蛋白質(zhì)的生物合成1

20種氨基酸(AA)作為原料酶及眾多蛋白因子，如IF、eIFATP、GTP、無機離子參與蛋白質(zhì)生物合成的物質(zhì)包括

三種RNAmRNA（messengerRNA,信使RNA）rRNA（ribosomalRNA,核蛋白體RNA）tRNA（transferRNA,轉(zhuǎn)移RNA）當前第1頁\共有87頁\編于星期六\10點一、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(jié)構(gòu)基因常串聯(lián)為一個轉(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)，為多順反子(polycistron)

。真核mRNA只編碼一種蛋白質(zhì)，為單順反子(singlecistron)

。

當前第2頁\共有87頁\編于星期六\10點原核生物的多順反子真核生物的單順反子非編碼序列核糖體結(jié)合位點起始密碼子終止密碼子編碼序列PPP53蛋白質(zhì)PPPmG-53蛋白質(zhì)目錄當前第3頁\共有87頁\編于星期六\10點遺傳密碼的破譯遺傳密碼：DNA或mRNA中的核苷酸序列與多肽鏈中的氨基酸序列之間的對應(yīng)關(guān)系。

遺傳密碼：指DNA或由其轉(zhuǎn)錄的mRNA中決定其編碼的蛋白質(zhì)氨基酸排列順序的核苷酸排列信息。

當前第4頁\共有87頁\編于星期六\10點1968年諾貝爾生理學或醫(yī)學獎

——解讀了遺傳密碼及其在蛋白質(zhì)合成方面的機能

霍利

RobertW．Holley

美國分子生物學家

康奈爾大學

1922～1993

科拉納

HarGobindKhorana

美國生物化學家

威斯康星大學

1922～

尼倫伯格

MarshallW．Nirenberg

美國生化遺傳學家

國立衛(wèi)生研究院

1927～2010當前第5頁\共有87頁\編于星期六\10點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(zhì)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，UGA當前第6頁\共有87頁\編于星期六\10點當前第7頁\共有87頁\編于星期六\10點當前第8頁\共有87頁\編于星期六\10點當前第9頁\共有87頁\編于星期六\10點從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(zhì)多肽鏈，稱為開放閱讀框架(openreadingframe,ORF)。

當前第10頁\共有87頁\編于星期六\10點1.連續(xù)性(commaless)遺傳密碼的特點編碼蛋白質(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。2.偏愛性(preference)當前第11頁\共有87頁\編于星期六\10點3.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。當前第12頁\共有87頁\編于星期六\10點4.通用性(universal)蛋白質(zhì)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。

當前第13頁\共有87頁\編于星期六\10點5.擺動性(wobble)轉(zhuǎn)運氨基酸的tRNA的反密碼子需要通過堿基互補與mRNA上的遺傳密碼反向配對結(jié)合，但反密碼子與密碼子間不嚴格遵守常見的堿基配對規(guī)律，稱為擺動配對。當前第14頁\共有87頁\編于星期六\10點當前第15頁\共有87頁\編于星期六\10點二、核糖體是多肽鏈合成的裝置當前第16頁\共有87頁\編于星期六\10點當前第17頁\共有87頁\編于星期六\10點原核生物真核生物核糖體小亞基大亞基核糖體小亞基大亞基S70S30S50S80S40S60SrRNA16S-rRNA5S-rRNA23S-rRNA18S-rRNA28S-rRNA5S-rRNA5.8S-rRNA蛋白質(zhì)rpS21種rpL34種rpS33種rpL49種

不同細胞核糖體的組成當前第18頁\共有87頁\編于星期六\10點核糖體的組成目錄當前第19頁\共有87頁\編于星期六\10點原核生物翻譯過程中核糖體結(jié)構(gòu)模式:A位：氨基酰位(aminoacylsite)P位：肽酰位(peptidylsite)E位：排出位(exitsite)目錄當前第20頁\共有87頁\編于星期六\10點

三、tRNA與氨基酸的活化反密碼環(huán)氨基酸臂當前第21頁\共有87頁\編于星期六\10點tRNA的三級結(jié)構(gòu)示意圖當前第22頁\共有87頁\編于星期六\10點當前第23頁\共有87頁\編于星期六\10點氨基酸+tRNA氨基酰-tRNAATP

