生化17蛋白質(zhì)的生物合成

1、第三篇第三篇 基因信息的傳遞基因信息的傳遞中心法則：中心法則：PPPmG -5 -3 原核細(xì)胞中數(shù)個結(jié)構(gòu)基因常串聯(lián)為一個轉(zhuǎn)錄原核細(xì)胞中數(shù)個結(jié)構(gòu)基因常串聯(lián)為一個轉(zhuǎn)錄單位，轉(zhuǎn)錄生成的單位，轉(zhuǎn)錄生成的mRNA可編碼幾種功能相可編碼幾種功能相關(guān)的蛋白質(zhì)，為關(guān)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糖體結(jié)合位點(diǎn)核糖體結(jié)合位點(diǎn)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PPP

2、5 -3 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)PPPmG -5 -3 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)起始密碼起始密碼(initiation codon): AUG 終止密碼終止密碼(termination codon): UAA，UAG，UGA mRNA 氨基酸氨基酸堿基種類堿基種類 密碼子種類密碼子種類 4 64 （43） A U CU反密碼環(huán)反密碼環(huán)氨基酸臂氨基酸臂氨基酸氨基酸 + tRNA氨基酰氨基酰- tRNAATP AMPPPi氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶氨基酸氨基酸 ATP 氨基酰氨基酰-AMP AMP PPiE E氨基酰氨基酰-AMP tRNA 氨基酰氨基酰-tRNA AMPu氨基酰氨基酰-tRNA合成酶：合成酶：

3、具有校正的活性具有校正的活性每一種氨基酸都有專一的酶每一種氨基酸都有專一的酶保證了蛋白質(zhì)合成的準(zhǔn)確性保證了蛋白質(zhì)合成的準(zhǔn)確性Met-tRNAifMetfMet-tRNAifMet轉(zhuǎn)甲酰基酶N10-CHO FH4密碼子與反密碼子間的識別主要由密碼子與反密碼子間的識別主要由tRNA決定而與氨基酸無關(guān)。決定而與氨基酸無關(guān)。氨基酸與氨基酸與tRNA連接的準(zhǔn)確性是正確合成蛋白質(zhì)的關(guān)鍵步驟。連接的準(zhǔn)確性是正確合成蛋白質(zhì)的關(guān)鍵步驟。起始復(fù)合物的形成過程起始復(fù)合物的形成過程（1）核糖體亞基的拆離：）核糖體亞基的拆離：IF穩(wěn)定大、小亞基的分離穩(wěn)定大、小亞基的分離（2）mRNA與與30S小亞基結(jié)合：小亞基結(jié)合：S

4、-D序列（序列（RBS）（3） fMet-tRNAifMet的結(jié)合：的結(jié)合：IF 2-GTP；起始密碼；起始密碼（4）50S大亞基的結(jié)合：大亞基的結(jié)合： IF- 2的的GTP水解，水解，IF釋放釋放IF-3IF-1A U G53IF-3IF-1S-D序列（序列（-AGGAGG-） 和和 rpS辨認(rèn)序列辨認(rèn)序列IF-3IF-1IF-2GTPA U G53IF-3IF-1IF-2GTPGDPPiA U G53IF-3IF-1A U G53IF-2GTPIF-2-GTPGDPPi 肽鏈延長在核糖體上連續(xù)性循環(huán)式進(jìn)行，又稱肽鏈延長在核糖體上連續(xù)性循環(huán)式進(jìn)行，又稱為為核糖體循環(huán)核糖體循環(huán)(ribosom

5、al cycle)，每次循環(huán)增，每次循環(huán)增加一個氨基酸，包括以下三步：加一個氨基酸，包括以下三步： 進(jìn)位進(jìn)位(entrance) 成肽成肽(peptide bond formation) 轉(zhuǎn)位轉(zhuǎn)位(translocation)原核延長因原核延長因子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，結(jié)位，結(jié)合分解合分解GTPeEF-1-EF-TsEF-Tu的調(diào)節(jié)亞基的調(diào)節(jié)亞基eEF-1-EF-G有轉(zhuǎn)位酶活性，促進(jìn)有轉(zhuǎn)位酶活性，促進(jìn)mRNA-肽肽酰酰-tRNA由由A位前移到位前移到P位，促位，促進(jìn)進(jìn)tRNA卸載與釋放卸載與釋放eEF-2是由是由

