第3十二章蛋白質生物合成PPT課件

1、本章重要知識點蛋白質生物合成（翻譯）的概念蛋白質生物合成（翻譯）的概念mRNA、tRNA、核蛋白體在翻譯過程中的作、核蛋白體在翻譯過程中的作用，用，遺傳密碼的特點遺傳密碼的特點氨基酰氨基酰-tRNA合成酶的作用特點合成酶的作用特點 原核、真核生物翻譯過程的異同原核、真核生物翻譯過程的異同分子伴侶的作用，翻譯后修飾的形式分子伴侶的作用，翻譯后修飾的形式信號肽及其作用，各類蛋白質靶向輸送的特點信號肽及其作用，各類蛋白質靶向輸送的特點抗生素、毒素和干擾素抑制翻譯的機制抗生素、毒素和干擾素抑制翻譯的機制第1頁/共130頁蛋白質生物合成的概念蛋白質生物合成的概念蛋白質生物合成蛋白質生物合成(protei

2、n biosynthesis)也稱也稱翻譯翻譯(translation)，是生物細胞以，是生物細胞以mRNA為模板，為模板，按照按照mRNA分子中核苷酸的排列順序所組成的分子中核苷酸的排列順序所組成的密碼信息合成蛋白質的過程。密碼信息合成蛋白質的過程。 n定義第2頁/共130頁（1）氨基酸的活化）氨基酸的活化（2）肽鏈的生物合成）肽鏈的生物合成（3）肽鏈形成后的加工和靶向輸送）肽鏈形成后的加工和靶向輸送n反應過程第3頁/共130頁（1）維持多種生命活動）維持多種生命活動（2）適應環(huán)境的變化）適應環(huán)境的變化（3）參與組織的更新和修復）參與組織的更新和修復n生物學意義第4頁/共130頁第一節(jié)蛋白質

3、生物合成體系Protein Biosynthesis System第5頁/共130頁1. 基本原料：基本原料：20種編碼氨基酸種編碼氨基酸2. 模板：模板：mRNA3. 適配器：適配器：tRNA4. 裝配機：核蛋白體裝配機：核蛋白體5. 主要酶和蛋白質因子：氨基酰主要酶和蛋白質因子：氨基酰-tRNA合成酶、合成酶、轉肽酶、起始因子、延長因子、釋放因子等轉肽酶、起始因子、延長因子、釋放因子等6. 能源物質：能源物質：ATP、GTP7. 無機離子：無機離子：Mg2+、 K+蛋白質生物合成體系第6頁/共130頁一、mRNA是蛋白質生物合成的直接模板nmRNA的基本結構的基本結構Start of ge

4、netic messageCapEndTail5-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) 開放閱讀框架開放閱讀框架 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，稱為開放閱讀框架碼子之間的核苷酸序列，稱為開放閱讀框架(open reading frame, ORF)。第7頁/共130頁原核生物的多順反子原核生物的多順反子真核生物的單順反子真核生物的單順反子非編碼序列非編碼序列核蛋白體結合位點核蛋白體結合位點起始密碼子起始密碼子終止密碼子終止密碼子編碼序列編碼序列PPP5 3 蛋白質蛋白質PPPmG -5 3 蛋白質蛋白質AAA

5、 第8頁/共130頁n遺傳密碼遺傳密碼在在mRNA的開放閱讀框架區(qū)，以每的開放閱讀框架區(qū)，以每3個相鄰的個相鄰的核苷酸為一組，代表一種氨基酸核苷酸為一組，代表一種氨基酸(或其他信息或其他信息)，這，這種三聯(lián)體形式的核苷酸序列稱為密碼子。種三聯(lián)體形式的核苷酸序列稱為密碼子。起始密碼子起始密碼子(initiation codon)：AUG終止密碼子終止密碼子(termination codon) ：UAA、UAG、UGA密碼子（密碼子（codon）起始密碼子和終止密碼子：起始密碼子和終止密碼子：第9頁/共130頁遺傳密碼表第10頁/共130頁n遺傳密碼的特點遺傳密碼的特點1. 方向性(direct

6、ional)翻譯時遺傳密碼的閱讀方向是翻譯時遺傳密碼的閱讀方向是53，即讀，即讀碼從碼從mRNA的起始密碼子的起始密碼子AUG開始，按開始，按53的方向逐一閱讀，直至終止密碼子。的方向逐一閱讀，直至終止密碼子。 NC肽鏈延伸方向肽鏈延伸方向53讀碼方向讀碼方向第11頁/共130頁2. 連續(xù)性(non-punctuated)編碼蛋白質氨基酸序列的各個三聯(lián)體密編碼蛋白質氨基酸序列的各個三聯(lián)體密碼連續(xù)閱讀，密碼子及密碼子的各堿基之間碼連續(xù)閱讀，密碼子及密碼子的各堿基之間既無間隔也無交叉。既無間隔也無交叉。 AlaValHisMet終止密碼第12頁/共130頁基因損傷引起基因損傷引起mRNA閱讀框架內

7、的堿基發(fā)閱讀框架內的堿基發(fā)生插入或缺失，可能導致生插入或缺失，可能導致框移突變框移突變(frameshift mutation)。纈 脯 蘇 天冬纈 丙 酪 甘纈 丙 絲 精第13頁/共130頁 許多真核生物基因轉錄后有一個對mRNA外顯子加工的過程，可通過特定堿基的插入、缺失或置換，使mRNA序列中出現(xiàn)移碼突變、錯義突變或無義突變，導致mRNA與其DNA模板序列不匹配，使同一前體mRNA翻譯出序列、功能不同的蛋白質。這種基因表達的調節(jié)方式稱為mRNA編輯（mRNA editing）。 第14頁/共130頁3. 簡并性(degenerate)一種氨基酸可具有一種氨基酸可具有2個或個或2個以上的

