《医学生物化学》课件第12章-蛋白质的生物合成.ppt
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1、1 1.蛋白质生物合成体系蛋白质生物合成体系2 2.蛋白质生物合成过程蛋白质生物合成过程3.3.翻译后加工和靶向输送翻译后加工和靶向输送4.4.蛋白质合成与医学蛋白质合成与医学本章主要内容本章主要内容1蛋白质生物合成的概念蛋白质生物合成的概念 蛋白质的生物合成,即翻译,是指生物细胞以蛋白质的生物合成,即翻译,是指生物细胞以mRNA为模板,按照为模板,按照mRNA分子中核苷酸的排列分子中核苷酸的排列顺序所组成的密码信息合成蛋白质的过程。就是顺序所组成的密码信息合成蛋白质的过程。就是将核酸中由将核酸中由 4 种种核苷酸序列核苷酸序列编编码的遗传信息,通码的遗传信息,通过遗传密码破译的方式解读为蛋白
2、质一级结构中过遗传密码破译的方式解读为蛋白质一级结构中20种种氨基酸的序列。氨基酸的序列。23 第一节第一节蛋白质生物合成体系蛋白质生物合成体系 Protein Biosynthesis System5蛋白质生物合成体系蛋白质生物合成体系RNA mRNA tRNA rRNA原料原料 20种氨基酸种氨基酸酶酶 氨基酰氨基酰tRNA合成酶合成酶 转肽酶转肽酶蛋白质因子蛋白质因子 起始因子起始因子 IF、eIF 延长因子延长因子 EF、eEF 终止因子终止因子 RF、eRF其它其它 ATP、GTP、无机离子、无机离子6一、一、mRNAmRNA分子含有蛋白质合成的遗传密码分子含有蛋白质合成的遗传密码7
3、mRNAmRNA的基本结构的基本结构Start of genetic messageCapEndTail5 -端非翻译区端非翻译区 5 3 3 -端非翻译区端非翻译区 开放阅读框架开放阅读框架 从从mRNA 5-端端起起始始密密码码子子AUG到到3-端端终终止止密密码码子子之之间间的的核核苷苷酸酸序序列列,称称为为开开放放阅阅读读框框架架(open reading frame,ORF)。原核生物的多顺反子原核生物的多顺反子真核生物的单顺反子真核生物的单顺反子非编码序列非编码序列核糖体结合位点核糖体结合位点起始密码子起始密码子终止密码子终止密码子编码序列编码序列PPP5 3 蛋白质蛋白质PPPm
4、G-5 3 蛋白质蛋白质AAA 8n 遗传密码遗传密码密码子密码子(codon)mRNA分分子子上上从从5 至至3 方方向向,由由AUG开开始始,每每3个个核核苷苷酸酸为为一一组组,决决定定肽肽链链上上某某一一个个氨氨基基酸酸或或蛋蛋白白质质合合成成的的起起始始、终终止止信信号号,称称为为三三联联体体密密码码(triplet codon)。)。起始密码子和终止密码子起始密码子和终止密码子起始密码子起始密码子(initiation codon):AUG终止密码终止密码(termination coden):UAAUAGUGA9第一个第一个核苷酸核苷酸第二个核苷酸第二个核苷酸第三个第三个核苷酸核苷
5、酸UCAGU苯丙氨酸苯丙氨酸苯丙氨酸苯丙氨酸亮亮 氨氨 酸酸亮亮 氨氨 酸酸丝丝 氨氨 酸酸丝丝 氨氨 酸酸丝丝 氨氨 酸酸丝丝 氨氨 酸酸酪酪 氨氨 酸酸酪酪 氨氨 酸酸终止密码终止密码终止密码终止密码半胱氨酸半胱氨酸半胱氨酸半胱氨酸终止密码终止密码色色 氨氨 酸酸UCAGC亮亮 氨氨 酸酸亮亮 氨氨 酸酸亮亮 氨氨 酸酸亮亮 氨氨 酸酸脯脯 氨氨 酸酸脯脯 氨氨 酸酸脯脯 氨氨 酸酸脯脯 氨氨 酸酸组组 氨氨 酸酸组组 氨氨 酸酸谷氨酰胺谷氨酰胺谷氨酰胺谷氨酰胺精精 氨氨 酸酸精精 氨氨 酸酸精精 氨氨 酸酸精精 氨氨 酸酸UCAGA异亮氨酸异亮氨酸异亮氨酸异亮氨酸异亮氨酸异亮氨酸甲硫氨酸
