1、蛋白质的生物合成（翻译）第第1717章章Protein Biosynthesis (Translation)南方医科大学基因工程研究所南方医科大学基因工程研究所生物化学与分子生物学教研室生物化学与分子生物学教研室周珏宇周珏宇2主主 要要 内内 容容蛋白质生物合成体系蛋白质生物合成体系1蛋白质的合成过程蛋白质的合成过程2蛋白质的翻译后修饰蛋白质的翻译后修饰3蛋白质生物合成的抑制剂蛋白质生物合成的抑制剂43蛋白质生物合成的蛋白质生物合成的概念概念蛋白质生物合成蛋白质生物合成(protein biosynthesis)也称也称翻译翻译(translation)，是生物细胞以是生物细胞以mRNA为模板
2、，为模板，按照按照mRNA分子中核苷酸的排列顺序所组成的密码信分子中核苷酸的排列顺序所组成的密码信息合成蛋白质的过程。也就是将核酸中由息合成蛋白质的过程。也就是将核酸中由4种核苷酸种核苷酸序列编码的遗传信息，通过遗传密码破译的方式解读序列编码的遗传信息，通过遗传密码破译的方式解读为蛋白质一级结构中为蛋白质一级结构中20种氨基酸种氨基酸的排列顺序。的排列顺序。n定义定义4（1）氨基酸的活化）氨基酸的活化（2）肽链的生物合成）肽链的生物合成（3）肽链形成后的加工和靶向输送）肽链形成后的加工和靶向输送n反应过程反应过程第一节第一节蛋白质生物合成的蛋白质生物合成的主要物质主要物质Protein Bio
3、synthesis System6 71. 基本原料：基本原料：20种编码氨基酸种编码氨基酸2. 模板：模板：mRNA3. 适配器：适配器：tRNA4. 装配机：装配机：核蛋白体核蛋白体5. 主要酶和蛋白质因子：主要酶和蛋白质因子：氨基酰氨基酰-tRNA合成酶、转合成酶、转肽酶、起始因子、延长因子、释放因子等肽酶、起始因子、延长因子、释放因子等6. 能源物质：能源物质：ATP、GTP7. 无机离子：无机离子：Mg2+、 K+蛋白质生物合成体系蛋白质生物合成体系8一、一、mRNA是指导蛋白质合成的直接模板是指导蛋白质合成的直接模板细菌矾土颗粒细菌矾土颗粒轻轻研磨轻轻研磨细菌液细菌液离心，去除细胞
4、壁和膜离心，去除细胞壁和膜提取液（提取液（DNA、mRNA、tRNA、核糖体、酶、离子）核糖体、酶、离子）DNA水解酶，水解酶，20种氨基酸等种氨基酸等蛋白质蛋白质Nirenberg尼伦伯格9DNase蛋蛋白白质质合合成成量量时间时间10（一）（一）mRNA的基本结构的基本结构Start of genetic messageStart of genetic messageCapCapEndEndTailTail5 -端非翻译区端非翻译区 5 3 3 -端非翻译区端非翻译区 开放阅读框架开放阅读框架 从从mRNA 5 -端起始密码子端起始密码子AUG到到3 -端终止密端终止密码子之间的核苷酸序列
5、，称为开放阅读框架码子之间的核苷酸序列，称为开放阅读框架(open reading frame, ORF)。11原核生物的多顺反子原核生物的多顺反子真核生物的单顺反子真核生物的单顺反子非编码序列非编码序列核蛋白体结合位点核蛋白体结合位点起始密码子起始密码子终止密码子终止密码子编码序列编码序列PPP5 3 蛋白质蛋白质PPPmG -5 3 蛋白质蛋白质AAA AAA 12（二）遗传密码（二）遗传密码从从mRNA编码区编码区5 端向端向3 端按每端按每3个相邻碱基为一组个相邻碱基为一组连续分组，每组碱基构成一个遗传密码，称为密码子或连续分组，每组碱基构成一个遗传密码，称为密码子或者三联体密码者三联
6、体密码(triplet codon)。起始密码子起始密码子(initiation codon)：AUG终止密码子终止密码子(termination codon)：UAA、UAG、UGA密码子（密码子（codon）起始密码子和终止密码子起始密码子和终止密码子13遗遗传传密密码码表表14遗传密码的破译遗传密码的破译151617181. 方向性方向性(directional)翻译时遗传密码的阅读方向是翻译时遗传密码的阅读方向是5 3 ，即读码从，即读码从mRNA的起始密码子的起始密码子AUG开始，按开始，按5 3 的方向逐一的方向逐一阅读，直至终止密码子。阅读，直至终止密码子。 N NC C肽链延伸
7、方向肽链延伸方向5 53 3读码方向读码方向n遗传密码的特点遗传密码的特点192. 连续性连续性(non-punctuated)编码蛋白质氨基酸序列的各个三联体密码连续编码蛋白质氨基酸序列的各个三联体密码连续阅读，密码子及密码子的各碱基之间既无间隔也无阅读，密码子及密码子的各碱基之间既无间隔也无交叉。交叉。 AlaValHisMet终止密码终止密码20重叠密码重叠密码非重叠非重叠连续的连续的密码密码不连续的密码不连续的密码21基因损伤引起基因损伤引起mRNA阅读框架内的碱基发阅读框架内的碱基发生插入或缺失，可能导致生插入或缺失，可能导致框移突变框移突变(frameshift mutation)
8、。缬缬 脯脯 苏苏 天冬天冬缬缬 丙丙 酪酪 甘甘缬缬 丙丙 丝丝 精精22 许多真核生物基因转录后有一个对许多真核生物基因转录后有一个对mRNA外显子加工的过程，可通过特定碱基的插入、外显子加工的过程，可通过特定碱基的插入、缺失或置换，使缺失或置换，使mRNA序列中出现移码突变、序列中出现移码突变、错义突变或无义突变，导致错义突变或无义突变，导致mRNA与其与其DNA模模板序列不匹配，使同一前体板序列不匹配，使同一前体mRNA翻译出序列、翻译出序列、功能不同的蛋白质。这种基因表达的调节方式功能不同的蛋白质。这种基因表达的调节方式称为称为mRNA编辑编辑(mRNA editing)。 233.