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

氨基酸的活化當前第24頁\共有87頁\編于星期六\10點第一步反應(yīng)氨基酸＋ATP-E—→氨基酰-AMP-E

＋PPi

目錄當前第25頁\共有87頁\編于星期六\10點第二步反應(yīng)氨基酰-AMP-E＋

tRNA↓

氨基酰-tRNA＋AMP

＋

E目錄當前第26頁\共有87頁\編于星期六\10點tRNA與酶結(jié)合的模型tRNA氨基酰-tRNA合成酶ATP當前第27頁\共有87頁\編于星期六\10點氨基酰-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

當前第28頁\共有87頁\編于星期六\10點真核生物：Met-tRNAiMet原核生物：fMet-tRNAifMet（二）起始肽鏈合成的氨基酰-tRNA當前第29頁\共有87頁\編于星期六\10點當前第30頁\共有87頁\編于星期六\10點翻譯的起始(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，直至終止密碼子出現(xiàn)。四、蛋白質(zhì)生物合成過程當前第31頁\共有87頁\編于星期六\10點(一）肽鏈合成起始指mRNA和起始氨基酰-tRNA分別與核糖體結(jié)合而形成翻譯起始復合物(translationalinitiationcomplex)。當前第32頁\共有87頁\編于星期六\10點原核生物翻譯起始復合物形成核糖體大小亞基分離；mRNA在小亞基定位結(jié)合；起始氨基酰-tRNA的結(jié)合；核糖體大亞基結(jié)合。當前第33頁\共有87頁\編于星期六\10點S-D序列

當前第34頁\共有87頁\編于星期六\10點因澳大利亞學者夏因(Shine)和達爾加諾(Dalgarno)兩人發(fā)現(xiàn)該序列的功能而得名。信使核糖核酸(mRNA)翻譯起點上游與原核16SrRNA3′端富含嘧啶的7核苷酸序列互補的富含嘌呤的3～7個核苷酸序列(AGGAGG)，是核糖體小亞基與mRNA結(jié)合并形成正確的前起始復合體的一段序列。

當前第35頁\共有87頁\編于星期六\10點IF-3IF-11.核糖體大小亞基分離目錄當前第36頁\共有87頁\編于星期六\10點AUG5'3'IF-3IF-12.mRNA在小亞基定位結(jié)合目錄當前第37頁\共有87頁\編于星期六\10點IF-3IF-1IF-2GTP3.起始氨基酰tRNA(fMet-tRNAimet)結(jié)合到小亞基AUG5'3'目錄當前第38頁\共有87頁\編于星期六\10點IF-3IF-1IF-2GTPGDPPi4.核糖體大亞基結(jié)合，起始復合物形成AUG5'3'目錄當前第39頁\共有87頁\編于星期六\10點IF-3IF-1AUG5'3'IF-2GTPIF-2-GTPGDPPi目錄當前第40頁\共有87頁\編于星期六\10點真核生物翻譯起始復合物形成核糖體大小亞基分離；起始氨基酰-tRNA結(jié)合；mRNA在核糖體小亞基就位；核糖體大亞基結(jié)合。當前第41頁\共有87頁\編于星期六\10點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當前第42頁\共有87頁\編于星期六\10點（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。肽鏈延長在核糖體上連續(xù)性循環(huán)式進行，又稱為核糖體循環(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(zhuǎn)位(translocation)當前第43頁\共有87頁\編于星期六\10點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當前第44頁\共有87頁\編于星期六\10點原核延長因子生物功能對應(yīng)真核延長因子EF-Tu促進氨基酰-tRNA進入A位，結(jié)合分解GTPEF-1-αEF-Ts調(diào)節(jié)亞基EF-1-βγEF-G有轉(zhuǎn)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當前第45頁\共有87頁\編于星期六\10點1進位指根據(jù)mRNA下一組遺傳密碼指導，使相應(yīng)氨基酰-tRNA進入核糖體A位。

