真核生物蛋白質(zhì)合成課件

二、真核生物蛋白質(zhì)合成真核生物蛋白質(zhì)合成過程類似于原核細(xì)胞的蛋白質(zhì)生物合成過程，最大的區(qū)別在于翻譯起始復(fù)合物形成，以及各階段所使用的蛋白質(zhì)因子的種類和數(shù)量的不同。（一）真核生物蛋白質(zhì)的合成起始mRNA：?jiǎn)雾樂醋印7Gppp和poly(A)核糖體：40S小亞基+60S大亞基=80S“活化”的起始tRNA：Met-tRNAiMet翻譯起始因子（Initiationfactor,IF）：種類多其他：GTP、Mg2+1、所需主要成分：真核生物中主要翻譯起始因子的種類和功能eIF,eukaryoticinitiationfactor核糖體大、小亞基分離；起始Met-tRNAiMet與小亞基結(jié)合；mRNA與核糖體小亞基結(jié)合；小亞基沿mRNA鏈向3′的方向掃描，定位起始密碼子AUG；核糖體大亞基結(jié)合。2、真核生物翻譯起始復(fù)合物形成過程40S核糖體小亞基與起始因子eIF-3相結(jié)合，使得核糖體大小亞基分離；eIF-1進(jìn)入A位；（1）在eIF-5-GTP和eIF-2-GTP的幫助下，起始Met-tRNAiMet與40S小亞基相結(jié)合，形成43S前起始復(fù)合物；（2）eIF-4F結(jié)合在mRNA的5′-UTR；其中eIF-4E與“帽子”結(jié)構(gòu)結(jié)合，eIF-4G可與eIF-4E及PBP結(jié)合，eIF-4A有解旋酶活性；（4）mRNA閉環(huán)翻譯模型PAB，polyAbindingproteineIF-4B與eIF-4F結(jié)合，激活eIF-4A解旋酶活性，去除5′-UT二級(jí)結(jié)構(gòu)；43S前起始復(fù)合物與mRNA結(jié)合；（5）（6）43S前起始復(fù)合物沿mRNA向3′端掃描移動(dòng)并識(shí)別起始密碼子AUG；（7）（8）AUGeIF2水解ATP，使eIF3和它自己離開復(fù)合物；大小亞基結(jié)合；（8）（9）（10）eIF5B水解ATP，釋放其他起始因子，形成80S翻譯起始復(fù)合體。（12）（11）（10）3、真、原核生物翻譯起始的區(qū)別原核生物：30S小亞基首先與mRNA模板相結(jié)合，再與fMet-tRNAfMet結(jié)合，最后與50S大亞基結(jié)合，形成70S起始復(fù)合物。真核生物：40S小亞基首先與Met-tRNAiMet相結(jié)合，再與模板mRNA結(jié)合，最后與60S大亞基結(jié)合生成80S起始復(fù)合物。（二）肽鏈的延伸真核生物肽鏈合成的延長(zhǎng)過程與原核基本相似，都包含進(jìn)位、轉(zhuǎn)位和移位等三個(gè)步驟。整個(gè)延伸過程除延伸因子種類不同外，真核細(xì)胞核糖體沒有E位，轉(zhuǎn)位時(shí)空載tRNA直接從P位脫落。真核生物延伸因子：EF-1和EF-2原核生物延伸因子：EF-T(EF-Tu,EF-Ts)、EF-GEF-1：含α，β和γ等3個(gè)亞基，α和β(EF-1A)的功能與EF-Tu相似，γ(EF-1B)的功能與EF-Ts相似。EF-2：功能與原核生物EF-G相似（三）肽鏈的終止真核生物釋放因子：eRF原核生物釋放因子：RF1、RF2、RF3eRF：一方面可識(shí)別UAA、UGA和UAG等所有終止密碼子，另一方面可催化延伸復(fù)合物解體。真核生物肽鏈合成的終止過程除釋放因子不同外，其他與原核基本一致。AP40S