9、 简并性简并性(degeneracy)一种氨基酸可具有一种氨基酸可具有2个或个或2个以上的密码子为其个以上的密码子为其编码。这一特性称为遗传密码的编码。这一特性称为遗传密码的简并性简并性。除色氨酸和甲硫氨酸仅有除色氨酸和甲硫氨酸仅有1个密码子外，其余个密码子外，其余氨基酸有氨基酸有2、3、4个或多至个或多至6个三联体为其编码。为个三联体为其编码。为同一种氨基酸编码的各密码子称为同一种氨基酸编码的各密码子称为简并性密码子简并性密码子，也称也称同义密码子同义密码子 。24各种氨基酸的密码子数目各种氨基酸的密码子数目25n 密码子简并性的生物学意义：密码子简并性的生物学意义：减少有害突变。减少有害突
10、变。n 遗传密码的遗传密码的特异性特异性主要取决于前两位碱基。主要取决于前两位碱基。26简并性允许的突变简并性允许的突变274. 通用性通用性(universality)从简单的病毒到高等的人类，几乎使用同一套遗从简单的病毒到高等的人类，几乎使用同一套遗传密码，因此，遗传密码表中的这套传密码，因此，遗传密码表中的这套“通用密码通用密码”基本基本上适用于生物界的所有物种，具有通用性。上适用于生物界的所有物种，具有通用性。密码的通用性进一步证明各种生物进化自同一祖密码的通用性进一步证明各种生物进化自同一祖先。先。28已发现少数例外，如动物细胞的线粒体、植物细已发现少数例外，如动物细胞的线粒体、植物
11、细胞的叶绿体。胞的叶绿体。 通用密码通用密码 线粒体密码线粒体密码AUA 异亮异亮 蛋、起始蛋、起始AGA 精精 终止终止AGG 精精 终止终止UGA 终止终止 色色295. 摆动性摆动性(wobble) 转运氨基酸的转运氨基酸的tRNA的反密码子需要通过碱基互的反密码子需要通过碱基互补与补与mRNA上的遗传密码反向配对结合，但反密码上的遗传密码反向配对结合，但反密码子与密码子间不严格遵守常见的碱基配对规律，称子与密码子间不严格遵守常见的碱基配对规律，称为为摆动配对摆动配对。 这一现象常见于这一现象常见于反密码子的第一位碱基反密码子的第一位碱基与与密码子密码子的第三位碱基的第三位碱基之间。之间
12、。30U3 2 11 2 3摆摆动动配配对对31wobbletRNA反密码子反密码子第第1位碱基位碱基IUGACmRNA密码子密码子第第3位碱基位碱基U, C, AA, GU, CUG32二、核蛋白体是蛋白质生物合成的场所二、核蛋白体是蛋白质生物合成的场所（一）核蛋白体的组成（一）核蛋白体的组成核蛋白体核蛋白体又称又称核糖体核糖体，是由，是由rRNA和多种蛋白和多种蛋白质结合而成的一种大的核糖核蛋白颗粒，是蛋白质质结合而成的一种大的核糖核蛋白颗粒，是蛋白质生物合成的场所。生物合成的场所。33核核蛋蛋白白体体的的组组成成34原核生物原核生物真核生物真核生物核蛋白核蛋白体体小亚基小亚基大亚基大亚基
13、核蛋白核蛋白体体小亚基小亚基大亚基大亚基S值值70S30S50S80S40S60SrRNA16S-rRNA23S-rRNA5S-rRNA18S-rRNA28S-rRNA5.8S-rRNA5S-rRNA蛋白质蛋白质rpS 21种种rpL 36种种rpS 33种种rpL 49种种 不同细胞核蛋白体的组成不同细胞核蛋白体的组成35Location of Protein synthesis36（二）原核生物核蛋白体结构模式（二）原核生物核蛋白体结构模式 3738 30S小亚基：小亚基：有有mRNA结合位点结合位点50S大亚基：大亚基： E位：排出位（位：排出位（Exit site）转肽酶活性转肽酶活性
14、大小亚基共同组成：大小亚基共同组成：A位：结合氨基酰位：结合氨基酰-tRNA的氨基酰位的氨基酰位(aminoacyl site)P位：结合肽酰或起始氨基酰位：结合肽酰或起始氨基酰-tRNA的肽酰位的肽酰位(peptidyl site)核蛋白体作为合成场所的作用核蛋白体作为合成场所的作用39三、三、tRNA与氨基酸的活化与氨基酸的活化（一）（一）tRNA的作用的作用n运载氨基酸：运载氨基酸：氨基酸各由其特异的氨基酸各由其特异的tRNA携带，一种携带，一种氨基酸可有几种对应的氨基酸可有几种对应的tRNA，氨基酸结合在，氨基酸结合在tRNA 3 -CCA的位置，结合需要的位置，结合需要ATP供能；供
