生化-第12章-蛋白質(zhì)的生物合成(20150512)

1、Chapter 12 Protein biosynthesis 第十二章第十二章 蛋白質(zhì)的生物合成蛋白質(zhì)的生物合成 Analysis of Cellular Information P Transcription Translation Protein Folding Post translational modifications RNA Protein DNA 本章要求本章要求 1掌握蛋白質(zhì)生物合成體系在翻譯過(guò)程中的作用掌握蛋白質(zhì)生物合成體系在翻譯過(guò)程中的作用 2掌握掌握遺傳密碼的特點(diǎn)遺傳密碼的特點(diǎn) 3掌握氨基酰掌握氨基酰-tRNA合成酶的作用特點(diǎn)合成酶的作用特點(diǎn) 4掌握原核、真核生物翻譯

2、過(guò)程的異同掌握原核、真核生物翻譯過(guò)程的異同 5掌握分子伴侶的作用和翻譯后修飾的形式掌握分子伴侶的作用和翻譯后修飾的形式 6信號(hào)肽及其作用，各類蛋白質(zhì)靶向輸送的特點(diǎn)信號(hào)肽及其作用，各類蛋白質(zhì)靶向輸送的特點(diǎn) 7抗生素、毒素和干擾素抑制翻譯的機(jī)制抗生素、毒素和干擾素抑制翻譯的機(jī)制 8掌握下列概念掌握下列概念 翻譯翻譯;遺傳密碼遺傳密碼; open reading frame；擺動(dòng)；擺動(dòng) 性；性；Shine-Dalgarno sequence; 蛋白質(zhì)靶向輸送；蛋白質(zhì)靶向輸送； 分子伴侶；分子病分子伴侶；分子病 蛋白質(zhì)的生物合成，即翻譯，是指蛋白質(zhì)的生物合成，即翻譯，是指DNA結(jié)結(jié) 構(gòu)基因中儲(chǔ)存的遺傳

3、信息通過(guò)轉(zhuǎn)錄生成構(gòu)基因中儲(chǔ)存的遺傳信息通過(guò)轉(zhuǎn)錄生成 mRNA，再指導(dǎo)相應(yīng)氨基酸序列的多肽鏈合成，再指導(dǎo)相應(yīng)氨基酸序列的多肽鏈合成 的過(guò)程。的過(guò)程。 蛋白質(zhì)的生物合成 1. 氨基酸的活化及其與專一性的轉(zhuǎn)移核糖 核酸（tRNA）的連接。 2. 肽鏈的合成（起始、延伸和終止）。 3. 新生肽鏈加工成為成熟的蛋白質(zhì) 第一節(jié)第一節(jié) 蛋白質(zhì)合成體系蛋白質(zhì)合成體系 蛋白質(zhì)合成體系包括：蛋白質(zhì)合成體系包括： 氨基酸氨基酸 mRNA tRNA 核糖體核糖體 酶酶 蛋白質(zhì)因子蛋白質(zhì)因子 ATP、GTP等供能物質(zhì)等供能物質(zhì) 無(wú)機(jī)離子無(wú)機(jī)離子 300余種生物大分子余種生物大分子 蛋白質(zhì)合成體系的主要組分蛋白質(zhì)合成體系

4、的主要組分 核糖體 核糖體是由羅馬尼亞籍細(xì)胞生物學(xué)家喬治埃米爾 帕拉德(George Emil Palade)用電子顯微鏡于 1955年在哺乳類與禽類動(dòng)物細(xì)胞中首次發(fā)現(xiàn)的。 喬治帕拉德以及阿爾伯特克勞德和克里斯汀德 迪夫因發(fā)現(xiàn)核糖體于1974年被授于諾貝爾生理學(xué) 或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。 2009年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。3人是因?yàn)椤昂颂求w 的結(jié)構(gòu)和功能”的研究而獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng) 一、一、 mRNA與遺傳密碼與遺傳密碼 （一）（一） mRNA的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu) 從從mRNA 5 -端起始密碼子端起始密碼子AUG到到3 -端終止密碼子之間的核苷酸序列，稱為可端終止密碼子之間的核苷酸序列，稱為可 讀框讀框(open readi

5、ng frame, ORF)。 Start of genetic message Cap End Tail 5-端非翻譯區(qū)端非翻譯區(qū) 5 3 3-端非翻譯區(qū)端非翻譯區(qū) 可讀框可讀框 遺傳學(xué)將編碼一個(gè)多肽鏈的遺傳單位稱為遺傳學(xué)將編碼一個(gè)多肽鏈的遺傳單位稱為 順?lè)醋樱樂(lè)醋樱╟istron）。 真核真核mRNA只編碼一條多肽鏈，稱為只編碼一條多肽鏈，稱為單順單順 反子（反子（single cistron）。 原核原核mRNA可編碼多條肽鏈，稱為可編碼多條肽鏈，稱為多順?lè)炊囗樂(lè)?子（子（polycistron）。 （二）遺傳密碼（二）遺傳密碼 mRNA閱讀框架內(nèi)，每相鄰的三個(gè)核苷酸組成閱讀框架內(nèi)，每

