第十八章 蛋白質(zhì)的生物合成(翻譯)

1、第十八章 蛋白質(zhì)的生物合成（翻譯）Chapter 18 Protein Biosynthesis，Translation蛋白質(zhì)的生物合成過程，就是將蛋白質(zhì)的生物合成過程，就是將DNA傳遞給傳遞給mRNA的遺傳信息，再具體轉(zhuǎn)譯為蛋白質(zhì)中氨的遺傳信息，再具體轉(zhuǎn)譯為蛋白質(zhì)中氨基酸排列順序的過程，這一過程被稱為基酸排列順序的過程，這一過程被稱為翻譯翻譯（translation）。 第一節(jié) 蛋白質(zhì)生物合成體系Section 1 Protein Biosynthesis System20種氨基酸種氨基酸(AA)作為原料作為原料酶及眾多蛋白因子，如酶及眾多蛋白因子，如IF、EF、RF 供能物質(zhì)（供能物質(zhì)（A

2、TP、GTP）、無機離子）、無機離子參與蛋白質(zhì)生物合成的物質(zhì)參與蛋白質(zhì)生物合成的物質(zhì) 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(zhuǎn)移轉(zhuǎn)移RNA）一、一、mRNAmRNA模板及遺傳密碼模板及遺傳密碼mRNA是是翻譯的直接模板。翻譯的直接模板。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子順反子（cistron）。原核細胞中數(shù)個結(jié)構(gòu)基因常串聯(lián)為一個轉(zhuǎn)錄單原核細胞中數(shù)個結(jié)構(gòu)基因常串聯(lián)為一個轉(zhuǎn)錄單位，轉(zhuǎn)錄生成的位，轉(zhuǎn)錄生成的mRNA可編碼幾種功能

3、相關(guān)的可編碼幾種功能相關(guān)的蛋白質(zhì)，為蛋白質(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）。多順反子與單順反子多順反子與單順反子多順反子與單順反子多順反子與單順反子 mRNA上的遺傳密碼上的遺傳密碼作為指導蛋白質(zhì)生物合成的模板，作為指導蛋白質(zhì)生物合成的模板，mRNA中中每三個相鄰的核苷酸組成三聯(lián)體，代表一個氨基每三個相鄰的核苷酸組成三聯(lián)體，代表一個氨基酸的信息，此三聯(lián)體就稱為酸的信息，此三聯(lián)體就稱為密碼密碼（codon）。）。遺傳密碼共有遺傳密碼共有64種，其中：種，其中：起始密碼（起始密

4、碼（initiation codon）: AUG終止密碼（終止密碼（termination codon）: UAA，UAG，UGA 標準的通用遺傳密碼表標準的通用遺傳密碼表從從mRNA 5 端起始密碼子端起始密碼子AUG到到3 端終止端終止密碼子之間的核苷酸序列，各個三聯(lián)體密碼連密碼子之間的核苷酸序列，各個三聯(lián)體密碼連續(xù)排列編碼一個蛋白質(zhì)多肽鏈，稱為續(xù)排列編碼一個蛋白質(zhì)多肽鏈，稱為開放閱讀開放閱讀框（框（open reading frame, ORF）。 AUGUAAORF遺傳密碼具有以下特點：遺傳密碼具有以下特點：連續(xù)性連續(xù)性；簡并性簡并性；通用性通用性；方向性方向性；擺動性擺動性；防錯系統(tǒng)

5、防錯系統(tǒng)；1. 1. 連續(xù)性（連續(xù)性（commalesscommaless）：）：遺傳密碼的特點遺傳密碼的特點指編碼蛋白質(zhì)氨基酸序列的各個三聯(lián)體密碼連指編碼蛋白質(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。續(xù)閱讀，密碼間既無間斷也無交叉。遺傳密碼的連續(xù)性遺傳密碼的連續(xù)性基因損傷引起基因損傷引起mRNA開放閱讀框內(nèi)的堿基發(fā)生開放閱讀框內(nèi)的堿基發(fā)生插入或缺失，可能導致插入或缺失，可能導致框移突變（框移突變（frameshift mutation）。 2. 2. 簡并性（簡并性（degeneracydegeneracy）：）：遺傳密碼中，除色氨酸和甲硫氨酸僅有一個密遺傳密碼中，除色氨

