第十二章 蛋白质的合成.ppt

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　　第十二章 蛋白质的合成

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　　正文： 蛋白质合成(Translation-翻译) mRNA碱基语言

　　蛋白质氨基酸语言

　　(密码语言——全生物界通用)

　　第一节 mRNA上的密码语言

　　IAMANCHINESE

　　TTAAGCAGC

　　1.1密码子(相当于单词)

　　4种碱基如何表示22种氨基酸呢?

　　排列组合

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　　正文： mRNA上由三个碱基决定一个氨基酸类型的 “单词”形式 ，称三联体密码子或密码子。 研究方法

　　排列组合

　　4

　　4

　　4×4=16

　　<

　　22

　　(Gp:) 4

　　(Gp:) 4

　　(Gp:) 4

　　4×4 ×4 =64

　　> 22

　　够了。

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　　(Gp:) 多聚苯丙氨酸

　　苏氨酸 Thr

　　组氨酸 His

　　苏、组氨酸交替出现的多肽

　　对人工合成的简单多聚核苷酸翻译产物进行判断

　　61——氨基酸 (1 ——开符号和甲硫氨酸) 3 ——停符号

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　　(Gp:) 苯丙氨酸

　　(Gp:) 亮氨酸

　　(Gp:) 丝氨酸

　　(Gp:) 亮氨酸

　　(Gp:) 异亮氨酸

　　(Gp:) 甲硫氨酸 或起始符

　　(Gp:) 脯氨酸

　　(Gp:) 苏氨酸

　　(Gp:) 丙氨酸

　　(Gp:) 酪氨酸

　　(Gp:) 终止符

　　(Gp:) 组氨酸

　　(Gp:) 谷氨酰胺

　　(Gp:) 天冬酰胺

　　(Gp:) 赖氨酸

　　(Gp:) 天冬氨酸

　　(Gp:) 谷氨酸

　　(Gp:) 半胱氨酸

　　(Gp:) 终止符

　　(Gp:) 色氨酸

　　(Gp:) 精氨酸

　　(Gp:) 丝氨酸

　　(Gp:) 精氨酸

　　(Gp:) 甘氨酸

　　(Gp:) 缬氨酸

　　密码子表

　　(Gp:) 通用性、兼并性、第三位碱基专一性较小

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　　标题： 1.2 遗传密码的基本特性

　　正文： 1、遗传密码无标点符号： 阅读框架(reading frames)： 通常从一个正确起点(AUG)开始，3个一组，一个不漏的读下去至终止密码。若删/增，即引起突变(移码突变)。

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　　正文： 无标点符号、读码不重叠

　　甲硫氨酸

　　(Gp:) 天冬酰胺

　　(Gp:) 精氨酸

　　(Gp:) 谷氨酸

　　(Gp:) 甘氨酸

　　(Gp:) AUG AAUAGAG AAGGCCG

　　(Gp:) …

　　…

　　一个碱基突变,会如何?

　　(Gp:) 碱基丢失

　　(Gp:) 赖氨酸

　　(Gp:) 丙氨酸

　　后续全变

　　(Gp:) 酪氨酸

　　(Gp:) U

　　(Gp:) U

　　一个碱基突变

　　一个氨基酸改变

　　但如果是密码子第三个碱基改变，氨基酸有可能不变。

　　、一定的防突变功能

　　C

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　　标题： 2 、不重叠性：

　　正文： 即读码规则是不重叠的。 但少数病毒RNA基因中有例外。

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　　正文： 大多数情况下，1个aa可有几种不同的密码子编码即简并性。 同义密码子：编码同一aa的密码子。 如：UUA、UUG、CUU、CUC、CUA、 CUG都编码Leu。 意义：①DNA碱基有较大变化时，仍保持多肽 链中aa顺序不变。 ②减少有害突变，保证了物种的稳定性。

　　3、简并性：

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　　标题： 4、摆动性：

　　正文： 密码子的专一性主要由前2个碱基决定。 第三位碱基的改变不重要： 如：His：CAU、CAC;第3位均为嘧啶; Glu：CAA、CAG;第3位均为嘌呤。 意义：降低了由于第3个碱基发生突变造成 的误差。