6、甲硫氨酸苏苏 氨氨 酸酸苏苏 氨氨 酸酸苏苏 氨氨 酸酸苏苏 氨氨 酸酸天冬酰胺天冬酰胺天冬酰胺天冬酰胺赖赖 氨氨 酸酸赖赖 氨氨 酸酸丝丝 氨氨 酸酸丝丝 氨氨 酸酸精精 氨氨 酸酸精精 氨氨 酸酸UCAGG缬缬 氨氨 酸酸缬缬 氨氨 酸酸缬缬 氨氨 酸酸缬缬 氨氨 酸酸丙丙 氨氨 酸酸丙丙 氨氨 酸酸丙丙 氨氨 酸酸丙丙 氨氨 酸酸天冬氨酸天冬氨酸天冬氨酸天冬氨酸谷谷 氨氨 酸酸谷谷 氨氨 酸酸甘甘 氨氨 酸酸甘甘 氨氨 酸酸甘甘 氨氨 酸酸甘甘 氨氨 酸酸UCAG遗传密码表遗传密码表101.方向性方向性(directional)翻译时遗传密码的阅读方向是翻译时遗传密码的阅读方向是5 3
7、,即读码从即读码从mRNA的起始密码子的起始密码子AUG开始,按开始,按5 3 的方向逐一阅读,直至终止密码子。的方向逐一阅读,直至终止密码子。NC肽链延伸方向肽链延伸方向53读码方向读码方向n 遗传密码遗传密码的特点的特点112.连续性连续性(non-punctuated)编码蛋白质氨基酸序列的各个三联体密编码蛋白质氨基酸序列的各个三联体密码连续阅读,密码子及密码子的各碱基之间码连续阅读,密码子及密码子的各碱基之间既无间隔也无交叉。既无间隔也无交叉。5.5.A U GA U G G C AG C A G U AG U A C A UC A U U A AU A A 3 3AlaValHisM
8、et终止密码终止密码12基因损伤引起基因损伤引起mRNA阅读框架内的碱基发阅读框架内的碱基发生插入或缺失,可能导致生插入或缺失,可能导致框移突变框移突变(frameshift mutation)。缬缬 脯脯 苏苏 天冬天冬缬缬 丙丙 酪酪 甘甘缬缬 丙丙 丝丝 精精133.简并性简并性(degenerate)一一种种氨氨基基酸酸可可具具有有2个个或或2个个以以上上的的密密码码子子为为其其编码。这一特性称为编码。这一特性称为遗传密码的简并性遗传密码的简并性。除除色色氨氨酸酸和和甲甲硫硫氨氨酸酸仅仅有有1个个密密码码子子外外,其其余余氨氨基基酸酸有有2、3、4个个或或多多至至6个个三三联联体体为为
9、其其编编码码。为为同同一一种种氨氨基基酸酸编编码码的的各各密密码码子子称称为为简简并并性性密密码码子子,也称同义密码子也称同义密码子。14各种氨基酸的密码子数目各种氨基酸的密码子数目15密码子简并性的生物学意义:减少有害突。密码子简并性的生物学意义:减少有害突。遗传密码的特异性主要取决于前两位碱基。遗传密码的特异性主要取决于前两位碱基。GCU ACUGCC ACCGCA ACAGCG ACG AlaThr164.通用性通用性(universal)l蛋白质生物合成的整套密码,从原核生物到蛋白质生物合成的整套密码,从原核生物到 人类都通用。人类都通用。l有少数例外,如动物细胞的线粒体、植物细有少数
10、例外,如动物细胞的线粒体、植物细 胞的叶绿体。胞的叶绿体。l密码的通用性进一步证明各种生物进化自同密码的通用性进一步证明各种生物进化自同一祖先。一祖先。17已发现已发现少数例外少数例外,如动物细胞的线粒,如动物细胞的线粒体、植物细胞的叶绿体。体、植物细胞的叶绿体。通用密码通用密码 线粒体密码线粒体密码AUA 异亮异亮 甲硫、起始甲硫、起始AGA 精精 终止终止AGG 精精 终止终止UGA 终止终止 色色184.摆动性(摆动性(wobble)tRNA上反密码子的上反密码子的第第1位位碱基与碱基与mRNA密码子的密码子的第第3位位碱基配对时,可以在一定范围内碱基配对时,可以在一定范围内变动,即并不
11、严格遵循碱基配对规律,这一现变动,即并不严格遵循碱基配对规律,这一现象称为象称为摆动性摆动性。19tRNA反密码子反密码子第第1位碱基位碱基IUGACmRNA密码子密码子第第3位碱基位碱基U,C,AA,GU,CUG摆摆动动配配对对U3 2 11 2 320二、二、tRNA 是氨基酸的特异是氨基酸的特异“搬运工具搬运工具”tRNA的作用的作用运运载载氨氨基基酸酸:氨氨基基酸酸各各由由其其特特异异的的tRNA携携带带,一一种种氨氨基基酸酸可可有有几几种种对对应应的的tRNA,氨氨基基酸酸结结合合在在tRNA 3-CCA的位置,结合需要的位置,结合需要ATP供能;供能;充充当当“适适配配器器”:每每
