1、蛋白质的生物合成蛋白质的生物合成（翻译）（翻译）核苷酸序列氨基酸的排列顺序第一节第一节 一、翻译模板一、翻译模板mRNA及遗传密码及遗传密码 遗传学将编码一个多肽的遗传单位称为遗传学将编码一个多肽的遗传单位称为顺反顺反子子 原核细胞中数个结构基因常串联为一个转录原核细胞中数个结构基因常串联为一个转录单位，转录生成的单位，转录生成的mRNA可编码几种功能相可编码几种功能相关的蛋白质，为关的蛋白质，为多顺反子多顺反子 真核真核mRNA只编码一种蛋白质，为只编码一种蛋白质，为单顺反子单顺反子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PPP5 3 蛋白质蛋白质PPPmG
2、-5 3 蛋白质蛋白质l mRNA上存在遗传密码上存在遗传密码mRNA分子上从分子上从5 至至3 方向，由方向，由AUG开开始，每始，每3个核苷酸为一组，决定肽链上某一个核苷酸为一组，决定肽链上某一个氨基酸或蛋白质合成的起始、终止信号，个氨基酸或蛋白质合成的起始、终止信号，称为称为三联体密码三联体密码起始密码起始密码: AUG 终止密码终止密码: UAA，UAG，UGA 开放阅读框架开放阅读框架遗传密码的特点遗传密码的特点2. 连续性连续性编码蛋白质氨基酸序列的各个三联体密编码蛋白质氨基酸序列的各个三联体密码连续阅读，密码间既无间断也无交叉。码连续阅读，密码间既无间断也无交叉。 1.方向性方向
3、性基因损伤引起基因损伤引起mRNA阅读框架内的碱基发生阅读框架内的碱基发生插入或缺失，可能导致插入或缺失，可能导致框移突变框移突变3. 简并性简并性遗传密码中，除色氨酸和甲硫氨酸仅有一个密码子外，遗传密码中，除色氨酸和甲硫氨酸仅有一个密码子外，其余氨基酸有其余氨基酸有2、3、4个或多至个或多至6个三联体为其编码。个三联体为其编码。4. 通用性通用性蛋白质生物合成的整套密码，从原核生物到人类都通用。 证明各种生物进化自同一祖先转运氨基酸的tRNA的反密码需要通过碱基互补与mRNA上的遗传密码反向配对反向配对结合，但反密码与密码间不严格遵守常见的碱基配对规律，称为摆动配对摆动配对反向配对反向配对
4、二、核蛋白体是多肽链合成的装置二、核蛋白体是多肽链合成的装置 不同细胞核蛋白体的组成不同细胞核蛋白体的组成 原核生物翻译过程中核蛋白体结构模式原核生物翻译过程中核蛋白体结构模式:E位：排出位位：排出位反密码环反密码环氨基酸臂氨基酸臂氨基酸氨基酸 + tRNA氨基酰氨基酰- tRNAATP AMPPPi氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶（一）氨基酰（一）氨基酰-tRNA合成酶合成酶l 氨基酸的活化氨基酸的活化第一步反应第一步反应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 E每个氨基酸活化消耗每个氨基酸活化消耗2个个高能磷酸键高能磷酸键AlaAla-tR
5、NA Met真核生物：真核生物： Met-tRNAi 起始者起始者tRNA Met Met-tRNAe 肽链延长中肽链延长中 fMet原核生物：原核生物： fMet-tRNAi N-甲酰甲硫氨酸，转甲酰基酶甲酰甲硫氨酸，转甲酰基酶（二）（二）起始肽链合成的氨基酰起始肽链合成的氨基酰-tRNA第二节第二节 整个翻译过程可分为整个翻译过程可分为 ：翻译过程从阅读框架的翻译过程从阅读框架的5 -AUG开始，按开始，按mRNA模板三联体密码的顺序延长肽链，直模板三联体密码的顺序延长肽链，直至终止密码出现至终止密码出现 mRNAmRNA氨基酰氨基酰-tRNA-tRNA核蛋白体核蛋白体翻译起始复合物翻译起
