第12章 蛋白质生物合成

nullnull 天津医科大学生化教研室 解 用 虹 蛋白质的生物合成 本章教学要点 本章教学要点1. 掌握蛋白质生物合成体系的组成，重点是mRNA、tRNA和rRNA的结构特点及生理功能。 2. 熟悉蛋白质合成的过程和重要意义。 3. 熟悉真核和原核生物蛋白质生物合成的异同以及蛋白质生物合成阻断剂的理论基础。 4.了解分子病的概念和相关知识。第一节 蛋白质合成体系第一节 蛋白质合成体系1. 信使核糖核酸(mRNA) 2. 转运核糖核酸(tRNA) 3. 核糖体核糖核酸(rRNA) 4. 其他成分：酶，蛋白因子， 供能物质（ATP,GTP）， 无机离子等null 一. mRNA 一. mRNA1. mRNA的来源与功能 2. 遗传密码的概念 3. 遗传密码的特点 4. 读码框架与移码1. mRNA的来源与功能1. mRNA的来源与功能2. 遗传密码的概念2. 遗传密码的概念mRNA分子中每三个相互邻近的核苷酸，按其特定的排列顺序在蛋白质生物合成中可以体现为特定的氨基酸或蛋白质合成的终止信号，它们称为遗传密码。nullnull3. 遗传密码的特点3. 遗传密码的特点⑴ 遗传密码的简并性 ⑵ 遗传密码的连续性 ⑶ 遗传密码的通用性 ⑷ 遗传密码的方向性 ⑸ 遗传密码的摆动性 ⑹ 起始密码和终止密码nullnull4. 读码框架与移码4. 读码框架与移码⑴ 读码框架(reading frame) 的概念 ⑵ 移码(Frame shift) ⑶ 移码的后果 读码框架 读码框架 在mRNA分子中，从起始密码到终止密码这一完整的核苷酸序列称为读码框架。null 二. tRNA 二. tRNA1. tRNA的来源 2. tRNA的结构特点 3. tRNA的功能 4. 不稳定配对1. tRNA的来源1. tRNA的来源2. tRNA的结构特点2. tRNA的结构特点3. tRNA的功能3. tRNA的功能4. 不稳定配对4. 不稳定配对null 三. rRNA 三. rRNA1. rRNA的来源与结构特点 2. 核糖体的结构 3. 核糖体的功能1. rRNA的来源1. rRNA的来源2. 核糖体的结构2. 核糖体的结构2. 核糖体的功能2. 核糖体的功能null2009年度诺贝尔化学奖2009年度诺贝尔化学奖一名以色列女性和两名美国人以各自独立从事的核糖体研究摘取2009年度诺贝尔化学奖。核糖体，生命细胞内的蛋白质生产者。三名获奖者在各自的漫长旅途上寻获“金钥匙”，成功破解蛋白质合成之谜的“最后一块碎片”。2009年度诺贝尔化学奖2009年度诺贝尔化学奖 第二节 蛋白质的合成过程 第二节 蛋白质的合成过程1. 氨基酸的活化与转运 2. 核糖体循环 肽链合成的起始--延长--终止 3. 真核与原核生物蛋白质合成的 异同 4. 翻译后的加工 一. 氨基酸的活化与转运 一. 氨基酸的活化与转运1. 每个氨基酸均有自己特有的tRNA 2. 每个tRNA只能携带自己特有的氨基 酸 3. 氨基酰tRNA合成酶催化相应氨基酸 与相应tRNA的连接 4. 氨基酰tRNA合成酶的高度特异性是 蛋白质翻译合成忠实性的保证nullnullnullnull 二. 核糖体循环 二. 核糖体循环1. 原核起始复合物的组成与组装 ⑴30小亚基⑵50大亚基⑶ mRNA ⑷tRNAfmet ⑸起始因子　⑹ GTP 2. 蛋白质合成的延长 3. 蛋白质合成的终止 4 . 多核糖体1. 起始复合物的组成与组装1. 起始复合物的组成与组装nullnull2. 蛋白质合成的延长2. 蛋白质合成的延长nullnull3. 蛋白质合成的终止3. 蛋白质合成的终止原核生物肽链延长因子的作用原核生物肽链延长因子的作用null4. 