8、密碼個以上的密碼子為其編碼。這一特性稱為遺傳密碼的簡并子為其編碼。這一特性稱為遺傳密碼的簡并性。性。除色氨酸和甲硫氨酸僅有除色氨酸和甲硫氨酸僅有1個密碼子外，個密碼子外，其余氨基酸有其余氨基酸有2、3、4個或多至個或多至6個三聯(lián)體為個三聯(lián)體為其編碼。為同一種氨基酸編碼的各密碼子稱其編碼。為同一種氨基酸編碼的各密碼子稱為簡并性密碼子，也稱同義密碼子為簡并性密碼子，也稱同義密碼子 。第15頁/共130頁各種氨基酸的密碼子數目各種氨基酸的密碼子數目第16頁/共130頁4. 通用性(universal)從簡單的病毒到高等的人類，幾乎使用同一套遺傳密碼，因此，遺傳密碼表中的這套“通用密碼”基本上適用于生

9、物界的所有物種，具有通用性。密碼的通用性進一步證明各種生物進化自同一祖先。第17頁/共130頁已發(fā)現(xiàn)少數例外，如動物細胞的線粒體、植物細胞的葉綠體。 通用密碼通用密碼 線粒體密碼線粒體密碼AUA 異亮異亮 蛋、起始蛋、起始AGA 精精 終止終止AGG 精精 終止終止UGA 終止終止 色色第18頁/共130頁5. 擺動性(wobble) 反密碼子與密碼子之間的配對有時并不反密碼子與密碼子之間的配對有時并不嚴格遵守常見的堿基配對規(guī)律，這種現(xiàn)象稱嚴格遵守常見的堿基配對規(guī)律，這種現(xiàn)象稱為擺動配對為擺動配對( (wobble base pairing) )。 tRNA反密碼子反密碼子第第1位堿基位堿基I

10、UGACmRNA密碼子密碼子第第3位堿基位堿基U, C, AA, GU, CUG第19頁/共130頁U3 2 11 2 3擺擺動動配配對對第20頁/共130頁二、核蛋白體是蛋白質生物合成的場所n核蛋白體的組成核蛋白體的組成核蛋白體核蛋白體又稱又稱核糖體核糖體，是由，是由rRNA和多種蛋和多種蛋白質結合而成的一種大的核糖核蛋白顆粒，是白質結合而成的一種大的核糖核蛋白顆粒，是蛋白質生物合成的場所。蛋白質生物合成的場所。第21頁/共130頁原核生物原核生物真核生物真核生物核蛋白核蛋白體體小亞基小亞基大亞基大亞基核蛋白核蛋白體體小亞基小亞基大亞基大亞基S值值70S30S50S80S40S60SrRNA

11、16S-rRNA23S-rRNA5S-rRNA18S-rRNA28S-rRNA5.8S-rRNA5S-rRNA蛋白質蛋白質rpS 21種種rpL 36種種rpS 33種種rpL 49種種 不同細胞核蛋白體的組成不同細胞核蛋白體的組成第22頁/共130頁核蛋白體核蛋白體的組成的組成第23頁/共130頁n原核生物核蛋白體結構模式 第24頁/共130頁三、tRNAtRNA是氨基酸的運載工具及蛋白質生物合成的適配器ntRNA的作用的作用運載氨基酸：運載氨基酸：氨基酸各由其特異的氨基酸各由其特異的tRNA攜帶，攜帶，一種氨基酸可有幾種對應的一種氨基酸可有幾種對應的tRNA，氨基酸結合，氨基酸結合在在tR

12、NA 3 -CCA的位置，結合需要的位置，結合需要ATP供能；供能；充當充當“適配器適配器”：每種每種tRNA的反密碼子決定了的反密碼子決定了所攜帶的氨基酸能準確地在所攜帶的氨基酸能準確地在mRNA上對號入座。上對號入座。第25頁/共130頁第26頁/共130頁二級結構三級結構反密碼環(huán)氨基酸臂ntRNA的構象的構象第27頁/共130頁四、蛋白質生物合成需要酶類、蛋白質因子等（一）重要的酶類氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶(aminoacyltRNA synthetase)，催化氨基酸的活化；催化氨基酸的活化；轉肽酶轉肽酶(peptidase)，催化核蛋白體，催化核蛋白體P位上的肽酰基轉位上的

13、肽?；D移至移至A位氨基酰位氨基酰-tRNA的氨基上，使?；c氨基結合的氨基上，使?；c氨基結合形成肽鍵形成肽鍵;并受釋放因子的作用后發(fā)生變構，表現(xiàn)出并受釋放因子的作用后發(fā)生變構，表現(xiàn)出酯酶的水解活性，使酯酶的水解活性，使P位上的肽鏈與位上的肽鏈與tRNA分離；分離；轉位酶轉位酶(translocase)，催化核蛋白體向，催化核蛋白體向mRNA3-端移端移動一個密碼子的距離，使下一個密碼子定位于動一個密碼子的距離，使下一個密碼子定位于A位。位。 第28頁/共130頁（二）蛋白質因子起始因子（起始因子（initiation factor，IF）延長因子（延長因子（elongation facto

14、r，EF）釋放因子（釋放因子（release factor，RF）第29頁/共130頁參與原核生物翻譯的各種蛋白質因子及其生物學功能種類種類生物學功能生物學功能起始因子起始因子IF-1占據占據A位防止結合其他位防止結合其他tRNAIF-2促進起始促進起始tRNA與小亞基結合與小亞基結合IF-3促進大小亞基分離，提高促進大小亞基分離，提高P位對結合起始位對結合起始tRNA的的敏感性敏感性延長因子延長因子EF-Tu促進氨基酰促進氨基酰-tRNA進入進入A位，結合并分解位，結合并分解GTPEF-Ts調節(jié)亞基調節(jié)亞基EF-G有轉位酶活性，促進有轉位酶活性，促進mRNA-肽酰肽酰-tRNA由由A位移位移