12、种种tRNA的的反反密密码码子子决决定定了了所携带的氨基酸能准确地在所携带的氨基酸能准确地在mRNA上对号入座。上对号入座。21二级结构二级结构三级结构三级结构反密码环反密码环氨基酸臂氨基酸臂tRNA的构象的构象2223核核糖糖体体又又称称核核蛋蛋白白体体,是是由由rRNA和和多多种种蛋蛋白白质质结结合合而而成成的的一一种种大大的的核核糖糖核核蛋蛋白白颗颗粒粒,是是蛋白质生物合成的场所。蛋白质生物合成的场所。三、核糖体是肽链合成的三、核糖体是肽链合成的“装配机装配机”rRNA与特定蛋白质组成核糖体与特定蛋白质组成核糖体24核糖体的组成核糖体的组成核糖体核糖体原核生物原核生物真核生物真核生物蛋白
13、质蛋白质S值值rRNA 蛋白质蛋白质S值值rRNA小亚基小亚基21种种30S16S33种种40S18S大亚基大亚基34种种50S23S5S49种种60S28S5.8S5S核糖体核糖体70S80S252.A位:位:氨基酰氨基酰 位,又称受位。位,又称受位。1.P位:位:肽酰位,肽酰位,又称给位。又称给位。3.E位:位:排出位。排出位。原核生物核糖体结构模式原核生物核糖体结构模式26氨氨基基酰酰-tRNA合合成成酶酶:ATP存存在在下下合合成成氨氨基基酰酰-tRNA,具有绝对特异性。,具有绝对特异性。转转肽肽酶酶:催催化化核核糖糖体体“P位位”上上的的肽肽酰酰基基转转移移至至“A位位”的的氨氨基基
14、酰酰-tRNA的的氨氨基基上上,使使酰酰基基与与氨氨基缩合形成肽键。基缩合形成肽键。转转位位酶酶:催催化化核核糖糖体体向向mRNA的的3 端端移移动动定定位位于于“A位位”。四、多种酶与因子参与蛋白质生物合成四、多种酶与因子参与蛋白质生物合成重要的酶类重要的酶类27起始因子(起始因子(initiation factor,IF)延长因子(延长因子(elongation factor,EF)释放因子(释放因子(release factor,RF)蛋白质因子蛋白质因子28 第二节第二节蛋白质生物合成过程蛋白质生物合成过程The Process of Protein Biosynthesis 氨基酸的
15、活化氨基酸的活化 (胞液)(胞液)肽链合成的起始(核糖体)肽链合成的起始(核糖体)肽链合成的延长(核糖体)肽链合成的延长(核糖体)肽链合成的终止(核糖体)肽链合成的终止(核糖体)蛋白质合成中蛋白质合成中mRNA模板的方向:模板的方向:5 3;蛋白质的合成方向:蛋白质的合成方向:N端端 C端。端。蛋白质生物合成的反应步骤蛋白质生物合成的反应步骤氨基酸与特异的氨基酸与特异的tRNAtRNA结合形成氨基酰结合形成氨基酰-tRNA-tRNA的过的过程称为程称为氨基酸的活化。氨基酸的活化。参与氨基酸的活化的酶:参与氨基酸的活化的酶:氨基酰氨基酰-tRNA-tRNA合成酶。合成酶。活化的反应过程活化的反应
16、过程一、氨基酸活化与搬运一、氨基酸活化与搬运氨基酸氨基酸+tRNA氨基酰氨基酰-tRNAATP AMPPPi氨基酰氨基酰-tRNA-tRNA合成酶合成酶 氨基酰氨基酰-tRNA合成酶对底物合成酶对底物氨基酸和氨基酸和tRNA都有高都有高度特异性度特异性氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶特性特性tRNA氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶ATP氨基酰氨基酰-tRNA-tRNA的表示方法的表示方法丙氨酰丙氨酰-tRNA:Ala-tRNAAla精氨酰精氨酰-tRNA:Arg-tRNAArg甲硫氨酰甲硫氨酰-tRNA:Met-tRNAMet各种氨基酸和对应的各种氨基酸和对应的tRNA结合后形成的结合后形
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- 医学生物化学 医学 生物化学 课件 12 蛋白质 生物 合成