6、始复合物参与这一过程的蛋白称参与这一过程的蛋白称起始因子起始因子（IFIF），真），真核生物起始因子称核生物起始因子称eIFeIF（一）（一）原核生物原核生物翻译起始复合物形成翻译起始复合物形成IF-3IF-11. 核蛋白体大小亚基分离核蛋白体大小亚基分离PuPuA U G53IF-3IF-12. mRNA在小亚基定位结合在小亚基定位结合IF-3IF-1IF-2GTP3. 起始氨基酰起始氨基酰tRNA( fMet-tRNAifmet )结合到结合到小亚基小亚基A U G53IF-3IF-1IF-2GTPGDPPi4. 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 U
7、G53IF-3IF-1A U G53IF-2GTPIF-2-GTPGDPPi（二）（二）真核生物真核生物翻译起始复合物形成翻译起始复合物形成起始氨基酰起始氨基酰- -tRNAmRNAmRNA 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二、肽链合成延长二、肽链合成延长N端端C端端核蛋白体循环核蛋白体循环进位进位成肽成肽转位转位延长因子延长因子EFEF-T (EF-Tu, EF-Ts)EF-G（一）（一）进位进位又称又
8、称注册注册指根据指根据mRNA下下一组遗传密码指导，一组遗传密码指导，使相应使相应氨基酰氨基酰-tRNA进入核蛋白体进入核蛋白体A位位核蛋白体有核蛋白体有校正校正作用作用原核生物原核生物Tu TsGTPGDPA U G53TuTs（二）成肽（二）成肽是由是由转肽酶转肽酶催化的肽键形成过程，数种催化的肽键形成过程，数种大亚基大亚基蛋白组成转肽酶活性蛋白组成转肽酶活性（三）转位（三）转位EF-G转位酶转位酶GTPfMetA U G53fMetTuGTP进进位位转转位位成肽成肽真核生物肽链合成的延长过程与原核基本相真核生物肽链合成的延长过程与原核基本相似，但有不同的反应体系和延长因子。似，但有不同的
9、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，转位时，转位时卸载的卸载的tRNA直接从直接从P位脱落位脱落。（四）（四）真核生物真核生物延长过程延长过程 三、肽链合成的终止三、肽链合成的终止当当mRNA上上终止密码终止密码出现后，多肽链合成出现后，多肽链合成停止，停止，肽链肽链从肽酰从肽酰-tRNA中释出，中释出，mRNA、核核蛋白体蛋白体等分离，这些过程称为肽链合成终止。等分离，这些过程称为肽链合成终止。终止相关的蛋白因子称为终止相关的蛋白因子称为释放因子释放因子 (release factor, RF) 一是一是识别终止密码识别终止密码，如，如RF-1特异
10、识别特异识别UAA、UAG；而；而RF-2可识别可识别UAA、UGA。二是诱导二是诱导转肽酶转肽酶改变为改变为酯酶活性酯酶活性，相当于催化，相当于催化肽酰基转移到水分子肽酰基转移到水分子-OH上，使肽链从核蛋上，使肽链从核蛋白体上释放白体上释放释放因子的功能释放因子的功能原核生物释放因子：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 U A G53RFCOO-蛋白质生物合成是耗能过程，细胞用于合蛋白质生物合成是耗能过程，细胞用于合成蛋白质消耗能量可占到所有生物合成总成蛋白质消耗能量可占到所有生物合成总耗能的耗能的90。延长时每个氨基酸活化为氨基酰延
11、长时每个氨基酸活化为氨基酰-tRNA消耗消耗2个个高能键，高能键，进位进位、转位转位各消耗各消耗一个一个高能键，高能键，每增加一个肽键实际消耗可能多于每增加一个肽键实际消耗可能多于4个个高能高能键。键。多聚核蛋白体多聚核蛋白体mRNA和多个核蛋白体和多个核蛋白体聚合物称多聚核蛋白聚合物称多聚核蛋白体，使蛋白质合成高体，使蛋白质合成高速、高效进行。速、高效进行。第三节第三节 主要包括：主要包括：一、多肽链折叠为天然功能构象的蛋白质一、多肽链折叠为天然功能构象的蛋白质几种有促进蛋白折叠功能的大分子几种有促进蛋白折叠功能的大分子1.1.热休克蛋白热休克蛋白(heat shock protein, H