5’mRNAFreetRNAPolypeptideReleasefactorRibosomalSubunitseRFGTPANIMATION電鏡下的觀察到的多肽合成過程在多肽合成過程中，當(dāng)?shù)谝粋€(gè)核糖體離開起始密碼子后，空出的起始密碼子的位置時(shí)，第二個(gè)核糖體的小亞基就會(huì)結(jié)合上來，并裝配成完整的起始復(fù)合物，開始蛋白質(zhì)的合成。同樣，第三個(gè)核糖體、第四個(gè)核糖體、……依次結(jié)合到mRNA上……多聚核糖體（polyribosomes）----使蛋白質(zhì)合成高速、高效進(jìn)行。在多肽合成過程中，同一條mRNA分子能夠同多個(gè)核糖體結(jié)合，同時(shí)合成若干條多肽鏈，結(jié)合在同一條mRNA上的核糖體就稱為多聚核糖體。三、蛋白質(zhì)合成的干擾與抑制(p140-142)Interference&InhibitionofProteinBiosynthesis蛋白質(zhì)生物合成是很多天然抗生素的作用靶點(diǎn)。它們就是通過阻斷真核、原核生物蛋白質(zhì)翻譯體系某組分功能，干擾和抑制蛋白質(zhì)生物合成過程而起作用的?？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。幾種常見蛋白質(zhì)合成抑制劑的結(jié)構(gòu)式抗生素作用點(diǎn)作用原理應(yīng)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糖體小亞基原核核糖體小亞基原核核糖體大亞基原核核糖體大亞基原核核糖體大亞基真核核糖體大亞基真核、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(cuò)誤、抑制起始抑制轉(zhuǎn)肽酶、阻斷延長(zhǎng)抑制轉(zhuǎn)肽酶、妨礙轉(zhuǎn)位與EFG-GTP結(jié)合，抑制肽鏈延長(zhǎng)抑制轉(zhuǎn)肽酶、阻斷延長(zhǎng)氨基酰-tRNA類似物，進(jìn)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(xué)研究抗腫瘤藥抗生素抑制蛋白質(zhì)生物合成的原理四環(huán)素族氯霉素鏈霉素和卡那霉素嘌呤霉素放線菌酮嘌呤霉素

作用示意圖四、蛋白質(zhì)前體的加工與折疊1、N端fMet或Met的切除無(wú)論原核生物還是真核生物，N端的甲硫氨酸往往在多肽鏈合成完畢前就被切除，此過程是由氨肽酶（aminopeptidase）水解來完成的。2、二硫鍵的形成

mRNA中沒有胱氨酸密碼子，而不少蛋白質(zhì)都含有二硫鍵。蛋白質(zhì)合成后往往通過兩個(gè)半胱氨酸的氧化作用生成胱氨酸。（一）蛋白質(zhì)前體的加工二硫鍵的形成3、特定氨基酸的修飾

氨基酸側(cè)鏈的修飾作用包括磷酸化（如核糖體蛋白質(zhì)）、糖基化（如各種糖蛋白）、甲基化（如組蛋白、肌肉蛋白質(zhì)）、乙基化（如組蛋白）、羥基化（如膠原蛋白）和羧基化等等。發(fā)生在小牛組蛋白H3前35個(gè)氨基酸殘基中的4種化學(xué)修飾蛋白質(zhì)的磷酸化4、切除新生肽鏈中非功能片段①將多聚蛋白切開，成為幾個(gè)成熟蛋白；②新生肽鏈N和C端多余部分的切除；③切除中間部分，余下的部分由二硫鍵鏈接；④蛋白質(zhì)的內(nèi)含肽的剪接新生蛋白質(zhì)經(jīng)蛋白酶切割后變成有功能的成熟蛋白質(zhì)。左：新生蛋白質(zhì)在去掉N端一部分殘基后變成有功能的蛋白質(zhì)；右：某些病毒（反轉(zhuǎn)錄病毒）可合成無(wú)活性的多聚蛋白質(zhì)，經(jīng)蛋白酶切割后成為有功能成熟蛋白。前胰島素原蛋白翻譯后成熟過程示意圖蜂毒蛋白只有經(jīng)蛋白酶水解切除N-端的22個(gè)氨基酸以后才有生物活性。蛋白質(zhì)剪接圖解5、亞基的聚合許多蛋白質(zhì)是由二個(gè)以上亞基構(gòu)成的，這就需這些多肽鏈通過非共價(jià)鍵聚合成多聚體才能表現(xiàn)生物活性。6、輔基結(jié)合CytochromeC只有與血紅素（heme）相結(jié)合才有功能。Acetyl-CoA羧化酶常與Biotin分子相結(jié)合。例如：成人血紅蛋白由兩條α鏈，兩條β鏈及四分子血紅素所組成。（二）蛋白質(zhì)的折疊體內(nèi)蛋白質(zhì)折疊與肽鏈合成同步進(jìn)行。蛋白質(zhì)的折疊是當(dāng)前生命科學(xué)領(lǐng)域的研究前沿之一。需要助折疊蛋白（foldinghelper）的參與：A、折疊酶蛋白質(zhì)二硫鍵異構(gòu)酶（proteindisulfideisomerase，PDI)