6、相鄰的三個(gè)核苷酸組成 一組，形成三聯(lián)體，編碼一種氨基酸，稱為一組，形成三聯(lián)體，編碼一種氨基酸，稱為遺傳遺傳 密碼（密碼（genetic codon）。 起始密碼起始密碼(initiation coden): AUG 終止密碼終止密碼(termination coden): UAA、UAG、UGA 從從mRNA 5-端起始密碼子端起始密碼子AUG到到3-端終止密端終止密 碼子之間的核苷酸序列，各個(gè)三聯(lián)體密碼連續(xù)排碼子之間的核苷酸序列，各個(gè)三聯(lián)體密碼連續(xù)排 列編碼一個(gè)蛋白質(zhì)多肽鏈，稱為列編碼一個(gè)蛋白質(zhì)多肽鏈，稱為可讀框（可讀框（open reading frame，ORF）。 遺傳密碼表遺傳密碼表

7、 （三）遺傳密碼的特點(diǎn)（三）遺傳密碼的特點(diǎn) 1連續(xù)性（連續(xù)性（commaless） 從起始密碼子開(kāi)始到終止密碼子為止的從起始密碼子開(kāi)始到終止密碼子為止的 編碼蛋白質(zhì)氨基酸序列的各個(gè)三聯(lián)體密碼連編碼蛋白質(zhì)氨基酸序列的各個(gè)三聯(lián)體密碼連 續(xù)閱讀，密碼間沒(méi)有交叉或重疊。續(xù)閱讀，密碼間沒(méi)有交叉或重疊。 若在若在mRNA中插入或刪去一個(gè)或兩個(gè)堿中插入或刪去一個(gè)或兩個(gè)堿 基，就會(huì)導(dǎo)致后續(xù)密碼子閱讀框架的改變，基，就會(huì)導(dǎo)致后續(xù)密碼子閱讀框架的改變， 產(chǎn)生異常的多肽鏈，稱為產(chǎn)生異常的多肽鏈，稱為框移突變（框移突變（frame shift mutation）。 2方向性（方向性（direction） 起始密碼子總

8、是位于編碼區(qū)起始密碼子總是位于編碼區(qū)5-末端，末端， 而終止密碼子位于而終止密碼子位于3-末端，每個(gè)密碼子的末端，每個(gè)密碼子的 三個(gè)核苷酸也是按照三個(gè)核苷酸也是按照53方向閱讀，不能方向閱讀，不能 倒讀。倒讀。 NC 肽鏈延伸方向肽鏈延伸方向 53 讀碼方向讀碼方向 3簡(jiǎn)并性（簡(jiǎn)并性（degeneracy） 遺傳密碼中，除色氨酸和甲硫氨酸遺傳密碼中，除色氨酸和甲硫氨酸 僅有一個(gè)密碼子外，其余氨基酸均有僅有一個(gè)密碼子外，其余氨基酸均有2 個(gè)或多個(gè)密碼子個(gè)或多個(gè)密碼子。 4擺動(dòng)性（擺動(dòng)性（wobble） 轉(zhuǎn)運(yùn)氨基酸的轉(zhuǎn)運(yùn)氨基酸的tRNA的反密碼子需要的反密碼子需要 通過(guò)堿基互補(bǔ)與通過(guò)堿基互補(bǔ)與mR

9、NA上的遺傳密碼反向上的遺傳密碼反向 配對(duì)結(jié)合，但反密碼與密碼間不嚴(yán)格遵守配對(duì)結(jié)合，但反密碼與密碼間不嚴(yán)格遵守 堿基互補(bǔ)規(guī)律。堿基互補(bǔ)規(guī)律。 U 擺動(dòng)配對(duì)擺動(dòng)配對(duì) 5通用性（通用性（universal） 蛋白質(zhì)生物合成的整套密碼，從原核蛋白質(zhì)生物合成的整套密碼，從原核 生物到人類都可以通用。生物到人類都可以通用。 （四）真核（四）真核mRNA結(jié)構(gòu)特點(diǎn)結(jié)構(gòu)特點(diǎn) “帽子帽子”結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)： （1）穩(wěn)定）穩(wěn)定mRNA的作用，可保護(hù)的作用，可保護(hù) mRNA的的5-端，避免外切核酸酶的攻擊；端，避免外切核酸酶的攻擊； （2）對(duì)翻譯起識(shí)別作用。）對(duì)翻譯起識(shí)別作用。 polyA尾結(jié)構(gòu)：尾結(jié)構(gòu)： 其生物學(xué)功能還

