蛋白質(zhì)生物合成翻譯及翻譯后過(guò)程

關(guān)于蛋白質(zhì)生物合成翻譯及翻譯后過(guò)程

將存在于mRNA上代表一個(gè)多肽的核苷酸殘基序列轉(zhuǎn)換為多肽鏈氨基酸殘基序列的過(guò)程n氨基酸蛋白質(zhì)mRNA、tRNA、rRNA酶、蛋白質(zhì)因子、ATP、GTP翻譯（Translation）第2頁(yè),共60頁(yè)，星期六，2024年，5月參與蛋白質(zhì)生物合成的物質(zhì)

三種RNA—mRNA、rRNA、tRNA20種氨基酸（AA）作為原料酶及眾多蛋白因子，如IF、eIFATP、GTP、無(wú)機(jī)離子第3頁(yè),共60頁(yè)，星期六，2024年，5月CAACUGCAGACAUAUAUGAUACAAUUUGAUCAGUAU5′3′-Gln-Leu-Gln-Thr-Tyr-Met-Ile-Gln-Phe-Asp-Gln-Tyr-一、生物合成的模板—mRNA遺傳密碼(geneticcode)——能編碼蛋白質(zhì)氨基酸序列的基因中的核苷酸體系第4頁(yè),共60頁(yè)，星期六，2024年，5月mRNA分子上從5′→3′方向，由起始密碼子AUG開(kāi)始，每3個(gè)核苷酸組成的三聯(lián)體，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。密碼子起始密碼：

AUG終止密碼：

UAA、UAG、UGA第5頁(yè),共60頁(yè)，星期六，2024年，5月遺傳密碼的性質(zhì)簡(jiǎn)并性：指一個(gè)氨基酸具有2個(gè)或2個(gè)以上的密碼子擺動(dòng)性：密碼子與反密碼子配對(duì)，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)不遵從堿基配對(duì)規(guī)律的情況，稱為遺傳密碼的擺動(dòng)現(xiàn)象通用性：除個(gè)別細(xì)胞器的特殊密碼子外，蛋白質(zhì)生物合成的整套密碼，從簡(jiǎn)單生物到人類都通用連續(xù)性：mRNA的讀碼方向從5‘→3’，兩個(gè)密碼子之間無(wú)任何核苷酸隔開(kāi)偏愛(ài)性：密碼子使用頻率的差異第6頁(yè),共60頁(yè)，星期六，2024年，5月第7頁(yè),共60頁(yè)，星期六，2024年，5月閱讀框架(readingframes)開(kāi)放閱讀框(openreadingframe,ORF):從起始密碼AUG到終止密碼處的正確可閱讀序列第8頁(yè),共60頁(yè)，星期六，2024年，5月原核生物mRNA的特點(diǎn)S-D序列：原核生物mRNA起始密碼AUG上游8~13核苷酸處，存在一段5′-UAAGGAGG-3′的保守序列，稱為S-D序列。是mRNA與核蛋白體識(shí)別、結(jié)合的位點(diǎn)第9頁(yè),共60頁(yè)，星期六，2024年，5月真核生物mRNA的特點(diǎn)真核生物沒(méi)有S-D序列，靠帽子結(jié)構(gòu)識(shí)別核糖體真核生物的起始密碼位于Kozak序列（CCACCAUGG）中，增加翻譯起始的效率第10頁(yè),共60頁(yè)，星期六，2024年，5月二、生物合成的場(chǎng)所—核蛋白體(Ribosomes)第11頁(yè),共60頁(yè)，星期六，2024年，5月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S70S30S50S80S40S60SrRNA16S-rRNA5S-rRNA23S-rRNA18S-rRNA28S-rRNA5S-rRNA5.8S-rRNA蛋白質(zhì)rpS21種rpL34種rpS33種rpL49種核蛋白體蛋白及rRNA的組成特點(diǎn)第12頁(yè),共60頁(yè)，星期六，2024年，5月小亞基與mRNA的結(jié)合第13頁(yè),共60頁(yè)，星期六，2024年，5月大亞基P位(peptidylsite)

：結(jié)合肽酰tRNA的部位A位(aminoacylsite)

：結(jié)合氨基酰tRNA的部位E位(exitsite)

：排出位P位A位第14頁(yè),共60頁(yè)，星期六，2024年，5月三、氨基酸的活化與轉(zhuǎn)運(yùn)—tRNAACC氨基酸臂反密碼環(huán)第15頁(yè),共60頁(yè)，星期六，2024年，5月氨基酸的活化氨基酰-tRNA合成酶(aminoacyl-tRNAsynthetase)氨基酸

