1、 中心法则蛋白质翻译翻译?转录转录逆转录逆转录复制复制复制复制DNADNARNARNA第十章第十章 蛋白质的生物合成蛋白质的生物合成翻译(translation)：以mRNA为模板合成蛋白质的过程。原料：氨基酸涉及到细胞内所有种类的RNA和几十种蛋白质因子能量：ATP和GTP提供。场所：在核糖体中心法则指出，遗传信息的表达最终是中心法则指出，遗传信息的表达最终是合成出具有特定氨基酸顺序的蛋白质，合成出具有特定氨基酸顺序的蛋白质，这种以这种以mRNA上所携带的遗传信息上所携带的遗传信息,到到多肽链上所携带的遗传信息的传递，就多肽链上所携带的遗传信息的传递，就好象以一种语言翻译成另一种语言时的好象
2、以一种语言翻译成另一种语言时的情形相似，所以称以情形相似，所以称以mRNA为模板的蛋为模板的蛋白质合成过程为翻译白质合成过程为翻译(translation)。第十章第十章 蛋白质的生物合成蛋白质的生物合成第一节第一节 蛋白质的合成体系蛋白质的合成体系第二节第二节 蛋白质的生物合成过程蛋白质的生物合成过程第三节第三节 肽链合成后的折叠与修饰肽链合成后的折叠与修饰第四节第四节 蛋白质合成后的定向转运蛋白质合成后的定向转运第一节 蛋白质的合成体系n蛋白质的合成要求100多种大分子物质参与和相互协作，这些大分子物质包括mRNA、许多tRNA、核糖体、多种活化酶和各种蛋白质因子。mRNA与遗传密码tRN
3、A 核糖体 辅助因子 一、mRNA与遗传密码（一）（一）mRNA(messenger RNA)l携带携带DNADNA的遗传信息，作为模板通过翻译将遗传信的遗传信息，作为模板通过翻译将遗传信息传递给蛋白质，直接息传递给蛋白质，直接决定多肽链中决定多肽链中AAAA的顺序的顺序。lmRNAmRNA分子中四种不同碱基构成特定顺序决定蛋白质分子中四种不同碱基构成特定顺序决定蛋白质分子中分子中2020种种AAAA所构成的序列。所构成的序列。mRNA是蛋白质生物合成过程中直接指令氨基酸掺入的模板是蛋白质生物合成过程中直接指令氨基酸掺入的模板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
4、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mRNA的碱基序列是如何翻译成蛋白质的氨基酸序列？遗传密码：DNA（或其转录的mRNA）中的碱基序列和蛋白质序列之间的对应关系。（二）遗传密码（genetic code）DNA:ATGCATGCATGCRNA:TUCGUACGUACG PROTEIN:aa1 aa2 aa3 aa4n 1954年物理学家G.Gamov首先对遗传密码进行探讨。4种核苷酸 构成序列(mRNA)20种基本aa构成序列(蛋白质)？一对一的对应关系，42
5、=16，43=64，足够n 1961年Francis Crick及其同事的遗传实验进一步肯定mRNA上相邻三个碱基编码一个氨基酸，此三联体碱基称为密码子（codon）。1954年物理学家G.Gamov首先对遗传密码进行探讨。蛋白质由20种基本aa组成，而mRNA只含有4种核苷酸，由4种核苷酸构成的序列是如何决定多肽链中多至20种氨基酸的序列的呢？显然，在核苷酸和aa之间不能采取简单的一对一的对应关系。2个核苷酸决定一个aa也只能编码42=16种aa，如果3个核苷酸决定一个aa，43=64，就足以编码20种aa了，这说明可能需要3个或更多个核苷酸编码一个aa1961年Francis Crick及
6、其同事的遗传实验进一步肯定3个碱基编码一个氨基酸，此三联体碱基即称为密码子。l遗传密码的发现遗传密码的发现19611961年，年，M.NirenbergM.Nirenberg等人提出。等人提出。4 43 3=64=64大肠杆菌中，以多聚大肠杆菌中，以多聚U U做为做为mRNAmRNA，即，即polyU+20polyU+20种放种放射性同位素标记的氨基酸，大肠杆菌合成体系射性同位素标记的氨基酸，大肠杆菌合成体系，在外，在外界环境合适下，合成了一条多聚苯丙氨酸（界环境合适下，合成了一条多聚苯丙氨酸（phephe）肽）肽链。链。UUUUUU为为phephe的三联体密码。的三联体密码。确立了确立了po
