蛋白质的生物合成 --- 翻译 (translation)
翻译 ( 蛋白质的生物合成 ):) 以氨基酸氨基酸为原料 以 mrna 为模板 以 trna 为运载工具 以核糖体核糖体为合成场所 起始 延长 终止各阶段蛋白因子蛋白因子参与 合成后加工成为有活性蛋白质 2
第一节参与蛋白质生物合成的物质 氨基酸 mrna trna 核糖体 酶及蛋白质因子 ATP GTP 3
一 mrna 与遗传密码 遗传密码 (genetic( code)- 共 64 个遗传密码 (DNA)mRNA 5 AUG5 UCC ACC GUA UAA 3 蛋白质 三联体 = 一个密码子 Ser Thr Val 暗码子 一个密码子 / 暗码子 起始密码 ----AUG 终止密码 ----UAA/UGA/UAG 一个氨基酸 4
* 遗传密码的基本特点 方向性与无间隔性 连续阅读从 mrna5 3 肽链合成 N 端 C 端 阅读框移位 (frame( shift), 蛋白功能丧失 简并性 一个 A.A 有多个密码 密码上第一 二位上碱基 不变, 第三位碱基可改变 如 :UC: UCU UCC UCA UCG 都代表 Ser 6
兼职性 AUG: 起始信号 Met 的密码子 通用性 从最简单的生物 ( 病毒 ) 到人类, 使用同一套遗传密码 8
二. 氨基酸的 搬运工具 ----trna 作用 是氨基酸的特异 搬运工具 1A.A---- ----2~6 特异 trna 起 接合器 作用 和 mrna 摆动配对 9
1 密码子与反密码子的摆动配对 反密码子与密码子的相互作用 前二对 严格碱基配对 第三对 摆动配对 11
密码 反密码 1 2 3 5 3 G C CA U 3 5 C G I 3 2 1 自由度的大小由 trna 反密码子第一位碱基的种类决定 mrna trna trna 的反密码子与 mrna 分子上的密码子摆动配对 12
2 起始 trna 与普通 trna 种类 起始 trna--- trna met i 只能识别翻译起始起始信号 AUG 只能结合于核糖体的肽位 普通 trna---- trna met 在翻译延长延长中发挥作用 只能结合于核糖体的氨基酰位 13
原核生物 起始 trna 延长 trna 起始密码只能辨认甲酰甲硫氨酸 (fmet( fmet) fmet-trna trna met i 延长识别 Met 时为 Met-tRNA trna met 真核生物 起始 trna 延长 trna 起始密码只能辨认甲硫氨 (Met)( Met-tRNA trna met i 延长识别 Met 时为 Met-tRNA trna met e 14
三 肽链合成的 装配机 --- 核糖体 核糖体结构 核糖体种类 ( 胞质中 ) 由大小二亚基组成 给位 (P( 位, 肽位 ):) 起始时时, trna met i 结合于核糖体的肽位延长成肽后, 肽链转到此位 受位 (A( 位, 氨基酰位 ): 延长成肽时, 氨基酰 trna 就加入此位 游离的核糖体 --- 合成细胞固有蛋白 与粗面内质网结合的核糖体 --- 合成带有信号肽信号肽的分泌性蛋白质 15
多核糖体 一条 mrna 链上同时具有同时具有许多个核糖体 ( 每隔 80 核苷酸有一个核糖体 ) 一条 mrna 可同时合成多条多肽链 16
四 可溶性蛋白质因子 起始因子 延长因子 释放因子 initiation factors IF eukaryote initiation factors eif elongation factors EF eukaryote elongation factors eef release factors RF 五 能量与酶 ATP GTP, 多种酶 17
第二节蛋白质合成的过程 原核生物 氨基酸的活化与转运 肽链合成的起始 肽链的延长 核糖体循环 肽链合成的终止 蛋白质的加工 修饰 18
