第四章 生物信息的傳遞(下)

生物信息的傳遞（下）從mRNA到蛋白質(zhì)教學內(nèi)容1遺傳密碼2蛋白質(zhì)合成中使用的RNA3核糖體4蛋白質(zhì)合成中使用的20種氨基酸5蛋白質(zhì)合成的生物學機制6蛋白質(zhì)合成的抑制翻譯是指將mRNA鏈上的核苷酸從一個特定的起始位點開始，按每3個核苷酸代表一個氨基酸的原則，依次合成一條多肽鏈的過程。翻譯從起始密碼子AUG開始，沿mRNA5'→3'方向連續(xù)閱讀密碼子，直至終止密碼子為止，生成一條具有特定序列的多肽鏈——蛋白質(zhì)。遺傳密碼——三聯(lián)子3個核苷酸代表一個氨基酸，有43=64種密碼子，滿足了編碼20種氨基酸的需要用核苷酸的插入或刪除實驗證明mRNA模板上每三個核苷酸組成一個密碼子(-)(-)(-)一次刪去5’-GUA↓↓↓UACGGAU………3’讀碼框不變遺傳密碼的性質(zhì)1.密碼的簡并性4種核苷酸可組成64個密碼子，現(xiàn)在已經(jīng)知道其中61個是編碼氨基酸的密碼子，另外3個即UAA、UGA和UAG并不代表任何氨基酸，它們是終止密碼子，不能與tRNA的反密碼子配對，但能被終止因子或釋放因子識別，終止肽鏈的合成。通用遺傳密碼及相應(yīng)的氨基酸由一種以上密碼子編碼同一個氨基酸的現(xiàn)象稱為簡并（degeneracy），對應(yīng)于同一氨基酸的密碼子稱為同義密碼子（synonymouscodon）。AUG和GUG既是甲硫氨酸及纈氨酸的密碼子又是起始密碼子。密碼子-反密碼子識別的搖擺性

在密碼子與反密碼子的配對中，前兩對嚴格遵守堿基配對原則，而第三對堿基有一定的自由度，可以“擺動”。tRNA的反密碼子在核糖體內(nèi)是通過堿基的反向配對與mRNA上的密碼子相互作用的。1966年，Crick提出擺動假說（wobblehypothesis），解釋了反密碼子中某些稀有成分（如I）的配對，以及許多氨基酸有2個以上密碼子的問題。Thirdbaseshaveleastmeaning密碼子與反密碼子的識別mRNA上的密碼子與tRNA上的反密碼子配對示意圖。密碼子與tRNA反密碼子臂上相應(yīng)序列配對；b.當反密碼子第一位是I時，密碼子第三位可以是A、U或C。一個tRNA究竟能識別多少個密碼子是由反密碼子的第一位堿基的性質(zhì)決定的，反密碼子第一位為A或C時只能識別1種密碼子，為G或U時可以識別2種密碼子，為I時可識別3種密碼子。1．反密碼子第一位是C或A時，只能識別一種密碼子。反密碼子（3'）X-Y-C（5'）（3'）X-Y-A（5'）密碼子（5'）Y-X-G（3'）（5'）Y-X-U（3'）2．反密碼子第一位是U或G時，可分別識別兩種密碼子。反密碼子（3'）X-Y-U（5'）（3'）X-Y-G（5'）密碼子（5'）Y-X-A/G（3'）（5'）Y-X-C/U（3'）3．反密碼子第一位是I時，可識別3種密碼子反密碼子（3'）X-Y-I（5'）密碼子（5'）Y-X-A/U/C（3'）tRNA上的反密碼子與mRNA上密碼子的配對與“擺動”分析在密碼子第三位堿基與反密碼子第一位堿基之間，堿基配對的擺動允許形成G-U配對。G-Upairsformatthethirdcodonbase讀碼的連續(xù)性

生物合成過程中，mRNA的編碼方向是5`→3`，從N端向C端延伸肽鏈。一條肽鏈合成起始后，密碼子按3個一框讀下去不重疊也不跳格，直到終止。2蛋白質(zhì)合成中使用的RNAmRNA：蛋白質(zhì)的DNA序列信息的中間體。tRNA：運送特定氨基酸到核糖體上合成蛋白質(zhì)。rRNA：核糖體的組成元件。ProteinsynthesisusesthreetypesofRNA5`3`

