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12 蛋白质的生物合成(补充).ppt

12 蛋白质的生物合成(补充).ppt

上传者: jjkk 2011-07-14 评分 0 0 0 0 0 0 暂无简介 简介 举报

简介:本文档为《12 蛋白质的生物合成(补充)ppt》,可适用于自然科学领域,主题内容包含蛋白质的生物合成(翻译)ProteinBiosynthesisTranslation蛋白质的生物合成(翻译)ProteinBiosynthesisT符等。

蛋白质的生物合成(翻译)ProteinBiosynthesisTranslation蛋白质的生物合成(翻译)ProteinBiosynthesisTranslation第十二章翻译将核酸中由种核苷酸序列编码的遗传信息通过遗传密码破译的方式解读为蛋白质一级结构中种氨基酸的排列顺序。蛋白质合成体系ProteinBiosynthesisSystem蛋白质合成体系ProteinBiosynthesisSystem第一节参与蛋白质生物合成的物质包括参与蛋白质生物合成的物质包括种氨基酸(AA)作为原料酶及众多蛋白因子如IF、eIFATP、GTP、无机离子三种RNAmRNA(messengerRNA,信使RNA)rRNA(ribosomalRNA,核蛋白体RNA)tRNA(transferRNA,转移RNA)一、翻译模板mRNA及遗传密码一、翻译模板mRNA及遗传密码mRNA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(singlecistron)。原核生物的多顺反子真核生物的单顺反子mRNA上存在遗传密码mRNA分子上从至方向由AUG开始每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、终止信号称为三联体密码(tripletcoden)。起始密码(initiationcoden):AUG终止密码(terminationcoden):UAAUAGUGA破译mRNA遗传密码的科学家中:Nirenbreg左:Khorana右:HolleyNirenbreg:放射性示踪Khorana:人工合成RNA片段Holley:测序遗传密码表遗传密码表目录从mRNA端起始密码子AUG到端终止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开放阅读框架。开放阅读框架连续性(commaless)连续性(commaless)遗传密码的特点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(frameshiftmutation)。简并性(degeneracy)简并性(degeneracy)遗传密码中除色氨酸和甲硫氨酸仅有一个密码子外其余氨基酸有、、个或多至个三联体为其编码。简并性(degeneracy)简并性(degeneracy)通用性(universal)通用性(universal)蛋白质生物合成的整套密码从原核生物到人类都通用。已发现少数例外如动物细胞的线粒体、植物细胞的叶绿体。密码的通用性进一步证明各种生物进化自同一祖先。摆动性(wobble)摆动性(wobble)转运氨基酸的tRNA的反密码需要通过碱基互补与mRNA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基配对规律称为摆动配对。U摆动配对密码子、反密码子配对的摆动现象密码子、反密码子配对的摆动现象二、核蛋白体是多肽链合成的装置二、核蛋白体是多肽链合成的装置目录不同细胞核蛋白体的组成核蛋白体的组成核蛋白体的组成目录核蛋白体的组成大亚基小亚基原核生物翻译过程中核蛋白体结构模式:A位:氨基酰位(aminoacylsite)E位:排出位(exitsite)目录增长中的肽链新进氨基酸残基新进氨基酸残基译码位置从E位离去的tRNA核糖体移动方向原核生物翻译过程中核蛋白体三维模型三、tRNA与氨基酸的活化三、tRNA与氨基酸的活化反密码环氨基酸臂tRNA的三级结构示意图tRNA的三级结构示意图tRNA的译码作用利用反密码子-密码子配对译码蛋白质生物合成过程TheProcessofProteinBiosynthesis蛋白质生物合成过程TheProcessofProteinBiosynthesis第二节(一)氨基酰tRNA合成酶(aminoacyltRNAsynthetase)氨基酸的活化氨基酰tRNA合成酶的结构具个结合位点:氨基酸ATPtRNAtRNA与酶结合的模型tRNA与酶结合的模型桔黄色:tRNA氨基酰tRNA合成酶反应示意图酶结合氨基酸和ATP形成氨基酰AMP形成氨基酰tRNA释放氨基酰tRNA第一步反应氨基酸+ATPE氨基酰AMPE+AMP+PPi目录第二步反应氨基酰AMPE+tRNA氨基酰tRNA+AMP+E目录氨基酰tRNA合成酶对底物氨基酸和tRNA都有高度特异性。