7、lyApolyA为为Lys,Lys,polyCpolyC为为ProPro等。等。发现具有密码子功能的最短链为三个核苷酸，并且发现具有密码子功能的最短链为三个核苷酸，并且含含3 3 -OH-OH和和5 5 -磷酸基的三核苷酸最有效。磷酸基的三核苷酸最有效。阅读方向为阅读方向为5 5-3-3 。至。至19661966年，年，2020中氨基酸对应的中氨基酸对应的6161个密码子和三个终止密码子全部破译。全部被查清。个密码子和三个终止密码子全部破译。全部被查清。遗遗 传传 密密 码码阅读方向为阅读方向为5-35-32、遗传密码的特点密码子的方向性密码子的方向性 密码子密码子的阅读方向及它们在的阅读方向
8、及它们在mRNAmRNA由起始信号由起始信号到终止信号的排列方向均为到终止信号的排列方向均为5 5-3-3，与，与mRNAmRNA链链合成时延伸方向相同。合成时延伸方向相同。n从正确起点开始至终止信号，密码子的排列从正确起点开始至终止信号，密码子的排列是连续的。既不存在间隔（无标点），也无是连续的。既不存在间隔（无标点），也无重叠。在重叠。在mRNAmRNA分子上插入或删去一个碱基，分子上插入或删去一个碱基，会使该点以后的读码发生错误，称为会使该点以后的读码发生错误，称为移码移码，由这种情况引起的突变称为由这种情况引起的突变称为移码突变移码突变。（RNARNA的编辑）的编辑）（）（）密码子的读
9、码连续性密码子的读码连续性（无标点，不重叠）（无标点，不重叠）A B C D E F G H I J K Laa1 aa2 aa3 aa4密码子的简并性:指大多数氨基酸都是由几个不同的密码子编码的现象如UCU，UCC，UCA，UCG，AGU及AGC 6个密码子都编码丝氨酸。同义密码子（synonymous codon）：编码相同氨基酸的密码子。只有Met(AUG)和Trp(UGG)仅有一个密码子。（3 3）密码子密码子简并性简并性（degeneracy）一是可以减少有害的突变。假如每种氨基酸只有一个密码子，那么剩下的44个密码子都成了终止密码子，一旦某氨基酸的密码子发生单碱基的点突变，则很可能
10、造成肽链合成的过早终止。二是既使DNA上碱基组成有变化，仍可保持由此DNA编码的多肽链上氨基酸序列不变。如GCN编码 A l a，由 于 简 并 性 的 存 在，不 论 第 三 位 的N(A/G/C/U)变成什么，都仍然编码Ala简并性的生物学意义？如丙氨酸：如丙氨酸：GCUGCU，GCCGCC，GCAGCA，GCGGCG，只第三位不同，只第三位不同 ，显，显然密码子的专一性基本取决于前两位碱基，第三位碱然密码子的专一性基本取决于前两位碱基，第三位碱基有较大灵活性。基有较大灵活性。发现发现tRNAtRNA上的反密码子与上的反密码子与mRNAmRNA上的上的密码子配对时，密码子的第一位、第二位碱
11、基配对是密码子配对时，密码子的第一位、第二位碱基配对是严格的，第三位碱基可以有一定变动，这种现象称为严格的，第三位碱基可以有一定变动，这种现象称为密码的摆动性或变偶性密码的摆动性或变偶性（wobblewobble）。I IA A、U U、C C配对配对。（4 4）密码子的变偶性（摆动性）密码子的变偶性（摆动性）反密码子反密码子第一位碱基第一位碱基密码子密码子第三位碱基第三位碱基AUCGGUCUAGIUCA(5)(5)起始密码子和终止密码子起始密码子和终止密码子 n64个密码子中，有1个密码子AUG既是甲硫氨酸的密码子，又是肽链合成的起始密码子（initiation codon）。n另外3个密码
12、子UAG，UAA，UGA不编码任何氨基酸，而是多肽合成的终止密码子（termination codon）。u密码子在高等、低等生物中基本是完全通用的。u但有例外情况，如哺乳动物的线粒体中，UGA不再是终止密码子，而编码色氨酸；AGA、AGG为终止密码，而不编码精氨酸。支原体中UGA不作终止密码，而是编码色氨酸。原生动物鞭毛虫把终止密码子UAA和UAG 读成谷氨酰胺（6 6）密码子的基本通用性）密码子的基本通用性 二、二、tRNA tRNA（t transfer RNAransfer RNA）n在蛋白质合成中，氨基酸本身不能识别mRNA上的密码子，它需要由特异的tRNA分子携带到核糖体上并由tR
13、NA上的反密码子去识别在mRNA上的密码子。n位于tRNA的反密码子环上，由3个特定的碱基组成，称为反密码子（anticodon）tRNA是多肽链和mRNA之间的接合器。tRNA的两个关键部位一个是氨基酸结合部位：33端端CCACCAOHOH另一个是与mRNA的结合部位：反密码子部位反密码子部位35ICCA-OH53CCA-AAG G CC C G密码子与反密码子的密码子与反密码子的阅读方向均为阅读方向均为55 3 3，两者反向平行配对。两者反向平行配对。ntRNAtRNA分子的突变与校正基因（分子的突变与校正基因（RNARNA再编辑再编辑）GAG（Gln)UAGH3NGlnCOO-有活力有活