多核糖体4. 多核糖体 核糖体给位与受位的确定 核糖体给位与受位的确定真核与原核生物蛋白质 合成的异同真核与原核生物蛋白质 合成的异同1. 原核与真核生物蛋白质合成的 基本相同点 2. 原核与真核生物蛋白质合成的 基本不同点 3. 二者的异同在医学中的应用 1.基本相同点 1.基本相同点1. 遗传密码相同 2. 核糖体的基本组分相似 3. 合成途径基本相似 4. mRNA,tRNA 和rRNA的作 用基本相同 2. 基本不同之处 2. 基本不同之处1. 转录与翻译是否偶联 2. 蛋白因子的结构和数目不同 3. 核蛋白体结构复杂程度不同 4. 起始的tRNA携带的蛋氨酸不同 5. 终止因子数目和功能不同 6. 翻译后的加工 3. 医学中的应用 3. 医学中的应用1. 蛋白质合成阻断剂机理的阐明 2. 蛋白质合成阻断剂的选择 3. 蛋白质合成阻断剂的应用四. 蛋白质翻译后的加工四. 蛋白质翻译后的加工null五. 蛋白质的合成与分泌五. 蛋白质的合成与分泌第三节 蛋白质合成与医学第三节 蛋白质合成与医学1. 分子病 2. 病原微生物致病机理 3. 抗生素（生物阻断剂）作用 机理 4. 天然毒素的作用机理 5. 其他蛋白质的医学应用一. 分子病(molecular diseases)--1一. 分子病(molecular diseases)--11. 分子病的概念 2. 分子病形成的主要原因 3. 镰刀状红细胞性贫血 4. 脂蛋白脂肪酶缺陷 1. 分子病的概念1. 分子病的概念分子病通常是指源于蛋白质一级结构改变而产生蛋白质功能异常所致的遗传性疾病。究其根本的发病原因主要是编码蛋白质基因的读码框架改变。 2. 分子病形成的主要原因 2. 分子病形成的主要原因 读码框架发生改变的主要形式有 1. 误义突变（ missense mutation ） 2 .无义突变（nonsense mutation ） 3. 移码突变（frame shift mutation ）3. 镰刀状红细胞性贫血3. 镰刀状红细胞性贫血1.成人血红蛋白为α2β2 2.镰刀状红细胞性贫血的病因是β链结构异常(GAG→GTG) 1 2 3 4 5 6 7 HbA N--Val-His-Leu-Thr-Pro-Glu-Glu Hbs N--Val-His-Leu-Thr-Pro-Val-Glunullnullnullnullnull4. 脂蛋白脂肪酶变异4. 脂蛋白脂肪酶变异正常血浆清澈透明，甘油三酯（TG）水平低于1.7mmol/L （150 mg/dl） 本病例血浆明显混浊静置后可出现“奶油盖”，高达36mmol/ L（3200mg/dl）分子病--脂蛋白脂肪酶变异分子病--脂蛋白脂肪酶变异脂蛋白脂肪酶是水解富含甘油三酯脂蛋白中的甘油三酯为甘油和脂肪酸的关键酶，该酶结构和功能的缺陷可致患者血浆甘油三酯水平极度升高 成熟的脂蛋白脂肪酶由448个氨基酸残基组成，本病患者经分子生物学检测确定为脂蛋白脂肪酶读码框架误义突变所致脂蛋白脂肪酶结构图脂蛋白脂肪酶结构图nullnull外显子5(278bp)SSCP电泳图外显子5(278bp)SSCP电泳图分子病--脂蛋白脂肪酶变异分子病--脂蛋白脂肪酶变异正常人脂蛋白脂肪酶第207位氨基酸残基为脯氨酸（Pro），由外显子5的157--159核苷酸（CCG）编码: 正常人 CCG---Pro CCG---Pro 本例患者 CCG---Pro CTG---LeuT A C C C G----ProT A C C C G----ProT A C C C/T G----Pro/LeuT A C C C/T G----Pro/Leu先证者家系组成先证者家系组成   2. 病原微生物的致病机理2. 