1、蛋白质蛋白质的生物合成的生物合成第十二章第十二章Protein Biosynthesis(Translation)2主要内容主要内容 蛋白质生物合成（翻译）的概念蛋白质生物合成（翻译）的概念 蛋白质生物合成体系蛋白质生物合成体系 氨基酸的活化氨基酸的活化 肽链的生物合成过程肽链的生物合成过程 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 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3学习指导学习指导 重重 点：点：1.参与蛋白质生物合成的物质。参与蛋白质生物合成的物质。2.遗传密码概念及特点。遗传密码概念及特点。3.蛋白质生物合成的过程。蛋白质生物合成的过程。难难 点：点：1.
2、翻译的起始。翻译的起始。2.蛋白质合成后的靶向输送。蛋白质合成后的靶向输送。进进 展：展：线粒体蛋白和细胞核蛋白的靶向输送。线粒体蛋白和细胞核蛋白的靶向输送。4蛋白质生物合成蛋白质生物合成(protein biosynthesis)也也称称翻译翻译(translation)，是生物细胞以，是生物细胞以mRNA为为模板，按照模板，按照mRNA分子中核苷酸的排列顺序所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。组成的密码信息合成蛋白质的过程。n定义定义蛋白质生物合成的概念蛋白质生物合成的概念5（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
3、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6（1）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n生物学意义生物学意义第一节第一节蛋白质蛋白质生物合成体系生物合成体系Protein Biosynthesis System81.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：核蛋白体装配机：核蛋白体5.主要酶和蛋白质因子：氨基酰主要酶和蛋白质因子：氨基酰-tRNA合成酶、合成酶、转肽酶、起始因子、延长因子、释放因子等转肽酶、起始因子、延长因子、释放因子
4、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9一、一、mRNA是蛋白质生物合成的直接模板是蛋白质生物合成的直接模板nmRNA的基本结构的基本结构Start of genetic messageCapEndTail5-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，称为开放码子之间的核苷酸序列，称为开放阅读框架阅读框架(open reading frame,ORF)。原核生物的多顺反子原核生物的多顺反
5、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 11n遗传密码遗传密码在在mRNA的开放阅读框架区，以每的开放阅读框架区，以每3个相邻个相邻的核苷酸为一组，代表一的核苷酸为一组，代表一种氨基酸（或其他信种氨基酸（或其他信息），息），这种这种三联体三联体形式的核苷酸序列称为密码子。形式的核苷酸序列称为密码子。密码子（密码子（codon）起始密码子起始密码子(initiation codon)：AUG终止密码子终止密码子(termina
6、tion codon)：UAA UAG UGA12遗遗传传密密码码表表13n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，即读码从码从mRNA的起始密码子的起始密码子AUG开始，按开始，按53的方向逐一阅读，直至终止密码子。的方向逐一阅读，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142.连续性连续性(commaless)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，密码子及密码子的各碱基之间码连续阅读，密码子及密码子的各碱基之间既无间隔也无交叉。既无
7、间隔也无交叉。AlaValHisMet终止密码终止密码15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)。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16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外显子外显子加工的过程，可通过特定碱基的插入、缺失或置加工的过程，可通过特定碱基的插入、缺失或置换，使换，使mRNA序列中出现移码突变、错义突变或序列中出现移码突变、错义突变或无义突变，导致无义突变，导致mRNA与其与其DNA模
8、板序列不匹配，模板序列不匹配，使同一前体使同一前体mRNA翻译出序列、功能不同的蛋白翻译出序列、功能不同的蛋白质。这种基因表达的调节方式称为质。这种基因表达的调节方式称为mRNA编辑编辑（mRNA editing）。173.简并性简并性(degenerate)一种氨基酸可具有一种氨基酸可具有2个或个或2个以上的密码个以上的密码子为其编码。这一特性称为遗传密码的简并子为其编码。这一特性称为遗传密码的简并性。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，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个三联体为个三联体为其编码。为同一种氨基酸编码的各密码子称其编码。
9、为同一种氨基酸编码的各密码子称为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。18194.通用性通用性(universal)从简单的病毒到高等的人类，几乎使用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，遗传密码表中的这同一套遗传密码，因此，遗传密码表中的这套套“通用密码通用密码”基本上适用于生物界的所有基本上适用于生物界的所有物种，具有通用性。物种，具有通用性。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自同一祖先。自同一祖先。20已发现少数例外，如动物细胞的线粒体、已发现少数例外，如动物细胞的线粒体、植物细胞的叶绿体。植物细胞的叶绿体。通用密