15、能；n充当充当“适配器适配器”：每种每种tRNA的的反密码子反密码子决定了所携决定了所携带的氨基酸能准确地在带的氨基酸能准确地在mRNA上对号入座。上对号入座。41二级结构二级结构三级结构三级结构反密码环反密码环氨基酸臂氨基酸臂ntRNA的构象的构象42（二）氨基酸的活化（二）氨基酸的活化n氨基酸与特异的氨基酸与特异的tRNA结合形成氨基酰结合形成氨基酰-tRNA的过程称的过程称为为氨基酸的活化氨基酸的活化。n参与氨基酸的活化的酶：参与氨基酸的活化的酶：氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶。n20种氨基酸均需先活化才能参加合成种氨基酸均需先活化才能参加合成n每种每种tRNA只能携带特定的氨基酸只
16、能携带特定的氨基酸n1种氨基酸可以与种氨基酸可以与26种种tRNA特异地结合特异地结合n已发现的已发现的tRNA有有4050种种43（1）反应过程：）反应过程：生成氨基酰生成氨基酰-tRNA氨基酸氨基酸 + tRNA氨基酰氨基酰- tRNAATP AMPPPi氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶44氨基酸氨基酸 ATP-E 氨基酰氨基酰-AMP-E PPi 第一步反应第一步反应45 第二步反应第二步反应氨基酰氨基酰-AMP-E tRNA氨基酰氨基酰-tRNA AMP E46n氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶 结构结构氨基酰氨基酰-tRNA合成酶的合成酶的3个结合位点个结合位点氨基酸和氨基酸和A
17、TP形成氨基酰腺苷形成氨基酰腺苷氨基酰转移到氨基酰转移到tRNA上上tRNA负载了氨基酸负载了氨基酸4748氨基酰氨基酰-tRNA合成酶对底物氨基酸和合成酶对底物氨基酸和tRNA都有高度特都有高度特异性。异性。 特性特性tRNA氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶ATP49氨基酰氨基酰-tRNA合成酶具有校正活性。合成酶具有校正活性。动动力力学学校校对对化化学学校校对对50（2）氨基酰氨基酰-tRNA的表示方法的表示方法丙氨酰丙氨酰-tRNA：Ala-tRNAAla精氨酰精氨酰-tRNA：Arg-tRNAArg甲硫氨酰甲硫氨酰-tRNA： Met-tRNAMet各种氨基酸和对应的各种氨基酸和对应
18、的tRNA结合后形成的结合后形成的氨基酰氨基酰-tRNA表示为：表示为：氨基酸的三字母缩写氨基酸的三字母缩写-tRNA氨基酸的三字母缩写氨基酸的三字母缩写 例如：例如：51 氨基酸的活化形式：氨基酸的活化形式：氨基酰氨基酰tRNA氨基酸的活化部位：氨基酸的活化部位：羧基羧基氨基酸与氨基酸与tRNA连接方式：连接方式：酯键酯键氨基酸活化耗能：氨基酸活化耗能：2个个P52（3）起始肽链合成的氨基酰）起始肽链合成的氨基酰-tRNA在在mRNA的起始密码子的起始密码子AUG处就位，参与形成处就位，参与形成翻译起始复合物。起始密码子只能辨认翻译起始复合物。起始密码子只能辨认Met-tRNAiMet。为延
19、长中的肽链添加甲硫氨酸。为延长中的肽链添加甲硫氨酸。 起始氨基酰起始氨基酰-tRNA: Met-tRNAiMet 参与肽链延长的甲硫氨酰参与肽链延长的甲硫氨酰-tRNA：Met-tRNAMetn 真核生物真核生物53具有起始功能的具有起始功能的tRNAifMet与甲硫氨酸结合后，甲与甲硫氨酸结合后，甲硫氨酸很快被甲酰化为硫氨酸很快被甲酰化为N-甲酰甲硫氨酸甲酰甲硫氨酸(N-formyl methionine, fMet)，于是形成，于是形成N-甲酰甲硫氨酰甲酰甲硫氨酰-tRNA(fMet-tRNAifMet)，可以在，可以在mRNA的起始密码子的起始密码子AUG处就位，参与形成翻译起始复合物。
20、起始密码子处就位，参与形成翻译起始复合物。起始密码子只能辨认只能辨认fMet-tRNAifMet。 n 原核生物原核生物起始氨基酰起始氨基酰-tRNA: fMet-tRNAifMet 54fMet-tRNAfMet的生成是一碳化合物转移和利用的的生成是一碳化合物转移和利用的过程之一，反应由过程之一，反应由转甲酰基酶转甲酰基酶催化，甲酰基从催化，甲酰基从N10-甲酰甲酰四氢叶酸转移到甲硫氨酸的四氢叶酸转移到甲硫氨酸的-氨基上。氨基上。 55四、酶类、蛋白质因子等四、酶类、蛋白质因子等（一）重要的酶类（一）重要的酶类 氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶(aminoacyl-tRNA synthet