氨基酰tRNA合成酶具有校正活性(proofreadingactivity)。氨基酰tRNA的表示方法:AlatRNAAlaSertRNASerMettRNAMet真核生物:MettRNAiMet原核生物:fMettRNAifMet(二)起始肽链合成的氨基酰tRNA翻译的起始(initiation)翻译的延长(elongation)翻译的终止(termination)整个翻译过程可分为:翻译过程从阅读框架的AUG开始按mRNA模板三联体密码的顺序延长肽链直至终止密码出现。一、肽链合成起始一、肽链合成起始指mRNA和起始氨基酰tRNA分别与核蛋白体结合而形成翻译起始复合物。原核生物各种起始因子的功能(一)原核生物翻译起始复合物形成(一)原核生物翻译起始复合物形成核蛋白体大小亚基分离mRNA在小亚基定位结合起始氨基酰tRNA的结合核蛋白体大亚基结合。IFIF核蛋白体大小亚基分离目录IFIFmRNA在小亚基定位结合目录SD序列SD序列IFIF起始氨基酰tRNA(fMettRNAimet)结合到小亚基目录IFIFIFGTPGDPPi核蛋白体大亚基结合起始复合物形成目录IFIFIFGTPGDPPi目录(二)真核生物翻译起始复合物形成(二)真核生物翻译起始复合物形成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。真核生物翻译起始复合物形成过程二、肽链合成延长二、肽链合成延长指根据mRNA密码序列的指导次序添加氨基酸从N端向C端延伸肽链直到合成终止的过程。肽链延长在核蛋白体上连续性循环式进行又称为核蛋白体循环(ribosomalcycle)每次循环增加一个氨基酸包括以下三步:进位成肽转位延伸过程所需蛋白因子称为延长因子(elongationfactor,EF)原核生物:EFT(EFTu,EFTs)EFG真核生物:EF、EF肽链合成的延长因子又称注册(registration)又称注册(registration)(一)进位指根据mRNA下一组遗传密码指导使相应氨基酰tRNA进入核蛋白体A位。目录延长因子EFT催化进位(原核生物)目录TuTsGTPGDPTuTsGTP目录(二)成肽(二)成肽是由转肽酶(transpeptidase)催化的肽键形成过程。(三)转位(三)转位延长因子EFG有转位酶(translocase)活性可结合并水解分子GTP促进核蛋白体向mRNA的'侧移动。EFG在转位中的作用模式图真核生物肽链合成的延长过程与原核基本相似但有不同的反应体系和延长因子。另外真核细胞核蛋白体没有E位转位时卸载的tRNA直接从P位脱落。(四)真核生物延长过程三、肽链合成的终止三、肽链合成的终止当mRNA上终止密码出现后多肽链合成停止肽链从肽酰tRNA中释出mRNA、核蛋白体等分离这些过程称为肽链合成终止。终止相关的蛋白因子称为释放因子(releasefactor,RF)一是识别终止密码如RF特异识别UAA、UAG而RF可识别UAA、UGA。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OH上使肽链从核蛋白体上释放。释放因子的功能原核生物释放因子:RFRFRF真核生物释放因子:eRF原核肽链合成终止过程RF目录多聚核蛋白体(polysome)多聚核蛋白体(polysome)使蛋白质合成高速、高效进行。目录电镜下的多聚核蛋白体现象目录蛋白质合成后加工和输送PosttranslationalProcessingProteinTransportation蛋白质合成后加工和输送PosttranslationalProcessingProteinTransportation第三节主要包括主要包括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。多肽链折叠为天然的三维结构一级结构的修饰高级结构修饰一、折叠一、折叠新生肽链的折叠在肽链合成中、合成后完成新生肽链N端在核蛋白体上一出现肽链的折叠即开始。可能随着序列的不断延伸肽链逐步折叠产生正确的二级结构、模序、结构域到形成完整空间构象。一般认为多肽链自身氨基酸顺序储存着蛋白质折叠的信息即一级结构是空间构象的基础。细胞中大多数天然蛋白质折叠都不是自动完成而需要其他酶、蛋白辅助。