1、蛋白质的生物合成,蛋白质的生物合成,Pro 生物合成的本质：基因的表达 包括肽键的形成和AA排列顺序的确定,基因表达遗传信息的传递：DNAmRNA蛋白质生物性状,蛋白质的生物合成,DNA并不直接参与Pro的合成，Pro的合成是mRNA为模板，AA的“搬运工”tRNA，“装配机” rRNA（核蛋白体）及其它许多酶及辅助因子的协助下进行的。,一遗传密码 mRNA,遗传密码：mRNA中核苷酸的排列顺序与蛋白质中AA的排列顺序的关系称为遗传密码。 1密码子AA的代码四种核苷酸如何决定二十种AA的排列顺序？人工合成的核苷酸序列为模板，进行体外蛋白质合成。 如 多聚UUC,得三种不同的多肽. UUCUUC
2、UUCUUC 多聚Phe UCUUCUUCUUCU 多聚Ser CUUCUUCUUCUU 多聚Leu,三联体密码：3个核苷酸组成一个密码子（codon），每个codon就是特定AA代码四种核苷酸每3个一组，可组成43=64密码子 AA种类， 所以有些AA是二个以上密码子，亮Leu有六个codon 61 codon编码 二十种AA 3 codon 终止密码 UAA，UAG，UGA起始信号AUG （Pro中的Met也用此codon） Val-GUG 有时也为N-甲酰Met起始密码,2密码的性质各种生物共用一套密码 基本单位是按5 3方向编码、不重叠、无标点的三联体的三联体密码。 无间隔性：codo
3、n之间是连续的，无其他核苷酸隔开 起始codon终止codon 方向性：codon的阅读方向 mRNA 53 不重叠性： 3个核苷酸1个AA，核苷酸无重叠编码情况，如5核苷酸编码2个AA X 终止密码非兼职性 UAG，UAA，UGA 起始密码兼职性 AUG 起始codonMet codon及链内Met codon(tRNA不同) GUG Val codon 有时兼起始codon编码N-甲酰Met（少数）,2密码的性质各种生物共用一套密码 基本单位是按5 3方向编码、不重叠、无标点的三联体的三联体密码。 密码的通用性 从低等生物人，所有生物共用一套密码 但是不同的生物中，不同codon使用频率不
4、同 真核生物线粒体内的codon与通用密码有些差异 密码的简并性： 64个密码子，其中61个密码子编码20种氨基酸 一种AA由几个codon编码的性质 如 Ala codon：GCU，GCC，GCA，GCG(同义密码子） 此时codon的专一性取决于前二个碱基，此性质可减少Pro生物合成时的突变机会，提高稳定性。,优化前后mRNA二级结构预测,优化前,优化Arg,优化Arg+Ala,DNAworks优化,2密码的性质各种生物共用一套密码密码的变偶性 如 Gly codon：GGU，GGC，GGA，GGG Ala codon：GCU，GCC，GCA，GCGtRNA上的反密码子与密码子配对时，密码
5、子的第一、第二位碱基是严格配对的，第三位碱基可以有一定的变动。Crick称此现象为变偶性（wobble)。,32种tRNA 61氨基酸密子,密码的防错系统,氨基酸的极性由第二碱基决定，简并性由第三碱基决定。,2密码的性质各种生物共用一套密码 密码的防错系统 密码子的简并程度不同，但同义密码子在密码表中的分布十分有规律。氨基酸的极性由第二碱基决定，简并性由第三碱基决定。 中间碱基U,它编码的氨基酸是非极性、疏水和支链的常在球蛋白的内部 中间碱基C,它编码的氨基酸是非极性或具有不带电荷的极性侧链 中间碱基A或G,其相应的氨基酸常在球蛋白的外周，具有亲水性。 第一位是A或C，第二位是A或G，第三位任
6、意，相应的氨基酸具有亲水性侧链并具有碱性 前两位是AG,第三位任意，相应的为亲水的酸性氨基酸,密码的防错系统,密码子的分布规律可降低突变造成的危害，比如：密码子中一个碱基被置换，可能编码相同的氨基酸或理化性质相似的氨基酸。,mRNA与读码框(reading frame),mRNA携带的翻译成多肽链的遗传信息，由起始密码到终止密码的一个区域。读码框外的称非编码区,SD,SD,SD序列,翻译开始于mRNA与核糖体的结合,二、tRNA的功能“AA的搬运工”,起始Met与链内Met的tRNA不同,氨基酰tRNA,识别AA,识别遗传密码,核糖体识别位点,识别氨酰-tRNA合成酶的位点,活化反应,原核细胞
