第十七章蛋白质的生物合成

1、Protein Biosynthesis，Translation教学要求教学要求1. 掌握参与蛋白质生物合成体系的各种物质及其作用掌握参与蛋白质生物合成体系的各种物质及其作用2. 掌握蛋白质生物合成过程掌握蛋白质生物合成过程(包括各种因子的作用包括各种因子的作用)3. 熟悉蛋白质生物合成的干扰与抑制熟悉蛋白质生物合成的干扰与抑制4.了解蛋白质生物合成后的加工了解蛋白质生物合成后的加工 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

2、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）。）。翻译是指在多种因子辅助翻译是指在多种因子辅助下，由下，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上的三联体密码子，在核上的三联体密码子，在核糖体上合成具有特定序列糖体上合成具有特定序列多肽链的过程。多肽链的过程。 蛋白质生物合成体系蛋白质生物合成体系Protein Biosynthesis System Protein Biosynthesis System 第第 一一 节节 基本原料：基本原料：20种编码氨基酸种编码氨基酸 模板：模板：mRNA 适配器：适

3、配器：tRNA 装配机：核蛋白体装配机：核蛋白体 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 能源物质：能源物质：ATP、GTP 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 mRNA是遗传信息的携带者是遗传信息的携带者 遗传学将编码一个多肽的遗传单位称为遗传学将编码一个多肽的遗传单位称为顺反顺反子子(cistron)。 原核细胞中数个结构基因常串联为一个转录原核细胞中数个结构基因常串联为一个

4、转录单位，转录生成的单位，转录生成的mRNA可编码几种功能相可编码几种功能相关的蛋白质，为关的蛋白质，为多顺反子多顺反子(polycistron) 。 真核真核mRNA只编码一种蛋白质，为只编码一种蛋白质，为单顺反子单顺反子(single cistron) 。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 fra

5、me, ORF)。在在mRNA的开放阅读框架区的开放阅读框架区上，从上，从5 5 至至3 3 方向每方向每3 3个相邻个相邻的核苷酸为一组，决定肽链上某一个氨基酸或蛋白质合成的起的核苷酸为一组，决定肽链上某一个氨基酸或蛋白质合成的起始、终止信号，称为三联体密码始、终止信号，称为三联体密码(triplet coden)(triplet coden)，又称为遗，又称为遗传密码、密码子。传密码、密码子。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点核蛋白体结合位点起始密码子起

6、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 蛋白质蛋白质遗传密码共遗传密码共64个，其中：个，其中： 61个为编码氨基酸密码子个为编码氨基酸密码子 3个（个（UAA、UAG、UGA）为为终止密码终止密码(termination coden) AUG兼作兼作起始密码子起始密码子(initiation coden) 遗遗传传密密码码表表 遗传密码具有以下特点：遗传密码具有以下特点： 连续性连续性 简并性简并性 通用性通用性 方向性方向性 摆动性摆动性1. 1.方向性方向性( (direction)direction)：遗传密码的特点遗传密码的特点翻译

7、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2. 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。既无间隔也无交叉。 AlaValHisMet终止密码终止密码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

8、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3. 简并性简并性(degeneracy)一种氨基酸可具有一种氨基酸可具有2个或个或2个以上的密码子为个以上的密码子为其编码。这一特性称为遗传密码的简并性。其编码。这一特性称为遗传密码的简并性。如遗传密码中，除色氨酸和甲硫氨酸仅有一如遗传密码中，除色氨酸和甲硫氨酸仅有一个密码子外，其余氨基酸有个密码子外，其余氨基酸有2、3、4个或多至个或多至6个个三联体密码为其编码。三联体密码为其编码。遗传密码简并性的意义：遗传密码简并性的意义：保持遗传稳定性上具

9、有重要意义。保持遗传稳定性上具有重要意义。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，遗传密码表中的这套“通用密码”基本上适用于生物界的所有物种，具有通用性。密码的通用性进一步证明各种生物进化自同一祖先。4. 通用性通用性(universal)密码的通用性进一步证明各种生物进化来自同一祖先密码的通用性进一步证明各种生物进化来自同一祖先 线粒体密码子 通用密码子起始密码子 AUG AUG（甲硫氨酸） AUU AUA（甲硫氨酸）色AA密码子 UGA UGG终止密码子 AGA UGA AGG UAA UAG 反密码子与密码子之间的配对有时并不严反密码子与密码子之间的配对有时并不严格遵守常

10、见的碱基配对规律，这种现象称为格遵守常见的碱基配对规律，这种现象称为摆动配对摆动配对( (wobble base pairing) )。 tRNA反密码子第1位碱基IUGACmRNA密码子第3位碱基U, C, AA, GU, CUG5. 摆动性摆动性(wobble)U3 2 11 2 3摆摆动动配配对对二、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种氨基酸可有几种对应的tRNA，氨基酸结合，氨基酸结