14、力H3NCOO-无活力无活力基因突变基因突变H3NTyrCOO-有活力有活力3AUGTyr U A CAUCtRNAtRNA突变突变n氨基酸羧基与tRNA3末端腺苷的核糖3-OH连接，形成氨氨酰酰-tRNA-tRNA（由特异的氨酰-tRNA合成酶催化）。同功受体同功受体tRNAtRNA（isoaccepting tRNA）：携带相同氨基酸而反密码子不同的一组tRNA（大多数氨基酸都有几种tRNA运载）在书写时，将所运氨基酸写在tRNA的右上角，如tRNAAla及tRNAcys分别表示转运Ala和cys的tRNA 一种氨酰-tRNA合成酶可以识别一组同功受体tRNA。3末端的氨基酸结合部位是蛋白
15、质合成的场所。标记各种aa，注入大鼠体内，在不同时间取出肝脏，匀浆，离心分离各种亚细胞器，分析放射性蛋白的分布，证实蛋白质的合成是在核糖体上进行的。n真核生物：游离核糖体或与内质网结合真核生物：游离核糖体或与内质网结合n原核生物：游离核糖体或与原核生物：游离核糖体或与mRNAmRNA结合成串状的多核结合成串状的多核糖体糖体(提高翻译效率提高翻译效率)。三、核糖体 核糖体是由核糖核酸（核糖体是由核糖核酸（rRNArRNA）和几十种蛋白质分子）和几十种蛋白质分子（核糖体蛋白）组成的一个巨大的复合体。（核糖体蛋白）组成的一个巨大的复合体。每个核糖体是由大小两个亚基组成，每个亚基都有每个核糖体是由大小
16、两个亚基组成，每个亚基都有自己不同的自己不同的rRNArRNA和蛋白质分子和蛋白质分子1、核糖体的组成来源来源 核糖体核糖体亚基亚基rRNA蛋白质分子蛋白质分子数目数目原核细胞原核细胞70S50S5S，23S3430S16S21真核细胞真核细胞80S60S5S，28S5040S18S30 大肠杆菌中大肠杆菌中30S30S的亚基能单独与的亚基能单独与mRNAmRNA结合成结合成30S30S核糖体核糖体-mRNA-mRNA复复合体，后者与合体，后者与tRNAtRNA可以专一性可以专一性结合结合(起始起始AAAA进入进入)。50S50S亚基不亚基不能单独与能单独与 mRNAmRNA结合，但可以非结合
17、，但可以非专一地与专一地与tRNAtRNA结合。结合。核糖体核糖体上上有两个有两个tRNAtRNA结合位点（主要占结合位点（主要占据大亚基）：据大亚基）：氨酰基位点氨酰基位点-A-A；肽酰基位点肽酰基位点-P-P。还有一个还有一个GTPGTP结结合位点。合位点。PA2.E.Coli2.E.Coli核糖体存在两个重要的核糖体存在两个重要的tRNAtRNA的结合部位的结合部位P P位和位和A A位，二者紧密连接，各占一个密码子的距离。位，二者紧密连接，各占一个密码子的距离。P P：结合起始的氨酰：结合起始的氨酰-tRNAtRNA和肽基和肽基-tRNAtRNA，A A：结合新掺入的氨酰：结合新掺入的
18、氨酰-tRNAtRNA。P P位上肽酰位上肽酰-tRNAtRNA上的羧基与进入上的羧基与进入A A位的氨酰位的氨酰-tRNAtRNA上上的氨基形成新的肽键的氨基形成新的肽键P P位上位上tRNAtRNA卸下肽链成为无负载卸下肽链成为无负载的的tRNAtRNA核糖体核糖体移动一个密码子的距离，移动一个密码子的距离，A A位上的肽酰位上的肽酰-tRNAtRNA又回到又回到P P位，位，A A位又空，再进行下一次循环。位又空，再进行下一次循环。PA53四、辅助因子 n蛋白质的合成除了需要mRNA、tRNA、核糖体外，在起始、延伸和终止阶段还需要一系列蛋白辅助因子即起始因子（initiation fa
19、ctor）、延伸因子（elongation factor）释放因子（release factor）等的参与。蛋白质生物合成所需的辅助因子生物 种类辅助因子功 能原原核核生生物物起始因子起始因子IF-1IF-2IF-3延伸因子延伸因子EF-TuEF-TsEF-G释放因子释放因子RF-1RF-2RF-3促进促进IF-2和和IF-3的活性的活性促使起始促使起始tRNA与与30S小亚基结合，需小亚基结合，需GTP促进核糖体解离成亚基；促使促进核糖体解离成亚基；促使30S小亚基与小亚基与mRNA起始部位结合起始部位结合促使氨酰促使氨酰-tRNA进入进入A位与位与mRNA结合结合促进促进EF-TuGDP再
