蛋白質(zhì)生物合成與修飾

1、會(huì)計(jì)學(xué)1蛋白質(zhì)生物合成與修飾蛋白質(zhì)生物合成與修飾蛋白質(zhì)合成體系蛋白質(zhì)合成體系Protein Biosynthesis System第 一 節(jié) l 三種RNAmRNA（messenger RNA, 信使RNA）rRNA（ribosomal RNA, 核蛋白體RNA）tRNA（transfer RNA, 轉(zhuǎn)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(xué)將編碼一個(gè)多肽的遺傳單位稱為順反子(cistron)。 原核細(xì)胞中數(shù)個(gè)結(jié)構(gòu)基因常串聯(lián)為一個(gè)轉(zhuǎn)錄單位，轉(zhuǎn)錄生成的mRNA可編碼幾種功能相關(guān)的蛋白質(zhì)，為多順反子(polycistron) 。 真核mRNA只編碼一種蛋白質(zhì)，為單順反

2、子(single cistron) 。原核生物的多順反子真核生物的單順反子非編碼序列核蛋白體結(jié)合位點(diǎn)起始密碼子終止密碼子編碼序列PPP53蛋白質(zhì)PPPmG -53蛋白質(zhì)目 錄l mRNA上存在遺傳密碼mRNA分子上從5至3方向，由AUG開始，每3個(gè)核苷酸為一組，決定肽鏈上某一個(gè)氨基酸或蛋白質(zhì)合成的起始、終止信號，稱為三聯(lián)體密碼(triplet coden)。起始密碼(initiation coden): AUG 終止密碼(termination coden): UAA，UAG，UGA 遺遺傳傳密密碼碼表表目 錄1. 連續(xù)性連續(xù)性(commaless)l遺傳密碼的特點(diǎn)編碼蛋白質(zhì)氨基酸序列的各個(gè)三

3、聯(lián)體密碼連續(xù)閱讀，密碼間既無間斷也無交叉。 基因損傷引起mRNA閱讀框架內(nèi)的堿基發(fā)生插入或缺失，可能導(dǎo)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有一個(gè)密碼子外，其余氨基酸有2、3、4個(gè)或多至6個(gè)三聯(lián)體為其編碼。目 錄2. 簡并性簡并性(degeneracy)目 錄3. 通用性通用性(universal)4. 擺動(dòng)性擺動(dòng)性(wobble)轉(zhuǎn)運(yùn)氨基酸的tRNA的反密碼需要通過堿基互補(bǔ)與mRNA上的遺傳密碼反向配對結(jié)合，但反密碼與密碼間不嚴(yán)格遵守常見的堿基配對規(guī)律，稱為擺動(dòng)配對。 U擺動(dòng)配對目 錄密碼子、反密碼子

4、配對的擺動(dòng)現(xiàn)象密碼子、反密碼子配對的擺動(dòng)現(xiàn)象tRNA反密碼子反密碼子第第1位堿基位堿基IUGACmRNA密碼子密碼子第第3位堿基位堿基U, C, AA, GU, CUG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 錄原核生物原核生物真核生物真核生物核蛋核蛋白體白體小亞基小亞基大亞基大亞基核蛋核蛋白體白體小亞基小亞基大亞基大亞基S70S30S50S80S40S60SrRNA16S-rRNA5S-rRNA23S-rRNA18S-rRNA28S-rRNA5S-rRNA5.8S-rRNA蛋白蛋白質(zhì)質(zhì)rpS 21種種rpL 36種種rpS 33種種rpL 49種種 不同細(xì)胞核蛋白體的組

5、成 核核蛋蛋白白體體的的組組成成目 錄原核生物翻譯過程中核蛋白體結(jié)構(gòu)模式:A位：氨基酰位(aminoacyl site)P位：肽酰位(peptidyl site)E位：排出位(exit site)目 錄三、三、tRNA與氨基酸的活化與氨基酸的活化反密碼環(huán)氨基酸臂tRNA的三級結(jié)構(gòu)示意圖的三級結(jié)構(gòu)示意圖氨基酸 + tRNA氨基酰- tRNAATP AMPPPi氨基酰-tRNA合成酶（一）氨基酰-tRNA合成酶(aminoacyl-tRNA synthetase)l 氨基酸的活化第一步反應(yīng)氨基酸 ATP-E 氨基酰-AMP-E AMP PPi目 錄第二步反應(yīng)氨基酰-AMP-E tRNA 氨基酰-t

6、RNA AMP E目 錄 tRNA與酶與酶結(jié)合的模型結(jié)合的模型tRNA氨基酰-tRNA合成酶ATP（二）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 二 節(jié) 整個(gè)翻譯過程可分為 ：翻譯過程從閱讀框架的5-AUG開始，按mRNA模板三聯(lián)體密碼的順序延長肽鏈，直至終止密碼出現(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 促進(jìn)核蛋白體分離成大小亞基促進(jìn)核蛋白體分離成大小亞基eIF-6促進(jìn)各種起始因子從小亞基解離，進(jìn)而結(jié)合大亞基促進(jìn)各種起始因子從小亞基解離，進(jìn)而結(jié)合大亞基eIF

