1、第十六章第十六章 蛋白质的生物合成蛋白质的生物合成主要内容主要内容一、一、蛋白质的合成体系蛋白质的合成体系二、二、蛋白质合成的过程蛋白质合成的过程三、蛋白质合成与药物三、蛋白质合成与药物四、蛋白质合成后的折叠与加工四、蛋白质合成后的折叠与加工五、蛋白质的转运与定位五、蛋白质的转运与定位六、蛋白质合成的调控六、蛋白质合成的调控蛋白质生物合成体系的基本组成蛋白质生物合成体系的基本组成u基本原料基本原料 20种编码氨基酸种编码氨基酸u模合成板模合成板 mRNAu搬运工搬运工 tRNAu合成场所合成场所 核糖体（核糖体（rRNA-蛋白质复合物）蛋白质复合物）u主要酶和蛋白质因子主要酶和蛋白质因子 氨基
2、酰氨基酰-tRNA合成酶、转合成酶、转肽酶、起始因子、延长因子、释放因子等等肽酶、起始因子、延长因子、释放因子等等u能源物质能源物质 ATP、GTPu无机离子无机离子 Mg2+、 K+第一节第一节 蛋白质的合成体系蛋白质的合成体系一、一、mRNA是蛋白质生物合成的模板是蛋白质生物合成的模板 从从mRNA 5-端起始密码子端起始密码子AUG到到3-端终止端终止密码子之间的核苷酸序列，称为密码子之间的核苷酸序列，称为开放阅读框架开放阅读框架(open reading frame, ORF)。Start of genetic messageCapEndTail5-端非翻译区端非翻译区 5 3 3-端
3、非翻译区端非翻译区 开放阅读框架开放阅读框架 （一）阅读框架）（一）阅读框架） 原核生物翻译模板原核生物翻译模板mRNAumRNA为多顺反子，即一条为多顺反子，即一条mRNA链可以翻译出链可以翻译出多种功能相关的蛋白质多种功能相关的蛋白质u多顺反子的基因与基因间可能有多顺反子的基因与基因间可能有间隔序列间隔序列，也可，也可能出现相互重叠的现象能出现相互重叠的现象umRNA为单顺反子，即一条为单顺反子，即一条mRNA链只能翻链只能翻译出一条多肽链译出一条多肽链u真核生物为断裂基因，故转录后的真核生物为断裂基因，故转录后的hnRNA需切除内含子、连接外显子才能成为有活性需切除内含子、连接外显子才能
4、成为有活性的的mRNA真核生物翻译模板真核生物翻译模板mRNA（二）遗传密码（二）遗传密码5GCAGTACATGTC 33 c g t c a t g t a c a g 5编码链编码链模板链模板链5GCAGUACAUGUC 3mRNAN Ala Val His Val C蛋白质蛋白质转录转录翻译翻译在在mRNA的开放阅读框架区，以每的开放阅读框架区，以每3个相邻的核苷个相邻的核苷酸为一组，代表一种氨基酸酸为一组，代表一种氨基酸(或其他信息或其他信息)，这种三，这种三联体形式的核苷酸序列称为联体形式的核苷酸序列称为密码子密码子(codon)。特殊功能的密码子特殊功能的密码子起始密码子：起始密码
5、子：AUG终止密码子：终止密码子：UAA、UAG、UGA（无意义密（无意义密码子）码子）遗遗传传密密码码表表一、蛋白质的合成体系一、蛋白质的合成体系mRNA遗传密码的特点遗传密码的特点（1）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53，即读码，即读码从从mRNA的起始密码子的起始密码子AUG开始，按开始，按53的方向的方向逐一阅读，直至终止密码子。逐一阅读，直至终止密码子。 NC肽链延伸方向肽链延伸方向53读码方向读码方向3. mRNA遗传密码的特点遗传密码的特点（2）连续性）连续性(non-punctuated) 编码蛋白质氨基酸序列的各
6、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mRNA序列可能存在的的三种阅读框架序列可能存在的的三种阅读框架但往往只有一种阅读方式是正确的但往往只有一种阅读方式是正确的框移突变框移突变 基因损伤引起基因损伤引起mRNA阅读框架内的碱基发生插阅读框架内的碱基发生插入或缺失，则有可能导致翻译阅读框架的改变，这入或缺失，则有可能导致翻译阅读框架的改变，这种基因突变称为种基因突变称为移码突变移码突变。缬缬 脯脯 苏苏 天冬天冬缬缬 丙丙 酪酪 甘甘缬缬
