生物化学与分子生物学：14 蛋白质生物合成

1、目录目录 蛋白质的合成与加工蛋白质的合成与加工 第十八章第十八章 Protein synthesis and processing 目录目录 蛋白质生物合成的概念蛋白质生物合成的概念 蛋白质生物合成蛋白质生物合成(protein biosynthesis)也称也称 翻译翻译(translation)，是生物细胞以，是生物细胞以mRNA为模板，为模板， 按照按照mRNA分子中核苷酸的排列顺序所组成的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。密码信息合成蛋白质的过程。 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 Syste

2、m 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：mRNA 3. 适配器：适配器：tRNA 4. 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、GTP 7. 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 目录目录 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 geneti

3、c message Cap End Tail 5-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)。 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

4、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

5、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) 编码氨基酸序列的各个三联体密码连续阅读，密编码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既无间隔也无交叉。码子及密码子的各碱基之间既无间隔也无交叉。 AlaValHisMet终止密码终止密码 目录目录 基因损伤引起基因损伤引起mRNAmRNA阅读框架内的碱基发生阅读框架内的碱基发生 插入或缺失，可能导致插入或缺失，可能导致框移突变框移突变 (frameshift mutation)(frameshift mutation)。 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

6、 3. 简并性简并性(degeneracy) 遗传密码遗传密码 中，除中，除色氨酸色氨酸 和甲硫氨酸和甲硫氨酸仅仅 有一个密码子有一个密码子 外，其余氨基外，其余氨基 酸有酸有2 2、3 3、4 4个个 或多至或多至6 6个三联个三联 体为其编码。体为其编码。 目录目录 编码同一种氨基酸的密码子称为同义密码子。在编码同一种氨基酸的密码子称为同义密码子。在 蛋白质的合成过程中，同义密码子的使用概率并蛋白质的合成过程中，同义密码子的使用概率并 不相同。某一物种或某一基因通常倾向于使用一不相同。某一物种或某一基因通常倾向于使用一 种或几种特定的同义密码子，这些密码子被称为种或几种特定的同义密码子，这

7、些密码子被称为 最优密码子最优密码子(Optimal Codon)，此现象被称为密，此现象被称为密 码子偏爱性码子偏爱性(Codon Usage bias)。 目录目录 4. 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。 目录目录 已发现少数例外，如动物

8、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 A U CU 5. 摆动性摆动性(wobble) 反密码子与密反密码子与密 码子之间的配对有码子之间的配对有 时并不严格遵守常时并不严格遵守常 见的碱基配对规律，见的碱基配对规律， 这种现象称为摆动这种现象称为摆动 配对配对( (wobble base pairing) )。 目录目录 tRNA反密码子反密码子 第第1位碱基位碱基 IUGAC mRNA密码子密

9、码子 第第3位碱基位碱基 U, C, AA, GU, CUG 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 目录目录 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。 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70S30S50S8

10、0S40S60S rRNA16S-rRNA 23S-rRNA 5S-rRNA 18S-rRNA 28S-rRNA 5.8S-rRNA 5S-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原核生物核蛋白体结构模式原核生物核蛋白体结构模式 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 三、三、tRNAtRNA是氨基酸的运载工具及蛋白质是氨基酸的运载工具及蛋白质 生物合成的适配器生物合成的适配器 ntRNA的作用的作用 运载氨基酸：运载氨基酸

11、：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。 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 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合成合成 酶、酶、起始因子起始因子

12、(initiation factor，IF) 、延、延 长因子（长因子（elongation factor，EF）、释放）、释放 因子（因子（release factor，RF）。 lATP、GTP l无机离子无机离子 四、蛋白质合成体系还需要其他辅助因四、蛋白质合成体系还需要其他辅助因 子子 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）tRNA ATP、Mg2+ 2起始起始mRNA N-甲酰甲硫氨酰甲酰甲硫氨酰-tRNAfmet

13、mRNA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（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

14、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）tRNA ATP、Mg2+ 2起始起始mRNA N-甲酰甲硫氨酰甲酰甲硫氨酰-tRNA mRNA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）

15、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（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

16、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 目录目录 蛋白质因子蛋白质因子 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） 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，提高促进大小亚基分离，提高P位

17、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GTP EF-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

18、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-4A eIF-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

