第十四章 蛋白質(zhì)的生物合成

第十四章蛋白質(zhì)的生物合成

(ProteinBiosynthesis)1導(dǎo)學(xué)掌握參與蛋白質(zhì)生物合成的主要物質(zhì)及其作用；翻譯的基本過(guò)程。熟悉遺傳密碼的特點(diǎn)了解翻譯后加工，影響蛋白質(zhì)生物合成的物質(zhì)2006-82第十四章蛋白質(zhì)的生物合成教學(xué)內(nèi)容第一節(jié)參與蛋白質(zhì)生物合成的三種RNA

第二節(jié)蛋白質(zhì)生物合成的過(guò)程

第三節(jié)翻譯后加工

第四節(jié)翻譯后加工

2006-83第十四章蛋白質(zhì)的生物合成翻譯(Translation)蛋白質(zhì)的生物合成，即翻譯，就是將mRNA分子中4種核苷酸序列編碼的遺傳信息，通過(guò)遺傳密碼破譯的方式解讀為蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)中20種氨基酸的排列順序。2006-84第十四章蛋白質(zhì)的生物合成CAACUGCAGACAUAUAUGAUACAAUUUGAUCAGUAU5/3/-Gln-Leu-Gln-Thr-Tyr-Met-Ile-Gln-Phe-Asp-Gln-Tyr-mRNA多肽鏈翻譯2006-85第十四章蛋白質(zhì)的生物合成參與蛋白質(zhì)生物合成的物質(zhì)

三種RNAmRNA（messengerRNA,信使RNA）rRNA（ribosomalRNA,核蛋白體RNA）tRNA（transferRNA,轉(zhuǎn)移RNA）20種編碼氨基酸(AA)作為原料酶及眾多蛋白因子，如IF、eIF

ATP、GTP、無(wú)機(jī)離子2006-86第十四章蛋白質(zhì)的生物合成第一節(jié)

參與蛋白質(zhì)生物合成的三種RNA2006-87第十四章蛋白質(zhì)的生物合成一、mRNA與遺傳密碼（一）mRNA的作用

mRNA是遺傳信息的攜帶者,mRNA作為翻譯的直接模板。遺傳學(xué)將編碼一個(gè)多肽的遺傳單位稱(chēng)為順?lè)醋?cistron)2006-88第十四章蛋白質(zhì)的生物合成一、mRNA與遺傳密碼（一）mRNA的作用

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?lè)醋?polycistron)

。真核mRNA只編碼一種蛋白質(zhì)，為單順?lè)醋?singlecistron)

。

2006-89第十四章蛋白質(zhì)的生物合成2006-810第十四章蛋白質(zhì)的生物合成遺傳密碼（geneticcoden）

mRNA分子分子的信息區(qū)內(nèi)上從5至3方向，由AUG開(kāi)始，每3個(gè)核苷酸為一組，決定肽鏈上某一個(gè)氨基酸或蛋白質(zhì)合成的起始、終止信號(hào)，稱(chēng)為三聯(lián)體遺傳密碼。2006-811第十四章蛋白質(zhì)的生物合成（二）遺傳密碼種類(lèi)

mRNA分子有4種核苷酸堿基：A、G、C、U，可組合成64個(gè)密碼子，其中61個(gè)分別代表20種不同氨基酸。起始密碼(initiationcoden):AUG

終止密碼(terminationcoden):UAA，UAG，UGA。2006-812第十四章蛋白質(zhì)的生物合成遺傳密碼表第一堿基（5/-端）第二堿基第三堿基（3/-端）終止終止**在mRNA起始部位的AUG為起始信號(hào)2006-813第十四章蛋白質(zhì)的生物合成（三）遺傳密碼的特點(diǎn)

遺傳密碼閱讀的方向性從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(gè)三聯(lián)體密碼子連續(xù)排列編碼一個(gè)蛋白質(zhì)的多肽鏈從N端到C端。2006-814第十四章蛋白質(zhì)的生物合成遺傳密碼的連續(xù)性（三）遺傳密碼的特點(diǎn)沿5/-3/方向連續(xù)閱讀插入堿基缺失堿基移碼突變酪酪酪蘇蘇蘇亮亮亮5’-U-A-C-U-A-C-U-A-C-U-A-C-3’5’-U-A-C-U-A-C-U-A-C-U-A-C-3’5’-U-A-C-U-A-C-U-A-C-U-A-C-3’2006-815第十四章蛋白質(zhì)的生物合成（三）遺傳密碼的特點(diǎn)遺傳密碼的簡(jiǎn)并性20種編碼氨基酸中除色氨酸和甲硫氨酸各有一個(gè)密碼子外，其余每一種氨基酸都有2-6個(gè)密碼子。2006-816第十四章蛋白質(zhì)的生物合成2006-817第十四章蛋白質(zhì)的生物合成（三）遺傳密碼的特點(diǎn)遺傳密碼的通用性從原核生物到人類(lèi)都共用同一套遺傳密碼，被稱(chēng)為遺傳密碼的通用性。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。

