蛋白質(zhì)合成liu

1、第六章第六章蛋白質(zhì)的生物合成蛋白質(zhì)的生物合成 Biosynthesis of protein(翻譯 Translation)翻譯是蛋白質(zhì)生物合成的同義詞。翻譯就是將核酸中由堿基序列組成的遺傳信息，通過遺傳密碼破譯的方式轉(zhuǎn)變成為蛋白質(zhì)中的氨基酸排列順序的過程。蛋白質(zhì)生物合成體系蛋白質(zhì)生物合成體系Protein Biosynthesis System 第一節(jié) 20種氨基酸（AA）作為原料 酶：氨基酰-tRNA合成酶， 轉(zhuǎn)肽酶 眾多蛋白因子，如IF、eIF ATP、GTP、無機(jī)離子參與蛋白質(zhì)生物合成的物質(zhì)包括：l 三種RNAmRNA（messenger RNA, 信使RNA）rRNA（ribosom

2、al RNA, 核蛋白體RNA）tRNA（transfer RNA, 轉(zhuǎn)移RNA）一、翻譯模板mRNA及遺傳密碼 mRNA是遺傳信息的攜帶者 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（poly cistron） 。 真核mRNA只編碼一種蛋白質(zhì)，為單順反子（single cistron） 。多順反子單順反子真核生物原核生物非編碼序列l(wèi) mRNA上存在遺傳密碼 mRNA分子上從5至3方向，由AUG開始，每相鄰的3個(gè)核苷酸為一組，決定肽鏈上某一個(gè)氨基酸，或是蛋白質(zhì)合成的起始、終

3、止信號，稱為遺傳密碼（genetic codon），又稱為三聯(lián)體密碼（triplet codon）。起始密碼（initiation coden）:AUG 終止密碼（termination coden）:UAA，UAG，UGA 從mRNA 5 端起始密碼子AUG到3 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)排列編碼一個(gè)蛋白質(zhì)多肽鏈，稱為開放閱讀框架（open reading frame，ORF）。5ACUAUGCCCGCUAUGCGUUAA3 ORF1. 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)三聯(lián)體密碼連續(xù)閱讀，密碼間既無間斷也無交叉。 基因

4、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. 2. 簡并性簡并性（degeneracy） 幾種密碼子代表一種氨基酸的現(xiàn)象稱為密碼的簡并性。 密碼的簡并性主要是由于密碼子的第三個(gè)堿基發(fā)生擺動(dòng)現(xiàn)象形成的。 密碼的簡并性對于保證物種穩(wěn)定性有一定意義。3. 3. 通用性通用性（Universal） 蛋白質(zhì)生物合成的整套密碼，從原核生物到人類都通用。 已發(fā)現(xiàn)少數(shù)例外，如動(dòng)物細(xì)胞的線粒體、植物細(xì)胞的葉綠體。 密碼的通用性進(jìn)一步證明各種生物進(jìn)化自同一祖先。 4. 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

5、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。 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 1位堿基位堿基IUGACmRNA密碼子密碼子第第3 3位堿基位堿基U,C,AA,GU,CUG二、tRNA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1. 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第二步反應(yīng)

6、:氨基酰-AMP-E tRNA 氨基酰-tRNA AMP E tRNA與酶結(jié)合的模型氨基酰tRNA合成酶ATP 氨基酰-tRNA合成酶對底物氨基酸和tRNA都有高度特異性。 氨基酰-tRNA合成酶具有校正活性（proofreading activity） 。 氨基酰-tRNA的表示方法： Ala-tRNAAla， Ser-tRNASer， Met-tRNAMet 。真核生物： Met-tRNAiMet原核生物： fMet-tRNAfMet2. 起始肽鏈合成的氨基酰-tRNA三、核蛋白體是多肽鏈合成的裝置原核生物原核生物真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S值70S30S50

7、S80S40S60SrRNA16S-rRNA5S-rRNA23S-rRNA18S-rRNA28S-rRNA5S-rRNA5.8S-rRNA蛋白質(zhì)rpS21種rpL36種rpS33種rpL49種 不同細(xì)胞核蛋白體的組成 核蛋白體蛋白質(zhì)（ribosomal protein，rp） 原核生物翻譯過程中核蛋白體結(jié)構(gòu)模式:氨基酰位（aminoacyl site，A 位）肽酰位（peptidyl site，P 位）排出位（exit site，E 位）核蛋白體核蛋白體的組成的組成蛋白質(zhì)生物合成過程蛋白質(zhì)生物合成過程 Process of Protein Biosynthesis 第二節(jié) 翻譯的起始（Init

