11 蛋白質(zhì)的生物合成-課件

第十二章蛋白質(zhì)的生物合成

（翻譯）

ProteinBiosynthesis，Translation第十二章蛋白質(zhì)的生物合成

（翻譯）

1主要內(nèi)容第一節(jié)蛋白質(zhì)合成體系第二節(jié)蛋白質(zhì)生物合成過(guò)程第三節(jié)蛋白質(zhì)合成后加工和輸送第四節(jié)蛋白質(zhì)生物合成的干擾和抑制主要內(nèi)容第一節(jié)蛋白質(zhì)合成體系2蛋白質(zhì)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(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。核苷酸三聯(lián)體決定氨基酸的對(duì)應(yīng)關(guān)系參見(jiàn)P391蛋白質(zhì)的生物合成，即翻譯，就是將核酸中由4種核苷酸序列編3蛋白質(zhì)合成體系

ProteinBiosynthesisSystem

第一節(jié)

蛋白質(zhì)合成體系

ProteinBiosynthesisS4蛋白質(zhì)生物合成（proteinbiosynthesis）過(guò)程十分復(fù)雜，幾乎涉及細(xì)胞內(nèi)所有種類的RNA分子和幾十種蛋白質(zhì)因子。蛋白質(zhì)生物合成（proteinbiosynthesis）過(guò)520種氨基酸(AA)作為原料酶及眾多蛋白因子如IF、eIFATP、GTP----供能物質(zhì)無(wú)機(jī)離子，如Mg2+參與蛋白質(zhì)生物合成的物質(zhì)：

三種RNAmRNA（messengerRNA）rRNA（ribosomalRNA）tRNA（transferRNA）20種氨基酸(AA)作為原料參與蛋白質(zhì)生物合成的物質(zhì)：三種611蛋白質(zhì)的生物合成_課件711蛋白質(zhì)的生物合成_課件8

mRNA上存在遺傳密碼mRNA分子上從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)，稱為三聯(lián)體密碼(tripletcoden)。起始密碼(initiationcoden):AUG

終止密碼(terminationcoden):UAA，UAG，UGA

參見(jiàn)P392mRNA上存在遺傳密碼mRNA分子上從5至3方向，由A9遺傳密碼表遺傳密碼表10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)體密碼連續(xù)排列編碼一個(gè)蛋白質(zhì)多肽鏈，稱為開(kāi)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111.連續(xù)性(commaless)遺傳密碼的特點(diǎn)編碼蛋白質(zhì)氨基酸序列的各個(gè)三聯(lián)體密碼連續(xù)閱讀，密碼間既無(wú)間斷也無(wú)交叉。

1.連續(xù)性(commaless)遺傳密碼的特點(diǎn)編碼蛋白質(zhì)12基因損傷引起mRNA閱讀框架內(nèi)的堿基發(fā)生插入或缺失，可能導(dǎo)致框移突變(frameshiftmutation)。

TyrGlySerArgProThrAsp基因損傷引起mRNA閱讀框架內(nèi)的堿基發(fā)生插入或缺失，可能導(dǎo)致132.簡(jiǎn)并性(degeneracy)遺傳密碼中，除色氨酸和甲硫氨酸僅有一個(gè)密碼子外，其余氨基酸有2、3、4個(gè)或多至6個(gè)三聯(lián)體為其編碼。2.簡(jiǎn)并性(degeneracy)遺傳密碼中，除色氨酸和甲143.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。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。3.通用性(universal)蛋白質(zhì)生物合成的整套密碼154.擺動(dòng)性(wobble)轉(zhuǎn)運(yùn)氨基酸的tRNA的反密碼需要通過(guò)堿基互補(bǔ)與mRNA上的遺傳密碼反向配對(duì)結(jié)合，但反密碼與密碼間不嚴(yán)格遵守常見(jiàn)的堿基配對(duì)規(guī)律，稱為擺動(dòng)配對(duì)。4.擺動(dòng)性(wobble)轉(zhuǎn)運(yùn)氨基酸的tRNA的反密碼需16U擺動(dòng)配對(duì)U擺動(dòng)配對(duì)17密碼子、反密碼子配對(duì)的擺動(dòng)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參見(jiàn)P395密碼子、反密碼子配對(duì)的擺動(dòng)現(xiàn)象tRNA反密碼子IUGACmR18二、核蛋白體是多肽鏈合成的裝置參見(jiàn)P396二、核蛋白體是多肽鏈合成的裝置參見(jiàn)P39619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S值70S30S50S80S40S60SrRNA16S-rRNA5S-rRNA23S-rRNA18S-rRNA28S-rRNA5S-rRNA5.8S-rRNA蛋白質(zhì)rpS21種rpL34種rpS33種rpL49種

