蛋白質的生物合成翻譯-生物化學與分子生物學課件

蛋白質的生物合成

（翻譯）第八章蛋白質的生物合成

（翻譯）第八章論述題試述蛋白質生物合成體系討論原核生物與真核生物蛋白質合成的異同論述題試述蛋白質生物合成體系蛋白質的生物合成，即翻譯，就是將核酸中由4種核苷酸序列編碼的遺傳信息，通過遺傳密碼破譯的方式解讀為蛋白質一級結構中20種氨基酸的排列順序。蛋白質的生物合成，即翻譯，就是將核酸中由4種核苷酸序列編蛋白質合成體系

ProteinBiosynthesisSystem

第一節(jié)蛋白質合成體系

ProteinBiosynthesisS20種氨基酸(AA)作為原料酶及眾多蛋白因子，如IF、eIF

ATP、GTP、無機離子參與蛋白質生物合成的物質包括

三種RNAmRNA（messengerRNA,信使RNA）rRNA（ribosomalRNA,核蛋白體RNA）tRNA（transferRNA,轉移RNA）20種氨基酸(AA)作為原料參與蛋白質生物合成的物質包括三一、翻譯模板mRNA及遺傳密碼

mRNA是遺傳信息的攜帶者遺傳學將編碼一個多肽的遺傳單位稱為順反子(cistron)。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mRNA可編碼幾種功能相關的蛋白質，為多順反子(polycistron)

。真核mRNA只編碼一種蛋白質，為單順反子(singlecistron)

。

一、翻譯模板mRNA及遺傳密碼mRNA是遺傳信息的攜帶者遺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合位點起始密碼子終止密碼子編碼序列PPP53蛋白質PPPmG-53蛋白質目錄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合位mRNA上存在遺傳密碼mRNA分子上從5至3方向，由AUG開始，每3個核苷酸為一組，決定肽鏈上某一個氨基酸或蛋白質合成的起始、終止信號，稱為三聯(lián)體密碼(tripletcoden)。起始密碼(initiationcoden):AUG終止密碼(terminationcoden):UAA，UAG，UGAmRNA上存在遺傳密碼mRNA分子上從5至3方向，由A遺傳密碼表第三字母UCAGUCAGUCAGCUAG目錄遺傳密碼表第三UCAG目錄從mRNA5端起始密碼子AUG到3端終止密碼子之間的核苷酸序列，各個三聯(lián)體密碼連續(xù)排列編碼一個蛋白質多肽鏈，稱為開放閱讀框架(openreadingframe,ORF)。從mRNA5端起始密碼子AUG到3端終止密碼子之間的核1.連續(xù)性(commaless)遺傳密碼的特點編碼蛋白質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。1.連續(xù)性(commaless)遺傳密碼的特點編碼蛋白質基因損傷引起mRNA閱讀框架內的堿基發(fā)生插入或缺失，可能導致框移突變(frameshiftmutation)?；驌p傷引起mRNA閱讀框架內的堿基發(fā)生插入或缺失，可能導致2.簡并性(degeneracy)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2、3、4個或多至6個三聯(lián)體為其編碼。目錄2.簡并性(degeneracy)遺傳密碼中，除色氨酸和甲2.簡并性(degeneracy)目錄2.簡并性(degeneracy)目錄3.通用性(universal)蛋白質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，如動物細胞的線粒體、植物細胞的葉綠體。密碼的通用性進一步證明各種生物進化自同一祖先。

3.通用性(universal)蛋白質生物合成的整套密碼4.擺動性(wobble)轉運氨基酸的tRNA的反密碼需要通過堿基互補與mRNA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基配對規(guī)律，稱為擺動配對。4.擺動性(wobble)轉運氨基酸的tRNA的反密碼需U擺動配對目錄U擺動配對目錄密碼子、反密碼子配對的擺動現(xiàn)象tRNA反密碼子第1位堿基IUGACmRNA密碼子第3位堿基U,C,AA,GU,CUG密碼子、反密碼子配對的擺動現(xiàn)象tRNA反密碼子IUGACmR二、核蛋白體是多肽鏈合成的裝置目錄二、核蛋白體是多肽鏈合成的裝置目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rpS21種rpL36種rpS33種rpL49種

不同細胞核蛋白體的組成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S7核蛋白體的組成目錄核蛋白體的組成目錄原核生物翻譯過程中核蛋白體結構模式:A位：氨基酰位(aminoacylsite)P位：肽酰位(peptidylsite)E位：排出位(exitsite)目錄原核生物翻譯過程中核蛋白體結構模式:A位：氨基酰位P位：肽酰三、tRNA與氨基酸的活化反密碼環(huán)氨基酸臂三、tRNA與氨基酸的活化反密碼環(huán)氨基酸臂tRNA的三級結構示意圖tRNA的三級結構示意圖氨基酸+tRNA氨基酰-tRNAATP

AMP＋PPi氨基酰-tRNA合成酶（一）氨基酰-tRNA合成酶(aminoacyl-tRNAsynthetase)