病原微生物的致病机理 许多病原微生物致病的重要原因之一是其产生的毒素可以抑制病原微生物携带者组织细胞的蛋白质的合成.如 白喉杆菌产生的白喉毒素 绿脓杆菌产生的外毒素A 志贺杆菌产生的志贺毒素 脊髓灰质炎病毒产生的毒素等 白喉毒素的致病机理 白喉毒素的致病机理1. 白喉毒素是由白喉杆菌产生的毒蛋白,它由A和B两条链组成,它们可催化真核生物蛋白质合成肽链延长因子T2(EFT2)失活,抑制蛋白质的生物合成. 2. 白喉毒素B链可与细胞表面特异受体结合,帮助A链进入细胞;而进入细胞的A链可催化有活性的EFT2核酸化生成无活性的EFT2,虽仍能附着于核糖体,但不能促进移位故抑制了蛋白质的生物合成. 志贺杆菌的致病机理 志贺杆菌的致病机理志贺毒素是由志贺杆菌产生的毒蛋白,由一条A链和6条B链组成, B链介导毒素与靶细胞受体结合,帮助 A链进入细胞.进入细胞的A链裂解为A1和 A2, A1具有酶活性,可催化真核生物的大亚基(60S)失活,导致tRNA进位或移位发生障碍,最终抑制了感染者组织细胞的蛋白质生物合成。 3. 抗生素作用机理 3. 抗生素作用机理 多数抗生素是相应敏感病原微生物蛋白质合成的阻断剂，它们基于真核生物与原核生物蛋白质合成机制的差异，特异地抑制病原微生物的蛋白质合成，从而达到抑菌治病的目的。如 四环素族（四环素、金霉素和土霉素等） 氯霉素 链霉素等null 四环素族抗生素抑菌机理 四环素族抗生素抑菌机理四环素族抗生素和链霉素具有较强的进入细菌的能力，而进入哺乳动物细胞的能力较弱；进入细菌的四环素族抗生素和链霉素能与原核生物的小亚基结合，使其不能很好地发挥功能而抑制相应病原微生物的蛋白质合成 四环素族抗生素和链霉素也具有一定进入哺乳动物细胞的能力，特别是它们具有较强地结合哺乳动物细胞线粒体小亚基的能力，因此显示有一定的毒副作用。 氯霉素抗生素抑菌机理 氯霉素抗生素抑菌机理氯霉素和四环素族抗生素相同具有较强的进入细菌的能力，而进入哺乳动物细胞的能力较弱；但进入细菌的氯霉素能与原核生物的大亚基特异性结合，使其不能很好地发挥功能而抑制相应病原微生物的蛋白质合成 氯霉素能抑制骨髓造血细胞的功能，可导致服用者患再生障碍性贫血，因此已基本弃用。 4. 天然毒素的作用机理4. 天然毒素的作用机理自然界存在有一些天然毒素，如蓖麻毒蛋白和河豚毒蛋白等，每公斤0.1 ug 的蓖麻毒蛋白就可以致一些动物死亡。 阐明这些毒蛋白的致毒机制，消除这些毒蛋白的作用，可以开发含这些毒蛋白物质的应用。 科学地利用这些毒蛋白可以选择性地抑制肿瘤细胞的蛋白质合成达到抑癌的目的 蓖麻毒蛋白的致毒机制 蓖麻毒蛋白的致毒机制蓖麻毒蛋白由A链和B链两条链组成，二者借二硫键相连。B链为凝集素，可与细胞膜上的含乳糖苷的糖蛋白结合，结合后二硫键还原断裂，使A链进入细胞并具有核糖苷酶的活性，进入细胞后可与60 S 大亚基结合，切除28S rRNA的4324位腺苷酸，间接抑制EFT2的作用,造成肽链合成障碍。 B链是A链进入细胞的必须条件。 蓖麻毒蛋白的潜在应用 蓖麻毒蛋白的潜在应用1. 蓖麻毒蛋白具有极强的抑制蛋白质合成的能力，若通过一定的机制使其特异性地仅作用于肿瘤细胞将会获得令人满意的效果。 2. 可以利用抗肿瘤抗体起药物导航作用，使含蓖麻毒蛋白的药物特异性地作用于肿瘤细胞。 3. 这种经人工改造的毒素称为免疫毒素，蓖麻毒蛋白因其人体内无相关的抗毒素而具有先天的优点。5. 其它蛋白质合成阻断剂5. 其它蛋白质合成阻断剂1.干扰素（interferon）是细胞感染病毒后产生的一类蛋白质。干扰素可以抑制病毒的繁殖，保护宿主，具有一定的应用前景。 2.干扰素抗病毒的可能机理是在病毒双链存在时，抑制受感染细胞的蛋白质的合成，从而使病毒难以生存，保护患者。nullnull