1、目录目录目录目录蛋白质的生物合成蛋白质的生物合成（翻译）（翻译）第十七章第十七章Protein Biosynthesis(Translation)目录目录蛋白质生物合成的概念蛋白质生物合成的概念生物体内的蛋白质以生物体内的蛋白质以mRNA为模板而合成。在这为模板而合成。在这一过程中，一过程中，mRNA上来自上来自DNA基因编码的核苷酸序列基因编码的核苷酸序列信息转换为蛋白质中的氨基酸序列，故称为信息转换为蛋白质中的氨基酸序列，故称为翻译翻译（translation）。）。翻译翻译是指在多种因子辅助下，由是指在多种因子辅助下，由tRNA携带并转运携带并转运相应氨基酸，识别相应氨基酸，识别mRNA
2、上的三联体密码子，在核糖上的三联体密码子，在核糖体上合成具有特定序列多肽链的过程。体上合成具有特定序列多肽链的过程。目录目录第一节第一节蛋白质生物合成体系蛋白质生物合成体系Protein biosynthesis system目录目录1.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、释放因子等6.能源物质：能源物质：ATP、GTP7.无机离子：无机离子：Mg2
3、+、K+蛋白质生物合成体系蛋白质生物合成体系目录目录一、一、mRNA是蛋白质合成的信息模板是蛋白质合成的信息模板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，称为开放阅读框架码子之间的核苷酸序列，称为开放阅读框架(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
4、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 目录目录n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个相邻的个相邻的核苷酸为一组，代表一种氨基酸核苷酸为一组，代表一种氨基酸(或其他信息或其他信息)，这，这种三联体形式的核苷酸序列称为密码子。种三联体形式的核苷酸序列称为密码子。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密码子（密码子（codon）起始密码子和终止密码子：起
5、始密码子和终止密码子：目录目录遗遗传传密密码码表表目录目录n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5 3，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5 3 的的方向逐一阅读，直至终止密码子。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读码方向读码方向目录目录2.连续性连续性(non-punctuated)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。
6、既无间隔也无交叉。AlaValHisMet终止密码终止密码目录目录由于密码子的连续性，在开放阅读框中发生插入由于密码子的连续性，在开放阅读框中发生插入或缺失或缺失1个或个或2个碱基的基因突变，都会引起个碱基的基因突变，都会引起mRNA阅阅读框架发生移动，称为读框架发生移动，称为移码移码（frame shift），使后续），使后续的氨基酸序列大部分被改变，其编码的蛋白质彻底丧的氨基酸序列大部分被改变，其编码的蛋白质彻底丧失功能，称之为失功能，称之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 丙丙 丝丝 精精目录目录3.简并性简并性(degeneracy)一种氨基酸可具
7、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子为其编码。这一特性称为遗传密码的简并简并性。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。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。目录目录各种氨基酸的密码子数目各种氨基酸的密码子数目目录目录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
8、规律，这种现象称严格遵守常见的碱基配对规律，这种现象称为摆动配对为摆动配对(wobble base pairing)。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反密码子与密码子的识别方式与摆动配对反密码子与密码子的识别方式与摆动配对目录目录5.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，具有物种，具有通用性通用性