10、不太清楚，可能與其生物學(xué)功能還不太清楚，可能與 hnRNA從核內(nèi)移出及抵抗外切核酸酶從從核內(nèi)移出及抵抗外切核酸酶從3- 端降解端降解mRNA有關(guān)。有關(guān)。 二、氨基酸的二、氨基酸的“搬運(yùn)工具搬運(yùn)工具”（轉(zhuǎn)（轉(zhuǎn) 移核糖核酸移核糖核酸 tRNA） 反密碼環(huán)反密碼環(huán) 氨基酸臂氨基酸臂 二級(jí)結(jié)構(gòu)二級(jí)結(jié)構(gòu) 三級(jí)結(jié)構(gòu)三級(jí)結(jié)構(gòu) 三、肽鏈合成的三、肽鏈合成的“裝配機(jī)裝配機(jī)” 核糖體核糖體 原核細(xì)胞核和真核細(xì)胞核糖體的組成原核細(xì)胞核和真核細(xì)胞核糖體的組成 A位：位：氨基酰位氨基酰位 (aminoacyl site) P位：肽酰位位：肽酰位 (peptidyl site) E位：排出位位：排出位 (exit sit

11、e) 第二節(jié)第二節(jié) 蛋白質(zhì)的合成過(guò)程蛋白質(zhì)的合成過(guò)程 The Process of Protein Biosynthesis 蛋白質(zhì)生物合成的反應(yīng)步驟包括：蛋白質(zhì)生物合成的反應(yīng)步驟包括： 氨基酸的活化；氨基酸的活化； 肽鏈合成的起始；肽鏈合成的起始； 肽鏈延長(zhǎng)；肽鏈延長(zhǎng)； 肽鏈終止。肽鏈終止。 以及合成后加工修飾和定向運(yùn)輸。以及合成后加工修飾和定向運(yùn)輸。 氨基酸氨基酸 + tRNA氨基酰氨基酰- tRNA ATP AMPPPi 氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶 一、氨基酸的活化與轉(zhuǎn)運(yùn)一、氨基酸的活化與轉(zhuǎn)運(yùn) 氨基酸在氨基酰氨基酸在氨基酰-tRNA合成酶催化下，生成合成酶催化下，生成 氨基酰氨基

12、酰-tRNA。該反應(yīng)為可逆反應(yīng)，需要鎂離。該反應(yīng)為可逆反應(yīng)，需要鎂離 子和子和ATP參與。參與。 第一步反應(yīng)第一步反應(yīng) 氨基酸氨基酸 ATP-E 氨基酰氨基酰-AMP-E AMP PPi 氨基酸活化和轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程分兩步進(jìn)行氨基酸活化和轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程分兩步進(jìn)行 第二步反應(yīng)第二步反應(yīng) 氨基酰氨基酰-AMP-E tRNA 氨基酰氨基酰-tRNA AMP E 氨基酰氨基酰-tRNA合成酶對(duì)維持翻譯保真性至合成酶對(duì)維持翻譯保真性至 關(guān)重要：它對(duì)底物氨基酸和關(guān)重要：它對(duì)底物氨基酸和tRNA都有高都有高 度特異性。度特異性。 氨基酰氨基酰-tRNA合成酶具有校對(duì)活性合成酶具有校對(duì)活性 （proofreading ac

13、tivity），保證了蛋白質(zhì)），保證了蛋白質(zhì) 合成的錯(cuò)誤率合成的錯(cuò)誤率0.0001。 指指mRNA和起始氨基酰和起始氨基酰-tRNA與核蛋白體共與核蛋白體共 同構(gòu)成同構(gòu)成起始復(fù)合物起始復(fù)合物 。這一過(guò)程需要起始因子。這一過(guò)程需要起始因子 （IF）、）、GTP和鎂離子參與。和鎂離子參與。 起始氨基酰起始氨基酰-tRNA的表示方法：的表示方法：tRNAiMet 真核生物真核生物： Met-tRNAiMet 甲硫氨酸 甲硫氨酸 原核生物原核生物： fMet-tRNAifMet 甲酰甲硫氨酰 甲酰甲硫氨酰 二、肽鏈合成的起始二、肽鏈合成的起始 原核生物中的起始因子有原核生物中的起始因子有3種：種： I