：B、分子伴侶（Molecularchaperone）定義：細(xì)胞內(nèi)幫助新生肽鏈正確組裝為成熟蛋白質(zhì)，而本身卻不是最終功能蛋白質(zhì)分子的組成成分的分子。肽基脯氨酸順反異構(gòu)酶（peptidyl

prolyl

cis-transisomerase，PPI)可以識(shí)別和水解非正確配對(duì)的二硫鍵，使它們?cè)谡_的半胱氨酸殘基位置上重新形成二硫鍵；催化加速肽基脯氨酸的順反異構(gòu)化，在蛋白質(zhì)的折疊/解折疊中起重要作用。它也可能參與蛋白質(zhì)復(fù)合物的組裝/解組裝、蛋白質(zhì)運(yùn)輸及調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)活性。分類：

①伴侶素家族（chaperonin,Cpn）②應(yīng)激蛋白家族(Stressfamily)熱休克蛋白70家族（Hsp70）

heatshock

protein

family熱休克蛋白90家族（Hsp90

）功能：①可阻止多肽的錯(cuò)誤折疊。②和部分折疊或沒有折疊的蛋白質(zhì)分子結(jié)合，穩(wěn)定其構(gòu)象，免遭其它酶的水解或促進(jìn)蛋白質(zhì)折疊成正確的空間結(jié)構(gòu)。第三節(jié)蛋白質(zhì)的運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)制（MechanismofProteintranslocation）細(xì)胞各部分都有特定的蛋白質(zhì)組分，因此合成的蛋白質(zhì)必須準(zhǔn)確無(wú)誤地定向運(yùn)送才能保證生命活動(dòng)的正常進(jìn)行。蛋白質(zhì)的合成和運(yùn)轉(zhuǎn)是同時(shí)發(fā)生的，則屬于翻譯運(yùn)轉(zhuǎn)同步機(jī)制；若蛋白質(zhì)從核糖體上釋放后才發(fā)生運(yùn)轉(zhuǎn)，則屬于翻譯后運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)制。蛋白性質(zhì)運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)制主要類型分泌蛋白質(zhì)在結(jié)合核糖體上合成，并以翻譯-運(yùn)轉(zhuǎn)同步機(jī)制運(yùn)輸免疫球蛋白、卵蛋白、水解酶、激素等細(xì)胞器發(fā)育蛋白質(zhì)在游離核糖體上合成，以翻譯后運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)制運(yùn)輸細(xì)胞核、葉綠體、線粒體、乙醛酸循環(huán)體、過氧化物酶體等細(xì)胞器中的蛋白質(zhì)膜的形成兩種機(jī)制兼有質(zhì)膜、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、類囊體中的蛋白質(zhì)幾類主要蛋白質(zhì)的運(yùn)轉(zhuǎn)一、翻譯-運(yùn)轉(zhuǎn)同步（co-translationaltranslocation）（一）信號(hào)肽假說認(rèn)為編碼分泌蛋白的mRNA在翻譯時(shí)首先合成的是N-末端帶有疏水氨基酸殘基的信號(hào)肽，它被內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上的受體識(shí)別并與之相結(jié)合。信號(hào)肽經(jīng)由膜中蛋白質(zhì)形成的孔道到達(dá)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)腔，隨即被位于腔表面的信號(hào)肽酶水解，由于它的引導(dǎo)，新生的多肽就能夠通過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜進(jìn)入腔內(nèi)，最終被分泌到胞外。翻譯結(jié)束后，核糖體亞基解聚、孔道消失，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜又恢復(fù)原先的脂雙層結(jié)構(gòu)。信號(hào)序列特點(diǎn)：（1）一般帶有10-15個(gè)疏水氨基酸；（2）在靠近該序列N-端常常有1個(gè)或數(shù)個(gè)帶正電荷的氨基酸；（3）在其C-末端靠近蛋白酶切割位點(diǎn)處常常帶有數(shù)個(gè)極性氨基酸，離切割位點(diǎn)最近的那個(gè)氨基酸往往帶有很短的側(cè)鏈（丙氨酸或甘氨酸）。信號(hào)肽：指新合成多肽鏈中用于指導(dǎo)蛋白質(zhì)跨膜轉(zhuǎn)移的N-末端氨基酸序列（13-36個(gè)氨基酸殘基）。信號(hào)肽序列（二）新生蛋白質(zhì)通過同步轉(zhuǎn)運(yùn)途徑進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)腔的機(jī)制SRP（信號(hào)識(shí)別蛋白）SRP的受體---DP（停靠蛋白）新生蛋白質(zhì)通過同步轉(zhuǎn)運(yùn)途徑進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)腔的主要過程二、翻譯后運(yùn)轉(zhuǎn)（post-translationaltranslocation）(一)轉(zhuǎn)運(yùn)到線粒體（mitochondria）(二)轉(zhuǎn)運(yùn)到葉綠體（chloroplast）(三)轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞核（nuclear）蛋白質(zhì)的合成主要是在細(xì)胞質(zhì)中，細(xì)胞器不能或很少合成蛋白質(zhì)。因此，構(gòu)成細(xì)胞器的各種蛋白質(zhì)在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)游離核糖體上合成后，需要向不同細(xì)胞器進(jìn)行運(yùn)輸。（一）線粒體蛋白質(zhì)跨膜運(yùn)轉(zhuǎn)1、運(yùn)轉(zhuǎn)到線粒體內(nèi)腔2、運(yùn)轉(zhuǎn)到線粒體內(nèi)膜腔A.保留性機(jī)制B.非保留性機(jī)制類型：（1）通過線粒體膜的蛋白質(zhì)運(yùn)轉(zhuǎn)之前大多數(shù)以前體形式存在，由成熟蛋白質(zhì)和位于N端的20~80個(gè)殘基的前導(dǎo)肽（leaderpeptide）組成；（2）蛋白質(zhì)跨線粒體膜運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，首先由外膜上的Tom受體復(fù)合蛋白識(shí)別與Hsp70或MSF