氨基酸的活化氨基酸+tRNA氨基酰-tRNAATPAMP＋PP第一步反應氨基酸＋ATP-E—→氨基酰-AMP-E

＋AMP＋PPi

目錄第一步反應氨基酸＋ATP-E—→氨基酰-AMP-E＋第二步反應氨基酰-AMP-E＋

tRNA↓

氨基酰-tRNA＋AMP

＋

E目錄第二步反應氨基酰-AMP-E目錄tRNA與酶結合的模型tRNA氨基酰-tRNA合成酶ATPtRNA與酶結合的模型tRNA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(proofreadingactivity)。氨基酰-tRNA的表示方法：Ala-tRNAAla

Ser-tRNASerMet-tRNAMet

氨基酰-tRNA合成酶對底物氨基酸和tRNA都有高度特異性。真核生物：Met-tRNAiMet原核生物：fMet-tRNAifMet（二）起始肽鏈合成的氨基酰-tRNA真核生物：Met-tRNAiMet（二）起始肽鏈合成的氨基蛋白質生物合成過程

TheProcessofProteinBiosynthesis

第二節(jié)蛋白質生物合成過程

TheProcessofPr翻譯的起始(initiation)翻譯的延長(elongation)翻譯的終止(termination)整個翻譯過程可分為：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)。翻譯的起始(initiation)整個翻譯過程可分為：翻譯一、肽鏈合成起始指mRNA和起始氨基酰-tRNA分別與核蛋白體結合而形成翻譯起始復合物

(translationalinitiationcomplex)。一、肽鏈合成起始指mRNA和起始氨基酰-tRNA分別與核蛋白原核、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（一）原核生物翻譯起始復合物形成核蛋白體大小亞基分離；mRNA在小亞基定位結合；起始氨基酰-tRNA的結合；核蛋白體大亞基結合。（一）原核生物翻譯起始復合物形成核蛋白體大小亞基分離；IF-3IF-11.核蛋白體大小亞基分離目錄IF-3IF-11.核蛋白體大小亞基分離目錄AUG5'3'IF-3IF-12.mRNA在小亞基定位結合目錄AUG5'3'IF-3IF-12.mRNA在小亞基定位結合S-D序列S-D序列IF-3IF-1IF-2GTP3.起始氨基酰tRNA(fMet-tRNAimet)結合到小亞基AUG5'3'目錄IF-3IF-1IF-2GTP3.起始氨基酰tRNA(fIF-3IF-1IF-2GTPGDPPi4.核蛋白體大亞基結合，起始復合物形成AUG5'3'目錄IF-3IF-1IF-2GTPGDPPi4.核蛋白體大亞基IF-3IF-1AUG5'3'IF-2GTPIF-2-GTPGDPPi目錄IF-3IF-1AUG5'3'IF-2GTPIF-2-GTP（二）真核生物翻譯起始復合物形成核蛋白體大小亞基分離；起始氨基酰-tRNA結合；mRNA在核蛋白體小亞基就位；核蛋白體大亞基結合。（二）真核生物翻譯起始復合物形成核蛋白體大小亞基分離；met40S60SMetMet40S60SmRNAeIF-2B、eIF-3、

eIF-6①elF-3②GDP+Pi各種elF釋放elF-5④ATPADP+PielF4E,elF4G,elF4A,elF4B,PAB③MetMet-tRNAiMet-elF-2

-GTP真核生物翻譯起始復合物形成過程目錄met40S60SMetMet40S60SmRNAeIF-2二、肽鏈合成延長指根據(jù)mRNA密碼序列的指導，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。肽鏈延長在核蛋白體上連續(xù)性循環(huán)式進行，又稱為核蛋白體循環(huán)(ribosomalcycle)，每次循環(huán)增加一個氨基酸，包括以下三步：進位(entrance)成肽(peptidebondformation)轉位(translocation)二、肽鏈合成延長指根據(jù)mRNA密碼序列的指導，次序添加氨基酸延伸過程所需蛋白因子稱為延長因子(elongationfactor,EF)原核生物：EF-T(EF-Tu,EF-Ts)EF-G真核生物：EF-1、EF-2延伸過程所需蛋白因子稱為延長因子(elongationfa原核延長因子生物功能對應真核延長因子EF-Tu促進氨基酰-tRNA進入A位，結合分解GTPEF-1-αEF-Ts調節(jié)亞基EF-1-βγEFG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原核延長因子生物功能對應真核延長因子EF-Tu促進氨基酰-t又稱注冊(registration)（一）進位指根據(jù)mRNA下一組遺傳密碼指導，使相應氨基酰-tRNA進入核蛋白體A位。