7、 丙丙 丝丝 精精（3）简并性）简并性(degeneracy) 1种氨基酸可具有种氨基酸可具有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的特性称为遗传密码的编码的特性称为遗传密码的简并性简并性。 在遗传密码表中，只有在遗传密码表中，只有1个密码子的氨基酸仅个密码子的氨基酸仅为为蛋氨酸蛋氨酸和和色氨酸色氨酸，其余，其余18个氨基酸都有两个以上个氨基酸都有两个以上的密码子。的密码子。简并性简并性l为同一种氨基酸编码的各密码子称为为同一种氨基酸编码的各密码子称为密码子家族密码子家族，又称为又称为同义密码子同义密码子或或简并性密码子简并性密码子。l简并性主要发生在简并性主要发生在密码子的第三
8、位碱基，故该碱密码子的第三位碱基，故该碱基改变时往往不影响氨基酸的翻译，基因的这种基改变时往往不影响氨基酸的翻译，基因的这种突变称为突变称为同义突变同义突变。 ACUACCACAACG苏氨酸苏氨酸UGUUGCUGAUGG缬氨酸缬氨酸 CUU CUCUUG CUAUUA CUG亮氨酸亮氨酸错义突变、无义突变错义突变、无义突变u错义突变错义突变 是编码某种氨基酸的密码子经碱基替是编码某种氨基酸的密码子经碱基替换以后换以后,变成编码另一种氨基酸的密码子变成编码另一种氨基酸的密码子,从而使从而使多肽链的氨基酸种类和序列发生改变。多肽链的氨基酸种类和序列发生改变。如：如： GAG GUG谷氨酸谷氨酸 缬
9、氨酸缬氨酸u无义突变无义突变 是指由于某个碱基的改变使代表某种是指由于某个碱基的改变使代表某种氨基酸的密码子突变为终止密码子，从而使肽链氨基酸的密码子突变为终止密码子，从而使肽链合成提前终止。合成提前终止。 如：如： UAC UAA酪氨酸酪氨酸 终止密码终止密码（4）摆动性）摆动性(wobble) 反密码子与密码子之间的配对有时并不严格遵反密码子与密码子之间的配对有时并不严格遵守常见的碱基配对规律的现象称为守常见的碱基配对规律的现象称为摆动性摆动性。 摆动性仅发生在摆动性仅发生在tRNA反密码子的第反密码子的第1个核苷酸个核苷酸与与mRNA密码子的第密码子的第3个核苷酸之间的碱基配对。个核苷酸
10、之间的碱基配对。tRNA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, CUG摆动性摆动性异亮氨酸异亮氨酸U（同义突变）（同义突变）1 2 33 2 1（5）通用性通用性（universal） 从简单的病毒到高等的人类，几乎使用同一套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遗传密码，因此，遗传密码表中的这套“通用密码通用密码”基本上适用于生物界的所有物种，具有通用性。基本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密码的通用性进一步证明各种生物进化自同一祖先。祖先
11、。密码子通用性的例外密码子通用性的例外 动物动物线粒体线粒体及植物及植物叶绿体叶绿体内的部分密码子与通内的部分密码子与通用密码子不同。用密码子不同。 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1. tRNA的分子结构的分子结构l 3端端CCA氨基酸结合位点（氨基酸臂）氨基酸结合位点（氨基酸臂）l 氨基酰氨基酰tRNA合成酶识别位点（二氢尿嘧啶环）合成酶识别位点（二氢尿嘧啶环）l 核糖体识别位点（核糖体识别位点（TC环）环）l 密码子识别位点（反密码环）密码子识别位点（反密码环） tRNA tRNA有
12、超过有超过2020种。一种氨基酸可与多种对应的种。一种氨基酸可与多种对应的tRNAtRNA结合，而一种结合，而一种tRNAtRNA只能转运一种特定的氨基酸。只能转运一种特定的氨基酸。二、二、tRNA搬运氨基酸搬运氨基酸tRNA的二级结构的二级结构2. 氨基酸的活化与氨基酰氨基酸的活化与氨基酰-tRNA合成酶合成酶（1）氨基酸的活化反应）氨基酸的活化反应（2）氨基酰）氨基酰-tRNA合成酶合成酶（3）氨基酰）氨基酰-tRNA的表示方法的表示方法 Asp-tRNAAsp、Met-tRNAMet等等等等 起始氨基酰起始氨基酰-tRNA表示方法表示方法l真核生物：真核生物：Met-tRNAiMetl原