15、至至P位，促進位，促進tRNA卸載與釋放卸載與釋放釋放因子釋放因子RF-1特異識別特異識別UAA、UAG，誘導轉肽酶轉變?yōu)轷ッ?，誘導轉肽酶轉變?yōu)轷ッ窻F-2特異識別特異識別UAA、UGA，誘導轉肽酶轉變?yōu)轷ッ?，誘導轉肽酶轉變?yōu)轷ッ窻F-3可與核蛋白體其他部位結合，有可與核蛋白體其他部位結合，有GTP酶活性，能酶活性，能介導介導RF-1及及RF-2與核蛋白體的相互作用與核蛋白體的相互作用第30頁/共130頁參與真核生物翻譯的各種蛋白質因子及其生物學功能種類種類生物學功能生物學功能起始因子起始因子eIF-1多功能因子，參與多個翻譯步驟多功能因子，參與多個翻譯步驟eIF-2促進起始促進起始tRNA與

16、小亞基結合與小亞基結合eIF-2B, eIF-3最先結合小亞基，促進大小亞基分離最先結合小亞基，促進大小亞基分離eIF-4AeIF-4F復合物成分，有復合物成分，有RNA解螺旋酶活性，能解除解螺旋酶活性，能解除mRNA5 -端的發(fā)夾結構，使其與小亞基結合端的發(fā)夾結構，使其與小亞基結合eIF-4B結合結合mRNA，促進，促進mRNA掃描定位起始掃描定位起始AUGeIF-4EeIF-4F復合物成分，結合復合物成分，結合mRNA 5 帽子帽子eIF-4GeIF-4F復合物成分，結合復合物成分，結合eIF-4E、eIF-3和和PolyA 結合蛋白結合蛋白eIF-5促進各種起始因子從小亞基解離，進而結合

17、大亞基促進各種起始因子從小亞基解離，進而結合大亞基eIF-6促進核蛋白體分離成大小亞基促進核蛋白體分離成大小亞基延長因子延長因子eIF1-促進氨基酰促進氨基酰-tRNA進入進入A位，結合分解位，結合分解GTP，相當于，相當于EF-TueIF1-調節(jié)亞基，相當于調節(jié)亞基，相當于EF-TseIF-2有轉位酶活性，促進有轉位酶活性，促進mRNA-肽酰肽酰-tRNA由由A位移至位移至P位，促進位，促進tRNA卸載與釋放，相當于卸載與釋放，相當于EF-G 釋放因子釋放因子eRF識別所有終止密碼子，具有原核生物各類識別所有終止密碼子，具有原核生物各類RF的功能的功能第31頁/共130頁蛋白質生物合成的能源

18、物質為蛋白質生物合成的能源物質為ATP和和GTP;參與蛋白質生物合成的無機離子有參與蛋白質生物合成的無機離子有Mg2+、K+ 等。等。（三）能源物質及離子第32頁/共130頁第二節(jié)氨基酸的活化Activation of Amino Acids第33頁/共130頁 氨基酸與特異的tRNA結合形成氨基酰-tRNA的過程稱為氨基酸的活化。 參與氨基酸的活化的酶：氨基酰-tRNA合成酶。第34頁/共130頁n反應過程反應過程一、 氨基酸活化形成氨基酰-tRNA氨基酸氨基酸 + tRNA氨基酰氨基酰- tRNAATP AMPPPi氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶第35頁/共130頁氨基酸氨基酸 ATP

19、-E 氨基酰氨基酰-AMP-E PPi 第一步反應第一步反應第36頁/共130頁 第二步反應第二步反應氨基酰氨基酰-AMP-E tRNA氨基酰氨基酰-tRNA AMP E第37頁/共130頁n氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶 結構結構氨基酰氨基酰tRNA合成酶的合成酶的3個結合位點個結合位點氨基酸和氨基酸和ATP形成氨基酰腺苷形成氨基酰腺苷氨基酰轉移到氨基酰轉移到tRNA上上tRNA負載了氨基酸負載了氨基酸第38頁/共130頁l氨基酰氨基酰-tRNA合成酶對底物氨基酸和合成酶對底物氨基酸和tRNA都都有高度特異性。有高度特異性。 特性特性tRNA氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶ATP第39

20、頁/共130頁l氨基酰氨基酰-tRNA合成酶具有校正活性。合成酶具有校正活性。動動力力學學校校對對化化學學校校對對 特性特性第40頁/共130頁n氨基酰氨基酰-tRNA的表示方法的表示方法丙氨酰丙氨酰-tRNA：Ala-tRNAAla精氨酰精氨酰-tRNA：Arg-tRNAArg甲硫氨酰甲硫氨酰-tRNA： Met-tRNAMet各種氨基酸和對應的各種氨基酸和對應的tRNA結合后形成的結合后形成的氨基酰氨基酰-tRNA表示為：表示為：氨基酸的三字母縮寫氨基酸的三字母縮寫-tRNA氨基酸的三字母縮寫氨基酸的三字母縮寫 例如：例如：第41頁/共130頁tRNA第42頁/共130頁二、真核生物起始氨

