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蛋白质的生物合成你了解吗?

发布时间:2020-08-31浏览次数:209返回列表

    蛋白质合成的反应体系、三种RNA在翻译中的作用、蛋白质合成过程可分为起始、延长、终止三个阶段。原核生物翻译起始与真核生物的区别。肽链合成后的加工修饰。蛋白质生物合成的干扰和抑制。

    蛋白质的靶向输送。

    一.参与蛋白质生物合成的物质

    要点: 参与翻译过程的物质: 需要20种氨基酸作为原料、三种RNA、蛋白质因子(起始因子IF、延长因子EF及释放因子RF)、酶和ATP、GTP等, 共同协调完成蛋白质合成。

    1.mRNA是翻译的直接模板

    mRNA每3个碱基组成三联体密码子,决定一个氨基酸的信息。有64个密码子, 其中mRNA 5'端的AUG称为起始密码。UAG、UAA、UGA为肽链合成的终止信号, 其余61个密码子代表20种氨基酸。密码阅读方向是从5’到3’,决定翻译的方向性。

    遗传密码有以下生物特性:

    (1) 遗传密码的连续性,即从AUG开始,各密码子连续阅读而无间断,若有碱基插入或缺失,会造成框移突变;

    (2) 简并性,大部分氨基酸有多个密码子,以2~4个居多,可有6个。这种由多种密码编码一种氨基酸的现象称为简并性。决定同一种氨基酸密码子的头两个碱基是相同的,第三位碱基不同,第三位碱基发生点突变时仍可翻译出正常的氨基酸;

    (3) 摆动性,mRNA密码子的前两位碱基和tRNA的反密码严格配对。而密码第三位碱基与反密码第1位碱基不严格遵守配对规则,称为密码配对的摆动性。见表1-1.

    表1-1 密码子、反密码子配对的摆动现象

    tRNA反密码子第1个碱基 I U C A G

    mRNA密码子第三个碱基 U,C,A A,G G U U,C

    (4)通用性,生物体的遗传密码相同,称密码的普遍性。但线粒体密码子有例外。如AUA与AUG均代表Met和起始密码子;UGA为Trp密码子而不是终止密码子等。

    2.核蛋白体是肽链合成的场所

    核蛋白体由大、小亚基构成,每个亚基含不同的蛋白质和rRNA。大亚基有转肽酶活性,有容纳tRNA的二个部位: A位,即氨基酰位,P位,即肽酰位。

    3.tRNA和氨基酰-tRNA

    tRNA的作用是携带并转运特异氨基酸。tRNA分子上3'端的CCA序列是结合氨基酸的部位,反密码环可特异识别mRNA的密码序列。

    (1)氨基酰-tRNA合成酶。

    氨基酰-tRNA合成酶可高度特异识别氨基酸及tRNA底物,保证各氨基酸与相应数种tRNA准确结合。氨基酸-tRNA合成酶催化的反应分为两步:

    氨基酸+ATP-E───→氨基酸-AMP-E+PPi

    氨基酰-AMP-E+tRNA ───→氨基酰-tRNA+AMP + E

    此反应使氨基酸羧基活化,并使活化氨基酸转移到tRNA 3'端CCA-OH,形成氨基酸的活性形式,氨基酰-tRNA。

    (2)氨基酰-tRNA的表示方法

    原核细胞tRNA携带的甲硫氨酸可被甲酰化,称tRNAifmet,fMet- tRNAifmet专一识别起始密码AUG,第1个进入核蛋白体循环。

    甲酰转移酶

    N10-甲酰四氢叶酸+Met-tRNAifmet─────→四氢叶酸+fMet- tRNAifmet

    基本要求:

    1. 熟悉遗传密码的生物特性。

    2. 掌握氨基酰-tRNA合成酶的催化活性及特异性.

    3. 掌握三种RNA在蛋白质合成中的功能。

    基本概念:

    1. 遗传密码:模板上的核苷酸,三个为一组(三联体)决定一个氨基酸的种类,称为三联体密码。密码也决定蛋白质的一级结构。

    2. 翻译: 蛋白质生物合成称为翻译,是指把核苷酸序列组成的遗传信息,破读为蛋白质分子的氨基酸排列顺序。

    二.蛋白质生物合成过程

    要点:翻译过程可分为起始、延长、终止三个阶段,蛋白质合成在核蛋白体上进行称为核蛋白体循环(广义)。肽链的合成是从N端到C端。

    1.翻译起始 (原核生物)