2.1mRNA2.1.1原核生物mRNA與真核生物mRNA結(jié)構(gòu)比較

核糖體可以不從mRNA上解離連續(xù)合成三個蛋白質(zhì)EukaryoticmRNAProkaryoticmRNA2.2tRNA2.2.1tRNA的基本結(jié)構(gòu)為每個三聯(lián)密碼子翻譯成氨基酸提供了接合體，還為準確無誤地將所需氨基酸運送到核糖體上提供了運送載體，所以，它又被稱為第二遺傳密碼。tRNA的結(jié)構(gòu)最常見tRNA分子有76個堿基，相對分子質(zhì)量約為2.5×104，不同的tRNA分子可有74～95個核苷酸不等。D臂中存在多至3個可變核苷酸位點，17：1及20：1、20：2。最常見的D臂缺失這3個核苷酸，而最小的D臂中第17位核苷酸也缺失了。受體臂（acceptorarm）由鏈兩端序列配對形成的桿狀結(jié)構(gòu)和3‘端未配對的3～4個堿基所組成，其3’端的最后3個堿基序列永遠是CCA，最后一個堿基的3’或2’自由羥基（—OH）可以被氨?；疶ψC臂是根據(jù)3個核苷酸命名的，其中ψ表示擬尿嘧啶；反密碼子臂是根據(jù)位于套索中央的三聯(lián)反密碼子命名的；D臂是根據(jù)它含有二氫尿嘧啶（dihydrouracil）命名的。tRNA的稀有堿基含量非常豐富，約有70余種。每個tRNA分子至少含有2個稀有堿基，最多有19個，多數(shù)分布在非配對區(qū)，特別是在反密碼子3'端鄰近部位出現(xiàn)的頻率最高。tRNA特異性只取決于反密碼子,與攜帶的氨基酸無關(guān)P111tRNA折疊為緊湊的L型三級結(jié)構(gòu)。酵母tRNAphe的三級結(jié)構(gòu)示意圖（根據(jù)X-射線衍射數(shù)據(jù)繪制）。a和b表示用不同方法構(gòu)建的模型在L形三級結(jié)構(gòu)中，受體臂和TψC臂的桿狀區(qū)域構(gòu)成了第一個雙螺旋，D臂和反密碼子臂的桿狀區(qū)域形成了第二個雙螺旋。TψC臂和D臂的套索狀結(jié)構(gòu)位于“L”的轉(zhuǎn)折點，受體臂頂端的堿基位于“L”的一個端點，反密碼子臂的套索狀結(jié)構(gòu)生成了“L”的另一個端點tRNA上所運載的氨基酸必須靠近位于核糖體大亞基上的多肽合成位點，而tRNA上的反密碼子必須與小亞基上的mRNA相配對，所以分子中兩個不同的功能基團是最大限度分離的。tRNA的功能轉(zhuǎn)錄過程是信息從一種核酸分子（DNA）轉(zhuǎn)移到另一種結(jié)構(gòu)上極為相似的核酸分子（RNA）的過程，信息轉(zhuǎn)移靠的是堿基配對。翻譯階段遺傳信息從mRNA分子轉(zhuǎn)移到結(jié)構(gòu)極不相同的蛋白質(zhì)分子，信息是以能被翻譯成單個氨基酸的三聯(lián)密碼子形式存在的，在這里起作用的是tRNA的解碼機制。只有tRNA上的反密碼子能與mRNA上的密碼子相互識別并配對，而氨基酸本身不能識別密碼子，只有結(jié)合到tRNA上生成AA-tRNA，才能被帶到mRNA-核糖體復(fù)合物上，插入到正在合成的多肽鏈的適當位置上。

2.2.3tRNA的分類（1）起始tRNA和延伸tRNA：一類能特異識別mRNA模板上起始密碼子的tRNA叫起始tRNA；其它tRNA稱為延伸tRNA。（2）同工tRNA:

代表相同氨基酸的tRNA稱同工tRNA。（3）校正tRNA：通過tRNA中反密碼子改變來校正密碼子突變，使其在突變位點引入正確氨基酸。無義突變(nonsensemutation):指DNA上任何代表氨基酸的密碼子變?yōu)榻K止密碼子的改變。tRNA的種類1.起始tRNA和延伸tRNA能特異性識別mRNA模板上起始密碼子的tRNA叫起始tRNA，其他tRNA統(tǒng)稱為延伸tRNA。真核生物起始tRNA攜帶甲硫氨酸（Met），原核生物起始tRNA攜帶甲酰甲硫氨酸（fMet），Met-tRNAfMet必須首先甲酰化生成fMet-tRNAfMet才能參與蛋白質(zhì)的生物合成。2.同工tRNA將代表相同氨基酸的不同tRNA稱為同工tRNA。在一個同工tRNA組內(nèi)，同工tRNA既要有不同的反密碼子以識別該氨基酸的各種同義密碼，又要有某種結(jié)構(gòu)上的共同性，能被AA-tRNA合成酶識別。3.校正tRNA結(jié)構(gòu)基因中某個核苷酸的改變可能產(chǎn)生終止密碼子（UAG、UGA、UAA），使蛋白質(zhì)合成提前終止，合成無功能的或無意義的多肽，這種突變稱為無義突變，而校正tRNA通過改變反密碼子區(qū)校正無義突變AA-tRNA合成酶AA-tRNA合成酶是一類催化氨基酸與tRNA結(jié)合的特異性酶，其反應(yīng)式如下：AA+tRNA+ATP→AA-tRNA+AMP+PPi它實際上包括兩步反應(yīng)：第一步是氨基酸活化生成酶-氨基酰腺苷酸復(fù)合物。AA+ATP+酶（E）→E-AA-AMP+PPi第二步是氨?；D(zhuǎn)移到tRNA3'末端腺苷殘基的2'或3'-羥基上。E-AA-AMP+tRNA→AA-tRNA+E+AMP-tRNA+AMP+Ppi異亮氨酸-tRNA合成酶對異亮氨酸的親和力比對纈氨酸大225倍，體內(nèi)纈氨酸的濃度比異亮氨酸高5倍，纈氨酸被錯誤滲入到異亮氨酸位點上去的機率應(yīng)是1/40，但實際誤差率只有約1/10000。被錯誤活化的纈氨酸不會被結(jié)合到tRNAIle上，而是被酶本身水解，即活化階段產(chǎn)生的誤差在后一階段被再次校正了活化tRNAIle合成酶的準確性受雙重控制錯誤率纈氨酸活化階段1/225纈氨酸-tRNAIle的釋放1/270總誤差率1/225×1/270÷5=1/12,0003.1核糖體的基本結(jié)構(gòu)3.2核糖體在細胞中的占有比例3.3核糖體的生物學功能3核糖體核糖體核糖體是由幾十種蛋白質(zhì)和多種核糖體RNA（ribosomalRNA，rRNA）所組成的亞細胞顆粒。一個細菌細胞內(nèi)約有20000個核糖體，而真核細胞內(nèi)可達106個。這些顆粒既可以游離狀態(tài)存在于細胞內(nèi)，也可與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)結(jié)合，形成微粒體。核糖體蛋白約占原核細胞總蛋白量的9-10%，占細胞內(nèi)總RNA量的70-80%。在真核細胞內(nèi)，核糖體所占的比重雖然有所下降，但仍然占總RNA的絕大部分，是細胞總蛋白的一個重要組成部分/80S/40S/60S