2006-818第十四章蛋白質(zhì)的生物合成二、tRNA

與氨基酸的轉(zhuǎn)運(yùn)(一)tRNA

的作用Ser5’Tyr5’2006-819第十四章蛋白質(zhì)的生物合成密碼子與反密碼子的擺動(dòng)配對(duì)2006-820第十四章蛋白質(zhì)的生物合成密碼子與反密碼子的擺動(dòng)配對(duì)tRNA反密碼子的mRNA密碼子的第１個(gè)堿基第3個(gè)堿基

IA、C、UUA、G

GC、G2006-821第十四章蛋白質(zhì)的生物合成氨基酸的活化氨基酰-tRNA合成酶(aminoacyl-tRNA

synthetase)氨基酸的－羧基與tRNA的3′－CCA的腺苷酸3′－OH以酯鍵相連形成氨基酰-tRNA

氨基酸+tRNA氨基酰-tRNAATP

AMP＋PPi氨基酰-tRNA合成酶2006-822第十四章蛋白質(zhì)的生物合成（二）氨基酰-tRNA表示法

氨基酰-tRNA的表示方法：Ala-tRNAAla

Ser-tRNASerMet-tRNAMet起始肽鏈合成的氨基酰-tRNA：真核生物：Met-tRNAiMet原核生物：fMet-tRNAifMet2006-823第十四章蛋白質(zhì)的生物合成三、核糖體與蛋白質(zhì)合成場(chǎng)所（一）核糖體的組成與結(jié)構(gòu)核糖體是蛋白質(zhì)生物合成的場(chǎng)所。核糖體是由幾種rRNA與數(shù)十種蛋白質(zhì)共同構(gòu)成的超分子復(fù)合體。細(xì)胞質(zhì)中的的核糖體有兩類(lèi):一類(lèi)附著于粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng),分泌性蛋白質(zhì)的合成，一類(lèi)游離于胞質(zhì)內(nèi),細(xì)胞固有蛋白質(zhì)的合成。2006-824第十四章蛋白質(zhì)的生物合成原核生物與真核生物的核糖體組成核糖體大亞基小亞基rRNA蛋白質(zhì)rRNA蛋白質(zhì)原核生物70S23S，5S36種16S21種真核生物80S28S，5.8S，5S,49種18S33種2006-825第十四章蛋白質(zhì)的生物合成2006-826第十四章蛋白質(zhì)的生物合成原核生物翻譯過(guò)程中核糖體結(jié)構(gòu)模式:2006-827第十四章蛋白質(zhì)的生物合成（二）核糖體的主要功能部位

氨基酰部位（aminoacylsite），簡(jiǎn)稱(chēng)A位肽酰部位（peptidylsite），簡(jiǎn)稱(chēng)P位；排出部位（exitsite），簡(jiǎn)稱(chēng)E位轉(zhuǎn)肽酶（transpeptidase）活性部位；

mRNA結(jié)合部位；蛋白因子（IF，EF，RF）結(jié)合部位。2006-828第十四章蛋白質(zhì)的生物合成S-D序列

2006-829第十四章蛋白質(zhì)的生物合成第二節(jié)

蛋白質(zhì)生物合成的過(guò)程2006-830第十四章蛋白質(zhì)的生物合成翻譯過(guò)程：

核糖體大小亞基聚合在mRNA5′端AUG部位開(kāi)始，沿著mRNA模板鏈5′3′方向移動(dòng)，由tRNA閱讀mRNA三聯(lián)體遺傳密碼并攜帶特定氨基酸在核糖體上“對(duì)號(hào)入座”，將氨基酸從N端C端方向連接起來(lái)構(gòu)成多肽鏈，直至核糖體在mRNA3′端遇到終止信號(hào)而使大小亞基解體為止。