21、ase)，催化氨基酸的活化；催化氨基酸的活化； 转肽酶转肽酶(peptidase)：催化核蛋白体：催化核蛋白体P位上的肽酰基转位上的肽酰基转移至移至A位氨基酰位氨基酰-tRNA的氨基上，使酰基与氨基结合的氨基上，使酰基与氨基结合形成肽键形成肽键;并受释放因子的作用后发生变构，表现出并受释放因子的作用后发生变构，表现出酯酯酶酶的水解活性，使的水解活性，使P位上的肽链与位上的肽链与tRNA分离；分离； 转位酶转位酶(translocase)：催化核蛋白体向催化核蛋白体向mRNA 3 -端端移动一个密码子的距离，使下一个密码子定位于移动一个密码子的距离，使下一个密码子定位于A位。位。 56（二）蛋白
22、质因子（二）蛋白质因子起始因子（起始因子（initiation factor，IF）延长因子（延长因子（elongation factor，EF）释放因子（释放因子（release factor，RF）57参与原核生物翻译的各种蛋白质因子及其生物学功能参与原核生物翻译的各种蛋白质因子及其生物学功能种类种类生物学功能生物学功能起始因子起始因子IF-1占据占据A位防止结合其他位防止结合其他tRNAIF-2促进起始促进起始tRNA与小亚基结合与小亚基结合IF-3促进大小亚基分离，提高促进大小亚基分离，提高P位对结合起始位对结合起始tRNA的敏感性的敏感性延长因子延长因子EF-Tu促进氨基酰促进氨基酰
23、-tRNA进入进入A位，结合并分解位，结合并分解GTPEF-Ts调节亚基调节亚基EF-G有转位酶活性，促进有转位酶活性，促进mRNA-肽酰肽酰-tRNA由由A位移至位移至P位，位，促进促进tRNA卸载与释放卸载与释放释放因子释放因子RF-1特异识别特异识别UAA、UAG，诱导转肽酶转变为酯酶，诱导转肽酶转变为酯酶RF-2特异识别特异识别UAA、UGA，诱导转肽酶转变为酯酶，诱导转肽酶转变为酯酶RF-3可与核蛋白体其他部位结合，有可与核蛋白体其他部位结合，有GTP酶活性，能介导酶活性，能介导RF-1及及RF-2与核蛋白体的相互作用与核蛋白体的相互作用58参与真核生物翻译的各种蛋白质因子及其生物学
24、功能参与真核生物翻译的各种蛋白质因子及其生物学功能种类种类生物学功能生物学功能起始因子起始因子eIF-1多功能因子，参与多个翻译步骤多功能因子，参与多个翻译步骤eIF-2促进起始促进起始tRNA与小亚基结合与小亚基结合eIF-2B, eIF-3最先结合小亚基，促进大小亚基分离最先结合小亚基，促进大小亚基分离eIF-4AeIF-4F复合物成分，有复合物成分，有RNA解螺旋酶活性，能解除解螺旋酶活性，能解除mRNA5 -端的发夹端的发夹结构，使其与小亚基结合结构，使其与小亚基结合eIF-4B结合结合mRNA，促进，促进mRNA扫描定位起始扫描定位起始AUGeIF-4EeIF-4F复合物成分，结合复
25、合物成分，结合mRNA 5 帽子帽子eIF-4GeIF-4F复合物成分，结合复合物成分，结合eIF-4E、eIF-3和和PolyA 结合蛋白结合蛋白eIF-5促进各种起始因子从小亚基解离，进而结合大亚基促进各种起始因子从小亚基解离，进而结合大亚基eIF-6促进核蛋白体分离成大小亚基促进核蛋白体分离成大小亚基延长因子延长因子eIF1-促进氨基酰促进氨基酰-tRNA进入进入A位，结合分解位，结合分解GTP，相当于，相当于EF-TueIF1-调节亚基，相当于调节亚基，相当于EF-TseIF-2有转位酶活性，促进有转位酶活性，促进mRNA-肽酰肽酰-tRNA由由A位移至位移至P位，促进位，促进tRNA
26、卸卸载与释放，相当于载与释放，相当于EF-G 释放因子释放因子eRF识别所有终止密码子，具有原核生物各类识别所有终止密码子，具有原核生物各类RF的功能的功能59蛋白质生物合成的能源物质为蛋白质生物合成的能源物质为ATP和和GTP;参与蛋白质生物合成的无机离子有参与蛋白质生物合成的无机离子有Mg2+、K+ 等。等。（三）能源物质及离子（三）能源物质及离子第二节蛋白质生物合成过程The Process of Protein Biosynthesis6162 肽链的生物合成过程是翻译的中心环节。肽链的生物合成过程是翻译的中心环节。 翻译时，从翻译时，从mRNA的起始密码子的起始密码子AUG开始，开始