14、F1直接結(jié)合到小亞基直接結(jié)合到小亞基A位，阻止位，阻止tRNA過(guò)早與過(guò)早與A 位結(jié)合；位結(jié)合； IF2具有具有GTP酶活性，催化酶活性，催化fMet-tRNAifMet結(jié)合結(jié)合 至小亞基，并阻止其它負(fù)載至小亞基，并阻止其它負(fù)載tRNA與小亞基結(jié)合。與小亞基結(jié)合。 IF3結(jié)合于小亞基結(jié)合于小亞基E位，阻止小亞基與大亞基的位，阻止小亞基與大亞基的 結(jié)合，并促進(jìn)結(jié)合，并促進(jìn)fMet-tRNAifMet結(jié)合至核糖體的結(jié)合至核糖體的P位。位。 參與核糖體循環(huán)的起始因子參與核糖體循環(huán)的起始因子 原核生物蛋白質(zhì)合成起始階段原核生物蛋白質(zhì)合成起始階段 起始三元復(fù)合物的形成；起始三元復(fù)合物的形成； mRNA在小

15、亞基定位結(jié)合；在小亞基定位結(jié)合； 起始氨基酰起始氨基酰- -tRNA定位在定位在P位；位； 起始復(fù)合物的形成。起始復(fù)合物的形成。 1起始三元復(fù)合物的形成起始三元復(fù)合物的形成 2mRNA在小亞基定位結(jié)合在小亞基定位結(jié)合 SD序列（序列（Shine-Dalgarno sequence） ： 在在mRNA起始密碼子的上游起始密碼子的上游813個(gè)核苷酸處有一個(gè)核苷酸處有一 段段49個(gè)核苷酸組成的富含嘌呤核苷酸的序列，以個(gè)核苷酸組成的富含嘌呤核苷酸的序列，以 AGGA為核心，它可與核糖體小亞基中的為核心，它可與核糖體小亞基中的16S rRNA 3-端富含嘧啶的序列（端富含嘧啶的序列（UCCU）互補(bǔ)。）互

16、補(bǔ)。 3 3起始氨基酰起始氨基酰- -tRNA定位在定位在P位位 影響影響fMet-tRNAifMet 定位于定位于P位的三個(gè)因素：位的三個(gè)因素： SD序列與序列與16SrRNA的相互作用；的相互作用； 起始密碼子與起始密碼子與fMet-tRNAifMet反密碼子反密碼子 的相互作用；的相互作用； P位和位和fMet-tRNAifMet的結(jié)合相互作用的結(jié)合相互作用。 起始復(fù)合物的形成起始復(fù)合物的形成 三、肽鏈的延長(zhǎng)三、肽鏈的延長(zhǎng) 肽鏈延長(zhǎng)過(guò)程是一個(gè)循環(huán)過(guò)程，每個(gè)循肽鏈延長(zhǎng)過(guò)程是一個(gè)循環(huán)過(guò)程，每個(gè)循 環(huán)包括進(jìn)位、成肽、轉(zhuǎn)位三個(gè)步驟。環(huán)包括進(jìn)位、成肽、轉(zhuǎn)位三個(gè)步驟。 肽鏈延長(zhǎng)階段除了需要肽鏈延長(zhǎng)階

17、段除了需要mRNA、tRNA和和 核糖體外，還需要延長(zhǎng)因子（核糖體外，還需要延長(zhǎng)因子（elongation factor，EF）以及）以及GTP和某些無(wú)機(jī)離子的參和某些無(wú)機(jī)離子的參 與。原核生物延長(zhǎng)因子有三種，分別稱為與。原核生物延長(zhǎng)因子有三種，分別稱為 EFTu、EFTs和和EFG。 原核原核 延長(zhǎng)因子延長(zhǎng)因子 生物功能生物功能 對(duì)應(yīng)真核對(duì)應(yīng)真核 延長(zhǎng)因子延長(zhǎng)因子 EF-Tu 促進(jìn)氨基酰促進(jìn)氨基酰-tRNA進(jìn)入進(jìn)入A位，位， 結(jié)合分解結(jié)合分解GTP EF-1- EF-Ts調(diào)節(jié)亞基調(diào)節(jié)亞基EF-1- EFG 有轉(zhuǎn)位酶活性，促進(jìn)有轉(zhuǎn)位酶活性，促進(jìn)mRNA- 肽酰肽酰-tRNA由由A位前移到位前移

