1、 Protein Biosynthesis (Translation)蛋白质的生物合成蛋白质的生物合成(翻译)第十二章第十二章医学检验系医学检验系 李林梅李林梅蛋白质的生物合成过程就是将蛋白质的生物合成过程就是将mRNA分子中由分子中由碱基序列碱基序列组成的遗传信组成的遗传信息，通过息，通过遗传密码遗传密码破译的方式转变成为破译的方式转变成为蛋白质中的蛋白质中的氨基酸排列顺序氨基酸排列顺序，因而称为，因而称为翻译（翻译（translation)。（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反应过程反应过程（1）
2、维持多种生命活动）维持多种生命活动（2）适应环境的变化）适应环境的变化（3）参与组织的更新和修复）参与组织的更新和修复生物学意义生物学意义 第一节第一节蛋白质合成体系蛋白质合成体系Protein Biosynthesis System l 20种氨基酸作为原料种氨基酸作为原料l 酶及蛋白因子，如酶及蛋白因子，如IF、eIF等等l ATP、GTP、无机离子、无机离子参与蛋白质生物合成的物质包括：参与蛋白质生物合成的物质包括：l 三种三种RNA mRNA rRNA tRNA 1961年，年，Nirenberg 证明了证明了mRNA的模板作用。的模板作用。一、翻译模板一、翻译模板mRNA及遗传密码及
3、遗传密码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DNase蛋蛋白白质质合合成成量量时间时间 mRNA是遗传信息的携带者是遗传信息的携带者 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子顺反子（cistron）。）。 原核细胞中数个结构基因常串联为一个转录单原核细胞中数个结构基因常串联为一个转录单位，转录生成的位，转录生成的mRNA可编码几种功能相关的可编码几种功能相关的蛋白质，为
4、蛋白质，为多顺反子多顺反子（polycistron）。）。 真核生物一个真核生物一个mRNA只编码一种蛋白质，为只编码一种蛋白质，为单单顺反子顺反子（single cistron）。）。5 “帽子帽子”PolyA 3 顺反子顺反子(cistron ) m7G-5 ppp-N-3 pAAAAAAA-OH原核生物的原核生物的多顺反子多顺反子真核生物的真核生物的单顺反子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 mRNA结构简图结构简图l mRNA上存在遗传密码
5、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（triplet codon）。）。53m7GpppAAAAn3非翻译区5非翻译区编码区AUGUAAORF从从mRNA 5 端起始密码子端起始密码子AUG到到3 端终端终止密码子之间的核苷酸序列，称为止密码子之间的核苷酸序列，称为开放阅读开放阅读框架框架(open reading frame, ORF)。 保温保温蛋白质合成停止蛋白质合成停止
6、poly U，ATP，GTP，氨基酸氨基酸多聚苯丙氨酸多聚苯丙氨酸（UUU是是Phe的密码子）的密码子）同样方法证明了同样方法证明了CCC是是Pro的密码子，的密码子，AAA是是Lys的密码子。的密码子。提取液（提取液（DNA、mRNA、tRNA、核糖体、酶、离子）、核糖体、酶、离子）遗传密码的破译遗传密码的破译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起始密码子和终止密码子：起始密码子和终止密码子：遗遗传传密密码码表表1. 方向性方向性(directional)NC肽链延伸方向肽链延伸方
7、向53读码方向读码方向l遗传密码的特点遗传密码的特点连续连续2. 连续性连续性（commaless）编码蛋白质氨基酸序列的各个三联编码蛋白质氨基酸序列的各个三联体密码连续阅读，密码间既无间隔也无体密码连续阅读，密码间既无间隔也无重叠。重叠。 重叠密码重叠密码非重叠连续的密码非重叠连续的密码不连续的密码不连续的密码基因损伤引起基因损伤引起mRNA阅读框架内的碱阅读框架内的碱基发生插入或缺失，可能导致基发生插入或缺失，可能导致框移突变框移突变(frameshift mutation)。 由于对由于对mRNA外显子的加工，造成外显子的加工，造成mRNA与其与其DNA模板序列之间不匹配，使模板序列之间