目錄當前第46頁\共有87頁\編于星期六\10點延長因子EF-T催化進位（原核生物）

目錄當前第47頁\共有87頁\編于星期六\10點當前第48頁\共有87頁\編于星期六\10點TuTsGTPGDPAUG5'3'TuTsGTP目錄當前第49頁\共有87頁\編于星期六\10點2成肽是由轉(zhuǎn)肽酶(transpeptidase)催化的肽鍵形成過程。當前第50頁\共有87頁\編于星期六\10點3轉(zhuǎn)位延長因子EF-G有轉(zhuǎn)位酶(translocase)活性，可結(jié)合并水解1分子GTP，促進核糖體向mRNA的3'側(cè)移動。當前第51頁\共有87頁\編于星期六\10點fMetAUG5'3'fMetTuGTP目錄當前第52頁\共有87頁\編于星期六\10點進位轉(zhuǎn)位成肽當前第53頁\共有87頁\編于星期六\10點當前第54頁\共有87頁\編于星期六\10點當前第55頁\共有87頁\編于星期六\10點當前第56頁\共有87頁\編于星期六\10點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。另外，真核細胞核糖體沒有E位，轉(zhuǎn)位時卸載的tRNA直接從P位脫落。真核生物延長過程當前第57頁\共有87頁\編于星期六\10點（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、核糖體等分離，這些過程稱為肽鏈合成終止。

當前第58頁\共有87頁\編于星期六\10點終止相關(guān)的蛋白因子稱為釋放因子(releasefactor,RF)識別終止密碼，如RF-1特異識別UAA、UAG；而RF-2可識別UAA、UGA。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當前第59頁\共有87頁\編于星期六\10點原核肽鏈合成終止過程當前第60頁\共有87頁\編于星期六\10點UAG5'3'RFCOO-目錄當前第61頁\共有87頁\編于星期六\10點多聚核糖體(polysome)——使蛋白質(zhì)合成高速、高效進行。目錄當前第62頁\共有87頁\編于星期六\10點當前第63頁\共有87頁\編于星期六\10點電鏡下的多聚核糖體現(xiàn)象目錄當前第64頁\共有87頁\編于星期六\10點（四）蛋白質(zhì)的加工1蛋白質(zhì)折疊新生肽鏈的折疊在肽鏈合成中、合成后完成，新生肽鏈N端在核糖體上一出現(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(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)域到形成完整空間構(gòu)象。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)。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。當前第65頁\共有87頁\編于星期六\10點幾種有促進蛋白折疊功能的大分子1.分子伴侶(molecularchaperon)

熱休克蛋白(heatshockprotein,HSP)HSP70、HSP40和GreE族伴侶素(chaperonins)GroEL和GroES家族2.酶類蛋白二硫鍵異構(gòu)酶(proteindisulfideisomerase,PDI)

肽-脯氨酰順反異構(gòu)酶(peptideprolylcis-transisomerase,PPI)當前第66頁\共有87頁\編于星期六\10點蛋白質(zhì)的修飾1）肽鏈N端的修飾2）氨基酸側(cè)鏈的修飾3）多肽鏈的水解修飾4）糖基化修飾當前第67頁\共有87頁\編于星期六\10點當前第68頁\共有87頁\編于星期六\10點當前第69頁\共有87頁\編于星期六\10點蛋白質(zhì)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(zhì)的靶向輸送。

四、蛋白質(zhì)合成后的靶向輸送?蛋白質(zhì)的靶向輸送(proteintargeting)(首先要進入內(nèi)質(zhì)網(wǎng))當前第70頁\共有87頁\編于星期六\10點所有靶向輸送的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)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(zhì)轉(zhuǎn)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)各種新生分泌蛋白的N端有保守的氨基酸序列稱信號肽。當前第71頁\共有87頁\編于星期六\10點靶向輸送蛋白信號序列或成分分泌蛋白信號肽內(nèi)質(zhì)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當前第72頁\共有87頁\編于星期六\10點信號肽的一級結(jié)構(gòu)當前第73頁\共有87頁\編于星期六\10點當前第74頁\共有87頁\編于星期六\10點信號肽引導真核分泌蛋白進入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)目錄當前第75頁\共有87頁\編于星期六\10點抗生素作用點作用原理應(yīng)用四環(huán)素族（金霉素、土霉素）氨基糖苷類（鏈霉素卡那、新霉素）氯霉素、林可霉素大環(huán)內(nèi)酯類(紅霉素）梭鏈孢酸

