生化-1蛋白質(zhì)生物合成

生物化學(xué)Conception,theory,research,and————LogicandLIY(LearnIt趙晟（ShengZhao），東南大學(xué)醫(yī)學(xué)院生物化學(xué)與分子生課 : /Q4ZXcEIJ8Fzhz（360云盤 : or /MSN/Skype/gChat: 第十三章：蛋白質(zhì)的生物合蛋白質(zhì)的生物合體操王子嚴(yán)明倒L型的 tRNA你這么牛，你丈母娘知道嗎。。 Gene 蛋白質(zhì)的生物合成（翻譯ProteinBiosynthesis蛋白質(zhì)生物合成的概生物體內(nèi)的蛋白質(zhì)以mRNA為模板而合成。在這一過程中，mRNA上來自DNA編碼的核苷酸序列信息轉(zhuǎn)換為蛋白質(zhì)中的氨基酸序列，故稱為翻譯（translation）相應(yīng)氨基酸，識別mRNA上的三聯(lián)體子，在核糖Proteinbiosynthesis蛋白質(zhì)生物合成體基本原料：20種編碼模板適配器裝配機(jī)：白轉(zhuǎn)肽酶、起始因子、延長因子、因子等能源物質(zhì)：ATP、無機(jī)離子：Mg2+、一、mRNA是蛋白質(zhì)合成的mRNA的基本結(jié)Startofgeneticmessage

從mRNA5-子AUG從mRNA5-子AUG到3-端終止碼子之間的核苷酸序列，稱為開放閱讀框(openreadingframeORF)

開放閱讀框

3-端非翻譯

蛋白5mG

AAAAAA編碼序

起始 終止遺傳子種三聯(lián)體形式的核苷酸序列稱為子。起始子和終止子起始子(initiation終止子(terminationcodon)：UAA、UAG、 遺傳的特方向性連續(xù)性(non-簡并性擺動性通用性偏遺傳的特方向性讀碼方讀碼方肽鏈延伸方連續(xù)性(non-碼連續(xù)閱讀，子及子的各堿基之間55…….AUGGCAGUACAU……UA 終由于子的連續(xù)性，在開放閱讀框中發(fā)或缺失1個或2個堿基的突變，都會引起mRNA閱讀框架發(fā)生移動，稱為移碼（frameshift），使后續(xù)纈纈丙酪甘纈丙絲精纈脯蘇簡并性一種氨基酸可具有2個或2個以上的子為其編碼。這一特性稱為遺傳的簡并除色氨酸和甲硫氨酸僅有1個子外，其余氨基酸有2、3、4個或多至6個三聯(lián)體為其編碼。為同一種氨基酸編碼的各子稱為簡并性子，也稱同義子。各種氨基酸的子數(shù)擺動性反子與子之間的配對有時并不為擺動配對(wobblebasepairing)。tRNA反第1位堿IUGAC第3位堿基U,C,A,U,UG反子與子的識別方式與擺動配通用性從簡單的到高等的人類，幾乎使用同一套遺傳，因此，遺傳表中的這套“通用”基本上適用于生物界的所有通用線粒體異蛋、起精終精終終色偏雖然遺傳在生物界具有普遍的通用用哪一種簡并子編碼時，是有偏好的。使用頻率最高的子子集翻譯蛋白時碼子使用數(shù)據(jù)庫（CodonUsageDatabase）子使用數(shù)據(jù)庫（CodonUsage子使用數(shù)據(jù)庫（CodonUsage子使用數(shù)據(jù)庫（CodonUsage二、氨基酰-tRNA通過其反子mRNA中對應(yīng)的子互補(bǔ)結(jié)tRNA的作運載氨基酸：氨基酸各由其特異的tRNA攜帶，一種氨基酸可有幾種對應(yīng)的tRNA，氨基酸結(jié)合在tRNA3ˊ-CCA的位置，結(jié)合需要ATP供能；充當(dāng)“適配器”：每種tRNA的反子決定了所攜帶的氨基酸能準(zhǔn)確地在mRNA上對號入座。tRNA的構(gòu)氨基酸