12、SP) (heat shock protein, HSP) ： 应激反应性蛋白，高温应激可诱导该蛋白合应激反应性蛋白，高温应激可诱导该蛋白合成增加。包括成增加。包括HSP70HSP70、HSP40HSP40和和GreEGreE族族 对某些能对某些能自发性折叠自发性折叠的蛋白质，热休克蛋白的蛋白质，热休克蛋白可促进需要折叠的多肽链折叠为有天然空间构象可促进需要折叠的多肽链折叠为有天然空间构象的蛋白质的蛋白质分子伴侣分子伴侣分子伴侣是细胞一类分子伴侣是细胞一类保守蛋白质保守蛋白质，可识别，可识别肽链的非天然构象，肽链的非天然构象，促进促进各功能域和整体蛋白各功能域和整体蛋白质的质的正确折叠正确折叠
13、热休克蛋白促进蛋白质折叠的基本作用热休克蛋白促进蛋白质折叠的基本作用结合保护结合保护待折叠多肽片段，再待折叠多肽片段，再释放释放该片段进该片段进行折叠。形成行折叠。形成HSP70和多肽片段依次结合、解离和多肽片段依次结合、解离的循环。的循环。 HSP40结合待结合待折叠多肽片段折叠多肽片段 HSP70-ATP复合物复合物 HSP40- HSP70-ADP-多肽复合物多肽复合物 ATP水解水解GrpE ATPADP复合物解离，释出多肽链片段进行正确折叠复合物解离，释出多肽链片段进行正确折叠 伴侣素伴侣素GroEL/GroES系统促进蛋白质折叠过程系统促进蛋白质折叠过程 2.伴侣素伴侣素 分子伴侣
14、另一家族，分子伴侣另一家族，为为非自发性非自发性折叠蛋白折叠蛋白质质提供提供能折叠形成天然空间构象的能折叠形成天然空间构象的微环境微环境。 蛋白二硫键异构酶蛋白二硫键异构酶 多肽链内或肽链之间多肽链内或肽链之间二硫键二硫键的正确形成对稳的正确形成对稳定分泌蛋白、膜蛋白等的天然构象十分重要定分泌蛋白、膜蛋白等的天然构象十分重要二硫键异构酶在内质网腔活性很高，可在较二硫键异构酶在内质网腔活性很高，可在较大区段肽链中催化大区段肽链中催化错配二硫键断裂错配二硫键断裂并并形成正确二形成正确二硫键硫键连接，最终使蛋白质形成热力学最稳定的天连接，最终使蛋白质形成热力学最稳定的天然构象。然构象。肽肽-脯氨酰顺
15、反异构酶脯氨酰顺反异构酶 多肽链中多肽链中肽酰肽酰- -脯氨酸脯氨酸间形成的肽键有间形成的肽键有顺反两顺反两种异构体种异构体，绝大部分为，绝大部分为反式构型反式构型肽酰肽酰- -脯氨酰顺反异构酶可脯氨酰顺反异构酶可促进上述顺反两种促进上述顺反两种异构体之间的转换异构体之间的转换肽酰肽酰- -脯氨酰顺反异构酶是蛋白质三维构象形脯氨酰顺反异构酶是蛋白质三维构象形成的成的限速酶限速酶二、一级结构的修饰二、一级结构的修饰（一）肽链（一）肽链N端的修饰端的修饰 天然蛋白质大多数不以甲硫氨酸为天然蛋白质大多数不以甲硫氨酸为N端端第一位氨基酸。细胞内第一位氨基酸。细胞内脱甲酰基酶脱甲酰基酶或或氨基肽氨基肽酶
16、酶可以除去可以除去N-甲酰基、甲酰基、N端甲硫氨酸或端甲硫氨酸或N端附端附加序列加序列（二）个别氨基酸的修饰（二）个别氨基酸的修饰 Ser、Thr、Tyr磷酸化；磷酸化；Glu-羧基化；羧基化； Lys、Pro羟基化；羟基化；Cys间形成二硫键间形成二硫键（三）多肽链的水解修饰（三）多肽链的水解修饰 某些无活性的蛋白前体可经蛋白酶水解，某些无活性的蛋白前体可经蛋白酶水解，生成活性的蛋白质、多肽生成活性的蛋白质、多肽三、空间结构的修饰三、空间结构的修饰（一）亚基聚合（一）亚基聚合 具有四级结构的蛋白质由两条以上的肽链通过具有四级结构的蛋白质由两条以上的肽链通过非共价聚合，形成寡聚体非共价聚合，形