7、-5eIF-4F復(fù)合物成分，結(jié)合復(fù)合物成分，結(jié)合eIF-4E和和PABeIF-4GeIF-4F復(fù)合物成分，結(jié)合復(fù)合物成分，結(jié)合mRNA5帽子帽子eIF-4E結(jié)合結(jié)合mRNA，促進(jìn)，促進(jìn)mRNA掃描定位起始掃描定位起始AUGeIF-4BeIF-4F復(fù)合物成分，有解螺旋酶活性，促進(jìn)復(fù)合物成分，有解螺旋酶活性，促進(jìn)mRNA結(jié)結(jié)合小亞基合小亞基IF-4A最先結(jié)合小亞基促進(jìn)大小亞基分離最先結(jié)合小亞基促進(jìn)大小亞基分離eIF-2B，eIF-3促進(jìn)起始促進(jìn)起始tRNA與小亞基結(jié)合與小亞基結(jié)合eIF-2真核真核生物生物促進(jìn)大小亞基分離，提高促進(jìn)大小亞基分離，提高P位對結(jié)合起始位對結(jié)合起始tRNA敏感性敏感性EI

8、F-3促進(jìn)起始促進(jìn)起始tRNA與小亞基結(jié)合與小亞基結(jié)合EIF-2占據(jù)占據(jù)A位防止結(jié)合其他位防止結(jié)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(jìn)核蛋白體分離成大小亞基促進(jìn)核蛋白體分離成大小亞基eIF-6促進(jìn)各種起始因子從小亞基解離，進(jìn)而結(jié)合大亞基促進(jìn)各種起始因子從小亞基解離，進(jìn)而結(jié)合大亞基eIF-5eIF-4F復(fù)合物成分，結(jié)合復(fù)合物成分，結(jié)合eIF-4E和和PABeIF-4GeIF-4F復(fù)合物成分，結(jié)合復(fù)合物成分，結(jié)合mRNA5帽子帽子eIF-4E結(jié)合結(jié)合mRNA，促進(jìn)，促進(jìn)mRNA掃描定位起始掃描定位起始AUGeIF-4BeIF-4F復(fù)合物成分，有解螺旋酶活性，促進(jìn)

9、復(fù)合物成分，有解螺旋酶活性，促進(jìn)mRNA結(jié)結(jié)合小亞基合小亞基IF-4A最先結(jié)合小亞基促進(jìn)大小亞基分離最先結(jié)合小亞基促進(jìn)大小亞基分離eIF-2B，eIF-3促進(jìn)起始促進(jìn)起始tRNA與小亞基結(jié)合與小亞基結(jié)合eIF-2真核真核生物生物促進(jìn)大小亞基分離，提高促進(jìn)大小亞基分離，提高P位對結(jié)合起始位對結(jié)合起始tRNA敏感性敏感性EIF-3促進(jìn)起始促進(jìn)起始tRNA與小亞基結(jié)合與小亞基結(jié)合EIF-2占據(jù)占據(jù)A位防止結(jié)合其他位防止結(jié)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(fù)合物形成（一）原核生物翻譯起始復(fù)合物形成IF-3IF-11. 核蛋白體大小亞基分離目 錄

10、A U G53IF-3IF-12. mRNA在小亞基定位結(jié)合目 錄S-D序列序列 IF-3IF-1IF-2GTP3. 起始氨基酰tRNA( fMet-tRNAimet )結(jié)合到小亞基A U G53目 錄IF-3IF-1IF-2GTPGDPPi4. 核蛋白體大亞基結(jié)合，起始復(fù)合物形成A U G53目 錄IF-3IF-1A U G53IF-2GTPIF-2-GTPGDPPi目 錄（二）真核生物翻譯起始復(fù)合物形成（二）真核生物翻譯起始復(fù)合物形成l核蛋白體大小亞基分離；l起始氨基酰-tRNA結(jié)合；lmRNA在核蛋白體小亞基就位；l核蛋白體大亞基結(jié)合。mRNA eIF-6 GDP+PielF-5ATPA

11、DP+PielF4E, elF4G, elF4A, elF4B,PABMetMet-tRNAiMet-elF-2 -GTP真核生物翻譯起始復(fù)合物形成過程二、肽鏈合成延長二、肽鏈合成延長l肽鏈延長在核蛋白體上連續(xù)性循環(huán)式進(jìn)行，又稱為核蛋白體循環(huán)(ribosomal cycle)，每次循環(huán)增加一個(gè)氨基酸，包括以下三步： 進(jìn)位(entrance) 成肽(peptide bond formation) 轉(zhuǎn)位(translocation)原核延長原核延長因子因子生物功能生物功能對應(yīng)真核延對應(yīng)真核延長因子長因子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GTPEF-1-EF-