8、不匹配，使同一同一mRNA前体翻译出序列、功能不同的前体翻译出序列、功能不同的蛋白质。这种基因表达的调节方式称为蛋白质。这种基因表达的调节方式称为mRNA编辑（编辑（mRNA editing)。 mRNA编辑编辑3. 简并性简并性（degeneracy）遗传密码中，除色氨酸和甲硫氨酸仅有遗传密码中，除色氨酸和甲硫氨酸仅有一个密码子外，其余氨基酸有一个密码子外，其余氨基酸有24个或多至个或多至6个密码子为之编码。个密码子为之编码。一个一个AA有多个密码；密码上第一、二位上有多个密码；密码上第一、二位上碱基不变，第三位碱基可改变。如：碱基不变，第三位碱基可改变。如：UCU UCC UCA UCG
9、都代表都代表Ser。遗传密码的简并性遗传密码的简并性密码子简并性的生物学意义：减少有密码子简并性的生物学意义：减少有害突变。害突变。 遗传密码的特异性主要取决于前两位遗传密码的特异性主要取决于前两位碱基。碱基。GCU ACUGCC ACCGCA ACAGCG ACGAlaThr4. 通用性通用性（universal） 蛋白质生物合成的整套密码，从原核生蛋白质生物合成的整套密码，从原核生物到人类都通用。物到人类都通用。 密码的通用性进一步证明各种生物进化密码的通用性进一步证明各种生物进化来自同一祖先。来自同一祖先。 已发现少数例外，如动物细胞的已发现少数例外，如动物细胞的线粒线粒体体、植物细胞的
10、、植物细胞的叶绿体叶绿体。 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5. 摆动性摆动性（wobble）tRNA上反密码子的上反密码子的第第1位位碱基与碱基与mRNA密码子的密码子的第第3位位碱基配对时，可以碱基配对时，可以在一定范围内变动，即并不严格遵循碱基在一定范围内变动，即并不严格遵循碱基配对规律，这一现象称为配对规律，这一现象称为摆动性摆动性。密码子、反密码子配对的摆动现密码子、反密码子配对的摆动现象象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
11、U, C, AA, GU, CUG摆动配对摆动配对U 二、核蛋白体是蛋白质合成的场所二、核蛋白体是蛋白质合成的场所 核蛋白体核蛋白体又称又称核糖体核糖体，是由，是由rRNA和多种蛋和多种蛋白质结合而成的一种大的核糖核蛋白颗粒，是白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。蛋白质生物合成的场所。核蛋白体的组成核蛋白体的组成核蛋核蛋白体白体原核生物原核生物真核生物真核生物蛋白质蛋白质S值值rRNA 蛋白质蛋白质S值值rRNA小亚基小亚基21种种30S16S33种种40S18S大亚基大亚基34种种50S23S5S49种种60S28S5.8S5S核蛋白核蛋白体体70S80S原核生物翻
12、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: :A位：氨基酰位位：氨基酰位(aminoacyl site)P位：肽酰位位：肽酰位(peptidyl site)E位：排出位位：排出位(exit site)目目 录录 30S小亚基：有小亚基：有mRNA结合位点结合位点50S大亚基：大亚基： E位位：排出位排出位（Exit site）转肽酶活性转肽酶活性大小亚基共同组成：大小亚基共同组成：A位位：氨基酰位氨基酰位(aminoacyl site)P位位：肽酰位肽酰位(peptidyl site)三、三、tRNA反密码环反密码环氨基酸臂氨基酸臂tRNA在翻译过程在翻译过程中起中起接合体接
13、合体（adaptor）作用，又是作用，又是氨基酸的运氨基酸的运载体。载体。三、三、tRNA运载氨基酸运载氨基酸：一种氨基酸可有几种对应的：一种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；的位置；充当充当“适配器适配器”：每种：每种tRNA的反密码子决定了的反密码子决定了所携带的氨基酸能准确地在所携带的氨基酸能准确地在mRNA上对号入座。上对号入座。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tRNA的构象的构象四、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合成酶合成酶转肽酶转肽酶转位
14、酶转位酶（二）蛋白质因子（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）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 第二节第二节氨基酸的活化氨基酸的活化 Activation of Amino Acids氨基酸氨基酸 + tRNA氨基酰氨基酰- tRNAATP AMPPPi氨基酰氨基酰-tRNA合成