6、酸和甲硫氨酸僅有一個密碼子外，其余氨基酸有碼子外，其余氨基酸有2、3、4個或多至個或多至6個個三聯(lián)體為其編碼。三聯(lián)體為其編碼。同一氨基酸存在多個不同的遺傳密碼的現(xiàn)象稱同一氨基酸存在多個不同的遺傳密碼的現(xiàn)象稱為遺傳密碼的為遺傳密碼的簡并性簡并性。遺傳密碼的簡并性在保持遺傳穩(wěn)定性上具有重遺傳密碼的簡并性在保持遺傳穩(wěn)定性上具有重要意義。要意義。遺傳密碼的簡并性遺傳密碼的簡并性3. 3. 通用性（通用性（universaluniversal）：）： 蛋白質(zhì)生物合成的整套密碼，從原核生物到蛋白質(zhì)生物合成的整套密碼，從原核生物到人類都通用。人類都通用。 已發(fā)現(xiàn)少數(shù)例外，如動物細胞的線粒體、植已發(fā)現(xiàn)少數(shù)例外

7、，如動物細胞的線粒體、植物細胞的葉綠體等。物細胞的葉綠體等。 密碼的通用性進一步證明各種生物進化自同密碼的通用性進一步證明各種生物進化自同一祖先。一祖先。 4. 4. 方向性（方向性（directiondirection）：）：指閱讀指閱讀mRNA模板上的三聯(lián)體密碼時，只能沿模板上的三聯(lián)體密碼時，只能沿53方向進行。方向進行。5. 5. 擺動性（擺動性（wobblewobble）：）：轉(zhuǎn)運氨基酸的轉(zhuǎn)運氨基酸的tRNA的反密碼需要通過堿基互的反密碼需要通過堿基互補與補與mRNA上的遺傳密碼上的遺傳密碼反平行配對反平行配對結(jié)合，但結(jié)合，但反密碼與密碼之間常常不嚴格遵守堿基配對規(guī)反密碼與密碼之間常常

8、不嚴格遵守堿基配對規(guī)律，稱為律，稱為擺動配對擺動配對。U擺動配對現(xiàn)象示意圖擺動配對現(xiàn)象示意圖密碼子與反密碼子的擺動配對密碼子與反密碼子的擺動配對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核蛋白體是多肽鏈合成的場所，是由多種核蛋白體是多肽鏈合成的場所，是由多種rRNA與蛋白質(zhì)組裝形成的復合體。與蛋白質(zhì)組裝形成的復合體。二、二、rRNArRNA和核蛋白體和核蛋白體核蛋白體的組成核蛋白體的組成1 1三個與三個與tRNAtRNA結(jié)合的位點：結(jié)合的位點： A位：位：又稱受位或氨酰基位，可與新進入的又稱受位或氨酰基位，可與新

9、進入的氨基酰氨基酰tRNA結(jié)合；由大、小亞基成分構(gòu)成。結(jié)合；由大、小亞基成分構(gòu)成。 P位：位：又稱給位或肽酰基位，可與延伸中的又稱給位或肽?；唬膳c延伸中的肽?；孽；鵷RNA結(jié)合；由大、小亞基成分構(gòu)成。結(jié)合；由大、小亞基成分構(gòu)成。 E位：位：又稱排出位，空載又稱排出位，空載tRNA脫離核蛋白脫離核蛋白體前的結(jié)合位點；主要由大亞基成分構(gòu)成。體前的結(jié)合位點；主要由大亞基成分構(gòu)成。核蛋白體大、小亞基的功能核蛋白體大、小亞基的功能原核生物翻譯過程中核蛋白體結(jié)構(gòu)模式原核生物翻譯過程中核蛋白體結(jié)構(gòu)模式A位：氨基酰位位：氨基酰位(aminoacyl site)P位：肽酰位位：肽酰位(peptidyl s