13、核生物：原核生物：fMet-tRNAifMetfMet-tRNAfMet-tRNAi iMetMet的生成是一碳化合物转移和的生成是一碳化合物转移和利用的过程之一，反应由转甲酰基酶催化，甲利用的过程之一，反应由转甲酰基酶催化，甲酰基从酰基从N N1010- -甲酰四氢叶酸转移到甲硫氨酸的甲酰四氢叶酸转移到甲硫氨酸的-氨基上。氨基上。 1. 核糖体的组成核糖体的组成 核糖体又称核蛋白体，是由核糖体又称核蛋白体，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。三、三、rRNA与核糖体与核糖体核蛋
14、白体的组成核蛋白体的组成2. 核糖体的结构核糖体的结构 原核生物核糖体内的主要活性部位：原核生物核糖体内的主要活性部位：mRNA结合部位结合部位氨基酰氨基酰tRNA结合部位（氨基酰位，结合部位（氨基酰位，A位）位）肽酰肽酰tRNA结合部位（肽酰位，结合部位（肽酰位，P位）位）tRNA排出部位（排出位，排出部位（排出位，E位；位；真核生物无真核生物无E位位）转肽酶部位（肽基转移酶，完成肽键的缩合）转肽酶部位（肽基转移酶，完成肽键的缩合）转位酶部位（使核糖体在转位酶部位（使核糖体在mRNA上滑动）上滑动）核糖体活性部位核糖体活性部位3. 核糖体核糖体RNA的功能的功能u组装核糖体的大亚基、小亚基组
15、装核糖体的大亚基、小亚基u催化肽键的生成催化肽键的生成 转肽酶转肽酶实际上是一种实际上是一种核酶。核酶。在原核生物转肽酶在原核生物转肽酶活性位于活性位于23S rRNA；在真核生物则位于；在真核生物则位于28S rRNA。16S rRNA中一些重要的功能位点中一些重要的功能位点4.多聚核糖体多聚核糖体 氨基酸活化氨基酸活化 肽链合成的起始肽链合成的起始 肽链的延长肽链的延长 肽链的终止肽链的终止第二节第二节 原核生物蛋白质合成的过程原核生物蛋白质合成的过程（1）氨基酸的活化反应）氨基酸的活化反应氨基酸氨基酸 + tRNA + ATP氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶氨基酰氨基酰-tRNA +
16、AMP + PPi一、一、 氨基酸的活化与氨基酰氨基酸的活化与氨基酰-tRNA合成酶合成酶氨基酰氨基酰-tRNA合成酶作用机理合成酶作用机理 氨基酸氨基酸ATP-E 氨基酰氨基酰-AMP-E PPi 氨基酰氨基酰-AMP-EtRNA 氨基酰氨基酰-tRNAAMPE氨基酰氨基酰-tRNA合成酶作用特点合成酶作用特点l 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都都有高有高度特异性度特异性l 氨基酰氨基酰-tRNA合成酶具有高效的合成酶具有高效的校正活性校正活性氨基酰氨基酰-tRNA合成酶具有高度特异性合成酶具有高度特异性氨基酰氨基酰-tRNA合成酶具有高效的校正活性合
17、成酶具有高效的校正活性动力学校正动力学校正化学校正化学校正酶的特异性酶的特异性酯酶水解活性酯酶水解活性氨基酸活化的意义氨基酸活化的意义：（1）有利于在核糖体上形成肽键有利于在核糖体上形成肽键。（2）利于将氨基酸正确送到核糖体特定位置。）利于将氨基酸正确送到核糖体特定位置。参与翻译的蛋白质因子参与翻译的蛋白质因子l 起始因子起始因子（initiation factor，IF）l 延长因子延长因子（elongation factor，EF）l 释放因子释放因子（release factor，RF）二、二、翻译的起始翻译的起始参与参与原核生物原核生物翻译的蛋白质因子翻译的蛋白质因子种类种类生物学功能
18、生物学功能起始因子起始因子IF-1IF-1占据占据A A位防止结合其他位防止结合其他tRNAtRNAIF-2IF-2促进起始促进起始tRNAtRNA与小亚基结合与小亚基结合IF-3IF-3促进大小亚基分离，提高促进大小亚基分离，提高P P位对结合起始位对结合起始tRNAtRNA的敏感性的敏感性延长因子延长因子EF-TuEF-Tu促进氨基酰促进氨基酰-tRNA-tRNA进入进入A A位，结合并分解位，结合并分解GTPGTPEF-TsEF-Ts调节亚基调节亚基EF-GEF-G有转位酶活性，促进有转位酶活性，促进mRNA-mRNA-肽酰肽酰-tRNA-tRNA由由A A位移至位移至P P位，促进位，
