N-甲酰Met（少數(shù)）,2．密碼的性質(zhì)—各種生物共用一套密碼 基本單位是按5’ 3’方向編碼、不重疊、無標點的三聯(lián)體的三聯(lián)體密碼。 ⑤ 密碼的通用性 從低等生物→人，所有生物共用一套密碼 但是不同的生物中，不同codon使用頻率不同 真核生物線粒體內(nèi)的codon與通用密碼有些差異 ⑥ 密碼的簡并性： 64個密碼子，其中61個密碼子編

6、碼20種氨基酸 一種AA由幾個codon編碼的性質(zhì) 如 Ala codon：GCU，GCC，GCA，GCG(同義密碼子） 此時codon的專一性取決于前二個堿基，此性質(zhì)可減少Pro生物合成時的突變機會，提高穩(wěn)定性。,優(yōu)化前后mRNA二級結構預測,優(yōu)化前,優(yōu)化Arg,優(yōu)化Arg+Ala,DNAworks優(yōu)化,2．密碼的性質(zhì)—各種生物共用一套密碼⑦  密碼的變偶性 如 Gly codon：GGU，G

7、GC，GGA，GGG Ala codon：GCU，GCC，GCA，GCGtRNA上的反密碼子與密碼子配對時，密碼子的第一、第二位堿基是嚴格配對的，第三位堿基可以有一定的變動。Crick稱此現(xiàn)象為變偶性（wobble)。,32種tRNA 61氨基酸密子,,⑧密碼的防錯系統(tǒng),氨基酸的極性由第二堿基決定，簡并性由第三堿基決定。,,,,,2．密碼的性質(zhì)—各種生物共用一套密碼 ⑧密碼的防錯系統(tǒng) 密碼子的簡并程度不同，但同義密碼

8、子在密碼表中的分布十分有規(guī)律。氨基酸的極性由第二堿基決定，簡并性由第三堿基決定。 中間堿基U,它編碼的氨基酸是非極性、疏水和支鏈的常在球蛋白的內(nèi)部 中間堿基C,它編碼的氨基酸是非極性或具有不帶電荷的極性側鏈 中間堿基A或G,其相應的氨基酸常在球蛋白的外周，具有親水性。 第一位是A或C，第二位是A或G，第三位任意，相應的氨基酸具有親水性側鏈并具有堿性 前兩位是AG,第三位任意，相應的為親水的酸性氨基酸,⑧密碼的防錯系統(tǒng)

9、,密碼子的分布規(guī)律可降低突變造成的危害，比如：密碼子中一個堿基被置換，可能編碼相同的氨基酸或理化性質(zhì)相似的氨基酸。,mRNA與讀碼框(reading frame),mRNA攜帶的翻譯成多肽鏈的遺傳信息，由起始密碼到終止密碼的一個區(qū)域。讀碼框外的稱非編碼區(qū),SD,SD,,SD序列,翻譯開始于mRNA與核糖體的結合,,二、tRNA的功能—“AA的搬運工”,起始Met與鏈內(nèi)Met的tRNA不同,,氨基酰tRNA,識別AA,識別遺傳密碼,,核

10、糖體識別位點,識別氨酰-tRNA合成酶的位點,活化反應,原核細胞第一個AA—N-甲酰Met,,N端封閉，利于Pr合成從N C端,,,氨酰-tRNA合成酶對底物的選擇性主要由11個氫鍵來決定。,氨酰-tRNA合成酶與之tRNA分子叫做“遺傳密碼第二”。,Tyr,Asp,Gln,Tyr,Asp,His,Thr,Gly,Gly,Cys,二、tRNA的功能—“AA的搬運工”,氨基酰tRNA只有3’形式的酯才能參與到轉肽反應。,識別AA,,識

11、別遺傳密碼,GTΨCG與5SrRNA上的CGAAC相配對,AA接受臂,與mRNA密碼子配對,72~83核苷酸紙件的一段核苷酸序列與23SrRNA在大亞基（50S）中的結合有關,三．核蛋白體rRNA（核糖體）,合成Pro的場所1．核糖體，核蛋白體的組成 核蛋白體—rRNA(60%) + 蛋白質(zhì)(40%)是巨大的多酶復合體，還有一些蛋白因子等在細胞中以游離形式存在，在真核細胞中也可與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)結合，形成粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)。,核蛋白體的組成,2、