不同細(xì)胞核蛋白體的組成參見(jiàn)P397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S值20核蛋白體的組成核蛋白體的組成21原核生物翻譯過(guò)程中核蛋白體結(jié)構(gòu)模式:A位：氨基酰位(aminoacylsite)原核生物翻譯過(guò)程中核蛋白體結(jié)構(gòu)模式:A位：氨基酰位22三、tRNA與氨基酸的活化反密碼環(huán)氨基酸臂參見(jiàn)P398三、tRNA與氨基酸的活化反密碼環(huán)氨基酸臂參見(jiàn)P39823tRNA的三級(jí)結(jié)構(gòu)示意圖tRNA的三級(jí)結(jié)構(gòu)示意圖24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)

氨基酸的活化參見(jiàn)P399氨基酸+tRNA氨基酰-tRNAATPAMP＋PP25tRNA與酶結(jié)合模型tRNA氨基酰-tRNA合成酶ATPtRNA與酶結(jié)合模型tRNA氨基酰-tRNA合成酶ATP26第一步反應(yīng)氨基酸＋ATP-E—→氨基酰-AMP-E

＋PPi

第一步反應(yīng)氨基酸＋ATP-E—→氨基酰-AMP-E＋27第二步反應(yīng)氨基酰-AMP-E＋tRNA↓

氨基酰-tRNA＋AMP＋E第二步反應(yīng)氨基酰-AMP-E28氨基酰-tRNA合成酶對(duì)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(duì)底物氨基酸和tRNA都有高度特異性。29真核生物：Met-tRNAiMet(initiator-tRNA)原核生物：fMet-tRNAifMet(N-formylmethionine)（二）起始肽鏈合成的氨基酰-tRNA參見(jiàn)P400真核生物：Met-tRNAiMet(initiator-t30蛋白質(zhì)生物合成過(guò)程

TheProcessofProteinBiosynthesis

第二節(jié)

蛋白質(zhì)生物合成過(guò)程

TheProcessofPr31翻譯的起始(initiation)翻譯的延長(zhǎng)(elongation)翻譯的終止(termination)整個(gè)翻譯過(guò)程可分為：參見(jiàn)P400翻譯的起始(initiation)整個(gè)翻譯過(guò)程可分為：參見(jiàn)32一、肽鏈合成起始指mRNA和起始氨基酰-tRNA分別與核蛋白體結(jié)合而形成翻譯起始復(fù)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33（一）原核生物翻譯起始復(fù)合物形成1.核蛋白體大小亞基分離；2.mRNA在小亞基定位結(jié)合；3.起始氨基酰-tRNA的結(jié)合；4.核蛋白體大亞基結(jié)合。（一）原核生物翻譯起始復(fù)合物形成1.核蛋白體大小亞基分離；34IF-3IF-11.核蛋白體大小亞基分離參見(jiàn)P401IF-3IF-11.核蛋白體大小亞基分離參見(jiàn)P40135AUG5'3'IF-3IF-12.mRNA在小亞基定位結(jié)合AUG5'3'IF-3IF-12.mRNA在小亞基定位結(jié)合36S-D序列：mRNA起始密碼前的一段富含嘌呤核苷酸的序列,可與核糖體小亞基16S-rRNA上富含嘧啶序列相結(jié)合。