11、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 各种细胞核蛋白体都有大、小两个亚基,两者之间存在裂隙，是mRNA及tRNA的结合部位。三、核糖体是肽链三、核糖体是肽链 “ “装配厂装配厂”原核生物原核生物真核生物真核生物核蛋核蛋白体白体小亚基小亚基大亚基大亚基核蛋核蛋白体白体小亚基小亚基大亚基大亚基70S30S50S80S40S60SrRNA

12、16S-rRNA5S-rRNA23S-rRNA18S-rRNA28S-rRNA5S-rRNA 5.8S-rRNA蛋白蛋白质质rpS 21种种rpL 36种种rpS 33种种rpL 49种种 原核、真核生物核蛋白体的组成原核、真核生物核蛋白体的组成 S（沉降系数）（沉降系数）：单位力场中蛋白质颗粒的沉降速度：单位力场中蛋白质颗粒的沉降速度S值值核核蛋蛋白白体体的的组组成成A U G53核蛋白体大、小亚基的功能：核蛋白体大、小亚基的功能：1与模板与模板mRNA和起始和起始tRNA结合位点：结合位点：主要主要与小亚基有关。与小亚基有关。P位：位：又称给位或肽酰基位，可与延伸中的肽又称给位或肽酰基位，

13、可与延伸中的肽酰基酰基tRNA结合；由大、小亚基成分构成。结合；由大、小亚基成分构成。E位：位：又称排出位，空载又称排出位，空载tRNA脱离核蛋白体前脱离核蛋白体前的结合位点；主要由大亚基成分构成。的结合位点；主要由大亚基成分构成。2三个不同的三个不同的tRNA结合位点：结合位点：A位：位：又称受位或又称受位或氨酰基位，可与新进氨酰基位，可与新进入的氨基酰入的氨基酰tRNA结结合；由大、小亚基成合；由大、小亚基成分构成。分构成。3. 转肽酶活性：转肽酶活性：将给位上的肽酰基转移给受位上将给位上的肽酰基转移给受位上的氨基酰的氨基酰tRNA，形成肽键；由大亚基成分构成。形成肽键；由大亚基成分构成。

14、4. GTPase活性：活性：水解水解GTP，获得能量；分别由大、获得能量；分别由大、小亚基成分构成。小亚基成分构成。5. 起动因子、延长因子及释放因子的结合位点：起动因子、延长因子及释放因子的结合位点：分别由大、小亚基成分构成。分别由大、小亚基成分构成。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 1.重要的酶类重要的酶类氨基酰氨基酰-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

15、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，使下一个密码子定位于A位。位。 四、四、肽链生物合成需要酶类和蛋白质因子肽链生物合成需要酶类和蛋白质因子（二）蛋白质因子（二）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

16、factor，EF）释放因子（释放因子（release factor，RF）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生物学功能起始因子IF-1占据A位防止结合其他tRNAIF-2促进起始tRNA与小亚基结合IF-3促进大小亚基分离，提高P位对结合起始tRNA的敏感性延长因子EF-Tu促进氨基酰-tRNA进入A位，结合并分解GTPEF-Ts 调节亚基EF-G有转位酶活性，促进mRNA-肽酰-tRNA由A位移至P位，促进tRNA卸载与释放释放因子RF-1特异识别UAA、UAG，诱导转肽酶转变为酯酶RF-2特异识别UAA、UGA，诱导转肽酶转变

17、为酯酶RF-3可与核蛋白体其他部位结合，有GTP酶活性，能介导RF-1及RF-2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生物学功能起始因子eIF-1多功能因子，参与多个翻译步骤eIF-2促进起始tRNA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eIF-4AeIF-4F复合物成分，有RNA解螺旋酶活性，能解除mRNA5-端的发夹结构，使其与小亚基结合eIF-4B结合mRNA，促进mRNA扫描定位起始AUGeIF-4EeIF-4F复合物成分，结合mRNA 5帽子eIF-4GeIF-4F复合物成分

18、，结合eIF-4E、eIF-3和PolyA 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eIF-6促进核蛋白体分离成大小亚基延长因子eIF1-促进氨基酰-tRNA进入A位，结合分解GTP，相当于EF-TueIF1-调节亚基，相当于EF-TseIF-2有转位酶活性，促进mRNA-肽酰-tRNA由A位移至P位，促进tRNA卸载与释放，相当于EF-G 释放因子eRF识别所有终止密码子，具有原核生物各类RF的功能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