18、到P位，位， 促進(jìn)卸載促進(jìn)卸載tRNA釋放釋放 EF-2 原核生物肽鏈合成的延長(zhǎng)因子原核生物肽鏈合成的延長(zhǎng)因子 1進(jìn)位進(jìn)位 指根據(jù)指根據(jù)mRNA下一組遺傳密碼指導(dǎo)，使相應(yīng)下一組遺傳密碼指導(dǎo)，使相應(yīng) 氨基酰氨基酰-tRNA進(jìn)入核蛋白體進(jìn)入核蛋白體A位。位。 成肽成肽 是由肽酰轉(zhuǎn)移酶催化的肽鍵形成過(guò)程。是由肽酰轉(zhuǎn)移酶催化的肽鍵形成過(guò)程。 移位移位 在延長(zhǎng)因子作用下，核糖體沿在延長(zhǎng)因子作用下，核糖體沿mRNA鏈向鏈向3端移端移 動(dòng)，下一個(gè)密碼子準(zhǔn)確定位于動(dòng)，下一個(gè)密碼子準(zhǔn)確定位于A位點(diǎn)處。同時(shí)，原來(lái)位點(diǎn)處。同時(shí)，原來(lái) 處于處于A位點(diǎn)上的二肽酰位點(diǎn)上的二肽酰tRNA轉(zhuǎn)移到轉(zhuǎn)移到P位，而位，而P位上卸位

19、上卸 載的載的tRNA進(jìn)入進(jìn)入E位，隨后從位，隨后從E位脫落。位脫落。 在肽鏈延長(zhǎng)階段，核糖體有三步獲能過(guò)程：在肽鏈延長(zhǎng)階段，核糖體有三步獲能過(guò)程： 一是轉(zhuǎn)肽作用，受核糖體本身介導(dǎo)；一是轉(zhuǎn)肽作用，受核糖體本身介導(dǎo)； 二是二是EF-Tu介導(dǎo)介導(dǎo)GTP水解為水解為GDP和和Pi； 三是由三是由EFG介導(dǎo)的介導(dǎo)的GTP水解。水解。 現(xiàn)在認(rèn)為，由現(xiàn)在認(rèn)為，由EF介導(dǎo)的二步介導(dǎo)的二步GTP水解的能量水解的能量 主要用于三個(gè)方面：主要用于三個(gè)方面： 在延長(zhǎng)步驟中，加速核糖體的循環(huán)速度；在延長(zhǎng)步驟中，加速核糖體的循環(huán)速度； 增強(qiáng)核糖體對(duì)抑制劑的抵抗力；增強(qiáng)核糖體對(duì)抑制劑的抵抗力； 有利于翻譯的保真性有利于翻

20、譯的保真性(fidelity)。 四、肽鏈合成的終止四、肽鏈合成的終止 肽鏈合成的終止需要釋放因子的參與。肽鏈合成的終止需要釋放因子的參與。 原核生物釋放因子：原核生物釋放因子：RF-1，RF-2，RF-3 真核生物釋放因子：真核生物釋放因子：eRF 一是識(shí)別終止密碼，如一是識(shí)別終止密碼，如RF-1特異識(shí)別特異識(shí)別UAA、 UAG；而；而RF-2可識(shí)別可識(shí)別UAA、UGA。 二是誘導(dǎo)轉(zhuǎn)肽酶改變?yōu)轷ッ富钚裕喈?dāng)于催化二是誘導(dǎo)轉(zhuǎn)肽酶改變?yōu)轷ッ富钚?，相?dāng)于催化 肽酰基轉(zhuǎn)移到水分子肽?；D(zhuǎn)移到水分子-OH上，使肽鏈從核蛋上，使肽鏈從核蛋 白體上釋放。白體上釋放。 釋放因子的功能釋放因子的功能 終止階段

21、的基本過(guò)程：終止階段的基本過(guò)程： 1在核糖體的在核糖體的A位出現(xiàn)終止密碼子位出現(xiàn)終止密碼子 UAA、UAG或或UGA。RF識(shí)別終止密碼子，識(shí)別終止密碼子， 與核糖體的與核糖體的A位結(jié)合。位結(jié)合。 2RF使核糖體使核糖體P位點(diǎn)上的轉(zhuǎn)肽酶構(gòu)象位點(diǎn)上的轉(zhuǎn)肽酶構(gòu)象 改變，轉(zhuǎn)變?yōu)轷ッ富钚裕舛嚯逆溑c改變，轉(zhuǎn)變?yōu)轷ッ富钚裕舛嚯逆溑ctRNA 之間的酯鍵，多肽鏈從核糖體、之間的酯鍵，多肽鏈從核糖體、tRNA從從P位位 釋放出來(lái)。釋放出來(lái)。 3核糖體與核糖體與mRNA分離，核糖體分離，核糖體P位上位上 的的tRNA和和A位上的位上的RF脫落。在起始因子脫落。在起始因子IF3 的作用下，核糖體解離為大、小亞