10、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215.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的反密码子需要通过碱基互补与碱基互补与mRNA上的遗传密码子反向配对上的遗传密码子反向配对结合，但反密码子与密码子之间的配对有时结合，但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，这种现并不严格遵守常见的碱基配对规律，这种现象称为象称为摆动配对摆动配对(wobble base pairing)。22密码子、反密码子配对的摆动现象密码子、反密码子配对的摆动现象tR
11、NA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,CUGU3 2 11 2 3摆摆动动配配对对U24二、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n核蛋白体的组成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。25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核蛋白核蛋白体体小亚基小亚基大亚基大亚基S值值70S30S50S80S40
12、S60SrRNA16S-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核蛋白体核蛋白体的组成的组成27n原核生物核蛋白体结构模式原核生物核蛋白体结构模式 28三、三、tRNAtRNA是氨基酸的运载工具是氨基酸的运载工具及蛋白质及蛋白质生物合成生物合成的适配器的适配器ntRNA的作用的作用运载氨基酸：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，携带，一种氨基酸可有几种对应的一种氨基酸可有几种对应的tRN
13、A，氨基酸结合，氨基酸结合在在tRNA的的3-CCA-OH部位，部位，结合需要结合需要ATP供能；供能；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31四、蛋白质生物合成需要四、蛋白质生物合成需要酶类、酶类、蛋白质蛋白质因子等因子等（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 synthetase),催化催化氨基酸的活化；氨基酸的活化；转肽酶转肽酶(peptidas
14、e)，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，表现出酯酶的水解活性，使酯酶的水解活性，使P位上的肽链与位上的肽链与tRNA分离；分离；转转位酶位酶(translocase),催化催化核蛋白体核蛋白体向向mRNA 3-端移端移动一个密码子的距离，使下一个密码子定位于动一个密码子的距离，使下一个密码子定位于A位。位。32（二）蛋白质因子（二）蛋白质因子起始因子（起始因子（initiation factor，IF）
15、延长因子（延长因子（elongation factor，EF）释放因子（释放因子（release factor，RF）33参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
16、-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参与真核生物翻译的各种蛋白质因子及其生物学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
17、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-端的发夹结构，使其与小亚基结合端的发夹结构，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
18、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
19、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35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 Acids37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的的过程称为氨基酸的活化。过程称为氨基酸的活化。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。38n反应过程反应过程一、一、氨基酸活化形成氨基
20、酰氨基酸活化形成氨基酰-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39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40 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 E41n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ATP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42l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
