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文檔簡介
1、第一節(jié) 蛋白質的降解、吸收和轉運,第二節(jié) 氨基酸的分解,第三節(jié) 氨基酸的合成,第四節(jié) 蛋白質的合成,第五節(jié) 蛋白質代謝的調節(jié),第九章 蛋白質代謝,第一節(jié) 蛋白質的降解、 吸收和轉運,一、蛋白質的降解,,,,,二、蛋白質的吸收和轉運,一、 蛋白質的降解,蛋白質在生物體內的降解,就是在酶的催化下通過加水分解,使蛋白質中的肽鍵斷裂,最后生成氨基酸的過程。,1、蛋白質降解的特性,(1)細胞選擇性降解非正常蛋白質(2)機體降解外源蛋
2、白質,(1)細胞選擇性降解非正常蛋白質,細胞有選擇性地降解蛋白質,主要是通過泛素介導的。 絕大多數活性變化快速的酶都在細胞代謝中具有重要的調控作用。 酶對降解的敏感性與它們的催化活性以及變構性質密切相關。,(2)機體降解外源蛋白質,外源蛋白質不能直接進入細胞內部,必須分解成氨基酸后才能被細胞利用。 蛋白質水解成氨基酸主要是通過蛋白酶實現的,它們能夠水解蛋白質的肽鍵。 按照水解多肽的方式不同,蛋白酶又可分為蛋白內切酶、蛋白外切酶以
3、及二肽酶三類。,2、內源蛋白質降解的反應機制,溶酶體的降解機制 ATP-依賴性的以細胞溶膠為基礎的泛素調節(jié)降解機制,真核細胞降解內源蛋白質的兩種體系:,2、內源蛋白質降解的反應機制,泛素與降解蛋白質的結合過程,(1)肽鏈內切酶,概念:能水解肽鏈內部肽鍵的酶 舉例: 胃蛋白酶,芳香和酸性氨基酸的羧基端肽鍵。 胰蛋白酶,堿性氨基酸的羧基端肽鍵。 胰凝乳蛋白酶,芳香氨基酸的羧基端肽鍵。 彈性蛋白酶,脂
4、肪族氨基酸的羧基端肽鍵。,(1)肽鏈內切酶,,,,,胃蛋白酶,胰凝乳蛋白酶,彈性蛋白酶,胰蛋白酶,代表性酶切位點,(2)肽鏈外切酶,概念:只水解肽鏈兩端氨基酸所形成的肽鍵羧肽酶:從多肽鏈的游離羧基端逐一地將肽鏈水解成氨基酸。氨肽酶:從多肽鏈的游離氨基端逐一地將肽鏈水解成氨基酸。,(2)肽鏈外切酶,,,羧肽酶,氨肽酶,(3)二肽酶,只水解二肽,,二肽酶,二、蛋白質的吸收和轉運,依賴載體蛋白的主動運輸,,由γ-谷氨酰轉肽酶催化的γ-谷氨
5、酰循環(huán),二、蛋白質的吸收和轉運,,第二節(jié) 氨基酸的分解,食物蛋白質,氨基酸,,,酶、部分激素,組織蛋白,,合成,分解,,合成,消化分解,,,脫氨,CO2+胺,,,,氨,α-酮酸,,,,,嘧啶,NH4+,鳥氨酸循環(huán),尿素,門冬酰胺谷氨酰胺,,,,糖代謝產物,脂代謝產物,合成,,合成脂肪,,合成糖,,,TCA循環(huán),,H2O+CO2+ATP,脫羧,,呼出,變尿、維生素、激素,氨基酸的共同代謝包括脫氨基作用和脫羧基作用。,,R,CH,,NH3+
6、,,COO-,,,R-CO - COO -+NH4+,R-CH2 - NH2+CO2,,α-酮酸,胺,脫氨基作用,脫羧基作用,第二節(jié) 氨基酸的分解,一、氨基酸的分解作用,,,,,,,三、氨基酸碳骨架的氧化途徑,二、尿素的形成,,,四、由氨基酸衍生的其它重要物質,一、氨基酸的分解作用,1、脫氨基作用2、脫羧作用3、氨基酸分解產物的去向,(1)氧化脫氨基作用(2)非氧化脫氨基作用(3)轉氨基作用(4)聯合脫氨基作用,1、脫氨基作用