9、。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。目录目录已发现少数例外，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 色色目录目录二、氨基酰二、氨基酰-tRNA通过其反密码子与通过其反密码子与mRNA中对应的密码子互补结合中对应的密码子互补结合 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
10、种氨基酸可有几种对应的tRNA，氨基酸结合，氨基酸结合在在tRNA 3-CCA的位置，结合需要的位置，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。目录目录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的构象的构象目录目录三、核糖体是肽链三、核糖体是肽链“装配厂装配厂”n核糖体的组成核糖体的组成核糖体核糖体又称又称核蛋白体核蛋白体，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
11、生物合成的场所。蛋白质生物合成的场所。目录目录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70S30S50S80S40S60SrRNA16S-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目录目录n 核糖体在翻译中的功能部位核糖体在翻译中的功能部位 目录目录四、四、肽链生物合成需要酶类和肽链生物合成需要酶类和蛋白质因子
12、蛋白质因子氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶(aminoacyltRNA synthetase)，催化氨基酸的活化；催化氨基酸的活化；转肽酶转肽酶(peptidase)，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；转位酶转位酶(translocase)，催化核蛋白体向，催化核蛋白体向mRNA3-端移端移动一个密码子的距离，使下
13、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。目录目录起始因子（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）目录目录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占据核糖体占据核糖体A位，防止位，防止A位结合其他位结合其他tRNA IF-2促进促进fMet-tRNAfMet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
14、P位对结合位对结合fMet-tRNAfMet的敏感性的敏感性 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-TsEF-Tu的调节亚基的调节亚基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具有具有GTP酶活性，介导酶活性，介导RF-1及及RF-2与核糖体的相与
15、核糖体的相互作用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始因子eIF-1多功能因子，参与翻译的多个步骤多功能因子，参与翻译的多个步骤eIF-2促进促进Met-tRNAiMet与小亚基结合与小亚基结合eIF-2B结合小亚基，促进大、小亚基分离结合小亚基，促进大、小亚基分离 eIF-3结合小亚基，促进大、小亚基分离；介导结合小亚基，促进大、小亚基分离；介导eIF-4F复合物复合物-mRNA与小亚基结合与小亚基结合 eIF-4AeIF-4F复合物成分；有复合物成分；有RNA解螺旋酶活性，解除解螺旋酶活性，
16、解除mRNA 5-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扫描定位起始扫描定位起始AUGeIF-4EeIF-4F复合物成分，识别结合复合物成分，识别结合mRNA 的的5 帽结构帽结构eIF-4GeIF-4F复合物成分，结合复合物成分，结合eIF-4E、eIF-3和和PABeIF-5促进各种起始因子从小亚基解离促进各种起始因子从小亚基解离eIF-6促进大、小亚基分离促进大、小亚基分离延长因子延长因子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
17、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的功能的功能目录目录第二节第二节氨基酸与氨基酸与tRNA的连接的连接 目录目录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。目录目录n反应过程反应过程一、