    生成由起始氨基酰-tRNA、mRNA和核蛋白体组成的70S起始复合物,原核生物的起始因子(IF)有三种。其过程在原核生物和真核大同小异。

    (1)核蛋白体大、小亚基分离。

    (2)mRNA结合小亚基 mRNA起始密码上游为S-D序列,可与小亚基16S rRNA 3'端互补。紧接S-D序列的短核苷酸序列可被小亚基蛋白识别结合,两方面作用促使mRNA在小亚基上定位。

    (3)fmet-tRNAifmet结合于mRNA-小亚基复合体的AUG上,形成30S起始复合体。

    (4)大亚基加入30S起始复合体,形成70S起始复合体。

    (二)真核生物翻译起始的特点

    真核生物核蛋白体为80S(60S + 40S)。10种起始因子(eIF),见下表。

    表1-2 各种起始因子在形成起始复合物中的作用

    生成起始复合物步骤 IF eIF

    亚基分离起始tRNA就位mRNA就位大亚基结合 IF-3、IF-1IF-2、IF-1核酸-核酸、核酸-蛋白质之间的辨认结合各种IF脱落,GTP水解 eIF-3、eIF-3A、eIF-4CeIF-2、eIF2B、eIF- 3、eIF-4CeIF-4、eIF-4A、eIF-4B、eIF-4E 、eIF-4F

    1.真核起始甲硫氨酸不需甲酰化。

    2.真核mRNA没有S-D序列,但5'端帽子结构与其在核蛋白体就位相关。帽结合蛋白(CBP)可与mRNA帽子结合,促进mRNA与小亚基结合。

    2.肽链的延长

    延长阶段为不断循环进行的过程,也称核蛋白体循环。分为进位、成肽和转位三个步骤。真核及原核生物的延长,主要是延长因子体系的不同,见表1-3。

    表1-3 真核和原核生物延长因子及其功能

    原核生物 功能 真核生物

    EFTuEFTsEFG 协助氨基酰-tRNA进入A位,结合GTP从EFTu中置换GDP转位酶,促助肽酰-tRNA由A位进至P位,协助tRNA的释放 EF1αEF1β、EF1γEF2

    (1)进位

    根据A位上密码引导,相应的氨基酰-tRNA进入A位,称为进位(注册)。EF-T由EF-Tu和EF-Ts两个亚基组成, EF-Tu-GTP与氨基酰-tRNA形成 氨基酰-tRNA-Tu-GTP三元复合物并进入A位,消耗GTP完成进位,释出EF-Tu-GDP,EF-Ts促进EF-Tu 释出GDP,并重新形成EF-T,再次被利用。

    (2)成肽

    转肽酶催化催化P位上甲酰甲硫氨酰基或肽酰基转移给A位上进入的氨基酰-tRNA,形成肽键连接,生成的二肽酰-tRNA占据A位,P位连有空载 tRNA,将迅速从核蛋白体脱落。

    (3)转位

    EFG有转位酶活性,催化A位二肽酰tRNA进入P位,同时核蛋白体沿mRNA移动一个密码子, A位再次空缺,开第3个氨基酰-tRNA进位。重复上述循环,肽链在N端加入一个氨基酸。使P位依次出现3肽、4肽等。

    (一)肽链合成终止(原核)

    终止需要释放因子RF、RR。真核生物仅需一种释放因子,有GTP酶活性。

    1、任何氨基酰-tRNA不辨认终止密码,由 RF-1辨认终止密码UAA、UAG;RF-2辨认UAA、UGA。

    2、RF-3可使转肽酶的构象改变,发挥酯酶活性水解多肽、脱离tRNA。

    3、在RR作用下,tRNA、mRNA、RF与核蛋白体分离。大、小亚基分开,重新参与蛋白质合成过程。

    (二)多聚核蛋白体循环:在翻译时多个核蛋白体结合于同一条mRNA上,称为在mRNA上的密度与模板的长度有关。可使蛋白质高速、高效同时合成多条肽链。

    基本要求:

    1. 掌握原核生物翻译起始的过程。

    2.了解真核生物翻译起始的特点

    3.熟悉原核生物肽链延长的三个步骤及延长因子的作用。

    基本概念:

    1. 核蛋白体循环(广义):蛋白质合成的中心环节。是活化的氨基酸在核蛋白体上缩合成肽的过程。包括起始、延长、终止三个阶段。

    2. S-D序列(核蛋白体结合序列): mRNA起始密码AUG上游为富含嘌呤…AGGA…序列称S-D序列,可与小亚基16S rRNA 3'端互补结合。因此AGGA序列也被称为核蛋白体结合序列。

    3.核蛋白体循环(狭义)指翻译过程的肽链延长阶段。循环包括进位、成肽和转位三个步骤。每循环一次,肽链延长一个氨基酸,形成一个肽键。如此周而复始,直至肽链合成终止。