參見(jiàn)P395-396S-D序列：mRNA起始密碼前的一段富含嘌呤核苷酸的序列,37IF-3IF-1IF-2GTP3.起始氨基酰tRNA(fMet-tRNAimet)結(jié)合到小亞基AUG5'3'IF-3IF-1IF-2GTP3.起始氨基酰tRNA(f38IF-3IF-1IF-2GTPGDPPi4.核蛋白體大亞基結(jié)合，起始復(fù)合物形成AUG5'3'IF-3IF-1IF-2GTPGDPPi4.核蛋白體大亞基39IF-3IF-1AUG5'3'IF-2GTPIF-2-GTPGDPPiIF-3IF-1AUG5'3'IF-2GTPIF-2-GTP40（二）真核生物翻譯起始復(fù)合物形成(自學(xué))核蛋白體大小亞基分離；起始氨基酰-tRNA結(jié)合；mRNA在核蛋白體小亞基準(zhǔn)確就位；核蛋白體大亞基結(jié)合。（二）真核生物翻譯起始復(fù)合物形成(自學(xué))核蛋白體大小亞基分4111蛋白質(zhì)的生物合成_課件42met40S60SMetMet40S60SmRNAeIF-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(fù)合物形成過(guò)程met40S60SMetMet40S60SmRNAeIF-243二、肽鏈合成延長(zhǎng)指根據(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。又稱為核蛋白體循環(huán)(ribosomalcycle)包括以下三步：進(jìn)位(entrance)成肽(peptidebondformation)轉(zhuǎn)位(translocation)二、肽鏈合成延長(zhǎng)指根據(jù)mRNA密碼序列的指導(dǎo)，次序添加氨基酸44延伸過(guò)程所需蛋白因子稱為延長(zhǎng)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(guò)程所需蛋白因子稱為延長(zhǎng)因子(elongationfa45原核延長(zhǎng)因子生物功能對(duì)應(yīng)真核延長(zhǎng)因子EF-Tu促進(jìn)氨基酰-tRNA進(jìn)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(jìn)mRNA-肽酰-tRNA由A位前移到P位，促進(jìn)卸載tRNA釋放EF-2肽鏈合成的延長(zhǎng)因子原核延長(zhǎng)因子生物功能對(duì)應(yīng)真核延長(zhǎng)因子EF-Tu促進(jìn)氨基酰-t46又稱注冊(cè)(registration)（一）進(jìn)位指根據(jù)mRNA下一組遺傳密碼指導(dǎo)，使相應(yīng)氨基酰-tRNA進(jìn)入核蛋白體A位。

又稱注冊(cè)(registration)（一）進(jìn)位指根據(jù)mRNA47延長(zhǎng)因子EF-T催化進(jìn)位（原核生物）

參見(jiàn)P402延長(zhǎng)因子EF-T催化進(jìn)位（原核生物）參見(jiàn)P40248參見(jiàn)P402參見(jiàn)P40249TuTsGTPGDPAUG5'3'TuTsGTPTuTsGTPGDPAUG5'3'TuTsGTP50（二）成肽是由轉(zhuǎn)肽酶(transpeptidase)催化的肽鍵形成過(guò)程。參見(jiàn)P403（二）成肽是由轉(zhuǎn)肽酶(transpeptidase)催化的肽51（三）轉(zhuǎn)位延長(zhǎng)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(jìn)核蛋白體向mRNA的3'側(cè)移動(dòng)。參見(jiàn)P403（三）轉(zhuǎn)位延長(zhǎng)因子EF-G有轉(zhuǎn)位酶(translocase52fMetAUG5'3'fMetTuGTP參見(jiàn)P403fMetAUG5'3'fMetTuGTP參見(jiàn)P40353進(jìn)位轉(zhuǎn)位成肽進(jìn)位轉(zhuǎn)位成肽54

三、肽鏈合成的終止當(dāng)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(guò)程稱為肽鏈合成終止。

參見(jiàn)P404三、肽鏈合成的終止當(dāng)mRNA上終止密碼出現(xiàn)后，多肽鏈合成55終止相關(guān)的蛋白因子稱為釋放因子(releasefactor,RF)

