蛋白質(zhì)的生物合成6

1、會計學1蛋白質(zhì)的生物合成蛋白質(zhì)的生物合成6蛋白質(zhì)合成體系蛋白質(zhì)合成體系Protein Biosynthesis System第第 一一 節(jié)節(jié) l 三種三種RNAmRNA（messenger RNA, 信使信使RNA）rRNA（ribosomal RNA, 核蛋白體核蛋白體RNA）tRNA（transfer RNA, 轉移轉移RNA）一、翻譯模板一、翻譯模板mRNA及遺傳密碼及遺傳密碼 遺傳學將編碼一個多肽的遺傳單位稱為遺傳學將編碼一個多肽的遺傳單位稱為順反順反子子(cistron)。 原核細胞中數(shù)個結構基因常串聯(lián)為一個轉錄原核細胞中數(shù)個結構基因常串聯(lián)為一個轉錄單位，轉錄生成的單位，轉錄生成的m

2、RNA可編碼幾種功能相可編碼幾種功能相關的蛋白質(zhì)，為關的蛋白質(zhì)，為多順反子多順反子(polycistron) 。 真核真核mRNA只編碼一種蛋白質(zhì)，為只編碼一種蛋白質(zhì)，為單順反子單順反子(single cistron) 。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(zhì)蛋白質(zhì)PPPmG -5 3 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)目目 錄錄l mRNA上存在遺傳密碼上存在遺傳密碼mRNA分子上從分子上從5 至至3 方向，由方向，由AUG開開始，每始，每3個核苷酸為一

3、組，決定肽鏈上某一個核苷酸為一組，決定肽鏈上某一個氨基酸或蛋白質(zhì)合成的起始、終止信號，個氨基酸或蛋白質(zhì)合成的起始、終止信號，稱為稱為三聯(lián)體密碼三聯(lián)體密碼(triplet coden)。起始密碼起始密碼(initiation coden): AUG 終止密碼終止密碼(termination coden): UAA，UAG，UGA 遺遺傳傳密密碼碼表表目目 錄錄1. 連續(xù)性連續(xù)性(commaless)l遺傳密碼的特點遺傳密碼的特點編碼蛋白質(zhì)氨基酸序列的各個三聯(lián)體密編碼蛋白質(zhì)氨基酸序列的各個三聯(lián)體密碼連續(xù)閱讀，密碼間既無間斷也無交叉。碼連續(xù)閱讀，密碼間既無間斷也無交叉。 基因損傷引起基因損傷引起mR

4、NA閱讀框架內(nèi)的堿基發(fā)生閱讀框架內(nèi)的堿基發(fā)生插入或缺失，可能導致框移突變插入或缺失，可能導致框移突變(frameshift mutation)。 2. 簡并性簡并性(degeneracy)遺傳密碼中，除色氨酸和甲硫氨酸僅遺傳密碼中，除色氨酸和甲硫氨酸僅有一個密碼子外，其余氨基酸有有一個密碼子外，其余氨基酸有2、3、4個或多至個或多至6個三聯(lián)體為其編碼。個三聯(lián)體為其編碼。目目 錄錄2. 簡并性簡并性(degeneracy)目目 錄錄3. 通用性通用性(universal)4. 擺動性擺動性(wobble)轉運氨基酸的轉運氨基酸的tRNA的反密碼需要通過的反密碼需要通過堿基互補與堿基互補與mRNA

5、上的遺傳密碼反向配對結上的遺傳密碼反向配對結合，但反密碼與密碼間不嚴格遵守常見的堿合，但反密碼與密碼間不嚴格遵守常見的堿基配對規(guī)律，稱為擺動配對。基配對規(guī)律，稱為擺動配對。 U擺動配對擺動配對目目 錄錄密碼子、反密碼子配對的擺動現(xiàn)象密碼子、反密碼子配對的擺動現(xiàn)象二、核蛋白體是多肽鏈合成的裝置二、核蛋白體是多肽鏈合成的裝置目目 錄錄原核生物真核生物核蛋白體小亞基大亞基核蛋白體小亞基大亞基S70S30S50S80S40S60SrRNA16S-rRNA5S-rRNA23S-rRNA18S-rRNA28S-rRNA5S-rRNA5.8S-rRNA蛋白質(zhì)rpS 21種rpL 36種rpS 33種rpL

6、49種 不同細胞核蛋白體的組成不同細胞核蛋白體的組成 核核蛋蛋白白體體的的組組成成目目 錄錄原核生物翻譯過程中核蛋白體結構模式原核生物翻譯過程中核蛋白體結構模式:A位：氨基酰位位：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 site)目目 錄錄三、三、tRNA與氨基酸的活化與氨基酸的活化反密碼環(huán)反密碼環(huán)氨基酸臂氨基酸臂tRNA的三級結構示意圖的三級結構示意圖氨基酸氨基酸 + tRNA氨基酰氨基酰- tRNAATP AMPPPi氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶（一）（一）氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶(ami