3.1核糖體的基本結(jié)構(gòu)SizecomparisonsshowthattheribosomeislargeenoughtobindtRNAsandmRNA.Ribosomesarelargeribo-nucleoproteinparticlesthatcontainmoreRNAthanproteinanddissociateintolargeandsmallsubunits.核糖體及其他組分在大腸桿菌細胞內(nèi)的分布組分占細胞總量細胞內(nèi)數(shù)量細胞壁10%1細胞膜10%2DNA2%1mRNA2%3.5×103tRNA3%1.6×105rRNA21%8×105核糖體蛋白9%2×104可溶性蛋白40%106小分子3%7.5×106結(jié)合在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的核糖體真核生物中，所有正在進行蛋白質(zhì)合成的核糖體都不是在細胞質(zhì)內(nèi)自由漂浮，而是直接或間接與細胞骨架結(jié)構(gòu)有關(guān)聯(lián)或者與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜結(jié)構(gòu)相連的。細菌核糖體大都通過與mRNA相互作用，被固定在核基因組上。核糖體小亞基大亞基沉降系數(shù)70S30S50S總體相對分子質(zhì)量2.52×1069.30×1051.59×106主要rRNA（堿基數(shù)）16S（1541）23S（2904）主要rRNA（堿基數(shù)）5S（120）RNA相對分子質(zhì)量1.66×1065.60×1051.10×106RNA所占比例66%60%70%蛋白質(zhì)數(shù)量2136蛋白質(zhì)相對分子質(zhì)量8.57×1053.70×1054.87×105蛋白質(zhì)所占比例34%40%30%大腸桿菌核糖體基本成分核糖體的結(jié)構(gòu)核糖體是一個致密的核糖核蛋白顆粒，可解離為兩個亞基，每個亞基都含有一個相對分子質(zhì)量較大的rRNA和許多不同的蛋白質(zhì)分子。

原核生物核糖體由約2/3的RNA及1/3的蛋白質(zhì)組成。真核生物核糖體中RNA占3/5，蛋白質(zhì)占2/5。原核生物、真核生物細胞質(zhì)及細胞器中的核糖體存在著很大差異核糖體來源大亞基小亞基沉降系數(shù)RNA沉降系數(shù)RNA80S脊椎動物60S28S40S18S5S5.8S80s無脊椎動物、植物60S25S40S16～18S5S5.8S70S原核生物50S23S30S16S55S脊椎動物線粒體40S16～17S30S10～13S幾種不同生物核糖體及rRNA的組成大腸桿菌核糖體小亞基由21種蛋白質(zhì)組成，分別用S1……S21表示，大亞基由36種蛋白質(zhì)組成，分別用L1……L36表示。真核生物細胞核糖體蛋白質(zhì)中，大亞基含有49種蛋白質(zhì)，小亞基有33種蛋白質(zhì)，它們的相對分子質(zhì)量在8×103～4.0×104之間。核糖體結(jié)構(gòu)模型及原核與真核細胞核糖體大小亞基比較。核糖體分子中可容納兩個tRNA和約40bp長的mRNA真核生物細胞中發(fā)現(xiàn)的多聚核糖體現(xiàn)象rRNA細菌5SrRNA:含有120個核苷酸（革蘭氏陰性菌）或116個核苷酸（革蘭氏陽性菌）。5SrRNA有兩個高度保守的區(qū)域，其中一個區(qū)域含有保守序列CGAAC，這是與tRNA分子TψC環(huán)上的GTψCG序列相互作用的部位，是5SrRNA與tRNA相互識別的序列。另一個區(qū)域含有保守序列GCGCCGAAUGGUAGU，與23SrRNA的中一段序列互補，可能是5SrRNA與50S核糖體大亞基相互作用的位點。2．16SrRNA長約1475～1544個核苷酸之間，含有少量修飾堿基，位于30S小亞基內(nèi)。16SrRNA的結(jié)構(gòu)十分保守，其中3‘端一段ACCUCCUUA的保守序列，與mRNA5’端翻譯起始區(qū)中的SD序列互補。16SrRNA靠近3'端處還有一段與23SrRNA互補的序列，在30S與50S亞基的結(jié)合中起作用。3．23SrRNA23srRNA基因有2904個核苷酸，第1984～2001核苷酸之間存在能與tRNAMet序列互補的片段，表明核糖體大亞基23SrRNA可能與tRNAMet的結(jié)合有關(guān)。第143～157位核苷酸之間有一段12個核苷酸的序列與5SrRNA上第72～83位核苷酸互補，表明在50S大亞基上這兩種RNA之間可能存在相互作用。3、核糖體上的3個tRNA結(jié)合位點