10、ite)E位：排出位位：排出位(exit site)2. 2. 與模板與模板mRNAmRNA和起始和起始tRNAtRNA結(jié)合位點結(jié)合位點：主要與小主要與小亞基有關(guān)。亞基有關(guān)。3. 3. 轉(zhuǎn)肽酶活性轉(zhuǎn)肽酶活性：將給位上的肽?；D(zhuǎn)移給受位上將給位上的肽?；D(zhuǎn)移給受位上的氨基酰的氨基酰tRNA，形成肽鍵；由大亞基成分構(gòu)成。，形成肽鍵；由大亞基成分構(gòu)成。原核生物翻譯過程中核蛋白體結(jié)構(gòu)模式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)4. 4. GTPaseGTP

11、ase活性活性：水解水解GTP，獲得能量；分別由，獲得能量；分別由大、小亞基成分構(gòu)成。大、小亞基成分構(gòu)成。5. 5. 起動因子、延長因子及釋放因子的結(jié)合位點起動因子、延長因子及釋放因子的結(jié)合位點：分別由大、小亞基成分構(gòu)成。分別由大、小亞基成分構(gòu)成。在蛋白質(zhì)生物合成過程中，常常由若干核蛋白在蛋白質(zhì)生物合成過程中，常常由若干核蛋白體結(jié)合在同一體結(jié)合在同一mRNA分子上，同時進行翻譯，分子上，同時進行翻譯，但每兩個相鄰核蛋白之間存在一定的間隔，形但每兩個相鄰核蛋白之間存在一定的間隔，形成念球狀結(jié)構(gòu)。成念球狀結(jié)構(gòu)。由若干核蛋白體結(jié)合在一條由若干核蛋白體結(jié)合在一條mRNA上同時進行上同時進行多肽鏈的翻譯

12、所形成的念球狀結(jié)構(gòu)稱為多肽鏈的翻譯所形成的念球狀結(jié)構(gòu)稱為多聚核多聚核蛋白體（蛋白體（polysome）。 多聚核蛋白體示意圖多聚核蛋白體示意圖電鏡下的多聚核蛋白體電鏡下的多聚核蛋白體氨基酸臂氨基酸臂反密碼環(huán)反密碼環(huán)三、三、tRNAtRNA與氨基酸的活化與氨基酸的活化tRNAtRNA的三級結(jié)構(gòu)示意圖的三級結(jié)構(gòu)示意圖氨基酸的氨基酸的活化活化與與攜帶攜帶反應(yīng)由反應(yīng)由氨基酰氨基酰tRNA合成合成酶酶催化。催化。特定的特定的tRNA與相應(yīng)的氨基酸結(jié)合，生成氨基與相應(yīng)的氨基酸結(jié)合，生成氨基酰酰tRNA，從而由，從而由tRNA攜帶活化的氨基酸參與攜帶活化的氨基酸參與蛋白質(zhì)的生物合成。蛋白質(zhì)的生物合成。（一）

13、氨基酰（一）氨基酰-tRNA-tRNA合成酶合成酶氨基酸氨基酸 + tRNA氨基酰氨基酰- tRNAATP AMPPPi氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶 tRNA tRNA與酶結(jié)合的模型與酶結(jié)合的模型tRNA氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶ATP氨基酰氨基酰tRNA合成酶催化的反應(yīng)合成酶催化的反應(yīng)氨基酸氨基酸 ATP-E 氨基酰氨基酰-AMP-E PPi第一步：活化反應(yīng)第一步：活化反應(yīng)第二步：連接反應(yīng)第二步：連接反應(yīng)氨基酰氨基酰-AMP-E tRNA 氨基酰氨基酰-tRNA AMP E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都有都有高度特異性。高度特異性。氨基

14、酰氨基酰-tRNA合成酶具有校正活性（合成酶具有校正活性（proof-reading activity）。）。氨基酰氨基酰-tRNA的表示方法：的表示方法：Ala-tRNAAla Ser-tRNASerMet-tRNAMet 能夠識別能夠識別mRNA中中5 端起始密碼端起始密碼AUG的的tRNA是一種特殊的是一種特殊的tRNA，稱為，稱為起始起始tRNA。在原核生物中，起始在原核生物中，起始tRNA是一種攜帶甲酰蛋是一種攜帶甲酰蛋氨酸的氨酸的tRNA，即，即fMet-tRNAifmet；而在真核生；而在真核生物中，起始物中，起始tRNA是一種攜帶蛋氨酸的是一種攜帶蛋氨酸的tRNA，即即Met-