15、酶合成酶（一）氨基酰（一）氨基酰-tRNA合成酶合成酶(aminoacyl-tRNA synthetase)l 氨基酸的活化氨基酸的活化第一步反应第一步反应氨基酸氨基酸ATPE 氨基酰氨基酰-AMP-EAMP PPi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 tRNA与酶与酶结合的模型结合的模型tRNA氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶ATP 氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶对氨基酸和对氨基酸和tRNA都有都有高度特异高度特异性性。 氨基酰氨基酰-tRNA合成酶具有合成酶具有校正活性校正活性(proof-reading activity) 。
16、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 丝氨酰丝氨酰-tRNA：Ser-tRNASer 蛋氨酰蛋氨酰-tRNA：Met-tRNAMet tRNA 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P真核生物真核生物： Met-tRNAiMet原核生物原核生物： fMet-tRNAifMet（二）起始肽链合成的氨基酰（二）起始肽链合成的氨基酰-tRNA fMet-tRNAifMet的生成的生成：Met-
17、tRNAifMetfMet-tRNAifMet转甲酰基酶N10-CHO FH4 第三节第三节蛋白质生物合成过程蛋白质生物合成过程The Process of Protein Biosynthesis蛋白质合成中蛋白质合成中mRNA模板的方向：模板的方向：5 3；蛋白质的合成方向：蛋白质的合成方向：N端端 C端端。蛋白质合成过程：蛋白质合成过程：起始起始延长延长终止终止 起始起始(initiation) 延长延长(elongation) 终止终止(termination )一、原核生物的肽链合成过程一、原核生物的肽链合成过程（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
18、-tRNA分别与分别与核蛋白体结合而形成核蛋白体结合而形成翻译起始复合物翻译起始复合物 (translational initiation complex)。参与起始过程的蛋白质因子称起始因参与起始过程的蛋白质因子称起始因子（子（initiation factor，IF）。）。参与起始过程的蛋白质因子称起始因子参与起始过程的蛋白质因子称起始因子（initiation factor，IF）。原核生物起始因）。原核生物起始因子有三种：子有三种：IF-1：占据：占据A位防止结合其他位防止结合其他tRNA。IF-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
19、：促进大小亚基分离，提高P位对结位对结合起始合起始tRNA敏感性。敏感性。原核生物各种起始因子的生物功能原核生物各种起始因子的生物功能 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的的敏感性敏感性延长因子延长因子EF-Tu促进氨基酰促进氨基酰-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
20、位移至至P位，促进位，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，能酶活性，能介导介导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 原核生物翻译起始复合物形成原核生物翻译起始复合物形成核蛋白体大小亚基分离；核蛋白体大小亚基分离；mRNA在小亚基定位结合；在小亚基定位结合；起始氨基酰起始氨基酰-tRNA的结合；的结合； 核蛋白体大亚基结合
21、。核蛋白体大亚基结合。IF-3IF-11. 核蛋白体大小亚基分离核蛋白体大小亚基分离A U G53IF-3IF-12. mRNA在小亚基定位结合在小亚基定位结合S-D序列序列： 在原核生物在原核生物mRNA起始密码起始密码AUG上上游，存在游，存在49个富含嘌呤碱的一致性序列，个富含嘌呤碱的一致性序列，如如-AGGAGG-，称为，称为S-D序列。又称为核序列。又称为核蛋白体结合位点（蛋白体结合位点（ribosomal binding site，RBS) S-D序列序列 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，