7、第一个AAN-甲酰Met,N端封闭，利于Pr合成从N C端,氨酰-tRNA合成酶对底物的选择性主要由11个氢键来决定。,氨酰-tRNA合成酶与之tRNA分子叫做“遗传密码第二”。,Tyr,Asp,Gln,Tyr,Asp,His,Thr,Gly,Gly,Cys,二、tRNA的功能“AA的搬运工”,氨基酰tRNA只有3形式的酯才能参与到转肽反应。,识别AA,识别遗传密码,GTCG与5SrRNA上的CGAAC相配对,AA接受臂,与mRNA密码子配对,7283核苷酸纸件的一段核苷酸序列与23SrRNA在大亚基（50S）中的结合有关,三核蛋白体rRNA（核糖体）,合成Pro的场所1核糖体，核蛋白体的组成
8、 核蛋白体rRNA(60%) + 蛋白质(40%)是巨大的多酶复合体，还有一些蛋白因子等在细胞中以游离形式存在，在真核细胞中也可与内质网结合，形成粗面内质网。,核蛋白体的组成,2、核蛋白体的功能Pro合成的场所,Pro合成时，mRNA与核蛋白体的结合是小亚基靠大亚基的接触面上，核蛋白体向mRNA的3端移动一定距离后，第二个核蛋白体又可结合到mRNA，一条mRNA可接5、6个或50、60个核蛋白体（一般隔80核苷酸）。意义 1）高速翻译 2）避免合成过量同种mRNA而造成错误突变。,四、蛋白体生物合成过程,Pro的生物合成是从氨基端到羧基端逐个加上AA的过程,既快又复杂,需要多种成分(200)的
9、参与. 核蛋白体循环,蛋白质生物合成,AA的活化与搬运氨基酰tRNA的合成 肽链合成的起始起始复合物的形成 四个阶段 （70S-mRNA-fMet-tRNA） 肽链的延伸包括进位,转肽,移位 肽键的终止终止codon,1. AA的活化与搬运,AA的NH2与-COOH的反应性并不强,需活化 活化反应 需:氨基酰tRNA合成酶(Mg2+),ATP, tRNA AA先与酶形成中间复合物再接到tRNA的 AA臂(3末端CCA-OH)上,活化反应,原核细胞第一个AAN-甲酰Met,N端封闭，利于Pr合成从N C端,. 氨酰tRNA合成酶的性质,a. 具有高度的专一性 识别AA 识别特异的tRNAb. 该
10、酶还有校正功能 避免携带错误的AA Phe-tRNAphe 不水解 Ile-tRNAphe 水解,SD序列,翻译开始于mRNA与核糖体的结合,1.蛋白质的合成过程 核蛋白体循环 肽链合成的起始,延长,停止(原核), 蛋白质合成的起始 需起始因子IF1,IF2,IF3, GTP （ IF1 ）IF3 促进30sRNA与mRNA的结合,IF2再结合 fMettRNAfMet 再结合50s RNA起始复合物的形成 70S.mRNA.fMet.tRNAfMet,蛋白质合成的起始,GTP,蛋白质合成的起始,消耗GTP,肽链的延伸 包括进位,转肽和移位三个步骤,需延长因子,EF-Tu,EF-Ts,GTP的
11、参与a. 对应mRNA上第二codon的AA-tRNA进A 位b. 在肽基转移酶的催化下,P位的fMet转移到A位的AA-tRNA上,与2位的AA残基的-NH2宿合,形成二肽酰tRNA fMetAA2tRNA，P位空tRNA掉下。c. A位的二肽酰tRNA移到P位,空出A位 如此,第三,第四,n个AA的AAtRNA继续参与肽链的合成。,a. 对应mRNA上第二codon的AA-tRNA进A 位b. 在肽基转移酶的催化下,P位的fMet转移到A位的AA-tRNA上,与2位的AA残基的-NH2宿合,形成二肽酰tRNA fMetAA2tRNA，P位空tRNA掉下。c. A位的二肽酰tRNA移到P位,