核糖體的功能位點A、P、E位點

與新?lián)饺氲陌滨?tRNA的結(jié)合位點——氨酰基位點，又稱A位點

與延伸中的肽酰-tRNA的結(jié)合位點——肽酰基位點，又稱P位點

肽鏈轉(zhuǎn)移后與即將釋放的tRNA的結(jié)合位點——E位點(exitsite)三、核糖體的功能合成蛋白質(zhì)。多個活性中心：1）mRNA結(jié)合部位2）A位3）P位4）肽基轉(zhuǎn)移部位及形成肽鍵的部位（轉(zhuǎn)肽酶中心）5）各種延伸因子的結(jié)合位點。

一、氨基酸的活化二、翻譯的起始三、肽鏈的延伸四、肽鏈的終止五、蛋白質(zhì)前體的加工

第四節(jié)蛋白質(zhì)合成的生物學機制原核生物蛋白質(zhì)的合成一、氨基酸的活化氨基酸+tRNA氨酰-tRNAATP

AMP＋PPi氨酰-tRNA合成酶Met+tRNAfMet+ATPMet-tRNAfMet+AMP+PPiN10-甲酰四氫葉酸＋Met-tRNAfMet

四氫葉酸＋fMet-tRNAfMet甲?；D(zhuǎn)移酶翻譯的起始AUGIF-1If-3IF-2GTP核糖體小亞基上16SrRNA3′-端有一段序列：5′-ACCUCCUUA-3′，可與mRNA中AUG上游保守序列AGGAGGU（SD）互補。將起始密碼子AUG（或GUG，UUG）帶到核糖體的起始位置上。起始因子的功能

IF-3分子量為20kD，具有解離30S與50S亞基的活性；是30S亞基與mRNA起始位點的特異結(jié)合所必需的。IF-2分子量為95kD～117kD，促使fMet-tRNAfMet選擇性地結(jié)合到30S亞基上。IF-1分子量為9.5kD，是起始復(fù)合體的一部分；阻止氨酰tRNA的進入，可能和起始復(fù)合物的穩(wěn)定性有關(guān)。

問題：為什么其它Met-tRNAs不能進入起始位點？是由于兩種tRNA本身的差別導致的（1）fMet-tRNAfMet在受體臂末端的一對堿基是CA，Met-tRNAmMet是GC，CA中的C可以和起始因子IF-2結(jié)合。（2）tRNAfMet的反密碼子環(huán)上的是A，tRNAmMet是烷基化腺嘌呤。（3）tRNAfMetTψC環(huán)端是A，tRNAmMet的相應(yīng)位置是G。肽鏈的延長需要一些延伸因子（EF）

原核生物的EF有兩類:

EF-T和EF-GEF-T：開始誤認為這類延伸因子有肽基轉(zhuǎn)移酶的活性，所以取轉(zhuǎn)移酶的第一個字母“T”。三、肽鏈的延伸（elongation）原核生物的蛋白質(zhì)合成

EF-G：這類延伸因子與核糖體結(jié)合時需要GTP，當GTP水解時，從核糖體上解離，由于涉及GTP，所以用GTP的第一個字母“G”表示。

EF-T有兩種：Tu和TsEF-Ts：s是stable的意思，是穩(wěn)定蛋白質(zhì)，

EF-Tu:u是unstable，不穩(wěn)定蛋白質(zhì)。

EF-Tu直接參加了氨酰-tRNA與核糖體的結(jié)合。氨酰-tRNA進入核糖體的A位肽鍵的形成移位

肽鏈的延伸包括3步:肽鏈的延長需要一些延伸因子（EF）

原核生物的EF有兩類:

