1、Chapter 18 Protein Synthesis and Processing蛋白质的合成蛋白质的合成与加工与加工Department of Biochemistry and Molecular Biology,Medical College of Shantou University,Shantou,ChinaJianjun Xie,M.D.,Ph.D 1954年，年，Paul Zamecnik及其同事实验证明体内蛋白质是由氨及其同事实验证明体内蛋白质是由氨基酸合成的。基酸合成的。1956年，他们发现了氨基酰年，他们发现了氨基酰-tRNA合成酶。合成酶。1958年，年，M.B.Hoa
2、gland和和Zamecnik又发现蛋白质生物合成需又发现蛋白质生物合成需要可溶性要可溶性RNA为中介。为中介。1961年，年，Howard Dintzis证明血红蛋白肽链合成方向是从证明血红蛋白肽链合成方向是从N-末末端向端向C-末端进行。末端进行。19611966年间，年间，Nirencerg、Matthaei和和Khorana先后确定了先后确定了64个遗传密码。个遗传密码。19731976年，麦胚无细胞体系、兔网织无细胞体系分别建立，年，麦胚无细胞体系、兔网织无细胞体系分别建立，蛋白质合成的具体过程终于揭晓。蛋白质合成的具体过程终于揭晓。标志性事件标志性事件l蛋白质的生物合成蛋白质的生物
3、合成，即，即翻译翻译（translation）l翻译的过程翻译的过程就是将核酸中就是将核酸中核苷酸序列核苷酸序列编码的遗传编码的遗传信息，通过信息，通过遗传密码遗传密码破译的方式解读为蛋白质分破译的方式解读为蛋白质分子中子中20种种氨基酸的排列顺序氨基酸的排列顺序。何谓翻译？何谓翻译？蛋白质合成体系的组成蛋白质合成体系的组成Components Required for Protein Biosynthesis第一节第一节 lmRNA（messenger RNA,信使信使RNA）lrRNA（ribosomal RNA,核糖核蛋白体核糖核蛋白体RNA）ltRNA（transfer RNA,转移转
4、移RNA）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（终止因子）释放因子（终止因子）(release factor,RF)等等 一、一、mRNA是蛋白质是蛋白质/多肽链合成的模板多肽链合成的模板l在遗传信息传递过程中，在遗传信息传递过程中，DNA转录生成转录生成mRNA，mRNA作作为蛋白质合成的直接模板，指导蛋白质多肽链的合成。为蛋白质合成的直接模板，指导蛋白质多肽链的合成。l mRNA包括包括 5-非翻译区非翻译区(5-untranslated region,5-UTR)开放阅读框架区开放阅读
5、框架区(open reading frame,ORF)3-非翻译区非翻译区(3-untranslated region,3-UTR)原核生物原核生物mRNA真核生物真核生物mRNA非翻译区非翻译区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PPP53蛋白质蛋白质PPPmG-53蛋白质蛋白质AAAp 1961年，年，Nirenberg 证明了证明了mRNA的模板作用。的模板作用。pmRNA分子上每分子上每3个核苷酸构建一个密码子，编码某个核苷酸构建一个密码子，编码某一特定氨基酸或作为蛋白质合成的起始、终止信号，一特定氨基酸或作为蛋白质合成的起始、终止信
6、号，称为三联体密码称为三联体密码(triplet codon)，也称遗传密码子，也称遗传密码子(genetic codon)。（一）（一）mRNA含有含有64种密码子种密码子起始密码起始密码(initiation codon):AUG 终止密码终止密码(termination codon):UAA、UAG、UGA 遗遗传传密密码码表表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 端终止密码子之间的核苷酸端终止密码子之间的核苷酸序列，各个三联体密码连续排列编码一条多肽链，称为开放阅读框架序列，各个三联体密码连续排列编