2006-831第十四章蛋白質(zhì)的生物合成整個(gè)翻譯過(guò)程可分為：翻譯的起始(initiation)翻譯的延長(zhǎng)(elongation)翻譯的終止(termination)2006-832第十四章蛋白質(zhì)的生物合成一、起始階段原核生物翻譯的起始參與的物質(zhì)：核糖體50S和30S大小兩類(lèi)亞基

mRNA起始作用的fMet-tRNAiMet

GTP供能起始因子（initiationfactor,IF1、IF2、IF3）2006-833第十四章蛋白質(zhì)的生物合成70S起始復(fù)合物的形成三大步驟：

30S小亞基與mRNA結(jié)合

fMet-tRNAiMet與mRNA起始密碼子AUG結(jié)合

70S起始復(fù)合物的形成2006-834第十四章蛋白質(zhì)的生物合成30S小亞基與mRNA結(jié)合AUG5'3'IF-3IF-12006-835第十四章蛋白質(zhì)的生物合成fMet-tRNAiMet與mRNA起始密碼子AUG結(jié)合AUG5'3'IF-3IF-1IF-2GTP2006-836第十四章蛋白質(zhì)的生物合成70S起始復(fù)合物的形成AUG5'3'Pi-GDP-GTPIF-3IF-2IF-12006-837第十四章蛋白質(zhì)的生物合成70S起始復(fù)合物的形成2006-838第十四章蛋白質(zhì)的生物合成二、延長(zhǎng)階段根據(jù)mRNA密碼序列的指導(dǎo)，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(guò)程。2006-839第十四章蛋白質(zhì)的生物合成二、延長(zhǎng)階段肽鏈延長(zhǎng)在核蛋白體上連續(xù)性循環(huán)式進(jìn)行，又稱(chēng)為核糖體循環(huán)(ribosomalcycle)，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(peptidebondformation)轉(zhuǎn)位(translocation）2006-840第十四章蛋白質(zhì)的生物合成2006-841第十四章蛋白質(zhì)的生物合成延伸過(guò)程所需蛋白因子稱(chēng)為延長(zhǎng)因子

(elongationfactor,EF)原核生物的延長(zhǎng)因子

EF-Tu：促進(jìn)氨基酰-tRNA進(jìn)入A位，結(jié)合分解GTP

EF-Ts：調(diào)節(jié)亞基

EFG：有轉(zhuǎn)位酶活性，促進(jìn)mRNA-肽酰-tRNA由A位前移到P位，促進(jìn)卸載tRNA釋放

2006-842第十四章蛋白質(zhì)的生物合成進(jìn)位

又稱(chēng)注冊(cè)(registration)2006-843第十四章蛋白質(zhì)的生物合成延長(zhǎng)因子EF-T催化進(jìn)位（原核生物）2006-844第十四章蛋白質(zhì)的生物合成2006-845第十四章蛋白質(zhì)的生物合成成肽

由轉(zhuǎn)肽酶(transpeptidase)催化的肽鍵形成過(guò)程2006-846第十四章蛋白質(zhì)的生物合成轉(zhuǎn)位：指核糖體沿著mRNA5′3′方向移動(dòng)

一個(gè)密碼子

2006-847第十四章蛋白質(zhì)的生物合成進(jìn)位成肽轉(zhuǎn)位2006-848第十四章蛋白質(zhì)的生物合成三、終止階段當(dāng)終止密碼子UAA、UAG或UGA出現(xiàn)在核糖體的A位時(shí)，沒(méi)有相應(yīng)的氨基酰-tRNA

能與之結(jié)合，此時(shí)即轉(zhuǎn)入了終止階段。起終止作用的蛋白質(zhì)因子-釋放因子（releasefactor，RF）原核生物的RF有三種RF1能識(shí)別UAG和UAA，RF2能識(shí)別UGA和UAA；RF3可與GTP結(jié)合，促進(jìn)RF1與RF2的作用。

2006-849第十四章蛋白質(zhì)的生物合成原核生物肽鏈合成終止過(guò)程2006-850第十四章蛋白質(zhì)的生物合成多聚核糖體（polysome）在蛋白質(zhì)生物合成過(guò)程中，一條mRNA同時(shí)與多個(gè)核糖體結(jié)合所形成的念珠狀聚合物。