21、基酰-tRNA是Met-tRNAiMettRNAiMet與甲硫氨酸結合后形成與甲硫氨酸結合后形成Met-tRNAiMet，可以在，可以在mRNA的起始密碼子的起始密碼子AUG處就位，參與形成翻譯起始復合物。處就位，參與形成翻譯起始復合物。起始密碼子只能辨認起始密碼子只能辨認Met-tRNAiMet。tRNAMet和甲硫氨酸結合后生成和甲硫氨酸結合后生成Met-tRNAMet，必要時進入核蛋白體，為延長中，必要時進入核蛋白體，為延長中的肽鏈添加甲硫氨酸。的肽鏈添加甲硫氨酸。 起始氨基酰-tRNA: Met-tRNAiMet 參與肽鏈延長的甲硫氨酰-tRNA：Met-tRNAMetn真核生物第43

22、頁/共130頁具有起始功能的具有起始功能的tRNAfMet與甲硫氨酸結合與甲硫氨酸結合后，甲硫氨酸很快被甲?；癁楹?，甲硫氨酸很快被甲酰化為N-甲酰甲硫氨酸甲酰甲硫氨酸(N-formyl methionine, fMet)，于是形成，于是形成N-甲酰甲酰甲硫氨酰甲硫氨酰-tRNA(fMet-tRNAfMet)，可以在，可以在mRNA的起始密碼子的起始密碼子AUG處就位，參與形成翻譯起始處就位，參與形成翻譯起始復合物。起始密碼子只能辨認復合物。起始密碼子只能辨認fMet-tRNAfMet。 n原核生物起始氨基酰-tRNA: fMet-tRNAfMet 第44頁/共130頁fMet-tRNAfMet

23、的生成是一碳化合物轉移和的生成是一碳化合物轉移和利用的過程之一，反應由轉甲?；复呋桌玫倪^程之一，反應由轉甲?；复呋?，甲?；鶑孽；鶑腘10-甲酰四氫葉酸轉移到甲硫氨酸的甲酰四氫葉酸轉移到甲硫氨酸的-氨氨基上?；?。 第45頁/共130頁第三節(jié)肽鏈的生物合成過程The Biosynthesis Process of Peptide Chain第46頁/共130頁 肽鏈的生物合成過程是翻譯的中心環(huán)節(jié)。翻譯時，從mRNA的起始密碼子AUG開始，按53方向逐一讀碼，直至終止密碼子。于是，合成中的肽鏈從起始甲硫氨酸開始，從N-端C-端延長，直至終止密碼子前一位密碼子所編碼的氨基酸。 第47頁/共

24、130頁起始(initiation)延長(elongation)終止(termination )n整個過程可分為 ：一、原核生物的肽鏈合成過程第48頁/共130頁（一）起始 指指mRNA和起始氨基酰和起始氨基酰-tRNA分別與核蛋分別與核蛋白體結合而形成翻譯起始復合物的過程。白體結合而形成翻譯起始復合物的過程。1. 核蛋白體大小亞基分離；2. mRNA在小亞基定位結合；3. 起始氨基酰-tRNA的結合； 4. 核蛋白體大亞基結合。第49頁/共130頁IF-3IF-11.1.核蛋白體大小亞基分離第50頁/共130頁A U G53IF-3IF-12.mRNA2.mRNA在小亞基定位結合第51頁/共

25、130頁n原核生物mRNA在核蛋白體小亞基上的準確定位和結合涉及兩種機制： 在各種mRNA起始AUG上游約813核苷酸部位，存在一段由49個核苷酸組成的一致序列，富含嘌呤堿基，如-AGGAGG-，稱為Shine-Dalgarno序列(S-D序列)，又稱核蛋白體結合位點(ribosomal binding site, RBS)。一條多順反子mRNA序列上的每個基因編碼序列均擁有各自的S-D序列和起始AUG。第52頁/共130頁S-D序列小亞基中的小亞基中的16S-rRNA 3-端有一富含嘧啶堿基端有一富含嘧啶堿基的短序列，如的短序列，如-UCCUCC-，通過與，通過與S-D序列堿序列堿基互補而使

26、基互補而使mRNA與小亞基結合。與小亞基結合。第53頁/共130頁 mRNA序列上緊接S-D序列后的小核苷酸序列，可被核蛋白體小亞基蛋白rpS-1識別并結合。第54頁/共130頁IF-3IF-1IF-2GTP3.起始氨基酰tRNA(fMet-tRNAfMet )結合到小亞基A U G53第55頁/共130頁IF-3IF-1IF-2GTPGDPPi4.4.核蛋白體大亞基結合，起始復合物形成A U G53第56頁/共130頁IF-3IF-1A U G53IF-2GTPIF-2-GTPGDPPi起始復合物形成過程第57頁/共130頁指在mRNA模板的指導下，氨基酸依次進入核蛋白體并聚合成多肽鏈的過程

27、。1. 進位(positioning)/注冊(registration)2. 成肽(peptide bond formation)3. 轉位(translocation) （二）延長 肽鏈延長在核蛋白體上連續(xù)循環(huán)式進行，又肽鏈延長在核蛋白體上連續(xù)循環(huán)式進行，又稱為核蛋白體循環(huán)稱為核蛋白體循環(huán)(ribosomal cycle)，包括以，包括以下三步：下三步： 每輪循環(huán)使多肽鏈增加一個氨基酸殘基。每輪循環(huán)使多肽鏈增加一個氨基酸殘基。第58頁/共130頁1. 進位 又稱又稱注冊注冊(registration)，是是指一個氨基酰指一個氨基酰-tRNA按照按照mRNA模板的指令進入并結模板的指令進入并結

28、合到核蛋白體合到核蛋白體A位的過程。位的過程。第59頁/共130頁 進位需要延長因子進位需要延長因子EF-Tu與與EF-Ts參與。參與。 第60頁/共130頁第61頁/共130頁Tu TsGTPGDPA U G53TuTsGTPn進位的反應過程：第62頁/共130頁2.成肽 成肽是在成肽是在轉肽酶轉肽酶(peptidase)的催化下，核蛋的催化下，核蛋白體白體P位上起始氨基酰位上起始氨基酰-tRNA的的N-甲酰甲硫氨酰甲酰甲硫氨酰基或肽?；螂孽?tRNA的肽酰基轉移到的肽?；D移到A位并與位并與A位上位上氨基酰氨基酰-tRNA的的-氨基結合形成肽鍵的過程。氨基結合形成肽鍵的過程。 第63頁/