15、tRNAimet。在原核生物和真核生物中，均存在另一種攜帶在原核生物和真核生物中，均存在另一種攜帶蛋氨酸的蛋氨酸的tRNA，識別非起動部位的蛋氨酸密，識別非起動部位的蛋氨酸密碼碼AUG。 （二）起始（二）起始tRNAtRNA與多肽鏈合成起始有與多肽鏈合成起始有關(guān)的蛋白因子稱為關(guān)的蛋白因子稱為起起始因子（始因子（initiation factor，IF）。四、起始因子（四、起始因子（IFIF）原核生物中存在原核生物中存在3種種起始因子，分別稱為起始因子，分別稱為IF1-3。在真核生物中存在在真核生物中存在9種種起始因子（起始因子（eIF）。）。IF的作用主要是促進核蛋白體小亞基與起始的作用主要是

16、促進核蛋白體小亞基與起始tRNA及模板及模板mRNA結(jié)合。結(jié)合。 原核和真核生物中各種起始因子的生物功能原核和真核生物中各種起始因子的生物功能與多肽鏈合成的延伸過與多肽鏈合成的延伸過程有關(guān)的蛋白因子稱為程有關(guān)的蛋白因子稱為延長因子（延長因子（elongation factor，EF）。五、延長因子（五、延長因子（EFEF）EF-Tu bound with ribosome原核生物中存在原核生物中存在3種種延長因子（延長因子（EF-TU，EF-TS，EF-G），真核生物中存在），真核生物中存在2種種（EF1，EF2）。）。EF的作用主要促使氨基酰的作用主要促使氨基酰tRNA進入核蛋白的受進入核蛋

17、白的受體，并可促進移位過程。體，并可促進移位過程。 與多肽鏈合成終止并使與多肽鏈合成終止并使之從核蛋白體上釋放相之從核蛋白體上釋放相關(guān)的蛋白因子稱為關(guān)的蛋白因子稱為釋放釋放因子（因子（release factor，RF）。六、釋放因子（六、釋放因子（RFRF）Eukaryotic release factorRF在原核生物中有在原核生物中有3種種，在真核生物中只有，在真核生物中只有1種種。原核生物釋放因子：原核生物釋放因子：RF-1，RF-2，RF-3 真核生物釋放因子：真核生物釋放因子：eRF RF的生物學功能主要有：的生物學功能主要有： 識別終止密碼，如識別終止密碼，如RF-1特異識別特異

18、識別UAA、UAG；而；而RF-2可識別可識別UAA、UGA。 誘導轉(zhuǎn)肽酶改變?yōu)轷ッ富钚裕喈斢诖呋T導轉(zhuǎn)肽酶改變?yōu)轷ッ富钚?，相當于催化肽酰基轉(zhuǎn)移到水分子肽?；D(zhuǎn)移到水分子-OH上，使肽鏈從核上，使肽鏈從核蛋白體上釋放。蛋白體上釋放。 多肽鏈合成時，需多肽鏈合成時，需ATP、GTP作為供能物質(zhì)，作為供能物質(zhì)，并需并需Mg2+、K+參與。參與。氨基酸活化時需消耗氨基酸活化時需消耗2分子高能磷酸鍵，肽鍵分子高能磷酸鍵，肽鍵形成時又消耗形成時又消耗2分子高能磷酸鍵，故縮合一分分子高能磷酸鍵，故縮合一分子氨基酸殘基需消耗子氨基酸殘基需消耗4分子高能磷酸鍵分子高能磷酸鍵。 七、供能物質(zhì)和無機離子七、供能