使蛋白質(zhì)合成高速、高效進(jìn)行。2006-851第十四章蛋白質(zhì)的生物合成2006-852第十四章蛋白質(zhì)的生物合成第三節(jié)翻譯后加工2006-853第十四章蛋白質(zhì)的生物合成從核糖體釋放出的新生多肽鏈不具有生物活性，必須經(jīng)過(guò)翻譯后加工才能轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂幸欢?gòu)象和功能的蛋白質(zhì)。主要包括：一級(jí)結(jié)構(gòu)的修飾高級(jí)結(jié)構(gòu)的修飾靶向輸送2006-854第十四章蛋白質(zhì)的生物合成一、一級(jí)結(jié)構(gòu)的修飾(一)N端fMet

或Met的切除

由氨基肽酶或脫甲?；复呋?，除去N端第一個(gè)甲硫氨酸或甲酰甲硫氨酸殘基。2006-855第十四章蛋白質(zhì)的生物合成(二)肽鏈的剪接一些多肽鏈合成后需要在特異蛋白水解酶的作用下，去除某些肽段或氨基酸殘基，才能變?yōu)榛钚苑肿?。如血纖維蛋白原、胰蛋白酶原等，需剪去部分肽段才能成為有活性的血纖維蛋白和胰蛋白酶。2006-856第十四章蛋白質(zhì)的生物合成(三)個(gè)別氨基酸的修飾某些蛋白質(zhì)肽鏈合成后，其氨基酸殘基的側(cè)鏈需經(jīng)一定的化學(xué)修飾。蛋白質(zhì)的側(cè)鏈修飾包括：磷酸化，羥基化，甲基化，糖基化，羧基化，乙?；?。如:膠原蛋白內(nèi)出現(xiàn)羥脯氨酸和羥賴(lài)氨酸,多肽鏈內(nèi)或肽鏈間還可由兩個(gè)半胱氨酸的-SH形成二硫鍵等。

2006-857第十四章蛋白質(zhì)的生物合成二、高級(jí)結(jié)構(gòu)的修飾

(一)輔基或輔酶的結(jié)合各種結(jié)合蛋白合成后都需要結(jié)合相應(yīng)輔基或輔酶，才能成為具有特定功能的蛋白質(zhì)。(二)亞基聚合四級(jí)結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)由兩條或兩條以上肽鏈通過(guò)非共價(jià)鍵聚合如：血紅蛋白是四聚體（α2β2）。2006-858第十四章蛋白質(zhì)的生物合成三、靶向輸送靶向輸送（proteintargeting）：蛋白質(zhì)合成后，經(jīng)過(guò)復(fù)雜機(jī)制，定向輸送到最終發(fā)揮生物學(xué)功能的目標(biāo)部位。分泌性蛋白：有些蛋白質(zhì)合成后不在本細(xì)胞內(nèi)使用，而是分泌到血液循環(huán)中再到達(dá)靶細(xì)胞而發(fā)揮功能，這類(lèi)蛋白質(zhì)稱(chēng)為分泌性蛋白。信號(hào)肽（signalpeptide）：分泌性蛋白結(jié)構(gòu)中存在特異信號(hào)，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，這一氨基酸序列稱(chēng)之。2006-859第十四章蛋白質(zhì)的生物合成2006-860第十四章蛋白質(zhì)的生物合成分泌性蛋白的靶向輸送靠信號(hào)肽與胞漿中的信號(hào)識(shí)別顆粒（signalrecognitionparticles,SRP）識(shí)別并特異結(jié)合，然后再通過(guò)SRP與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上的?？康鞍祝╠ockingprotein,DP）識(shí)別并結(jié)合后，肽鏈合成繼續(xù)，并將蛋白質(zhì)多肽鏈引導(dǎo)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔，切除信號(hào)肽，多肽鏈在腔內(nèi)形成小泡并與高爾基體融合，再在高爾基體加工、濃縮、包裝，被進(jìn)一步轉(zhuǎn)運(yùn)出細(xì)胞或定位于特定的亞細(xì)胞部位。2006-861第十四章蛋白質(zhì)的生物合成2006-862第十四章蛋白質(zhì)的生物合成第四節(jié)影響蛋白質(zhì)生物合成的物質(zhì)蛋白質(zhì)生物合成是很多天然抗生素和某些毒素的作用靶點(diǎn)。它們通過(guò)阻斷真核、原核生物蛋白質(zhì)合成體系某組分功能，干擾和抑制蛋白質(zhì)生物合成過(guò)程而起作用?？舍槍?duì)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(duì)病原微生物特效而不損害人體的藥物。2006-863第十四章蛋白質(zhì)的生物合成影響蛋白質(zhì)生物合成的物質(zhì)抗生素（antibio