29、共130頁n成肽的反應過程第64頁/共130頁3. 轉位 轉位是在轉位酶的催化下，核蛋白體向轉位是在轉位酶的催化下，核蛋白體向mRNA的的3 -端移動一個密碼子的距離，使端移動一個密碼子的距離，使mRNA序列上的下一個密碼子進入核蛋白體序列上的下一個密碼子進入核蛋白體的的A位、而占據位、而占據A位的肽酰位的肽酰-tRNA移入移入P位的位的過程。過程。 轉位需要延長因子轉位需要延長因子EF-G參與。參與。第65頁/共130頁EF-G有轉位酶（translocase）活性，可結合并水解1分子GTP，釋放的能量促進核蛋白體向mRNA的3側移動，使起始二肽酰-tRNA-mRNA相對位移進入核蛋白體P位

30、，而卸載的tRNA則移入E位。n轉位第66頁/共130頁第67頁/共130頁fMetA U G53fMetTuGTP成肽轉位下一輪進位第68頁/共130頁進進位位轉轉位位成肽成肽n肽鏈合成延長(核蛋白體循環(huán))過程第69頁/共130頁（三）終止 指核蛋白體指核蛋白體A位出現(xiàn)位出現(xiàn)mRNA的終止密碼子的終止密碼子后，多肽鏈合成停止，肽鏈從肽酰后，多肽鏈合成停止，肽鏈從肽酰-tRNA中釋中釋出，出，mRNA、核蛋白體大、小亞基等分離的、核蛋白體大、小亞基等分離的過程。過程。 終止階段需要終止階段需要釋放因子釋放因子RF-1、 RF-2和和 RF-3參與參與。 第70頁/共130頁RF-3可結合核蛋白

31、體其他部位，有可結合核蛋白體其他部位，有GTP酶活性，酶活性，能介導能介導RF-1、RF-2與核蛋白體的相互作用。與核蛋白體的相互作用。 n釋放因子的功能：識別終止密碼子識別終止密碼子RF-1特異識別特異識別UAA、UAG； RF-2特異識別特異識別UAA、UGA。誘導轉肽酶轉變?yōu)轷ッ富钚哉T導轉肽酶轉變?yōu)轷ッ富钚源呋律逆溑c結合在催化新生肽鏈與結合在P位的位的tRNA之間之間的酯鍵水解，使肽鏈從核蛋白體上釋放。的酯鍵水解，使肽鏈從核蛋白體上釋放。第71頁/共130頁原核肽鏈合成終止過程 第72頁/共130頁n原核肽鏈合成終止過程：第73頁/共130頁 多聚核蛋白體的形成可以使蛋白質生物多聚核

32、蛋白體的形成可以使蛋白質生物合成以高速度、高效率進行。合成以高速度、高效率進行。（四）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個核個核蛋白體，這些核蛋白體依次結合起始密碼子蛋白體，這些核蛋白體依次結合起始密碼子并沿并沿53方向讀碼移動，同時進行肽鏈合成，方向讀碼移動，同時進行肽鏈合成，這種這種mRNA與多個核蛋白體形成的聚合物稱與多個核蛋白體形成的聚合物稱為多聚核蛋白體為多聚核蛋白體(polysome) 。 第74頁/共130頁多聚核蛋白體第75頁/共130頁電鏡下的多聚核蛋白體第76頁/共130頁二、真核生物的肽鏈合成過程（一）起始1. 核蛋白體

33、大小亞基分離；2. 起始氨基酰-tRNA的結合； 3. mRNA在小亞基定位結合；4. 核蛋白體大亞基結合。第77頁/共130頁mRNA eIF-6 GDP+PielF-5ATPADP+PielF4E, elF4G, elF4A, elF4B,PABMetMet-tRNAiMet-elF-2 -GTP真核生物翻譯起始復合物形成過程第78頁/共130頁真核生物肽鏈合成的延長過程與原核生物真核生物肽鏈合成的延長過程與原核生物基本相似，但有不同的反應體系和延長因子。基本相似，但有不同的反應體系和延長因子。另外，真核細胞核蛋白體沒有另外，真核細胞核蛋白體沒有E位，轉位位，轉位時卸載的時卸載的tRNA直

34、接從直接從P位脫落。位脫落。（二）延長第79頁/共130頁（三）終止 真核生物翻譯終止過程與原核生物相似，真核生物翻譯終止過程與原核生物相似，但只有但只有1個釋放因子個釋放因子eRF，可識別所有終止密碼，可識別所有終止密碼子，完成原核生物各類子，完成原核生物各類RF的功能。的功能。 第80頁/共130頁原核生物與真核生物肽鏈合成過程的主要差別原核生物原核生物真核生物真核生物mRNA一條一條mRNA編碼幾種蛋白質（多順反子）編碼幾種蛋白質（多順反子） 一條一條mRNA編碼一種蛋白質（單順反子）編碼一種蛋白質（單順反子）轉錄后很少加工轉錄后很少加工轉錄后進行首尾修飾及剪接轉錄后進行首尾修飾及剪接轉