几种有促进蛋白折叠功能的大分子几种有促进蛋白折叠功能的大分子分子伴侣(molecularchaperon)蛋白二硫键异构酶(proteindisulfideisomerase,PDI)肽脯氨酰顺反异构酶(peptideprolylcistransisomerase,PPI)热休克蛋白(heatshockprotein,HSP)HSP、HSP和GrpE族伴侣素(chaperonins)GroEL和GroES家族分子伴侣分子伴侣是细胞一类保守蛋白质可识别肽链的非天然构象促进各功能域和整体蛋白质的正确折叠。HSP的结构蓝色:HSP绿色:待折叠片段热休克蛋白促进蛋白质折叠的基本作用结合保护待折叠多肽片段再释放该片段进行折叠。形成HSP和多肽片段依次结合、解离的循环。HSP循环绿:HSP红:HSP灰:GrpE伴侣素GroELGroES系统促进蛋白质折叠过程伴侣素的主要作用为非自发性折叠蛋白质提供能折叠形成天然空间构象的微环境。疯牛病(BSE)初期症状:四肢抽搐站立不稳人亦可感染称CreutzfeldtJakobdisease疯牛病脑组织显微照片脑组织中出现很多空洞形成“海绵状脑”朊病毒Prion:蛋白质传染源年由StanleyBenPrusiner宣布发现年获奖朊病毒的致病过程朊病毒的解构特点被感染的蛋白质本应为α螺旋被错误折叠为β折叠解构蛋白二硫键异构酶多肽链内或肽链之间二硫键的正确形成对稳定分泌蛋白、膜蛋白等的天然构象十分重要这一过程主要在细胞内质网进行。二硫键异构酶在内质网腔活性很高可在较大区段肽链中催化错配二硫键断裂并形成正确二硫键连接最终使蛋白质形成热力学最稳定的天然构象。肽脯氨酰顺反异构酶多肽链中肽酰脯氨酸间形成的肽键有顺反两种异构体空间构象明显差别。肽酰脯氨酰顺反异构酶可促进上述顺反两种异构体之间的转换。肽酰脯氨酰顺反异构酶是蛋白质三维构象形成的限速酶在肽链合成需形成顺式构型时可使多肽在各脯氨酸弯折处形成准确折叠。二、一级结构的修饰二、一级结构的修饰(一)肽链N端的修饰(二)个别氨基酸的修饰(三)多肽链的水解修饰鸦片促黑皮质素原(POMC)的水解修饰鸦片促黑皮质素原(POMC)的水解修饰三、高级结构的修饰三、高级结构的修饰(一)亚基聚合(二)辅基连接(三)疏水脂链的共价连接四、蛋白质合成后的靶向输送四、蛋白质合成后的靶向输送蛋白质合成后需要经过复杂机制定向输送到最终发挥生物功能的细胞靶部位这一过程称为蛋白质的靶向输送。•蛋白质的靶向输送(proteintargeting)所有靶向输送的蛋白质结构中存在分选信号主要为N末端特异氨基酸序列可引导蛋白质转移到细胞的适当靶部位这一序列称为信号序列。•信号序列(signalsequence)靶向输送蛋白的信号序列或成分(一)分泌蛋白的靶向输送(一)分泌蛋白的靶向输送真核细胞分泌蛋白等前体合成后靶向输送过程首先要进入内质网。信号肽(signalpeptide)各种新生分泌蛋白的N端有保守的氨基酸序列称信号肽。信号肽的一级结构信号肽的一级结构信号肽引导真核分泌蛋白进入内质网目录(二)线粒体蛋白的靶向输送(二)线粒体蛋白的靶向输送目录(三)细胞核蛋白的靶向输送(三)细胞核蛋白的靶向输送目录蛋白质生物合成的干扰和抑制蛋白质生物合成的干扰和抑制第四节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。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。抗生素(antibiotics)是微生物产生的能够杀灭或抑制细菌的一类药物。抗代谢药物指能干扰生物代谢过程从而抑制细胞过度生长的药物如:MP。某些毒素也作用于基因信息传递过程。一、抗生素类一、抗生素类抗生素抑制蛋白质生物合成的原理四环素族目录嘌呤霉素作用示意图嘌呤霉素作用示意图二、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毒素(toxin)干扰素(interferon)白喉毒素(diphtheriatoxin)的作用机理白喉毒素(diphtheriatoxin)的作用机理白喉毒素延长因子(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dsRNA干扰素诱导eIF磷酸化而失活ATPeIFADPeIFP(失活)Pi磷酸酶干扰素诱导病毒RNA降解干扰素诱导病毒RNA降解降解mRNAdsRNA干扰素A合成酶RNaseLRNaseL活化本章结束fMetfMet目录

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