22、通过与与S-D序列碱基互补序列碱基互补而使而使mRNA与小亚基结合。与小亚基结合。 mRNA序列上序列上紧接紧接S-D序列后的小核苷酸序列后的小核苷酸序列，序列，可被核蛋白体小亚基蛋白可被核蛋白体小亚基蛋白rpS-1识别识别并结合并结合。IF-3IF-1IF-2GTPA U G533. 起始氨基酰起始氨基酰tRNA与小亚基结合与小亚基结合IF-3IF-1IF-2GTPGDPPiA U G534. 核蛋白体大亚基结合核蛋白体大亚基结合IF-3IF-1A U G53IF-2GTPIF-2-GTPGDPPi起始过程消耗起始过程消耗1个个GTP。（二）肽链的延长（二）肽链的延长指按照指按照mRNA密码
23、序列的指导，依次添密码序列的指导，依次添加氨基酸加氨基酸从从N端向端向C端端延伸肽链，直到合成延伸肽链，直到合成终止的过程。终止的过程。 肽链的延长是在核蛋白体上连续性循环式肽链的延长是在核蛋白体上连续性循环式进行，又称为核蛋白体循环（进行，又称为核蛋白体循环（ribosomal cycle)，每次循环增加一个氨基酸，分为，每次循环增加一个氨基酸，分为以下三步：以下三步： 进位进位（entrance） 成肽成肽（peptide bond formation） 转位转位（translocation）原核延原核延长因子长因子生物功能生物功能对应真核对应真核延长因子延长因子EF-Tu促进氨基酰促进氨
24、基酰-tRNA进入进入A位，位，结合分解结合分解GTPEF-1-EF-Ts调节亚基调节亚基EF-1-EFG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位前移到位前移到P位，位，促进卸载促进卸载tRNA释放释放EF-2肽链合成的延长因子肽链合成的延长因子 1、进位进位指根据指根据mRNA下一组遗传密码指下一组遗传密码指导，使相应氨基酰导，使相应氨基酰-tRNA进入核蛋白进入核蛋白体体A位。位。延长因子延长因子EF-T催化催化进位（原核生物）进位（原核生物）Tu TsGTPGDPA U G53TuTsGTP 成肽是在成肽是在转肽酶转肽酶(peptidase)的催化下，核蛋
25、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位位上上氨基酰氨基酰-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。 2、成肽成肽n成肽的反应过程成肽的反应过程 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，使mRNA序列上的序列上的下一个密码子下一个密码子进入核蛋白体进入核蛋白体的的A位、而占据位、而占据A位的肽酰位的肽酰-tRNA移入移入P位的位的过程。过程。 转位需要延
26、长因子转位需要延长因子EF-G参与。参与。3、转位转位EF-G有有转位酶转位酶（translocase）活性，可结）活性，可结合并水解合并水解1分子分子GTP，促进核蛋白体向，促进核蛋白体向mRNA的的3侧移动，使起始二肽酰侧移动，使起始二肽酰-tRNA-mRNA相对相对位移进入核蛋白体位移进入核蛋白体P位位，而卸载的，而卸载的tRNA则移则移入入E位位。fMetA U G53fMetTuGTP成肽成肽转位转位下一轮进位下一轮进位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 （三）肽链合成的终止三）肽链合成的终止当当mRNA上终止密码出现后，多
27、肽链上终止密码出现后，多肽链合成停止，肽链从肽酰合成停止，肽链从肽酰-tRNA中释出，中释出，mRNA、核蛋白体等分离，这些过程称、核蛋白体等分离，这些过程称为肽链合成终止。为肽链合成终止。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) 识别终止密码，如识别终止密码，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。 诱导转肽酶改变为酯酶活性，使肽链从核蛋诱导转肽酶改变为酯酶活性，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-
28、3 原原核核肽肽链链合合成成终终止止过过程程 U A G53RFCOO- 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PATP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5个个P。二、真核生物的肽链合成过程二、真核生物的肽链合成过程（一）起始（一）起始 核蛋白体大小亚基分离；核蛋白体大小亚基分离； 起始氨基酰起始氨基酰-tRNA的结合；的结合； mRNA在小亚基定位结合；在小亚基定位结合； 核蛋白体大亚基结合。核蛋白体大亚基结合。mRNA eIF-6 GDP+Pi