19、促进tRNAtRNA卸载与释放卸载与释放释放因子释放因子RF-1RF-1特异识别特异识别UAAUAA、UAGUAG，诱导转肽酶转变为酯酶，诱导转肽酶转变为酯酶RF-2RF-2特异识别特异识别UAAUAA、UGAUGA，诱导转肽酶转变为酯酶，诱导转肽酶转变为酯酶RF-3RF-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GTPGTP酶活性，能介导酶活性，能介导RF-1RF-1及及RF-2RF-2与核蛋白体的相互作用与核蛋白体的相互作用1. 原核生物的翻译起始过程原核生物的翻译起始过程（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
20、始）起始fMet-tRNAifMet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IF-3IF-1（1）核蛋白体大小亚基分离）核蛋白体大小亚基分离A U G53IF-3IF-1（2）mRNA在小亚基定位结合在小亚基定位结合mRNA在核蛋白体小亚基上准确定位机制在核蛋白体小亚基上准确定位机制 在各种在各种mRNA起始起始AUG上游约上游约813核苷酸部核苷酸部位，存在一段由位，存在一段由49个核苷酸组成的一致序列，富个核苷酸组成的一致序列，富含嘌呤碱基，如含嘌呤碱基，如-AGGAGG-，称为，称为SD序列序列（Shine-Dalgarno sequence），又称核蛋白体结），又称核
21、蛋白体结合位点（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序列上的每个基因编码序列均拥有各自的列均拥有各自的SD序列和起始序列和起始AUG。u小亚基中的小亚基中的16S-rRNA 3-端有一富含嘧啶碱基的端有一富含嘧啶碱基的短序列，如短序列，如-UCCUCC-，通过与，通过与SD序列序列碱基互补碱基互补而使而使mRNA与小亚基结合。与小亚基结合。umRNA序列上紧接序列上紧接SD序列后的序列后的小核苷酸序列小核苷酸序列，可，可被核蛋白体小亚基蛋白被核蛋白体小亚基蛋白rpS-1识别并结合。识别并结合。mRNA在核
22、蛋白体小亚基上准确定位机制在核蛋白体小亚基上准确定位机制多顺反子中通常存在多个多顺反子中通常存在多个SD序列序列IF-3IF-1IF-2GTPA U G53（3）起始氨基酰）起始氨基酰tRNA结合到小亚基结合到小亚基IF-3IF-1IF-2GTPGDPPiA U G53（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IF-3IF-1A U G53IF-2GTPIF-2-GTPGDPPi起始复合物形成过程起始复合物形成过程三、三、翻译的延伸翻译的延伸核糖体循环核糖体循环延长因子及其功能延长因子及其功能EFeEF生物学功能生物学功能EF-TueEF-1a a结合结合GT
23、P, 携带氨基酰携带氨基酰-tRNA进入进入A位位EF-TseEF-1bgbg GTP交换蛋白交换蛋白, 使使EF-Tu上的上的GDP交换交换成成GTPEF-GeEF-2单体单体G蛋白蛋白, 具有具有GTPase活性活性, 水解水解GTP, 发挥转位酶作用发挥转位酶作用, 促进肽酰促进肽酰-tRNA由由A位移至位移至P位位肽链延长在核蛋白体上连续循环式进行，又称为核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蛋白体循环(ribosomal cycle)。 翻译延伸包括以下三步：翻译延伸包括以下三步：（1）进位）进位(positioning)（2）成肽）成肽(peptide bond
24、formation)（3）转位）转位(translocation) 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。（1）进位）进位 是指一个氨基酰是指一个氨基酰-tRNA按照按照mRNA模板的指令模板的指令进入并结合到核蛋白体进入并结合到核蛋白体A位的过程。位的过程。进位进位Tu TsGTPGDPA U G53TuTsGTP进位进位（1）进位）进位（2）成肽）成肽 成肽是在转肽酶成肽是在转肽酶(peptidase)的催化下，核蛋白的催化下，核蛋白体体P位上起始氨基酰位上起始氨基酰-tRNA的的N-甲酰甲硫氨酰基或甲酰甲硫氨酰基或肽酰肽酰-tRNA的肽酰基转移到的肽酰基