(mitochondrialimportstimulationfactor

)等分子伴侶相結(jié)合的待運(yùn)轉(zhuǎn)多肽，通過Tom和Tim組成的膜通道進(jìn)入線粒體內(nèi)腔；是一種需能過程。1、運(yùn)轉(zhuǎn)到線粒體內(nèi)腔蛋白質(zhì)運(yùn)轉(zhuǎn)到線粒體內(nèi)腔的過程2、運(yùn)轉(zhuǎn)到線粒體內(nèi)膜腔A.保留性機(jī)制（conservativesortingmechanism）細(xì)胞色素c1采用這種機(jī)制。其含有2個(gè)信號(hào)序列：第一個(gè)是前導(dǎo)肽序列，引導(dǎo)蛋白質(zhì)進(jìn)入線粒體內(nèi)腔；整個(gè)蛋白質(zhì)進(jìn)入內(nèi)腔后，第一個(gè)信號(hào)序列被切除，第二個(gè)信號(hào)序列（含有連續(xù)的不帶電荷的氨基酸）引導(dǎo)它跨越內(nèi)膜進(jìn)入內(nèi)膜腔。B.非保留性機(jī)制（non-conservativesortingmechanism）細(xì)胞色素b2進(jìn)入內(nèi)膜腔時(shí)這個(gè)信號(hào)序列阻止它的轉(zhuǎn)運(yùn)，然后離開受體蛋白通道，并錨定在內(nèi)膜中；內(nèi)膜腔中的蛋白酶將信號(hào)序列切割下來，把蛋白質(zhì)釋放到內(nèi)膜腔內(nèi)。細(xì)胞色素b2采用該機(jī)制，其第二個(gè)信號(hào)序列是“止運(yùn)入”序列。細(xì)胞色素c1和細(xì)胞色素b2轉(zhuǎn)運(yùn)到內(nèi)膜腔的模型（二）葉綠體蛋白質(zhì)跨膜運(yùn)轉(zhuǎn)葉