EF-T和EF-GEF-T：開始誤認為這類延伸因子有肽基轉(zhuǎn)移酶的活性，所以取轉(zhuǎn)移酶的第一個字母“T”。

EF-G：這類延伸因子與核糖體結(jié)合時需要GTP，當GTP水解時，從核糖體上解離，由于涉及GTP，所以用GTP的第一個字母“G”表示。

EF-T有兩種：Tu和TsEF-Ts：s是stable的意思，是穩(wěn)定蛋白質(zhì)，

EF-Tu:u是unstable，不穩(wěn)定蛋白質(zhì)。

EF-Tu直接參加了氨酰-tRNA與核糖體的結(jié)合。

EF-G：這類延伸因子與核糖體結(jié)合時需要GTP，當GTP水解時，從核糖體上解離，由于涉及GTP，所以用GTP的第一個字母“G”表示。

EF-T有兩種：Tu和TsEF-Ts：s是stable的意思，是穩(wěn)定蛋白質(zhì)，

EF-Tu:u是unstable，不穩(wěn)定蛋白質(zhì)。

EF-Tu直接參加了氨酰-tRNA與核糖體的結(jié)合。1、氨酰-tRNA進入核糖體的A位EF-Tu先與GTP結(jié)合，再與氨酰-tRNA結(jié)合形成一個復(fù)合物，最后與70S起始復(fù)合物相結(jié)合(A位)，并釋放出EF-Tu-GDP,EF-Tu-GDP再與EF-Ts及GTP反應(yīng)，重新形成不穩(wěn)定EF-Tu-GTP，進入下一輪循環(huán)。。

TuTsGTPGDPAUG5'3'TuTsGDPTu-GTP肽基轉(zhuǎn)移酶2、肽鍵的形成

肽基轉(zhuǎn)移酶(transpeptidase)3、移位（Translocation)EF-G有移位酶(translocase)活性,可結(jié)合并水解1分子GTP，促進核糖體向mRNA的3′端移動fMetAUG5'3'fMetTuGTP四、肽鏈合成的終止◆識別◆水解◆解離RF1：作用于UAA、UAGRF2：作用于UGA、UAARF3：促進RF1和RF2從核糖體中釋放。具有GTP酶活性。UAG5'3'RFCOO-真核生物的蛋白質(zhì)合成一、氨基酸的活化二、翻譯的起始起始tRNA：為Met－tRNAMet5′帽子結(jié)構(gòu)參與形成翻譯起始復(fù)合物核糖體上有專一位點或因子識別mRNA的帽子，使mRNA與核糖體結(jié)合。帽子在mRNA與40S亞基結(jié)合過程中起穩(wěn)定作用。7mGAAAAAAAUGATPADP帽子結(jié)合蛋白(eIF-4)是起始復(fù)合因子，并具有解旋酶活性?？扇コ齧RNA二級結(jié)構(gòu)7mGAUGeIF-4eIF-4AAAAAA3′PolyA參與形成翻譯起始復(fù)合物Pab:poly（A）結(jié)合蛋白Kozak:掃描模型1、40S小亞基與Met-tRNA結(jié)合后，識別mRNA5′端AUG上游的帽子，與其結(jié)合。2、復(fù)合物移動到AUG處，與mRNA穩(wěn)定結(jié)合。3、與60S亞基結(jié)合起始因子多，至少9種結(jié)合的順序需要ATP特點：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(fù)合物形成過程三、肽鏈的延伸原核：每次反應(yīng)需3個延伸因子,EF-TuEF-Ts促進AA-tRNA進入A位，EF-G促進移位和卸載tRNA的釋放真核：2個EF-1,EF-2四、肽鏈的終止原核：釋放因子3個真核：2個：eRF1和eRF3真核與原核生物翻譯的比較mRNA核糖體tRNA起始起始因子延伸因子釋放因子原核生物5′端：SD序列70Sfmet-tRNAfmet三種三種三種真核生物5′端：帽子3′端：尾巴80SMet-tRNAimet多二種二種小結(jié)：原核生物與真核生物翻譯的差別(1)真核生物mRNA具有m7GpppNp帽子結(jié)構(gòu)，mRNA5′端的“帽子”和3′端的多聚A都參與形成翻譯起始復(fù)合物。(2)原核生物的起始tRNA是fMet-tRNAfMet，而真核生物是Met-tRNAMet；(3)原核生物中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。而在真核生物中，40S小亞基首先與Met-tRNAMet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·mRNA·Met-tRNAMet起始復(fù)合物。(4)原核生物mRNA上5′末端通過SD序列與核糖體結(jié)合；真核生物核糖體上有專一位點或因子識別mRNA的帽子，使mRNA與核糖體結(jié)合。除了帽子結(jié)構(gòu)以外，40S小亞基還能識別mRNA上的起始密碼子AUG。(5)真核生物mRNA與核糖體小亞基結(jié)合時需要ATP，可能蛋白質(zhì)合成中消除ｍＲＮＡ二級結(jié)構(gòu)需ＡＴＰ水解提供能量。

指肽鏈從核糖體釋放后，經(jīng)過細胞內(nèi)各種修飾處理，成為有活性的成熟蛋白質(zhì)的過程。1.N端fMet或Met的切除:去甲酰化：脫甲?；讣柞＜琢虬彼?肽甲酸+甲硫氨酸-肽