7、,在酶催化下,氨基酸氧化成α-酮酸,耗氧并產生氨。,,2R,CH,,NH3+,,COO-+O2,,,2R,C,,,,O,COO-,+2NH4+,氧:氨:α-酮酸=1:2:2,(1)氧化脫氨基作用,(1)L-氨基酸氧化酶:體內分布不多,最適pH10左右(2)D-氨基酸氧化酶:體內分布多,活力強,但體內D-氨基酸不多(3)L-谷氨酸脫氫酶:輔酶為NAD+或NADP+,能催化L-谷氨酸氧化脫氨基,生成α-酮戊二酸及氨。此酶在動植物、微生物
8、中普遍存在,而且活力強,最適pH為中性,且許多生物中只有谷氨酸能進行氧化脫氨,作用較大。,催化氧化脫氨基反應的酶,(4)甘氨酸氧化酶:該酶使甘氨酸脫氨生成乙醛酸。 (5)D-天冬氨酸氧化酶:催化D-天冬氨酸脫氨生成草酰乙酸 。,催化氧化脫氨基反應的酶,,(1)直接脫氨基作用(2)水解脫氨基作用(3)脫水脫氨基作用(4)脫巰基脫氨基作用(5)氧化還原脫氨基作用(6)脫酰氨基作用,主要見于微生物,但不普遍,可分為:,(2)非氧化
9、脫氨基作用,轉氨基作用:一種α-氨基酸的氨基可以轉移到α-酮酸上,從而生成相應的一分子α-酮酸和一分子α-氨基酸。 轉氨酶:催化轉氨基作用的酶。 轉氨酶的種類:很多,在動、植物組織和微生物中分布也廣,因此氨基酸的轉氨基作用在生物體內極為普遍。實驗證明,除賴氨酸、蘇氨酸外,其余的α-氨基酸都可以參加轉氨基作用,并有各自特異的轉氨酶。 常見的轉氨酶:谷丙轉氨酶和谷草轉氨酶。,(3)轉氨基作用,(CH2)2,COO-,,CH NH3+,
10、COO-,,,(CH2)2,COO-,,C=O,COO-,,,,,,CH3,C=O,COO-,,,CH NH3+,COO-,,,CH3,谷氨酸,丙酮酸,丙氨酸,α-酮戊二酸,谷丙轉氨酶,(3)轉氨基作用,(CH2)2,COO-,,CH NH3+,COO-,,,(CH2)2,COO-,,C=O,COO-,,,,,,CH NH3+,COO-,,,谷氨酸,天門冬氨酸,α-酮戊二酸,谷草轉氨酶,CH2,COO-,,C=O,COO-,,,草酰乙酸
11、,CH2,COO-,,(3)轉氨基作用,L-氨基酸氧化酶活力不高,而L-谷氨酸脫氫酶的活力很強。 單靠轉氨酶并不能使氨基酸脫去氨基。 因此一般認為L-氨基酸在體內往往不是直接氧化脫去氨基,而是先與α-酮戊二酸經轉氨作用變?yōu)橄鄳耐峒肮劝彼?,谷氨酸經谷氨酸脫氫酶作用重新變成?酮戊二酸,同時放出氨。 這種脫氨基作用是轉氨基作用和氧化脫氨基作用聯合進行的,所以叫聯合脫氨基作用。,(4)聯合脫氨基作用,R,CH NH3+,COO-,,
12、,C=O,COO-,,,,,,α-氨基酸,α-酮酸,轉氨酶,R,(CH2)2,COO-,,C=O,COO-,,,α-酮戊二酸,(CH2)2,COO-,,CH NH3+,COO-,,,谷氨酸,,,,L-谷氨酸脫氫酶,NH4++NADH+H +(或NADPH+H +),NAD + 或NADP + +H2O,(4)聯合脫氨基作用,2、脫羧基作用,氨基酸在氨基酸脫羧酶催化下進行脫羧作用,生成CO2和一個伯胺類化
13、合物,這個反應除組氨酸外均需要磷酸吡哆醛(VB6)作為輔酶。 脫羧作用,在微生物中很普遍,在高等動植物組織內也有此作用,但不是氨基酸代謝的重要方式。脫羧酶的專一性很高,除個別脫羧酶外,一種氨基酸脫羧酶一般只對一種氨基酸起脫羧作用。,,R,CH,,NH3+,,COO-,,RCH2 NH2+CO2,胺,脫羧基作用,氨基酸,2、脫羧基作用,3、氨基酸分解產物的代謝,(1)氨基酸經脫羧作用產生CO2和胺。胺可隨尿排出,也可在酶的催化下,轉變?yōu)?/p>