目錄又稱注冊(registration)（一）進位指根據(jù)mRNA延長因子EF-T催化進位（原核生物）

目錄延長因子EF-T催化進位（原核生物）目錄蛋白質的生物合成翻譯-生物化學與分子生物學課件TuTsGTPGDPAUG5'3'TuTsGTP目錄TuTsGTPGDPAUG5'3'TuTsGTP目錄（二）成肽是由轉肽酶(transpeptidase)催化的肽鍵形成過程。（二）成肽是由轉肽酶(transpeptidase)催化的肽（三）轉位延長因子EF-G有轉位酶(translocase)活性，可結合并水解1分子GTP，促進核蛋白體向mRNA的3'側移動。（三）轉位延長因子EF-G有轉位酶(translocasefMetAUG5'3'fMetTuGTP目錄fMetAUG5'3'fMetTuGTP目錄進位轉位成肽進位轉位成肽真核生物肽鏈合成的延長過程與原核基本相似，但有不同的反應體系和延長因子。另外，真核細胞核蛋白體沒有E位，轉位時卸載的tRNA直接從P位脫落。（四）真核生物延長過程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

三、肽鏈合成的終止當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。

三、肽鏈合成的終止當mRNA上終止密碼出現(xiàn)后，多肽鏈合成終止相關的蛋白因子稱為釋放因子(releasefactor,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。二是誘導轉肽酶改變?yōu)轷ッ富钚?，相當于催化肽?；D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終止相關的蛋白因子稱為釋放因子一是識別終止密碼，如RF-1原核肽鏈合成終止過程原核肽鏈合成終止過程UAG5'3'RFCOO-目錄UAG5'3'RFCOO-目錄多聚核蛋白體(polysome)——使蛋白質合成高速、高效進行。目錄多聚核蛋白體(polysome)——使蛋白質合成高速、高效進電鏡下的多聚核蛋白體現(xiàn)象目錄電鏡下的多聚核蛋白體現(xiàn)象目錄蛋白質合成后加工和輸送PosttranslationalProcessing&ProteinTransportation第三節(jié)蛋白質合成后加工和輸送Posttranslational從核蛋白體釋放出的新生多肽鏈不具備蛋白質生物活性，必需經(jīng)過不同的翻譯后復雜加工過程才轉變?yōu)樘烊粯嬒蟮墓δ艿鞍?。主要包括多肽鏈折疊為天然的三維結構肽鏈一級結構的修飾高級結構修飾從核蛋白體釋放出的新生多肽鏈不具備蛋白質生物活性，必需經(jīng)過不一、多肽鏈折疊為天然功能構象的蛋白質新生肽鏈的折疊在肽鏈合成中、合成后完成，新生肽鏈N端在核蛋白體上一出現(xiàn)，肽鏈的折疊即開始?？赡茈S著序列的不斷延伸肽鏈逐步折疊，產(chǎn)生正確的二級結構、模序、結構域到形成完整空間構象。一般認為，多肽鏈自身氨基酸順序儲存著蛋白質折疊的信息，即一級結構是空間構象的基礎。細胞中大多數(shù)天然蛋白質折疊都不是自動完成，而需要其他酶、蛋白輔助。一、多肽鏈折疊為天然功能構象的蛋白質新生肽鏈的折疊在肽鏈合成幾種有促進蛋白折疊功能的大分子1.分子伴侶(molecularchaperon)2.蛋白二硫鍵異構酶(proteindisulfideisomerase,PDI)3.肽-脯氨酰順反異構酶(peptideprolylcis-transisomerase,PPI)幾種有促進蛋白折疊功能的大分子1.分子伴侶(molecu1.熱休克蛋白(heatshockprotein,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胞一類保守蛋白質，可識別肽鏈的非天然構象，促進各功能域和整體蛋白質的正確折疊。1.熱休克蛋白(heatshockprotein,H熱休克蛋白促進蛋白質折疊的基本作用——結合保護待折疊多肽片段，再釋放該片段進行折疊。形成HSP70和多肽片段依次結合、解離的循環(huán)。HSP40結合待折疊多肽片段HSP70-ATP復合物HSP40-HSP70-ADP-多肽復合物ATP水解GrpEATPADP復合物解離，釋出多肽鏈片段進行正確折疊目錄熱休克蛋白促進蛋白質折疊的基本作用——HSP40結合待折疊多Hsp70反應循環(huán)Hsp70反應循環(huán)伴侶素GroEL/GroES系統(tǒng)促進蛋白質折疊過程伴侶素的主要作用——為非自發(fā)性折疊蛋白質提供能折疊形成天然空間構象的微環(huán)境。伴侶素GroEL/GroES系統(tǒng)促進蛋白質折疊過程伴侶素的GroEL-GroES反應循環(huán)GroEL-GroES反應循環(huán)蛋白二硫鍵異構酶多肽鏈內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，這一過程主要在細胞內質網(wǎng)進行。二硫鍵異構酶在內質網(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硫鍵連接，最終使蛋白質形成熱力學最穩(wěn)定的天然構象。蛋白二硫鍵異構酶多肽鏈內或肽鏈之間二硫鍵的正確形成對穩(wěn)定分肽-脯氨酰順反異構酶多肽鏈中肽酰-脯氨酸間形成的肽鍵有順反兩種異構體，空間構象明顯差別。肽酰-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。肽酰-脯氨酰順反異構酶是蛋白質三維構象形成的限速酶，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。肽-脯氨酰順反異構酶多肽鏈中肽酰-脯氨酸間形成的肽鍵有順反二、一級結構的修飾（一）肽鏈N端和C端的切除和/或化學修飾（二）個別氨基酸的修飾（三）多肽鏈的水解修飾二、一級結構的修飾（一）肽鏈N端和C端的切除和/或化學修飾（一）肽鏈N端和C端的切除和/或化學修飾細胞內的脫甲?；富虬被拿缚梢匀コ齆-甲?；-末端蛋氨酸或N-末端的一段肽鏈。在真核細胞，50%的蛋白質在翻譯后，氨基末端的氨基發(fā)生乙?；Ｓ行┣闆r下，羧基末端的殘基也可被酶切除。（一）肽鏈N端和C端的切除和/或化學修飾細胞內的脫甲酰基酶或1.個別氨基酸可進行甲基化和乙?；揎?.蛋白質糖基化（glycosylation）修飾是一種