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　　正文： 5、密码的半通用性： 大部分生物中遗传密码是相同的，线粒体基因组有例外。

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　　标题： 6、起始与终止：

　　正文： 终止密码：UAA、UAG、UGA， 3个不编码aa的，为终止密码，不能被tRNA阅读，只被肽链释放因子识别。 起始密码：AUG， 编码甲硫氨酸(原核为甲酰甲硫氨酸)，为起始密码。 少数原核生物是GUG(缬氨酸)

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　　标题： 第二节 蛋白质的合成工厂——核糖体

　　(Gp:) 核糖体

　　(Gp:) 游离核糖体

　　(Gp:) 粗糙内质网

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　　大亚基(3rRNA+40Pr)

　　小亚基(1rRNA+34Pr)

　　(Gp:) 20~22(原18)nm

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　　(Gp:) mRNA

　　P

　　A

　　2tRNA停靠位点

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　　反密码子?

　　氨基酸臂-载运氨基酸

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　　tRNA是翻译官兼操作工。

　　反密码子—识别密码子

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　　标题： 三、蛋白质生物合成的分子机制

　　正文： mRNA解读方向： 5’ →3’ 肽链延伸方向： 从N端向C端进行。

　　5’

　　3’

　　N端

　　C端

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　　标题： 过程

　　正文： aa的激活; 肽链合成的启动; 肽链延长; 肽链合成终止释放; 肽链折叠和加工。

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　　标题： (一)氨基酸的活化(氨酰-tRNA的合成)

　　正文： aa-tRNA合成酶：具高度专一性，表现在： 1)对aa; 2)对tRNA，从而保证了pr合成的忠实性。

　　(Gp:) aa-tRNA合成酶

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　　标题： 反应过程：

　　正文： 分两步，在细胞质中完成： 1)aa-AMP-E 复合物形成：需Mg2+、Mn2+ ; 2)aa从aa-AMP-E 转移到相应的tRNA上：

　　(Gp:) E +

　　(Gp:) E-

　　(Gp:) -E

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　　标题： 表示：

　　正文： 如：用于起始的第一个aa为N-甲酰甲硫氨 酸 (fMet)， 起始用的氨酰-tRNA表示为： fMet- tRNAfMet 也可简写成： fMet- tRNA

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　　标题： (二)在核糖体上合成肽链

　　正文： 以E.coli为例 1、肽链合成的起始(initiation)： 1)起始所需材料： 核糖体30S亚基、50S亚基; 带起始密码的mRNA; fMet- tRNAfMet ; 起始因子(IF1、IF2、IF3); 2个GTP; Mg2+ 。

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　　正文： 通常在起始密码上游有S-D序列(富含嘌呤)，有利于与16S rRNA互补，有利于mRNA与rRNA的结合。故又称核蛋白结合位点(ribosomal binding site RBS)

　　①S-D序列：

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　　标题： ②原核细胞合成pr都从fMet开始;

　　正文： 由细胞内甲酰化酶催化Metα-NH2甲酰化，

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　　标题： ③起始因子(initiation factors,IF) ：

　　正文： IF3 ：阻止30S亚基与50S亚基结合; IF2 ：具GTP水解酶的作用; IF1 ：协调IF2、IF3离开小亚基。

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　　标题： 2)起始过程：

　　正文： ①大小亚基分开; ②形成复合物; 30S· mRNA· IF3 ③形成30S起始复合物 ④形成有生物学功能的70S起始复合物。 此时空着的A位点准备接受下一个aa-tRNA。

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　　标题： 2、肽链延伸(elongation)：

　　正文： 所需组分： 70S起始复合物 aa2- tRNA2 转肽酶(肽酰转移酶 peptidyl transferase) 延伸因子：EFTu、EFTs 移位因子(移位酶，G因子) 2个GTP Mg2+