25、转移到A位并与位并与A位上氨基酰位上氨基酰-tRNA的的a a-氨基结合形成肽键的过程。氨基结合形成肽键的过程。 （二）翻译的延伸（二）翻译的延伸成肽成肽成肽成肽P位位A位位P位位A位位（1）进位）进位（2）成肽）成肽（3）转位）转位 转位是在转位是在转位酶转位酶EF-G的催化下，核蛋白体向的催化下，核蛋白体向mRNA的的3-端端移动一个密码子的距离移动一个密码子的距离，使，使mRNA序序列上的下一个密码子进入核蛋白体的列上的下一个密码子进入核蛋白体的A位、而占据位、而占据A位的肽酰位的肽酰-tRNA移入移入P位的过程。位的过程。（二）翻译的延伸（二）翻译的延伸转位转位fMetA U G53f
26、MetTuGTP成肽成肽转位转位下一轮的进位下一轮的进位肽链合成延长（核蛋白体循环）过程肽链合成延长（核蛋白体循环）过程进进位位转转位位成肽成肽（四）（四）翻译的终止翻译的终止指核蛋白体指核蛋白体A位出现位出现mRNA的的终止密码子终止密码子后，多肽后，多肽链合成停止，肽链从肽酰链合成停止，肽链从肽酰-tRNA中释出，中释出，mRNA、核蛋白体大、小亚基等分离的过程。核蛋白体大、小亚基等分离的过程。 终止阶段需要释放因子（终止阶段需要释放因子（RF）的参与。）的参与。 释放因子的功能释放因子的功能u识别终止密码子识别终止密码子lRF-1特异识别特异识别UAA、UAGlRF-2特异识别特异识别U
27、AA、UGA。u诱导转肽酶转变为酯酶活性诱导转肽酶转变为酯酶活性：催化新生肽链与结：催化新生肽链与结合在合在P位的位的tRNA之间的酯键水解，使肽链从核蛋之间的酯键水解，使肽链从核蛋白体上释放。白体上释放。uRF-3可结合核蛋白体其他部位，有可结合核蛋白体其他部位，有GTP酶活性，酶活性，能介导能介导RF-1、RF-2与核蛋白体的相互作用。与核蛋白体的相互作用。翻译的终止翻译的终止蛋白质合成的起始、延伸（动画）蛋白质合成的起始、延伸（动画）蛋白质合成的终止（动画）蛋白质合成的终止（动画）一、氨基酸活化一、氨基酸活化 与原核生物相似，但与原核生物相似，但Met不需甲酰化。不需甲酰化。第三节第三节
28、 真核生物蛋白质的生物合成真核生物蛋白质的生物合成参与参与真核生物真核生物翻译的蛋白质因子翻译的蛋白质因子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 -端的端的发夹结构，使其与小亚基结合发夹结构，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
29、定位起始AUGeIF-4EeIF-4F复合物成分，结合复合物成分，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eEF1-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-TueEF1-调节亚基，相当于调节亚基，相当于EF-TseEF-2有转位酶活性，促进有转位酶活性，促进mRNA-肽酰肽
30、酰-tRNA由由A位移至位移至P位，促进位，促进tRNA卸载与释放，相当于卸载与释放，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（1）核蛋白体大小亚基分离）核蛋白体大小亚基分离（2）起始）起始Met-tRNAiMet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）核蛋白体大亚基结合）核蛋白体大亚基结合与原核生物与原核生物顺序相反顺序相反二、翻译起始过程二、翻译起始过程帽子结构在翻译起始中的作用帽子结构在翻译起始中的作用A. eIF4F首先识别并结合帽子，并与其他首先识别并结合帽子，并与其他e
31、IF及小亚基形成能识别起始密及小亚基形成能识别起始密码子的复合物，开始识别起始密码子（图中黄色区域多少显示复合物码子的复合物，开始识别起始密码子（图中黄色区域多少显示复合物结合结合AUG能力的强弱）能力的强弱）B. 如果存在起始密码子前有小亚基结合特征序列（图中双箭头所指的红如果存在起始密码子前有小亚基结合特征序列（图中双箭头所指的红色区域），能增强复合体对起始密码子的识别色区域），能增强复合体对起始密码子的识别真核生物真核生物mRNA中的中的Kozak序列序列5 GCCAGCCAUGG 3Kozak保守序列保守序列PABP对翻译起始复合物的稳定作用对翻译起始复合物的稳定作用多聚腺苷酸结合蛋白