復雜的化學修飾

3.親脂性修飾：某些蛋白質加入異戊二烯基團4.羥基化5.大多數(shù)蛋白質有二硫鍵的形成6.磷酸化（二）氨基酸殘基的化學修飾有多種形式1.個別氨基酸可進行甲基化和乙?；揎棧ǘ┌被釟埢模ㄈ┧饧庸ぐǘ嗟鞍姿饧庸ず蛢群牡募艚?．多蛋白水解加工可產(chǎn)生多種肽鏈一些蛋白質在合成之初是含有一系列頭尾相連的蛋白質的長多肽鏈。多肽鏈的水解將裂解釋放出各種蛋白質，釋放出的蛋白質可能具有完全不同的功能。（三）水解加工包括多蛋白水解加工和內含肽的剪接1．多蛋白水解鴉片促黑皮質素原(POMC)的水解修飾NC信號肽PMOCKRKR103肽

(？)ACTH-LT-MSH-MSHEndophin鴉片促黑皮質素原(POMC)的水解修飾NC信號肽PMOCKR2．內含肽切除導致外顯肽連接內含肽是蛋白質的內部片段，翻譯后很快被剪切，兩個外顯肽連接到一起。內含肽的長度一般在300~600個氨基酸之間。剪接是由內含肽自我催化的。2．內含肽切除導致外顯肽連接內含肽是蛋白質的內部片段，翻譯三、高級結構的修飾（一）亞基聚合

（二）輔基連接三、高級結構的修飾（一）亞基聚合蛋白質合成后需要經(jīng)過復雜機制，定向輸送到最終發(fā)揮生物功能的細胞靶部位，這一過程稱為蛋白質的靶向輸送。

四、蛋白質合成后的靶向輸送?蛋白質的靶向輸送(proteintargeting)蛋白質合成后需要經(jīng)過復雜機制，定向輸送到最終發(fā)揮生物功能的細所有靶向輸送的蛋白質結構中存在分選信號，主要為N末端特異氨基酸序列，可引導蛋白質轉移到細胞的適當靶部位，這一序列稱為信號序列。

?信號序列(signalsequence)所有靶向輸送的蛋白質結構中存在分選信號，主要為N末端特異氨基靶向輸送蛋白信號序列或成分分泌蛋白信號肽內質網(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（20～35氨基酸殘基）核蛋白核定位序列（-Pro-Pro-Lys-Lys-Lys-Arg-Lys-Val-，SV40T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）靶向輸送蛋白的信號序列或成分靶向輸送蛋白信號序列或成分分泌蛋白信號肽內質網(wǎng)腔蛋白信號肽，（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輸送過程首先要進入內質網(wǎng)。

信號肽(signalpeptide)各種新生分泌蛋白的N端有保守的氨基酸序列稱信號肽。（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輸送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質網(wǎng)目錄信號肽引導真核分泌蛋白進入內質網(wǎng)目錄（二）線粒體蛋白的靶向輸送目錄（二）線粒體蛋白的靶向輸送目錄（三）細胞核蛋白的靶向輸送目錄（三）細胞核蛋白的靶向輸送目錄蛋白質生物合成的干擾和抑制

Interference&InhibitionofProteinBiosynthesis第四節(jié)蛋白質生物合成的干擾和抑制

Interference&I蛋白質生物合成是很多天然抗生素和某些毒素的作用靶點。它們就是通過阻斷真核、原核生物蛋白質翻譯體系某組分功能，干擾和抑制蛋白質生物合成過程而起作用的?？舍槍Φ鞍踪|生物合成必需的關鍵組分作為研究新抗菌藥物的作用靶點。同時盡量利用真核、原核生物蛋白質合成體系的任何差異，以設計、篩選僅對病原微生物特效而不損害人體的藥物。蛋白質生物合成是很多天然抗生素和某些毒素的作用靶點。它們就是抗生素(antibiotics)是微生物產(chǎn)生的能夠殺滅或抑制細菌的一類藥物?？勾x藥物指能干擾生物代謝過程，從而抑制細胞過度生長的藥物，如：6-MP。