21、和tRNA都都有高度特异性。有高度特异性。特性特性tRNA氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶ATP43l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 特性特性44n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
22、如：45二、真核生物起始氨基酰二、真核生物起始氨基酰-tRNA是是Met-tRNAiMettRNAiMet与甲硫氨酸结合后与甲硫氨酸结合后形成形成Met-tRNAiMet，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。起始密处就位，参与形成翻译起始复合物。起始密码子只能码子只能辨认辨认Met-tRNAiMet。tRNAMet和甲硫氨酸结合后生成和甲硫氨酸结合后生成Met-tRNAMet，必要时进入核蛋白体，为延长中的，必要时进入核蛋白体，为延长中的肽链添加甲硫氨酸。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
23、氨酰参与肽链延长的甲硫氨酰-tRNA：Met-tRNAMetn真核生物真核生物46具有起始功能的具有起始功能的tRNAfMet与甲硫氨酸结合与甲硫氨酸结合后，甲硫氨酸很快被甲酰化为后，甲硫氨酸很快被甲酰化为N-甲甲酰甲硫氨酸酰甲硫氨酸(N-formyl methionine,fMet)，于是形成，于是形成N-甲酰甲酰甲硫氨酰甲硫氨酰-tRNA(fMet-tRNAfMet)，可以在，可以在mRNA的起始密码子的起始密码子AUG处就位，参与形成翻处就位，参与形成翻译起始复合物。起始密码子只能辨认译起始复合物。起始密码子只能辨认fMet-tRNAfMet。n原核生物原核生物起始氨基酰起始氨基酰-tR
24、NA:fMet-tRNAfMet 47fMet-tRNAfMet的生成是一的生成是一碳单位转移碳单位转移和利和利用的过程之一，反应由转甲酰基酶催化，甲酰用的过程之一，反应由转甲酰基酶催化，甲酰基从基从N10-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-氨基氨基上。上。第三节第三节肽链的生物合成过程肽链的生物合成过程The Biosynthesis Process of Peptide Chain49肽链的生物合成过程是翻译的中心环节。翻肽链的生物合成过程是翻译的中心环节。翻译时，从译时，从mRNA的起始密码子的起始密码子AUG开始，开始，按按5 3 方向方向逐一读码，直至终止密码
25、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延长，直至终止密码子前一位密码子所编码的氨基酸。所编码的氨基酸。50 起始起始(initiation)延长延长(elongation)终止终止(termination)n整个过程可分为整个过程可分为：一、原核生物的肽链合成过程一、原核生物的肽链合成过程51（一）起始（一）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翻译起始复合物的过程。白体结合而形成翻译起始复合物的过程。1.核蛋白体大小亚基分离；
26、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。52IF-3IF-11.1.核蛋白体大小亚基分离核蛋白体大小亚基分离53A U G53IF-3IF-12.mRNA2.mRNA在小亚基定位结合在小亚基定位结合54n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，核苷酸部位，存在一段由存在一段由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
27、含嘌呤碱基，如含嘌呤碱基，如-AGGAGG-，称为，称为Shine-Dalgarno序列序列(S-D序列序列)，又称核蛋白体结合位，又称核蛋白体结合位点点(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各自序列上的每个基因编码序列均拥有各自的的S-D序列和起始序列和起始AUG。55S-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端有一富含嘧啶碱基的短序列，如的短序列，如-UCCUCC-，通过与，通过与S-D序列碱序列碱基互补而使基互补而使mRNA与小亚基结合。与小亚基结合。56mRNA序列上紧接
28、序列上紧接S-D序列后的小核苷酸序列，序列后的小核苷酸序列，可被核蛋白体小亚基蛋白可被核蛋白体小亚基蛋白rpS-1识别并结合。识别并结合。57IF-3IF-1IF-2GTP3.起始氨基起始氨基酰酰tRNA(fMet-tRNAfMet)结合结合到小亚基到小亚基A U G5358IF-3IF-1IF-2GTPGDPPi4.4.核蛋白体大亚基结合核蛋白体大亚基结合，70S70S起始复合物起始复合物形成形成A U G5359IF-3IF-1A U G53IF-2GTPIF-2-GTPGDPPi70S70S起始复合物起始复合物形成过程形成过程60 指在指在mRNA模板的指导下，氨基酸依次进入模板的指导下
29、，氨基酸依次进入核蛋白体并聚合成多肽链的过程。核蛋白体并聚合成多肽链的过程。1.进位进位(positioning)注册注册(registration)2.成肽成肽(peptide bond formation)3.转位转位(translocation)（二）延长（二）延长 肽链延长在核蛋白体上连续循环式进行，又肽链延长在核蛋白体上连续循环式进行，又称为称为核蛋白体循环核蛋白体循环(ribosomal cycle)，包括，包括以下三步：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。611.进位进位又称又称注册注册(registration)，是指一个氨基酰是指
30、一个氨基酰-tRNA按照按照mRNA模板的指令进入并结模板的指令进入并结合到核蛋白体合到核蛋白体A位位的过程。的过程。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。63Tu TsGTPGDPA U G53TuTs第二个氨基酰第二个氨基酰tRNA进位进位642.成肽成肽 成肽是在成肽是在转肽酶转肽酶(peptidase)的的催化下，核蛋催化下，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位上位上氨基酰氨基酰-tRNA的的-氨基结合氨基结合形成肽键形成肽键的过程。的过