14、維生素或激素等成分;CO2可由呼吸排出。(2)氨基酸經脫氨作用生成氨及α-酮酸。 氨在生物體內即使?jié)舛容^低,也對細胞有毒害作用(尤其是在人和動物體內)。因此體內血氨濃度不能太高,正常人血氨濃度低于0.1mg%,故必須將氨轉變?yōu)槠渌衔铩?氨基酸,分解,,,脫氨,CO2+胺,,,,氨,α-酮酸,,,,,嘧啶,NH4+,鳥氨酸循環(huán),尿素,門冬酰胺谷氨酰胺,,,,糖代謝產物,脂代謝產物,,合成脂肪,,合成糖,,,TCA循環(huán)
15、,,H2O+CO2+ATP,脫羧,,呼出,變尿、維生素、激素,3、氨基酸分解產物的代謝,(1)氨的代謝(2)α-酮酸的代謝(3)CO2的去路(4)胺的去路,3、氨基酸分解產物的代謝,(1)氨的代謝,①生成尿素的鳥氨酸循環(huán)②生成谷氨酰胺和天冬酰胺③重新生成氨基酸④經腎臟以銨鹽形式排出,①生成尿素的鳥氨酸循環(huán),通過鳥氨酸循環(huán)可將CO2和有毒的NH3轉變?yōu)槟蛩夭⑼ㄟ^腎臟排出體外。 尿素的形成將在后面單獨講解,(CH2)2,COO
16、-,,CH NH3+,COO-,,,谷氨酸,,Mg2+,+NH4++ATP,(CH2)2,CONH2,,CH NH3+,,,谷氨酰胺,COO-,+ADP +Pi,合成酶,②生成谷氨酰胺和天冬酰胺,(CH2)2,COO-,,CH NH3+,COO-,,,谷氨酸,,+H2O,(CH2)2,CONH2,,CH NH3+,,,谷氨酰胺,COO-,+NH4+,谷氨酰胺酶,肝臟,此氨是尿氨的主要來源,占尿中氨總量的60%,②生成谷氨酰胺和天冬酰胺,
17、CH2,COO-,,CH NH3+,COO-,,,天冬氨酸,,Mg2+,+NH4++ATP,CH2,CONH2,,CH NH3+,,,天冬酰胺,COO-,+ADP +Pi,合成酶,②生成谷氨酰胺和天冬酰胺,CH2,COO-,,CH NH3+,COO-,,,天冬氨酸,,+H2O,CH2,CONH2,,CH NH3+,,,天冬酰胺,COO-,+NH4+,天冬酰胺酶,肝臟,天冬酰氨是植物儲氨的主要方式。,②生成谷氨酰胺和天冬酰胺,氨基酸脫下的
18、氨經谷氨酰胺就可轉化成嘧啶類化合物。,②生成谷氨酰胺和天冬酰胺,乳清酸的生物合成途徑,②生成谷氨酰胺和天冬酰胺,乳清酸轉變成UTP和CTP,②生成谷氨酰胺和天冬酰胺,③重新生成氨基酸,當組織細胞中糖代謝旺盛時,氨可與糖類轉化成的α-酮酸發(fā)生氨基化反應重新生成氨基酸。 通過脫氨基作用產生的氨再用來合成氨基酸時,雖然并不能增加氨基酸的數量,卻能改變氨基酸的種類。,④經腎臟以銨鹽形式排出,另外,有些植物組織中含有大量的有機酸,如異檸檬酸、檸
19、檬酸、蘋果酸、酒石酸和草酰乙酸等,氨可以和這些有機酸結合生成銨鹽,以保持細胞內正常的pH值。,(2)α-酮酸的代謝,①重新生成氨基酸②轉變?yōu)樘呛屯w③氧化成CO2和H2O并放出能量,①重新生成氨基酸,(CH2)2,COO-,,CH NH3+,COO-,,,(CH2)2,COO-,,C=O,COO-,,,,,谷氨酸,α-酮戊二酸,+NH3+,,+NH3+,+H2O,NAD(P)H+ H+,NAD(P)H+,谷氨酸脫氫酶,①重新生成氨基