32、多聚腺苷酸结合蛋白（PABP）mRNA eIF-6 GDP+PielF-5ATPADP+PielF4E, elF4G, elF4A, elF4B,PABMetMet-tRNAiMet-elF-2 -GTP真核生物翻译起始复真核生物翻译起始复合物形成过程合物形成过程真核生物肽链合成的延长过程与原核生物真核生物肽链合成的延长过程与原核生物基本相似，但有不同的反应体系和延长因子。基本相似，但有不同的反应体系和延长因子。另外，真核细胞核蛋白体没有另外，真核细胞核蛋白体没有E E位，转位位，转位时卸载的时卸载的tRNAtRNA直接从直接从P P位脱落。位脱落。原核生物核糖体大亚基原核生物核糖体大亚基23
33、srRNA23srRNA有肽酰转有肽酰转移酶（转肽酶）活性，真核的在移酶（转肽酶）活性，真核的在28srRNA28srRNA中。中。三、翻译的延伸三、翻译的延伸四、翻译的终止四、翻译的终止 真核生物翻译终止过程与原核生物相似，真核生物翻译终止过程与原核生物相似，但只有但只有1 1个释放因子个释放因子eRFeRF，可识别所有终止密码，可识别所有终止密码子，完成原核生物各类子，完成原核生物各类RFRF的功能。的功能。 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（
34、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、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，再在核内合成，加工后进入胞液，再作为模板指导翻译作为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,
35、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，结合，再与再与mRNA结合结合mRNA中的中的S-D序列与序列与16S rRNA 3 -端的端的一段序列结合一段序列结合mRNA中的帽子结构与帽子结合蛋白复合中的帽子结构与帽子结合蛋白复合物结合物结合有有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10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、
36、RF-2和和RF-3释放因子为释放因子为eRF第四节第四节 蛋白质合成后加工修饰蛋白质合成后加工修饰 新生多肽链不具备蛋白质的生物学活性，必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，这一加工过程称为的功能蛋白质，这一加工过程称为翻译后修饰翻译后修饰(posttranslational modification) (posttranslational modification) 。 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多肽链折叠为天然的三维构象及对肽链一级结构的修饰、空间结构的修饰等象及
37、对肽链一级结构的修饰、空间结构的修饰等。翻译后修饰使得蛋白质组成更加多样化，从而使翻译后修饰使得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。合成的蛋白还蛋白质结构上呈现更大的复杂性。合成的蛋白还需运输到特定部位发挥作用。需运输到特定部位发挥作用。 原核生物原核生物u肽链末端的修饰：肽链末端的修饰：去除去除N N末端蛋氨酸残基末端蛋氨酸残基脱甲酰基酶脱甲酰基酶Met-fMet-真核细胞真核细胞氨基肽酶氨基肽酶 真核生物真核生物一、多肽链的化学修饰一、多肽链的化学修饰例：例：鸦片促黑皮质素原鸦片促黑皮质素原(POMC)的水解修饰的水解修饰u多肽链的水解修饰多肽链的水解修饰u个别氨基酸
38、的共价修饰个别氨基酸的共价修饰 1糖基化糖基化 2羟基化羟基化 3甲基化甲基化 4磷酸化磷酸化 5二硫键形成二硫键形成 6亲脂性修饰亲脂性修饰 个别氨基酸的修饰个别氨基酸的修饰磷酸化：磷酸化：丝氨酸，苏氨酸，酪氨酸丝氨酸，苏氨酸，酪氨酸羟基化：羟基化：脯氨酸，赖氨酸脯氨酸，赖氨酸酰基化：酰基化：组氨酸组氨酸甲基化：甲基化：色氨酸色氨酸核糖基化：核糖基化：精氨酸精氨酸意义：意义： 调节蛋白质结构与功能调节蛋白质结构与功能新生肽链的折叠在肽链合成中、合成后完成，新生肽链的折叠在肽链合成中、合成后完成，新新生肽链生肽链N-端在核蛋白体上一出现，肽链的折叠端在核蛋白体上一出现，肽链的折叠即开始即开始。
