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第七章 蛋白质的生物合成 第七章 蛋白质的生物合成. 一、概述 基因的遗传信息在转 录过程中从 DNA 转移 到 mRNA ,再由 mRNA 将这种遗传信 息表达为蛋白质中氨 基酸顺序的过程叫做 翻译。 合成体系: 20 种氨基 酸,mRNA 、 tRNA 、 核蛋白体、酶和因子, 以及无机离子、

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Παρουσίαση με θέμα: "第七章 蛋白质的生物合成 第七章 蛋白质的生物合成. 一、概述 基因的遗传信息在转 录过程中从 DNA 转移 到 mRNA ,再由 mRNA 将这种遗传信 息表达为蛋白质中氨 基酸顺序的过程叫做 翻译。 合成体系: 20 种氨基 酸,mRNA 、 tRNA 、 核蛋白体、酶和因子, 以及无机离子、"— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 第七章 蛋白质的生物合成 第七章 蛋白质的生物合成

2 一、概述 基因的遗传信息在转 录过程中从 DNA 转移 到 mRNA ,再由 mRNA 将这种遗传信 息表达为蛋白质中氨 基酸顺序的过程叫做 翻译。 合成体系: 20 种氨基 酸,mRNA 、 tRNA 、 核蛋白体、酶和因子, 以及无机离子、 ATP 、 GTP 合成方向: N→C 端。

3 二、参与蛋白质合成的三类 RNA 及核糖 体 1.rRNA 与蛋白质一起构成核糖体 —— 蛋白质合成 “ 工厂 ” 核糖体结构组成 核糖体的基本功能  结合 mRNA ,在 mRNA 上选择适当的区域开始翻译  密码子( mRNA )和反密码子( tRNA )的正确配对  肽键的形成 存在 核糖体可游离存在,真核中,也可同内质网结合,形成粗糙的内质网。 原核中,与 mRNA 形成串状 —— 多核糖体

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5 原核生 物核糖 体组成 真核生 物核糖 体组成

6 2. tRNA 结合氨基酸:一种氨基酸 有几种 tRNA 携带,结合 需要 ATP 供能, 氨基酸结 合在 tRNA3‘-CCA 的位置。 反密码子:每种 tRNA 的反 密码子,决定了所带氨 基酸能准确的在 mRNA 上对号入座 。 反密码子与 mRNA 的第三 个核苷酸配对时,不严 格遵从碱基配对原则

7 3. mRNA 携带着 DNA 的遗传信息,是 多肽链的合成模板 在原核细胞内,存在时间短, 在转录的同时翻译 在真核细胞内,较稳定 蛋白质合成时, mRNA 结 合于核糖体小亚基上,大 亚 基结合带氨基酸的 tRNA , tRNA 的反密码子 与 mRNA 密码子配对, ATP 供能,合成蛋白质。

8 三、遗传密码子 1. 密码子 为一个氨基酸编码进入蛋白质多肽链特定线性 位置的三个核苷酸单位称为密码子( Coden )或 三联体密码。 密码子的发现 统计学方法 人工合成仅由一种核苷酸组成的多聚核苷酸,推测由哪一 种氨基酸合成的多肽 核糖体结合试验 1965 年, Nirenberg 用 poly u 加入 C14 标 记的 20 种 aa, 仅有苯丙氨酸的寡肽,UUU= 苯丙氨酸, 用此法 破译了全部密码,编出遗传密码表。

9 遗传密码

10 2. 遗传密码子的特点 无标点、不重叠 密码子是不重叠的,每个三联体中 的三个核苷酸只编码一个氨基酸,核苷酸不重叠使用噬 菌体  x174 中某些基因之间有重叠现象 简并 (degeneracy) 几种密码子对应于相同一种氨基酸。 这些密码子为同义密码子 通用性 绝大多数密码子对各种生物都适用,某些线粒 体中遗传密码有例外 终止信号 UAG 、 UAA 、 UGA 起始信号 AUG (真核中起始为 Met 、原核中起始为 fMet, 翻译中间为 Met )和氨酸的密码子 (GUG)( 极少出现)