體操王子嚴(yán)明倒L型的

倒L三、核糖體是肽鏈“裝配廠核糖體的組核糖體又稱白體，是由rRNA和多種蛋白質(zhì)結(jié)合而成的一種大的核糖白顆粒，是不同細(xì)胞白體的組原核生 真核生白體小亞大亞白體小亞大亞S16S-23S-5S-18S-28S-5.8S-5S-蛋白rpS21rpL36rpS33rpL49核糖體在翻譯中的功能部氨基酰-tRNA合成酶(aminoacyltRNAsynthetase)，轉(zhuǎn)肽酶(peptidase)，催化白體P位上的肽?；D(zhuǎn)移至A位氨基酰-tRNA的氨基上，使?；c氨基結(jié)合形成肽鍵;并受因子的作用后發(fā)生變構(gòu)，表現(xiàn)出轉(zhuǎn)位酶(translocase)，催化白體向mRNA3’-端移起始因子（initiation延長因子（elongation因子（release參與原核生物翻譯的各種蛋白質(zhì)因子及其生物學(xué)功種 生物學(xué)功起始因 IF- 占據(jù)核糖體A位，防止A位結(jié)合其他IF- 促進(jìn)fMet-tRNAfMet與小亞基結(jié)IF- 促進(jìn)大、小亞基分離；提高P位對結(jié)合tRNAfMet的敏感延長因 EF- 促進(jìn)氨基酰-tRNA進(jìn)入A位，結(jié)合并分解EF- EF-Tu的調(diào)節(jié)亞EF- 有轉(zhuǎn)位酶活性，促進(jìn)mRNA-肽酰-tRNA由A位移P位；促進(jìn)tRNA卸載與 互作參與真核生物翻譯的各種蛋白質(zhì)因子及其生物學(xué)功種 生物學(xué)功起始因 eIF-4F復(fù)合物成分；有RNA解螺旋酶活性，解除mRNA5-端的 結(jié)合mRNA，促進(jìn)mRNA掃描定位起始AUG eIF-4F復(fù)合物成分，識別結(jié)合mRNA的5帽結(jié)構(gòu) eIF-4F復(fù)合物成分，結(jié)合eIF-4E、eIF-3和PAB 延長因 eIF1- eIF1- 因 反應(yīng)過氨基酸