29、elF-5ATPADP+PielF4E, elF4G, elF4A, elF4B,PAB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Met-tRNAiMet-elF-2 -GTP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。（二）延长（二）延长（三）终止（三）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，但但只有只有1个
30、释放因子个释放因子eRF，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RF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、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
31、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,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
32、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、RF-2和和RF-3释放因子为释放因子为eRF 真核生物翻译起始的特点真核生物翻译起始的特点 核蛋白体是核蛋白体是80S； 起始因子种类多；起始因子种类多； 起始起始tRNA的的Met不需甲酰化；不需甲酰化； mRNA的的5帽子和帽子和3poly A尾
33、结构与尾结构与mRNA在核蛋白体就位有关；在核蛋白体就位有关； 起始起始tRNA先与核蛋白体小亚基结合，然后先与核蛋白体小亚基结合，然后再结合再结合mRNA。 （四）多聚核蛋白体（四）多聚核蛋白体 （polysome)一个一个mRNA分子可同分子可同时有多个核蛋白体在进行同时有多个核蛋白体在进行同一种蛋白质的合成，这种一种蛋白质的合成，这种mRNA和多个核蛋白体的聚和多个核蛋白体的聚合物称为多聚核蛋白体。合物称为多聚核蛋白体。电镜下的多聚核蛋白体现象电镜下的多聚核蛋白体现象第第 四四 节节蛋白质翻译后修饰和靶向输送蛋白质翻译后修饰和靶向输送Posttranslational Modificat
34、ion and Targeting Transfer of Protein从核蛋白体释放出的新生多肽链不具备蛋白从核蛋白体释放出的新生多肽链不具备蛋白质生物活性，必需经过不同的翻译后复杂加工过质生物活性，必需经过不同的翻译后复杂加工过程才转变为天然构象的功能蛋白。程才转变为天然构象的功能蛋白。主要包括主要包括 多肽链折叠为天然的三维结构多肽链折叠为天然的三维结构 肽链一级结构的修饰肽链一级结构的修饰 空间结构修饰空间结构修饰 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 新生肽链的折叠在肽链合成中、合成后进行，新生肽链的折叠在肽链合成中、合成后进行，新生肽链新生肽链
35、N端在核蛋白体上一出现，肽链的折端在核蛋白体上一出现，肽链的折叠即开始。可能随着序列的不断延伸肽链逐叠即开始。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、模体、结构步折叠，产生正确的二级结构、模体、结构域到形成完整的空间构象。域到形成完整的空间构象。 大多数天然蛋白质折叠都需要其他酶和蛋白大多数天然蛋白质折叠都需要其他酶和蛋白质的辅助。质的辅助。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. 分子伴侣分子伴侣 (molecular chaperon) 2. 蛋白二硫键异构酶蛋白二硫键异构酶 (protein disulfide isomerase, PDI)3.
36、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）热休克蛋白）热休克蛋白(heat shock protein, HSP) HSP70、HSP40和和GreE族族 （2）伴侣蛋白）伴侣蛋白(chaperonins) GroEL和和GroES家族家族1. 1. 分子伴侣分子伴侣分子伴侣是细胞中一类保守蛋白质，可识别分子伴侣是细胞中一类保守蛋白质，可识别肽链的非天然构象，促进各功能域和整体蛋白质肽链的非天然构象，促进各功能域和整体蛋白质的正确折叠。的正确折叠。 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