某些毒素也作用于基因信息傳遞過程?？股?antibiotics)抗代謝藥物某些毒素也作用于一、抗生素類抗生素作用點作用原理應用四環(huán)素族（金霉素新霉素、土霉素）鏈霉素、卡那霉素、新霉素氯霉素、林可霉素紅霉素梭鏈孢酸

放線菌酮嘌呤霉素原核核蛋白體小亞基原核核蛋白體小亞基原核核蛋白體大亞基原核核蛋白體大亞基原核核蛋白體大亞基真核核蛋白體大亞基真核、原核核蛋白體抑制氨基酰-tRNA與小亞基結合改變構象引起讀碼錯誤、抑制起始抑制轉肽酶、阻斷延長抑制轉肽酶、妨礙轉位與EFG-GTP結合，抑制肽鏈延長抑制轉肽酶、阻斷延長氨基酰-tRNA類似物，進位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醫(yī)學研究抗腫瘤藥抗生素抑制蛋白質生物合成的原理一、抗生素類抗生素作用點作用原理應用四環(huán)素族（金霉素新霉素

嘌呤霉素作用示意圖嘌呤霉素作用示意圖四環(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、其他干擾蛋白質生物合成的物質毒素(toxin)干擾素(interferon)二、其他干擾蛋白質生物合成的物質毒素(toxin)白喉毒素(diphtheriatoxin)的作用機理白喉毒素++延長因子-2（有活性）延長因子-2（無活性）白喉毒素(diphtheriatoxin)的作用機理白喉毒干擾素的作用機理干擾素誘導的蛋白激酶dsRNA1.干擾素誘導eIF2磷酸化而失活ATPeIF2ADPeIF2-P（失活）Pi磷酸酶干擾素的作用機理干擾素誘導的蛋白激酶dsRNA1.干擾素2.干擾素誘導病毒RNA降解降解mRNAdsRNA干擾素AAPAPPPP252552-5AAPPPATP2-5A合成酶RNaseLRNaseL活化2.干擾素誘導病毒RNA降解降解mRNAdsRNA干擾素蛋白質的生物合成

（翻譯）第八章蛋白質的生物合成

（翻譯）第八章論述題試述蛋白質生物合成體系討論原核生物與真核生物蛋白質合成的異同論述題試述蛋白質生物合成體系蛋白質的生物合成，即翻譯，就是將核酸中由4種核苷酸序列編碼的遺傳信息，通過遺傳密碼破譯的方式解讀為蛋白質一級結構中20種氨基酸的排列順序。蛋白質的生物合成，即翻譯，就是將核酸中由4種核苷酸序列編蛋白質合成體系

ProteinBiosynthesisSystem

第一節(jié)蛋白質合成體系

ProteinBiosynthesisS20種氨基酸(AA)作為原料酶及眾多蛋白因子，如IF、eIF

ATP、GTP、無機離子參與蛋白質生物合成的物質包括

三種RNAmRNA（messengerRNA,信使RNA）rRNA（ribosomalRNA,核蛋白體RNA）tRNA（transferRNA,轉移RNA）20種氨基酸(AA)作為原料參與蛋白質生物合成的物質包括三一、翻譯模板mRNA及遺傳密碼

mRNA是遺傳信息的攜帶者遺傳學將編碼一個多肽的遺傳單位稱為順反子(cistron)。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mRNA可編碼幾種功能相關的蛋白質，為多順反子(polycistron)

。真核mRNA只編碼一種蛋白質，為單順反子(singlecistron)

。

一、翻譯模板mRNA及遺傳密碼mRNA是遺傳信息的攜帶者遺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合位點起始密碼子終止密碼子編碼序列PPP53蛋白質PPPmG-53蛋白質目錄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合位mRNA上存在遺傳密碼mRNA分子上從5至3方向，由AUG開始，每3個核苷酸為一組，決定肽鏈上某一個氨基酸或蛋白質合成的起始、終止信號，稱為三聯(lián)體密碼(tripletcoden)。起始密碼(initiationcoden):AUG終止密碼(terminationcoden):UAA，UAG，UGAmRNA上存在遺傳密碼mRNA分子上從5至3方向，由A遺傳密碼表第三字母UCAGUCAGUCAGCUAG目錄遺傳密碼表第三UCAG目錄從mRNA5端起始密碼子AUG到3端終止密碼子之間的核苷酸序列，各個三聯(lián)體密碼連續(xù)排列編碼一個蛋白質多肽鏈，稱為開放閱讀框架(openreadingframe,ORF)。從mRNA5端起始密碼子AUG到3端終止密碼子之間的核1.連續(xù)性(commaless)遺傳密碼的特點編碼蛋白質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。1.連續(xù)性(commaless)遺傳密碼的特點編碼蛋白質基因損傷引起mRNA閱讀框架內的堿基發(fā)生插入或缺失，可能導致框移突變(frameshiftmutation)?；驌p傷引起mRNA閱讀框架內的堿基發(fā)生插入或缺失，可能導致2.簡并性(degeneracy)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2、3、4個或多至6個三聯(lián)體為其編碼。目錄2.簡并性(degeneracy)遺傳密碼中，除色氨酸和甲2.簡并性(degeneracy)目錄2.簡并性(degeneracy)目錄3.通用性(universal)蛋白質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，如動物細胞的線粒體、植物細胞的葉綠體。密碼的通用性進一步證明各種生物進化自同一祖先。