27、，按按5 3 方向方向逐一读码，直至终止密码子。于是，逐一读码，直至终止密码子。于是，合成中的肽链从起始甲硫氨酸开始，从合成中的肽链从起始甲硫氨酸开始，从N-端端C-端端延长，直至终止密码子前一位密码子所延长，直至终止密码子前一位密码子所编码的氨基酸。编码的氨基酸。 63n 翻译的起始翻译的起始(initiation)n 翻译的延长翻译的延长(elongation)n 翻译的终止翻译的终止(termination )n 整个过程可分为整个过程可分为 ：64一、肽链合成起始一、肽链合成起始 指指mRNA和起始氨基酰和起始氨基酰-tRNA分别与核蛋分别与核蛋白体结合而形成白体结合而形成翻译起始复合
28、物翻译起始复合物的过程。的过程。 参与起始过程的蛋白质因子称参与起始过程的蛋白质因子称起始因子起始因子（initiation factor，IF）。）。65（一）原核生物翻译起始复合物的形成（一）原核生物翻译起始复合物的形成1. 核蛋白体大小亚基分离；核蛋白体大小亚基分离；2. mRNA在小亚基定位结合；在小亚基定位结合；3. 起始氨基酰起始氨基酰-tRNA的结合；的结合； 4. 核蛋白体大亚基结合。核蛋白体大亚基结合。66原核生物起始因子的生物功能原核生物起始因子的生物功能67IF-3IF-11. 1. 核蛋白体大小亚基分离核蛋白体大小亚基分离68A A U U G G53IF-3IF-12
29、. mRNA在小亚基定位结合在小亚基定位结合69n原核生物原核生物mRNA在核蛋白体小亚基上的准确定位在核蛋白体小亚基上的准确定位和结合涉及两种机制：和结合涉及两种机制： 在各种在各种mRNA起始起始AUG上游约上游约813核苷酸部位，存核苷酸部位，存在一段由在一段由49个核苷酸组成的一致序列，富含嘌呤碱基，个核苷酸组成的一致序列，富含嘌呤碱基，如如-AGGAGG-，称为，称为Shine-Dalgarno序列序列(S-D序列序列)，又称又称核蛋白体结合位点核蛋白体结合位点(ribosomal binding site, RBS)。一条多顺反子一条多顺反子mRNA序列上的每个基因编码序列均拥有序
30、列上的每个基因编码序列均拥有各自的各自的S-D序列和起始序列和起始AUG。 mRNA序列上紧接序列上紧接S-D序列后的序列后的小核苷酸序列小核苷酸序列，可被，可被核蛋白体核蛋白体小亚基蛋白小亚基蛋白rpS-1识别并结合。识别并结合。70 小亚基中的小亚基中的16S-rRNA 3 -端有一富含嘧啶碱基的短序端有一富含嘧啶碱基的短序列，如列，如-UCCUCC-，通过与，通过与S-D序列碱基互补而使序列碱基互补而使mRNA与小亚基结合。与小亚基结合。71IF-3IF-1IF-2GTPGTP3. 起始氨基酰起始氨基酰tRNA(fMet-tRNAfMet)结合到小结合到小亚基亚基A A U U G G5
31、372IF-3IF-1IF-2GTPGTPGDPGDP PiPi4. 4. 核蛋白体大亚基结合，起始复合物形成核蛋白体大亚基结合，起始复合物形成A A U U G G5373IF-3IF-1A A U U G G53IF-2GTPGTPIF-2-GTP-GTPGDPGDPPiPi起始复合物形成过程起始复合物形成过程起始过程消耗起始过程消耗1个个GTP。74（二）真核生物翻译起始复合物的形成（二）真核生物翻译起始复合物的形成1. 核蛋白体大小亚基分离；核蛋白体大小亚基分离；2. 起始氨基酰起始氨基酰-tRNA的结合；的结合； 3. mRNA在小亚基定位结合；在小亚基定位结合；4. 核蛋白体大亚基
32、结合。核蛋白体大亚基结合。75真核生物起始因子的生物功能真核生物起始因子的生物功能7677mRNA eIF-6 GDP+PielF-5ATPADP+PielF4E, elF4G, elF4A, elF4B,PABMetMet-tRNAiMet-elF-2 -GTP真核生物翻译起始真核生物翻译起始复合物形成过程复合物形成过程781. eIF2-GTP-Met-tRNAMet三元复合三元复合物与含有物与含有eIF3的的40S小亚基前起始小亚基前起始复合物结合，形成复合物结合，形成43S复合物复合物792. eIF4F复合物中的复合物中的eIF4E亚基识别结合亚基识别结合5帽子，帽子，eIF4G亚基