20、生为再生为EF-TuGTP水解水解GTP，使核糖体按，使核糖体按5 3 方向沿方向沿mRNA移动一个密码子的距离移动一个密码子的距离识别终止密码子识别终止密码子UAA，UAG识别终止密码子识别终止密码子UAA，UGA促进促进RF-1，RF-2的活性的活性真真核核生生物物起始因子起始因子包括eIF-1，eIF-2，eIF-3，eIF-4等至少9种延伸因子延伸因子EF-1EF-2释放因子释放因子RF参与真核细胞蛋白质合成起始复合物的组装参与真核细胞蛋白质合成起始复合物的组装相当于相当于EF-Tu和和EF-Ts的功能的功能相当于相当于EF-G的功能的功能识别终止密码子识别终止密码子UAA，UAG，U
21、GA第第二二节节 蛋白质的生物蛋白质的生物 合成过程合成过程 u原核生物蛋白质的生物合成过程原核生物蛋白质的生物合成过程u真核生物蛋白质的生物合成特点真核生物蛋白质的生物合成特点u蛋白质合成的抑制剂蛋白质合成的抑制剂u氨基酸的活化氨基酸的活化u多肽链合成的起始多肽链合成的起始u多肽链的延伸多肽链的延伸 u多肽链合成的终止与释放多肽链合成的终止与释放 一、原核生物蛋白质的一、原核生物蛋白质的 生物合成过程生物合成过程（大肠杆菌）（大肠杆菌）游离氨基酸掺入多肽链以前必须活化即氨基酸与特异tRNA形成氨酰-tRNA,在在胞液中胞液中进行。进行。氨基酸的活化由氨酰tRNA合成酶催化。每一种氨酰tRNA
22、合成酶既能识别自己的配体氨基酸，又能识别对应的tRNA。1、氨基酸的活化游离氨基酸掺入多肽链以前必须活化即氨基酸与特异tRNA形成氨酰-tRNA。原因有两个：首先，蛋白质的合成依赖于tRNA的接头作用，以保证正确的氨基酸得到整合，每个氨基酸为了参与蛋白质合成必须共价连接到tRNA分子上。第二，氨基酸与tRNA之间形成的共价键是一个高能键，它使氨基酸和正在延伸的多肽链末端反应形成新的肽键，因此这一氨酰-tRNA的合成过程被称为氨基酸的活化。第一步反应第一步反应氨基酸氨基酸 ATP-E 氨基酰氨基酰-AMP-E AMP 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-t
23、RNA AMP E攻击位点攻击位点2 2-OH-OH连接连接AAAA，影响下一步影响下一步肽键形成肽键形成v氨基酸活化的总反应式是：氨基酸活化的总反应式是：氨基酸氨基酸+ATP+tRNA+H+ATP+tRNA+H2 2O O 氨酰氨酰-tRNA+AMP+PPi-tRNA+AMP+PPiv2020种氨基酸中每一种都有各自特异的氨酰种氨基酸中每一种都有各自特异的氨酰-tRNA-tRNA合成合成酶。酶。氨酰氨酰-tRNA-tRNA合成酶合成酶具有高度的专一性具有高度的专一性，它既能识它既能识别相应的氨基酸（别相应的氨基酸（L-L-构型），又能识别与此氨基酸构型），又能识别与此氨基酸相对应的一个或多个
24、相对应的一个或多个tRNA tRNA 分子；即使分子；即使AAAA识别出现错识别出现错误，此酶具有水解功能，可以将其水解掉。误，此酶具有水解功能，可以将其水解掉。这种高这种高度的专一性保证了氨基酸与其特定的度的专一性保证了氨基酸与其特定的tRNA准确匹配，准确匹配，从而使蛋白质的合成具有一定的保真性。从而使蛋白质的合成具有一定的保真性。氨酰氨酰-tRNA-tRNA 合成酶合成酶氨酰氨酰-tRNA-tRNA合成酶和之相对应的合成酶和之相对应的tRNAtRNA分子被称为遗传密码第二分子被称为遗传密码第二tRNAtRNA与多肽合成的有关位点与多肽合成的有关位点n3 3 端端-CCACCA上上AAAA
25、接受位点接受位点n识别氨酰识别氨酰-tRNA-tRNA合成酶位点合成酶位点n核糖体识别位点核糖体识别位点n反密码子位点（识别反密码子位点（识别mRNAmRNA上的密码子）上的密码子）2 2、肽链合成的起始、肽链合成的起始n起始密码子的识别：起始密码子的识别：（30S30S复合物形成）复合物形成）起始起始AUGAUG一般位于距一般位于距5 5 端端2525个核苷酸以后，并在其上个核苷酸以后，并在其上游（游（5 5 端）约端）约1010个核苷酸处有一段富含嘌呤的序列个核苷酸处有一段富含嘌呤的序列（SDSD序列序列），原核生物核糖体），原核生物核糖体30S30S小亚基上的小亚基上的16SrRNA31