8、iation）翻譯的延長（elongation）翻譯的終止（termination）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、肽鏈合成起始指mRNA和起始氨基酰-tRNA分別與核蛋白體結(jié)合而形成 翻譯起始 復(fù) 合 物 t r a n s l a t i o n a l i n i t i a t i o n c o m p l e x起始因子起始因子（initiation factor，IF ） 起始步驟 原核生物 IF 真核生物 eIF亞基分離 IF3（IF1） eIF3mRNA就位 核酸核酸，核酸蛋白質(zhì) eIF

9、3, eIF1, eIF4A 之間的辨認(rèn)結(jié)合 eIF4B , CBP-1 eIF4E （CBP-2） 起始tRNA就位 IF2, GTP（IF1） eIF2 , co-eIF2-GTP eIF3 , eIF4C 大亞基結(jié)合 各種IF脫落，GTP水解 eIF5 , eIF4D（一）原核生物翻譯起始復(fù)合物形成核蛋白體大小亞基分離；mRNA在小亞基定位結(jié)合；起始氨基酰-tRNA的結(jié)合； 核蛋白體大亞基結(jié)合。1. 核蛋白體大小亞基分離2. mRNA在小亞基定位結(jié)合S-D序列:AUG上游 8-13個(gè)核苷酸處的,由4-6個(gè)核苷酸組成的富含嘌呤的序列.能與小亞基的16SrRNA結(jié)合,又稱核蛋白體結(jié)合蛋白.3

10、. 起始氨基酰tRNA ( fMet-tRNAfmet ) 結(jié)合到小亞基上。4. 核蛋白體大亞基結(jié)合，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。 eIF-6 GDP+PielF-5ATPADP+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、肽鏈合成延長指根據(jù)mRNA密碼序列的指導(dǎo)，按次序添加氨基酸從N端向C端延伸肽鏈，直到合成終止的過程。 l肽鏈延長在核蛋白體上連續(xù)性循環(huán)式進(jìn)行，又

11、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） 延伸過程所需蛋白因子稱為延長因子（elongation factor，EF ） 原核生物：EF-T（EF-Tu，EF-Ts） EF-G 真核生物：EF-1 、EF-2 原核延長原核延長因子因子生物功能生物功能對應(yīng)真核延長對應(yīng)真核延長因子因子EF-Tu促進(jìn)氨基酰促進(jìn)氨基酰-tRNA進(jìn)入進(jìn)入A位，結(jié)位，結(jié)合分解合分解GTPEF1-EF-Ts調(diào)節(jié)亞基調(diào)節(jié)亞基EF1-EFG有轉(zhuǎn)位酶活性，促進(jìn)有轉(zhuǎn)位酶活性

12、，促進(jìn)mRNA-mRNA-肽酰肽酰-tRNA由由A位位前移到前移到P P位，促進(jìn)卸位，促進(jìn)卸載載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 ）1. 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。延長因子EF-T催化進(jìn)位（原核生物）2. 2. 成肽是由轉(zhuǎn)肽酶（transpeptidase）催化的肽鍵形成過程。3. 3. 轉(zhuǎn)位延長因子EF-G有轉(zhuǎn)位酶（translocase）活性，可結(jié)合并水解1分子GTP，促進(jìn)核蛋白體向mRNA的3側(cè)移動(dòng) 。進(jìn)位轉(zhuǎn)位成肽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(yīng)體系和延長因

13、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。 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-3 真核生物釋放因子：eRF 原核肽鏈合成終止過程 多聚核蛋白體（Poly

14、some）使蛋白質(zhì)合成高速、高效進(jìn)行。電鏡下的多聚核蛋白體現(xiàn)象蛋白質(zhì)合成后加工蛋白質(zhì)合成后加工Posttranslational Processing第三節(jié)從核蛋白體釋放出的新生多肽鏈不具備蛋白質(zhì)生物活性，必需經(jīng)過不同的翻譯后復(fù)雜加工過程才轉(zhuǎn)變?yōu)樘烊粯?gòu)象的功能蛋白。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) 新生肽鏈經(jīng)盤曲折疊形成空間結(jié)構(gòu)。 新生肽鏈的折疊可能是隨著肽鏈的不斷延伸而逐步完成的，逐漸產(chǎn)生正確的二級結(jié)構(gòu)、模序、結(jié)構(gòu)域, ，最終形成完整空間構(gòu)象。 一般認(rèn)為，多肽鏈自身氨基酸順序儲存著蛋白質(zhì)折疊的信息，即一級結(jié)構(gòu)是空