33、的亚基的C端和端和eIF3互作，后者与互作，后者与40S亚基亚基结合结合803. 形成形成48S起始前复起始前复合物：合物：eIF4F介导介导mRNA结合到结合到43S亚亚基复合物上，基复合物上，eIF1和和eIF1A也与之结合；也与之结合；40S亚基结合亚基结合5帽子，帽子，并扫描并扫描AUG814. 形成形成80S起始复合起始复合物：在物：在eIF5的作用下，的作用下，48S起始前复合物中起始前复合物中所有所有eIF释放，并与释放，并与60S大亚基结合。大亚基结合。82真核生物翻译起始的特点真核生物翻译起始的特点1. 核蛋白体是核蛋白体是80S (40S + 60S)2. 起始因子种类多起
34、始因子种类多(至少有至少有9种种eIF)3. 起始起始tRNA的的Met不需甲酰化不需甲酰化4. 5帽子和帽子和3polyA 尾结构，与尾结构，与mRNA在核蛋白在核蛋白体就位有关体就位有关5. 起始起始tRNA先与核蛋白体小亚基结合，然后再先与核蛋白体小亚基结合，然后再结合结合mRNA6. 此过程除消耗一个此过程除消耗一个GTP外，还消耗外，还消耗ATP83二、肽链合成延长二、肽链合成延长 指在指在mRNA模板的指导下，氨基酸依次模板的指导下，氨基酸依次进入核蛋白体并聚合成多肽链的过程。进入核蛋白体并聚合成多肽链的过程。841. 进位进位(positioning)/注册注册(registra
35、tion)2. 成肽成肽(peptide bond formation)3. 转位转位(translocation) 肽链延长在核蛋白体上连续循环式进行，肽链延长在核蛋白体上连续循环式进行，又称为核蛋白体循环又称为核蛋白体循环(ribosomal cycle)，包，包括以下三步：括以下三步：每轮循环使多肽链增加一个氨基酸残基。每轮循环使多肽链增加一个氨基酸残基。注：广义的核蛋白体循环可指翻译全过程注：广义的核蛋白体循环可指翻译全过程85延伸过程所需蛋白因子称为延长因子延伸过程所需蛋白因子称为延长因子(elongation factor, EF)原核生物：原核生物：EF-T (EF-Tu, EF
36、-Ts) EF-G真核生物：真核生物：EF-1 、EF-286肽链合成的延长因子肽链合成的延长因子871. 进位进位 又称又称注册注册(registration)，是指一个氨基酰是指一个氨基酰-tRNA按照按照mRNA模板的指令进入并结合模板的指令进入并结合到核蛋白体到核蛋白体A位的过程。位的过程。 核蛋白体对氨基酰核蛋白体对氨基酰-tRNA的进位有校正作用。的进位有校正作用。88 进位需要延长因子进位需要延长因子EF-Tu与与EF-Ts参与。参与。（原核生物）（原核生物） 8990Tu TsGTPGDPA A U U G G53TuTsGDPn 进位的反应过程：进位的反应过程：912.2.成
37、肽成肽 成肽是在成肽是在转肽酶转肽酶(peptidase)的催化下，核蛋的催化下，核蛋白体白体P位上起始氨基酰位上起始氨基酰-tRNA的的N-甲酰甲硫氨酰甲酰甲硫氨酰基或肽酰基或肽酰-tRNA的肽酰基转移到的肽酰基转移到A位并与位并与A位上氨位上氨基酰基酰-tRNA的的-氨基结合形成肽键的过程。氨基结合形成肽键的过程。 大亚基具有转肽酶活性大亚基具有转肽酶活性成肽反应在成肽反应在A位上进行位上进行92n成肽的反应过程成肽的反应过程93943. 3. 转位转位 转位是在转位是在转位酶转位酶的催化下，核蛋白体向的催化下，核蛋白体向mRNA的的3 -端移动一个密码子的距离，使端移动一个密码子的距离，
38、使mRNA序列上的下一个密码子进入核蛋白体的序列上的下一个密码子进入核蛋白体的A位、而位、而占据占据A位的肽酰位的肽酰-tRNA移入移入P位的过程。位的过程。 转位需要转位需要延长因子延长因子EF-G参与。参与。95EF-G有有转位酶（转位酶（translocase）活性，可结活性，可结合并合并水解水解1分子分子GTP，释放的能量促进核蛋白体，释放的能量促进核蛋白体向向mRNA的的3 侧移动，使起始二肽酰侧移动，使起始二肽酰-tRNA-mRNA相对位移进入核蛋白体相对位移进入核蛋白体P位，而卸载的位，而卸载的tRNA则移入则移入E位。位。9697fMetA A U U G G53fMetTuG