19、物質(zhì)和無機離子第二節(jié) 蛋白質(zhì)生物合成過程Section 2 The Process of Protein Biosynthesis蛋白質(zhì)生物合成過程包括三大步驟：蛋白質(zhì)生物合成過程包括三大步驟：氨基酸的活化與搬運；氨基酸的活化與搬運；活化氨基酸在核蛋白體上的縮合；活化氨基酸在核蛋白體上的縮合；多肽鏈合成后的加工修飾。多肽鏈合成后的加工修飾。本節(jié)主要介紹活化氨基酸在核蛋白體上的縮合本節(jié)主要介紹活化氨基酸在核蛋白體上的縮合過程，這一過程包括多肽鏈合成的過程，這一過程包括多肽鏈合成的起始起始、延長延長和和終止終止三個階段。三個階段。 包括以下幾個步驟：包括以下幾個步驟：核蛋白體大小亞基分離；核蛋白體

20、大小亞基分離；mRNA在小亞基定位結(jié)合；在小亞基定位結(jié)合；起始氨基酰起始氨基酰-tRNA的結(jié)合；的結(jié)合； 核蛋白體大亞基結(jié)合。核蛋白體大亞基結(jié)合。一、多肽鏈合成的起始階段一、多肽鏈合成的起始階段（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. 1. 核蛋白體大、小亞基分離：核蛋白體大、小亞基分離： IF-1和和IF-3與小亞基結(jié)合，促進核蛋白體大、小與小亞基結(jié)合，促進核蛋白體大、小亞基拆離，為新一輪合成作準備。亞基拆離，為新一輪合成作準備。A U G53IF-3IF-12. mRNA2. mRNA在小亞基的精確定位結(jié)合：在小亞基的精確定位結(jié)合：S-D序列序列

21、原核原核mRNA的起始部位由一段富含嘌呤的特殊的起始部位由一段富含嘌呤的特殊核苷酸順序組成，稱為核苷酸順序組成，稱為S-D序列序列（核蛋白體結(jié)合（核蛋白體結(jié)合位點，位點，RBS）。）。而原核而原核16S rRNA存在一段富含嘧啶的序列，存在一段富含嘧啶的序列，二者之間可通過堿基配對，使二者之間可通過堿基配對，使mRNA與核蛋白體與核蛋白體小亞基結(jié)合。小亞基結(jié)合。P575 在在mRNA上緊接上緊接S-D序列之后的序列，可被核序列之后的序列，可被核蛋白體小亞基蛋白蛋白體小亞基蛋白rpS-1辨認結(jié)合。辨認結(jié)合。 通過上述兩種機制，使通過上述兩種機制，使mRNA能與核蛋白體小能與核蛋白體小亞基精確定位

22、結(jié)合。亞基精確定位結(jié)合。IF-2GTP3. 3. 起始氨基酰起始氨基酰tRNA( fMet-tRNAtRNA( fMet-tRNAi imetmet ) )結(jié)合到小亞基結(jié)合到小亞基IF-3IF-1A U G53起始起始 fMet-tRNAimet以及以及IF2-GTP一起，識別結(jié)一起，識別結(jié)合小亞基合小亞基P位，并對應(yīng)模板位，并對應(yīng)模板mRNA的起始密碼的起始密碼AUG。IF-3IF-1IF-2-GTP-GDPPi4. 4. 核蛋白體大亞基結(jié)合，起始復合體形成：核蛋白體大亞基結(jié)合，起始復合體形成：A U G53 IF2結(jié)合的結(jié)合的GTP被水解，三種被水解，三種IF脫離，脫離，50S大亞大亞基與

23、基與30S小亞基、模板小亞基、模板mRNA以及起始以及起始fMet-tRNAifMet構(gòu)成起始復合體。構(gòu)成起始復合體。（二）真核生物翻譯起始復合體形成（二）真核生物翻譯起始復合體形成真核生物翻譯起始復合體的形成過程與原核真核生物翻譯起始復合體的形成過程與原核生物類似，但參與的蛋白因子更多。生物類似，但參與的蛋白因子更多。 核蛋白體大小亞基分離；核蛋白體大小亞基分離； 起始氨基酰起始氨基酰-tRNA結(jié)合；結(jié)合； mRNA在核蛋白體小亞基就位；在核蛋白體小亞基就位； 核蛋白體大亞基結(jié)合。核蛋白體大亞基結(jié)合。mRNA eIF-6 GDP+PielF-5ATPADP+PielF4E, elF4G, e