31、程。65n成肽的反应过程成肽的反应过程663.转位转位 EF-G有有转位酶（转位酶（translocase）活性，可结合活性，可结合并水解并水解1分子分子GTP，释放的能量促进核蛋白体向，释放的能量促进核蛋白体向mRNA的的3 -端移动一个密码子的距离，使第三端移动一个密码子的距离，使第三个密码子移入个密码子移入A位位，为第三个氨基酰，为第三个氨基酰-tRNA进位进位做好准备；二肽酰做好准备；二肽酰-tRNA-mRNA相对位移进入相对位移进入核蛋白体核蛋白体P位位，而卸载的，而卸载的tRNA则移入则移入E位位。6768fMetA U G53fMetTuGTP成肽成肽转位转位下一轮进位下一轮进位
32、进进位位转转位位成肽成肽n肽链肽链合成延长（核蛋白体循环）过程合成延长（核蛋白体循环）过程70（三）终止（三）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、核蛋白体大、小亚基等分离的过程。过程。终止阶段需要终止阶段需要释放因子释放因子RF-1、RF-2和和 RF-3参与。参与。71RF-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，能能介导介导RF-1、RF-2与核蛋白体的相互作用。与核蛋白体的相互作用。n释放因子的
33、功能：释放因子的功能：识别终止密码子识别终止密码子RF-1特异识别特异识别UAA、UAG；RF-2特异识别特异识别UAA、UGA。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合在催化新生肽链与结合在P位的位的tRNA之间之间的酯键水解，使肽链从核蛋白体上释放。的酯键水解，使肽链从核蛋白体上释放。原原核核肽肽链链合合成成终终止止过过程程 73U A G53RFCOO-n原核肽链合成原核肽链合成终止过程终止过程74 多聚核蛋白体的形成可以使蛋白质生物多聚核蛋白体的形成可以使蛋白质生物合成以高速度、高效率进行。合成以高速度、高效率进行。（四）多聚核蛋白体（四）多聚核蛋白体(pol
34、ysome)1条条mRNA模板链都可附着模板链都可附着10100个核个核蛋白体，这些核蛋白体依次结合起始密码子蛋白体，这些核蛋白体依次结合起始密码子并并沿沿5 3 方向方向读码移动，同时进行肽链合成，读码移动，同时进行肽链合成，这种这种mRNA与多个核蛋白体形成的聚合物称与多个核蛋白体形成的聚合物称为多为多聚核蛋白体聚核蛋白体(polysome)。75多聚核蛋白体多聚核蛋白体76电镜下的多聚核蛋白体电镜下的多聚核蛋白体77二、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.
35、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。mRNA 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79Wordpoly A 结合蛋白结合蛋白(PAB)80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
36、时卸载的tRNA直接从直接从P位脱落。位脱落。（二）延长（二）延长81（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种种释放因子释放因子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
37、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,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
38、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、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翻译后修饰和靶
39、向输送蛋白质翻译后修饰和靶向输送Posttranslational Modification and Targeting Transfer of Protein84 新生多肽链不具备蛋白质的生物学活性，必须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)。翻译后修饰包括多肽链折叠为天然的三维构象翻译后修饰包括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。及对肽
40、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。使蛋白质结构上呈现更大的复杂性。85蛋白质合成后被定向输送到其发挥作用的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靶位点的过程称为蛋白质的靶蛋白质的靶向输送向输送(protein targeting)。86一、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，新生肽链新生肽链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
41、能随着序列的不断延伸肽链逐步叠即开始。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、模序、结构域到折叠，产生正确的二级结构、模序、结构域到形成完整空间构象。形成完整空间构象。一般认为，多肽链自身氨基酸顺序储存着蛋白一般认为，多肽链自身氨基酸顺序储存着蛋白质折叠的信息，即一级结构是质折叠的信息，即一级结构是空间构象的空间构象的基础基础。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而需要其他酶和蛋白质辅助辅助。87n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 cha