39、TP成肽成肽转位转位下一轮进位下一轮进位98进进位位转转位位成肽成肽n 肽链合成延长肽链合成延长( (核蛋白体循环核蛋白体循环) )过程过程99与原核生物基本相似与原核生物基本相似; ;有不同的反应体系和延长因子有不同的反应体系和延长因子; ;另外，真核细胞核蛋白体另外，真核细胞核蛋白体没有没有E位位，转位，转位时卸载的时卸载的tRNA直接从直接从P位脱落位脱落。真核生物的翻译延长真核生物的翻译延长100 进位、成肽、转位重复进行，肽链则不断延进位、成肽、转位重复进行，肽链则不断延长。长。 在肽链延长过程中，除第一个肽键形成时在肽链延长过程中，除第一个肽键形成时, P位上是位上是fMet-tR
40、NA外，以后外，以后P位上总是肽酰位上总是肽酰-tRNA, A位总是新进位的氨基酰位总是新进位的氨基酰-tRNA，这就是，这就是P位和位和A位名称的由来。位名称的由来。P位是转出肽酰基，又位是转出肽酰基，又叫叫“给位给位”，A位是接受肽酰基，叫位是接受肽酰基，叫“受位受位”。101三、肽链合成终止三、肽链合成终止 指核蛋白体指核蛋白体A位出现位出现mRNA的终止密码子的终止密码子后，多肽链合成停止，肽链从肽酰后，多肽链合成停止，肽链从肽酰-tRNA中释中释出，出，mRNA、核蛋白体大、小亚基等分离的过、核蛋白体大、小亚基等分离的过程。程。 102终止密码出现在核蛋白体终止密码出现在核蛋白体A位
41、上位上RF与终止密码辨认结合与终止密码辨认结合肽链从肽酰肽链从肽酰-tRNA中释放中释放tRNA、mRNA及及RF从核蛋白体脱落从核蛋白体脱落大小亚基分离大小亚基分离103终止相关的蛋白因子称为释放因子终止相关的蛋白因子称为释放因子(release factor, RF)原核生物释放因子：原核生物释放因子：RF-1，RF-2，RF-3真核生物释放因子：真核生物释放因子：eRF释放因子的功能释放因子的功能一是一是识别终止密码识别终止密码，如，如RF-1特异识别特异识别UAA、UAG；而；而RF-2可识别可识别UAA、UGA。二是二是诱导转肽酶改变为酯酶活性诱导转肽酶改变为酯酶活性，相当于催化，相
42、当于催化新生肽链与结合在新生肽链与结合在P位的位的tRNA之间的酯键水解，之间的酯键水解，使肽链从核蛋白体上释放。使肽链从核蛋白体上释放。104原原核核肽肽链链合合成成终终止止过过程程 105U U A A G G5533RFRFCOOCOO- -106原核生物蛋白质合成的原核生物蛋白质合成的能量计算能量计算氨基酸活化：氨基酸活化：2个个P ATP起始：起始： 1个个 GTP延长：延长： 2个个 GTP终止：终止： 1个个 GTP结论：结论：每合成一个肽键至少消耗每合成一个肽键至少消耗4个个P。107 多聚核蛋白体多聚核蛋白体(polysome) 一个一个mRNA分子分子可同时有多个核蛋白可同
43、时有多个核蛋白体在进行同一种蛋白体在进行同一种蛋白质的合成，这种质的合成，这种mRNA和多个核蛋白和多个核蛋白体的聚合物称为多聚体的聚合物称为多聚核蛋白体。核蛋白体。108使蛋白质生物合成以高速度、高效率进行使蛋白质生物合成以高速度、高效率进行109原核生物与真核生物肽链合成过程的主要差别原核生物与真核生物肽链合成过程的主要差别原核生物原核生物真核生物真核生物mRNA一条一条mRNA编码几种蛋白质（多顺反子）编码几种蛋白质（多顺反子）一条一条mRNA编码一种蛋白质（单顺反子）编码一种蛋白质（单顺反子）转录后很少加工转录后很少加工转录后进行首尾修饰及剪接转录后进行首尾修饰及剪接转录、翻译和转录、
44、翻译和mRNA的降解可同时发生的降解可同时发生mRNA在核内合成，加工后进入胞液，再作为在核内合成，加工后进入胞液，再作为模板指导翻译模板指导翻译核蛋白体核蛋白体30S小亚基小亚基50S大亚基大亚基 70S核蛋白体核蛋白体40S小亚基小亚基60S大亚基大亚基 80S核蛋白体核蛋白体起始阶段起始阶段起始氨基酰起始氨基酰-tRNA为为fMet-tRNAfMet起始氨基酰起始氨基酰-tRNA为为Met-tRNAiMet核蛋白体小亚基先与核蛋白体小亚基先与mRNA结合结合,再与再与fMet-tRNAfMet结合结合核蛋白体小亚基先与核蛋白体小亚基先与Met-tRNAiMet结合，再与结合，再与mRNA