7、noacyl-tRNA synthetase)l 氨基酸的活化氨基酸的活化第一步反應第一步反應氨基酸氨基酸 ATP-E 氨基酰氨基酰-AMP-E AMP PPi目目 錄錄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目目 錄錄（二）（二）起始肽鏈合成的氨基酰起始肽鏈合成的氨基酰-tRNA蛋白質(zhì)生物合成過程蛋白質(zhì)生物合成過程 The Process of Protein Biosynthesis 第第 二二 節(jié)節(jié) 整個翻譯過程可分為整個翻譯過程可分為 ：翻譯過程從閱讀框架的翻譯過程從閱讀框架的5 -AUG開始，按開始，按mRNA模板三聯(lián)體密碼的順序延長

8、肽鏈，直模板三聯(lián)體密碼的順序延長肽鏈，直至終止密碼出現(xiàn)。至終止密碼出現(xiàn)。 一、肽鏈合成起始一、肽鏈合成起始原核、真核生物各種起始因子的生物功能原核、真核生物各種起始因子的生物功能 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eIF-6促進各種起始因子從小亞基解離，進而結合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-5eIF-4F復合物成分，結合復合物成分，結合eIF-4E和和PABeIF-4GeIF-4F復合物成分，結合復合物成分，結合mRNA5帽子帽子eIF-4E結合結合mRNA，促進，促進mRNA掃描定位起始掃描定位起始AUGeIF-4BeIF-4F復合物成分，有解螺

9、旋酶活性，促進復合物成分，有解螺旋酶活性，促進mRNA結結合小亞基合小亞基IF-4A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-2B，eIF-3促進起始促進起始tRNA與小亞基結合與小亞基結合eIF-2真核真核生物生物促進大小亞基分離，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敏感性敏感性EIF-3促進起始促進起始tRNA與小亞基結合與小亞基結合EIF-2占據(jù)占據(jù)A位防止結合其他位防止結合其他tRNAIF-1原核原核生物生物生物功能生物功能起始因子起始因子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eIF-6促進各種起始因子從小亞基解離，進而結

10、合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-5eIF-4F復合物成分，結合復合物成分，結合eIF-4E和和PABeIF-4GeIF-4F復合物成分，結合復合物成分，結合mRNA5帽子帽子eIF-4E結合結合mRNA，促進，促進mRNA掃描定位起始掃描定位起始AUGeIF-4BeIF-4F復合物成分，有解螺旋酶活性，促進復合物成分，有解螺旋酶活性，促進mRNA結結合小亞基合小亞基IF-4A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-2B，eIF-3促進起始促進起始tRNA與小亞基結合與小亞基結合eIF-2真核真核生物生物促進大小亞基分離，提高促進大小亞基分

11、離，提高P位對結合起始位對結合起始tRNA敏感性敏感性EIF-3促進起始促進起始tRNA與小亞基結合與小亞基結合EIF-2占據(jù)占據(jù)A位防止結合其他位防止結合其他tRNAIF-1原核原核生物生物生物功能生物功能起始因子起始因子（一）原核生物翻譯起始復合物形成（一）原核生物翻譯起始復合物形成IF-3IF-11. 核蛋白體大小亞基分離核蛋白體大小亞基分離目目 錄錄A U G53IF-3IF-12. mRNA在小亞基定位結合在小亞基定位結合目目 錄錄S-D序列序列 IF-3IF-1IF-2GTP3. 起始氨基酰起始氨基酰tRNA( fMet-tRNAimet )結合到結合到小亞基小亞基A U G53目

12、目 錄錄IF-3IF-1IF-2GTPGDPPi4. 核蛋白體大亞基結合，起始復合物形成核蛋白體大亞基結合，起始復合物形成A U G53目目 錄錄IF-3IF-1A U G53IF-2GTPIF-2-GTPGDPPi目目 錄錄（二）真核生物翻譯起始復合物形成（二）真核生物翻譯起始復合物形成mRNA eIF-6 GDP+PielF-5ATPADP+PielF4E, elF4G, elF4A, elF4B,PABMetMet-tRNAiMet-elF-2 -GTP真核生物翻譯起始真核生物翻譯起始復合物形成過程復合物形成過程二、肽鏈合成延長二、肽鏈合成延長原核延長因子生物功能對應真核延長因子EF-T

