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蛋白质的生物合成.ppt

蛋白质的生物合成

lfgx1314
2010-01-21 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《蛋白质的生物合成ppt》,可适用于工程科技领域

ProteinBiosynthesis(Translation)蛋白质的生物合成(翻译)第十二章ThebiochemistryandmolecularbiologydepartmentofCMU 蛋白质的生物合成过程就是将mRNA分子中由碱基序列组成的遗传信息通过遗传密码破译的方式转变成为蛋白质中的氨基酸排列顺序因而称为翻译(translation)。   第一节蛋白质合成体系ProteinBiosynthesisSystem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:种氨基酸作为原料酶及蛋白因子如IF、eIF等ATP、GTP、无机离子三种RNAmRNArRNAtRNA   年Nirenberg证明了mRNA的模板作用。 一、翻译模板mRNA及遗传密码    细菌+矾土颗粒轻轻研磨细菌液离心去除细胞壁和膜提取液(DNA、mRNA、tRNA、核糖体、酶、离子)DNA水解酶种氨基酸等蛋白质   DNase蛋白质合成量时间  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)。真核生物一个mRNA只编码一种蛋白质为单顺反子(singlecistron)。  mRNA结构简图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(tripletcodon)。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条多肽链称为开放阅读框架(openreadingframe,ORF)。ORF   保温蛋白质合成停止polyUATPGTP氨基酸多聚苯丙氨酸 (UUU是Phe的密码子)  同样方法证明了CCC是Pro的密码子AAA是Lys的密码子。提取液(DNA、mRNA、tRNA、核糖体、酶、离子)遗传密码的破译遗传密码表遗传密码表密码子的第一个字母密码子的第二个字母连续性(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隔也无重叠。     重叠密码非重叠连续的密码不连续的密码  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)。  由于对mRNA外显子的加工造成mRNA与其DNA模板序列之间不匹配使同一mRNA前体翻译出序列、功能不同的蛋白质。这种基因表达的调节方式称为mRNA编辑(mRNAediting)。mRNA编辑简并性(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~个或多至个密码子为之编码。遗传密码的简并性遗传密码的简并性   密码子简并性的生物学意义:减少有害突变。   遗传密码的特异性主要取决于前两位碱基。    GCU       ACU   GCC       ACC   GCA       ACA   GCG       ACGAlaThr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。有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) tRNA上反密码子的第位碱基与mRNA密码子的第位碱基配对时可以在一定范围内变动即并不严格遵循碱基配对规律这一现象称为摆动性。摆动配对  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  核蛋白体的组成原核生物核蛋白体结构模式 S小亚基:有mRNA结合位点 S大亚基:E位:排出位(Exitsite)       转肽酶活性 大小亚基共同组成:       A位:氨基酰位            (aminoacylsite)       P位:肽酰位          (peptidylsite)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在翻译过程中起接合体(adaptor)作用又是氨基酸的运载体。氨基酸tRNA氨基酰tRNAATPAMP+PPi氨基酰tRNA合成酶(一)氨基酰tRNA合成酶(aminoacyltRNAsynthetase)氨基酸的活化第一步反应氨基酸+ATP+E→氨基酰AMPE+AMP+PPi第二步反应氨基酰AMPE+tRNA↓氨基酰tRNA+AMP+E     氨基酰tRNA合成酶对氨基酸和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氨基酸的活化形式:氨基酰-tRNA氨基酸的活化部位:α-羧基氨基酸与tRNA连接方式:酯键氨基酸活化耗能:个~P真核生物:MettRNAiMet原核生物:fMettRNAifMet(二)起始肽链合成的氨基酰tRNAfMettRNAifMet的生成:第二节蛋白质生物合成过程TheProcessofProteinBiosynthesis   蛋白质合成中   mRNA模板的方向:′→′   蛋白质的合成方向:N端→C端。 蛋白质合成过程:   起始   延长   终止一、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(translationalinitiationcomplex)。参与起始过程的蛋白质因子称起始因子(initiationfactorIF)。参与起始过程的蛋白质因子称起始因子(initiationfactorIF)。原核生物起始因子有三种:IF:占据A位防止结合其他tRNA。IF:促进起始tRNA与小亚基结合。IF:促进大小亚基分离提高P位对结合起始tRNA敏感性。