20、酸,上述反應是多數有機體直接利用NH3合成谷氨酸的主要途徑。 因為谷氨酸的氨基可以轉到任何一種α-酮酸上,從而形成各種相應的氨基酸。,①重新生成氨基酸,(CH2)2,COO-,,CH NH3+,COO-,,,(CH2)2,COO-,,C=O,COO-,,,,,,CH3,C=O,COO-,,,CH NH3+,COO-,,,CH3,谷氨酸,丙酮酸,丙氨酸,α-酮戊二酸,谷丙轉氨酶,當體內不需要將α-酮酸再合成氨基酸,并且體內的能量供給又極
21、充足時,α-酮酸可以轉變?yōu)樘羌爸尽?動物實驗證明,如用氨基酸飼養(yǎng)患人工糖尿病的犬,大多數氨基酸可使尿中葡萄糖含量增加,少數幾種可使葡萄糖及酮體的含量同時增加。而亮氨基酸只能使酮體的含量增加。,②轉變?yōu)樘呛屯w,生糖氨基酸:在體內可以轉變成糖的氨基酸(如丙氨酸、精氨酸、天門冬氨酸等十四種),按糖代謝途徑進行代謝。生酮氨基酸:在體內能轉變?yōu)橥w的氨基酸,按脂肪代謝途徑進行代謝。生糖兼生酮氨基酸:在體內既能轉變?yōu)樘?,又能轉變?yōu)橥w的氨
22、基酸。它們之中一部分按糖代謝、一部分按脂肪酸代謝途徑進行代謝。,②轉變?yōu)樘呛屯w,②轉變?yōu)樘呛屯w,②轉變?yōu)樘呛屯w,α-酮酸可進入三羧酸循環(huán)氧化合成CO2及H2O,并放出能量。,③氧化成CO2和H2O并放出能量,(3)CO2的去路,氨基酸脫羧后形成的CO2大部分可直接排出細胞外,小部分參與CO2的固定,進行糖異生反應。,(4)胺的去路,胺在胺氧化酶的作用下,氧化成醛;醛經醛脫氫酶催化,加水脫氫,生成有機酸,再經β-氧化生成乙酰-CoA
23、,乙酰-CoA可以進入三羧酸循環(huán),徹底氧化成CO2和H2O。,場所:主要為肝臟原料:NH3和CO2過程:通過鳥氨酸循環(huán)來完成,大體分三個階段:①鳥氨酸與CO2和NH3作用,合成瓜氨酸(線粒體中)②瓜氨酸與天冬氨酸作用,合成精氨酸(線粒體外)③精氨酸被肝臟中的精氨酸酶水解,產生尿素并重新放出鳥氨酸,然后鳥氨酸再進行下一輪循環(huán),二、尿素的形成,二、尿素的形成,(1)氨基甲酰磷酸的合成(2)瓜氨酸的合成(3)精氨酸的合成(4)
24、精氨酸水解生成尿素,天冬氨酸,二、尿素的形成,氨甲酰磷酸,二、尿素的形成,(1)氨基甲酰磷酸的合成,(2)瓜氨酸的合成,(3)精氨酸的合成,(4)精氨酸水解生成尿素,糖、脂肪、氨基酸、與核酸代謝的聯系,蛋白質,糖(糖原、葡萄糖),磷酸丙糖,絲氨酸,磷酸甘油脂肪酸,脂肪,丙酮酸,色、甘、丙、蘇、半胱、絲、羥脯,乙酰COA,草酰乙酸,天門冬氨酸,天門冬酰氨,檸檬酸,延胡索酸,苯丙、酪,琥珀酰COA,α-酮戊二酸,谷氨酸,谷氨酰胺,異亮、蛋
25、、纈、蘇,組、脯、鳥、精、瓜,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,CO2,,,,CO2,,,CO2,,,,,,,,,,,,6-磷酸葡糖,,磷酸戊糖途徑,,核酸,,,,,,,,三、氨基酸碳骨架的氧化途徑,1、乙酰-CoA的形成2、琥珀酰-CoA的形成3、經延胡索酸進入三羧酸循環(huán)4、α-酮戊二酸的形成5、草酰乙酸的形成,1、乙酰-CoA的形成,通過丙酮酸形成乙酰-CoA的氨基酸降解,1、乙酰-CoA的形成,通過乙酰乙酰-CoA