19、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AUG eIF-4E eIF-4F复合物成分，结合复合物成分，结合mRNA 5 帽子帽子 eIF-4G eIF-4F复合物成分，结合复合物成分，结合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eEF1- 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-Tu eEF1-调节亚基，

20、相当于调节亚基，相当于EF-Ts eEF-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 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 目录目录 蛋白质的合成过程蛋白质的合成过程 Protein Synthesi

21、s Process 第二节第二节 目录目录 氨基酸的活化氨基酸的活化 肽链合成的起始肽链合成的起始(initiation) 肽链的延长肽链的延长(elongation) 肽链合成的终止肽链合成的终止(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 ： 目录目录 n反应过程反应过程 一、一、 氨基酸活化形成氨基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- tRNA ATP AMPPPi 氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶 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

22、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 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 目录目录 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） 目录目录 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 ATP 目录目录 目录目录 l校对活性校对活性（proofreading activity）改正

23、反改正反 应的任一步骤中出现的错配，保证氨基酸和应的任一步骤中出现的错配，保证氨基酸和 tRNA结合反应的误差小于结合反应的误差小于10-4。 目录目录 l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 目录目录 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

24、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 真核生物：真核生物： Met-tRNAiMet 原核生物：原核生物： fMet-tRNAifMet 原核生物起始密码子需要在原核生物起始密码子需要在Met-tRNAmet上进上进 行甲酰化，而真核生物不需要。行甲酰化，而真核生物不需要。 起始氨基酰起始氨基酰-tRNA 目录目录 fMet-tRNAifMet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 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

25、转移到甲硫氨酸的-氨氨 基上。基上。 目录目录 二、起始阶段二、起始阶段 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；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。 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）rRNA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

26、码子处 目录目录 IF-3 IF-1 1.1.核蛋白体大小亚基分离核蛋白体大小亚基分离 IF-1：占据：占据A位位 防止结合其他防止结合其他 tRNA IF-3：促使：促使 大小亚基分大小亚基分 离，并提高离，并提高 P位对起始位对起始 tRNA的敏感的敏感 性性 目录目录 A U G53 IF-3 IF-1 2.mRNA2.mRNA在小亚基定位结合在小亚基定位结合 目录目录 在原核生物在原核生物mRNAmRNA的起始密码前的起始密码前8 81313核苷酸的核苷酸的 位置，有一非常保守的序列：位置，有一非常保守的序列：AGGAGG-AGGAGG- 1 1、S-DS-D序列序列（核糖体结合序列）

27、（核糖体结合序列） mRNA在核蛋白体上定位的机制：在核蛋白体上定位的机制： 目录目录 S-DS-D序列序列：在原核生物：在原核生物mRNAmRNA的起始密码前的起始密码前8 81313 核苷酸的位置，有一非常保守的序列，与核糖核苷酸的位置，有一非常保守的序列，与核糖 体小亚基上的体小亚基上的16S-rRNA16S-rRNA结合，引导结合，引导mRNAmRNA进入核进入核 糖体，这样的序列称为糖体，这样的序列称为S-DS-D序列序列。 目录目录 2 2、S-DS-D序列后的小核苷酸序列，可以被核蛋白体序列后的小核苷酸序列，可以被核蛋白体 小亚基蛋白小亚基蛋白rpSrpS1 1识别结合识别结合

28、目录目录 IF-3 IF-1 IF-2 GTP 3.起始氨基酰起始氨基酰tRNA(fMet-tRNAfMet )结合到小亚基结合到小亚基 A U G53 目录目录 IF-3 IF-1 IF-2 GTP GDPPi 4.4.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 G53 目录目录 IF-3 IF-1 A U G 53 IF-2 GTPIF-2-GTP GDP Pi 起始复合物形成过程起始复合物形成过程 目录目录 指在指在mRNA模板的指导下，氨基酸依次进入模板的指导下，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

29、位(positioning)/注册注册(registration) 2. 成肽成肽(peptide bond formation) 3. 转位转位(translocation) 三三 、延长阶段、延长阶段 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 称为核蛋白体循环称为核蛋白体循环(ribosomal cycle)，包括以，包括以 下三步：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。 目录目录 1. 进位进位 又称又称注册注册(registration)， 是指一个氨基酰是指一个氨基酰-tRNA按照按照 mRNA模板的指令