39、可能随着序列的不断延伸肽链逐步折。可能随着序列的不断延伸肽链逐步折叠，产生正确的二级结构、模序、结构域到形叠，产生正确的二级结构、模序、结构域到形成完整空间构象。成完整空间构象。一般认为，一般认为，多肽链自身氨基酸顺序储存着蛋白质多肽链自身氨基酸顺序储存着蛋白质折叠的信息折叠的信息，即一级结构是空间构象的基础。，即一级结构是空间构象的基础。细胞中大多数天然蛋白质折叠都不是自动完成，细胞中大多数天然蛋白质折叠都不是自动完成，而需要其他酶和蛋白质辅助。而需要其他酶和蛋白质辅助。二、多肽链的折叠二、多肽链的折叠n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
40、(molecular chaperon) 2.蛋白质二硫键异构酶蛋白质二硫键异构酶 (protein disulfide isomerase, PDI)3. 肽肽-脯氨酰顺反异构酶脯氨酰顺反异构酶 (peptide prolyl-cis-trans isomerase, PPI)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非天分子伴侣是细胞内一类可识别肽链的非天然构象、促进各功能域和整体蛋白质的正确折然构象、促进各功能域和整体蛋白质的正确折叠的保守蛋白质。叠的保守蛋白质。 n分子伴侣有以下功能：分子伴侣有以下功能：封闭待折叠蛋白质的暴露的疏水区段；封闭待折叠蛋白质的暴露的疏水区段；
41、创建一个隔离的环境，可以使蛋白质的折叠创建一个隔离的环境，可以使蛋白质的折叠互不干扰；互不干扰；促进蛋白质折叠和去聚集；促进蛋白质折叠和去聚集；遇到应激刺激，使已折叠的蛋白质去折叠。遇到应激刺激，使已折叠的蛋白质去折叠。 (1) (1) 热休克蛋白热休克蛋白(heat shock protein, HSP) (heat shock protein, HSP) (2) (2) 伴侣蛋白伴侣蛋白( (chaperoninchaperonin) ) n分子伴侣主要有：分子伴侣主要有：(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，高温应
42、激热休克蛋白属于应激反应性蛋白质，高温应激可诱导该蛋白质合成。可诱导该蛋白质合成。热休克蛋白可促进需要热休克蛋白可促进需要折叠的多肽折叠为有天然空间构象的蛋白质。折叠的多肽折叠为有天然空间构象的蛋白质。 热休克蛋白包括热休克蛋白包括HSP70HSP70、HSP40HSP40和和GrpEGrpE三族。三族。它有两个主要功能域：一个是存在于它有两个主要功能域：一个是存在于N-端的高度端的高度保守的保守的ATP酶结构域，能结合和水解酶结构域，能结合和水解ATP；另；另一个是存在于一个是存在于C-端的多肽链结合结构域。蛋白端的多肽链结合结构域。蛋白质的折叠需要这两个结构域的相互作用。质的折叠需要这两个
43、结构域的相互作用。 大肠杆菌的大肠杆菌的HSP70 (DnaK)ATP酶肽链结合结构域H2NEEVD-COOHGrp E结合部位结合部位DnaJ/HSP40结合部位结合部位大肠杆菌中的大肠杆菌中的HSP70 反应循环反应循环(2) 伴侣蛋白伴侣蛋白(chaperonin) 伴侣蛋白是分子伴侣的另一家族，如大肠伴侣蛋白是分子伴侣的另一家族，如大肠杆菌的杆菌的GroGro EL EL和和GroGro ES ES（真核细胞中同源（真核细胞中同源物为物为HSP60HSP60和和HSP10HSP10）等家族。）等家族。 其主要作用是为非自发性折叠蛋白质提供其主要作用是为非自发性折叠蛋白质提供能折叠形成天
44、然空间构象的微环境。能折叠形成天然空间构象的微环境。 当待折叠肽链进入当待折叠肽链进入Gro EL的桶状空腔后，的桶状空腔后，Gro ES可作为可作为“盖子盖子”瞬时封闭瞬时封闭Gro EL空腔出口。封空腔出口。封闭后的桶状空腔提供了能完成该肽链折叠的微环境。闭后的桶状空腔提供了能完成该肽链折叠的微环境。nGro EL-Gro ES复合物复合物nGro EL-Gro ES反应循环反应循环 2. 蛋白质二硫键异构酶蛋白质二硫键异构酶 多肽链内或肽链之间二硫键的正确形成对稳定多肽链内或肽链之间二硫键的正确形成对稳定分泌型蛋白质、膜蛋白质等的天然构象十分重分泌型蛋白质、膜蛋白质等的天然构象十分重要，