18、一、氨基酰氨基酰-tRNA合成酶识别特定氨合成酶识别特定氨基酸和基酸和tRNA氨基酸氨基酸+tRNA氨基酰氨基酰-tRNAATP AMPPPi氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶氨基酸与氨基酸与tRNA连接的专一性由氨基酰连接的专一性由氨基酰tRNA合成酶保证。合成酶保证。氨基酰氨基酰tRNA合成酶都具有高度专一性合成酶都具有高度专一性，既能识别特异的氨，既能识别特异的氨基酸，又能辨认应该结合该种氨基酸的基酸，又能辨认应该结合该种氨基酸的tRNA分子。分子。目录目录氨基酸氨基酸 ATP-E 氨基酰氨基酰-AMP-E PPi 第一步反应第一步反应目录目录 第二步反应第二步反应氨基酰氨基酰-AMP-
19、E tRNA氨基酰氨基酰-tRNA AMP E目录目录l氨 基 酰氨 基 酰 t R N A 合 成 酶 还 有合 成 酶 还 有 校 对 活 性校 对 活 性（proofreading activity），能将错误结合的），能将错误结合的氨基酸水解释放，氨基酸水解释放，l即将任何错误的氨基酰即将任何错误的氨基酰-AMP-E复合物或氨基复合物或氨基酰酰-tRNA的酯键水解，再换上与密码子相对的酯键水解，再换上与密码子相对应的氨基酸，改正反应的任一步骤中出现的应的氨基酸，改正反应的任一步骤中出现的错配，保证氨基酸和错配，保证氨基酸和tRNA结合反应的误差小结合反应的误差小于于10-4。特性特性目
20、录目录n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：例如：目录目录二、二、肽链合成的起始需要特殊的起肽链合成的起始需要特殊的起始氨基酰始氨基酰-tRNAtRNAiMet与甲硫氨酸结合后形成与甲硫氨酸结合后形成Met-tRNAiMet，可以在，可以在mRNA的起始密
21、码子的起始密码子AUG处就位，参与形成翻译起始复合物。处就位，参与形成翻译起始复合物。起始密码子只能辨认起始密码子只能辨认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，必要时进入核蛋白体，为延长中的肽链添加甲硫氨酸。的肽链添加甲硫氨酸。起始氨基酰起始氨基酰-tRNA:Met-tRNAiMet 参与肽链延长的甲硫氨酰参与肽链延长的甲硫氨酰-tRNA：Met-tRNAMetn真核生物真核生物目录目录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
22、被甲酰化为N-甲酰甲硫氨酸甲酰甲硫氨酸(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，参与形成翻译起始处就位，参与形成翻译起始复合物。起始密码子只能辨认复合物。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-tRNA:fMet-tRNAfMet 目录目录fMet-tRNAfMet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
23、酰基从酰基从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-氨氨基上。基上。目录目录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 chain目录目录翻译过程包括起始（翻译过程包括起始（initiation）、延长）、延长（elongation）和终止（）和终止（termination）三个阶）三个阶段。段。真核生物的肽链合成过程与原核生物的肽链真核生物的肽链合成过程与原核生物的肽链合成过程基本相似，只是反应更复杂、涉及合成过程基本相似，只是反应更复杂、涉及的蛋白质因子更多。的蛋白质因子更多。目录目录（一
24、）原核生物翻译起始复合物的形成（一）原核生物翻译起始复合物的形成 指指mRNA和起始氨基酰和起始氨基酰-tRNA分别与核糖分别与核糖体结合而形成翻译起始复合物的过程。体结合而形成翻译起始复合物的过程。1.核糖体大小亚基分离；核糖体大小亚基分离；2.核糖体小亚基结合于核糖体小亚基结合于mRNA的起始密码子的起始密码子附近；附近；3.fMet-tRNAfMet结合在核糖体结合在核糖体P位位；4.核糖体大亚基结合形成起始复合物。核糖体大亚基结合形成起始复合物。一、翻译起始复合物的装配启动肽链合成一、翻译起始复合物的装配启动肽链合成目录目录（a）起始复合物的装配过程；（）起始复合物的装配过程；（b）r
25、RNA识别识别mRNA的核糖体结合位的核糖体结合位点，保证翻译起始在起始密码子处点，保证翻译起始在起始密码子处 目录目录IF-3IF-11.1.核糖体大小亚基分离核糖体大小亚基分离目录目录A U G53IF-3IF-12.核糖体小亚基结合于核糖体小亚基结合于mRNA的起始密码子附近的起始密码子附近 目录目录n原核生物原核生物mRNA在核糖体小亚基上的准确定位和在核糖体小亚基上的准确定位和结合涉及两种机制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，富含嘌呤碱基，如含嘌呤碱基，