一是識(shí)別終止密碼，如RF-1特異識(shí)別UAA、UAG；而RF-2可識(shí)別UAA、UGA。二是誘導(dǎo)轉(zhuǎn)肽酶變?yōu)轷ッ富钚?，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(guān)的蛋白因子稱為釋放因子(releasefactor56原核肽鏈合成終止過(guò)程原核肽鏈合成終止過(guò)程57UAG5'3'RFCOO-UAG5'3'RFCOO-58多聚核蛋白體(polysome)——使蛋白質(zhì)合成高速、高效進(jìn)行。參見(jiàn)P405多聚核蛋白體(polysome)——使蛋白質(zhì)合成高速、高效進(jìn)59電鏡下的多聚核蛋白體現(xiàn)象電鏡下的多聚核蛋白體現(xiàn)象60原核生物蛋白質(zhì)合成的能量計(jì)算氨基酸活化：2個(gè)~PATP起始：1個(gè)GTP延長(zhǎng)：2個(gè)GTP終止：1個(gè)GTP結(jié)論：每合成一個(gè)肽鍵至少消耗4個(gè)~P。參見(jiàn)P406原核生物蛋白質(zhì)合成的能量計(jì)算氨基酸活化：2個(gè)~PATP參見(jiàn)61蛋白質(zhì)合成后加工和輸送PosttranslationalProcessing&ProteinTransportation

提一下，自學(xué)第三節(jié)參見(jiàn)P405蛋白質(zhì)合成后加工和輸送Posttranslational62主要包括一、多肽鏈折疊為天然三維結(jié)構(gòu)二、肽鏈一級(jí)結(jié)構(gòu)的修飾三、空間結(jié)構(gòu)的修飾主要包括一、多肽鏈折疊為天然三維結(jié)構(gòu)63一、多肽鏈折疊為天然功能構(gòu)象蛋白質(zhì)新生肽鏈N端在核蛋白體上一出現(xiàn)，肽鏈的折疊即開(kāi)始。一般認(rèn)為，多肽鏈自身氨基酸順序儲(chǔ)存著蛋白質(zhì)折疊的信息，即一級(jí)結(jié)構(gòu)是空間構(gòu)象的基礎(chǔ)。一、多肽鏈折疊為天然功能構(gòu)象蛋白質(zhì)新生肽鏈N端在核蛋白體上一64促進(jìn)蛋白折疊功能的大分子:1.分子伴侶(molecularchaperon)2.蛋白二硫鍵異構(gòu)酶(proteindisulfideisomerase,PDI)3.肽-脯氨酰順?lè)串悩?gòu)酶(peptideprolylcis-transisomerase,PPI)促進(jìn)蛋白折疊功能的大分子:1.分子伴侶(molecula65熱休克蛋白(heatshockprotein,HSP)是指細(xì)胞在應(yīng)激原特別是環(huán)境高溫誘導(dǎo)下所生成的一組蛋白質(zhì)。HSP70、HSP40和GrpE族2)伴侶素(chaperonins)

具有獨(dú)特的雙層7-9元環(huán)狀結(jié)構(gòu)的寡聚蛋白,它們以依賴ATP的方式促進(jìn)體內(nèi)正常和應(yīng)急條件下的蛋白質(zhì)折疊。

GroEL和GroES家族1.分子伴侶分子伴侶是細(xì)胞中一類保守蛋白質(zhì)，可識(shí)別肽鏈的非天然構(gòu)象并與之結(jié)合，幫助多肽在體內(nèi)折疊、組裝、轉(zhuǎn)運(yùn)或降解等，完成功能后與之分離，不構(gòu)成這些蛋白質(zhì)執(zhí)行功能時(shí)的組份。熱休克蛋白(heatshockprotein,HSP)66HSP促進(jìn)蛋白質(zhì)折疊基本作用——結(jié)合保護(hù)待折疊多肽片段，再釋放該片段進(jìn)行折疊，形成HSP70和多肽片段依次結(jié)合、解離的循環(huán)。

