导图社区 十二、蛋白质的生物合成
核糖体大亚基结合形成复合物:结合于IF-2的GTP被水解,促使3种IF释放,形成由完整核糖体、mRNA 、fMet-tRNA(Met)组成的翻译起始复合物。
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英语词性
生物必修一
蛋白质的生物合成
遗传密码
概念:在mRNA的开放阅读框架区,以每3个相邻的核苷酸为一组,编码一种氨基酸,这样串联的3个核苷酸被称为密码子;与其相对应的tRNA上的为反密码子
起始密码子:AUG(可编码甲硫氨酸);终止密码子:UAA、UAG、UGA(不编码氨基酸)
记忆:
特点
方向性:密码子和反密码子的碱基在RNA上从5‘→3’阅读
连续性:mRNA的密码子之间没有间隔核苷酸,与移码突变有关
简并性
64个密码子中有61个编码氨基酸,而氨基酸只有20种,因此某些氨基酸可由多个密码子编码
简并性可降低基因突变的生物学效应
通用性:从细菌到人类都使用着同一套遗传密码
摆动性
密码子的翻译通过与tRNA的反密码子配对反应而实现,这种配对有时并不严格遵循碱基配对原则
发生在反密码子的第1位碱基与密码子的第3位碱基
tRNA第1位为I,mRNA第3位是A/C/U
tRNA第1位为U,mRNA第3位是A/G
tRNA第1位为G,mRNA第3位是C/U
生物学意义:维持生物表型稳定
羟脯氨酸、羟赖氨酸无密码子;甲硫氨酸(AUG)、色氨酸(UGG)均只有一个密码子
合成体系
翻译:mRNA上的遗传信息→蛋白质中的氨基酸序列
蛋白质生物合成体系=氨基酸(20种)、mRNA(模板)、tRNA(搬运工具)、核糖体(装配场所)、酶与蛋白质因子、能量及离子
mRNA是模板
单顺反子:真核生物中,一个mRNA只编码一种蛋白质,为单顺反子mRNA
多顺反子:原核生物中,整条mRNA携带了几个多肽链的编码信息,称为多顺反子mRNA
tRNA通过反密码子与mRNA的密码子结合
tRNA上的功能部位
氨基酸结合部位:氨基酸臂的-CCA末端的腺苷酸3’-OH
mRNA结合部位:tRNA反密码环中的反密码子
一种tRNA只能转运一种特定的氨基酸
核糖体是肽链“装配厂”
核糖体沿着mRNA链由5‘→3’移动
3个功能部位
A位:氨基酰位,结合氨基酰-tRNA
P位:肽酰位,结合肽酰-tRNA
E位:出口位,释放tRNA(真核生物的核糖体上没有E位,tRNA直接从P位脱落)
需要酶类和蛋白质因子
酶:转肽酶、转位酶、氨基酸-tRNA合成酶
注意:转位酶E和转肽酶P的区别
蛋白质因子:起始因子、延长因子、释放因子(终止因子)
能量及离子:ATP或GTP、Mg2+
氨基酸的活化
概念:氨基酸与tRNA结合为氨基酰-tRNA
氨基酰-tRNA合成酶识别特定氨基酸和tRNA
①氨基酰-tRNA合成酶对底物氨基酸和tRNA都有高度特异性
②氨基酰tRNA合成酶还有校对活性
③每个氨基酸活化需消耗2个来自ATP的高能磷酸键
特殊的起始氨基酰-tRNA
原核生物的起始氨基酰-tRNA是fMet-tRNA(Met)
真核生物中,具有起始和延长功能的分别是tRNAi(Met)、tRNA(Met)
f:甲酰化 i:initiator起始
蛋白质生物合成过程翻译后加工
合成过程
起始
原核生物
核糖体大小亚基分离:IF-1、IF-3与小亚基结合,促使大小亚基分离
小亚基定位于mRNA:通过RNA-RNA-蛋白质相互作用,小亚基定位在mRNA上的起始AUG
fMet-tRNA(Met)与小亚基P位结合