7、码一条多肽链，称为开放阅读框架(open reading frame,ORF)。1.遗传密码具有通用性遗传密码具有通用性（二）遗传密码具有几个特性（二）遗传密码具有几个特性l从原核生物生物（包括病毒、细菌等）、真核生物以从原核生物生物（包括病毒、细菌等）、真核生物以及人类都共同使用同一套遗传密码。及人类都共同使用同一套遗传密码。l已发现少数例外，如动物细胞的线粒体、植物细胞的已发现少数例外，如动物细胞的线粒体、植物细胞的叶绿体。叶绿体。2.密码子具有方向性密码子具有方向性(direction)l起始密码子总是位于起始密码子总是位于mRNA开放阅读框架的开放阅读框架的5末端，末端，终止密码子位于
8、终止密码子位于3末端。末端。l翻译的方向是从翻译的方向是从5到到3末端。末端。3.遗传密码具有连续性遗传密码具有连续性(commaless)l 密码子按密码子按5 3方向每方向每3个一组阅读框架顺序翻译，个一组阅读框架顺序翻译，无标点、不重叠，即无标点、不重叠，即连续性连续性.lmRNA开放阅读框架内发生一个或两个碱基插入或缺开放阅读框架内发生一个或两个碱基插入或缺失，可引起失，可引起移码突变移码突变(frameshift mutation)。翻译翻译的蛋白质氨基酸顺序则发生改变。的蛋白质氨基酸顺序则发生改变。4.遗传密码具有简并性遗传密码具有简并性(degeneracy)l 简并性，即同一种
9、氨基酸具有多个密码子，或者多个密码子代表简并性，即同一种氨基酸具有多个密码子，或者多个密码子代表一种氨基酸的现象。一种氨基酸的现象。l 遗传密码中，除色氨酸和甲硫氨酸仅对应一个密码子外，其余氨遗传密码中，除色氨酸和甲硫氨酸仅对应一个密码子外，其余氨基酸均有一个以上密码子为其编码。基酸均有一个以上密码子为其编码。l密码子简并性的生物学意义：减少有害突变。密码子简并性的生物学意义：减少有害突变。遗传密码的特异性主要取决于前两位碱基。遗传密码的特异性主要取决于前两位碱基。GCU ACUGCC ACCGCA ACAGCG ACGAlaThr遗传密码的简并性遗传密码的简并性5.遗传密码具有摆动性遗传密码
10、具有摆动性（wobble）l编码同一氨基酸的不同密码子互称同义编码同一氨基酸的不同密码子互称同义密码子；同义密码子之间的差异通常只密码子；同义密码子之间的差异通常只在第在第3位碱基上，密码子第位碱基上，密码子第3位碱基与位碱基与tRNA反密码子反密码子不严格遵守碱基配对规不严格遵守碱基配对规律律，而是，而是摆动摆动碱基配对。碱基配对。U摆动配对摆动配对二、一种二、一种tRNA只能转运一种氨基酸，但一种氨只能转运一种氨基酸，但一种氨基酸可由几种基酸可由几种tRNA转运转运反密码环反密码环氨基酸臂氨基酸臂tRNA的三级结构示意图的三级结构示意图 三、三、rRNA与蛋白质组成核糖体与蛋白质组成核糖体
11、 蛋白质合成场所蛋白质合成场所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 S值值rRNArRNA蛋白质蛋白质S S值值rRNArRNA小亚基小亚基2121种种30S30S16S16S3333种种40S40S18S18S大亚基大亚基3434种种50S50S23S23S5S5S4949种种60S60S28S28S5.8S5.8S5S5S核蛋白体核蛋白体70S70S80S80S核核糖糖体体的的组组成成原核生物核糖体原核生物核糖体 70 S Mt 2.7106 真核生物核糖体真核生物核糖体 80S Mt 4.2106核糖体在蛋白质合成中有主要作用：核糖体在蛋白质合成中
12、有主要作用：核糖体两亚基上具有结合核糖体两亚基上具有结合mRNA的位点，还有与起的位点，还有与起始因子、延长因子、释放因子及各种酶的结合位点；并且始因子、延长因子、释放因子及各种酶的结合位点；并且具有两个具有两个tRNA结合的位点；结合的位点；A位点是氨基酰位点是氨基酰tRNA结合位结合位点，点，P位点是肽酰位点是肽酰tRNA结合位点。通过将结合位点。通过将mRNA、氨基、氨基酰酰-tRNA和相关的蛋白因子放置在正确的位置来调节蛋白和相关的蛋白因子放置在正确的位置来调节蛋白质的合成。核糖体是合成蛋白质的场所。质的合成。核糖体是合成蛋白质的场所。原核生物核蛋白体结构模式原核生物核蛋白体结构模式3
13、0S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：排出位（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：氨基酰位，受位位：氨基酰位，受位(aminoacyl site)P位：肽酰位，给位位：肽酰位，给位(peptidyl site)l20种氨基酸（种氨基酸（AA）l酶及众多蛋白因子，如酶及众多蛋白因子，如氨基酰氨基酰-tRNA合成酶、起合成酶、起始因子始因子(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）。
