[工学]+2蛋白质的基础结构——蛋白质与酶工程第三节.ppt

Section III Biosynthesis and Folding of Polypeptide chain 从前面学习我们了解到：蛋白质是具有高度组织、结构极复杂的生物大分子，分子量从几千到百万道尔顿，结构也有多个层次、多种类型，但在有机体内被精确产生。 学习掌握蛋白质结构形成的复杂机理，对于设计和构建新型蛋白质，都有十分重要的意义。也是蛋白质与酶工程的核心内容之一。 通过研究，我们将蛋白质在体内的形成大致分为两个阶段。 Two Stage First Stage，在遗传密码指导下将氨基酸按特定序列在核糖体上连接起来，形成只有一维结构（氨基酸序列）的多肽链，称为biosynthesis of polypeptide。 Second Stage，合成的多肽链以现在尚不清楚的机制自动折叠成为特定的三维结构，形成具有完整结构和功能的蛋白质分子，称为新生肽链折叠或蛋白质折叠（protein folding）。 参与多肽链生物合成的物质 一、合成原料???自然界由mRNA编码的氨基酸共有20种，只有这些氨基酸能够作为蛋白质生物合成的直接原料。 某些蛋白质分子还含有羟脯氨酸、羟赖氨酸、γ-羧基谷氨酸等，这些特殊氨基酸是在肽链合成后的加工修饰过程中形成的。 二、mRNA是合成多肽链的直接模板 原核细胞中每种mRNA分子常带有多个功能相关蛋白质的编码信息，以一种多顺反子的形式排列，在翻译过程中可同时合成几种蛋白质（如下图a）；而真核细胞中，每种mRNA一般只带有一种蛋白质编码信息，是单顺反子的形式（如下图b）。 mRNA是多肽链生物合成的直接模板。 每一个mRNA对应一个特定的多肽链序列。 mRNA作为模板其结构对于多肽链的合成非常重要：编码区、非编码区。 非编码区对于mRNA的模板活性是必需的，特别是5端非编码区在蛋白质合成中被认为是与核糖体结合的部位。 遗传密码表 mRNA分子上以5‘→3’方向,从AUG开始每三个连续的核苷酸组成一个密码子,mRNA中的四种碱基可以组成64种密码子。 People——Alan Garen 美国国家科学与艺术院和美国国家科学院两院院士，现为美国耶鲁大学分子生物物理与生物化学系终身教授。他率先发现了蛋白质编码的三个终止密码子，并开创了果蝇分子生物学，为现代分子生物学的主要奠基人之一。 遗传密码具有以下几种特点： 1）起始码与终止码 密码子AUG是起始密码；当然少数细菌中也用GUG做为起始码。 密码子UAA，UAG，UGA是肽链成的终止密码，不代表任何氨基酸。 2）密码无标点符号 3）密码的简并性 一种氨基酸有几组密码子，或者几组密码子代表一种氨基酸的现象称为密码子的简并性。这种简并性主要是由于密码子的第三个碱基发生摆动现象形成的，也就是说密码子的专一性主要由前两个碱基决定，即使第三个碱基发生突变也能翻译出正确的氨基酸，这对于保证物种的稳定性有一定意义。如：GCU，GCC，GCA，GCG都代表丙氨酸。 4）密码的通用性 除了真核生物线粒体的密码子有许多不同于通用密码外，大量的事实证明生命世界从低等到高等，都使用一套密码。因此这张密码表是生物界通用的。 三、tRNA是氨基酸的运载工具 密码子摆动现象密码子与反密码子结合时具有一定摆动性，即密码子的第3位碱基与反密码子的第1位碱基酸对时并不严格。这种摆动现象使得一个tRNA所携带的氨基酸可排列在2-3个不同的密码子上，因此当密码子的第3位碱基发生一定程度的突变时，并不影响tRNA带入正确的氨基酸。 四、核糖核蛋白体 核蛋白体是由rRNA和几十种蛋白质组成的亚细胞颗粒，位于胞浆内。可分为两类： 一类附着于粗面内质网，主要参与白蛋白、胰岛素等分泌性蛋白质的合成； 另一类游离于胞浆，主要参与细胞固有蛋白质的合成。 多肽链合成过程 多肽链生物合成可分为五个阶段： 氨基酸的活化 多肽链合成的起始 肽链的延长 肽链的终止和释放 多肽链合成后的加工修饰 多肽链生物合成的主要环节 多肽链生物合成的主要环节包括： 基因携带规定氨基酸序列的核苷酸三联体遗传密码 双链DNA分子的遗传信息转录到单链信使RNA(mRNA) mRNA在核糖上的翻译 二、多肽链的折叠——蛋白质三维结构的形成 多肽链折叠的基本概念 多肽链折叠的生理意义 多肽链折叠的机理 （一）多肽链折叠的基本概念： 从体内新生的多肽链或体外变性的多肽链的一维线性氨基酸序列转化为具有特征三维结构的活性天然蛋白质的过程，称为蛋白质折叠（protein folding） （二）多肽链折叠的生理意义： 所有具有生物活性的天然蛋白质都具有特征的三维结构，一旦蛋白质的三维结构遭到破坏，该蛋白质的功能活性也就丧失。 （三）折叠机理认