26、6SrRNA3端富含嘧啶的序列能与之互补配对，这样端富含嘧啶的序列能与之互补配对，这样30S30S亚基能与亚基能与mRNAmRNA结合结合(IF3(IF3参加，识别起始密码子参加，识别起始密码子AUG,AUG,使上次循环中使上次循环中的大小亚基分离），的大小亚基分离），在在IF1IF1IFIF参与下，参与下，30S-mRNA-30S-mRNA-IF3IF3进一步与进一步与fMet-tRNAfMet-tRNAi i、GTPGTP结合，形成结合，形成30S30S复合物：复合物：30S-mRNA-fMet-tRNA30S-mRNA-fMet-tRNAi i(tRNA(tRNAi ifMetfMet)
27、53 AUGAUGAUG真核生物：Met-tRNAMetMet。真核生物无甲基化过程，起始氨真核生物无甲基化过程，起始氨基酸是基酸是Met,Met,起始起始tRNAtRNA为为Met-tRNAMet-tRNAi i(tRNA(tRNAi i MetMet)肽链中间的肽链中间的MetMet携带者是携带者是tRNAmtRNAm tRNA tRNAMet Met 延长因子识别延长因子识别起始因子识别起始因子识别l 现在已经知道作为多肽合成起始信号的密码子现在已经知道作为多肽合成起始信号的密码子有两个，即甲硫氨酸的密码子有两个，即甲硫氨酸的密码子(AUG)(AUG)和缬氨酸和缬氨酸的密码子的密码子(G
28、UG)(GUG)(极少出现极少出现)。在大肠杆菌中在大肠杆菌中,起始密码子起始密码子AUG AUG 所编码的氨基酸并不是甲硫氨所编码的氨基酸并不是甲硫氨酸本身酸本身,而是甲酰甲硫氨酸。而是甲酰甲硫氨酸。fMet-tRNAfMet-tRNAi i的形成的形成Met-tRNAi+N10-甲酰FH4 fMet-tRNAi+FH4甲酰化酶n原核生物核糖体30S小亚基上的16SrRNA3端富含嘧啶的序列能与SD序列互补配对，这样30S亚基能与mRNA结合n并且在mRNA上结合的位置正使30S亚基上的P位对准起始密码子AUG，以便使fMet-tRNAif Met进入P位。IF-2促进fMet-tRNAif
29、Met进入P位点与核糖体30S亚基结合，从而形成30S30S起始复合物起始复合物，此时起始密码子AUG可与fMet-tRNAifMet上的反密码子配对。GTP水解释放能量促使大亚基结合，形成70S70S起始复合物起始复合物，IF-1、IF-2和IF-3释放。IF-1起促进IF-2和IF-3的活性的作用 30S起起始复合始复合物物消炎药：链霉素、新霉素、卡那霉素与原核消炎药：链霉素、新霉素、卡那霉素与原核细胞细胞30S30S核糖体结合，阻止核糖体结合，阻止50S50S核糖体亚基与核糖体亚基与之结合，从而抑制其蛋白质合成。之结合，从而抑制其蛋白质合成。蛋白质合成抑制剂蛋白质合成抑制剂3 3、多肽链
30、的延伸、多肽链的延伸分三步进行分三步进行 (1)进位 所有氨酰所有氨酰-tRNA-tRNA必须与必须与EF-Tu-EF-Tu-GTPGTP结合才可进入结合才可进入70S70S核糖体，核糖体，除了除了fMet-tRNAfMet-tRNAi i 嘌呤霉素（与嘌呤霉素（与AMP相似）与相似）与AA反应生成氨酰嘌呤霉素，反应生成氨酰嘌呤霉素，容易从核糖体上脱落，中断容易从核糖体上脱落，中断蛋白质的合成反应。蛋白质的合成反应。在大亚基上肽酰转移酶肽酰转移酶（23SrRNA23SrRNA）（peptidyl transferase）的作用下，A位点氨基酸的-NH2亲核攻击P位点氨基酸的-COOH并形成肽键
31、，P位点tRNA卸载，结果A位点tRNA上携带一个二肽。核糖体的自身催化完成了肽核糖体的自身催化完成了肽键的形成！键的形成！（2）转肽 在在EF-GEF-G（移位酶或移位因子）的作用下，核糖体沿（移位酶或移位因子）的作用下，核糖体沿mRNA5mRNA5 3 3方向移动方向移动一个密码子的距离一个密码子的距离，使原来在，使原来在A A上的肽酰上的肽酰-tRNA-tRNA移到了移到了P P位点，原来在位点，原来在P P位点的无负载的位点的无负载的tRNAtRNA离开核糖体，同时一个新的离开核糖体，同时一个新的密码子进入空的密码子进入空的A A位，位，EF-G EF-G 催化的催化的移位过程需水解移