6、轉(zhuǎn)肽酶轉(zhuǎn)肽酶(transpeptidase)催化的肽鍵催化的肽鍵形成過程。形成過程。 當(dāng)當(dāng)mRNA上上終止密碼終止密碼出現(xiàn)后，多肽鏈合成停出現(xiàn)后，多肽鏈合成停止，肽鏈從肽酰止，肽鏈從肽酰-tRNA中釋出，中釋出，mRNA、核、核糖體等分離，這些過程稱為肽鏈合成終止。糖體等分離，這些過程稱為肽鏈合成終止。釋放因子釋放因子 (release factor, RF)U A G53RFCOO-使蛋白質(zhì)合成高速、高效進(jìn)行使蛋白質(zhì)合成高速、高效進(jìn)行電鏡下的多聚核糖體現(xiàn)象電鏡下的多聚核糖體現(xiàn)象mRNA eIF-6 GDP+PielF-5ATPADP+PielF4E, elF4G, elF4A, elF4B,

7、PAB真核生物翻譯起始真核生物翻譯起始復(fù)合物形成過程復(fù)合物形成過程Met-tRNAiMet-elF-2 -GTP真核生物翻譯起始復(fù)合物的裝配真核生物翻譯起始復(fù)合物的裝配 B(Kozak共有序列共有序列-CCRCCAUGG-)真核生物肽鏈合成的延長過程與原核基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)體系和延長因子。本相似，但有不同的反應(yīng)體系和延長因子。另外，另外，真核細(xì)胞核蛋白體沒有真核細(xì)胞核蛋白體沒有E E位位，轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)位時(shí)卸載的位時(shí)卸載的tRNAtRNA直接從直接從P P位脫落。位脫落。真核生物肽鏈延長過程真核生物肽鏈延長過程參與參與原核生物翻原核生物翻譯譯的各的各種種蛋白蛋白

8、質(zhì)質(zhì)因子及其生物因子及其生物學(xué)學(xué)功能功能種類種類生物學(xué)功能生物學(xué)功能起始因子起始因子IF-1占據(jù)核糖體占據(jù)核糖體A位，防止位，防止A位結(jié)合其他位結(jié)合其他tRNA IF-2促進(jìn)促進(jìn)fMet-tRNAfMet與小亞基結(jié)合與小亞基結(jié)合 IF-3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)合位對結(jié)合fMet-tRNAfMet的敏感性的敏感性 延長因子延長因子EF-Tu促進(jìn)氨基酰促進(jìn)氨基酰-tRNA進(jìn)入進(jìn)入A位，結(jié)合并分解位，結(jié)合并分解GTPEF-TsEF-Tu的的調(diào)節(jié)亞基調(diào)節(jié)亞基EF-G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位移至位移至P位；促進(jìn)位；促進(jìn)tR

9、NA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(dǎo)轉(zhuǎn)肽酶轉(zhuǎn)變?yōu)轷ッ?，誘導(dǎo)轉(zhuǎn)肽酶轉(zhuǎn)變?yōu)轷ッ窻F-2特異識別特異識別UAA、UGA，誘導(dǎo)轉(zhuǎn)肽酶轉(zhuǎn)變?yōu)轷ッ福T導(dǎo)轉(zhuǎn)肽酶轉(zhuǎn)變?yōu)轷ッ窻F-3具有具有GTP酶活性，介導(dǎo)酶活性，介導(dǎo)RF-1及及RF-2與核糖體的相與核糖體的相互作用互作用參與真參與真核生物翻核生物翻譯譯的各的各種種蛋白蛋白質(zhì)質(zhì)因子及其生物因子及其生物學(xué)學(xué)功能功能種類種類生物學(xué)功能生物學(xué)功能起始因子起始因子eIF-1多功能因子，參與翻譯的多個步驟多功能因子，參與翻譯的多個步驟eIF-2促進(jìn)促進(jìn)Met-tRNAiMet與小亞基結(jié)合與小亞基結(jié)合eIF-2B結(jié)合小亞