(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IFIFmRNA在小亚基定位结合 SD序列:  在原核生物mRNA起始密码AUG上游存在~个富含嘌呤碱的一致性序列如AGGAGG称为SD序列。又称为核蛋白体结合位点(ribosomalbindingsiteRBS)   SD序列:  在原核生物mRNA起始密码AUG上游存在~个富含嘌呤碱的一致性序列如AGGAGG称为SD序列。又称为核蛋白体结合位点(ribosomalbindingsiteRBS)  SD序列SD序列IFIF起始氨基酰tRNA与小亚基结合IFIFIFGTPGDPPi核蛋白体大亚基结合IFIFIFGTPGDPPi起始过程消耗个GTP。(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。真核生物翻译起始因子真核生物翻译起始因子真核生物翻译起始复合物形成过程真核生物翻译起始的特点核蛋白体是S起始因子种类多起始tRNA的Met不需甲酰化mRNA的’帽子和’polyA尾结构与mRNA在核蛋白体就位有关起始tRNA先与核蛋白体小亚基结合然后再结合mRNA二、肽链的延长二、肽链的延长指按照mRNA密码序列的指导依次添加氨基酸从N端向C端延伸肽链直到合成终止的过程。   肽链的延长是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分为以下三步:进位(entrance)成肽(peptidebondformation)转位(translocation)肽链合成的延长因子(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。延长因子EFT催化进位(原核生物)TuTsGTPGDPTuTsGTP(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。   fMetfMet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)识别终止密码如RF特异识别UAA、UAG而RF可识别UAA、UGA。诱导转肽酶改变为酯酶活性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     原核生物蛋白质合成的能量计算氨基酸活化:个~PATP起始:个GTP延长:个GTP终止:个GTP结论:每合成一个肽键至少消耗个~P。多聚核蛋白体(polysome)一个mRNA分子可同时有多个核蛋白体在进行同一种蛋白质的合成这种mRNA和多个核蛋白体的聚合物称为多聚核蛋白体。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肽链一级结构的修饰高级结构修饰一、多肽链折叠为天然功能构象的蛋白质一、多肽链折叠为天然功能构象的蛋白质新生肽链的折叠在肽链合成中、合成后进行新生肽链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、模体、结构域到形成完整的空间构象。大多数天然蛋白质折叠都需要其他酶和蛋白质的辅助。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GreE族()伴侣素(chaperonins)GroEL和GroES家族分子伴侣分子伴侣是细胞中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。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结合待折叠多肽片段HSPATP复合物HSPHSPADP多肽复合物ATP水解GrpEATPADP复合物解离释出多肽链片段进行正确折叠伴侣素的主要作用: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。伴侣素系统促进蛋白质折叠过程蛋白二硫键异构酶(PDI)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NC信号肽PMOCKRKR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再分别被包装成分泌小泡而分泌出细胞。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N端侧碱性区疏水核心区C端加工区信号肽引导真核分泌蛋白进入内质网    (二)线粒体蛋白的靶向输送(二)线粒体蛋白的靶向输送(三)细胞核蛋白的靶向输送(三)细胞核蛋白的靶向输送蛋白质生物合成的干扰和抑制InterferenceInhibitionofProteinBiosynthesis蛋白质生物合成的干扰和抑制InterferenceInhibitionofProteinBiosynthesis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。一、抗生素类抗生素(antibiotics)是微生物产生的能够杀灭或抑制细菌的一类药物。一、抗生素类四环素族抗生素抑制蛋白质生物合成的原理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)的作用机理干扰素的作用机理复习思考题:概念:()翻译 ()遗传密码()密码的摆动性()氨基酸活化()SD序列()信号肽()分泌性蛋白质()靶向输送()多聚核蛋白体简述RNA在蛋白质合成中的作用。简述蛋白质生物合成的大体过程。原核生物和真核生物的翻译起始复合物的生成有何异同?简单介绍信号肽假说的具体内容。按下列DNA单链´TCGTCGACGATGATCTTCGGCTACTCGA´试写出:()DNA复制时另一条链的碱基顺序()以此为模板转录成mRNA的碱基顺序()所合成肽链的氨基酸顺序。

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