第2节 蛋白质合成机理,教学目标,1、理解肽链延伸的方向以及mRNA上翻译的方向； 2、理解与掌握大肠杆菌中多肽链合成的机理（过程） 3、了解真核生物与原核生物多肽链合成的区别； 4、了解蛋白质合成的抑制剂； 5、了解多肽合成后加工及定向运输；,本节主要内容,1、肽链延伸的方向和速度 2、 mRNA上翻译的方向 3、氨基酸的活化 4、多肽链合成的过程 5、真核生物与原核生物蛋白质合成比较 6、 蛋白质合成的抑制剂,3 氨基酸的活化(氨酰tRNA的合成),酯键,Gln-tRNA合成酶,氨酰-tRNA合成酶,对氨基酸和tRNA（同功tRNA ）两者都具有专一性； 20种 氨酰tRNA合成酶对氨基酸和与之对应的tRNA专一性称为 “第二遗传密码” 活性部位 氨基酸专一性很高，tRNA专一性较低，氨酰tRNA 校正部位（水解活性，第2个活性部位） Ile-氨酰tRNA合成酶：Ile-tRNAIle，错载：Val-tRNAIle Val-tRNAIle + H2O Val + tRNAIle 蛋白质多肽链合成忠实性起重要作用,4、多肽链合成的过程（大肠杆菌）,4.1 多肽链合成的起始(initiation) 4.2 多肽链合成的延伸(elongation) 4.3 多肽链合成的终止(termination)与释放,4.1 多肽链合成的起始,4.1.1 起始密码子（起始信号） 1) 起始密码子 AUG， GUG（少数） 2） SD序列Shine和Dalgarno（20世纪70年代） 在距AUG上游约10个碱基左右的位置,有一段富含嘌呤碱基的序列,称为SD序列; SD序列能与16S rRNA 3端的嘧啶碱基进行碱基互补性的识别，帮助起始，也是与核糖体结合的位点。,SD序列,4.1.2 起始氨基酸,1) 起始氨基酸 甲酰甲硫氨酸(fMet, 原核),甲硫氨酸(Met, 真核) 2) 携带Met的 tRNA tRNAiMet : 负责起始氨基酸的掺入 tRNAMet : 负责Met掺入多肽链内部 3)起始氨酰-tRNA:甲硫氨酰-tRNA合成酶 met- tRNAiMet (真核) fmet- tRNAifMet ( 原核 ),met-tRNAiMet 、fmet- tRNAiMet、 met- tRNAMet 形成图示,fmet- tRNAiMet合成图示,fmet- tRNAifMet甲酰化的作用, 甲酰化后才能与起始因子、30S小亚基结合； 使fMet- tRNAifMet结合在核糖体P位点 甲酰化可防止起始氨基酸进入延伸中的肽链， EF-Tu识别未甲基化的 Met- tRNAMet ，使Met掺入到多肽链内。,4.1.3 70S起始复合物的形成,起始因子（initiation factor, IF) IF1 、IF2 、IF3（原核） IF3: 70S核糖体的30S和50S亚基分开； IF1与IF2 ：促进fmet- tRNAifMet、mRNA与 30S 亚基的结合,1) 30S起始复合物的形成 IF1、IF3促进下，30S与mRNA起始部位结合； 然后与fmet- tRNAifMet 、GTP 、 IF2结合，形成30S起始复合物： mRNA-30S- fmet- tRNAifMet,2) 70S起始复合物的形成 30S起始复合物与50S亚基结合形成70S起始复合物（具有生物学功能）， 同时GTP水解生成GDP和Pi， IF1 、IF2 、IF3被释放。 fmet- tRNAifMet 占据P位点；,4.2 多肽链合成的延伸(elongation),4.2.1肽链的延伸因子(elongation factor,EF) EF-Tu、EF-Ts、 EFG （原核） EF-Tu、EF-Ts：促使氨酰-tRNA进入A位点 EFG：促进移位,4.2.2 多肽链延伸的过程,1） 进位 新的氨酰-tRNA进入A位， 延伸因子EF-Tu、EF-Ts参与此过程 消耗1分子GTP go 2） 转肽(transpeptidation ) 3） 移位(translocation),2) 转肽 (transpeptidation ), 酶: 肽酰转移酶(peptidyl transferase); 肽键的形成 肽酰基从P位转到A位, 肽酰-tRNA的羧基与 氨酰-tRNA的氨基之间形成肽键; ) 嘌呤霉素: 在肽酰转移酶作用下,可与肽酰-tRNA结合,形成肽酰嘌呤霉素(易从核糖体上脱落),导致多肽链合成的中断.,转肽图示1,转肽图示2,嘌呤霉素抑制蛋白质合成的机理,3) 移位(translocation),延伸因子EFG （也称移位酶）,消耗 1GTP。 