12、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位前移到位前移到P位，位，促進(jìn)卸載促進(jìn)卸載tRNA釋放釋放EF-2肽鏈合成的延長因子 又稱注冊又稱注冊(registration)（一）進(jìn)位指根據(jù)mRNA下一組遺傳密碼指導(dǎo)，使相應(yīng)氨基酰-tRNA進(jìn)入核蛋白體A位。目 錄延長因子EF-T催化進(jìn)位（原核生物）目 錄Tu TsGTPGDPA U G53TuTsGTP目 錄（二）成肽（二）成肽是由轉(zhuǎn)肽酶(transpeptidase)催化的肽鍵形成過程。（三）轉(zhuǎn)位（三）轉(zhuǎn)位fMetA U G53fMetTuGTP目 錄進(jìn)位轉(zhuǎn)位成肽真核生物肽鏈合成

13、的延長過程與原核基本相似，但有不同的反應(yīng)體系和延長因子。另外，真核細(xì)胞核蛋白體沒有E位，轉(zhuǎn)位時(shí)卸載的tRNA直接從P位脫落。（四）真核生物延長過程 三、肽鏈合成的終止當(dāng)mRNA上終止密碼出現(xiàn)后，多肽鏈合成停止，肽鏈從肽酰-tRNA中釋出，mRNA、核蛋白體等分離，這些過程稱為肽鏈合成終止。終止相關(guān)的蛋白因子稱為釋放因子 (release factor, RF) 一是識別終止密碼，如RF-1特異識別UAA、UAG；而RF-2可識別UAA、UGA。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-OH上，使肽鏈從核蛋白體上釋放。 釋放因子的功能原核生物釋放因子：RF-1，RF-2，RF-

14、3 真核生物釋放因子：eRF 原核肽鏈合成終止過程 U A G53RFCOO-目 錄多聚核蛋白體多聚核蛋白體(polysome)使蛋白質(zhì)合成高速、高效進(jìn)行。目 錄電鏡下的多聚核蛋白體現(xiàn)象目 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 三 節(jié)主要包括主要包括l多肽鏈折疊為天然的三維結(jié)構(gòu) l肽鏈一級結(jié)構(gòu)的修飾l高級結(jié)構(gòu)修飾 一、多肽鏈折疊為天然功能構(gòu)象的蛋白質(zhì)一、多肽鏈折疊為天然功能構(gòu)象的蛋白質(zhì)幾種有促進(jìn)蛋白折疊功能的大分子幾種有促進(jìn)蛋白折疊功能的大分子1. 熱休克蛋白(heat

15、 shock protein, HSP) HSP70、HSP40和GreE族 2. 伴侶素(chaperonins) GroEL和GroES家族分子伴侶分子伴侶是細(xì)胞一類保守蛋白質(zhì)，可識別肽鏈的非天然構(gòu)象，促進(jìn)各功能域和整體蛋白質(zhì)的正確折疊。 熱休克蛋白促進(jìn)蛋白質(zhì)折疊的基本作用結(jié)合保護(hù)待折疊多肽片段，再釋放該片段進(jìn)行折疊。形成HSP70和多肽片段依次結(jié)合、解離的循環(huán)。 HSP40結(jié)合待折疊多肽片段 HSP70-ATP復(fù)合物 HSP40- HSP70-ADP-多肽復(fù)合物 ATP水解GrpE ATPADP復(fù)合物解離，釋出多肽鏈片段進(jìn)行正確折疊 伴侶素GroEL/GroES系統(tǒng)促進(jìn)蛋白質(zhì)折疊過程 伴

16、侶素的主要作用為非自發(fā)性折疊蛋白質(zhì)提供能折疊形成天然空間構(gòu)象的微環(huán)境。 蛋白二硫鍵異構(gòu)酶 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(gòu)象十分重要，這一過程主要在細(xì)胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)進(jìn)行。 二硫鍵異構(gòu)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(cuò)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(xué)最穩(wěn)定的天然構(gòu)象。肽-脯氨酰順反異構(gòu)酶 多肽鏈中肽酰-脯氨酸間形成的肽鍵有順反兩種異構(gòu)體，空間構(gòu)象明顯差別。 肽酰-脯氨酰順反異構(gòu)酶可促進(jìn)上述順反兩種異構(gòu)體之間的轉(zhuǎn)換。 肽酰-脯氨酰順反異構(gòu)酶是蛋白質(zhì)三維構(gòu)象形成的限速酶，在肽鏈合成需形成順式構(gòu)型時(shí)，可使多肽在各脯氨酸彎折處形成準(zhǔn)確折疊。