14、lATP、GTPl无机离子无机离子四、蛋白质合成体系还需要其他辅助因子四、蛋白质合成体系还需要其他辅助因子大肠杆菌蛋白质合成的大肠杆菌蛋白质合成的5 5个阶段所需化合物个阶段所需化合物1氨基酸的活化氨基酸的活化20种氨基酸种氨基酸20种氨基酰种氨基酰-tRNA合成酶合成酶32种（或多于种（或多于32种）种）tRNAATP、Mg2+2起始起始mRNAN-甲酰甲硫氨酰甲酰甲硫氨酰-tRNAfmermRNA上的起始密码子（上的起始密码子（AUG）30S核糖体亚基核糖体亚基50S核糖体亚基核糖体亚基起始因子（起始因子（IF-1,IF-2,IF-3）GTP、Mg2+3延长延长具有功能的具有功能的70S核
15、糖体（起始复合物）核糖体（起始复合物）密码子特异的氨基酰密码子特异的氨基酰-tRNA延长因子（延长因子（EF-Tu,EF-Ts,EF-G）GTP、Mg2+4终止与释放终止与释放mRNA上的终止密码上的终止密码释放因子（释放因子（RF-1,RF-2,RF-3）5折叠和翻译后的加工折叠和翻译后的加工特异酶、辅助因子、除去起始残基和信号肽所需的化合物，特异酶、辅助因子、除去起始残基和信号肽所需的化合物，水解过程，末端残基的修饰，磷酸、甲基、羧基、碳水化合物或辅水解过程，末端残基的修饰，磷酸、甲基、羧基、碳水化合物或辅基结合到蛋白质上基结合到蛋白质上阶段阶段必需化合物必需化合物1氨基酸的活化氨基酸的活
16、化20种氨基酸种氨基酸20种氨基酰种氨基酰-tRNA合成酶合成酶32种（或多于种（或多于32种）种）tRNAATP、Mg2+2起始起始mRNAN-甲酰甲硫氨酰甲酰甲硫氨酰-tRNAmRNA上的起始密码子（上的起始密码子（AUG）30S核糖体亚基核糖体亚基50S核糖体亚基核糖体亚基起始因子（起始因子（IF-1,IF-2,IF-3）GTP、Mg2+3延长延长具有功能的具有功能的70S核糖体（起始复合物）核糖体（起始复合物）密码子特异的氨基酰密码子特异的氨基酰-tRNA延长因子（延长因子（EF-Tu,EF-Ts,EF-G）GTP、Mg2+4终止与释放终止与释放mRNA上的终止密码上的终止密码释放因子
17、（释放因子（RF-1,RF-2,RF-3）5折叠和翻译后的加工折叠和翻译后的加工特异酶、辅助因子、除去起始残基和信号肽所需的化合物，特异酶、辅助因子、除去起始残基和信号肽所需的化合物，水解过程，末端残基的修饰，磷酸、甲基、羧基、碳水化合物或辅水解过程，末端残基的修饰，磷酸、甲基、羧基、碳水化合物或辅基结合到蛋白质上基结合到蛋白质上阶段阶段必需化合物必需化合物蛋白质的合成过程蛋白质的合成过程Protein Synthesis Process 第二节第二节l氨基酸的活化氨基酸的活化l肽链合成的起始肽链合成的起始(initiation)l肽链的延长肽链的延长(elongation)l肽链合成的终止肽
18、链合成的终止(termination)及释放及释放整个翻译过程可分为整个翻译过程可分为4 4个阶段个阶段 ：翻译过程从开放阅读框架的翻译过程从开放阅读框架的5-AUG开始向开始向3 阅读阅读，按，按mRNA上三联体密码的顺序指导蛋白质上三联体密码的顺序指导蛋白质从从N端向端向C端合成，直至终止密码。端合成，直至终止密码。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（一）氨基酰（一）氨基酰-tRNA合成酶催化氨基酸与合成酶催化氨基酸与tRNA的连接的连接一、氨基酸活化成氨基酰一、氨基酸活化成氨基酰-tRNA氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶(
19、aminoacyl-tRNA synthetase)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 PPi目目 录录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（型）型）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都有高度都有高度特异性。特异性。l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(editing activity，即酯酶的活性即酯酶的活性。l氨基酸活化耗能：2个Pl氨基酰氨基酰-tRNA的表示方法：的表示方法：Ser-tRNASerMet-tRNAMet（二）氨基酰（