去甲硫氨酸：

甲硫氨酸氨基肽酶甲硫氨酸-肽甲硫氨酸+肽五、蛋白質(zhì)前體的加工有些動物病毒如脊髓灰質(zhì)炎病毒的mRNA可翻譯成很長的多肽鏈，含多種病毒蛋白，經(jīng)水解后得到幾個有功能的蛋白質(zhì)。2．二硫鍵的形成

mRNA中沒有胱氨酸的密碼子，而不少蛋白質(zhì)都含有二硫鍵，蛋白質(zhì)合成后通過兩個半胱氨酸的氧化作用生成的。穩(wěn)定蛋白的天然構(gòu)象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，這些是生物體內(nèi)最普遍發(fā)生的氨基酸修飾作用。糖蛋白主要是蛋白質(zhì)側(cè)鏈上的天冬氨酸、絲氨酸、蘇氨酸殘基加上糖基形成的，膠原蛋白上的脯氨酸和賴氨酸多數(shù)是羥基化的。實驗證明，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)可能是蛋白質(zhì)N-糖基化的主要場所發(fā)生在小牛組蛋白H3前35個氨基酸殘基中的4種化學修飾。4．切除新生肽鏈中非功能片段蜂毒蛋白只有經(jīng)蛋白酶水解切除N-端的22個氨基酸以后才有生物活性。該胞外蛋白酶只能特異性切割X-Y2肽，其中X是丙氨酸，天門冬氨酸和谷氨酸，Y是丙氨酸或脯氨酸。六、蛋白質(zhì)的折疊分子伴侶（molecularchaperone）指一些結(jié)合在肽鏈或蛋白質(zhì)上，幫助它們正確折疊或防止它們聚集的蛋白質(zhì)，在蛋白的組裝、運轉(zhuǎn)和降解中發(fā)揮重要作用。序列不相關(guān)但具有共同的功能。細胞內(nèi)有兩類分子伴侶家族：熱休克蛋白和伴侶素。生物學功能：(1)幫助新生蛋白質(zhì)正確折疊(2)防止或消除蛋白的錯誤折疊熱休克蛋白：應(yīng)激反應(yīng)蛋白，如HSP70、HSP40和GrpE家族，促使能自發(fā)折疊的蛋白質(zhì)正確折疊。伴侶素：如HSP60和HSP10，主要為非自發(fā)性折疊蛋白提供能折疊形成天然結(jié)構(gòu)的微環(huán)境。Chaperonesbindtointeractiveregionsofproteinsastheyaresynthesizedtopreventrandomaggregation.Regionsoftheproteinarereleasedtointeractinanorderlymannertogivetheproperconformation.七、蛋白質(zhì)合成的抑制劑

抗生素能夠抑制蛋白質(zhì)的合成。它們對蛋白質(zhì)合成的作用主要是阻止mRNA與核糖體結(jié)合（氯霉素），或阻止AA-tRNA與核糖體結(jié)合（四環(huán)素類），或干擾AA-tRNA與核糖體結(jié)合而產(chǎn)生錯讀（鏈霉素、新霉素、卡那霉素等），或作為競爭性抑制劑抑制蛋白質(zhì)合成。

鏈霉素、四環(huán)素、紅霉素等阻止原核生物蛋白質(zhì)的合成，氯霉素和嘌呤霉素既能阻止原核又能阻止真核生物蛋白質(zhì)的合成。鏈霉素鏈霉素是一種堿性三糖，能干擾fMet-tRNA與核糖體的結(jié)合，從而阻止蛋白質(zhì)合成的正確起始，也會導致mRNA的錯讀。若以多聚（U）作模板，則除苯丙氨酸（UUU）外，異亮氨酸（AUU）也會被摻入。鏈霉素的作用位點在30S亞基上。幾種常見蛋白質(zhì)合成抑制劑的結(jié)構(gòu)式嘌呤霉素嘌呤霉素是AA-tRNA的結(jié)構(gòu)類似物，能結(jié)合在核糖體的A位上，抑制AA-tRNA的進入。它所帶的氨基也能與生長中的肽鏈上的羧基反應(yīng)生成肽鍵，反應(yīng)的產(chǎn)物是一條3’羧基端掛了一個嘌呤霉素殘基的小肽。嘌呤霉素的結(jié)構(gòu)類似于帶有氨基酰的tRNA，能與核糖體A位點相結(jié)合；b.肽基嘌呤霉素嘌呤霉素抑制蛋白質(zhì)合成的分子機制青霉素、四環(huán)素和紅霉素只與原核細胞核糖體發(fā)生作用，從而阻遏原核生物蛋白質(zhì)的合成，抑制細菌生長。氯霉素和嘌呤霉素既能與原核細胞核糖體結(jié)合，又能與真核生物核糖體結(jié)合，妨礙細胞內(nèi)蛋白質(zhì)合成，影響細胞生長。白喉毒素（diphtheriatoxin)對真核生物劇毒，實質(zhì)是一種修飾酶，對真核生物的EF-2起共價修飾作用，使其失活。由于腫瘤細胞對白喉毒素比正常細胞更敏感，故用它與抗腫瘤細胞的特異抗原結(jié)合以消滅腫瘤細胞。干擾素（interferon)由真核生物細胞感染病毒后分泌的具有抗病毒作用的蛋白質(zhì)。可抑制病毒繁殖，保護宿主。干擾素在雙鏈RNA（某些RNA病毒）存在時，作用于蛋白質(zhì)合成的啟動階段，使蛋白質(zhì)合成受抑制。合成的蛋白質(zhì)準確無誤地定向運送到細胞各部分是細胞生命活動正常進行的前提和保證。第五節(jié)蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)運機制蛋白質(zhì)跨膜的轉(zhuǎn)運機制1、翻譯轉(zhuǎn)運同步機制（co-translationtanslocation）若某個蛋白質(zhì)的合成和運轉(zhuǎn)是同時發(fā)生的，則屬于翻譯運轉(zhuǎn)同步機制；2、翻譯后轉(zhuǎn)運機制（post-translationaltranslocation）若蛋白質(zhì)從核糖體上釋放后才發(fā)生運轉(zhuǎn)，則屬于翻譯后運轉(zhuǎn)機制兩種運轉(zhuǎn)方式都涉及到蛋白質(zhì)分子內(nèi)特定區(qū)域與細胞膜結(jié)構(gòu)的相互關(guān)系。蛋白質(zhì)(游離R)蛋白質(zhì)(內(nèi)質(zhì)網(wǎng)R)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)高爾基體溶酶體質(zhì)膜分泌到胞外留在胞液中細胞器線粒體葉綠體細胞核其它細胞器蛋白性質(zhì)