32、位过程需水解GTPGTP提供能量。提供能量。（3）移位移移位位进进位位转肽转肽三步为一个延伸循环，肽链每掺入一个氨基酸就重复一次延伸循环，消耗2个肽链合成从N-CGTPGDP Pi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 G53IF-3IF-1IF-2IF1/IF2/IF3IF1/IF2/IF3TuTs循环循环移移位位进进位位成肽成肽三步为一个延伸循环，肽链每掺入一个氨基酸就重复三步为一个延伸循环，肽链每掺入一个氨基酸就重复一次延伸循环，一次延伸循环，肽链合成肽链合成从从N-CN-C每添加一个氨基酸需消耗每添加一个氨基酸需消耗4 4个高能键个高能键回 顾v当终
33、止密码子出现在当终止密码子出现在A A位时，终止因子结合在位时，终止因子结合在A A位，肽链合成终止。位，肽链合成终止。v终止因子的结合使终止因子的结合使肽酰转移酶活性肽酰转移酶活性变为变为水解水解酶活性酶活性，肽基不转移给，肽基不转移给A A位位tRNAtRNA，而转移给，而转移给H H2 2O O，并把已合成的多肽链从核糖体和并把已合成的多肽链从核糖体和tRNAtRNA上释放出上释放出来。来。4 4、多肽链合成的终止与释放、多肽链合成的终止与释放（1 1）释放因子）释放因子RFRF1 1或或RFRF2 2进入核糖体进入核糖体A A位。位。（2 2）多肽链的释放）多肽链的释放（3 3）70S
34、70S核糖体解离核糖体解离tRNARFRF整个过程需整个过程需要消耗要消耗GTPGTPv蛋白质的合成是一个高耗能过程 AA活化 2个高能磷酸键（ATP）肽链起始 1个（70S复合物形成，GTP）进位 1个（GTP）移位 1个（GTP）终止 1个GTPGDP 第一个氨基酸加入需消耗3个（活化2+起始1）以后每加入一个AA（形成一个肽键）需要消耗4个（活化2+进位 1个+移位1个）。终止 GTPGDP消耗1个例：合成例：合成200个个a.a残基的多肽：残基的多肽：8+1984=800 氨基酸与氨基酸与tRNAtRNA的特异的特异性结合依靠性结合依靠氨酰氨酰tRNAtRNA合成合成酶酶的特异识别作用
35、。的特异识别作用。密码子与反密码子密码子与反密码子特异结合，依靠互补碱基特异结合，依靠互补碱基配对结合实现，也有赖于配对结合实现，也有赖于核糖体的构象正常而实现核糖体的构象正常而实现正常的装配功能。正常的装配功能。保证准确翻译的关键是什么？二二、真核生物蛋白质的生物合成真核生物蛋白质的生物合成核糖体更大，核糖体更大，80S 80S 40S+60S 40S+60S起始起始tRNAtRNA和氨基酸和氨基酸 起始氨基酸为甲硫氨酸，而不是甲酰甲硫起始氨基酸为甲硫氨酸，而不是甲酰甲硫氨酸，起始氨酰氨酸，起始氨酰-tRNA-tRNA为为tRNAtRNAi iMetMet起始密码子为起始密码子为AUGAUG
36、，它的上游，它的上游55端无富含嘌呤序列（端无富含嘌呤序列（SDSD），一般），一般在在mRNA5-mRNA5-末端的末端的AUGAUG为起点。真核生物为起点。真核生物mRNAmRNA通常只有一个通常只有一个AUGAUG密码密码子，每种子，每种mRNAmRNA只转译出一种多肽。只转译出一种多肽。对抑制剂敏感性不同，如亚胺环己酮只作用于对抑制剂敏感性不同，如亚胺环己酮只作用于80S80S核糖体，只抑核糖体，只抑制真核生物的翻译制真核生物的翻译,白喉毒素与白喉毒素与eEF2eEF2结合，抑制肽链移位。结合，抑制肽链移位。真核中涉及的蛋白因子较多，有约真核中涉及的蛋白因子较多，有约1313种起始因子
37、、两种延伸因子种起始因子、两种延伸因子(eEF-l/eEF-2)、一种终止因子、一种终止因子被称为信号释放因子（被称为信号释放因子（eRFeRF）。）。蛋白质激酶参与真核生物蛋白质合成的调节。蛋白质激酶参与真核生物蛋白质合成的调节。真核中线粒体、叶绿体能进行蛋白质合成，其抑制剂与原真核中线粒体、叶绿体能进行蛋白质合成，其抑制剂与原核相似核相似。三、蛋白质合成的抑制剂三、蛋白质合成的抑制剂 原核氯霉素与50S亚基结合，抑制原核肽转移酶四环素与30S亚基结合，干扰氨酰tRNA的结合红霉素抑制肽链延伸链霉素、卡那霉素与原核生物核糖体小亚基结合，改变其构象，阻止大亚基结合.结核杆菌对这两种抗生素特别敏