20、二）氨基酰-tRNA合成酶具有校读作用合成酶具有校读作用二、起始阶段形成翻译起始复合物二、起始阶段形成翻译起始复合物指在起始因子的作用下，指在起始因子的作用下，mRNA和起始氨基酰和起始氨基酰-tRNA分别与核糖体结合而形成分别与核糖体结合而形成翻译起始复合物翻译起始复合物(translational initiation complex)。l原核生物中有原核生物中有3种起始因子种起始因子(initiation factor，IF)：IF-1、IF-2、IF-3l真核生物起始因子被称作真核生物起始因子被称作eIF(eukaryotic initiation factor)eIF-1、-2、-3
21、、-4、-5和和-6 翻译的起始因子翻译的起始因子真核起始因子真核起始因子功能功能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Met-tRNAMet与核糖体与核糖体40S小亚基结合小亚基结合eIF-2B 又称鸟苷酸交换因子，将又称鸟苷酸交换因子，将eIF-2上的上的GDP交换成交换成GTP eIF-3 首先与首先与40S小亚基结合的因子，并能加速后续步骤小亚基结合的因子，并能加速后续步骤eIF-4A 具有具有RNA解旋酶的活性，能解除解旋酶的活性，能解除mRNA 5 端的发夹结构，端的发夹结构，使其与使其与40S小亚基结合。是小亚基结合。是e
22、IF-4F 的组成成分的组成成分eIF-4B 与与mRNA结合，对结合，对mRNA进行扫描并定位第一个进行扫描并定位第一个AUGeIF-4E 结合结合mRNA的帽子结构，是的帽子结构，是eIF4F的组成成分的组成成分eIF-4G 一种接头蛋白，能与一种接头蛋白，能与eIF-4E、eIF-3和和poly A结合蛋白结合将结合蛋白结合将40 S的小亚基富集至的小亚基富集至mRNA，而刺激翻译。是，而刺激翻译。是eIF4F的组成的组成成分成分eIF-5 促进上述起始因子从促进上述起始因子从40S小亚基脱落，以便小亚基脱落，以便40S小亚基与小亚基与60S大亚基结合形成大亚基结合形成80S起始复合物起
23、始复合物eIF-6 促进无活性的促进无活性的80S核糖体解聚生成核糖体解聚生成40S小亚基和小亚基和60S大亚基大亚基原核起始因子原核起始因子功能功能IF-1 防止防止tRNA过早地结合到过早地结合到A位位IF-2 促进促进fMet-tRNAfMet结合到结合到30S小亚基小亚基IF-3 结合结合30S小亚基，防止它过早地与小亚基，防止它过早地与50S大亚基结合，并提高大亚基结合，并提高P 位对位对fMet-tRNAfMet的特异性的特异性真核起始因子真核起始因子功能功能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Met-tRNAMet与核糖
24、体与核糖体40S小亚基结合小亚基结合eIF-2B 又称鸟苷酸交换因子，将又称鸟苷酸交换因子，将eIF-2上的上的GDPGTP eIF-3 首先与首先与40S小亚基结合的因子，并能加速后续步骤小亚基结合的因子，并能加速后续步骤eIF-4A 具有具有RNA解旋酶的活性，能解除解旋酶的活性，能解除mRNA 5 端的发夹结构，端的发夹结构，使其与使其与40S小亚基结合。是小亚基结合。是的组成成分的组成成分eIF-4B 与与mRNA结合，对结合，对mRNA进行扫描并定位第一个进行扫描并定位第一个AUGeIF-4E 结合结合mRNA的帽子结构，是的帽子结构，是的组成成分的组成成分eIF-4G 一种接头蛋白
25、，能与一种接头蛋白，能与、eIF-3和和poly A结合蛋白结合将结合蛋白结合将40 S的小亚基富集至的小亚基富集至mRNA，而刺激翻译。是，而刺激翻译。是eIF4F的组成的组成成分成分eIF-5 促进上述起始因子从促进上述起始因子从40S小亚基脱落，以便小亚基脱落，以便40S小亚基与小亚基与60S大亚基结合形成大亚基结合形成80S起始复合物起始复合物eIF-6 促进无活性的促进无活性的80S核糖体解聚生成核糖体解聚生成40S小亚基和小亚基和60S大亚基大亚基原核起始因子原核起始因子功能功能IF-1 防止防止tRNA过早地结合到过早地结合到A位位IF-2 促进促进fMet-tRNAfMet结合