12、空出A位 如此,第三,第四,n个AA的AAtRNA继续参与肽链的合成。, 肽链合成的终止(UAA UGA UAG),终止密码出现在A位,终止因子(RF1, RF2, RF3)识别终止codon,RF因子促进P位上肽链水解释放及tRNA的释放,离开rRNA,IF3促进亚基解聚,30S,50S又用于新肽链的合成实际活细胞中Pro合成时,每条mRNA上同时结合多个核糖体,这样可充分利用mRNA,提高Pro的合成效率.,肽链的终止,翻译水平调节,1、不同mRNA翻译能力的差异,5端SD序列的控制强弱影响翻译起始频率,GGAGG是弱SD序列的最偏好模式AAGGA是强SD序列的最偏好模式。,稀有密码子的调
13、控,2、翻译阻遏作用,核糖体蛋白的合成严格保持与rRNA相应的水平。,核糖体蛋白过量，积累，和自身mRNA起始控制部位相结合而影响翻译。,3、反义RNA的作用,（反义RNA即具有互补序列的RNA）,3、真核细胞蛋白质合成,真核细胞蛋白质合成与原核细胞有一定的差别 合成场所核蛋白体大(80S-60S,40S) 起始AA为Met 起始codon只有AUG,五. 蛋白质运输与翻译后修饰功能蛋白的生成,蛋白质运输与信号肽(signal or leader sequance)信号肽序列；需要运输的新合成蛋白N端含有的一段特殊的氨基酸序列。转运的过程中该序列被信号肽酶切除。信号肽的结构特征；含1040个氨
14、基酸残基，氨基端至少含有一个带正电的氨基酸，中部有长度为10-15高度疏水的氨基酸（丙氨酸、亮氨酸、缬氨酸、异亮氨酸、苯丙氨酸） 信号肽的功能；携带蛋白质通过脂膜，达到一定的位置。,信号肽的结构特征,信号肽的跨膜作用,SRP;Signal recognition particle,信号肽的跨膜作用,信号肽的跨膜作用与蛋白质的糖基化,长醇,五.蛋白质翻译后修饰与加工功能蛋白的生成,合成后的Pro需经过加工,修饰,正确的折叠才能成为功能蛋白重要的修饰方式:N-末端Met的切除原核生物大多Pr不含Met 1个或多个AA残基切除真核生物的Pr不含1位Met原核生物的N-End 不含甲酰基脱甲酰基酶二硫
15、键的形成二硫键异构酶 正确-S-S-的形成,重要的修饰方式 肽链的部分切除 某些肽链合成后需经酶水解切除一些肽链后才能折叠出正确的构象 正确的折叠 分子伴侣 molecular charperones分子伴侣(chaperone)是一种帮助其它蛋白质正确折叠成功能蛋白的巨大蛋白质(有多个亚基),广泛存在于生物界.分子伴侣在蛋白质（一级结构）合成结束前阻止新生多肽的错误折叠 AA残基的修饰 如羧基化,羟基化,磷酸化,甲基化,乙酰化,糖化等 与辅助因子的结合,六. 抗生素对核酸合成及蛋白质合成的影响,许多抗生素能抑制遗传信息的表达,最终抑制蛋白质的合成1. 作用于DNA合成的抗生素复制（或转录）的
16、抑制剂丝裂霉素C:与DNA结合,对细菌和恶性细胞有一定的选择性,用于抗菌,抗癌博莱霉素A2:作用于DNA的G-C碱基对,切断DNA,有抗菌抗癌作用抗癌霉素:与DNA pol 的-SH作用,干扰DNA合成新制霉素:作用于生物膜,破坏DNA 药物:嘧啶及嘌呤的衍生物,5-氟尿嘧啶,6-SH嘌呤等,干扰正常DNA合成烃化剂,氮芥,环磷酰胺等, 使碱基烃化缺陷DNA分子,2.作用于RNA合成的抗生素转录抑制剂利福平:半合抗 抑制 RNA pol放线菌素D:插入双链DNA之间,阻止单链DNA的形成 3.作用于蛋白质合成的抗生素翻译抑制剂氯霉素,红霉素:与细菌50SrRNA(核蛋白体)结合,抑制70S核糖体生成,不抑制真核生物80S核糖体的生成嘌呤霉素:结合于50S A位,阻止正常进位土霉素,链霉素,四环素,金霉素等作用于30S rRNA,阻止翻译的进行,嘌呤霉素,习题,何谓密码的简并性和变偶性？两者有何关系？阐述蛋白质生物合成的全过程。什么是信号肽?有何特征和功能?在蛋白质定向输送时，多肽本身有何作用？分子伴侣有何功能?,细胞代谢与基因表达调控,