12、核蛋白體的功能—Pro合成的場所,Pro合成時，mRNA與核蛋白體的結合是小亞基靠大亞基的接觸面上，核蛋白體向mRNA的3‘端移動一定距離后，第二個核蛋白體又可結合到mRNA，一條mRNA可接5、6個或50、60個核蛋白體（一般隔80核苷酸）。意義 1）高速翻譯 2）避免合成過量同種mRNA而造成錯誤突變。,四、蛋白體生物合成過程,Pro的生物合成是從氨基端到羧基端逐個加上AA的過程,既快又復雜,需要多種成分(200)

13、的參與.— 核蛋白體循環(huán),蛋白質(zhì)生物合成,AA的活化與搬運—氨基酰tRNA的合成 肽鏈合成的起始—起始復合物的形成 四個階段 （70S-mRNA-fMet-tRNA） 肽鏈的延伸—包括進位,轉肽,移位 肽鍵的終止—終止codon,,1. AA的活化與搬運,AA的NH2與-COOH的反應性并不強,需活化 ① 活化反應 需:氨基

14、酰tRNA合成酶(Mg2+),ATP, tRNA AA先與酶形成中間復合物再接到tRNA的 AA臂(3‘末端CCA-OH)上,活化反應,原核細胞第一個AA—N-甲酰Met,,N端封閉，利于Pr合成從N C端,,②. 氨酰tRNA合成酶的性質(zhì),a. 具有高度的專一性 識別AA 識別特異的tRNAb. 該酶還有校正功能 避免攜帶錯誤的AA Phe-tR

15、NAphe 不水解 Ile-tRNAphe 水解,,,SD序列,翻譯開始于mRNA與核糖體的結合,,1.  蛋白質(zhì)的合成過程   核蛋白體循環(huán) — 肽鏈合成的起始,延長,停止(原核),① 蛋白質(zhì)合成的起始 需起始因子IF1,IF2,IF3, GTP （ IF1 ）IF3 促進30sRNA與mRNA的結合,IF2再結合 fMet·tRNAfMet 再結合5

16、0s RNA起始復合物的形成 70S.mRNA.fMet.tRNAfMet,,,,蛋白質(zhì)合成的起始,GTP,蛋白質(zhì)合成的起始,消耗GTP,肽鏈的延伸— 包括進位,轉肽和移位三個步驟,需延長因子,EF-Tu,EF-Ts,GTP的參與a. 對應mRNA上第二codon的AA-tRNA進A 位b. 在肽基轉移酶的催化下,P位的fMet轉移到A位的AA-tRNA上,與2位的AA殘基的-NH2宿合,形成二肽酰tRNA —fMet&

17、#183;AA2·tRNA，P位空tRNA掉下。c. A位的二肽酰tRNA移到P位,空出A位 如此,第三,第四,n個AA的AA·tRNA繼續(xù)參與肽鏈的合成。,,a. 對應mRNA上第二codon的AA-tRNA進A 位b. 在肽基轉移酶的催化下,P位的fMet轉移到A位的AA-tRNA上,與2位的AA殘基的-NH2宿合,形成二肽酰tRNA —fMet·AA2·tRNA，P位空tRNA掉下

18、。c. A位的二肽酰tRNA移到P位,空出A位 如此,第三,第四,n個AA的AA·tRNA繼續(xù)參與肽鏈的合成。,,,,,③ 肽鏈合成的終止(UAA UGA UAG),終止密碼出現(xiàn)在A位,終止因子(RF1, RF2, RF3)識別終止codon,RF因子促進P位上肽鏈水解釋放及tRNA的釋放,離開rRNA,IF3促進亞基解聚,30S,50S又用于新肽鏈的合成實際活細胞中Pro合成時,每條mRNA上同時結合多個核糖體,這