22、基，重新的作用下，核糖體解離為大、小亞基，重新 進(jìn)入核糖體循環(huán)。進(jìn)入核糖體循環(huán)。 多聚核蛋白體的形成可以使蛋白質(zhì)生物多聚核蛋白體的形成可以使蛋白質(zhì)生物 合成以高速度、高效率進(jìn)行。合成以高速度、高效率進(jìn)行。 五、多聚核蛋白體五、多聚核蛋白體(polysome) 1條條mRNA模板鏈都可附著模板鏈都可附著10100個(gè)核蛋白個(gè)核蛋白 體，這些核蛋白體依次結(jié)合起始密碼子并沿體，這些核蛋白體依次結(jié)合起始密碼子并沿 53方向讀碼移動(dòng)，同時(shí)進(jìn)行肽鏈合成，這種方向讀碼移動(dòng)，同時(shí)進(jìn)行肽鏈合成，這種 mRNA與多個(gè)核蛋白體形成的聚合物稱為多聚核與多個(gè)核蛋白體形成的聚合物稱為多聚核 蛋白體蛋白體(polysome)

23、 。 多肽鏈分子量與多核糖體上核糖體數(shù)的關(guān)系多肽鏈分子量與多核糖體上核糖體數(shù)的關(guān)系 五、真核生物與原核生物蛋白質(zhì)合成的異同五、真核生物與原核生物蛋白質(zhì)合成的異同 六、翻譯后的加工六、翻譯后的加工 蛋白質(zhì)多肽鏈的主要加工形式包括：蛋白質(zhì)多肽鏈的主要加工形式包括： 氨基端和羧基端的修飾氨基端和羧基端的修飾 氨基酸側(cè)鏈的化學(xué)修飾；氨基酸側(cè)鏈的化學(xué)修飾； 二硫鍵的形成；二硫鍵的形成； 蛋白質(zhì)前體的剪切；蛋白質(zhì)前體的剪切； 多蛋白質(zhì)的加工；多蛋白質(zhì)的加工； 蛋白質(zhì)的靶向運(yùn)輸；蛋白質(zhì)的靶向運(yùn)輸； 多肽鏈的正確折疊及天然構(gòu)象的形成；多肽鏈的正確折疊及天然構(gòu)象的形成； 輔基結(jié)合及亞基的聚合輔基結(jié)合及亞基的聚合

24、 1氨基端和羧基端的修飾氨基端和羧基端的修飾 2氨基酸側(cè)鏈的化學(xué)修飾氨基酸側(cè)鏈的化學(xué)修飾 包括磷酸化、羥基化、糖基化、甲?；?。包括磷酸化、羥基化、糖基化、甲酰化等。 Jensen ON, Nat Rev Mol Cell Biol. , 2006, 391 蛋白質(zhì)翻譯后修飾蛋白質(zhì)翻譯后修飾 磷酸化磷酸化 糖基化糖基化 泛素化泛素化 乙?；阴；?甲基化甲基化 Analysis of Cellular Information P Transcription Translation Protein Folding Post translational modifications RNA Prot

25、ein DNA PTM The Most Efficient Method to Expand Genetic Code v A protein with 3 PTM ( e.g. phoshorylation) sites NH2 A1 A2A3A4Anp.Amp.AupCOOH 1. NH2 A1 A2A3A4An.Am.AuCOOH 2. NH2 A1 A2A3A4Anp.Am.AuCOOH 3. NH2 A1 A2A3A4An.Amp.AuCOOH 4. NH2 A1 A2A3A4An.Am.AupCOOH 5. NH2 A1 A2A3A4Anp.Amp.AuCOOH 6. NH2 A

26、1 A2A3A4An.Amp.AupCOOH 7. NH2 A1 A2A3A4Anp.Am.AupCOOH 8. NH2 A1 A2A3A4Anp.Amp.AupCOOH v A protein has 10 types of PTM and 10 sites: 1110 possible variants 3二硫鍵的形成二硫鍵的形成 一些蛋白質(zhì)折疊成天然構(gòu)象之后，在半胱氨酸一些蛋白質(zhì)折疊成天然構(gòu)象之后，在半胱氨酸 殘基間形成鏈內(nèi)或鏈間二硫鍵，在穩(wěn)定蛋白質(zhì)空間殘基間形成鏈內(nèi)或鏈間二硫鍵，在穩(wěn)定蛋白質(zhì)空間 構(gòu)象，防止蛋白質(zhì)變性和逐漸氧化中起著重要作構(gòu)象，防止蛋白質(zhì)變性和逐漸氧化中起著重要作 用。