26、到结合到30S小亚基小亚基IF-3 结合结合30S小亚基，防止它过早地与小亚基，防止它过早地与50S大亚基结合，并提高大亚基结合，并提高P 位对位对fMet-tRNAfMet的特异性的特异性（一）原核生物在起始因子参与下组装翻译起始复合物（一）原核生物在起始因子参与下组装翻译起始复合物1 1原核生物翻译起始形成原核生物翻译起始形成70S70S起始复合物起始复合物lIF-1、IF-3结合解聚的核糖体结合解聚的核糖体30S小亚基小亚基；lmRNA结合核糖体结合核糖体30S小亚基；小亚基；l在在IF-1IF-1的作用下，的作用下，fMet-tRNA结合结合mRNA的的起始密码子；起始密码子；l50S
27、核糖体大亚基参入复合物。核糖体大亚基参入复合物。原核生物原核生物：fMet-tRNAifMet真核生物真核生物：Met-tRNAiMet肽链合成的起始氨基酰肽链合成的起始氨基酰-tRNA:-tRNA:Met-tRNAifMetfMet-tRNAifMet转甲酰基酶N10-CHO FH4IF-3IF-1（1）IF-3、IF-1结合解聚的结合解聚的30S核糖体小亚基核糖体小亚基 A U G53IF-3IF-1（2）mRNA结合核糖体结合核糖体30S小亚基小亚基 S-D序列（序列（Shine-Dalgarno sequence）又称核糖又称核糖体结合位点（体结合位点（ribosomal bindin
28、g site,RBS）IF-3IF-1IF-2GTP（3）在在IF-1的作用下，的作用下，fMet-tRNA结合结合mRNA的的 起始密码子起始密码子 A U G53目目 录录IF-3IF-1IF-2GTPGDPPi(4)利用利用IF-2具有具有GTP酶的活性，催化酶的活性，催化GTP水解，起始因子释放，水解，起始因子释放，50S大亚基与大亚基与30S小亚基结合，形成小亚基结合，形成70S起始复合物，起始复合物，fMet-tRNAfMet位于核糖体上的位于核糖体上的P（peptidyl）位。）位。A U G53IF-3IF-1A U G53IF-2GTPIF-2-GTPGDPPi1.真核生物的
29、核糖体为真核生物的核糖体为80S 2.真核生物的起始氨基酸是甲硫氨酸，而不是真核生物的起始氨基酸是甲硫氨酸，而不是N-甲酰甲硫氨酸。甲酰甲硫氨酸。3.AUG是真核生物中起始密码子，是真核生物中起始密码子，mRNA 的的5末端末端AUG一般就是起始位点一般就是起始位点4.真核较原核有更多的起始因子（用真核较原核有更多的起始因子（用 elf表示），表示），而且相互作用更复杂而且相互作用更复杂（二）真核细胞蛋白质合成起始机制与原核相似但更复杂（二）真核细胞蛋白质合成起始机制与原核相似但更复杂 真核细胞的蛋白质合成过程中需要更多的蛋白质因子，真核细胞的蛋白质合成过程中需要更多的蛋白质因子，步骤更为复杂
30、，但基本过程与原核细胞中相似。步骤更为复杂，但基本过程与原核细胞中相似。真核生物翻译起始复合物形成过程真核生物翻译起始复合物形成过程Met40S60SMetMet40S60SmRNAeIF-3elF-2-GTPGDP+Pi各种各种elF释放释放elF-5ATPADP+PielF4E,elF4G,elF4A,elF4B,PABMetMet-tRNAiMet43S前起始复合物前起始复合物48S前起始复合物前起始复合物80S翻译起始复合物翻译起始复合物三、新生肽链通过核糖体循环而延长三、新生肽链通过核糖体循环而延长l肽链延长在核糖体上连续、循环式进行，称肽链延长在核糖体上连续、循环式进行，称为为核糖
31、体循环核糖体循环(ribosomal cycle)，每循环一次，每循环一次肽链延长一个氨基酸残基，包括以下三步：肽链延长一个氨基酸残基，包括以下三步：进位进位(entrance)成肽成肽(peptide bond formation)转位转位(translocation)l延伸过程所需蛋白因子称为延伸过程所需蛋白因子称为延长因子延长因子(elongation factor,EF)。原核生物：原核生物：EF-T(EF-Tu,EF-Ts)EF-G真核生物：真核生物：EF-1、EF-2 A U G53翻译起始复合物翻译起始复合物A位：氨基酰位位：氨基酰位(aminoacyl site)P位：肽酰位位