17、 二、一級結(jié)構(gòu)的修飾二、一級結(jié)構(gòu)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PMOCKRKR103肽 ( ？)ACTH-LT-MSH-MSHEndophin三、高級結(jié)構(gòu)的修飾三、高級結(jié)構(gòu)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(protein targeting) 信號序列(signal sequence)靶向輸送蛋白靶向輸送蛋白信號序列或成分信號序列或成分分泌蛋白分泌蛋白信號肽信號肽內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔蛋白內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔蛋白信號肽，信號肽，C端端-Lys-Asp-Glu-Leu-COO-(KDEL序列序列)線粒體蛋白線粒體蛋白N端靶向序列（

18、端靶向序列（2035氨基酸殘基）氨基酸殘基）核蛋白核蛋白核定位序列（核定位序列（-Pro-Pro-Lys-Lys-Lys-Arg-Lys-Val-，SV40 T抗原）抗原）過氧化體蛋白過氧化體蛋白-Ser-Lys-Leu-（PST序列）序列）溶酶體蛋白溶酶體蛋白Man-6-P（甘露糖（甘露糖-6-磷酸）磷酸）靶向輸送蛋白的信號序列或成分 （一）分泌蛋白的靶向輸送真核細(xì)胞分泌蛋白等前體合成后靶向輸送過程首先要進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)。 信號肽(signal peptide) 各種新生分泌蛋白的N端有保守的氨基酸序列稱信號肽。 信號肽的一級結(jié)構(gòu)信號肽的一級結(jié)構(gòu)信號肽引導(dǎo)真核分泌蛋白進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng) 目 錄（二）線粒體

19、蛋白的靶向輸送（二）線粒體蛋白的靶向輸送 目 錄（三）細(xì)胞核蛋白的靶向輸送（三）細(xì)胞核蛋白的靶向輸送目 錄蛋白質(zhì)生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 四 節(jié)l抗生素(antibiotics)是微生物產(chǎn)生的能夠殺滅或抑制細(xì)菌的一類藥物。l抗代謝藥物指能干擾生物代謝過程，從而抑制細(xì)胞過度生長的藥物，如：6-MP。l 某些毒素也作用于基因信息傳遞過程。一、抗生素類抗生素抗生素作用點(diǎn)作用點(diǎn)作用原理作用原理應(yīng)用應(yīng)用四環(huán)素族（金霉素四環(huán)素族（金霉素 新霉素、土霉素）新霉素、土霉素）鏈霉素、

20、卡那霉素、鏈霉素、卡那霉素、新霉素新霉素氯霉素、林可霉素氯霉素、林可霉素紅霉素紅霉素梭鏈孢酸梭鏈孢酸 放線菌酮放線菌酮嘌呤霉素嘌呤霉素原核核蛋白原核核蛋白體小亞基體小亞基原核核蛋白原核核蛋白體小亞基體小亞基原核核蛋白原核核蛋白體大亞基體大亞基原核核蛋白原核核蛋白體大亞基體大亞基原核核蛋白原核核蛋白體大亞基體大亞基真核核蛋白真核核蛋白體大亞基體大亞基真核、原核真核、原核核蛋白體核蛋白體 抑制氨基酰抑制氨基酰-tRNA與小亞基與小亞基結(jié)合結(jié)合改變構(gòu)象引起讀碼錯(cuò)誤、抑改變構(gòu)象引起讀碼錯(cuò)誤、抑制起始制起始抑制轉(zhuǎn)肽酶、阻斷延長抑制轉(zhuǎn)肽酶、阻斷延長抑制轉(zhuǎn)肽酶、妨礙轉(zhuǎn)位抑制轉(zhuǎn)肽酶、妨礙轉(zhuǎn)位與與EFG-GTP結(jié)合，抑制肽結(jié)合，抑制肽鏈延長鏈延長抑制轉(zhuǎn)肽酶、阻斷延長抑制轉(zhuǎn)肽酶、阻斷延長氨基酰氨基酰-tRNA類似物，進(jìn)位類似物，進(jìn)位后引起未成熟肽鏈脫落后引起未成熟肽鏈脫落抗菌藥抗菌藥抗菌藥抗菌藥抗菌藥抗菌藥抗菌藥抗菌藥抗菌藥抗菌藥醫(yī)學(xué)研究醫(yī)學(xué)研究抗腫瘤藥抗腫瘤藥抗生素抑制蛋白質(zhì)生物合成的原理 嘌呤霉素嘌呤霉素作用示意圖作用示意圖四環(huán)素族氯霉素鏈霉素和卡那霉素嘌呤霉素放線菌酮目 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(jī)理的作用機(jī)理NCONH2N+OCH2OOHOHADPCONH2白喉毒素（有活性）OCH2OOHOHA