11 四、蛋白质生物合成过程 以 mRNA 为模板,氨基酸经活化获得的氨酰 tRNA 为 原料, GTP 、 ATP 供能,在核糖体中完成 。 1. 氨基酸的活化 tRNA 在氨基酰 -tRNA 合成酶的帮助下,能够识别相应 的氨基酸,并通过 tRNA 氨基酸臂的 3'-OH 与氨基酸的 羧基形成活化酯-氨基酰 -tRNA 。 氨基酰 -tRNA 的形成是一个两步反应过程:第一步是氨 基酸与 ATP 作用, 形成氨基酰腺嘌呤核苷酸; 第二步 是氨基酰基转移到 tRNA 的 3'-OH 端上, 形成氨基酰 - tRNA 。

12 氨基酸活化图示

13 氨基酸活化的总反应式是: 氨基酰 -tRNA 合成酶 氨基酸 + ATP + tRNA + H2O  氨基酰 -tRNA + AMP + PPi 每一种氨基酸至少有一种对应的氨基酰 -tRNA 合成酶。它 既催化氨基酸与 ATP 的作用, 也催化氨基酰基转移到 tRNA 。 氨基酰 -tRNA 合成酶具有高度的专一性。 每一种氨基酰 - tRNA 合成酶只能识别一种相应的 tRNA 。 tRNA 分子能接受相应的氨基酸, 决定于它特有的碱基顺序, 而这种碱基顺序能够被氨基酰 -tRNA 合成酶所识别。

14 氨基酸的活化

15 2. 在核糖体上合成肽链 氨基酰 -tRNA 通过反密码臂上的三联体反密码 子识别 mRNA 上相应的遗传密码,并将所携带 的氨基酸按 mRNA 遗传密码的顺序安置在特定 的位置,最后在核糖体中合成肽链。 肽链的合成过程(以原核为例) 起始 起始 起始 延伸 延伸 延伸 终止与释放 终止与释放 终止与释放

16 肽链合成的起始 起始密码的识别 首先辨认出 mRNA 链上的 起始点( AUG ),核糖体 小亚基上的 16S rRNA 和 mRNA 的 SD 序列(位于起 始位点上游 4 - 13 个核苷 酸)结合 N -甲酰甲硫氨酸- tRNA 的活化形成 (图示) 起始复合物的形成(图示)

17 肽链的延长 进位 进位 (氨酰 tRNA 进入 A 位点) 进位 参与因子:延长因子 EFTu ( Tu )、 EFTs ( Ts )、 GTP 、氨酰 tRNA 肽链的形成 肽酰基从 P 位点转移到 A 位点,形成新的肽链 移位移位( translocase ) 移位 在移位因子(移位酶) EF - G 的作用下,核糖体沿 mRNA ( 5’-3’ )作相对移动,使原来在 A 位点的肽 酰- tRNA 回到 P 位点

18 核糖体移动方向 P位点P位点 A位点A位点

19 进位 核糖体移位 肽链的形成

20 延长过程中肽链的生成 肽基转移酶

21 肽链的延伸过程肽链的延伸过程肽链的延伸过程肽链的延伸过程

22 肽链合成的终止与释放 识别 mRNA 的终止密码子,水解 所合成肽链与 tRNA 间的酯键,释 放肽链 R1 识别 UAA 、 UAG R2 识别 UAA 、 UGA R3 影响肽链的释放速度 RR 帮助 P 位点的 tRNA 残基脱落, 而后核糖体脱落

23 多核糖体 在细胞内一条 mRNA 链上结合着 多个核糖体,甚至可多到几百个。 蛋白质开始合成时,第一个核糖 体在 mRNA 的起始部位结合,引 入第一个蛋氨酸,然后核糖体向 mRNA 的 3’ 端移动一定距离后, 第二个核糖体又在 mRNA 的起始 部位结合,现向前移动一定的距 离后,在起始部位又结合第三个 核糖体,依次下去,直至终止。 每个核糖体都独立完成一条多肽 链的合成,所以这种多核糖体可 以在一条 mRNA 链上同时合成多 条相同的多肽链,这就大大提高 了翻译的效率 在细胞内一条 mRNA 链上结合着 多个核糖体,甚至可多到几百个。 蛋白质开始合成时,第一个核糖 体在 mRNA 的起始部位结合,引 入第一个蛋氨酸,然后核糖体向 mRNA 的 3’ 端移动一定距离后, 第二个核糖体又在 mRNA 的起始 部位结合,现向前移动一定的距 离后,在起始部位又结合第三个 核糖体,依次下去,直至终止。 每个核糖体都独立完成一条多肽 链的合成,所以这种多核糖体可 以在一条 mRNA 链上同时合成多 条相同的多肽链,这就大大提高 了翻译的效率