13、u促進氨基酰-tRNA進入A位，結合分解GTPEF-1-EF-Ts調(diào)節(jié)亞基EF-1-EFG有轉位酶活性，促進mRNA-肽酰-tRNA由A位前移到P位，促進卸載tRNA釋放EF-2肽鏈合成的延長因子肽鏈合成的延長因子 又稱注冊又稱注冊(registration)（一）進位（一）進位指根據(jù)指根據(jù)mRNA下下一組遺傳密碼指導，一組遺傳密碼指導，使相應氨基酰使相應氨基酰-tRNA進入核蛋白體進入核蛋白體A位。位。目目 錄錄延長因子延長因子EF-T催化催化進位（原核生物）進位（原核生物）目目 錄錄Tu TsGTPGDPA U G53TuTsGTP目目 錄錄（二）成肽（二）成肽是由轉肽酶是由轉肽酶(tra

14、nspeptidase)催化的肽鍵催化的肽鍵形成過程。形成過程。（三）轉位（三）轉位fMetA U G53fMetTuGTP目目 錄錄進進位位轉轉位位成肽成肽真核生物肽鏈合成的延長過程與原核基本相真核生物肽鏈合成的延長過程與原核基本相似，但有不同的反應體系和延長因子。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，轉位時位，轉位時卸載的卸載的tRNA直接從直接從P位脫落。位脫落。（四）真核生物延長過程（四）真核生物延長過程 三、肽鏈合成的終止三、肽鏈合成的終止當當mRNA上終止密碼出現(xiàn)后，多肽鏈合成上終止密碼出現(xiàn)后，多肽鏈合成停止，肽鏈從肽酰停止，肽

15、鏈從肽酰-tRNA中釋出，中釋出，mRNA、核、核蛋白體等分離，這些過程稱為肽鏈合成終止。蛋白體等分離，這些過程稱為肽鏈合成終止。終止相關的蛋白因子稱為釋放因子終止相關的蛋白因子稱為釋放因子 (release factor, RF) 一是識別終止密碼，如一是識別終止密碼，如RF-1特異識別特異識別UAA、UAG；而；而RF-2可識別可識別UAA、UGA。二是誘導轉肽酶改變?yōu)轷ッ富钚裕喈斢诖呋钦T導轉肽酶改變?yōu)轷ッ富钚?，相當于催化肽?；D移到水分子肽?；D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原核生物釋放因子：原核生物釋放因子：

16、RF-1，RF-2，RF-3 真核生物釋放因子：真核生物釋放因子：eRF 原原核核肽肽鏈鏈合合成成終終止止過過程程 U A G53RFCOO-目目 錄錄多聚核蛋白體多聚核蛋白體(polysome)使蛋白質(zhì)合成高使蛋白質(zhì)合成高速、高效進行。速、高效進行。目目 錄錄電鏡下的多聚核蛋白體現(xiàn)象電鏡下的多聚核蛋白體現(xiàn)象目目 錄錄蛋白質(zhì)合成后加工和輸送蛋白質(zhì)合成后加工和輸送Posttranslational Processing & Protein Transportation第第 三三 節(jié)節(jié)主要包括主要包括一、多肽鏈折疊為天然功能構象的蛋白質(zhì)一、多肽鏈折疊為天然功能構象的蛋白質(zhì)幾種有促進蛋白折疊

17、功能的大分子幾種有促進蛋白折疊功能的大分子1. 熱休克蛋白熱休克蛋白(heat shock protein, HSP) HSP70、HSP40和和GreE族族 2. 伴侶素伴侶素(chaperonins) GroEL和和GroES家族家族分子伴侶分子伴侶分子伴侶是細胞一類保守蛋白質(zhì)，可識別分子伴侶是細胞一類保守蛋白質(zhì)，可識別肽鏈的非天然構象，促進各功能域和整體蛋白肽鏈的非天然構象，促進各功能域和整體蛋白質(zhì)的正確折疊。質(zhì)的正確折疊。 熱休克蛋白促進蛋白質(zhì)折疊的基本作用熱休克蛋白促進蛋白質(zhì)折疊的基本作用結合保護待折疊多肽片段，再釋放該片段進結合保護待折疊多肽片段，再釋放該片段進行折疊。形成行折疊。

18、形成HSP70和多肽片段依次結合、解離和多肽片段依次結合、解離的循環(huán)。的循環(huán)。 HSP40結合待結合待折疊多肽片段折疊多肽片段 HSP70-ATP復合物復合物 HSP40- HSP70-ADP-多肽復合物多肽復合物 ATP水解水解GrpE ATPADP復合物解離，釋出多肽鏈片段進行正確折疊復合物解離，釋出多肽鏈片段進行正確折疊 伴侶素伴侶素GroEL/GroES系統(tǒng)促進蛋白質(zhì)折疊過程系統(tǒng)促進蛋白質(zhì)折疊過程 伴侶素的主要作用伴侶素的主要作用為非自發(fā)性折疊蛋白質(zhì)提供能折疊形成天為非自發(fā)性折疊蛋白質(zhì)提供能折疊形成天然空間構象的微環(huán)境然空間構象的微環(huán)境。 蛋白二硫鍵異構酶蛋白二硫鍵異構酶 多肽鏈內(nèi)或肽