24、lF4A, elF4B,PABMetMet-tRNAiMet-elF-2 -GTP真核生物翻譯起始真核生物翻譯起始復合體形成過程復合體形成過程P581多肽鏈合成的延長階段由一循環(huán)反應(yīng)過程來完多肽鏈合成的延長階段由一循環(huán)反應(yīng)過程來完成，即成，即核蛋白體循環(huán)核蛋白體循環(huán)；每次循環(huán)增加一個氨基；每次循環(huán)增加一個氨基酸殘基。酸殘基。二、多肽鏈合成的延長階段二、多肽鏈合成的延長階段活化氨基酸在核蛋白體上反復翻譯活化氨基酸在核蛋白體上反復翻譯mRNA上的上的密碼并縮合生成多肽鏈的循環(huán)反應(yīng)過程，稱為密碼并縮合生成多肽鏈的循環(huán)反應(yīng)過程，稱為核蛋白體循環(huán)核蛋白體循環(huán)（ribosomal cycle）。核蛋白體循

25、環(huán)包括多肽鏈合成的核蛋白體循環(huán)包括多肽鏈合成的進位進位、成肽成肽和和轉(zhuǎn)位轉(zhuǎn)位三步反應(yīng)。三步反應(yīng)。1. 1. 進位（進位（entranceentrance）：）：又稱又稱注冊（注冊（registra-tion），即與，即與mRNA下下一個密碼相對應(yīng)的氨基一個密碼相對應(yīng)的氨基酰酰tRNA進入核蛋白體的進入核蛋白體的A位。位。此步驟需此步驟需GTP，Mg2+，和和EF-T參與。參與。2. 2. 成肽（成肽（peptide bond formationpeptide bond formation）：）：成肽是由成肽是由轉(zhuǎn)肽酶（轉(zhuǎn)肽酶（transpeptidase）催化的肽催化的肽鍵形成過程。鍵形成過程

26、。在轉(zhuǎn)肽酶的催化下，將在轉(zhuǎn)肽酶的催化下，將P位位上的上的tRNA所攜帶的所攜帶的甲酰蛋氨酰基甲酰蛋氨?；蚧螂孽；孽；D(zhuǎn)移到轉(zhuǎn)移到A位位上的氨基酰上的氨基酰tRNA上，與其上，與其 -氨基縮合形成肽鍵。氨基縮合形成肽鍵。此步驟需此步驟需Mg2+，K+。成肽反應(yīng)過程成肽反應(yīng)過程3. 3. 轉(zhuǎn)位（轉(zhuǎn)位（translocationtranslocation）：）：延長因子延長因子EF-G有有轉(zhuǎn)位酶（轉(zhuǎn)位酶（translocase）活性，活性，可促進核蛋白體向可促進核蛋白體向mRNA的的3 側(cè)移動相當于一側(cè)移動相當于一個密碼的距離，同時使個密碼的距離，同時使肽?；孽；鵷RNA從從A位位移到移到P位

27、位。此步驟需此步驟需GTP和和Mg2+參與。參與。轉(zhuǎn)位反應(yīng)過程轉(zhuǎn)位反應(yīng)過程此時，核蛋白體的此時，核蛋白體的A位留空，與下一個密碼相位留空，與下一個密碼相對應(yīng)的氨基酰對應(yīng)的氨基酰tRNA即可再進入，重復以上循即可再進入，重復以上循環(huán)過程，使多肽鏈不斷延長。環(huán)過程，使多肽鏈不斷延長。已失去蛋氨?；螂孽；囊咽サ鞍滨；螂孽；膖RNA從核蛋白體從核蛋白體E位上脫落。位上脫落。進進位位轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)位位成肽成肽核蛋白體循環(huán)的反應(yīng)過程核蛋白體循環(huán)的反應(yīng)過程核蛋白體沿核蛋白體沿mRNA鏈滑動，不斷使多肽鏈延長，鏈滑動，不斷使多肽鏈延長，直到終止信號進入直到終止信號進入A位。位。1 1識別：識別：RF識別終止密