38、感。真核亚胺环已酮抑制真核肽转移酶活性白喉毒素 与eEF2结合，抑制肽链的移位作用。第三节第三节 肽链合成后的折叠与修饰肽链合成后的折叠与修饰 一、多肽链的折叠一、多肽链的折叠 二、多肽链的修饰二、多肽链的修饰翻译后的加工使蛋白质组成更加翻译后的加工使蛋白质组成更加多样化，使得蛋白质在结构上呈现多样化，使得蛋白质在结构上呈现更大的复杂化。更大的复杂化。DNA转录初产物转录初产物RNAmRNA蛋白质前体蛋白质前体mRNA降解降解物物活性蛋白质活性蛋白质DNA水平调节水平调节转录水平调节转录水平调节转录后加工转录后加工的调节的调节翻译调节翻译调节mRNA降解调节降解调节翻译后加工翻译后加工的调节的
39、调节核核细胞质细胞质v多肽链的折叠新生肽链在细胞内特定的部位，在多新生肽链在细胞内特定的部位，在多种蛋白质的帮助下卷曲成正确构象种蛋白质的帮助下卷曲成正确构象.v肽链的折叠从核糖体出现新生的多肽链即可开始。至少有两类因子参与折叠：酶：酶：二硫键异构酶加速蛋白质正确二硫键的形成 肽基脯氨酸异构酶 加速脯氨酸亚氨基肽键的顺-反异构化 分子伴侣分子伴侣一、多肽链的折叠一、多肽链的折叠分子伴侣分子伴侣(molecular chaperon)：由若干在结构上：由若干在结构上不相关的蛋白质家族组成，具有共同的功能，不相关的蛋白质家族组成，具有共同的功能，在细胞内帮助其他多肽链的结构完成正确的组在细胞内帮助
40、其他多肽链的结构完成正确的组装，而且在组装完毕后与之分离，不构成这些装，而且在组装完毕后与之分离，不构成这些蛋白质在执行功能时的结构组分。蛋白质在执行功能时的结构组分。1.1.热休克蛋白(heat shock protein,HSP)HSP70、HSP60、HSP40和GreE族 2.2.伴侣素(chaperonins)GroEL和GroES家族n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:结合保护待折叠多肽片段，再释放该片段进行折叠。结合保护待折叠多肽片段，再释放该片段进行折叠。形成形成HSPHSP和多肽片段依次结合、解离的循环。和多肽片段依次结合、解离的循环。HS
41、P40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 n伴侣素的主要作用伴侣素的主要作用为非自发性为非自发性折叠蛋白质提供能折叠形成天然折叠蛋白质提供能折叠形成天然空间构象的微环境。空间构象的微环境。二、多肽链的修饰二、多肽链的修饰n多肽链的修饰可以在肽链折叠前、折叠期间或多肽链的修饰可以在肽链折叠前、折叠期间或折叠后进行，也可以在肽链延伸期间或终止后折叠后进行，也可以在肽链延伸期间或终止后进行。进行。n有
42、些修饰对多肽链的正确折叠是重要的，有些有些修饰对多肽链的正确折叠是重要的，有些修饰与蛋白质在细胞内的转移或分泌有关。修饰与蛋白质在细胞内的转移或分泌有关。1 1、N N末端的末端的(甲酰甲酰)甲硫氨酸的切除甲硫氨酸的切除.在在去甲酰酶去甲酰酶催化下将肽链合成的起始氨基酸催化下将肽链合成的起始氨基酸-甲酰甲酰甲硫氨酸水解脱掉甲酰基，以便肽链形成所需的构甲硫氨酸水解脱掉甲酰基，以便肽链形成所需的构象象.在在氨肽酶氨肽酶催化下切去催化下切去N N末端一个或几个氨基酸（包末端一个或几个氨基酸（包括信号肽的切除）括信号肽的切除）2 2、氨基酸侧链的、氨基酸侧链的修饰修饰脯氨酸、赖氨酸侧链发生羟基化作用。
43、脯氨酸、赖氨酸侧链发生羟基化作用。苏氨酸、丝氨酸、酪氨酸羟基磷酸化。如糖原磷苏氨酸、丝氨酸、酪氨酸羟基磷酸化。如糖原磷酸化酶。酸化酶。糖基化作用使蛋白质多肽链转变成糖蛋白（糖基化作用使蛋白质多肽链转变成糖蛋白（N-N-糖糖苷键和苷键和O-O-糖苷键）。糖苷键）。3 3、二硫键的形成、二硫键的形成 两个半胱氨酸两个半胱氨酸-SH-SH氧化氧化4 4、多肽链的水解断裂、多肽链的水解断裂 许多具有一定功能的蛋白质如酶、激素蛋白，在许多具有一定功能的蛋白质如酶、激素蛋白，在体内常以无活性的前体肽的形式产生，这些前体体内常以无活性的前体肽的形式产生，这些前体在一定情况下经体内蛋白酶的水解切去部分肽段，在
44、一定情况下经体内蛋白酶的水解切去部分肽段，才能变成有活性的蛋白质，如胰岛素原变成胰岛才能变成有活性的蛋白质，如胰岛素原变成胰岛素，胰蛋白酶原变为胰蛋白酶等。素，胰蛋白酶原变为胰蛋白酶等。5 5、加辅基、加辅基 结合上辅基（酶）才具生物活性，如乙酰辅酶结合上辅基（酶）才具生物活性，如乙酰辅酶A A羧化羧化酶与生物素的结合。酶与生物素的结合。胰岛素原的加工胰岛素原的加工A链区链区B链区链区间插序列（间插序列（C肽区）肽区）HSSHSHSHHSHS信号肽信号肽NC核糖体上合成出无规核糖体上合成出无规则卷曲的则卷曲的前胰岛素原前胰岛素原切除切除C肽后，形成肽后，形成成熟的胰岛素分子成熟的胰岛素分子切除