氨基酰-tRNA合成

氨基酰氨基酸與A氨基酰t，既能識別特異的氨基酸，又能辨認(rèn)應(yīng)該結(jié)合該種氨基酸的t分子。氨基酸＋ATP- 氨基酰-AMP-E＋氨基酰-AMP-E氨基酰-tRNAAMP氨基酰tRNA合成酶還有校對活（proofreadingactivity），能將錯誤結(jié)合的氨基酸水解，酰-tRNA的酯鍵水解，上與子相對應(yīng)的氨基酸，改正反應(yīng)的任一步驟中出現(xiàn)的錯配，保證氨基酸和tRNA結(jié)合反應(yīng)的誤差小氨基酰-tRNA氨基酸的三字母縮寫-tRNA氨基酸的三字母縮（前一個表示接上去的氨基酸，后一個表示子甲硫氨酰-tRNA：Met-真核生起始氨基酰-tRNA:Met-tRNAiMet與甲硫氨酸結(jié)合后形成Met-tRNAiMet，可以在mRNA的起始子AUG處就位，參與形成翻譯起始復(fù)合物。起始子只能辨認(rèn)Met-tRNAiMet。參與肽鏈延長的甲硫氨酰-tRNA：Met-tRNAMet和甲硫氨酸結(jié)合后生成Met-tRNAMet，必要時進(jìn)入白體，為延長中原核生起始氨基酰-tRNA:fMet-后，甲硫氨酸很快被甲酰化為N-甲酰甲硫氨酸(N-formylmethionine,fMet)，于是形成N-甲酰甲硫氨酰-tRNA(fMet-tRNAfMet)，可以在mRNA的起始子AUG處就位，參與形成翻譯起始復(fù)合物。起始子只能辨認(rèn)fMet-fMet-tRNAfMet的生成是一碳化合物轉(zhuǎn)移和利用的過程之一，反應(yīng)由轉(zhuǎn)甲酰基酶催化，甲?；鶑腘10-甲酰四氫葉酸轉(zhuǎn)移到甲硫氨酸的α-氨Thebiosynthesisprocessofpeptide翻譯過程包括起始（initiation）、延長（elongation）和終止（termination）三個階白質(zhì)因子。一、翻譯起始復(fù)合物的裝配啟動肽鏈合（一）原核生物翻譯起始復(fù)合物的形核糖體小亞基結(jié)合于mRNA的起始子fMet-tRNAfMet結(jié)合在核糖體P核糖體大小亞基分核糖體小亞基結(jié)合于mRNA的起始子附IF-AUIF-AUG存在一段由4～9個核苷酸組成的一致序列，富含嘌呤堿基，如-AGGAGG-，稱為Shine-Dalgarno序列(S-D序列)，又稱核糖體結(jié)合位點(ribosomalbindingsite,RBS)。一條多順反子mRNA序列上的每個編碼序列均擁有各自S-D序小亞基中的16S-rRNA3-端有一富含嘧啶堿基的短序列，如-UCCUCC-，通過與S-D序列堿mRNA上鄰近RBS下游，還有一段短核苷酸序列，通過上述RNA-RNA、RNA-蛋白質(zhì)相互作用，小fMet-tRNAfMet結(jié)合在核糖體PAUAUG核糖體大亞基結(jié)合形成起始復(fù)IF-2IF-2AUG起始復(fù)合物形成GiAUG（二）真核生物翻譯起始復(fù)合物的形核糖體大小亞基分Met-tRNAiMet定位結(jié)合于小亞基P位mRNA與核糖體小亞基核糖體大亞基結(jié)合真核生物的Kozakconsensus真核生物的mRNA有的(gcc)gccRccAUGG序列。它在翻譯過程啟動時起始子的識別過程中扮演了重要角色。得名自序列標(biāo)識為(gcc)gccRccAUGG源自科扎克對大范圍的樣本（共基;大寫字母表示高度保守的堿基，其中AUG即起始子?！癛”這表明嘌呤（A或G）總是在這個位置上。括號內(nèi)的序列科扎克的研究局限于脊椎動物的一部分（例如人類，牛，貓，真核生物翻譯起始復(fù)合物的裝端向3端移動，依據(jù)子順序，從N端開始肽鏈延長在核糖體上連續(xù)循環(huán)式進(jìn)行，又稱為核糖體循環(huán)(ribosomalcycle)，包括以下三進(jìn)位(positioning)/成肽(peptidebond轉(zhuǎn)位進(jìn)位又 成轉(zhuǎn)移位的結(jié)果是：①成肽后位于P位的tRNA所攜帶的氨基酸或肽在反應(yīng)給了A位上的氨基酸，空載的tRNA從核糖體直接脫落；②成肽后位于A到了P位上；③A位得以空出，且準(zhǔn)確定位在mRNA的下一個子，以接受一個新的對應(yīng)的真核生物肽鏈延長過三、終止子和 RF1識別UAA或UAG，RF2識別UAA或UGA，RF3則與GTP結(jié)合并使其水解，協(xié)助RF1與RF2與真核生物僅有eRF一種因子所有3種終止子均可被eRF識別真核生物中肽鏈合成完成后的水解過程尚未多聚核糖體多聚核糖體(polysome)。多聚核糖電鏡下的多聚核新生多肽鏈不具備蛋白質(zhì)的生物學(xué)活性，必須經(jīng)過復(fù)雜的加工過程才能轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂刑烊粯?gòu)象的功能蛋白質(zhì)，這一加工過程稱為翻譯后加工(post-translationalprocessing)。蛋白質(zhì)合成后還需要被輸送到合適的亞細(xì)胞部位才能行使各自的生物學(xué)功能。其中，有的蛋白質(zhì)駐留于細(xì)胞液，有的被到細(xì)胞器或鑲嵌入細(xì)胞膜，還有的被到細(xì)胞外。蛋白質(zhì)合成后在細(xì)胞內(nèi)被定向輸送到其發(fā)揮作用部位的過程稱為蛋白質(zhì)的靶向輸送（proteining）或蛋白質(zhì)分選（proteinsorting）Visualizethelife:“TheInnerLifeofthe——JohnLieblerfromXVIVO,AlainVielandRobertLuefromHarvard14.淋巴細(xì)胞 管，尋找可能的病原一、肽鏈折疊為蛋白質(zhì)在合成時，還未折疊的肽段有許多疏水基在外，具有分子內(nèi)或分子間的傾向，使蛋白質(zhì)不形成正確空間構(gòu)這種結(jié)構(gòu)的肽鏈集合體產(chǎn)生過多對細(xì)胞有致命的影的，其折疊過程需要其他酶或蛋白質(zhì)的輔助，這些輔助性蛋白質(zhì)可以指導(dǎo)新生肽鏈按特定方式正確折疊，它們被稱為分子伴侶（molecularchaperone）。①封閉待折疊肽鏈的疏水區(qū)段②創(chuàng)建一個的環(huán)境，可以使肽鏈的折疊互不③促進(jìn)肽鏈折疊和去熱激蛋白(heatshockprotein大腸桿菌的HSP70肽鏈結(jié)合肽鏈結(jié)合結(jié)構(gòu)ATP