+tRNA氨基酰-tRNAATP

AMP＋PPi氨基酰-tRNA合成酶第16頁(yè),共60頁(yè)，星期六，2024年，5月氨基酸＋ATP-E→氨基酰-AMP-E＋PPi氨基酰-AMP-E＋tRNA→

氨基酰-tRNA＋AMP＋E第17頁(yè),共60頁(yè)，星期六，2024年，5月蛋白質(zhì)的生物合成的過(guò)程氨基酸的活化多肽鏈合成的起始肽鏈的延長(zhǎng)肽鏈的終止和釋放蛋白質(zhì)合成后的加工修飾第18頁(yè),共60頁(yè)，星期六，2024年，5月一、肽鏈合成起始(initiation)甲硫氨酰tRNA與mRNA結(jié)合到核蛋白體上，生成翻譯起始復(fù)合物第19頁(yè),共60頁(yè)，星期六，2024年，5月（一）原核生物翻譯起始核蛋白體大小亞基分離—起始因子IF3

、IF1介導(dǎo)，利于小亞基與mRNA，fMet-tRNAfMet結(jié)合mRNA在小亞基定位結(jié)合—通過(guò)5’端S-D序列(AGGA)配對(duì)結(jié)合到核蛋白體小亞基上的16S-rRNA近3’-末端處(UCCU)起始氨基酰-tRNA的結(jié)合—fMet-tRNAifMet和IF-2及GTP形成復(fù)合物核蛋白體大亞基結(jié)合—70S起始復(fù)合物形成第20頁(yè),共60頁(yè)，星期六，2024年，5月起始氨基酰tRNA(fMet-tRNAfmet)結(jié)合到小亞基上核蛋白體大亞基結(jié)合第21頁(yè),共60頁(yè)，星期六，2024年，5月起始因子IF和eIF

原核：起始因子——

三種；IF-l、2和3

真核：起始因子——

十種；eIF

翻譯起始：

1）IF-3—結(jié)合核蛋白體30S亞基，使大、小亞基拆離

2）IF-1協(xié)助IF-3結(jié)合和亞基拆離

3）單獨(dú)的30S亞基易于與mRNA及起始tRNA結(jié)合

4）IF-2促進(jìn)fMet-tRNA結(jié)合mRNA及核蛋白體第22頁(yè),共60頁(yè)，星期六，2024年，5月（二）真核生物翻譯起始復(fù)合物形成起始因子eIF3結(jié)合到核糖體（80S）的小亞基（40S）上，使大亞基（60S）與小亞基解離甲硫酰tRNA（Met-tRNAimet）結(jié)合

mRNA結(jié)合（需帽結(jié)合蛋白CBP）第23頁(yè),共60頁(yè)，星期六，2024年，5月met40S60SMetMet40S60SmRNAeIF-2B、eIF-3、

eIF-6

①elF-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)程第24頁(yè),共60頁(yè)，星期六，2024年，5月二、肽鏈合成延長(zhǎng)

根據(jù)mRNA密碼序列的指導(dǎo)，順序添加的氨基酸從N端向C端延伸肽鏈，直到合成終止的過(guò)程第25頁(yè),共60頁(yè)，星期六，2024年，5月肽鏈延長(zhǎng)在核蛋白體上連續(xù)性循環(huán)式進(jìn)行，又稱為核蛋白體循環(huán)(ribosomalcycle)，每次循環(huán)增加一個(gè)氨基酸進(jìn)位(entrance)/注冊(cè)（registration）成肽(peptidebondformation)轉(zhuǎn)位(translocation)第26頁(yè),共60頁(yè)，星期六，2024年，5月延伸過(guò)程所需蛋白因子——延長(zhǎng)因子(elongationfactor,EF)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-βγEFG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第27頁(yè),共60頁(yè)，星期六，2024年，5月又稱注冊(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。

第28頁(yè),共60頁(yè)，星期六，2024年，5月延長(zhǎng)因子EF-T催化進(jìn)位（原核生物）

第29頁(yè),共60頁(yè)，星期六，2024年，5月（二）成肽轉(zhuǎn)肽酶(transpeptidase)催化形成肽鍵第30頁(yè),共60頁(yè)，星期六，2024年，5月（三）轉(zhuǎn)位（Translocation）延長(zhǎng)因子EF-G有轉(zhuǎn)位酶活性，結(jié)合并水解GTP，使核蛋白體向mRNA的3'側(cè)移動(dòng)第31頁(yè),共60頁(yè)，星期六，2024年，5月進(jìn)位轉(zhuǎn)位成肽第32頁(yè),共60頁(yè)，星期六，2024年，5月三、肽鏈合成終止（Termination）終止密碼的辨認(rèn)及肽鏈從肽酰-tRNA水解出。