30、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位的过程。位的过程。 目录目录 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。 Tu-GTP的水解过程提的水解过程提 供了密码子与反密码供了密码子与反密码 子识别校读的机会。子识别校读的机会。 目录目录 Tu Ts GTP GDP A U G53 Tu Ts GTP n进位的反应过程：进位的反应过程： 目录目录 模板链方向：模板链方向： 53 肽链延长方向：肽链延长方向： N端端 C端端 N N端端 2.成肽成肽 目录目录 成肽是在成肽是在转肽酶转肽酶(peptidase)的催化下，核蛋的催化下，核蛋 白体白体P位上

31、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-氨基结合形成肽键的过程。氨基结合形成肽键的过程。 目录目录 延长因子延长因子EF-G有有转位酶活性转位酶活性，可结合并水解，可结合并水解1分分 子子GTP，促进核蛋白体向，促进核蛋白体向mRNA的的3侧移动侧移动 。 3. 转位转位 目录目录 fMet A U G53 fMet TuGTP 成肽成肽转位转位下一轮进位下一轮进位 目录目录 肽链的延长在核蛋白体上连续循环进行，每肽链的延长在核蛋白体上连续循环进行，每 加上一

32、个氨基酸需要三步反应：加上一个氨基酸需要三步反应： 进位进位 成肽成肽 转位转位 核蛋白体循环核蛋白体循环 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 目录目录 （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。 终止阶段需要释放因子终止阶段需要释放因子RF-1、 RF-2和和 RF-3参与。参与。 目录目录 RF-3可结合核蛋白体其他部

33、位，有可结合核蛋白体其他部位，有GTP酶活性，酶活性， 能介导能介导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 目录目录 氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶(aminoacylt

34、RNA 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

35、位于A位。位。 目录目录 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(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 并沿并沿53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 为多聚核蛋白体为多聚核蛋白体(polysome) 。 目录目录 多聚核蛋白体多聚核蛋白体 目录目录

36、电镜下的多聚核蛋白体电镜下的多聚核蛋白体 目录目录 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. 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。 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 mRNA eIF-6 GDP+Pi elF-5 ATP ADP+Pi elF4E, elF4G, elF4A, elF4B,PAB Met Met-tRNAiMet-elF-2 -GTP 真核生物翻

37、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 目录目录 1 . 真核生物的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，真核生物的起始氨基酸是甲硫氨酸， 而不是而不是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），而且相互作用更复杂表示），而且相互作用更复杂 5.真核真核mRNA分子上无分子上无SD序列序列 目录目录 真核生物肽链合成的延长过程与原核生物真核生物肽链

38、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，真核细胞核蛋白体没有另外，真核细胞核蛋白体没有E位，转位位，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 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 （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， 但只有但只有1个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

39、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

40、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e

41、IF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 目录目录 第四节第四节 翻译后折叠和加工修饰翻译后折叠和加工修饰 Folding and Posttranslational Processing 目录目录 一、蛋白质一级结构修饰主要是一、蛋白质一级结构修饰主要是 肽键水解和化学修饰肽键水解和化学修饰 （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

42、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 目录目录 例：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 （三）多肽链的水解修饰（三）多肽链的水解修饰 目录目录 蛋白质折叠的途径蛋白质折叠的途径 高能量非折叠态高能量非折叠态 局部能量极小的亚稳中局部能量极小的亚稳中 间态（熔球体）间态（熔球体） 不稳定的高能过渡态不稳定的高能过渡态 低能的天然态低能的天然态 简单小分子：单一途径折叠简单小分子：单一途径折叠 复杂分子：多途径折叠复杂分子：多途径折叠 （各自有不同的熔球态，在最后转换（各自

43、有不同的熔球态，在最后转换 相同的天然态）相同的天然态） 二、多肽链折叠为天然构象的蛋白质二、多肽链折叠为天然构象的蛋白质 目录目录 熔球体：是在蛋白质折叠熔球体：是在蛋白质折叠 途径中途径中第一个可观测到的第一个可观测到的 重要中间体，是柔性无序重要中间体，是柔性无序 的未折叠多肽链卷折成局的未折叠多肽链卷折成局 部有组织的球状体。具天部有组织的球状体。具天 然态的大多数二级结构，然态的大多数二级结构， 结构较松散，是一些处于结构较松散，是一些处于 相互转换中的关联结构的相互转换中的关联结构的 组装体。组装体。 疏水侧链内埋是重要的驱动力。疏水侧链内埋是重要的驱动力。 目录目录 分子伴侣是细