19、樣可充分利用mRNA,提高Pro的合成效率.,肽鏈的終止,翻譯水平調(diào)節(jié),1、不同mRNA翻譯能力的差異,5‘端SD序列的控制強弱影響翻譯起始頻率,GGAGG是弱SD序列的最偏好模式AAGGA是強SD序列的最偏好模式。,稀有密碼子的調(diào)控,,2、翻譯阻遏作用,核糖體蛋白的合成嚴格保持與rRNA相應的水平。,核糖體蛋白過量，積累，和自身mRNA起始控制部位相結合而影響翻譯。,3、反義RNA的作用,（反義RNA即具有互補序列的RNA）,3、真

20、核細胞蛋白質(zhì)合成,真核細胞蛋白質(zhì)合成與原核細胞有一定的差別 ①  合成場所核蛋白體大(80S-60S,40S) ②   起始AA為Met ③ 起始codon只有AUG,五. 蛋白質(zhì)運輸與翻譯后修飾—功能蛋白的生成,蛋白質(zhì)運輸與信號肽(signal or leader sequance)① 信號肽序列；需要運輸?shù)男潞铣傻鞍譔端含有的一段特殊的氨基酸序

21、列。轉運的過程中該序列被信號肽酶切除。② 信號肽的結構特征；含10－40個氨基酸殘基，氨基端至少含有一個帶正電的氨基酸，中部有長度為10-15高度疏水的氨基酸（丙氨酸、亮氨酸、纈氨酸、異亮氨酸、苯丙氨酸）③ 信號肽的功能；攜帶蛋白質(zhì)通過脂膜，達到一定的位置。,,信號肽的結構特征,信號肽的跨膜作用,SRP;Signal recognition particle,,信號肽的跨膜作用,,信號肽的跨膜作用與蛋白質(zhì)的糖基化,長醇,

22、五.蛋白質(zhì)翻譯后修飾與加工—功能蛋白的生成,合成后的Pro需經(jīng)過加工,修飾,正確的折疊才能成為功能蛋白重要的修飾方式:①   N-末端Met的切除原核生物大多Pr不含Met 1個或多個AA殘基切除真核生物的Pr不含1位Met原核生物的N-End 不含甲?；摷柞；涪?#160;   二硫鍵的形成二硫鍵異構酶 正確-S-S-的形成,,重要的修飾方式③

23、 肽鏈的部分切除 某些肽鏈合成后需經(jīng)酶水解切除一些肽鏈后才能折疊出正確的構象 ④ 正確的折疊 分子伴侶 molecular charperones分子伴侶(chaperone)是一種幫助其它蛋白質(zhì)正確折疊成功能蛋白的巨大蛋白質(zhì)(有多個亞基),廣泛存在于生物界.分子伴侶在蛋白質(zhì)（一級結構）合成結束前阻止新生多肽的錯誤折疊 ⑤ AA殘基的修飾 如羧基化,羥基化,磷酸化,甲基化,乙?；?糖化等 ⑥ 與輔助因子的結合,六.

24、 抗生素對核酸合成及蛋白質(zhì)合成的影響,許多抗生素能抑制遺傳信息的表達,最終抑制蛋白質(zhì)的合成1. 作用于DNA合成的抗生素—復制（或轉錄）的抑制劑絲裂霉素C:與DNA結合,對細菌和惡性細胞有一定的選擇性,用于抗菌,抗癌博萊霉素A2:作用于DNA的G-C堿基對,切斷DNA,有抗菌抗癌作用抗癌霉素:與DNA pol 的-SH作用,干擾DNA合成新制霉素:作用于生物膜,破壞DNA 藥物:嘧啶及嘌呤的衍生物,5-氟尿嘧啶,6-SH嘌

25、呤等,干擾正常DNA合成烴化劑,氮芥,環(huán)磷酰胺等, 使堿基烴化→缺陷DNA分子,2.作用于RNA合成的抗生素—轉錄抑制劑利福平:半合抗 抑制 RNA pol放線菌素D:插入雙鏈DNA之間,阻止單鏈DNA的形成 3.作用于蛋白質(zhì)合成的抗生素—翻譯抑制劑氯霉素,紅霉素:與細菌50SrRNA(核蛋白體)結合,抑制70S核糖體生成,不抑制真核生物80S核糖體的生成嘌呤霉素:結合于50S A位,阻止正常進位土霉素,鏈霉素,四環(huán)素,