3.通用性(universal)蛋白質生物合成的整套密碼4.擺動性(wobble)轉運氨基酸的tRNA的反密碼需要通過堿基互補與mRNA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基配對規(guī)律，稱為擺動配對。4.擺動性(wobble)轉運氨基酸的tRNA的反密碼需U擺動配對目錄U擺動配對目錄密碼子、反密碼子配對的擺動現(xiàn)象tRNA反密碼子第1位堿基IUGACmRNA密碼子第3位堿基U,C,AA,GU,CUG密碼子、反密碼子配對的擺動現(xiàn)象tRNA反密碼子IUGACmR二、核蛋白體是多肽鏈合成的裝置目錄二、核蛋白體是多肽鏈合成的裝置目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rpS21種rpL36種rpS33種rpL49種

不同細胞核蛋白體的組成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S7核蛋白體的組成目錄核蛋白體的組成目錄原核生物翻譯過程中核蛋白體結構模式:A位：氨基酰位(aminoacylsite)P位：肽酰位(peptidylsite)E位：排出位(exitsite)目錄原核生物翻譯過程中核蛋白體結構模式:A位：氨基酰位P位：肽酰三、tRNA與氨基酸的活化反密碼環(huán)氨基酸臂三、tRNA與氨基酸的活化反密碼環(huán)氨基酸臂tRNA的三級結構示意圖tRNA的三級結構示意圖氨基酸+tRNA氨基酰-tRNAATP

AMP＋PPi氨基酰-tRNA合成酶（一）氨基酰-tRNA合成酶(aminoacyl-tRNAsynthetase)

氨基酸的活化氨基酸+tRNA氨基酰-tRNAATPAMP＋PP第一步反應氨基酸＋ATP-E—→氨基酰-AMP-E

＋AMP＋PPi

目錄第一步反應氨基酸＋ATP-E—→氨基酰-AMP-E＋第二步反應氨基酰-AMP-E＋

tRNA↓

氨基酰-tRNA＋AMP

＋

E目錄第二步反應氨基酰-AMP-E目錄tRNA與酶結合的模型tRNA氨基酰-tRNA合成酶ATPtRNA與酶結合的模型tRNA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(proofreadingactivity)。氨基酰-tRNA的表示方法：Ala-tRNAAla

Ser-tRNASerMet-tRNAMet

氨基酰-tRNA合成酶對底物氨基酸和tRNA都有高度特異性。真核生物：Met-tRNAiMet原核生物：fMet-tRNAifMet（二）起始肽鏈合成的氨基酰-tRNA真核生物：Met-tRNAiMet（二）起始肽鏈合成的氨基蛋白質生物合成過程

TheProcessofProteinBiosynthesis

第二節(jié)蛋白質生物合成過程

TheProcessofPr翻譯的起始(initiation)翻譯的延長(elongation)翻譯的終止(termination)整個翻譯過程可分為：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)。翻譯的起始(initiation)整個翻譯過程可分為：翻譯一、肽鏈合成起始指mRNA和起始氨基酰-tRNA分別與核蛋白體結合而形成翻譯起始復合物

(translationalinitiationcomplex)。一、肽鏈合成起始指mRNA和起始氨基酰-tRNA分別與核蛋白原核、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（一）原核生物翻譯起始復合物形成核蛋白體大小亞基分離；mRNA在小亞基定位結合；起始氨基酰-tRNA的結合；核蛋白體大亞基結合。（一）原核生物翻譯起始復合物形成核蛋白體大小亞基分離；IF-3IF-11.核蛋白體大小亞基分離目錄IF-3IF-11.核蛋白體大小亞基分離目錄AUG5'3'IF-3IF-12.mRNA在小亞基定位結合目錄AUG5'3'IF-3IF-12.mRNA在小亞基定位結合S-D序列S-D序列IF-3IF-1IF-2GTP3.起始氨基酰tRNA(fMet-tRNAimet)結合到小亞基AUG5'3'目錄IF-3IF-1IF-2GTP3.起始氨基酰tRNA(fIF-3IF-1IF-2GTPGDPPi4.核蛋白體大亞基結合，起始復合物形成AUG5'3'目錄IF-3IF-1IF-2GTPGDPPi4.核蛋白體大亞基IF-3IF-1AUG5'3'IF-2GTPIF-2-GTPGDPPi目錄IF-3IF-1AUG5'3'IF-2GTPIF-2-GTP（二）真核生物翻譯起始復合物形成核蛋白體大小亞基分離；起始氨基酰-tRNA結合；mRNA在核蛋白體小亞基就位；核蛋白體大亞基結合。（二）真核生物翻譯起始復合物形成核蛋白體大小亞基分離；met40S60SMetMet40S60SmRNAeIF-2B、eIF-3、