27、用。 4蛋白質(zhì)前體的剪切蛋白質(zhì)前體的剪切 分泌蛋白合成后進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔，由內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔面分泌蛋白合成后進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔，由內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔面 的信號(hào)肽酶催化，切除信號(hào)肽段，并進(jìn)一步在內(nèi)質(zhì)的信號(hào)肽酶催化，切除信號(hào)肽段，并進(jìn)一步在內(nèi)質(zhì) 網(wǎng)和高爾基體加工。多數(shù)蛋白質(zhì)由沒(méi)有生物學(xué)功能網(wǎng)和高爾基體加工。多數(shù)蛋白質(zhì)由沒(méi)有生物學(xué)功能 的前體構(gòu)象轉(zhuǎn)變?yōu)橛猩飳W(xué)功能的成熟蛋白質(zhì)。的前體構(gòu)象轉(zhuǎn)變?yōu)橛猩飳W(xué)功能的成熟蛋白質(zhì)。 前胰島素原的剪切加工前胰島素原的剪切加工 5多蛋白質(zhì)的加工多蛋白質(zhì)的加工 有些多肽鏈合成后經(jīng)加工可產(chǎn)生多種不同活性有些多肽鏈合成后經(jīng)加工可產(chǎn)生多種不同活性 的蛋白質(zhì)，如垂體產(chǎn)生的幾種小肽激素來(lái)源于同一的蛋白質(zhì)，

28、如垂體產(chǎn)生的幾種小肽激素來(lái)源于同一 個(gè)大的蛋白質(zhì)前體。個(gè)大的蛋白質(zhì)前體。 6蛋白質(zhì)的靶向運(yùn)輸?shù)鞍踪|(zhì)的靶向運(yùn)輸 蛋白質(zhì)合成后需要經(jīng)過(guò)復(fù)雜機(jī)制，定向輸送到蛋白質(zhì)合成后需要經(jīng)過(guò)復(fù)雜機(jī)制，定向輸送到 最終發(fā)揮生物功能的細(xì)胞靶部位，這一過(guò)程稱為蛋最終發(fā)揮生物功能的細(xì)胞靶部位，這一過(guò)程稱為蛋 白質(zhì)的靶向輸送。白質(zhì)的靶向輸送。 所有靶向輸送的蛋白質(zhì)在其一級(jí)結(jié)構(gòu)中的所有靶向輸送的蛋白質(zhì)在其一級(jí)結(jié)構(gòu)中的N端端 具具 有特異的氨基酸序列，可引導(dǎo)蛋白質(zhì)運(yùn)送到細(xì)胞的有特異的氨基酸序列，可引導(dǎo)蛋白質(zhì)運(yùn)送到細(xì)胞的 特定部位，稱為信號(hào)序列（特定部位，稱為信號(hào)序列（signal sequence）。）。 靶向輸送蛋白的信號(hào)序

29、列靶向輸送蛋白的信號(hào)序列 信號(hào)肽的一級(jí)結(jié)構(gòu)信號(hào)肽的一級(jí)結(jié)構(gòu) 當(dāng)信號(hào)序列在核糖體中出現(xiàn)時(shí)，它便與信號(hào)識(shí)當(dāng)信號(hào)序列在核糖體中出現(xiàn)時(shí)，它便與信號(hào)識(shí) 別顆粒（別顆粒（signal recognition partical，SRP）結(jié)）結(jié) 合，并誘導(dǎo)合，并誘導(dǎo)SRP與與GTP結(jié)合，防止多肽鏈延伸。核結(jié)合，防止多肽鏈延伸。核 糖體糖體-SRP復(fù)合物與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的受體結(jié)合后，復(fù)合物與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的受體結(jié)合后，SRP分分 離并重新進(jìn)入循環(huán)，同時(shí)伴隨著離并重新進(jìn)入循環(huán)，同時(shí)伴隨著GTP水解，蛋白質(zhì)水解，蛋白質(zhì) 合成重新開(kāi)始；新生肽鏈進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，信號(hào)肽在信合成重新開(kāi)始；新生肽鏈進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，信號(hào)肽在信 號(hào)肽酶催化下被切除