37、的基本作用：结合保护待折叠多肽片段，再释放该片结合保护待折叠多肽片段，再释放该片段进行折叠。形成段进行折叠。形成HSP70和多肽片段依次和多肽片段依次结合、解离的循环。结合、解离的循环。 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 大肠杆菌中的大肠杆菌中的HSP70 反应循环反应循环伴侣素的主要作用伴侣素的主要作用: :为非自发性折叠蛋白质提供能折叠形为非自发性折叠蛋白质提供能折叠形成天然空
38、间构象的微环境。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。Gro EL-Gro ES复合物复合物伴侣素系统促进蛋白质折叠过程伴侣素系统促进蛋白质折叠过程 2. 蛋白二硫键异构酶蛋白二硫键异构酶（PDI） 二硫键异构酶在内质网腔活性很高，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可在较大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
39、终使蛋白质形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天然构象。成热力学最稳定的天然构象。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脯氨酸间形成的肽键有顺反两种异构体，空间构象明显差别。两种异构体，空间构象明显差别。 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，可成的限速酶，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
40、成准确折叠。使多肽在各脯氨酸弯折处形成准确折叠。 二、蛋白质一级结构修饰主要是肽键二、蛋白质一级结构修饰主要是肽键水解和化学修饰水解和化学修饰 （一）肽链末端的修饰（一）肽链末端的修饰（二）个别氨基酸的共价修饰（二）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NC信号肽信号肽PMOCKRKR103肽肽 ( ？)ACTH -LT -MSH -MSHEndophin（三）多肽链的水解修饰（三）多肽链的水解修饰三、三、空间结构的修饰空间结构的修饰（一
41、）亚基聚合（一）亚基聚合 （二）辅基连接（二）辅基连接蛋白质合成后需要经过复杂机制，蛋白质合成后需要经过复杂机制，定向输送到最终发挥生物功能的细胞靶定向输送到最终发挥生物功能的细胞靶部位，这一过程称为蛋白质的靶向输送。部位，这一过程称为蛋白质的靶向输送。 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（protein targeting） 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末端特异氨基酸序列，可引导蛋白质末端特异氨基酸序列，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，
42、这类序列称为信号信号序列序列(signal sequence)。（一）靶向输送的蛋白质（一）靶向输送的蛋白质N-端存在信号序列端存在信号序列N-端端含含1个或几个带正电荷的个或几个带正电荷的碱性氨基酸残基碱性氨基酸残基，如，如赖氨酸、精氨酸；赖氨酸、精氨酸；中段中段为疏水核心区，主要含疏水的为疏水核心区，主要含疏水的中性氨基酸中性氨基酸，如亮氨酸、异亮氨酸等；如亮氨酸、异亮氨酸等；C-端端加工区由一些加工区由一些极性极性相对较大、侧链较短的相对较大、侧链较短的氨氨基酸基酸（如甘氨酸、丙氨酸、丝氨酸）组成，紧接（如甘氨酸、丙氨酸、丝氨酸）组成，紧接着是被信号肽酶着是被信号肽酶(signal pe
43、ptidase)裂解的位点裂解的位点 。n信号肽有以下共性：信号肽有以下共性：信号肽的一级结构信号肽的一级结构N端侧碱性区端侧碱性区 疏水核心区疏水核心区 C端加工区端加工区 靶向输送蛋白靶向输送蛋白信号序列或成分信号序列或成分分泌蛋白分泌蛋白信号肽信号肽内质网腔蛋白内质网腔蛋白信号肽，信号肽，C端端-Lys-Asp-Glu-Leu-COO-(KDEL序列序列)线粒体蛋白线粒体蛋白N端靶向序列（端靶向序列（2035氨基酸残基）氨基酸残基）核蛋白核蛋白核定位序列（核定位序列（-Pro-Pro-Lys-Lys-Lys-Arg-Lys-Val-，SV40 T抗原）抗原）过氧化体蛋白过氧化体蛋白-Se