28、碼，進入核蛋白體的識別終止密碼，進入核蛋白體的A位。位。 2 2水解：水解：RF使轉(zhuǎn)肽酶變?yōu)轷ッ福嚯逆溑c使轉(zhuǎn)肽酶變?yōu)轷ッ?，多肽鏈與tRNA之間的酯鍵被水解，多肽鏈釋放。之間的酯鍵被水解，多肽鏈釋放。3. 3. 脫離：脫離：模板模板mRNA、RF以及空載以及空載tRNA與與核蛋白體脫離。核蛋白體脫離。 三、肽鏈合成的終止階段三、肽鏈合成的終止階段多肽鏈合成的終止過程多肽鏈合成的終止過程 多肽鏈合成終止演示多肽鏈合成終止演示U A G53RFCOO-第三節(jié) 蛋白質(zhì)合成后加工和輸送Section 3 Posttranslational Processing & Transportation of

29、Protein從核蛋白體釋放出的新生多肽鏈不具備蛋白質(zhì)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)過不同的翻譯后復雜加工過生物活性，必需經(jīng)過不同的翻譯后復雜加工過程才轉(zhuǎn)變?yōu)樘烊粯?gòu)象的功能蛋白。程才轉(zhuǎn)變?yōu)樘烊粯?gòu)象的功能蛋白。主要包括：主要包括：多肽鏈折疊為天然的三維結(jié)構(gòu)肽鏈；多肽鏈折疊為天然的三維結(jié)構(gòu)肽鏈；一級結(jié)構(gòu)的修飾；一級結(jié)構(gòu)的修飾；高級結(jié)構(gòu)修飾。高級結(jié)構(gòu)修飾。新生肽鏈的折疊在肽鏈合成中、合成后完成，新生肽鏈的折疊在肽鏈合成中、合成后完成，新生肽鏈新生肽鏈N端在核蛋白體上一出現(xiàn)，肽鏈的折端在核蛋白體上一出現(xiàn)，肽鏈的折疊即開始?？呻S著序列的不斷延伸肽鏈逐步折疊即開始?？呻S著序列的不

30、斷延伸肽鏈逐步折疊，產(chǎn)生正確的二級結(jié)構(gòu)、模序、結(jié)構(gòu)域到形疊，產(chǎn)生正確的二級結(jié)構(gòu)、模序、結(jié)構(gòu)域到形成完整的空間構(gòu)象。成完整的空間構(gòu)象。 一般認為，多肽鏈自身氨基酸順序儲存著蛋白一般認為，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)是空間構(gòu)象的基礎(chǔ)。質(zhì)折疊的信息，即一級結(jié)構(gòu)是空間構(gòu)象的基礎(chǔ)。細胞中大多數(shù)天然蛋白質(zhì)折疊都不是自動完成，細胞中大多數(shù)天然蛋白質(zhì)折疊都不是自動完成，而需要其他酶、蛋白輔助。而需要其他酶、蛋白輔助。 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)幾種有促進蛋白折疊功能的大分子幾種有促進蛋白折疊功能的大分子 分子伴侶（分子伴侶（molecul

31、ar chaperon）；）； 蛋白二硫鍵異構(gòu)酶（蛋白二硫鍵異構(gòu)酶（protein disulfide isomerase, PDI）；）； 肽肽-脯氨酰順反異構(gòu)酶（脯氨酰順反異構(gòu)酶（peptide prolyl cis-trans isomerase, PPI）。）。1. 1. 分子伴侶：分子伴侶：分子伴侶分子伴侶是細胞內(nèi)一類保守蛋白質(zhì)，可識別多肽是細胞內(nèi)一類保守蛋白質(zhì)，可識別多肽鏈的非天然構(gòu)象，促進各功能域和整體蛋白質(zhì)的鏈的非天然構(gòu)象，促進各功能域和整體蛋白質(zhì)的正確折疊。包括：正確折疊。包括： 熱休克蛋白熱休克蛋白（heat shock protein, HSP）：）：HSP70、HSP4

32、0和和GreE族族 伴侶素（伴侶素（chaperonins）：）：GroEL和和GroES家族家族2. 2. 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)定多肽鏈內(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(gòu)酶二硫鍵異構(gòu)酶在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔中活性很高，可在較在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔中活性很高，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)定二硫鍵連接，最終使蛋白質(zhì)形成熱力學最穩(wěn)