35、錄、翻譯和轉錄、翻譯和mRNA的降解可同時發(fā)生的降解可同時發(fā)生mRNA在核內合成，加工后進入胞液，再在核內合成，加工后進入胞液，再作為模板指導翻譯作為模板指導翻譯核蛋白體核蛋白體30S小亞基小亞基50S大亞基大亞基 70S核蛋白體核蛋白體40S小亞基小亞基60S大亞基大亞基 80S核蛋白體核蛋白體起始階段起始階段起始氨基酰起始氨基酰-tRNA為為fMet-tRNAfMet起始氨基酰起始氨基酰-tRNA為為Met-tRNAiMet核蛋白體小亞基先與核蛋白體小亞基先與mRNA結合結合,再與再與fMet-tRNAfMet結合結合核蛋白體小亞基先與核蛋白體小亞基先與Met-tRNAiMet結合，結合，

36、再與再與mRNA結合結合mRNA中的中的S-D序列與序列與16S rRNA 3 -端的端的一段序列結合一段序列結合mRNA中的帽子結構與帽子結合蛋白復合中的帽子結構與帽子結合蛋白復合物結合物結合有有3種種IF參與起始復合物的形成參與起始復合物的形成有至少有至少10種種eIF參與起始復合物的形成參與起始復合物的形成延長階段延長階段延長因子為延長因子為EF-Tu、EF-Ts和和EF-G延長因子為延長因子為eEF-1、eEF-1和和eEF-2終止階段終止階段釋放因子為釋放因子為RF-1、RF-2和和RF-3釋放因子為釋放因子為eRF第81頁/共130頁第四節(jié)蛋白質翻譯后修飾和靶向輸送Posttran

37、slational Modification and Targeting Transfer of Protein第82頁/共130頁新生多肽鏈不具備蛋白質的生物學活性，必須經過復雜的加工過程才能轉變?yōu)?具 有 天 然 構 象 的 功 能 蛋 白 質 ， 這 一 加 工 過 程 稱 為 翻 譯 后 修 飾(posttranslational modification)。翻譯后修飾包括多肽鏈折疊為天然的三維構象及對肽鏈一級結構的修飾、空間結構的修飾等。翻譯后修飾使得蛋白質組成更加多樣化，從而使蛋白質結構上呈現(xiàn)更大的復雜性。第83頁/共130頁 蛋白質合成后被定向輸送到其發(fā)揮作用的靶位點的過程稱為蛋

38、白質的靶向輸送(protein targeting)。 第84頁/共130頁一、多肽鏈折疊為天然構象的蛋白質 新生肽鏈的折疊在肽鏈合成中、合成后完成，新生肽鏈N-端在核蛋白體上一出現(xiàn)，肽鏈的折疊即開始。可能隨著序列的不斷延伸肽鏈逐步折疊，產生正確的二級結構、模序、結構域到形成完整空間構象。 一般認為，多肽鏈自身氨基酸順序儲存著蛋白質折疊的信息，即一級結構是空間構象的基礎。 細胞中大多數天然蛋白質折疊都不是自動完成，而需要其他酶和蛋白質輔助。第85頁/共130頁n幾種有促進蛋白質折疊功能的大分子:1.分子伴侶 (molecular chaperon) 2.蛋白質二硫鍵異構酶 (protein d

39、isulfide isomerase, PDI)3. 肽-脯氨酰順反異構酶 (peptide prolyl-cis-trans isomerase, PPI)第86頁/共130頁1. 分子伴侶:分子伴侶是細胞內一類可識別肽鏈的非天分子伴侶是細胞內一類可識別肽鏈的非天然構象、促進各功能域和整體蛋白質的正確折然構象、促進各功能域和整體蛋白質的正確折疊的保守蛋白質。疊的保守蛋白質。 n分子伴侶有以下功能：封閉待折疊蛋白質的暴露的疏水區(qū)段；封閉待折疊蛋白質的暴露的疏水區(qū)段；創(chuàng)建一個隔離的環(huán)境，可以使蛋白質的折疊創(chuàng)建一個隔離的環(huán)境，可以使蛋白質的折疊互不干擾；互不干擾；促進蛋白質折疊和去聚集；促進蛋白質

40、折疊和去聚集；遇到應激刺激，使已折疊的蛋白質去折疊。遇到應激刺激，使已折疊的蛋白質去折疊。 第87頁/共130頁(1) 熱休克蛋白熱休克蛋白(heat shock protein, HSP) (2) 伴侶蛋白伴侶蛋白(chaperonin) n分子伴侶主要有：分子伴侶主要有：第88頁/共130頁(1) 熱休克蛋白(heat shock protein, HSP) 熱休克蛋白屬于應激反應性蛋白質，高溫應激熱休克蛋白屬于應激反應性蛋白質，高溫應激可誘導該蛋白質合成。熱休克蛋白可促進需要可誘導該蛋白質合成。熱休克蛋白可促進需要折疊的多肽折疊為有天然空間構象的蛋白質。折疊的多肽折疊為有天然空間構象的蛋

41、白質。 熱休克蛋白包括熱休克蛋白包括HSP70、HSP40和和GrpE三族。三族。第89頁/共130頁 它有兩個主要功能域：一個是存在于N-端的高度保守的ATP酶結構域，能結合和水解ATP；另一個是存在于C-端的多肽鏈結合結構域。蛋白質的折疊需要這兩個結構域的相互作用。 大腸桿菌的HSP70 (DnaK)ATP酶肽鏈結合結構域H2NEEVD-COOHGrp E結合部位結合部位DnaJ/HSP40結合部位結合部位第90頁/共130頁 大腸桿菌的大腸桿菌的HSP40 (Dna J)可激活可激活Dna K中的中的ATP酶，生酶，生成穩(wěn)定的成穩(wěn)定的Dna J -Dna K-ADP-被折疊蛋白質復合物，