42、peron)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)881.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叠的保守蛋白质保守蛋白质。n分子伴侣有以下功能：分子伴侣有以下功能：封闭封闭待折叠蛋白质的暴露的疏水区段；待折叠蛋白质的暴露的疏水区段；创建创建一个隔离的环境，可以使蛋白质的折叠
43、一个隔离的环境，可以使蛋白质的折叠互不干扰；互不干扰；促进促进蛋白质折叠和去聚集；蛋白质折叠和去聚集；遇到遇到应激刺激，使已折叠的蛋白质去折叠。应激刺激，使已折叠的蛋白质去折叠。89(1)热休克蛋白热休克蛋白(heat shock protein,HSP)(2)伴侣蛋白伴侣蛋白(chaperonin)n分子伴侣主要有：分子伴侣主要有：90(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。热休克蛋白可促进需要可诱导该蛋白质合成。热休克蛋白可促进需要折叠的多肽折叠为有天然空间
44、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HSP70、HSP40和和GrpE三族。三族。91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-端的高端的高度保守的度保守的ATP酶结构域，能结合和水解酶结构域，能结合和水解ATP；另一个是存在于另一个是存在于C-端的多肽链结合结构域。蛋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。白质的折叠需要这两个结构域的相互作用。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92 大
45、肠杆菌的大肠杆菌的HSP40(Dna J)可激活可激活Dna K中的中的ATP酶，生酶，生成稳定的成稳定的Dna J-Dna K-ADP-被折叠蛋白质复合物，以利被折叠蛋白质复合物，以利于于Dna K发挥分子伴侣作用。在发挥分子伴侣作用。在ATP存在的情况下，存在的情况下，Dna J和和Dna K的相互作用能抑制蛋白质的聚集。的相互作用能抑制蛋白质的聚集。Grp E，核苷酸交换因子，与，核苷酸交换因子，与Dna K的的ATP酶结构域结合，酶结构域结合，使使Dna K的构象发生改变、的构象发生改变、ADP从复合物中释放出来并从复合物中释放出来并由由ATP代替代替ADP，从而控制，从而控制Dna
46、K的的ATP酶活性。酶活性。在蛋白质的折叠过程中，在蛋白质的折叠过程中，HSP70还需还需2个辅助因子个辅助因子HSP40和和Grp E。93大肠杆菌中的大肠杆菌中的HSP70 反应循环反应循环94人类细胞中人类细胞中HSP蛋白质家族可存在于胞浆、蛋白质家族可存在于胞浆、内质网腔、线粒体、胞核等部位，涉及多种细胞内质网腔、线粒体、胞核等部位，涉及多种细胞保护功能：如使线粒体和内质网蛋白质保持未折保护功能：如使线粒体和内质网蛋白质保持未折叠状态而转运、跨膜，再折叠成功能构象；通过叠状态而转运、跨膜，再折叠成功能构象；通过类似上述机制，避免或消除蛋白质变性后因疏水类似上述机制，避免或消除蛋白质变性
47、后因疏水基团暴露而发生的不可逆聚集，以利于清除变性基团暴露而发生的不可逆聚集，以利于清除变性或错误折叠的多肽中间物等。或错误折叠的多肽中间物等。95(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Gro EL和和Gro ES（真核细胞中同源（真核细胞中同源物为物为HSP60和和HSP10）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然空间构象的微环境。能折叠形成天然空间构象的微环境。96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
48、，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97nGro EL-Gro ES反应循环反应循环 982.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，这一过程主要在细胞要，这一过程主要在细胞内质网内质网进行。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
49、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。993.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种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。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异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。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成脯氨酰顺反异构酶是蛋白质三维构象形成的的限速酶限
50、速酶，在肽链合成需形成顺式构型时，可，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。使多肽在各脯氨酸弯折处形成准确折叠。100二、蛋白质一级结构修饰二、蛋白质一级结构修饰主要是主要是肽键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 1.肽链肽链N-端的修饰端的修饰 2.N-端氨基酸的乙酰化（端氨基酸的乙酰化（50%）3.C-端氨基酸修饰（有时）端氨基酸修饰（有时）101（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102例：鸦片促黑