17、成寡聚体（二）辅基连接（二）辅基连接 结合蛋白需要结合相应辅基，成为天然功能蛋结合蛋白需要结合相应辅基，成为天然功能蛋白质白质（三）疏水脂链的共价连接（三）疏水脂链的共价连接 一些蛋白通过脂链嵌入疏水膜脂质双层，定一些蛋白通过脂链嵌入疏水膜脂质双层，定位成为特殊质膜内在蛋白，才成为具有生物功能的位成为特殊质膜内在蛋白，才成为具有生物功能的蛋白质蛋白质四、蛋白质合成后的靶向输送四、蛋白质合成后的靶向输送 蛋白质的靶向输送蛋白质的靶向输送N末端特异氨基酸序列末端特异氨基酸序列信号序列信号序列 信号序列信号序列(signal sequence)（二）线粒体蛋白的靶向输送（二）线粒体蛋白的靶向输送 导
18、肽导肽（三）细胞核蛋白的靶向输送（三）细胞核蛋白的靶向输送 核定位序列核定位序列 信号肽信号肽第四节第四节 蛋白质生物合成的干扰和抑制蛋白质生物合成的干扰和抑制蛋白质生物合成是很多天然抗生素和某些毒素的蛋白质生物合成是很多天然抗生素和某些毒素的作用靶点。作用靶点。通过阻断真核、原核生物蛋白质翻译体系某组分通过阻断真核、原核生物蛋白质翻译体系某组分功能，干扰和抑制蛋白质生物合成过程功能，干扰和抑制蛋白质生物合成过程利用真核、原核生物蛋白质合成体系的任何差异，利用真核、原核生物蛋白质合成体系的任何差异，以设计、筛选仅对病原微生物特效而不损害人体以设计、筛选仅对病原微生物特效而不损害人体的药物。的药
19、物。 抗生素抗生素四环素族（金霉素四环素族（金霉素 新霉素、土霉素）新霉素、土霉素）链霉素、卡那霉素、链霉素、卡那霉素、新霉素新霉素氯霉素、林可霉素氯霉素、林可霉素红霉素红霉素梭链孢酸梭链孢酸 放线菌酮放线菌酮嘌呤霉素嘌呤霉素作用点作用点原核核蛋白原核核蛋白体小亚基体小亚基原核核蛋白原核核蛋白体小亚基体小亚基原核核蛋白原核核蛋白体大亚基体大亚基原核核蛋白原核核蛋白体大亚基体大亚基原核核蛋白原核核蛋白体大亚基体大亚基真核核蛋白真核核蛋白体大亚基体大亚基真核、原核真核、原核核蛋白体核蛋白体 作用原理作用原理抑制氨基酰抑制氨基酰-tRNA与小亚基与小亚基结合结合改变构象引起读码错误、抑改变构象引起读
20、码错误、抑制起始制起始抑制转肽酶、阻断延长抑制转肽酶、阻断延长抑制转肽酶、妨碍转位抑制转肽酶、妨碍转位与与EFG-GTP结合，抑制肽结合，抑制肽链延长链延长抑制转肽酶、阻断延长抑制转肽酶、阻断延长氨基酰氨基酰-tRNA类似物，进位类似物，进位后引起未成熟肽链脱落后引起未成熟肽链脱落应用应用抗菌药抗菌药抗菌药抗菌药抗菌药抗菌药抗菌药抗菌药抗菌药抗菌药医学研究医学研究抗肿瘤药抗肿瘤药抗生素是微生物产生的能够抗生素是微生物产生的能够杀灭或抑制细菌杀灭或抑制细菌的一类药物的一类药物四四环环素素族族氯霉素氯霉素链霉素和卡那霉素链霉素和卡那霉素嘌呤霉素嘌呤霉素放线菌酮放线菌酮二、其他干扰蛋白质生物合成的物
21、质二、其他干扰蛋白质生物合成的物质白喉毒素的作用机理白喉毒素的作用机理NCONH2N+OCH2OOHOHADPCONH2白白喉喉毒毒素素（有活性有活性）OCH2OOHOHADP（无活性无活性）干扰素的作用机理干扰素的作用机理干扰素诱导的蛋白激酶干扰素诱导的蛋白激酶dsRNA1. 干扰素诱导干扰素诱导eIF2磷酸化而失活，抑制病毒磷酸化而失活，抑制病毒蛋白质合成蛋白质合成ATPeIF2ADPeIF2-P（失活）（失活）Pi磷酸酶磷酸酶2. 干扰素诱导病毒干扰素诱导病毒RNA降解降解降解降解mRNAdsRNA干扰素干扰素AAPAPPPP2 5 2 5 5 2 - 5 AAPPPATP2-5A合成酶合成酶RNaseLRNaseL活化活化P122A1型选择题型选择题2、C9、A每延长一个氨基酸都要按照注册每延长一个氨基酸都要按照注册-成成 肽肽-转位转位的次序的次序B型选择题型选择题6、C 7、D 10、AX型选择题型选择题6、E肽链的延长肽链的延长