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　　标题： 反应分三步：

　　正文： 1)进入A位点： Tu-GTP与aa2- tRNA2结合成复合物， aa2- tRNA2与A位点上mRNA密码子结合， 重新生成Tu-GTP。 除fMet- tRNAfMet外，所有aa-tRNA进入A位点都需先与Tu-GTP结合。

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　　标题： 2)肽键形成：

　　正文： P位点上fMet与 tRNA脱离， 在转肽酶作用下，其羧基与A位上的aa2- tRNA2的氨基形成肽键，成2肽。 此时，P位空出。

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　　标题： 3)移位：

　　正文： 在移位酶(G)作用下，肽酰- tRNA从A→P。消耗GTP。 核糖体沿mRNA 5’→3’移动了1个密码子的距离，使原来A位上的肽酰- tRNA到P位，原来P位上无负载的tRNA离开核糖体。 重复至肽链必需长度。

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　　标题： 3、肽链合成的终止与释放

　　正文： 1)所需材料： 70S核糖体、 带终止密码的mRNA、 释放因子(RF1、RF2、RF3)。

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　　标题： 2)释放因子(release factor,RF)的功能：

　　正文： RF1：识别终止密码UAA、UAG; RF2：帮助识别终止密码UAA、UAG; RF1 和RF2 还可使P位上的转肽酶活性 转变成水解酶活性，使肽酰- tRNA 进入水相而不去A位。 RF3：协助肽链从P位点释放。

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　　标题： 3)终止(termination)包括两步：

　　正文： A、RF与mRNA终止信号结合，激活转肽酶; B、水解肽链和 tRNA间的键，新合成肽链、tRNA、mRNA离开核糖体，后者即解离成大、小亚基，进入下一轮反应。

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　　多肽的合成过程

　　1.识别起始符，P位安插甲硫氨酸-tRNA

　　2.新的合适的氨基酸-tRNA插入A位

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　　3.P位上的氨基酸以肽键连接至A位氨基酸上;

　　4.核糖体延mRNA 5`→3`移动，空tRNA从P位脱落，肽-tRNA被移动至P位;

　　5`→3`

　　(Gp:) 肽键

　　P A

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　　5.重复2、3、4步

　　5`→3`

　　P A

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　　6.识别终止码，各自分离。

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　　真核生物的多核糖体蛋白质合成。

　　(Gp:) 原核生物蛋白质多核糖体合成。(1mRNA上对应数个基因)

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　　第三节 肽链合成后的“加工处理”

　　(Gp:) met

　　(Gp:) 1.切除甲硫氨酸(与起始符对应);

　　(Gp:) 信号肽

　　指导新形成的蛋白质去各自合适的位置。

　　2.到位置后切除信号肽;

　　3.糖基化修饰(对于糖蛋白);

　　4. 多亚基、辅基缔合;

　　去甲酰化酶、氨肽酶催化下，切去1或几个aa。

　　个别aa的修饰：羟基化、磷酸化、甲基化、乙酰化、糖化、酯化等。

　　5.二硫键的形成——胰岛素

　　6.在辅助蛋白参与下，新生肽折叠成有活性的构象。

　　信号肽：13-26个aa组成，中间有 高度疏水aa组 成的肽链。 功能：引导pr前往细胞固定位置。

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　　标题： 第四节 蛋白质合成的抑制与干扰

　　正文： (一)抗生素的作用： 1、四环素族： 包括金、土等。 占据A位点，抑制aa-tRNA与核糖体结合。

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　　标题： 2、氯霉素：

　　正文： 与70S核糖体结合，抑制肽链延伸; 对真核细胞的毒性可能与线粒体蛋白质合成受抑制有关。

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　　标题： 3、链霉素：

　　正文： 与30S核糖体结合，改变其构象，引起读码错误，使细菌毒素蛋白失活。

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　　标题： 4、嘌呤霉素：

　　正文： 可取代一些aa-tRNA进入核糖体A位点，在转肽酶作用下，与aa以酰胺键结合成肽酰-嘌呤霉素，此物易从核糖体上脱落，使蛋白质合成中断。

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　　标题： 5、红霉素;

　　正文： 与大亚基(23S rRNA)结合，抑制蛋白质合成。