放線菌酮嘌呤霉素原核30S原核30S原核50S原核50S原核50S真核60S真核、原核核糖體抑制氨基酰-tRNA與小亞基結(jié)合改變構(gòu)象引起讀碼錯誤、抑制起始抑制轉(zhuǎn)肽酶、阻斷延長抑制轉(zhuǎn)肽酶、妨礙轉(zhuǎn)位與EFG-GTP結(jié)合，抑制肽鏈延長抑制轉(zhuǎn)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(zhì)生物合成的原理當前第76頁\共有87頁\編于星期六\10點四環(huán)素族氯霉素鏈霉素和卡那霉素嘌呤霉素紅霉素目錄當前第77頁\共有87頁\編于星期六\10點

嘌呤霉素作用示意圖當前第78頁\共有87頁\編于星期六\10點1喹諾酮類（諾氟沙星、氧氟沙星、環(huán)丙沙星、氧氟沙星、沙拉沙星）：作用于拓撲異構(gòu)酶2的A亞基，抑制其切口和封口功能，阻礙細菌蛋白質(zhì)的合成2嘌呤和嘧啶的類似物（6-巰基嘌呤、5-F尿嘧啶、5-Br尿嘧啶）：抑制RNA或DNA的合成3DNA模板的抑制劑：

1）烷化劑（氮芥、磺酸酯）：鳥嘌呤的N7上

2）放線菌素D：與模板DNA非共價結(jié)合

3）嵌入染料（吖啶橙、吖啶黃、原黃素）：4RNA聚合酶抑制劑

1）利福霉素、利福平：原核生物

2）a-鵝膏蕈堿：真核生物其他抑菌物質(zhì)：當前第79頁\共有87頁\編于星期六\10點真核細胞核糖體的沉降系數(shù)是A.50SB.60SC.70SD.80S(2008-34)下列含有與SD序列互補序列的rRNA是A.16srRNAB.18srRNAC.23srRNAD.28srRNA(2009-35)與氨基酸結(jié)合的tRNA部位是A.3′端B.5′端C.N-端D.C-端（2012-36）下列密碼子中，不編碼任何氨基酸的是A.AUGB.UAAC.GUAD.AAU（2012-36）

歷年真題當前第80頁\共有87頁\編于星期六\10點下列氨基酸中，在遺傳密碼表中只有一個密碼子的是A.ThrB.TrpC.TyrD.Phe（2011-35）下列化合物中，在大腸桿菌多肽鏈生物合成的延長階段提供能量的是A.UTPB.CTPC.GTPD.TTP（2011-36）真核生物蛋白質(zhì)生物合成的起始氨酰-tRNA是AfMet-tRNAfMetBfMet-tRNAmMet

CMet-tRNAiDMet-tRNAm

(2012-29）歷年真題歷年真題當前第81頁\共有87頁\編于星期六\10點

結(jié)合遺傳密碼，tRNA的結(jié)構(gòu)和氨酰-tRNA合成酶的特點，簡述mRNA的遺傳密碼在準確翻譯蛋白質(zhì)多肽鏈中的怎么保證準確性？（2008-42)

1）mRNA上三個相鄰的核苷酸組成密碼子，編碼一個氨基酸，遺傳密碼具有簡并性-5分2）tRNA上有反密碼子，可按堿基互補配對原則反向識別mRNA上的密碼子，但這種識別具有“擺動性”，tRNA的結(jié)構(gòu)影響其結(jié)合氨基酸的特異性-4分3）氨酰tRNA合成酶具有專一性識別氨基酸和攜帶該tRNA的功能，氨酰tRNA合成酶還具有校對功能-4分82歷年真題歷年真題當前第82頁\共有87頁\編于星期六\10點

在體外蛋白質(zhì)合成體系中，一條含有CAU重復序列的多聚核苷酸鏈，經(jīng)翻譯后發(fā)現(xiàn)其產(chǎn)物有三種，即組氨酸、異亮氨