45、信号肽后切除信号肽后折叠成稳定构折叠成稳定构象的胰岛素原象的胰岛素原SSSSNNCCA链链B链链胰岛素胰岛素CNSSSS胰岛素原胰岛素原SSC C肽肽分子内伴侣分子内伴侣第四节第四节 蛋白质定位蛋白质定位翻译转运同步机制（共翻译转移）-分泌蛋白 信号肽假说 分泌蛋白质转运机制翻译后转运机制（翻译后转移）-线粒体与叶绿体蛋白 蛋白质向线粒体的定位机制第四节第四节 蛋白质合成后的定向转运蛋白质合成后的定向转运分泌蛋白、质膜蛋白、溶酶体蛋白、内质网和高尔基体滞留蛋白等。需要在内质网腔中进行初步加工。首先在游离核糖体上合成含信号肽的部分肽段后就结合到内质网上，然后边合成边进入内质网腔，经初步加工和修饰
46、后（信号肽切除、二硫键形成、初步糖基化、呈现一定空间结构等），部分多肽以芽泡形式被运往高尔基体，再经进一步的加工和修饰后（主要发生糖基化）被运往质膜、溶酶体或被分泌到胞外。（一）翻译转运同步机制（一）翻译转运同步机制（cotranslational transfer）信号肽信号肽是是Gunter Blobel1975Gunter Blobel1975年提出的，用以解释多年提出的，用以解释多肽向内质网的跨膜转运。肽向内质网的跨膜转运。信号肽信号肽通常通常在被转运的多肽链的在被转运的多肽链的N N端，端，长度为长度为1010 4040个氨基酸残基不等，氨基端至少含有一个带正电荷的个氨基酸残基不等，
47、氨基端至少含有一个带正电荷的氨基酸，序列中心为含有氨基酸，序列中心为含有10 10 1515高度疏水的氨基酸高度疏水的氨基酸（对跨膜很重要）（对跨膜很重要）残基，如丙氨酸、亮氨酸、缬氨酸、残基，如丙氨酸、亮氨酸、缬氨酸、异亮氨酸和苯丙氨酸。异亮氨酸和苯丙氨酸。新生肽的命运就取决于信号肽和其他的信号序列。新生肽的命运就取决于信号肽和其他的信号序列。信号肽的信号肽的C C末端有一个可被信号肽酶识别的位点，当末端有一个可被信号肽酶识别的位点，当蛋白质进入内质网腔后，信号肽即被信号肽酶切去。蛋白质进入内质网腔后，信号肽即被信号肽酶切去。信号肽假说信号肽假说含信号肽的多肽进入内质网的过程：含信号肽的多肽
48、进入内质网的过程：信号肽识信号肽识别颗粒别颗粒内质网内质网当包含信号肽的多肽被合成一部分时，信号肽识别颗粒（SRP）就识别信号肽并结合到核糖体上，翻译暂时停止，SRP与内质网膜上的受体（停泊蛋白）结合，核糖体与内质网结合，SRP离开，新生肽链恢复延长，延伸的肽链在信号肽的引导下，穿过由转运蛋白在内质网膜上形成的孔进入腔中，进行初步的翻译后修饰（信号肽被切除）。当包含信号肽的多肽被合成一部分时，信号肽识别体（SRP）就识别信号肽并结合到核糖体上，翻译暂时停止，SRP与内质网膜上的受体（停泊蛋白）结合，核糖体与内质网结合，SRP离开，新生肽链恢复延长，延伸的肽链在信号肽的引导下，穿过由转运蛋白在内
49、质网膜上形成的孔进入腔中，进行初步的翻译后修饰（信号肽被切除）。含信号肽的多肽进入内质网的过程：含信号肽的多肽进入内质网的过程：u被转运到内质网中的多肽多数还要运往它处。经过初步的翻译后修饰，可溶性蛋白和膜结合蛋白被运输到高尔基体，这种运输是经过运输泡进行的u在高尔基体中，多肽进一步被修饰，如N-糖苷键型寡糖链进一步被处理，特定Ser和Thr残基进行O-糖苷键型糖基化修饰。最后将蛋白以囊泡的形式运往溶酶体或运到质膜或分泌到胞外。蛋白质的去向由本身的蛋白质的去向由本身的空间结构确定的！空间结构确定的！高尔基体将各种蛋白高尔基体将各种蛋白进行分类进行分类（二）翻译后转运机制（二）翻译后转运机制（p
50、osttranslational translocation）叶绿体蛋白和线粒体蛋白。在细胞质游离核糖体上被完全合成后通过新生肽的信号序列（引导肽Leader peptide）直接运往目的地并被加工。带有导肽的线粒体蛋白质带有导肽的线粒体蛋白质前体跨膜运送过程示意图前体跨膜运送过程示意图70S70S复合物的形成：复合物的形成：AUGGTP、IF1、IF2fMetUAC5+50S50S核糖体核糖体AUGfMetUAC5P P位点位点A A位点位点GDP+PiGDP+Pi、IF1IF1、IF2IF230S30S亚基亚基 mRNA mRNA IF3-IF1IF3-IF1复合物复合物30S mRNA