26、形成乙酰-CoA的降解途徑,2、琥珀酰-CoA的形成,,異亮氨酸、甲硫氨酸和纈氨酸的分解途徑,,3、經延胡索酸進入三羧酸循環(huán),經延胡索酸進入三羧酸循環(huán)的氨基酸為苯丙氨酸和酪氨酸。 它們除了可以生成乙酰-CoA外,還可生成延胡索酸。,4、α-酮戊二酸的形成,,C5族氨基酸通過α-酮戊二酸的降解途徑,5、草酰乙酸的形成,天冬氨酸和天冬酰胺可以轉變?yōu)椴蒗R宜?,從而進入三羧酸循環(huán)。 天冬酰胺經天冬酰胺酶催化轉變?yōu)樘於彼?,天冬氨酸經轉氨作用
27、形成草酰乙酸。 植物和某些微生物的天冬氨酸還可以直接脫氨形成延胡索酸。,四、由氨基酸衍生的其它重要物質,1、一碳單位2、生物活性物質,1、一碳單位,在代謝過程中,某些化合物(如氨基酸)可以分解產生具有一個碳原子的基團(不包括二氧化碳),稱為一碳單位。 體內的一碳單位有:甲基(-CH3 )、甲烯基(-CH2- )、甲炔基(-C= )、甲酰基(-CHO )及亞氨甲基(-CH=NH)等。,1、一碳單位,一碳單位不能游離存在,四氫葉酸(
28、THF)是其載體,攜帶甲基的部位在四氫葉酸的N5、N10位上,如N5, N10-甲烯四氫葉酸。 一碳單位的轉移除了和許多氨基酸的代謝直接有關外,還參與嘌呤和胸腺嘧啶及磷脂的生物合成,是聯系氨基酸代謝和核酸代謝的樞紐化合物。 體內重要的一碳單位來自不同的氨基酸。,2、生物活性物質,生物體在生命活動中需要一些生物活性物質來調節(jié)代謝等過程。 有些活性物質可由氨基酸合成,還有一些可由氨基酸本身充當。 少量的這些物質就能發(fā)揮明顯的生物學功
29、能。,第三節(jié) 氨基酸的合成,一、氨基酸合成的共同途徑,,,,,二、個別氨基酸的合成,必需氨基酸:組成蛋白質的20種氨基酸中有8種是人體和哺乳動物不能自身合成的,需要由食物蛋白質供給方能保持正常。 半必需氨基酸:人體可以合成少量。 非必需氨基酸:其余10種為人及動物能合成的。,生物體合成氨基酸的方式:,1、還原性氨基化2、轉氨基作用3、氨基酸相互轉化,一、氨基酸合成的共同途徑,C=NH,COO-,,,C=O,COOH,,,,L-亞
30、氨基酸,α-酮酸,R,+NH3,R,+H2O,,2H,CH-NH2,COO-,,,α-氨基酸,R,1、還原性氨基化,(CH2)2,COOH,,CH NH2,COOH,,,(CH2)2,COOH,,C=O,COOH,,,,谷氨酸,α-酮戊二酸,+NH3,+H2O,+2H,谷氨酸脫氫酶,1、還原性氨基化,(CH2)2,COOH,,CH NH2,COOH,,,,谷氨酸,谷氨酰胺合成酶,+NH3,,ATP,ADP,(CH2)2,CO- NH2,
31、,CH NH2,,,谷氨酰胺,COOH,+H++Pi,2、轉氨基作用,蘇氨酸絲氨酸,色氨酸胱氨酸,,,丙氨酸,甘氨酸,3、氨基酸相互轉化,二、個別氨基酸的合成,,谷氨酸族,天冬氨酸族,丙酮酸族,絲氨酸族,芳香族氨基酸,組氨酸,第四節(jié) 蛋白質的合成,,蛋白質合成的要點:1、DNA指導mRNA的合成: mRNA不同,氨基酸在其所合成肽中的排列組成也不同,生成的蛋白質也就各異。2、三種RNA的協(xié)同作用: mRNA是合成