44、r-Lys-Leu-（PST序列）序列）溶酶体蛋白溶酶体蛋白Man-6-P（甘露糖（甘露糖-6-磷酸）磷酸）靶向输送蛋白的信号序列或成分靶向输送蛋白的信号序列或成分 靶向输送到细胞核的蛋白质其多肽链内含有特异信号靶向输送到细胞核的蛋白质其多肽链内含有特异信号序列，称为序列，称为核定位序列核定位序列(nuclear localization sequence, NLS) 。 NLS为含为含48个氨基酸残基的短序列，富含带正电荷个氨基酸残基的短序列，富含带正电荷的赖氨酸、精氨酸和脯氨酸，可位于肽链的不同部位，的赖氨酸、精氨酸和脯氨酸，可位于肽链的不同部位，而不只在而不只在N末端。末端。n核定位序列
45、核定位序列 核蛋白体上合成的肽链先由信号肽引导进入核蛋白体上合成的肽链先由信号肽引导进入内质内质网腔网腔并被折叠成为具有一定功能构象的蛋白质，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在高尔基复合体中被包装进分泌小泡分泌小泡，转移至细，转移至细胞膜，再分泌到细胞外。胞膜，再分泌到细胞外。（二）分泌型蛋白质由分泌小泡靶向输送至胞外（二）分泌型蛋白质由分泌小泡靶向输送至胞外信号肽引导真核分泌蛋白进入内质网信号肽引导真核分泌蛋白进入内质网 （三）蛋白质（三）蛋白质6-磷酸甘露糖基化是靶向输送至磷酸甘露糖基化是靶向输送至溶酶体的信号溶酶体的信号 内质网蛋白质多肽链的内质网蛋白质多肽
46、链的C-端含有滞留信号序列，端含有滞留信号序列，可与相应受体结合。在高尔基复合体上，内质可与相应受体结合。在高尔基复合体上，内质网蛋白质通过其滞留信号序列与受体结合后，网蛋白质通过其滞留信号序列与受体结合后，随囊泡输送回内质网。随囊泡输送回内质网。 （四）靶向输送至内质网的蛋白质（四）靶向输送至内质网的蛋白质C-端含有端含有滞留信号序列滞留信号序列（五）质膜蛋白质的靶向输送由囊泡转移到（五）质膜蛋白质的靶向输送由囊泡转移到细胞膜细胞膜 机制与分泌型蛋白质的跨膜机制相似，但质机制与分泌型蛋白质的跨膜机制相似，但质膜蛋白质的肽链并不完全进入内质网腔，而膜蛋白质的肽链并不完全进入内质网腔，而是是锚定
47、在内质网膜锚定在内质网膜上。上。 不同类型的跨膜蛋白质以不同的形式锚定于不同类型的跨膜蛋白质以不同的形式锚定于膜上。膜上。 （六）线粒体蛋白质以其前体形式在胞液合（六）线粒体蛋白质以其前体形式在胞液合成后靶向输入线粒体成后靶向输入线粒体 绝大部分线粒体蛋白质是由核基因组绝大部分线粒体蛋白质是由核基因组编码、在胞液中的游离核蛋白体上合编码、在胞液中的游离核蛋白体上合成后释放、靶向输送到线粒体中的。成后释放、靶向输送到线粒体中的。线粒体蛋白的靶向输送线粒体蛋白的靶向输送 （七）细胞核蛋白质在胞液中合成后经核孔靶向输（七）细胞核蛋白质在胞液中合成后经核孔靶向输送入核送入核蛋白质生物合成的干扰和抑制蛋
48、白质生物合成的干扰和抑制Interference & Inhibition of Protein Biosynthesis第第 四四 节节蛋白质生物合成是很多天然抗生素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。它们就是通过和某些毒素的作用靶点。它们就是通过阻断真核、原核生物蛋白质翻译体系某阻断真核、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组分功能，干扰和抑制蛋白质生物合成过程而起作用的。过程而起作用的。 抗生素抗生素(antibiotics)是微生物产生的能够杀灭或抑制细菌是微生物产生的能够杀灭或抑制细菌的一类药物。的一类药物。一、抗生素类一、抗生素类 影响翻译起始
49、的抗生影响翻译起始的抗生素素 影响翻译延长的抗生影响翻译延长的抗生素素 干扰进位的抗生素干扰进位的抗生素引起读码错误的抗生素引起读码错误的抗生素 影响肽键形成的抗生素影响肽键形成的抗生素 影响转位的抗生素影响转位的抗生素 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抗生素抗生素作用点作用点作用原理作用原理应用应用四环素族（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原核小亚基原核小亚基原核小亚基原核小亚基原核大
50、亚基原核大亚基原核大亚基原核大亚基原核大亚基原核大亚基真核大亚基真核大亚基真核、原核真核、原核核蛋白体核蛋白体 抑制氨基酰抑制氨基酰-tRNA与小亚与小亚基结合基结合改变构象引起读码错误、改变构象引起读码错误、抑制起始抑制起始抑制转肽酶、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，抑制结合，抑制肽链延长肽链延长抑制转肽酶、阻断延长抑制转肽酶、阻断延长氨基酰氨基酰-tRNA类似物，进类似物，进位后引起未成熟肽链脱落位后引起未成熟肽链脱落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抑制蛋白质生物合