24 五、真核细胞蛋白质合成的特点 核糖体为 80S ,由 60S 的大亚基和 40S 的小亚基组成 起始密码 AUG 起始 tRNA 为 Met - tRNA 起始复合物结合在 mRNA 5’ 端 AUG 上游的帽子结构,真 核 mRNA 无富含嘌呤的 SD 序列(除某些病毒 mRNA 外) 起始复合物 已发现的真核起始因子有近 9 种( eukaryote Initiation factor,eIF ) eIF4A.eIF4E.P220 复合物称为帽子结构结合 蛋白复合物( CBPC ) 肽链终止因子( EF1α EF1βγ )及释放因子( RF ) 线粒体、叶绿体内蛋白质的合成同于原核细胞

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26 蛋白质合成过程小结 肽链合成方向 N C (同位素证明) 以 mRNA 的 5 ’ -3 ’ 方向阅读遗传密码 该合成过程是一个耗能过程 肽链的起始需要 5ATP ,延长时只需 4ATP ,合成一个 n 肽所需能量 4×n + 1 ATP ,原核生物中,肽链的终止不 需 GTP ,则合成 n 肽所需能量 3×n + 1

27 六、肽链合成后的 “ 加工处理 ” 1.N 端改造 fMet 的切除 2. 信号肽(能透膜,进行蛋白质的锚定)的切除 3. 氨基酸的修饰 / 改造 肽链内或肽链间的二硫键的形成、乙酰化、甲基化 肽链内或肽链间的二硫键的形成、乙酰化、甲基化 氨基酸残基的修饰( Pro-OH/Cys-OH ) 氨基酸残基的修饰( Pro-OH/Cys-OH ) 4. 糖基化 ( Asp 、 Ser 、 Thr 、 Asn ) 5. 某些多肽要经特殊的酶切一段肽链后才有生物活性 ( 如: 胰岛素 ) 6. 高级结构的形成 在分子伴侣的协助下形成正确的结构 7. 锚定(定位)

28 七、蛋白质生物合成的调节 1. 转录水平调节 2. 转录后水平调节 3. 翻译水平调节 蛋白质合成抑制剂:抗生素类阻断剂 a. 链霉素、卡那霉素、新霉素等,主要抑制革兰氏阴性 细菌蛋白质合成的三个阶段:① 50S 起始复合物的形 成,使氨基酰 tRNA 从复合物中脱落;②在肽链延伸阶 段,使氨基酰 tRNA 与 mRNA 错配;③在终止阶段,阻 碍终止因了与核蛋白体结合,使已合成的多肽链无法 释放,而且还抑制 70S 核糖体的介离。

29 b. 四环素和土霉素 b. 四环素和土霉素 c. 氯霉素 c. 氯霉素 d. 白喉霉素( diphtheria toxin ) d. 白喉霉素( diphtheria toxin ) 由白喉杆菌所产生的白喉霉素是真核细胞蛋白质合成抑制剂。它对 真核生物的延长因子 -2 ( EF-2 )起共价修饰作用,生成 EF-2 腺苷二 磷酸核糖衍生物,从而使 EF-2 失活,它的催化效率很高,只需微量 就能有效地抑制细胞整个蛋白质合成,而导致细胞死亡 由白喉杆菌所产生的白喉霉素是真核细胞蛋白质合成抑制剂。它对 真核生物的延长因子 -2 ( EF-2 )起共价修饰作用,生成 EF-2 腺苷二 磷酸核糖衍生物,从而使 EF-2 失活,它的催化效率很高,只需微量 就能有效地抑制细胞整个蛋白质合成,而导致细胞死亡 e. 亚胺环己酮(放线菌酮) 只抑制真核 60S 亚基的肽酰转移酶活性 只抑制真核 60S 亚基的肽酰转移酶活性 干扰素对病毒蛋白合成的抑制 干扰素对病毒蛋白合成的抑制

30 本章重点 : 1. 遗传密码的特性 2. 蛋白质生物合成的一般过程


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