32、蛋白質的“模板”,tRNA是運載各種氨基酸的特異工具,rRNA是蛋白質合成的場所。,四、蛋白質運輸及翻譯后修飾,第四節(jié) 蛋白質的合成,,,,,,,,,一、遺傳密碼,二、蛋白質合成的分子基礎,三、蛋白質的合成—翻譯,一、遺傳密碼,(1)mRNA與密碼子 (2)密碼子與各種氨基酸的對應關系 (3)密碼子的基本特性,(1)mRNA與密碼子,mRNA中的核苷酸有4種(A、U、G、C),而氨基酸有20種。4種核苷酸怎樣排列組合才足以代表20種
33、氨基酸呢? 大量的實驗結果證明密碼是由三個連續(xù)的核苷酸所組成的,這三個核苷酸也稱為三聯體密碼或密碼子。,20種天然氨基酸的密碼子,(2)密碼子與氨基酸的對應關系,(3)密碼子的基本特性,①無間隔性②不重疊性③簡并性④第三位堿基具有較小的專一性-變偶性⑤終止密碼子⑥通用性和特殊性,(3)密碼子的基本特性,正常與異常血紅蛋白比較,,,,,(3)密碼子的基本特性,二、蛋白質合成的分子基礎,1、翻譯的模板—mRNA2、tRNA的作
34、用— 轉運3、核蛋白體的作用—合成場所,1、mRNA的作用原理,mRNA上3個核苷酸序列組成的遺傳密碼決定一個氨基酸,這些密碼以連續(xù)的方式組成了閱讀框(從第一個密碼子到最后一個密碼子)。,2、tRNA的作用原理(tRNA結構),,載運氨基酸,,反密碼子,2、tRNA的作用原理(tRNA結構),(1)3’-端-CCA上的氨基酸接受位點(2)識別氨酰- tRNA合成酶的位點(3)核糖體識別位點,使延長中的肽鏈附著于核糖體上(4)反密
35、碼子位點,tRNA分子上與蛋白質合成有關的4個位點:,3、核蛋白體(rRNA)的作用原理,附著在mRNA上的核蛋白體從起動信號沿著mRNA長鏈逐漸向終止信號移動。 在移動的同時,由帶著氨基酸的tRNA辨認,并譯出mRNA的密碼子。每譯一個新的密碼子,就進入一個帶有氨基酸的新tRNA。 rRNA每向前移動一個密碼子的位置,肽鏈上即增加一個氨基酸,移動過程就是翻譯。 rRNA不斷向前移動,肽鏈不斷增長,接近終止信號時,翻譯過程即告結束
36、。核蛋白體脫落,多肽鏈也即釋出。,核糖體的組成,核糖體是蛋白質合成的工廠,,,,,,,,,,原核生物mRNA 5’端的SD序列——識別16S rRNA,核糖體結合位點序列,原核細胞70S核糖體的A位、P位及mRNA結合部位示意圖,3、核蛋白體的作用原理,3、核蛋白體的作用原理,三、蛋白質的合成—翻譯,(一)肽鏈延伸及mRNA翻譯方向(二)原核生物蛋白質生物合成過程,(一)肽鏈延伸及mRNA翻譯方向,合成需要大約300種生物大分子參
37、與,其中包括tRNA、mRNA、rRNA、可溶性蛋白質因子等。 多肽鏈的合成是從N端向C端進行的。 mRNA上信息的閱讀(翻譯)是從mRNA的5’端向3’端進行的。,(二)原核生物蛋白質生物合成過程,1、氨基酸的活化與轉運2、在核蛋白體上合成多肽,大腸桿菌蛋白質合成體系的重要組成,大腸桿菌蛋白質合成體系的重要組成,(二)原核生物蛋白質生物合成過程,1、氨基酸的活化與轉運,氨基酸在摻入肽鏈之前必須活化以獲得額外的能量。 每種氨基酸
38、均由特異的活化酶體系來激活(氨酰-tRNA合成酶)。 氨基酸被活化的是-COOH基。該過程是一種酶促過程。 活化了的氨基酸必須由特異的“搬運工具”-tRNA所攜帶。,CH,,,,氨基酸,Mg2+,C,,,O,O-,,NH3 +,,R,ATP +,酶,CH,,,C,,,O,O,,NH2,,R + PPi,,P,,,O,,OH,,O,,A,與酶結合的氨酰-AMPA:腺苷,反應1,1、氨基酸的活化與轉運,,Mg2+,酶,CH,,,C,,