核糖体大亚基结合形成复合物:结合于IF-2的GTP被水解,促使3种IF释放,形成由完整核糖体、mRNA 、fMet-tRNA(Met)组成的翻译起始复合物
真核生物
大、小亚基分离:eIF-2B、eIF-3与小亚基结合,eIF-6参与下大小亚基分离
Met-tRNA(Met)定位结合小于小亚基P位:eIF-2
小亚基定位于mRNA
eIF4B结合mRNA,促进mRNA扫描定位起始密码子AUG
大亚基结合:eIF-5
延长
进位/注册结合于A位,EF-Tu:具有GTP酶活性(原核)/eEF-1α(真核)促进进位,结合分解GTP
成肽:转肽酶(肽酰转移酶)催化形成肽键
转位:核糖体沿着mRNA的移位,EF-G(原核)/eEF-2(真核)促进tRNA卸载与释放
终止
(原核)3种RF:RF1识别UAA或UAG;RF2识别UAA或UGA;RF3与GTP结合并使其水解,协助RF1与RF2与核糖体结合
(真核)1种RF:eRF可识别所有终止密码子
多聚核糖体
肽链合成所需蛋白质因子
记忆:兔斯基(延长因子) 1和A是老大(终止因子1识别的密码子中间都是A)
能量
翻译后修饰
翻译后修饰包括:肽链折叠、二硫键形成、肽键水解、化学修饰、亚基聚合和辅基连接
肽链折叠
分子伴侣
异构酶
肽键水解生成活性蛋白质或功能肽
新生肽链的有限水解是一种最常见的翻译后加工形式
①末端被水解加工
N-端水解
经甲酰基酶而保留甲硫氨酸
被氨基肽酶水解而去除N-甲酰甲硫氨酸
C-端水解
②肽链中肽键水解产生多种功能肽:胰岛素原→胰岛素;蛋白酶原→蛋白酶
氨基酸残基的化学修饰
均为酶促反应
常见的化学修饰种类:磷酸化(可被磷酸化修饰的氨基酸包括丝氨酸、酪氨酸、苏氨酸)、糖基化、乙酰化等
亚基聚合和辅基连接
通过共价键亚基聚合为具有四级结构的蛋白质→针对具有四级结构的蛋白质
辅基连接后形成完整的蛋白质→针对结合蛋白质
靶向运输
分拣信号:也称信号序列,可引导蛋白质转移到细胞的特定部位
分拣信号的特点
位置随意
切不切随意
可以同时进行,也可以完成后进行
蛋白质的亚细胞定位分拣信号
信号肽参与的靶向运输
N-端含碱性氨基酸
蛋白质生物合成的干扰和抑制
常用抗生素抑制肽链合成的原理
抑制肽链合成起始
伊短菌素和秘旋霉素:阻碍翻译起始复合物(真核和原核)的形成→抗病毒药
记忆:一就是开始
抑制肽链延长
嘌呤霉素:作用于原核、真核核糖体,使肽酰基转移到它的氨基上后脱落(抑制成肽)→抗肿瘤药
记忆:一瓢汰渍
四环素:抑制氨基酰-tRNA与小亚基结合,干扰进位→抗菌药
记忆:使劲,30而立四环素
大观霉素:阻止转位→抗菌药
记忆:打转
链霉素、新霉素、巴龙霉素、卡那霉素:原核生物、小亚基、引起读码错误,抑制起始→抗菌药
记忆:巴卡青年(新链)读小说
夫西地酸、微球菌素、硫链丝菌肽:抑制EF-G活性,阻止转位→抗菌药
记忆:辅味精
氯霉素、林可霉素、红霉素:原核生物、大亚基、抑制转肽酶,阻断肽链延长→抗菌药
记忆:红绿林中50载
放线菌酮:抑制真核生物核糖体转肽酶的活性
记忆:纺针太大
其他干扰蛋白质合成的物质
蓖麻毒素:作用于真核生物,作用于真核生物大亚基的28SrRNA使其讲解而失活
记忆:写毒的都是真核
白喉毒素:作用于真核生物,使eEF-2发生ADP糖基化而失活,阻断肽链延长
记忆:白岩松
干扰素
抗病毒作用
①诱导蛋白质激酶活化使eIF-2磷酸化而失活,从而抑制病毒蛋白质合成
记忆:interfering
②与双链RNA共同活化2‘-5’A合成酶,2‘-5’A活化核酸酶RNaseL,后者可降解病毒mRNA,从而阻断病毒蛋白质合成
能够影响蛋白质生物合成的物质有:抗生素、毒素、干扰素