EEVD-Grp

它有兩個主要功能域：一個是存在于N-端的高度保守的ATP酶結(jié)構(gòu)域，能結(jié)合和水解ATP；另一個是存在于C-端的肽鏈結(jié)合結(jié)構(gòu)域。蛋白在蛋白質(zhì)的折疊過程中，HSP70還需2HSP40和GrpE大腸桿菌的HSP40(DnaJ)可激活DnaK中的ATP酶，生成穩(wěn)定的DnaJ-DnaK-ADP-被折疊蛋白質(zhì)復(fù)合物，以利于DnaK發(fā)揮分子伴侶作用。在ATP存在的情況下，DnaJ和DnaK的相互作用能抑制蛋白質(zhì)的。GrpE，核苷酸交換因子，與DnaK的ATP酶結(jié)構(gòu)域結(jié)合，使DnaK的構(gòu)象發(fā)生改變、ADP從復(fù)合物中出來并由ATP代替ADP，從而控制DnaK的ATP酶活性。HSP70輔助肽鏈折伴侶蛋白GroEL和Gro，如大腸桿菌的GroEL和GroES（真核細(xì)胞中同源物為HSP60和HSP10）等GroEL-GroES復(fù)合當(dāng)待折疊肽鏈進(jìn)入GroEL的桶狀空腔后，GroES可作為“蓋子”瞬時封閉GroEL空腔出口。封蛋白質(zhì)二硫化物異構(gòu)肽酰-脯氨酰順反異構(gòu)（一）合成后肽鏈的末端被水解加（二）肽鏈中肽鍵水解產(chǎn)生多種功能例：促黑皮質(zhì)素原(POMC)的水解修促促腎上腺皮質(zhì)激α-促黑三、肽鏈中氨基酸殘基的化學(xué)修增加蛋白質(zhì)功能多樣 N-糖基 天冬酰O-糖基 絲氨酸、蘇氨羥基 脯氨酸賴氨甲基 賴氨酸、精氨酸、組氨酸、天冬胺、天冬氨酸、谷氨乙酰 賴氨酸、絲氨硒 半胱氨四、亞基聚合形輔基連接后形成完整的結(jié)合蛋白 靶向輸送的蛋白質(zhì)N-端存在信號序所有靶向輸送的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)中存在分選信號，主要是N末端特異氨基酸序列，可引導(dǎo)蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)移到細(xì)胞的適當(dāng)靶部位，這類序列稱為信號序列(signalsequence)。信號序列是決定蛋白質(zhì)靶向輸送特性的最重要元件，提示指導(dǎo)蛋白質(zhì)靶向輸送的信息存在于蛋白細(xì)胞亞組分分選信蛋白種 信號序 結(jié)構(gòu)特蛋白和質(zhì)膜蛋 信號 15～30個氨基酸，位于N-端中間為疏水性氨4～8個氨基酸組中間為疏水性氨 核定位信

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)蛋 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)滯留信 C-端的核組編碼的線體蛋

線粒體導(dǎo) 20～35個氨基酸，位于N-溶酶體蛋 溶酶體靶向信 甘露糖-6-磷酸（Man-6-（一）型蛋白在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)加工轉(zhuǎn) 它們的N-端都有信號肽（signalpeptide）結(jié)構(gòu)，信號肽有以下共① 端含1酸、精氨酸； 中段為疏水 區(qū)，主要含疏水的中性氨基酸，如亮 C-端加工區(qū)由一些極性相對較大、側(cè)鏈較短的氨基（如甘氨酸、丙氨酸、絲氨酸）組成，緊接著是被信號肽酶(signalpeptidase)裂解的位點。信號序列引導(dǎo)蛋白質(zhì)進(jìn)入內(nèi)質(zhì)（二）定位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的蛋白質(zhì)C-端含有滯留內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中含有多種幫助新生肽鏈折疊成天然構(gòu)型的蛋白質(zhì)，如分子伴侶等。與 型蛋白質(zhì)一樣，需要停留在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中執(zhí)行功能的蛋白質(zhì)先經(jīng)粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的附著核糖體合成并進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔，然（三）大部分線粒體蛋白質(zhì)在細(xì)胞液合靶向輸入線粒線粒體雖然含有DNA、核糖體、mRNA及部分線粒體蛋白質(zhì)是由核組編碼、在胞液中的游離白體上合成后、靶向輸送到真核細(xì)胞線粒體蛋白質(zhì)的（四）質(zhì)膜蛋白質(zhì)由囊泡靶向轉(zhuǎn)運至細(xì)胞制與型蛋白質(zhì)的跨膜機(jī)制相似，但是，通過囊泡、高爾基體、分選后進(jìn)入小泡殘基，帶下劃線的部分為疏水性氨基酸區(qū)（五）細(xì)胞白質(zhì)由核輸入因子運載經(jīng)InterferenceandInhibitionofProteinBiosynthesis選僅對病原微生物特效而不損害的藥物。抗生素(antibiotics)是一類由某些真菌、細(xì)菌等微生物產(chǎn)生的藥物，有抑制其他微生物生長或殺死其他微生物的能力，對宿主無毒性的抗生素可用于預(yù)防和治療人、動物和植物的性疾病。

常用抗生素抑制抗生 作用位 作用原 應(yīng) 原核、真核白體

阻礙翻譯起始復(fù)合物的形 抗四環(huán)素、土霉 原核白體小亞 抑制氨基酰-tRNA與小亞鏈霉素、新霉素、原核白體小亞 改變構(gòu)象引起讀碼錯誤、

抗菌抗菌氯霉素、林可

原 白體大亞 抑