10、基，促進(jìn)大、小亞基分離結(jié)合小亞基，促進(jìn)大、小亞基分離 eIF-3結(jié)合小亞基，促進(jìn)大、小亞基分離；介導(dǎo)結(jié)合小亞基，促進(jìn)大、小亞基分離；介導(dǎo)eIF-4F復(fù)合物復(fù)合物-mRNA與小亞基結(jié)合與小亞基結(jié)合 eIF-4AeIF-4F復(fù)合物成分；有復(fù)合物成分；有RNA解螺旋酶活性，解除解螺旋酶活性，解除mRNA 5 -端的端的發(fā)夾結(jié)構(gòu)，使其與小亞基結(jié)合發(fā)夾結(jié)構(gòu)，使其與小亞基結(jié)合 eIF-4B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-4EeIF-4F復(fù)合物成分，識別結(jié)合復(fù)合物成分，識別結(jié)合mRNA 的的5 帽結(jié)構(gòu)帽結(jié)構(gòu)eIF-4GeIF-4F復(fù)合物成分，結(jié)合復(fù)合物成分，結(jié)合eI

11、F-4E、eIF-3和和PABeIF-5促進(jìn)各種起始因子從小亞基解離促進(jìn)各種起始因子從小亞基解離eIF-6促進(jìn)大、小亞基分離促進(jìn)大、小亞基分離延長因子延長因子eIF1-促進(jìn)氨基酰促進(jìn)氨基酰-tRNA進(jìn)入進(jìn)入A位，結(jié)合分解位，結(jié)合分解GTP，相當(dāng)于，相當(dāng)于EF-TueIF1-調(diào)節(jié)亞基，相當(dāng)于調(diào)節(jié)亞基，相當(dāng)于EF-TseIF-2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位移至位移至P位，促進(jìn)位，促進(jìn)tRNA卸載與釋放，相當(dāng)于卸載與釋放，相當(dāng)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的功能的功能主要包括：

12、第三節(jié)第三節(jié) 肽鏈合成后加工和輸送肽鏈合成后加工和輸送Posttranslational Processing & Protein Transportation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)的正確天然構(gòu)象，促進(jìn)各功能域和整體蛋白質(zhì)的正確折疊。折疊。 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家族家族大大腸腸桿菌的桿菌的HSP70 (DnaK)ATPAT

13、P酶肽鏈結(jié)合結(jié)構(gòu)域H H2 2N NEEVD-COOHEEVD-COOHGrp EGrp E結(jié)合部位結(jié)合部位DnaJ/HSP40DnaJ/HSP40結(jié)合部位結(jié)合部位熱休克蛋白促進(jìn)蛋白質(zhì)折疊的基本作用熱休克蛋白促進(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。結(jié)合保護(hù)待折疊多肽片段，再釋放該片段進(jìn)行折疊。形成形成HSP70和多肽片段依次結(jié)合、解離的循環(huán)。和多肽片段依次結(jié)合、解離的循環(huán)。 HSP40結(jié)合待結(jié)合待折疊多肽片段折疊多肽片段 HSP70-ATP復(fù)合物復(fù)合物 HSP40- HSP70-ADP-多肽復(fù)合物多肽復(fù)合物 ATP水解水解GrpE ATPADP復(fù)合物解離，釋出多肽

14、鏈片段進(jìn)行正確折疊復(fù)合物解離，釋出多肽鏈片段進(jìn)行正確折疊 HSP70 輔助肽鏈折疊輔助肽鏈折疊 當(dāng)待折疊肽鏈進(jìn)入當(dāng)待折疊肽鏈進(jìn)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(shí)封閉瞬時(shí)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(fù)復(fù)合物合物伴侶素伴侶素GroEL/GroES系統(tǒng)促進(jìn)蛋白質(zhì)折疊過程系統(tǒng)促進(jìn)蛋白質(zhì)折疊過程 伴侶蛋白的主要作用伴侶蛋白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)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)

15、境象的微環(huán)境。 蛋白二硫鍵異構(gòu)酶蛋白二硫鍵異構(gòu)酶 多肽鏈內(nèi)或肽鏈之間二硫鍵的正確形成對穩(wěn)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。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(xué)最穩(wěn)定的天硫鍵連接，最終使蛋白質(zhì)形成熱力學(xué)最穩(wěn)定的天然構(gòu)象。然構(gòu)象。肽肽-脯氨酰順反異構(gòu)酶脯氨酰順反異構(gòu)酶 多肽鏈中肽酰多肽鏈中肽酰- -脯