33、定的天然構(gòu)象。的天然構(gòu)象。3. 3. 肽酰肽酰- -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)酶脯氨酰順反異構(gòu)酶可促進上述順反兩種可促進上述順反兩種異構(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)酶脯氨酰順反異構(gòu)酶是蛋白質(zhì)三維構(gòu)象形是蛋白質(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，成的限速酶，在肽鏈合成需形成順式構(gòu)型時，可使多肽在各脯氨酸彎折處形成準確折疊?？墒苟嚯脑诟鞲彼釓澱厶幮纬蓽蚀_折疊。N端甲酰蛋氨酸或蛋氨酸殘基，必

34、須在多肽鏈端甲酰蛋氨酸或蛋氨酸殘基，必須在多肽鏈折迭成一定的空間結(jié)構(gòu)之前被切除。折迭成一定的空間結(jié)構(gòu)之前被切除。二、一級結(jié)構(gòu)的加工修飾二、一級結(jié)構(gòu)的加工修飾 去甲?；喝ゼ柞；杭柞；讣柞；讣柞５鞍彼峒柞５鞍彼?肽肽甲酸甲酸 + 蛋氨酸蛋氨酸-肽肽 去蛋氨?；喝サ鞍滨；旱鞍彼岚被拿傅鞍彼岚被拿傅鞍滨５鞍滨?肽肽蛋氨酸蛋氨酸 + 肽肽 （一）（一）N N端甲酰蛋氨酸或蛋氨酸的切除端甲酰蛋氨酸或蛋氨酸的切除由專一性的蛋白酶催化，將部分肽段切除。由專一性的蛋白酶催化，將部分肽段切除。（二）氨基酸的共價修飾（二）氨基酸的共價修飾由專一性的酶催化進行修飾，包括糖基化、羥由專一性的酶催化進行修

35、飾，包括糖基化、羥基化、磷酸化、甲?；取；?、磷酸化、甲?；?。（三）多肽鏈的水解修飾（三）多肽鏈的水解修飾鴉片促黑皮質(zhì)素原鴉片促黑皮質(zhì)素原(POMC)(POMC)的水解修飾的水解修飾NC信號肽信號肽PMOCKRKR103肽肽 ( ？)ACTH -LT -MSH -MSHEndophin三、空間結(jié)構(gòu)的修飾三、空間結(jié)構(gòu)的修飾（一）亞基的聚合（一）亞基的聚合具有四級結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)由兩條以上的多肽鏈通具有四級結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)由兩條以上的多肽鏈通過非共價鍵聚合形成寡聚體。過非共價鍵聚合形成寡聚體。（二）輔基的連接（二）輔基的連接結(jié)合蛋白合成后需要結(jié)合相應(yīng)的輔基才能成結(jié)合蛋白合成后需要結(jié)合相應(yīng)的輔基才能成為

36、具有天然活性的蛋白質(zhì)。為具有天然活性的蛋白質(zhì)。某些蛋白質(zhì)需要在肽鏈的特定位點區(qū)價連接一某些蛋白質(zhì)需要在肽鏈的特定位點區(qū)價連接一個疏水性的脂鏈，并借此嵌入膜脂雙層。個疏水性的脂鏈，并借此嵌入膜脂雙層。（三）疏水脂鏈的共價連接（三）疏水脂鏈的共價連接蛋白質(zhì)合成后，定向地被輸送到其執(zhí)行功能的蛋白質(zhì)合成后，定向地被輸送到其執(zhí)行功能的場所稱為場所稱為靶向輸送（靶向輸送（protein targeting）。大多數(shù)情況下，被輸送的蛋白質(zhì)分子需穿過膜大多數(shù)情況下，被輸送的蛋白質(zhì)分子需穿過膜性結(jié)構(gòu)，才能到達特定的地點。性結(jié)構(gòu)，才能到達特定的地點。四、蛋白質(zhì)合成后的靶向輸送四、蛋白質(zhì)合成后的靶向輸送所有靶向輸送的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)中存