一 氨基酸的活化与转运 酶 氨基酰 trna 合成酶 绝对专一性 1 个 A.A 1 个氨基酰 trna 合成酶 催化反应 活化 A.A--- 活化 -COOH 消耗 2 个 ATP 活化 A.A+tRNA 氨基酰 trna 19
酶的两个位点 结合位点 结合正确的 A.A 活化 水解位点 保证 A.A 序列的正确性 20
第一步反应 消耗 2ATP 第二步反应 3 -CCA-OH
第二步反应
二 肽链合成的起始 所需的条件 游离的核糖体大小亚基 mrna 5 5 端的起始信号 起始 trna-- --trna trna met i GTP 三种可溶性起始因子 (IF) 23
三种起始因子 IF 1 辅助 IF 3 IF 2 有 GTP 酶活性 特异识别 fmet-trna trna met i 形成 fmet-trna trna met i - IF 2 -GTP IF 3 促进 30S 小亚基结合 mrna 终止时 : 促使核糖体解离 24
30s 起始复合物形成 1. 核糖体亚基的拆离 2.mRNA 在小亚基上就位 起始序列 (SD 序列 ) 30S 小亚基与 mrna 识别 结合 IF 1 IF 3 协助 3.fmet fmet-trna trna met f 的结合 fmet-trna trna met f -IF 2 -GTP 通过其反密码与 mrna 上的起始密码 AUG 相配对 25
SD 序列 (shine shine-dalgarno 序列 序列 ):--- 原核生物 1. 位于起始密码上游 25 个核苷酸, 2. 序列富含嘌呤 ( 如 AGGA /GAGG) ) 的一段序的列 3. 能和原核生物 16s rrna 相应的富含嘧啶序列互补 4. 在 IF 3 IF 1 促进下和 30S 亚基结合 26
SD 序列 起始密码
70s 起始复合物形成 1.IF 3 脱落 70s 起始复合物组成 1. 大小亚基 2.50S 大亚基结合 2.mRNA 3.GTP GDP+Pi 4.IF 2 IF 1 脱落 3. fmet-trna trna met i ( 结合于核糖体的给位 < 肽位 >) 28
30S 50S
三. 肽链的延长 ( 进位 成肽 移位 ) 所需的条件 70S 起始复合物 延长 trna 转运氨基酸 延长因子 (EF) GTP 30
1. 进位氨基酰 -trna 根据遗传密码的指引, 进入核糖体的受位 参与的延长因子 EF-Tu 协助 AA-tRNA 进入受位具有 GTP 酶活性 EF-Ts 促进 EF-Tu 的再利用 31
2. 转肽 酶 肽键 转肽酶 ( 大亚基 ) 催化形成肽键 给位位 :f-met: met-( 肽酰 ) 的 α-coo - + 受位 : 氨基酰的 α-nh + 4 位置 形成肽键 受位 : 反应在此位上进行 ( 给位上的 f-met 退至受位 ) 生成的二肽在受位上 给位 : 无负载 trna 33
3. 移位在受位的二肽链连同 mrna 从受位进入给位 酶 位置 方向 转位酶 ----EFG 有 GTP 酶活性 协助 mrna 前移, 游离 trna 释放 给位 : 肽 -trna-mrna 受位 : 空留, 下一个 AA 进入 mrna: 从 5 3 移动 1 个带有肽链的 trna: : 从受位从给位 肽链合成 : 从 N 端 C 端延长 35
4. 脱落 : 给位上无负载的 trna 在肽键形成前从 E 位脱落 36
5. 延长的特点 : 摇摆前进 延长时的能量 保证蛋白质合成的连续性 防止肽酰 trna 脱落形成无活性的未成熟蛋白质 每合成一个肽键, 消耗 4 个高能磷酸键 活化 :2: 个 ATP 进位 :1: 个 GTP 移位 :1: 个 GTP 37
四. 肽链合成的终止 终止密码的辨认 肽链从肽酰 -trna 水解出 mrna 从核糖体中分离及大小亚基的拆开 蛋白质因子的参与 UAA UAG UGA GTP GDP+Pi IF 3 结合 30 小亚基 RF : 1 作用于 UAA UAG RF 2 : 作用于 UGA RF 3 : 促进释放结合 GTP/GTP 酶活性 38