26、如-AGGAGG-，称为，称为Shine-Dalgarno序列序列(S-D序列序列)，又称核糖体结合位点，又称核糖体结合位点(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。目录目录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。目录目录mRNA上邻近上邻近RBS下游，还有一段
27、短核苷酸序列，下游，还有一段短核苷酸序列，可被小亚基蛋白可被小亚基蛋白rpS-1识别并结合。识别并结合。通过上述通过上述RNA-RNA、RNA-蛋白质相互作用，小蛋白质相互作用，小亚基可以准确定位亚基可以准确定位mRNA上的起始上的起始AUG。目录目录IF-3IF-1IF-2GTP3.fMet-tRNAfMet结合在核糖体结合在核糖体P位位A U G53目录目录IF-3IF-1IF-2GTPGDPPi4.4.核糖体大亚基结合形成起始复合物核糖体大亚基结合形成起始复合物A U G53目录目录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
28、目录目录（二）真核生物翻译起始复合物的形成（二）真核生物翻译起始复合物的形成1.核糖体大小亚基分离；核糖体大小亚基分离；2.Met-tRNAiMet定位结合于小亚基定位结合于小亚基P位；位；3.mRNA与核糖体小亚基定位结合；与核糖体小亚基定位结合；4.核糖体大亚基结合。核糖体大亚基结合。目录目录真核生物翻译起始复合物的装配真核生物翻译起始复合物的装配 目录目录 翻译起始复合物形成后，核糖体从翻译起始复合物形成后，核糖体从mRNAmRNA的的5 5 端向端向3 3 端移动，依据密码子顺序，从端移动，依据密码子顺序，从N N端开始端开始向向C C端合成多肽链。端合成多肽链。二、在核糖体上重复进行
29、的三步反应二、在核糖体上重复进行的三步反应延长肽链延长肽链目录目录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)肽链延长在核糖体上连续循环式进行，又称肽链延长在核糖体上连续循环式进行，又称为核糖体循环为核糖体循环(ribosomal cycle)，包括以下三，包括以下三步：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。目录目录1.进位（进位（entrance）又称又称注册注册(registration)，是指一个氨基酰是指一个氨基酰-
30、tRNA按照按照mRNA模板的指令进模板的指令进入并结合到核糖体入并结合到核糖体A位的过程。位的过程。目录目录2.成肽成肽 成肽是指成肽是指肽基转移酶（转肽酶）肽基转移酶（转肽酶）催化两个氨催化两个氨基酸间肽键形成的反应。基酸间肽键形成的反应。目录目录3.转位转位指的是核糖体沿着指的是核糖体沿着mRNA的移位。的移位。移位的结果是：移位的结果是：成肽后位于成肽后位于P 位的位的tRNA所所携带的氨基酸或肽在反应中交给了携带的氨基酸或肽在反应中交给了A位上的氨基酸，位上的氨基酸，空载的空载的tRNA从核糖体直接脱落；从核糖体直接脱落；成肽后位于成肽后位于A位的带有合成中的肽链的位的带有合成中的肽
31、链的tRNA（肽酰（肽酰-tRNA）转）转到了到了P位上；位上；A位得以空出，且准确定位在位得以空出，且准确定位在mRNA的下一个密码子，以接受一个新的对应的的下一个密码子，以接受一个新的对应的氨基酰氨基酰tRNA进位。进位。转位需要延长因子参与。转位需要延长因子参与。目录目录真核生物肽链延长过程真核生物肽链延长过程目录目录肽链上每增加一个氨基酸残基，就需要经肽链上每增加一个氨基酸残基，就需要经过一次进位、成肽和转位反应。如此往复，直过一次进位、成肽和转位反应。如此往复，直到核糖体的到核糖体的A A位对应到了位对应到了mRNAmRNA的终止密码子上。的终止密码子上。终止密码子不被任何氨基酰终止
32、密码子不被任何氨基酰-tRNA-tRNA识别，识别，只有释放因子只有释放因子RFRF能识别终止密码子而进入能识别终止密码子而进入A A位，位，这一识别过程需要水解这一识别过程需要水解GTPGTP。三、终止密码子和释放因子导致肽链三、终止密码子和释放因子导致肽链合成停止合成停止目录目录 原核生物有原核生物有3种种RF RF1识别识别UAA或或UAG，RF2识别识别UAA或或UGA，RF3则与则与GTP结合并使其水解，协助结合并使其水解，协助RF1与与RF2与与核糖体结合。核糖体结合。真核生物仅有真核生物仅有eRF一种释放因子一种释放因子，所有所有3种终止密码子均可被种终止密码子均可被eRF识别。
33、识别。真核生物中肽链合成完成后的水解释放过程尚未真核生物中肽链合成完成后的水解释放过程尚未完全了解。完全了解。目录目录 多聚核糖体的形成可以使蛋白质生物合多聚核糖体的形成可以使蛋白质生物合成以高速度、高效率进行。成以高速度、高效率进行。多聚核糖体多聚核糖体(polysome)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，这些核糖体依次结合起始密码子并蛋白体，这些核糖体依次结合起始密码子并沿沿5 3 方向读码移动，同时进行肽链合成，方向读码移动，同时进行肽链合成，这种这种mRNA与多个核糖体形成的聚合物称为与多个核糖体形成的聚合物称为多聚核糖体多聚核糖体(polysome)