45、这一过程主要在细胞内质网进行。要，这一过程主要在细胞内质网进行。 二硫键异构酶在内质网腔活性很高，可在较大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错配二硫键断裂并形成正确二区段肽链中催化错配二硫键断裂并形成正确二硫键连接，最终使蛋白质形成热力学最稳定的硫键连接，最终使蛋白质形成热力学最稳定的天然构象。天然构象。3. 肽肽-脯氨酰顺反异构酶脯氨酰顺反异构酶 多肽链中肽酰多肽链中肽酰- -脯氨酸间形成的肽键有顺反两脯氨酸间形成的肽键有顺反两种异构体，空间构象有明显差别。种异构体，空间构象有明显差别。 肽酰肽酰- -脯氨酰顺反异构酶可促进上述顺反两种脯氨酰顺反异构酶可促进上述顺反两种异
46、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限速酶，在肽链合成需形成顺式构型时，成的限速酶，在肽链合成需形成顺式构型时，可使多肽在各脯氨酸弯折处形成准确折叠。可使多肽在各脯氨酸弯折处形成准确折叠。 第五节第五节 蛋白质在细胞中的分选与定位蛋白质在细胞中的分选与定位 蛋白质在核蛋白体上合成后，必须分选出蛋白质在核蛋白体上合成后，必须分选出来，定向输送到一个合适的部位才能行使各自来，定向输送到一个合适的部位才能行使各自的生物学功能。蛋白质的靶向输送与翻译后修的生物学功能。蛋白质的靶向输送与翻译后修饰过程同步进行。饰过程同
47、步进行。 蛋白质合成后被定向输送到其发挥作用的靶位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点的过程称为蛋白质的靶向输送蛋白质的靶向输送(protein (protein targeting)targeting)。 真核细胞分泌型蛋白质的靶向输送过程为：真核细胞分泌型蛋白质的靶向输送过程为：核蛋白体上合成的肽链先由信号肽引导进入内质核蛋白体上合成的肽链先由信号肽引导进入内质网腔并被折叠成为具有一定功能构象的蛋白质，网腔并被折叠成为具有一定功能构象的蛋白质，在高尔基复合体中被包装进分泌小泡，转移至细在高尔基复合体中被包装进分泌小泡，转移至细胞膜，再分泌到细胞外。蛋白质离开合成所在的胞膜
48、，再分泌到细胞外。蛋白质离开合成所在的细胞，转运到血液或其他细胞中发挥作用，称为细胞，转运到血液或其他细胞中发挥作用，称为分泌性蛋白。分泌性蛋白。一、分泌蛋白的运输一、分泌蛋白的运输 蛋白质离开合成所在的细胞，转运到学院或蛋白质离开合成所在的细胞，转运到学院或其他细胞中发挥作用，称为分泌性蛋白。其他细胞中发挥作用，称为分泌性蛋白。 所有靶向输送的蛋白质结构中存在分选信号，所有靶向输送的蛋白质结构中存在分选信号，主要是主要是N N末端特异氨基酸序列末端特异氨基酸序列，可引导蛋白质，可引导蛋白质转移到细胞的适当靶部位，这类序列称为转移到细胞的适当靶部位，这类序列称为信号信号序列序列(signal
49、sequence)(signal sequence)。 信号序列是决定蛋白质靶向输送特性的最重要信号序列是决定蛋白质靶向输送特性的最重要元件，提示指导蛋白质靶向输送的信息存在于元件，提示指导蛋白质靶向输送的信息存在于蛋白质自身的一级结构中。蛋白质自身的一级结构中。 n 靶向输送的蛋白质靶向输送的蛋白质N-端存在信号序列端存在信号序列 N-N-端含端含1 1个或几个带正电荷的碱性氨基酸残基，个或几个带正电荷的碱性氨基酸残基，如赖氨酸、精氨酸；如赖氨酸、精氨酸； 中段为疏水核心区，主要含疏水的中性氨基酸，中段为疏水核心区，主要含疏水的中性氨基酸，如亮氨酸、异亮氨酸等；如亮氨酸、异亮氨酸等； C-C
50、-端加工区由一些极性相对较大、侧链较短的端加工区由一些极性相对较大、侧链较短的氨基酸（如甘氨酸、丙氨酸、丝氨酸）组成，氨基酸（如甘氨酸、丙氨酸、丝氨酸）组成，紧接着是被信号肽酶紧接着是被信号肽酶(signal peptidase)(signal peptidase)裂解裂解的位点的位点 。n信号肽信号肽 输送到输送到溶酶体、质膜或分泌到胞外的蛋白溶酶体、质膜或分泌到胞外的蛋白质质肽链肽链N N端的信号序列称为端的信号序列称为信号肽信号肽。信号肽的一级结构信号肽的一级结构l N端氨基酸带正电荷端氨基酸带正电荷l 中间中间1015或更多的疏水氨基酸区段或更多的疏水氨基酸区段l C端加工区：极性小分