轉(zhuǎn)運

機

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轉(zhuǎn)同步機制運輸

免疫球蛋白、卵蛋白、水解酶、激素等細胞器發(fā)育蛋白質(zhì)在游離核糖體上合成，以翻譯后運轉(zhuǎn)機制運輸

核、葉綠體、線粒體、乙醛酸循環(huán)體、過氧化物酶體等細胞器中的蛋白質(zhì)膜的形成

兩種機制兼有質(zhì)膜、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、類囊體中的蛋白質(zhì)一、翻譯轉(zhuǎn)運同步機制分泌蛋白質(zhì)和膜蛋白蛋白質(zhì)定位信息存在于自身結(jié)構(gòu)中，并通過與膜上特殊受體的相互作用得以表達。信號序列在結(jié)合核糖體上合成后便與膜上特定受體相互作用，產(chǎn)生通道，允許這段多肽在延長的同時穿過膜結(jié)構(gòu)。因此，這種方式是邊翻譯邊跨膜運轉(zhuǎn)。蛋白質(zhì)通過其N-端的信號肽在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中運轉(zhuǎn)到不同的細胞器絕大部分被運入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)腔的蛋白質(zhì)都帶有一個信號肽，位于蛋白質(zhì)的氨基末端（13-36個殘基）：（1）一般帶有10-15個疏水氨基酸；（2）在靠近該序列N-端常常有1個或數(shù)個帶正電荷的氨基酸；（3）在其C-末端靠近蛋白酶切割位點處常常帶有數(shù)個極性氨基酸，離切割位點最近的那個氨基酸往往帶有很短的側(cè)鏈（丙氨酸或甘氨酸）。分泌蛋白的生物合成開始于結(jié)合核糖體，翻譯進行到50～70個氨基酸殘基時，信號肽從核糖體的大亞基上露出，與粗糙內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上的受體相結(jié)合。信號肽過膜后被水解，新生肽隨之通過蛋白孔道穿越疏水的雙層磷脂。一旦核糖體移到mRNA的“終止”密碼子，蛋白質(zhì)合成即告完成，翻譯體系解散，膜上的蛋白孔道消失，核糖體重新處于自由狀態(tài)。二、翻譯后轉(zhuǎn)運機制線粒體和葉綠體等細胞器中的蛋白質(zhì)、細胞核中的蛋白質(zhì)以及部分參與膜形成的蛋白質(zhì)。一、翻譯運轉(zhuǎn)同步機制:蛋白質(zhì)合成后進入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的運轉(zhuǎn)方式

70年代初期，研究發(fā)現(xiàn)，在一些分泌蛋白中，其N端有一段15～36個氨基酸的疏水性肽段，這一肽段在成熟的分泌蛋白中并不存在。

1、信號肽假說：NCCN成熟蛋白前體蛋白1975年美國科學家布洛貝爾（G.Blobel）與多伯斯(D.Sabatini)提出了“信號肽假說”

主要內(nèi)容：

蛋白質(zhì)的定位信息存在于該蛋白質(zhì)自身結(jié)構(gòu)中（信號肽），并可通過與膜上的特殊受體相互作用，產(chǎn)生通道，使蛋白質(zhì)穿過膜定位于靶位。

信號肽(signalpeptide)：新生分泌蛋白N端的短肽，可引導蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)移到細胞的適當靶部位。信號肽結(jié)構(gòu)特點：（1）常位于蛋白質(zhì)N末端，可被切割掉；（2）長度：13～36個氨基酸殘基；1524262122（3）序列內(nèi)有10～15個疏水氨基酸；（4）靠近該序列N端常有1個或數(shù)個帶正電荷氨基酸；（5）其C-末端靠近蛋白酶切割處常帶有數(shù)個極性氨基酸，離切割點最近的那個氨基酸往往帶有很短的側(cè)鏈(Ala或Gly)MetMetAlaAlaGlyProArg