五. 真核生物翻译的特点 : 遗传密码 转录与翻译 起始因子 mrna 真核生物 相同 不偶联,mRNA, 的前体要加工 多 起始复杂 5 端 : 帽子 3 端 : 尾巴 单顺反子 原核生物 相同 偶联 少 无需加工 多顺反子 5 端 :SD: 序列 40
五. 真核生物翻译的特点 : 核糖体 起始 trna 合成过程 线粒体 真核生物 大而复杂 Met-tRNA trna met i 需 ATP 起始因子多 延长因子少 (EFT 1 EFT 2 ) 一种释放因子 独立的蛋白质合成系统 原核生物 简单 fmet-trna trna met i 需 ATP GTP IF 1 IF 2 IF 3 EF-TU EF-TS EFG RF 1 RF 2 RF 3 41
第三节翻译后加工 一级结构的修饰 : N- 端 Met(fMet) 去除 二硫键的形成 个别氨基酸的修饰 蛋白质前体中不必要肽段的切除 多蛋白的加工 羟化作用 : 羟脯氨酸羟赖氨酸 酶活性中心的磷酸化 分泌性蛋白 一条合成后的多肽链经加工产生多种不同活性的蛋白质 / 多肽 44
分泌性蛋白的加工 分泌性蛋白合成时带有 信号肽 (signal peptide) 有些蛋白质前体在合成结束后仍需切除其他肽段例如 : 胰岛素的加工 45
胰岛素的加工过程
带有信号肽的分泌性蛋白的加工 分泌的过程 胞浆 带有信号肽信号肽的分泌蛋白 粗面内质网 信号肽颗粒识别 结合 通道识别 信号肽酶切除信号肽 高尔基体 肽链合并 进一步加工 分泌出胞外 47
信号肽 (signal peptide): (1) 在真核生物真核生物未成熟分泌性蛋白质中, 可被细胞转运系统识别的特征性氨基酸序列, 约 15-30 AA( 含疏水 AA 较多 ) (2) 作用 : 把合成的蛋白质移向粗面内质网膜与粗面内质网膜结合 ( 信号肽颗粒 信号肽颗粒识别 结合 ) 把合成的蛋白质送入粗面内质网膜 (3) 信号肽对靶向输送有决定作用 48
多蛋白的加工 一条合成后的多肽链经加工产生多种不同活性的蛋白质 / 多肽
高级结构的修饰 : 亚基的聚合 HbA 亚单位聚合 结合蛋白质的合成 糖蛋白的合成 辅基连接 辅基 ( 辅酶 ) 与肽链的结合 50
第四节 蛋白质合成与医学 一 分子病 : 蛋白质分子中氨基酸序列异常的遗传病 例如 : 镰刀红细胞贫血 原因 :DNA: 中出现了一个碱基突变 51
HbS:β 链 N 端第 6 个氨基酸为 Val 导致 :HbS: 携氧能力下降, 缺氧时 RBC 呈镰刀状, 脆性增加, 溶血 正常人 Hb(HbA): β 链 N 端第 6 个氨基酸为 Glu 52
二 蛋白质生物合成的阻断剂 1 抗菌素类阻断剂 ( 表 14-5) 2 作为蛋白质合成阻断剂的毒素 细菌毒素 ---- 白喉毒素 对真核生物有剧毒的毒素, 抑制蛋白质的合成 53
白喉毒素 白喉杆菌产生的毒蛋白,A, B 两条链组成 本质 : A 链 -- 修饰酶 B 链 识别受体, 协助 A 链 作用机制 : eef 2 A 链 eef 2 - 腺苷二磷酸衍生物 ( 无活性 ) 54
酶 (eef 2 的作用相当于 EFG) ( 无活性 ) 55
3 作为蛋白质合成阻断剂的其他蛋白质类物质 (1) 干扰素 (interferon( interferon) 干扰素真核细胞感染病毒后分泌的具有抗病毒作用的蛋白质, 抑制病毒的繁殖 干扰素的抗病毒机制 : 干扰素 eif 2 -P + 双链 RNA 2-5 A 合成酶 (-) 蛋白质合成 (-) 蛋白质合成 ( 诱导产生 ) 56
2 1
(2)eIF 2 蛋白激酶 缺铁性贫血是网织红细胞蛋白合成障碍 机制 : eif 2 蛋白激酶活化 eif 2 磷酸化 缺铁性贫血 血红素不足时 eif 2 蛋白激酶活化 eif 2 磷酸化 eif 2 活性下降 Hb 合成减少 58
GEF 正常时 :eif 2 -GDP eif 2 -GTP 缺铁性贫血 :