    三. 翻译后加工

    要点:新合成的多肽链,经加工修饰,转变成有生物活性的蛋白质。

    1.高级结构修饰

    由多条肽链构成的蛋白质,各亚基合成后,需聚合成四级结构。细胞内多种结合蛋白如脂蛋白、色蛋白、核蛋白、糖蛋白等,合成后需和相应辅基结合。

    2.一级结构的修饰

    (1)去除起始甲硫氨酸

    多肽链延长到一定程度,脱甲酰基酶或氨基肽酶切去起始N-甲酰基或N端甲硫氨酸。

    (2)个别氨基酸的修饰

    如肽链内或肽链间两个半胱氨酸形成二硫键。脯氨酸、赖氨酸羟基化生成羟脯氨酸和羟赖氨酸。某些蛋白质的丝、苏、酪氨酸可被磷酸化等。

    (3)水解修饰

    胰岛素、甲状旁腺素、生长素等激素初合成时是无活性的前体,经水解剪去部分肽段而成熟,如鸦-片促黑皮素原经剪切可生成几种肽类激素。

    3.蛋白质合成后的靶向运输

    蛋白质合成后运送到相应功能部位,称为蛋白质的靶向运输。合成的蛋白按功能和去向分成两类,一类为分泌蛋白,由结合于粗面内质网的核蛋白体合成。另一类分布于胞液、线粒体及核内蛋白,由游离核蛋白体合成。

    信号肽假说:信号肽位于新合成的分泌蛋白N端。对分泌蛋白的靶向运输起决定作用。①细胞内的信号肽识别颗粒(SRP)识别信号肽,使肽链合成暂时停止,SRP引导核蛋白体结合粗面内质网膜;②SRP识别、结合内质网膜上的对接蛋白,水解GTP使SRP分离,多肽链继续延长;③信号肽引导延长多肽进入内质网腔后,经信号肽酶切除。分泌蛋白在高尔基体包装成分泌颗粒出胞。

    基本要求:

    1.掌握翻译后加工的形式及意义。

    2.熟悉蛋白质靶向输送的过程及意义。

    基本概念:

    1.信号肽:未成熟的分泌性蛋白质中可被细胞转运系统识别的特征性氨基酸序列,有碱性N-末端,疏水核心区,及加工区三个区段。

    2.翻译后加工:将新合成的肽链经多种修饰加工处理,使之成为有生理活性的成熟蛋白质,称为翻译后加工。主要包括高级结构的修饰:亚基聚合、辅基连接。一级结构的修饰:去除N-甲酰基或N—蛋氨酸,个别氨基酸的修饰,水解修饰和靶向输送三方面。

    四、蛋白质生物合成的干扰和抑制

    要点:某些药物、毒素和生物活性物质等可干扰和抑制蛋白质生物合成过程。

    1.抗生素类

    通过直接阻断蛋白质生物合成而起抑菌作用。见表1-4。

    表1-4 抗生素抑制蛋白质生物合成的原理

    抗生素 作用点 作用原理

    四环素族(金霉素 新霉素、土霉素)氯霉素、链霉素、卡那霉素、嘌呤霉素放线-菌酮 原核核蛋白体小亚基原核核蛋白体大亚基原核核蛋白体小亚基原核核蛋白体大亚基真核核蛋白体大亚基 抑制氨酰-tRNA与小亚基结合抑制转肽酶、阻断延长改变构象引起读码错误、抑制起始抑制转肽酶、妨碍移位抑制转肽酶、阻断延长

    2.干扰蛋白质合成的生物活性物质

    (一)毒素

    多种毒素在肽链延长阶段可阻断蛋白质合成,如白喉毒素,通过抑制翻译延长的移位,而抑制细菌蛋白质合成。

    (二) 干扰素的作用

    干扰素可抑制病毒繁殖。机理有两方面,一是在某些病毒双链RNA存在时,诱导特异蛋白激酶活化,使起始因子eIF2磷酸化失活,抑制病毒蛋白质合成;二是干扰素与双链RNA共同活化特殊的2’-5’A合成酶,生成 2’-5’A,再活化核酸内切酶RNase L,使病毒RNA降解。

    基本要求:

    1. 了解抗生素、毒素和干扰素阻断蛋白质生物合成的作用的机理

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