16、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(gòu)體，空間構(gòu)象明顯差別。種異構(gòu)體，空間構(gòu)象明顯差別。 肽酰肽酰- -脯氨酰順反異構(gòu)酶可促進(jìn)上述順反兩種脯氨酰順反異構(gòu)酶可促進(jìn)上述順反兩種異構(gòu)體之間的轉(zhuǎn)換。異構(gòu)體之間的轉(zhuǎn)換。 肽酰肽酰- -脯氨酰順反異構(gòu)酶是蛋白質(zhì)三維構(gòu)象形脯氨酰順反異構(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。使多肽在各脯氨酸彎折處形成準(zhǔn)確折疊。 圖圖17-11 鴉鴉片促黑皮片促黑皮質(zhì)質(zhì)素原素原(POMC)的水解修的水解修飾飾肽鏈肽鏈中中肽鍵肽鍵水解水解產(chǎn)產(chǎn)生多生多種種功能功能

17、肽肽 C Rice, 2007, Naure Reviewsp7: putative ion channelNS5A: phosphoprotein三、肽鏈中氨基酸殘基的化學(xué)修飾三、肽鏈中氨基酸殘基的化學(xué)修飾增加蛋白質(zhì)功能多樣性增加蛋白質(zhì)功能多樣性常見的化學(xué)修飾種類常見的化學(xué)修飾種類 發(fā)生修飾的主要氨基酸殘基發(fā)生修飾的主要氨基酸殘基磷酸化磷酸化絲氨酸、蘇氨酸、酪氨酸絲氨酸、蘇氨酸、酪氨酸N-糖基化糖基化天冬酰胺天冬酰胺O-糖基化糖基化絲氨酸、蘇氨酸絲氨酸、蘇氨酸羥基化羥基化脯氨酸脯氨酸 賴氨酸賴氨酸甲基化甲基化賴氨酸、精氨酸、組氨酸、天冬酰賴氨酸、精氨酸、組氨酸、天冬酰胺、天冬氨酸、谷氨酸胺、

18、天冬氨酸、谷氨酸乙酰化乙?；嚢彼?、絲氨酸賴氨酸、絲氨酸硒化硒化半胱氨酸半胱氨酸 如，血紅蛋白如，血紅蛋白（四個亞基構(gòu)成，分別為兩個四個亞基構(gòu)成，分別為兩個 亞基和兩個亞基和兩個 亞基亞基 ）靶向輸送蛋白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真核細(xì)胞分泌蛋白等前體合成后靶向真核細(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)。輸送過程首先要進(jìn)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(jié)構(gòu)堿堿性性氨氨基酸基酸（賴氨賴氨酸、精酸、精氨氨

19、酸）酸）中性中性氨氨基酸基酸（亮（亮氨氨酸、酸、異異亮亮氨氨酸）酸）極極性性氨氨基酸基酸（甘、丙、（甘、丙、絲絲）（二）線粒體蛋白的靶向輸送 囊泡形成和轉(zhuǎn)運(yùn)囊泡形成和轉(zhuǎn)運(yùn)細(xì)胞核蛋白的靶向輸送細(xì)胞核蛋白的靶向輸送蛋白質(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(xì)菌的一類藥物。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：的藥物，如：6巰基嘌呤巰基嘌呤（6-MP）。）。l 毒素毒素 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?？股乜股?作用位點(diǎn)作用位點(diǎn) 作用原理作用原理應(yīng)用應(yīng)用 伊短菌素伊短菌素 原核、真核核蛋白體原核、真核核蛋白體小亞基小亞基 阻礙翻譯起始復(fù)合物的形成阻礙翻譯起始復(fù)合物的形成抗病毒藥抗病毒藥四環(huán)素、土霉素四環(huán)素、土霉素 原核核蛋白體小亞基原核核蛋白體小亞基 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 抗菌藥抗菌藥鏈霉素、新霉素、鏈霉素、新霉