42、以利被折疊蛋白質復合物，以利于于Dna K發(fā)揮分子伴侶作用。在發(fā)揮分子伴侶作用。在ATP存在的情況下，存在的情況下，Dna J和和Dna K的相互作用能抑制蛋白質的聚集。的相互作用能抑制蛋白質的聚集。 Grp E，核苷酸交換因子，與，核苷酸交換因子，與Dna K的的ATP酶結構域結合，酶結構域結合，使使Dna K的構象發(fā)生改變、的構象發(fā)生改變、ADP從復合物中釋放出來并從復合物中釋放出來并由由ATP代替代替ADP，從而控制，從而控制Dna K的的ATP酶活性。酶活性。在蛋白質的折疊過程中，在蛋白質的折疊過程中，HSP70還需還需2個輔助因子個輔助因子HSP40和和Grp E。第91頁/共130

43、頁大腸桿菌中的HSP70 反應循環(huán)第92頁/共130頁人類細胞中HSP蛋白質家族可存在于胞漿、內質網腔、線粒體、胞核等部位，涉及多種細胞保護功能：如使線粒體和內質網蛋白質保持未折疊狀態(tài)而轉運、跨膜，再折疊成功能構象；通過類似上述機制，避免或消除蛋白質變性后因疏水基團暴露而發(fā)生的不可逆聚集，以利于清除變性或錯誤折疊的多肽中間物等。第93頁/共130頁(2) 伴侶蛋白(chaperonin) 伴侶蛋白是分子伴侶的另一家族，如大腸伴侶蛋白是分子伴侶的另一家族，如大腸桿菌的桿菌的Gro EL和和Gro ES（真核細胞中同源（真核細胞中同源物為物為HSP60和和HSP10）等家族。）等家族。 其主要作用

44、是為非自發(fā)性折疊蛋白質提供其主要作用是為非自發(fā)性折疊蛋白質提供能折疊形成天然空間構象的微環(huán)境。能折疊形成天然空間構象的微環(huán)境。 第94頁/共130頁當待折疊肽鏈進入當待折疊肽鏈進入Gro EL的桶狀空腔后，的桶狀空腔后，Gro ES可作為可作為“蓋子蓋子”瞬時封閉瞬時封閉Gro EL空腔出口。封空腔出口。封閉后的桶狀空腔提供了能完成該肽鏈折疊的微環(huán)境。閉后的桶狀空腔提供了能完成該肽鏈折疊的微環(huán)境。nGro EL-Gro ES復合物第95頁/共130頁nGro EL-Gro ES反應循環(huán)反應循環(huán) 第96頁/共130頁2. 蛋白質二硫鍵異構酶 多肽鏈內或肽鏈之間二硫鍵的正確形成對穩(wěn)定多肽鏈內或肽鏈

45、之間二硫鍵的正確形成對穩(wěn)定分泌型蛋白質、膜蛋白質等的天然構象十分重分泌型蛋白質、膜蛋白質等的天然構象十分重要，這一過程主要在細胞內質網進行。要，這一過程主要在細胞內質網進行。 二硫鍵異構酶在內質網腔活性很高，可在較大二硫鍵異構酶在內質網腔活性很高，可在較大區(qū)段肽鏈中催化錯配二硫鍵斷裂并形成正確二區(qū)段肽鏈中催化錯配二硫鍵斷裂并形成正確二硫鍵連接，最終使蛋白質形成熱力學最穩(wěn)定的硫鍵連接，最終使蛋白質形成熱力學最穩(wěn)定的天然構象。天然構象。第97頁/共130頁3. 肽-脯氨酰順反異構酶 多肽鏈中肽酰多肽鏈中肽酰-脯氨酸間形成的肽鍵有順反兩種脯氨酸間形成的肽鍵有順反兩種異構體，空間構象有明顯差別。異構體

46、，空間構象有明顯差別。 肽酰肽酰-脯氨酰順反異構酶可促進上述順反兩種異脯氨酰順反異構酶可促進上述順反兩種異構體之間的轉換。構體之間的轉換。 肽酰肽酰-脯氨酰順反異構酶是蛋白質三維構象形成脯氨酰順反異構酶是蛋白質三維構象形成的限速酶，在肽鏈合成需形成順式構型時，可的限速酶，在肽鏈合成需形成順式構型時，可使多肽在各脯氨酸彎折處形成準確折疊。使多肽在各脯氨酸彎折處形成準確折疊。 第98頁/共130頁二、蛋白質一級結構修飾主要是肽鍵水解和化學修飾 （一）肽鏈末端的修飾（二）個別氨基酸的共價修飾 1糖基化 2羥基化 3甲基化 4磷酸化 5二硫鍵形成 6親脂性修飾第99頁/共130頁例：鴉片促黑皮質素原(

47、POMC)的水解修飾（三）多肽鏈的水解修飾第100頁/共130頁三、空間結構的修飾結合蛋白質合成后都需要結合相應輔基，結合蛋白質合成后都需要結合相應輔基，才能成為具有功能活性的天然蛋白質。才能成為具有功能活性的天然蛋白質。 具有四級結構的蛋白質由兩條以上的肽鏈具有四級結構的蛋白質由兩條以上的肽鏈通過非共價鍵聚合，形成寡聚體通過非共價鍵聚合，形成寡聚體(oligomer)。（一）通過非共價鍵亞基聚合形成具有四級結構的蛋白質（二）輔基連接后形成完整的結合蛋白質第101頁/共130頁四、合成后蛋白質可被靶向輸送至細胞特定部位 蛋白質在核蛋白體上合成后，必須分選出來，蛋白質在核蛋白體上合成后，必須分選