移位 核糖体沿mRNA(5 3)作相对移动。每次移动1个密码子的距离。 空载tRNA从P位点移出，肽酰tRNA进入P位点，A位点空出，为新的氨酰tRNA的进位做准备。,移位图示,4.3 多肽链合成的终止(termination)与释放,4.3.1 终止信号 1）终止密码子: UAA、UGA、UAG 2） 释放因子(Releasing factor, RF) RF1: 识别UAA、UAG RF2 : 识别UAA、UGA RF3: 不识别终止密码子，激活RF1、 RF2的活性。 4.3.2 终止机制,RF与终止密码子结合, 使肽酰转移酶活性转变成酯酶活性. 水解P位点上肽酰-tRNA的酯键，然后释放了多肽链和tRNA。,蛋白质合成过程总结,1) 原料：氨基酸（活化），消耗2个高能磷酸键（2ATP）; 2) 多肽合成过程分为：起始、延伸（进位、转肽、移位）、终止三个阶段，能量消耗情况：进位（1GTP），移位（1GTP），终止（1GTP），每掺入1个氨基酸（形成1个肽键）共消耗 4ATP。 3）多肽合成过程中，多种因子参与： 氨酰tRNA合成酶，起始因子（IF1、 IF2、 IF3），延伸因子（EF-Tu、 EF-Ts 、EFG）,释放因子（RF1、 RF2、 RF3）等。,练习,1、蛋白质多肽链的延伸方向为；沿信使RNA模板的解读方向为。 2、1分子AA活化，需消耗个高能磷酸键。 3、蛋白质多肽链的合成可分为、三个阶段。 4、在蛋白质多肽链的合成过程中，消耗能量的步骤有、。,5、肽键的形成由催化合成，在移位反应中，需要的参与，一次移动的距离为密码子的。 6、哪些机制可保证翻译的准确性？ 7、大肠杆菌细胞中，多肽链是如何合成的？,5、真核生物与原核生物蛋白质合成比较,1）核糖体更大 ： 真核细胞为80S 2）起始tRNA： 真核细胞为met-tRNAmet 3）起始密码子： AUG ，mRNA的5端, 无SD序列, 但其5-帽子与起始因子的识别有关。 mRNA为单顺反子，每种mRNA只转译出1种多肽。 4）80S起始复合物：9种起始因子 eIF-1、eIF-2 、eIF-3、eIF-4A、eIF-4B、IF-4C、 eIF-4D、eIF 4E、 eIF-5,5）肽链延伸因子与终止因子 真核生物细胞的延伸因子为EF1和EF1 终止因子只有1种，eRF，可识别3种终止密码 6）翻译与转录不偶联 原核细胞翻译与转录可同时进行 7） 合成速度 真核细胞:慢 3个肽链/核糖体/秒； 原核细胞:快 10-15个肽链/核糖体/秒,6 蛋白质合成的抑制剂,抗菌素: 氯霉素、四环素、链霉素，与70S亚基结合， 抑制原核细胞的翻译,但对真核细胞不起作用。 亚胺环己酮: 只作用真核生物的80S 核糖体。 白喉霉素与EF2，抑制肽链的移位作用。,第3节 多肽链合成后的加工与定向运输,1、一级结构的加工修饰 1) N端甲酰蛋氨酸或蛋氨酸的切除 2)氨基酸的修饰：糖基化、羟基化、磷酸化、甲酰化等。 3) 二硫键的形成： 专一性氧化酶 4) 肽段的切除,2、高级结构的形成：,1）构象的形成 在分子伴侣、折叠酶等蛋白质因子协助下，形成特定的空间构象。 2）亚基的聚合 3）辅基的连接,3、靶向输送,蛋白质合成后，定向地被输送到其执行功能的场所称为靶向输送。 在这些蛋白质分子的氨基端，一般都带有一段疏水性的肽段，称为信号肽。,靶向输送图示,信号肽,由1040个氨基酸残基组成，N端为带正电荷的氨基酸残基，中间为疏水的核心区，而其组成可被信号肽酶识别并裂解， C端由小分子氨基酸残基组成。 分泌型蛋白质的定向输送：信号肽与信号肽识别粒子（SRP）识别并特异结合SRP与膜上的停泊蛋白（DP）识别并结合分泌型蛋白质进入ER腔内高尔基体细胞外,信号肽图示,分泌型蛋白质的靶向运输,作业,1、真核生物与原核生物蛋白质多肽链的区别有哪些？ 2、多肽链合成后，一级结构的加工方式 有哪些？ 3、什么是信号肽？理解信号肽在分泌型蛋白质的定向运输中的作用。,