32、：肽酰位(peptidyl site)目目 录录又称注册又称注册(registration)指根据指根据mRNA下一组下一组遗传密码指导，使相应氨基遗传密码指导，使相应氨基酰酰-tRNA进入核糖体进入核糖体A位。位。目目 录录（一）（一）氨基酰氨基酰-tRNA在在EF-Tu-GTP协助下进入协助下进入A位（即位（即进位）进位）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）第二个氨基酰第二个氨基酰-tRNA在在EF-Tu-GTP引导下进入核糖体的引导下进入核糖体的A位，伴随位，伴随GTP水解、水解、Tu-GDP脱离脱离tRNA,而结合而结合Ts和和GTP，引导下一个氨基酰引导下
33、一个氨基酰-tRNA进位。进位。Tu TsGTPGDPA U G53TuTsGTP目目 录录由肽基转移酶催化肽键形成由肽基转移酶催化肽键形成（二）（二）P位氨基酰基位氨基酰基/肽酰基与肽酰基与A位氨基酰位氨基酰-tRNA氨基形成肽键（即成肽）氨基形成肽键（即成肽）（三）在延长因子（三）在延长因子EF-G和和GTP参与下促进参与下促进 核糖体沿核糖体沿mRNA移动移动/转位转位l在原核生物，转位依赖延长因子在原核生物，转位依赖延长因子EF-G；l在真核生物，则依赖在真核生物，则依赖GTP和和EF-G的相应的相应蛋白质蛋白质EF-2。fMetA U G53fMetTuGTP目目 录录进进位位转转位
34、位成肽成肽（四）（四）核糖体在肽链延长阶段有校读作用核糖体在肽链延长阶段有校读作用 l 核糖体的校读功能建立在正确的密码子与核糖体的校读功能建立在正确的密码子与反密码子相互作用的基础上。反密码子相互作用的基础上。四、肽链合成终止阶段释放新生的肽链四、肽链合成终止阶段释放新生的肽链肽链合成的终止包括终止密码的识别，肽链从肽酰肽链合成的终止包括终止密码的识别，肽链从肽酰-tRNA中释出，从核糖体分离出中释出，从核糖体分离出mRNA和大、小亚基拆和大、小亚基拆开。开。终止过程需要的蛋白因子称为终止过程需要的蛋白因子称为释放因子释放因子(release factor,RF)1.识别终止密码，如识别终止
35、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。2.帮助完成合成的多肽从帮助完成合成的多肽从P位点的位点的tRNA释放。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-3 真核生物释放因子：真核生物释放因子：eRF 原原核核生生物物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能量计算原核生物蛋白质合成的能量计算氨基酸活化：2个PATP起始：1个 GTP延长：2个 GTP终止：1个 GTP结论：每合成一个肽键至少消耗4个P。多聚核蛋白体(polysome)：一个mRNA
36、分子可同时有多个核蛋白体在进行同一种蛋白质的合成，这种mRNA和多个核蛋白体的聚合物称为多聚核蛋白体。多聚核蛋白体的存在可以大大提高翻译的效率。目目 录录电镜下的多聚核糖体现象翻译后的折叠和加工修饰翻译后的折叠和加工修饰Folding and PosttranslationalProcessing第三节第三节从核糖体释放出的新生多肽链不一定是具备从核糖体释放出的新生多肽链不一定是具备生物活性的成熟蛋白质，必需经过各种翻译后修生物活性的成熟蛋白质，必需经过各种翻译后修饰、加工过程才转变为有活性的成熟蛋白。饰、加工过程才转变为有活性的成熟蛋白。主要包括：主要包括：l蛋白质折叠蛋白质折叠（prote
37、in folding）l翻译后加工翻译后加工（post-translation processing）一、新生肽链经历翻译后修饰一、新生肽链经历翻译后修饰（一）肽链（一）肽链N端和端和C端的切除和端的切除和/或化学修饰或化学修饰l细胞内的脱甲酰基酶或氨基肽酶可以去除细胞内的脱甲酰基酶或氨基肽酶可以去除N-甲酰甲酰基、基、N-末端蛋氨酸或末端蛋氨酸或N-末端的一段肽链。末端的一段肽链。l在真核细胞，在真核细胞，50%的蛋白质在翻译后，氨基末端的蛋白质在翻译后，氨基末端的氨基发生乙酰化。的氨基发生乙酰化。l有些情况下，羧基末端的残基也可被酶切除。有些情况下，羧基末端的残基也可被酶切除。（二）水解加
38、工包括多蛋白水解加工和内含肽的剪接（二）水解加工包括多蛋白水解加工和内含肽的剪接1多蛋白水解加工可产生多种肽链多蛋白水解加工可产生多种肽链一些蛋白质在合成之初是含有一系列头尾相连的蛋一些蛋白质在合成之初是含有一系列头尾相连的蛋白质的长多肽链。多肽链的水解将裂解释放出各种蛋白白质的长多肽链。多肽链的水解将裂解释放出各种蛋白质，释放出的蛋白质可能具有完全不同的功能，这些蛋质，释放出的蛋白质可能具有完全不同的功能，这些蛋白质称为白质称为多蛋白多蛋白。阿皮素原阿皮素原(POMC)的水解加工：的水解加工：NC信号肽信号肽103肽肽ACTH-LT-MSH-MSHEndophin2内含肽切除导致外显肽连接内