34、。目录目录多聚核糖体多聚核糖体目录目录电镜下的多聚核糖体电镜下的多聚核糖体目录目录第四节第四节肽链生物合成后的加工和肽链生物合成后的加工和靶向输送靶向输送目录目录 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加工翻译后加工(post-translational processing)。目录目录 蛋白质合成后还需要被输送到合适的亚细胞部蛋白质合成后还需要被输送到合适的亚细胞部位才能行使各自的生物学功能。其中，有的蛋位
35、才能行使各自的生物学功能。其中，有的蛋白质驻留于细胞液，有的被运输到细胞器或镶白质驻留于细胞液，有的被运输到细胞器或镶嵌入细胞膜，还有的被分泌到细胞外。蛋白质嵌入细胞膜，还有的被分泌到细胞外。蛋白质合成后在细胞内被定向输送到其发挥作用部位合成后在细胞内被定向输送到其发挥作用部位的过程称为的过程称为蛋白质的靶向输送（蛋白质的靶向输送（protein targeting）或蛋白质分选（）或蛋白质分选（protein sorting）。）。目录目录一、肽链折叠为功能构象需要分子伴侣一、肽链折叠为功能构象需要分子伴侣 蛋白质在合成时，还未折叠的肽段有许多疏水基团暴露蛋白质在合成时，还未折叠的肽段有许多
36、疏水基团暴露在外，具有分子内或分子间聚集的倾向，使蛋白质不能在外，具有分子内或分子间聚集的倾向，使蛋白质不能形成正确空间构象。形成正确空间构象。这种结构混乱的肽链集合体产生过多对细胞有致命的影这种结构混乱的肽链集合体产生过多对细胞有致命的影响。响。实际上，细胞中大多数天然蛋白质折叠都不是自发完成实际上，细胞中大多数天然蛋白质折叠都不是自发完成的，其折叠过程需要其他酶或蛋白质的辅助，这些辅助的，其折叠过程需要其他酶或蛋白质的辅助，这些辅助性蛋白质可以指导新生肽链按特定方式正确折叠，它们性蛋白质可以指导新生肽链按特定方式正确折叠，它们被称为被称为分子伴侣（分子伴侣（molecular chaper
37、one）。）。目录目录 分子伴侣的主要作用是：分子伴侣的主要作用是：封闭待折叠肽链暴露的疏水区段；封闭待折叠肽链暴露的疏水区段；创建一个隔离的环境，可以使肽链的折叠互不创建一个隔离的环境，可以使肽链的折叠互不干扰；干扰；促进肽链折叠和去聚集；促进肽链折叠和去聚集；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。目录目录细胞内分子伴侣可分为两大类细胞内分子伴侣可分为两大类 一类为核糖体结合性分子伴侣，包括触发一类为核糖体结合性分子伴侣，包括触发因子和新生链相关复合物；因子和新生链相关复合物；另一类为非核糖体结合性分子伴侣，包括另一类为非核糖体结合性分子伴侣，包括热激蛋
38、白、伴侣蛋白等。热激蛋白、伴侣蛋白等。目录目录1.热激蛋白热激蛋白(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。目录目录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
39、在于另一个是存在于C-端的肽链结合结构域。蛋白端的肽链结合结构域。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结合部位结合部位目录目录 大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
40、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 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。目录目录HSP70 辅助肽链折叠辅助肽链折叠 目录目录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、胞核等部位内
41、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叠状态而转运、跨膜，再折叠网蛋白质保持未折叠状态而转运、跨膜，再折叠成功能构象；成功能构象；通过类似上述机制，避免或消除蛋白质变性通过类似上述机制，避免或消除蛋白质变性后因疏水基团暴露而发生的不可逆聚集，以利于后因疏水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。清除变性或错误折叠的多肽中间物等。目录目录 伴侣蛋白（伴侣蛋白（chaperonin）是分子伴侣的另一）是分子伴侣的另一家族，如大肠杆菌的家族，如大肠杆菌的Gro EL和和Gro ES（真（真核细
42、胞中同源物为核细胞中同源物为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。2.伴侣蛋白伴侣蛋白Gro EL和和Gro ES 目录目录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复合物复合物目录目录 除了分子伴侣协助肽链折叠以外，一