mRNA從核蛋白體中分離及大小亞基的拆開(kāi)終止過(guò)程需釋放因子(RF）。第33頁(yè),共60頁(yè)，星期六，2024年，5月釋放因子(releasefactor,RF)：與肽鏈合成終止相關(guān)的蛋白因子識(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誘導(dǎo)轉(zhuǎn)肽酶改變?yōu)轷ッ富钚裕呋孽；D(zhuǎn)移到-OH上，使肽鏈從核蛋白體上釋放。原核生物釋放因子：RF-1，RF-2，RF-3真核生物釋放因子：eRF第34頁(yè),共60頁(yè)，星期六，2024年，5月四、核蛋白體循環(huán)—多聚核蛋白體(polysome)細(xì)胞內(nèi)一條mRNA鏈上結(jié)合著多個(gè)核糖體每個(gè)核糖體都獨(dú)立完成一條多肽鏈的合成蛋白質(zhì)合成高速、高效進(jìn)行第35頁(yè),共60頁(yè)，星期六，2024年，5月蛋白質(zhì)生物合成的調(diào)節(jié)閱讀框架的漂移、重疊和5’-AUG的作用翻譯錯(cuò)誤：氨基酰合成酶校正RNA的結(jié)構(gòu)：帽子、poly(A)尾、空間結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)生物合成阻斷劑：抗生素類—大環(huán)內(nèi)酯類、氯霉素、氨基糖苷類、四環(huán)素抗代謝藥物—抗腫瘤藥其他生物活性物質(zhì)—白喉毒素、干擾素第36頁(yè),共60頁(yè)，星期六，2024年，5月氨基糖苷類抗生素放線菌酮氯霉素四環(huán)素族嘌呤霉素第37頁(yè),共60頁(yè)，星期六，2024年，5月第38頁(yè),共60頁(yè)，星期六，2024年，5月干擾素的作用機(jī)理干擾素誘導(dǎo)的蛋白激酶dsRNA1.干擾素誘導(dǎo)eIF2磷酸化而失活A(yù)TPeIF2ADPeIF2-P（失活）Pi磷酸酶第39頁(yè),共60頁(yè)，星期六，2024年，5月2.干擾素誘導(dǎo)病毒RNA降解降解mRNAdsRNA干擾素AAPAPPPP2

5

2

5

5

2

-5

AAPPPATP2-5A合成酶RNaseLRNaseL活化第40頁(yè),共60頁(yè)，星期六，2024年，5月蛋白質(zhì)合成后的折疊折疊(folding):蛋白質(zhì)可憑借相互作用在細(xì)胞環(huán)境（特定的酸堿度、溫度等）下，進(jìn)行自我組裝蛋白質(zhì)自發(fā)獲得成熟的構(gòu)型——自我裝配需要輔助蛋白協(xié)助——分子伴侶第41頁(yè),共60頁(yè)，星期六，2024年，5月分子伴侶

（molecularchaperones）一類在序列上沒(méi)有相關(guān)性但有共同功能的蛋白質(zhì)。在細(xì)胞內(nèi)幫助其他含多肽的結(jié)構(gòu)完成正確的組裝，且在組裝完畢后與之分離，不構(gòu)成這些蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)執(zhí)行功能時(shí)的組份作用蛋白合成開(kāi)始時(shí)，防止新生肽鏈在未完成折疊之前相互聚合，幫助蛋白質(zhì)獲得最初的正確結(jié)構(gòu)封閉所暴露出來(lái)的疏水區(qū)段，為蛋白質(zhì)折疊創(chuàng)造無(wú)干擾的隔離環(huán)境識(shí)別錯(cuò)誤折疊的變性新蛋白，幫助復(fù)性或使其降解第42頁(yè),共60頁(yè)，星期六，2024年，5月應(yīng)激蛋白70家族（heat-shockprotein70）：參與蛋白質(zhì)的從頭折疊、跨膜運(yùn)輸、錯(cuò)誤折疊多肽的降解及其調(diào)控過(guò)程伴侶素系統(tǒng)（chaperoninsystem）:具有獨(dú)特的雙層環(huán)狀結(jié)構(gòu)的寡聚蛋白，以依賴ATP的方式為非自發(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)境分子伴侶的分類及作用第43頁(yè),共60頁(yè)，星期六，2024年，5月翻譯后的加工修飾新和成的多肽只有經(jīng)過(guò)細(xì)胞內(nèi)各種修飾處理后才能成為有活性的成熟蛋白質(zhì)——翻譯后加工蛋白質(zhì)氨基酸側(cè)鏈的微小改變特定氨基酸殘基上添加體積較大的基團(tuán)剪切—從新生肽鏈上去除不等的氨基酸殘基第44頁(yè),共60頁(yè)，星期六，2024年，5月常見(jiàn)的加工修飾方式（一）側(cè)鏈氨基酸的微小修飾：二硫鍵的形成和正確配對(duì)—蛋白質(zhì)合成后通過(guò)兩個(gè)半胱氨酸的氧化作用生成甲基化、糖基化、磷酸化及乙?；然瘜W(xué)修飾第45頁(yè),共60頁(yè)，星期六，2024年，5月（二）剪切和剪接加工新生肽鏈N端fMet或Met的切除剪切—直接從新生肽鏈上除去不等的氨基酸殘基分泌型蛋白的信號(hào)肽的切除前體蛋白加工：切除前體蛋白的一端肽段；去除蛋白內(nèi)含子活性肽的剪切釋放：一條已合成的多肽鏈經(jīng)翻譯加工后生成不同活性的蛋白質(zhì)或多肽剪接—蛋白質(zhì)前體通過(guò)多肽剪除某些氨基酸片段，再以一定的順序結(jié)合起來(lái)生成成熟有活性的蛋白質(zhì)第46頁(yè),共60頁(yè)，星期六，2024年，5月NC信號(hào)肽PMOCKRKR103肽