45、结合结合mRNA中的中的S-D序列与序列与16S rRNA 3 -端的一段序端的一段序列结合列结合mRNA中的帽子结构与帽子结合蛋白复合物结中的帽子结构与帽子结合蛋白复合物结合合有有3种种IF参与起始复合物的形成参与起始复合物的形成有至少有至少9种种eIF参与起始复合物的形成参与起始复合物的形成延长阶段延长阶段延长因子为延长因子为EF-Tu、EF-Ts和和EF-G延长因子为延长因子为eEF-1、eEF-1和和eEF-2终止阶段终止阶段释放因子为释放因子为RF-1、RF-2和和RF-3释放因子为释放因子为eRF第三节蛋白质翻译后修饰和输送Posttranslational Modificatio
46、n and Targeting Transfer of Protein111v 新生多肽链不具备蛋白质的生物学活性，必须经过复杂新生多肽链不具备蛋白质的生物学活性，必须经过复杂的加工过程才能转变为具有天然构象的功能蛋白质，这的加工过程才能转变为具有天然构象的功能蛋白质，这一加工过程称为一加工过程称为翻译后修饰翻译后修饰(posttranslational modification)。v 翻译后修饰包括翻译后修饰包括多肽链折叠为天然的三维构象多肽链折叠为天然的三维构象及对及对肽链肽链一级结构的修饰、空间结构的修饰一级结构的修饰、空间结构的修饰等。翻译后修饰使得等。翻译后修饰使得蛋白质组成更加多样
47、化，从而使蛋白质结构上呈现更大蛋白质组成更加多样化，从而使蛋白质结构上呈现更大的复杂性。的复杂性。v 蛋白质合成后被定向输送到其发挥作用的靶位点的过程蛋白质合成后被定向输送到其发挥作用的靶位点的过程称为称为蛋白质的靶向输送蛋白质的靶向输送(protein targeting)。 112一、多肽链折叠为天然构象的蛋白质一、多肽链折叠为天然构象的蛋白质v 新生肽链的折叠在新生肽链的折叠在肽链合成中、合成后肽链合成中、合成后完成，新生肽链完成，新生肽链N-端在核蛋白体上一出现，肽链的折叠即开始。端在核蛋白体上一出现，肽链的折叠即开始。v 一般认为，多肽链自身氨基酸顺序储存着蛋白质折叠的一般认为，多肽
48、链自身氨基酸顺序储存着蛋白质折叠的信息，即信息，即一级结构是空间构象的基础一级结构是空间构象的基础。v 细胞中大多数天然蛋白质折叠都不是自动完成，而细胞中大多数天然蛋白质折叠都不是自动完成，而需要需要其他酶和蛋白质辅助其他酶和蛋白质辅助。113n 几种有促进蛋白质折叠功能的大分子几种有促进蛋白质折叠功能的大分子1. 分子伴侣分子伴侣 (molecular chaperon) 2. 蛋白质二硫键异构酶蛋白质二硫键异构酶 (protein disulfide isomerase, PDI3. 肽肽-脯氨酰顺反异构酶脯氨酰顺反异构酶 (peptide prolyl-cis-trans isomera
49、se, PPI)1141. 1. 分子伴侣分子伴侣分子伴侣是细胞内一类可识别肽链的分子伴侣是细胞内一类可识别肽链的非非天然构象天然构象、促进各功能域和整体蛋白质正确、促进各功能域和整体蛋白质正确折叠的保守蛋白质。折叠的保守蛋白质。 主要包括：主要包括：热休克蛋白热休克蛋白(heat shock protein, HSP)：HSP70、HSP40和和GrpE族族伴侣蛋白伴侣蛋白(chaperonins)：GroEL和和GroES家族家族115 可逆地与未折叠肽段的疏水部分结合随后松开，如可逆地与未折叠肽段的疏水部分结合随后松开，如此重复进行可防止错误的聚集发生，使肽链正确折叠。此重复进行可防止错
50、误的聚集发生，使肽链正确折叠。 可与错误聚集的肽段结合，使之解聚后，再诱导其可与错误聚集的肽段结合，使之解聚后，再诱导其正确折叠。正确折叠。 在蛋白质分子折叠过程中对二硫键的正确形成起了在蛋白质分子折叠过程中对二硫键的正确形成起了重要的作用。重要的作用。分子伴侣有以下功能：分子伴侣有以下功能：116(1) 热休克蛋白热休克蛋白(heat shock protein, HSP) 热休克蛋白属于应激反应性蛋白质，热休克蛋白属于应激反应性蛋白质，高温应激高温应激可诱导可诱导该蛋白质合成。该蛋白质合成。 热休克蛋白可结合保护待折叠多肽片段，再释放该片热休克蛋白可结合保护待折叠多肽片段，再释放该片段进行