HSP40結(jié)合待折疊多肽片段

HSP70-ATP復(fù)合物

HSP40-HSP70-ADP-多肽復(fù)合物

ATP水解GrpE

ATPADP復(fù)合物解離，釋出多肽鏈片段進(jìn)行正確折疊

HSP促進(jìn)蛋白質(zhì)折疊基本作用——HSP40結(jié)合待折疊多肽片段67伴侶素的主要作用——為非自發(fā)性折疊蛋白質(zhì)提供能折疊形成天然空間構(gòu)象的微環(huán)境。伴侶素的主要作用——682、蛋白二硫鍵異構(gòu)酶二硫鍵異構(gòu)酶可催化錯(cuò)配二硫鍵斷裂并形成正確二硫鍵連接，最終使蛋白質(zhì)形成熱力學(xué)最穩(wěn)定的天然構(gòu)象。2、蛋白二硫鍵異構(gòu)酶二硫鍵異構(gòu)酶可催化錯(cuò)配二硫鍵斷裂并形成693、肽-脯氨酰順?lè)串悩?gòu)酶多肽鏈中肽酰-脯氨酸間的肽鍵有順?lè)磧煞N異構(gòu)體，空間構(gòu)象明顯差別。肽酰-脯氨酰順?lè)串悩?gòu)酶可促進(jìn)上述順?lè)磧煞N異構(gòu)體之間的轉(zhuǎn)換。3、肽-脯氨酰順?lè)串悩?gòu)酶多肽鏈中肽酰-脯氨酸間的肽鍵有順?lè)?0二、一級(jí)結(jié)構(gòu)的修飾（一）肽鏈N端的修飾（二）個(gè)別氨基酸的修飾（三）多肽鏈的水解修飾二、一級(jí)結(jié)構(gòu)的修飾（一）肽鏈N端的修飾71鴉片促黑皮質(zhì)素原(POMC)的水解修飾NC信號(hào)肽PMOCKRKR103肽(？)ACTH

-LT-MSH

-MSHEndophin鴉片促黑皮質(zhì)素原(POMC)的水解修飾NC信號(hào)肽PMOCKR72三、空間結(jié)構(gòu)的修飾（一）亞基聚合

（二）輔基連接（三）疏水脂鏈的共價(jià)連接三、空間結(jié)構(gòu)的修飾（一）亞基聚合73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)揮生物功能的細(xì)胞靶部位的過(guò)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)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)揮生物功能的細(xì)胞靶74所有靶向輸送的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)中存在分選信號(hào)，主要為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，這一序列稱為信號(hào)序列。

?信號(hào)序列(signalsequence)所有靶向輸送的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)中存在分選信號(hào)，主要為N末端特異氨基75靶向輸送蛋白信號(hào)序列或成分分泌蛋白信號(hào)肽內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔蛋白信號(hào)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(guò)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(hào)序列或成分靶向輸送蛋白信號(hào)序列或成分分泌蛋白信號(hào)肽內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔蛋白信號(hào)肽，76（一）分泌蛋白的靶向輸送真核細(xì)胞分泌蛋白等前體合成后靶向輸送過(guò)程首先要進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)。

信號(hào)肽(signalpeptide)新生分泌蛋白N端的保守氨基酸序列稱信號(hào)肽。

（一）分泌蛋白的靶向輸送真核細(xì)胞分泌蛋白等前體合成后靶向輸送77信號(hào)肽的一級(jí)結(jié)構(gòu)信號(hào)肽的一級(jí)結(jié)構(gòu)78信號(hào)肽引導(dǎo)真核分泌蛋白進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)信號(hào)肽引導(dǎo)真核分泌蛋白進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)79（二）線粒體蛋白的靶向輸送（二）線粒體蛋白的靶向輸送80（三）細(xì)胞核蛋白的靶向輸送（三）細(xì)胞核蛋白的靶向輸送81蛋白質(zhì)生物合成的干擾和抑制

Interference&InhibitionofProteinBiosynthesis

自學(xué)第四節(jié)蛋白質(zhì)生物合成的干擾和抑制

Interference&I82抗生素(antibiotics)是微生物產(chǎn)生的能夠殺滅或抑制細(xì)菌的一類藥物?？勾x藥物指能干擾生物代謝過(guò)程，從而抑制細(xì)胞過(guò)度生長(zhǎng)的藥物，如：6-MP。

某些毒素也作用于基因信息傳遞過(guò)程?？股?antibiotics)抗代謝藥物某些毒素也作用于83一、抗生素類抗生素作用點(diǎn)作用原理應(yīng)