ThrSerLeuLeu——LeuAlaPheAlaLeuLeuCysLeuProTrp——ThrGlnValValGlyAlaLeuPro起始＋切割位點牛生長激素蛋白信號肽122、蛋白轉(zhuǎn)運的過程：（1）當翻譯產(chǎn)生50-70個殘基后，信號肽從核糖體上露出來；內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上有信號識別蛋白SRP

（signal

recognitionparticle），識別信號肽，與其結(jié)合；肽鏈延伸暫時終止；（2）內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上存在SRP受體蛋白DP（dockingprotein），SRP-信號肽-核糖體復(fù)合物即被引向內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜并與SRP的受體——DP相結(jié)合；膜通道產(chǎn)生。（3）SRP結(jié)合GTP，釋放信號肽，進入膜通道，翻譯繼續(xù)進行（4）GTP水解，SRP與DP分離并恢復(fù)游離狀態(tài)（5）多肽合成繼續(xù)進行（6）新生肽過膜后，信號肽酶將蛋白切割，蛋白釋放到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中。問題1：信號肽在蛋白質(zhì)運輸中是如何起作用的？β－半乳糖苷酶(L)麥芽糖結(jié)合蛋白（MB）麥芽糖轉(zhuǎn)運蛋白（MT）MBN端基因片段MTN端基因片段LC端基因片段LC端基因片段＋＋實驗：內(nèi)質(zhì)網(wǎng)實驗及結(jié)論:①完整的信號多肽是保證蛋白質(zhì)運轉(zhuǎn)的必要條件。②僅有信號肽還不足以保證蛋白質(zhì)運轉(zhuǎn)的發(fā)生。③信號序列的切除并不是運轉(zhuǎn)所必需的。④并非所有的運轉(zhuǎn)蛋白質(zhì)都有可降解的信號肽，如卵清蛋白?！靶盘栯摹倍x為：能啟動蛋白質(zhì)運轉(zhuǎn)的任何一段多肽。問題2：膜孔道是后來形成的還是原來存在的？結(jié)論：通道原來存在，但關(guān)閉。轉(zhuǎn)運蛋白和核糖體共同存在，通道才打開。問題3：蛋白水解酶的位置？結(jié)論：內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上。問題4：是否需要能量？結(jié)論：GTP提供能量。二、翻譯后運轉(zhuǎn)機制:

信號序列被稱為前導肽，前導肽在跨膜運轉(zhuǎn)中起重要作用。

(一)線粒體蛋白質(zhì)跨膜運轉(zhuǎn)1、線粒體前導肽的一般特性：（1）一般位于N端，長20～80個氨基酸殘基；2441（2）帶正電荷堿性氨基酸（Arg）較豐富，分散于不帶電荷的氨基酸序列之間；MetLeuSerLeu

ArgGln

SerIle

Arg

PhePhe

LysProAlaThrArgThrLeuCysSerSerArg

TyrLeuLeu+++++酵母細胞色素C氧化酶導肽（3）缺少帶負電荷的酸性氨基酸；（4）羥基氨基酸（Ser）含量較高；（5）有形成兩親（親水和疏水）α-螺旋能力。MetLeu

Ser

LeuArgGln

Ser

IleArgPhePheLysProAlaThrArgThr

LeuCysSer

SerArgTyrLeuLeu酵母細胞色素C氧化酶導肽

2、蛋白質(zhì)運轉(zhuǎn)特征：（1）通過線粒體膜的蛋白質(zhì)在運轉(zhuǎn)之前大多數(shù)以前體形式存在，它由成熟蛋白質(zhì)和N端的前導肽組成。前體過膜后被多肽酶水解，釋放出成熟蛋白。（2）蛋白質(zhì)通過線粒體內(nèi)膜的運轉(zhuǎn)是一種需能過程，能量來自ATP水解和膜電位差。（3）轉(zhuǎn)運時，通過導肽起作用，導肽內(nèi)不僅含有識別線粒體的信息，并且有牽引蛋白質(zhì)通過線粒體膜進行運送的功能；導肽對所牽引的蛋白質(zhì)沒有特異性要求。（4）有多種蛋白受體及分子伴侶參與。3、運轉(zhuǎn)過程：（1）待運轉(zhuǎn)多肽與分子伴侶Hsp70或MSF（mitochondrialimportstimulatingfactor）等相結(jié)合，線粒體外膜和內(nèi)膜上分別有Tom和Tim受體復(fù)合蛋白，Tom識別導肽并與其結(jié)合。（2）分子伴侶離開蛋白質(zhì)，蛋白質(zhì)在導肽的作用下，通過Tom和Tim組成的膜通道進入線粒體內(nèi)腔。消耗ATPTomTim（3）蛋白質(zhì)進入線粒體，導肽被切除，分子伴侶重新結(jié)合蛋白質(zhì)，形成有功能的蛋白質(zhì)。