eIF-6①elF-3②GDP+Pi各種elF釋放elF-5④ATPADP+PielF4E,elF4G,elF4A,elF4B,PAB③MetMet-tRNAiMet-elF-2

-GTP真核生物翻譯起始復合物形成過程目錄met40S60SMetMet40S60SmRNAeIF-2二、肽鏈合成延長指根據(jù)mRNA密碼序列的指導，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。肽鏈延長在核蛋白體上連續(xù)性循環(huán)式進行，又稱為核蛋白體循環(huán)(ribosomalcycle)，每次循環(huán)增加一個氨基酸，包括以下三步：進位(entrance)成肽(peptidebondformation)轉位(translocation)二、肽鏈合成延長指根據(jù)mRNA密碼序列的指導，次序添加氨基酸延伸過程所需蛋白因子稱為延長因子(elongationfactor,EF)原核生物：EF-T(EF-Tu,EF-Ts)EF-G真核生物：EF-1、EF-2延伸過程所需蛋白因子稱為延長因子(elongationfa原核延長因子生物功能對應真核延長因子EF-Tu促進氨基酰-tRNA進入A位，結合分解GTPEF-1-αEF-Ts調節(jié)亞基EF-1-βγEFG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原核延長因子生物功能對應真核延長因子EF-Tu促進氨基酰-t又稱注冊(registration)（一）進位指根據(jù)mRNA下一組遺傳密碼指導，使相應氨基酰-tRNA進入核蛋白體A位。

目錄又稱注冊(registration)（一）進位指根據(jù)mRNA延長因子EF-T催化進位（原核生物）

目錄延長因子EF-T催化進位（原核生物）目錄蛋白質的生物合成翻譯-生物化學與分子生物學課件TuTsGTPGDPAUG5'3'TuTsGTP目錄TuTsGTPGDPAUG5'3'TuTsGTP目錄（二）成肽是由轉肽酶(transpeptidase)催化的肽鍵形成過程。（二）成肽是由轉肽酶(transpeptidase)催化的肽（三）轉位延長因子EF-G有轉位酶(translocase)活性，可結合并水解1分子GTP，促進核蛋白體向mRNA的3'側移動。（三）轉位延長因子EF-G有轉位酶(translocasefMetAUG5'3'fMetTuGTP目錄fMetAUG5'3'fMetTuGTP目錄進位轉位成肽進位轉位成肽真核生物肽鏈合成的延長過程與原核基本相似，但有不同的反應體系和延長因子。另外，真核細胞核蛋白體沒有E位，轉位時卸載的tRNA直接從P位脫落。（四）真核生物延長過程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