39、,O,O,,NH2,,R + tRNA,,P,,,O,,OH,,O,,A,R CHCO- tRNA+AMP,NH2,,反應2,AA-AMP,AA-tRNA,1、氨基酸的活化與轉運,1、氨基酸的活化與轉運,氨?!猼RNA合成酶的特點:①催化反應具有專一性,既能識別氨基酸,又能識別轉運氨基酸的tRNA。②具有校正功能,避免錯誤摻入氨基酸。,1、氨基酸的活化與轉運,2、在核蛋白體上合成多肽,核糖體的基本組成1,,,大腸桿菌的核糖體圖解,接
40、受肽基的供體P位,接受氨?;氖荏wA位,核糖體50S大亞基,核糖體30S小亞基,mRNA結合位點,反密碼子,密碼子,,,,,,,,,反密碼子,5’,3’,(1)肽鏈合成的起始 (2)肽鏈合成的延長(3)肽鏈合成的終止和釋放,2、在核糖體上合成多肽,(1)肽鏈合成的起始,①復合物II的形成:核蛋白體小亞基I(30S)附著于mRNA的起動信號AUG部位,形成復合物II。此步需Mg2+及起動因子3(IF-3)參與。②復合物III的形成:
41、在mRNA起動部位的密碼子AUG,是蛋白質合成的起動信號。與此起動信號的密碼子AUG相應的氨基酰tRNA為一種帶有甲酰甲硫氨酸及相應反密碼子的tRNA。密碼子與反密碼子對應結合后形成復合物III。此步需GTP,Mg2+與起動因子1(IF-1)和2(IF-2)的存在。③起動復合體IV的形成:核蛋白體大亞基(50S)與復合物III結合。,IF-3,①核糖體大小亞基分離,非功能性的70 S核糖體在IF3的作用下發(fā)生解離,生成IF3·
42、;30 S復合物和游離的50S大亞基,IF-3,IF-1,②mRNA在小亞基定位結合,IF3·30 S復合物與mRNA模板相結合,在此過程中IF–1 占據A位防止結合其他tRNA,IF–3則可阻止50 S大亞基過早結合,幫助mRNA的SD序列與16S rRNA3’‐端相結合,使mRNA正確定位,并在翻譯啟動區(qū)形成使起始信號易被fMet–tRNA fMet識別的高級結構。,IF-3,IF-1,③起始氨基酰tRNA(fMet-tR
43、NAimet )結合到小亞基,在IF12、 IF2- GTP的幫助下,fMet–tRNA fMet進入小亞基的P位,tRNA上的反密碼子與mRNA上的起始密碼子配對,IF-3,IF-1,IF-2,,GTP,GDP,Pi,④核蛋白體大亞基結合,起始復合物形成,甲酰甲硫氨酰tRNA就位后,起始因子IF–3就脫離小亞基,隨著IF–3的脫落,核蛋白體50 S大亞基與小亞基結合成70 S起始復合物,甲酰甲硫氨酰tRNA占據P位,與此同時GTP水解
44、,IF–1和 IF–2脫離起始復合物。,IF-3,IF-1,IF-2,-GTP,GDP,Pi,已知IF–2對于30 S起始復合物與50 S亞基的連接是必需的,而IF–1則在70 S起始復合物生成后促進IF–2的釋放,從而完成蛋白質合成的起始過程。,(2)肽鏈合成的延長,進位:新的氨酰tRNA進入A部位轉肽:在肽基轉移酶催化下,P位上fMet-tRNA的fMet基轉給A位上新來的AA-tRNA,fMet的羧基與A位新來氨基酸的NH2基結