44、胞内一类可识别肽链的非天然构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叠的保守象、促进各功能域和整体蛋白质的正确折叠的保守 蛋白质。蛋白质。 n包括热激蛋白包括热激蛋白(heat shock protein, HSP)、 二硫键异构酶、肽二硫键异构酶、肽-脯氨酰顺反异构酶等脯氨酰顺反异构酶等 分子伴侣分子伴侣 : 目录目录 实际上，实际上，分子伴侣并未加快折叠反应速度，而分子伴侣并未加快折叠反应速度，而 是通过消除不正确的折叠，增强功能性蛋白质是通过消除不正确的折叠，增强功能性蛋白质 折叠的产率促进天然蛋白质折叠折叠的产率促进天然蛋白质折叠 目录目录 蛋白质

45、二硫键异构酶蛋白质二硫键异构酶 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硫键连接，最终使蛋白质形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 成热力学最稳定的天然构象。成热力学最稳定的天然构象。 目录目录 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。 目录目录 三、空间结构的修饰三、空间结构的修饰 （一）通过非共价键亚基聚合形成具有四级（一）通过非共价键亚基聚

46、合形成具有四级 结构的蛋白质结构的蛋白质 （二）辅基连接后形成完（二）辅基连接后形成完 整的结合蛋白质整的结合蛋白质 目录目录 四、合成后蛋白质可被靶向输送至四、合成后蛋白质可被靶向输送至 细胞特定部位细胞特定部位 蛋白质在核蛋白体上合成后，必须定向输送到一蛋白质在核蛋白体上合成后，必须定向输送到一 个合适的部位才能行使各自的生物学功能。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步进行。蛋白质的靶向输送与翻译后修饰过程同步进行。 目录目录 分泌蛋白的靶向输送分泌蛋白的靶向输送 真核细胞分泌蛋白等前体合成后靶向真核细胞分泌蛋白等前体合成后靶向 输送过程首先要进入内

47、质网。输送过程首先要进入内质网。 目录目录 信号肽信号肽(signal peptide) (signal peptide) 各种新生分泌蛋白的各种新生分泌蛋白的N N端有保守的氨基酸序列端有保守的氨基酸序列 信号肽识别颗粒信号肽识别颗粒signal recognition signal recognition particles,SRPparticles,SRP 目录目录 信号肽识别颗粒信号肽识别颗粒signal recognition particles,SRP 存在于真核细胞的胞液存在于真核细胞的胞液 SRP中，内质网膜上有一种中，内质网膜上有一种SRP受体，可结合受体，可结合 SRP，所

48、以又称为，所以又称为SRP对接蛋白（对接蛋白（DP） 目录目录 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 目录目录 第五节第五节 蛋白质生物合成与医学的关系蛋白质生物合成与医学的关系 Clinical Relatives in Protein Synthesis 目录目录 一、病毒利用宿主蛋白质合成体系进行复制一、病毒利用宿主蛋白质合成体系进行复制 某些病毒的翻译比宿主有效得多某些病毒的翻译比宿主有效得多(例如例如Mengo病病 毒和大脑心肌炎病毒毒和大脑心肌炎病毒)。 某些病毒某些病毒mRNA比宿主细胞比宿主细胞mRNA具更强的竞具更强的竞 争优势。争优势。 某些病毒

49、还可阻止某些病毒还可阻止mRNA与与40S核糖体结合，核糖体结合， 从而抑制宿主细胞的蛋白质合成。从而抑制宿主细胞的蛋白质合成。 目录目录 二、许多抗生素通过抑制蛋白质二、许多抗生素通过抑制蛋白质 生物合成发挥作用生物合成发挥作用 抗生素抗生素(antibiotics)是一类由某些真菌、细菌等是一类由某些真菌、细菌等 微生物产生的药物，有抑制其他微生物生长或杀死微生物产生的药物，有抑制其他微生物生长或杀死 其他微生物的能力，对宿主无毒性的抗生素可用于其他微生物的能力，对宿主无毒性的抗生素可用于 预防和治疗人、动物和植物的感染性疾病。预防和治疗人、动物和植物的感染性疾病。 目录目录 影响翻译起始的抗生素影响翻译起始的抗生素 影响翻译延长的抗生素影响翻译延长的抗生素 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 目录目录