43、些对于蛋除了分子伴侣协助肽链折叠以外，一些对于蛋白质空间结构形成至关重要的氨基酸残基（如白质空间结构形成至关重要的氨基酸残基（如半胱氨酸、脯氨酸等）的正确折叠还需要酶促半胱氨酸、脯氨酸等）的正确折叠还需要酶促反应。这些可催化蛋白质功能构象形成所必需反应。这些可催化蛋白质功能构象形成所必需的酶称为异构酶（的酶称为异构酶（isomerase），也称为折叠），也称为折叠酶（酶（foldase）。）。目录目录蛋白质二硫化物异构酶蛋白质二硫化物异构酶 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
44、十分重要，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。目录目录肽酰肽酰-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
45、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限速酶，在肽链合成需形成顺式构型时，可的限速酶，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。使多肽在各脯氨酸弯折处形成准确折叠。目录目录二、肽链的肽键水解生成活性蛋白二、肽链的肽键水解生成活性蛋白质或功能肽质或功能肽（一）合成后肽链的末端被水解加工（一）合成后肽链的末端被水解加工 新生肽链的新生肽链的N端的甲硫氨酸残基，在肽链离开端的甲硫氨酸残基，在肽链离开核糖体后，大部分即由特异的蛋白水解酶切核糖体后，大部分即由特异的蛋白水解酶切除。除。目录目录例：
46、鸦片促黑皮质素原例：鸦片促黑皮质素原(POMC)的水解修饰的水解修饰（二）肽链中肽键水解产生多种功能肽（二）肽链中肽键水解产生多种功能肽 目录目录三、三、肽链中氨基酸残基的化学修饰肽链中氨基酸残基的化学修饰增加蛋白质功能多样性增加蛋白质功能多样性常见的化学修饰种类常见的化学修饰种类 发生修饰的主要氨基酸残基发生修饰的主要氨基酸残基磷酸化磷酸化丝氨酸、苏氨酸、酪氨酸丝氨酸、苏氨酸、酪氨酸N-糖基化糖基化天冬酰胺天冬酰胺O-糖基化糖基化丝氨酸、苏氨酸丝氨酸、苏氨酸羟基化羟基化脯氨酸脯氨酸 赖氨酸赖氨酸甲基化甲基化赖氨酸、精氨酸、组氨酸、天冬酰赖氨酸、精氨酸、组氨酸、天冬酰胺、天冬氨酸、谷氨酸胺、天
47、冬氨酸、谷氨酸乙酰化乙酰化赖氨酸、丝氨酸赖氨酸、丝氨酸硒化硒化半胱氨酸半胱氨酸目录目录四、亚基聚合形成功能性蛋白质复合物四、亚基聚合形成功能性蛋白质复合物结合蛋白质合成后都需要结合相应辅基，结合蛋白质合成后都需要结合相应辅基，才能成为具有功能活性的天然蛋白质。才能成为具有功能活性的天然蛋白质。具有四级结构的蛋白质由两条以上的肽链具有四级结构的蛋白质由两条以上的肽链通过非共价键聚合，形成寡聚体通过非共价键聚合，形成寡聚体(oligomer)。n 通过非共价键亚基聚合形成具有四级通过非共价键亚基聚合形成具有四级结构的蛋白质结构的蛋白质n 辅基连接后形成完整的结合蛋白质辅基连接后形成完整的结合蛋白质
48、目录目录五、蛋白质合成后被靶向输送至五、蛋白质合成后被靶向输送至细胞特定部位细胞特定部位 蛋白质在核蛋白体上合成后，必须分选出来，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的生物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饰过程同学功能。蛋白质的靶向输送与翻译后修饰过程同步进行。步进行。目录目录 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，这类序列称为信号信
49、号序列序列(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。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目录目录蛋白种类蛋白种类信号序列信号序列结构特点结构特点 分泌蛋白和质膜蛋白分泌蛋白和质膜蛋白信号肽信号肽1530个氨基酸，位于个氨基酸，位于N-端，端，中间为疏水性氨基酸中间为疏水性氨基酸 核蛋白核蛋白核定位信号核定位信号48个氨基酸组成，位于内部，个氨基酸组成，位于内部，含含P
50、ro、Lys和和Arg，典型序列，典型序列为为K-K/R-X-K/R 内质网蛋白内质网蛋白内质网滞留信号内质网滞留信号C-端的端的Lys-Asp-Glu-Leu（KDEL）核基因组编码的线粒核基因组编码的线粒体蛋白体蛋白线粒体导肽线粒体导肽2035个氨基酸，位于个氨基酸，位于N-端端 溶酶体蛋白溶酶体蛋白溶酶体靶向信号溶酶体靶向信号甘露糖甘露糖-6-磷酸（磷酸（Man-6-P）蛋白细胞亚组分分选信号蛋白细胞亚组分分选信号 目录目录细胞内分泌型蛋白质的合成与转运同时发生。细胞内分泌型蛋白质的合成与转运同时发生。它们的它们的N-N-端都有端都有信号肽（信号肽（signal peptidesigna