45、合成肽鍵,無載荷的OH-tRNAf仍留在P位,形成新的肽鍵移位:核蛋白體移動的同時,原處于A部位帶有肽鏈的tRNA隨即轉到P部位,延長按以下步驟循環(huán)進行:,進 位,起始復合物形成以后,第二個AA–tRNA在延伸因子EF-Tu及GTP的作用下,生成AA–tRNA·EF-Tu·GTP復合物,然后結合到核糖體的A位上,同時GTP被水解成GDP和Pi,Tu,Ts,GTP,,GDP,,Tu,,Ts,GTP,成 肽,在肽基轉移
46、酶的催化下,P位上的fMet–tRNA fMet活化的羧基從相應的tRNA上解離下來,并轉移到A位氨酰–tRNA的氨基酸的氨基上形成肽鍵,產生肽酰– tRNA,把無負荷的tRNA留在P位,移 位,在EF - G(移位酶)的作用下,核糖體沿mRNA 5’→ 3’的方向移動,每次移位距離為3個核苷酸,結果使肽酰 - tRNA從A位移到P位,原來在P位的無負荷tRNA隨即離開核糖體,同時一個新的密碼子進入空著的A位延長因子EF-G有轉位酶(
47、 translocase )活性,可結合并水解1分子GTP,促進核蛋白體向mRNA的3'側移動 。,fMet,fMet,在肽鏈延長階段中,每生成一個肽鍵,都需要直接從兩分子GTP(移位時與進位時各1)獲得能量(GTP→GDP+H3PO4+能量),即消耗兩個高能磷酸鍵。 在氨基酸被活化生成氨基酰tRNA時,也消耗兩個高能磷酸鍵。 所以蛋白質合成過程中,每生成一個肽鍵實際上需消耗四個高能磷酸鍵。,(2)肽鏈合成的延長(能量消耗
48、),(3)肽鏈合成的終止和釋放,(1)在mRNA上識別終止密碼子(如UAA,UAG,UGA),它們不能被tRNA閱讀,而是被肽鏈釋放因子識別(2)水解所合成肽鏈與tRNA間的酯鍵而釋放出新生的蛋白質,終止反應包括:,終止反應需要R1、R2及R3三個輔助因子(肽鏈釋放因子)。R1對識別終止密碼UAA及UAG是必須的,R2對識別UAA和UGA是必要的,R3影響多肽鏈的釋放速度。,(3)肽鏈合成的終止和釋放,RF,,四、蛋白質運輸及翻譯后修
49、飾,1.N端的處理:以脫甲?;复呋獬端的甲?;?,然后在氨肽酶的作用下切去一個或多個N端氨基酸。2.在特異的肽酶作用下除去N端信號肽段(15-30氨基酸組成,用以指導合成的蛋白質去往細胞的固定部位)。3.某些氨基酸(絲、蘇、酪)羥基的磷酸化。4.mRNA中沒有胱氨酸的密碼子,二硫鍵是通過兩個半胱氨酸的巰基氧化形成的。,5.某些氨基酸的側鏈要經專一性的改變,如膠原蛋白脯氨酸和賴氨酸的羥基化。6.有些新生的多肽鏈要在專一性的
50、蛋白酶水解作用下,去掉部分肽段后,才能轉變成有功能的蛋白質。7.由各個肽鏈及其它輔助成分(脂類、核酸、血紅素)等構成的蛋白質,在多肽鏈合成后,還需經過多肽鏈之間以及多肽鏈與輔助成分的締合作用,才能形成有活性的蛋白質。如加糖基、多肽折疊等。,第五節(jié) 蛋白質代謝的調節(jié),一、鳥氨酸循環(huán)的調節(jié)二、氨基酸生物合成的調節(jié),一、鳥氨酸循環(huán)的調節(jié),在鳥氨酸循環(huán)酶系中精氨酸琥珀酸合成酶的活性最低,為合成的限速酶,可通過調節(jié)此酶來調節(jié)尿素的合成量。,二
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