15、間構(gòu)象的基礎(chǔ)。 在許多蛋白質(zhì)分子中,可發(fā)現(xiàn)由23個(gè)二級結(jié)構(gòu)的肽段，在空間上互相接近，形成立體形狀和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)類似的，具有特殊功能的局部區(qū)域，稱為模序。 某些蛋白質(zhì)分子中多肽鏈上相鄰的超二級結(jié)構(gòu)可以形成結(jié)構(gòu)比較緊密、穩(wěn)定和具有不同功能的區(qū)域，稱為蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)域。二、一級結(jié)構(gòu)的修飾（一）肽鏈N端的修飾： 去除N-甲?；騈-蛋氨酸。（二）個(gè)別氨基酸的共價(jià)修飾： 磷酸化修飾；Pr Pr-P ATP 蛋白激酶 ADP 羥基化修飾：羥脯氨酸、羥賴氨酸。（三）二硫鍵的生成（四）多肽鏈的水解修飾鴉片促黑皮質(zhì)素原（POMC）的水解修飾NC信號肽POMCKRKR103肽 ( ？)促腎上腺皮質(zhì)激素ACTH-LT促脂

16、解激素Endophin-內(nèi)啡肽三、高級結(jié)構(gòu)的修飾（一）亞基聚合（二）輔基連接（一）亞基聚合 血紅蛋白是22四聚體蛋白，聚合過程如下： 鏈合成后自行釋下，與尚在聚核糖體上的鏈相連，形成二聚體。此二聚體再與血紅素結(jié)合，然后再形成四聚體。（二）輔基連接 有些蛋白質(zhì)是由蛋白質(zhì)和非蛋白質(zhì)兩部分組成，稱為結(jié)合蛋白質(zhì)，其中的非蛋白質(zhì)部分稱為輔基。 結(jié)合蛋白質(zhì)中的輔基是在蛋白質(zhì)合成后加上的。 例如糖蛋白的糖即是多肽鏈合成后在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)或高爾基氏體中加上的。蛋白質(zhì)合成后需要經(jīng)過復(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，這一過程稱為蛋白質(zhì)的靶向輸送（protein targeting） 。 四、蛋白質(zhì)合成后的

17、靶向輸送蛋白質(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) 蛋白質(zhì)生物合成是很多抗生素和某些毒素的作用靶點(diǎn)。它們就是通過阻斷真核、原核生物蛋白質(zhì)翻譯體系某組分功能，干擾和抑制蛋白質(zhì)生物合成過程而起作用的。 可針對蛋白質(zhì)生物合成必需的關(guān)鍵組分作為研究新抗菌藥物的作用靶點(diǎn)。同時(shí)盡量利用真核、原核生物蛋白質(zhì)合成體系的任何差異，以設(shè)計(jì)、篩選僅對病原微生物特效而不損害人體的藥物。 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

18、謝過程，從而抑制細(xì)胞過度生長的藥物。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 新新霉素、土霉素）霉素、土霉素）鏈霉素、卡那霉素、新鏈霉素、卡那霉素、新霉素霉素氯霉素、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體原核核蛋白體小亞基小亞基原核核蛋白體原核核蛋白體小亞基小亞基原核核蛋白體原核核蛋白體大亞基大亞基原核核蛋白體原核核蛋白體大亞基大亞基原核核蛋白體原核核蛋白體大亞基大亞基真核核蛋白體真核核蛋白體大亞基大亞基真核、原核核真核、原核核蛋白體蛋白體 抑制

19、氨基酰抑制氨基酰-tRNA-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、改變構(gòu)象引起讀碼錯(cuò)誤、抑制起始等抑制起始等抑制轉(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-GTPEFG-GTP結(jié)合，抑制肽鏈結(jié)合，抑制肽鏈延長延長抑制轉(zhuǎn)肽酶、阻斷延長抑制轉(zhuǎn)肽酶、阻斷延長氨基酰氨基酰-tRNA-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)研醫(yī)學(xué)研究究抗腫瘤抗腫瘤藥藥抗生素抑制蛋白質(zhì)生物合成的原理 四環(huán)素族氯霉素鏈霉素和卡那霉素嘌呤霉素放線菌酮二、其他干擾蛋白質(zhì)生物合成的物質(zhì)（一）毒素（toxin）（二）干擾素（interferon）白喉毒素（diphtheria toxin）的作用機(jī)理NCONH2N+OCH2OOHOHADPCONH2白喉毒素（有活性）OCH2OOHOHADP（無活性）干擾素（interferon）的作用干擾素誘導(dǎo)的蛋白激酶ATPeIF2ADPeIF2-PdsRNAPi1. 干擾素誘導(dǎo)eIF2磷酸化而失活磷酸酶2. 2. 干擾素誘導(dǎo)病毒干擾素誘導(dǎo)病毒RN