39、含肽切除导致外显肽连接 内含肽是蛋白质的内部片段，翻译后很快被剪切，内含肽是蛋白质的内部片段，翻译后很快被剪切，两个外显肽连接到一起。内含肽的长度一般在两个外显肽连接到一起。内含肽的长度一般在300 300 600 600个个氨基酸之间。氨基酸之间。剪接是由内含肽自我催化的。剪接是由内含肽自我催化的。l个别氨基酸可进行甲基化和乙酰化修饰个别氨基酸可进行甲基化和乙酰化修饰 l蛋白质糖基化（蛋白质糖基化（glycosylation）修饰）修饰是一种复杂的化学是一种复杂的化学修饰修饰 l某些蛋白质加入异戊二烯基团：某些蛋白质加入异戊二烯基团：异戊二烯可以与半胱氨酸残基异戊二烯可以与半胱氨酸残基形成二
40、硫键，进而将蛋白质瞄定在细胞膜上。形成二硫键，进而将蛋白质瞄定在细胞膜上。l 结合蛋白质加入辅基结合蛋白质加入辅基l大多数蛋白质有二硫键的形成大多数蛋白质有二硫键的形成（三）氨基酸残基的化学修饰有多种形式（三）氨基酸残基的化学修饰有多种形式Nature Reviews Cancer 7,295-308(April 2007)二、折叠是肽链高级结构形成的过程二、折叠是肽链高级结构形成的过程l第一种模式第一种模式认为是按等级进行的认为是按等级进行的：新生肽链随着序列的新生肽链随着序列的不断延伸按等级逐步折叠，产生正确的二级结构、模序不断延伸按等级逐步折叠，产生正确的二级结构、模序直至形成结构域和多
41、肽链。直至形成结构域和多肽链。l第二种模式：第二种模式：多肽链通过非极性残基间疏水作用介导多肽链通过非极性残基间疏水作用介导,自自动折叠成动折叠成“熔球（熔球（molten globule)”的紧密结构。的紧密结构。l细胞内大多数天然蛋白质折叠需要一些辅助性蛋白。细胞内大多数天然蛋白质折叠需要一些辅助性蛋白。（一）多肽链通过分步反应快速地进行折叠（一）多肽链通过分步反应快速地进行折叠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(molecular chaperon)2.蛋白二硫键异构酶(protein disulfide isomerase,PDI)3.肽-脯氨酰顺
42、反异构酶(peptide prolyl cis-trans isomerase,PPI)核糖体结合的分子伴侣：核糖体结合的分子伴侣：触发因子（触发因子（trigger factor，TF）新生链相关复合物（新生链相关复合物（nascent chain-associated complex，NAC）非核糖体结合的分子伴侣：非核糖体结合的分子伴侣：70kD/40kD热休克蛋白（热休克蛋白（heat shock protein,Hsp）家族）家族 60kD/10kD热休克蛋白家族热休克蛋白家族 蛋白质二硫键异构酶蛋白质二硫键异构酶 肽酰脯氨酸异构酶肽酰脯氨酸异构酶1 1分子伴侣有核糖体结合和非核糖体
43、结合两类分子伴侣有核糖体结合和非核糖体结合两类（二）分子伴侣参与蛋白质折叠（二）分子伴侣参与蛋白质折叠细胞内分子伴侣完成以下功能：细胞内分子伴侣完成以下功能：l封闭待折叠蛋白暴露的疏水区段；封闭待折叠蛋白暴露的疏水区段；l创建一个隔离的环境，蛋白质可互不干扰在此折叠；创建一个隔离的环境，蛋白质可互不干扰在此折叠；l促进折叠和去聚合；促进折叠和去聚合；l遇到应激，使已折叠的蛋白质去折叠。遇到应激，使已折叠的蛋白质去折叠。（1）热休克蛋白）热休克蛋白70(Hsp70)的两个主要功能域为折叠所必需的两个主要功能域为折叠所必需还需要辅助因子还需要辅助因子Hsp40和和Grp Ep 非核糖体结合的分子伴
44、侣非核糖体结合的分子伴侣 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。形成肽片段，再释放该片段进行折叠。形成HSP70和多肽片段依和多肽片段依次结合、解离的循环。次结合、解离的循环。Hsp40结合未折叠蛋白结合未折叠蛋白Hsp70-ATP复合物复合物Hsp70-ADP-未折叠蛋白复合物未折叠蛋白复合物Grp E ADP释放释放ATP结合结合Hsp70，释出完成部分折叠的蛋白质，释出完成部分折叠的蛋白质Hsp40-Hsp70-ATP-未折叠蛋白未折叠蛋白复合物复合物ATPADP（2）大肠杆菌的）大肠杆菌的G