48、出來，定向輸送到一個合適的部位才能行使各自的生物定向輸送到一個合適的部位才能行使各自的生物學功能。蛋白質的靶向輸送與翻譯后修飾過程同學功能。蛋白質的靶向輸送與翻譯后修飾過程同步進行。步進行。 第102頁/共130頁新生蛋白質的去向：第103頁/共130頁 所有靶向輸送的蛋白質結構中存在分選信號，所有靶向輸送的蛋白質結構中存在分選信號，主要是主要是N末端特異氨基酸序列，可引導蛋白質末端特異氨基酸序列，可引導蛋白質轉移到細胞的適當靶部位，這類序列稱為轉移到細胞的適當靶部位，這類序列稱為信號信號序列序列(signal sequence)。 信號序列是決定蛋白質靶向輸送特性的最重要信號序列是決定蛋白質

49、靶向輸送特性的最重要元件，提示指導蛋白質靶向輸送的信息存在于元件，提示指導蛋白質靶向輸送的信息存在于蛋白質自身的一級結構中。蛋白質自身的一級結構中。 （一）靶向輸送的蛋白質N-端存在信號序列第104頁/共130頁 N-端含端含1個或幾個帶正電荷的堿性氨基酸殘基，個或幾個帶正電荷的堿性氨基酸殘基，如賴氨酸、精氨酸；如賴氨酸、精氨酸； 中段為疏水核心區(qū)，主要含疏水的中性氨基酸，中段為疏水核心區(qū)，主要含疏水的中性氨基酸，如亮氨酸、異亮氨酸等；如亮氨酸、異亮氨酸等； C-端加工區(qū)由一些極性相對較大、側鏈較短的端加工區(qū)由一些極性相對較大、側鏈較短的氨基酸（如甘氨酸、丙氨酸、絲氨酸）組成，氨基酸（如甘氨酸

50、、丙氨酸、絲氨酸）組成，緊接著是被信號肽酶緊接著是被信號肽酶(signal peptidase)裂解的裂解的位點位點 。n信號肽有以下共性：第105頁/共130頁第106頁/共130頁 靶向輸送到細胞核的蛋白質其多肽鏈內含有特異靶向輸送到細胞核的蛋白質其多肽鏈內含有特異信號序列，稱為信號序列，稱為核定位序列核定位序列(nuclear localization sequence, NLS) 。 NLS為含為含48個氨基酸殘基的短序列，富含帶正個氨基酸殘基的短序列，富含帶正電荷的賴氨酸、精氨酸和脯氨酸，可位于肽鏈的電荷的賴氨酸、精氨酸和脯氨酸，可位于肽鏈的不同部位，而不只在不同部位，而不只在N末端

51、。末端。 不同的不同的NLS間未發(fā)現(xiàn)共有序列；間未發(fā)現(xiàn)共有序列； 在蛋白質進核定在蛋白質進核定位后，位后，NLS不被切除。不被切除。 n核定位序列第107頁/共130頁 真核細胞分泌型蛋白質的靶向輸送過程為：核蛋白體上合成的肽鏈先由信號肽引導進入內質網腔并被折疊成為具有一定功能構象的蛋白質，在高爾基復合體中被包裝進分泌小泡，轉移至細胞膜，再分泌到細胞外。（二）分泌型蛋白質由分泌小泡靶向輸送至胞外第108頁/共130頁n信號序列引導蛋白質進入內質網信號序列引導蛋白質進入內質網第109頁/共130頁（三）蛋白質6-磷酸甘露糖基化是靶向輸送至溶酶體的信號 第110頁/共130頁 與分泌型蛋白質一樣，

52、內質網中的駐留蛋白質先經粗面內質網上的附著核蛋白體合成并進入內質網腔，然后隨囊泡輸送到高爾基復合體。但是，內質網蛋白質多肽鏈的C-端含有滯留信號序列，可與相應受體結合。在高爾基復合體上，內質網蛋白質通過其滯留信號序列與受體結合后，隨囊泡輸送回內質網。 （四）靶向輸送至內質網的蛋白質C-C-端含有滯留信號序列第111頁/共130頁（五）質膜蛋白質的靶向輸送由囊泡轉移到細胞膜 質膜蛋白質合成時在粗面內質網上的跨膜機制與分泌型蛋白質的跨膜機制相似，但是，質膜蛋白質的肽鏈并不完全進入內質網腔，而是錨定在內質網膜上。 不同類型的跨膜蛋白質以不同的形式錨定于膜上。 第112頁/共130頁（六）線粒體蛋白質

53、以其前體形式在胞液合成后靶向輸入線粒體 絕大部分線粒體蛋白質是由核基因組編碼、在胞液中的游離核蛋白體上合成后釋放、靶向輸送到線粒體中的。第113頁/共130頁真核細胞線粒體蛋白質的靶向輸送第114頁/共130頁（七）細胞核蛋白質在胞液中合成后經核孔靶向輸送入核第115頁/共130頁第五節(jié)蛋白質生物合成的干擾和抑制Interference and Inhibition of Protein Biosynthesis第116頁/共130頁 蛋白質生物合成是很多天然抗生素和某些毒素的作用靶點。抗生素等就是通過阻斷真核、原核生物蛋白質翻譯體系某組分功能、干擾和抑制蛋白質生物合成過程而起作用的。 可針對蛋白質生物合成必需的關鍵組分作為研究新抗菌藥物的作用靶點。同時盡量利用真核、原核生物蛋白質合成體系的任何差異，以設計、篩選僅對病原微生物特效而不損害人體的藥物。 第117頁/共130頁一、許多抗生素通過抑制蛋白質一、許多抗生素通過抑制蛋白質生物合成發(fā)揮作用生物合成發(fā)揮作用抗生素抗生素(antibiotics)是一類由某些真菌、是一類由某些真菌、細菌等微生物產生的藥物，有抑制其他微生細菌等微生物產生的藥物，有抑制其他微生物生長或殺死其他微生物的能力，對宿主無物生長或殺死其他微生物的能力，對宿主無毒性的