30、，核糖體亞基與號(hào)肽酶催化下被切除，核糖體亞基與mRNA分離并分離并 參與再循環(huán)。參與再循環(huán)。 蛋白質(zhì)的靶向運(yùn)輸?shù)鞍踪|(zhì)的靶向運(yùn)輸 7多肽鏈的正確折疊及天然構(gòu)象的形成多肽鏈的正確折疊及天然構(gòu)象的形成 新生肽鏈只有正確折疊、形成空間構(gòu)象才能實(shí)新生肽鏈只有正確折疊、形成空間構(gòu)象才能實(shí) 現(xiàn)其生物學(xué)功能細(xì)胞中大多數(shù)天然蛋白質(zhì)的折疊都現(xiàn)其生物學(xué)功能細(xì)胞中大多數(shù)天然蛋白質(zhì)的折疊都 不能自動(dòng)完成，多肽鏈準(zhǔn)確折疊和組裝需要兩類蛋不能自動(dòng)完成，多肽鏈準(zhǔn)確折疊和組裝需要兩類蛋 白質(zhì)：折疊酶和分子伴侶。白質(zhì)：折疊酶和分子伴侶。 分子伴侶是蛋白質(zhì)合成過(guò)程中形成空間結(jié)構(gòu)的控分子伴侶是蛋白質(zhì)合成過(guò)程中形成空間結(jié)構(gòu)的控 制因子

31、，在新生肽鏈的折疊和穿膜進(jìn)入細(xì)胞器的轉(zhuǎn)位制因子，在新生肽鏈的折疊和穿膜進(jìn)入細(xì)胞器的轉(zhuǎn)位 過(guò)程中起關(guān)鍵作用。常見(jiàn)的分子伴侶包括熱激蛋白和過(guò)程中起關(guān)鍵作用。常見(jiàn)的分子伴侶包括熱激蛋白和 伴侶蛋白。伴侶蛋白。 分子伴侶的作用機(jī)制分子伴侶的作用機(jī)制 8輔基結(jié)合及亞基的聚合輔基結(jié)合及亞基的聚合 結(jié)合蛋白質(zhì)合成后，還需要經(jīng)過(guò)一定的方式與結(jié)合蛋白質(zhì)合成后，還需要經(jīng)過(guò)一定的方式與 特定的輔基結(jié)合。如成人血紅蛋白。特定的輔基結(jié)合。如成人血紅蛋白。 血紅蛋白的輔基結(jié)合和亞基聚合過(guò)程血紅蛋白的輔基結(jié)合和亞基聚合過(guò)程 State 1State 2 Proteome 1 Proteome 2 Proteomics v

32、蛋白表達(dá) v 蛋白修飾和變異 v 蛋白作用關(guān)系 v 蛋白功能活性 v疾病標(biāo)志物 v 藥物靶標(biāo) A screening technology for analysis of proteins properties at global scale. 第三節(jié)第三節(jié) 蛋白質(zhì)合成與醫(yī)學(xué)蛋白質(zhì)合成與醫(yī)學(xué) 第三節(jié)第三節(jié) 蛋白質(zhì)合成與醫(yī)學(xué)蛋白質(zhì)合成與醫(yī)學(xué) 一、分子病一、分子病 是指由于基因或是指由于基因或DNA分子的缺陷，致使蛋白質(zhì)分子的缺陷，致使蛋白質(zhì) 合成出現(xiàn)異常，從而導(dǎo)致蛋白質(zhì)的功能障礙，并出合成出現(xiàn)異常，從而導(dǎo)致蛋白質(zhì)的功能障礙，并出 現(xiàn)相應(yīng)的臨床癥狀的一類遺傳性疾病。如鐮狀現(xiàn)相應(yīng)的臨床癥狀的一類遺傳

33、性疾病。如鐮狀細(xì)胞細(xì)胞 貧血。貧血。 鐮狀細(xì)胞貧血的分子機(jī)制鐮狀細(xì)胞貧血的分子機(jī)制 谷氨酸側(cè)鏈帶負(fù)電的羧基，纈氨酸側(cè)鏈不帶電荷的疏水基，降低溶解谷氨酸側(cè)鏈帶負(fù)電的羧基，纈氨酸側(cè)鏈不帶電荷的疏水基，降低溶解 度，血紅蛋白分子容易聚集成纖維狀，使紅細(xì)胞變形成成桿狀多聚體度，血紅蛋白分子容易聚集成纖維狀，使紅細(xì)胞變形成成桿狀多聚體 （鐮形），輸氧能力下降，細(xì)胞脆弱易溶血而引起貧血。（鐮形），輸氧能力下降，細(xì)胞脆弱易溶血而引起貧血。 二、蛋白質(zhì)生物合成的阻斷劑蛋白質(zhì)生物合成的阻斷劑 （一）抗生素類阻斷劑（一）抗生素類阻斷劑 抗生素抑制蛋白質(zhì)生物合成的機(jī)制抗生素抑制蛋白質(zhì)生物合成的機(jī)制 嘌呤霉素抑制蛋白質(zhì)生物合成的分子機(jī)制嘌呤霉素抑制蛋白質(zhì)生物合成的分子機(jī)制 （二）毒素蛋白（二）毒素蛋白 抑制人體蛋白質(zhì)生物合成的毒