45、ro EL属于热休克蛋白属于热休克蛋白60（Hsp60）家族，）家族，也称分子伴素也称分子伴素 需要辅分子伴素需要辅分子伴素10(cochaperonin 10)Gro ES的帮助的帮助 为非自发性折叠蛋白质提供能折叠形成天然空间构象的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。微环境。每个亚基含：每个亚基含：顶部结构域顶部结构域出口；出口；中间结构域中间结构域铰链样区域，铰链样区域，起连接作用；起连接作用；赤道结构域赤道结构域ATP与与ADP的的结合位点。结合位点。（3）二硫键异构酶催化链内或链间二硫键形成二硫键异构酶催化链内或链间二硫键形成多肽链内或肽链之间二硫键的正确形成对稳
46、定分泌多肽链内或肽链之间二硫键的正确形成对稳定分泌蛋白、膜蛋白等的天然构象十分重要，这一过程主要在蛋白、膜蛋白等的天然构象十分重要，这一过程主要在细胞内质网进行。细胞内质网进行。二硫键异构酶在内质网腔活性很高，可加速形成正二硫键异构酶在内质网腔活性很高，可加速形成正确配对的二硫键确配对的二硫键 ，从而促进蛋白质折叠的全过程。，从而促进蛋白质折叠的全过程。（4）脯氨酰顺脯氨酰顺-反异构酶催化顺反异构加速折叠反异构酶催化顺反异构加速折叠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异构脯氨酸间形成的肽键有顺反两种异构体，空间构象差别明显。体，空间构象差别明显。脯氨酰顺脯氨酰顺-反异构酶可促
47、进上述顺反两种异构体之间反异构酶可促进上述顺反两种异构体之间的转换。的转换。脯氨酰顺脯氨酰顺-反异构酶催化这种异构化的过程，可加速反异构酶催化这种异构化的过程，可加速蛋白质的折叠。蛋白质的折叠。2.2.目前对大肠杆菌的蛋白质折叠过程了解较多目前对大肠杆菌的蛋白质折叠过程了解较多（1）折叠过程首先经历折叠过程首先经历Hsp70(Dna K)反应循环反应循环（2）部分折叠的蛋白质尚需经历）部分折叠的蛋白质尚需经历GroEGro ES 反应循环反应循环三、亚单位聚合形成多亚基蛋白质三、亚单位聚合形成多亚基蛋白质由一条以上肽链构成的蛋白质和带有辅基的结合蛋白由一条以上肽链构成的蛋白质和带有辅基的结合蛋
48、白质，肽链之间或多肽链与辅基之间需要聚合，方可成为活性质，肽链之间或多肽链与辅基之间需要聚合，方可成为活性蛋白质。蛋白质。HbA各亚基的聚合各亚基的聚合四、蛋白质合成后经靶向输送到细胞特异区间四、蛋白质合成后经靶向输送到细胞特异区间p 新合成的蛋白质新合成的蛋白质/多肽链须经分选、靶向输送到细胞特异区间多肽链须经分选、靶向输送到细胞特异区间或亚细胞器，在那里进行翻译后加工或发挥作用。或亚细胞器，在那里进行翻译后加工或发挥作用。p 大肠杆菌新合成的多肽，一些仍停留在胞浆之中，一部分则被大肠杆菌新合成的多肽，一些仍停留在胞浆之中，一部分则被送到质膜、外膜或质膜与外膜之间的空隙。有的也可分泌到胞外。
49、送到质膜、外膜或质膜与外膜之间的空隙。有的也可分泌到胞外。p 蛋白质的靶向输送（蛋白质的靶向输送（protein targeting）：蛋白质合成后需要经）：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部位，这一过复杂机制，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。过程称为蛋白质的靶向输送。三种方式：三种方式：1.在同一细胞中向细胞质不同区域在同一细胞中向细胞质不同区域近距离运输近距离运输；2.在同一细胞中跨过生物膜向细胞核、线粒体等细胞器在同一细胞中跨过生物膜向细胞核、线粒体等细胞器中距中距离运输离运输；3.穿过细胞膜，分泌到体液中，然后再输送
50、到发挥功能的靶穿过细胞膜，分泌到体液中，然后再输送到发挥功能的靶器官或者靶细胞的器官或者靶细胞的长距离运输长距离运输。真核细胞中真核细胞中新合成的多肽被送往溶酶体、线粒体、叶绿体、新合成的多肽被送往溶酶体、线粒体、叶绿体、细胞核等亚细胞器。所以新合成的多肽的输送是有特异靶向的细胞核等亚细胞器。所以新合成的多肽的输送是有特异靶向的。一部分核糖体一部分核糖体以游离状态停留在胞质中，它们只合成供装配以游离状态停留在胞质中，它们只合成供装配线粒体及叶绿体膜的蛋白质。线粒体及叶绿体膜的蛋白质。另一部分核糖体另一部分核糖体，受新合成多肽的受新合成多肽的N端上端上的的信号肽（信号肽（signal pepti