19、鏈之間二硫鍵的正確形成對穩(wěn)多肽鏈內(nèi)或肽鏈之間二硫鍵的正確形成對穩(wěn)定分泌蛋白、膜蛋白等的天然構象十分重要，這定分泌蛋白、膜蛋白等的天然構象十分重要，這一過程主要在細胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)進行。一過程主要在細胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)進行。 二硫鍵異構酶在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔活性很高，可在較二硫鍵異構酶在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)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大區(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(zhì)形成熱力學最穩(wěn)定的天硫鍵連接，最終使蛋白質(zhì)形成熱力學最穩(wěn)定的天然構象。然構象。肽肽-脯氨酰順反異構酶脯氨酰順反異構酶 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脯氨酸間形成的肽鍵有順反兩種異構體，空

20、間構象明顯差別。種異構體，空間構象明顯差別。 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。異構體之間的轉換。 肽酰肽酰- -脯氨酰順反異構酶是蛋白質(zhì)三維構象形脯氨酰順反異構酶是蛋白質(zhì)三維構象形成的限速酶，在肽鏈合成需形成順式構型時，可成的限速酶，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。 二、一級結構的修飾二、一級結構的修飾鴉片促黑皮質(zhì)素原鴉片促黑皮質(zhì)素原(POMC)的水解修飾的水解修飾NC信號肽信號肽PMOCKRKR103肽肽 ( ？)ACTH -LT -MSH -MSHEnd

21、ophin三、高級結構的修飾三、高級結構的修飾四、蛋白質(zhì)合成后的靶向輸送四、蛋白質(zhì)合成后的靶向輸送 蛋白質(zhì)的靶向輸送蛋白質(zhì)的靶向輸送(protein targeting) 信號序列信號序列(signal sequence)靶向輸送蛋白信號序列或成分分泌蛋白信號肽內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔蛋白信號肽，C端-Lys-Asp-Glu-Leu-COO-(KDEL序列)線粒體蛋白N端靶向序列（2035氨基酸殘基）核蛋白核定位序列（-Pro-Pro-Lys-Lys-Lys-Arg-Lys-Val-，SV40 T抗原）過氧化體蛋白-Ser-Lys-Leu-（PST序列）溶酶體蛋白Man-6-P（甘露糖-6-磷酸）靶向輸送蛋白

22、的信號序列或成分靶向輸送蛋白的信號序列或成分 （一）分泌蛋白的靶向輸送（一）分泌蛋白的靶向輸送真核細胞分泌蛋白等前體合成后靶向真核細胞分泌蛋白等前體合成后靶向輸送過程首先要進入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)。輸送過程首先要進入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)。 信號肽信號肽(signal peptide) 各種新生分泌蛋白的各種新生分泌蛋白的N端有保守的氨端有保守的氨基酸序列稱信號肽?；嵝蛄蟹Q信號肽。 信號肽的一級結構信號肽的一級結構信號肽引導真核分泌蛋白進入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)信號肽引導真核分泌蛋白進入內(nèi)質(zhì)網(wǎng) 目目 錄錄（二）線粒體蛋白的靶向輸送（二）線粒體蛋白的靶向輸送 目目 錄錄（三）細胞核蛋白的靶向輸送（三）細胞核蛋白的靶向輸送目目 錄錄蛋白質(zhì)生

23、物合成的干擾和抑制蛋白質(zhì)生物合成的干擾和抑制Interference & Inhibition of Protein Biosynthesis第第 四四 節(jié)節(jié)l抗生素抗生素(antibiotics)是微生物產(chǎn)生的能夠殺滅或抑制細菌的是微生物產(chǎn)生的能夠殺滅或抑制細菌的一類藥物。一類藥物。l抗代謝藥物抗代謝藥物指能干擾生物代謝過程，從而抑制細胞過指能干擾生物代謝過程，從而抑制細胞過度生長的藥物，如度生長的藥物，如：6-MP。l 某些毒素也作用于基因信息傳遞過程某些毒素也作用于基因信息傳遞過程。 嘌呤霉素嘌呤霉素作用示意圖作用示意圖四四環(huán)環(huán)素素族族氯霉素氯霉素鏈霉素和卡那霉素鏈霉素和卡那霉素嘌呤霉素嘌呤霉素放線菌酮放線菌酮目目 錄錄二、其他干擾蛋白質(zhì)生物合成的物質(zhì)二、其他干擾蛋白質(zhì)生物合成的物質(zhì)白喉毒素白喉毒素(diphtheria toxin)的作用機理的作用機理NCONH2N+OCH2OO