(？)ACTH

-LT-MSH

-MSHEndophin鴉片促黑皮質(zhì)素原(POMC)的水解修飾第47頁(yè),共60頁(yè)，星期六，2024年，5月（三）添加化學(xué)基團(tuán)（化學(xué)編輯）蛋白質(zhì)的脂?；；D(zhuǎn)移酶催化脂肪酸與肽鏈中的Ser的羥基以酯鍵結(jié)合，使新生的蛋白脂?；鞍踪|(zhì)的糖基化——①使蛋白質(zhì)能夠抵抗消化酶的作用②賦予蛋白質(zhì)傳導(dǎo)信號(hào)的功能③某些蛋白只有在糖基化之后才能正確折疊第48頁(yè),共60頁(yè)，星期六，2024年，5月蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)核孔運(yùn)輸—胞質(zhì)中合成的蛋白質(zhì)穿過(guò)胞核內(nèi)外膜形成的核孔進(jìn)入細(xì)胞核跨膜運(yùn)輸—胞質(zhì)中合成的蛋白質(zhì)進(jìn)入到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、線粒體、葉綠體和過(guò)氧化物酶體等通過(guò)跨膜機(jī)制進(jìn)行運(yùn)輸?shù)?。需要消耗能量小泡運(yùn)輸—蛋白質(zhì)從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)轉(zhuǎn)運(yùn)到高爾基體以及從高爾基體轉(zhuǎn)運(yùn)到溶酶體、分泌泡、細(xì)胞質(zhì)膜、細(xì)胞外等是由小泡介導(dǎo)的第49頁(yè),共60頁(yè)，星期六，2024年，5月細(xì)胞中蛋白質(zhì)運(yùn)輸?shù)姆绞椒g中運(yùn)輸:由與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)結(jié)合的核糖體完成。新生肽鏈在合成過(guò)程中，插入到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的特殊通道，然后轉(zhuǎn)移入內(nèi)腔翻譯后運(yùn)輸:由游離核糖體完成。在多肽鏈合成后，將蛋白質(zhì)從細(xì)胞質(zhì)轉(zhuǎn)移到線粒體或葉綠體等細(xì)胞器和細(xì)胞核中第50頁(yè),共60頁(yè)，星期六，2024年，5月靶向輸送蛋白信號(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)序列或成分第51頁(yè),共60頁(yè)，星期六，2024年，5月翻譯中運(yùn)輸過(guò)程

（信號(hào)肽假說(shuō)）信號(hào)肽(Signalsequence)—能啟動(dòng)蛋白質(zhì)運(yùn)轉(zhuǎn)的任何一段多肽使核蛋白體與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的受體結(jié)合，合成的肽鏈進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)腔運(yùn)至靶器官，信號(hào)肽酶切除信號(hào)肽，使成熟的蛋白質(zhì)釋放至胞外第52頁(yè),共60頁(yè)，星期六，2024年，5月結(jié)構(gòu)：約10-40多個(gè)氨基酸構(gòu)成，分三個(gè)區(qū)：N端為親水區(qū)含堿性氨基酸,提供正電荷

中性或疏水性氨基酸，能夠形成一段α螺旋結(jié)構(gòu)，是信號(hào)肽的主要功能區(qū)

帶負(fù)電荷的C末端，含小分子氨基酸，是信號(hào)肽酶切割信號(hào)肽的部位第53頁(yè),共60頁(yè)，星期六，2024年，5月信號(hào)肽識(shí)別粒子（Signalrecognitionparticles-SRP）：6種蛋白質(zhì)與7S-RNA組成復(fù)合體

[SRP的作用]：

與合成的分泌蛋白中的