三、肽鏈合成的終止當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。

三、肽鏈合成的終止當mRNA上終止密碼出現(xiàn)后，多肽鏈合成終止相關的蛋白因子稱為釋放因子(releasefactor,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。二是誘導轉肽酶改變?yōu)轷ッ富钚?，相當于催化肽?；D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終止相關的蛋白因子稱為釋放因子一是識別終止密碼，如RF-1原核肽鏈合成終止過程原核肽鏈合成終止過程UAG5'3'RFCOO-目錄UAG5'3'RFCOO-目錄多聚核蛋白體(polysome)——使蛋白質合成高速、高效進行。目錄多聚核蛋白體(polysome)——使蛋白質合成高速、高效進電鏡下的多聚核蛋白體現(xiàn)象目錄電鏡下的多聚核蛋白體現(xiàn)象目錄蛋白質合成后加工和輸送PosttranslationalProcessing&ProteinTransportation第三節(jié)蛋白質合成后加工和輸送Posttranslational從核蛋白體釋放出的新生多肽鏈不具備蛋白質生物活性，必需經(jīng)過不同的翻譯后復雜加工過程才轉變?yōu)樘烊粯嬒蟮墓δ艿鞍?。主要包括多肽鏈折疊為天然的三維結構肽鏈一級結構的修飾高級結構修飾從核蛋白體釋放出的新生多肽鏈不具備蛋白質生物活性，必需經(jīng)過不一、多肽鏈折疊為天然功能構象的蛋白質新生肽鏈的折疊在肽鏈合成中、合成后完成，新生肽鏈N端在核蛋白體上一出現(xiàn)，肽鏈的折疊即開始。可能隨著序列的不斷延伸肽鏈逐步折疊，產(chǎn)生正確的二級結構、模序、結構域到形成完整空間構象。一般認為，多肽鏈自身氨基酸順序儲存著蛋白質折疊的信息，即一級結構是空間構象的基礎。細胞中大多數(shù)天然蛋白質折疊都不是自動完成，而需要其他酶、蛋白輔助。一、多肽鏈折疊為天然功能構象的蛋白質新生肽鏈的折疊在肽鏈合成幾種有促進蛋白折疊功能的大分子1.分子伴侶(molecularchaperon)2.蛋白二硫鍵異構酶(proteindisulfideisomerase,PDI)3.肽-脯氨酰順反異構酶(peptideprolylcis-transisomerase,PPI)幾種有促進蛋白折疊功能的大分子1.分子伴侶(molecu1.熱休克蛋白(heatshockprotein,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胞一類保守蛋白質，可識別肽鏈的非天然構象，促進各功能域和整體蛋白質的正確折疊。1.熱休克蛋白(heatshockprotein,H熱休克蛋白促進蛋白質折疊的基本作用——結合保護待折疊多肽片段，再釋放該片段進行折疊。形成HSP70和多肽片段依次結合、解離的循環(huán)。HSP40結合待折疊多肽片段HSP70-ATP復合物HSP40-HSP70-ADP-多肽復合物ATP水解GrpEATPADP復合物解離，釋出多肽鏈片段進行正確折疊目錄熱休克蛋白促進蛋白質折疊的基本作用——HSP40結合待折疊多Hsp70反應循環(huán)Hsp70反應循環(huán)伴侶素GroEL/GroES系統(tǒng)促進蛋白質折疊過程伴侶素的主要作用——為非自發(fā)性折疊蛋白質提供能折疊形成天然空間構象的微環(huán)境。伴侶素GroEL/GroES系統(tǒng)促進蛋白質折疊過程伴侶素的GroEL-GroES反應循環(huán)GroEL-GroES反應循環(huán)蛋白二硫鍵異構酶多肽鏈內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，這一過程主要在細胞內質網(wǎng)進行。二硫鍵異構酶在內質網(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硫鍵連接，最終使蛋白質形成熱力學最穩(wěn)定的天然構象。蛋白二硫鍵異構酶多肽鏈內或肽鏈之間二硫鍵的正確形成對穩(wěn)定分肽-脯氨酰順反異構酶多肽鏈中肽酰-脯氨酸間形成的肽鍵有順反兩種異構體，空間構象明顯差別。肽酰-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。肽酰-脯氨酰順反異構酶是蛋白質三維構象形成的限速酶，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。肽-脯氨酰順反異構酶多肽鏈中肽酰-脯氨酸間形成的肽鍵有順反二、一級結構的修飾（一）肽鏈N端和C端的切除和/或化學修飾（二）個別氨基酸的修飾（三）多肽鏈的水解修飾二、一級結構的修飾（一）肽鏈N端和C端的切除和/或化學修飾（一）肽鏈N端和C端的切除和/或化學修飾細胞內的脫甲酰基酶或氨基肽酶可以去除N-甲?；-末端蛋氨酸或N-末端的一段肽鏈。在真核細胞，50%的蛋白質在翻譯后，氨基末端的氨基發(fā)生乙?；Ｓ行┣闆r下，羧基末端的殘基也可被酶切除。（一）肽鏈N端和C端的切除和/或化學修飾細胞內的脫甲酰基酶或1.個別氨基酸可進行甲基化和乙酰化修飾2.蛋白質糖基化（glycosylation）修飾是一種

復雜的化學修飾

3.親脂性修飾：某些蛋白質加入異戊二烯基團4.羥基化5.大多數(shù)蛋白質有二硫鍵的形成6.磷酸化（二）氨基酸殘基的化學修飾有多種形式1.個別氨基酸可進行甲基化和乙?；揎棧ǘ┌被釟埢模ㄈ┧饧庸ぐǘ嗟鞍姿饧庸ず蛢群牡募艚?．多蛋白水解加工可產(chǎn)生多種肽鏈一些蛋白質在合成之初是含有一系列頭尾相連的蛋白質的長多肽鏈。多肽鏈的水解將裂解釋放出各種蛋白質，釋放出的蛋白質可能具有完全不同的功能。（三）水解加工包括多蛋白水解加工和內含肽的剪接1．多蛋白水解鴉片促黑皮質素原(POMC)的水解修飾NC信號肽PMOCKRKR103肽

(？)ACTH-LT-MSH-MSHEndophin鴉片促黑皮質素原(POMC)的水解修飾NC信號肽PMOCKR2．內含肽切除導致外顯肽連接內含肽是蛋白質的內部片段，翻譯后很快被剪切，兩個外顯肽連接到一起。內含肽的長度一般在300~600個氨基酸之間。剪接是由內含肽自我催化的。2．內含肽切除導致外顯肽連接內含肽是蛋白質的內部片段，翻譯三、高級結構的修飾（一）亞基聚合