19、（三）能源物质及离子第二节氨基酸与tRNA的连接 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 氨基酸与特异的tRNA结合形成氨基酰-tRNA的过程称为氨基酸的活化。 参与氨基酸的活化的酶：氨基酰-tRNA合成酶。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、一、氨基酰氨基酰-tRNA合成酶识别特定氨基酸和合成酶识别特定氨基酸和tRNA氨基酰氨基酰tRNA合成酶作用特点：合成酶作用特点： 氨基酰tRNA合成酶具有高度特异性，既能识高度特异性，既能识别特异的氨基酸，又能识别别

20、特异的氨基酸，又能识别携带该种氨基酸的特异的tRNA分子，从而保证遗传信息准确翻译。氨基酰氨基酰tRNA合成酶催化的反应：合成酶催化的反应：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-tRNA AMP E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氨基酰氨基酰tRNA合成酶催化的反应：合成酶催化的反应：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 tRNA与酶与酶结合的模型结合的模型tRNA氨基酰

21、氨基酰-tRNA合成酶合成酶ATP 氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶具有校正活性具有校正活性(proofreading activity) ,即水解酯键的催化活性即水解酯键的催化活性。 氨基酰氨基酰-tRNA的表示方法：的表示方法：Ala-tRNAAla Ser-tRNASerMet-tRNAMet tRNAAla:能识别并携带能识别并携带Ala的的tRNAAla-tRNAAla :已经携带上已经携带上Ala的的Ala-tRNAAla 复合体复合体 tRNAiMet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的起始密码子的起始密码子AUG处就位，参

22、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真核生物真核生物二、二、肽链合成的起始需要特殊的起始氨基酰肽链合成的起始需要特殊的起始氨基酰-tRNA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

23、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 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

24、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转移到甲硫氨酸的-氨氨基上。基上。 The biosynthesis process of peptide chain第三节第三节 肽链的生物合成过程肽链的生物合成过程翻译过程从阅读框架的翻译过程从阅读框架的5 -AUG开始，按开始，按mRNA模板三联体密码的顺序延长肽链，直模板三联体密码的顺序延长肽链，直至终止密码出现。至终止密码出现。 翻译的起始翻译的起始翻译的延长翻译的延长翻译的终止翻译的终止翻译过程可分为翻译过程可分为 翻译的起始翻译的起始是指是指mRNA和起始氨基酰和起始氨基酰

25、-tRNA分分别与核蛋白体结合而形成翻译起始复合物的过程。别与核蛋白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；2.核糖体小亚基结合于核糖体小亚基结合于mRNA的起始密码子附近的起始密码子附近 ；3. fMet-tRNAfMet结合在核糖体结合在核糖体P位位 ； 4. 核蛋白体大亚基结合。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（一）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 起始因子（起始因子（IF） 与多肽链合成起始有关的蛋白因子称为与多肽链合成起始有关的蛋白因子称为起始因起始因子（子（initiation factor，

26、IF）。）。 原核生物中存在原核生物中存在3种起始因子，分别称为种起始因子，分别称为IF1-3。在真核生物中存在在真核生物中存在9种起始因子（种起始因子（eIF）。）。 IF的作用主要是促进核蛋白体小亚基与起始的作用主要是促进核蛋白体小亚基与起始tRNA及模板及模板mRNA结合。结合。 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生物学功能起始因子IF-1占据A位防止结合其他tRNAIF-2促进起始tRNA与小亚基结合IF-3促进大小亚基分离，提高P位对结合起始tRNA的敏感性延长因子EF-Tu促进氨基酰-tRNA进入A位，结合并分解GTPE

27、F-Ts 调节亚基EF-G有转位酶活性，促进mRNA-肽酰-tRNA由A位移至P位，促进tRNA卸载与释放释放因子RF-1特异识别UAA、UAG，诱导转肽酶转变为酯酶RF-2特异识别UAA、UGA，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GTP酶活性，能介导RF-1及RF-2与核蛋白体的相互作用原核生物翻译起始复合物形成原核生物翻译起始复合物形成1. 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的起始密码子附的起始密码子附 近；3. fMet-tRNAfMet结合在核糖体结合在核糖体P位位 ； 4. 核蛋白体大亚基结合。IF-3IF-11. 1. 核糖体

28、大、小亚基分离：核糖体大、小亚基分离：IF-1和和IF-3与小亚基结合，促进核蛋白体大、小与小亚基结合，促进核蛋白体大、小亚基拆离，为新一轮合成作准备。亚基拆离，为新一轮合成作准备。A U G53IF-3IF-1mRNA与核糖体小亚基结合与核糖体小亚基结合2.核糖体小亚基结合于核糖体小亚基结合于mRNA的起始密码子附的起始密码子附 近；近； 许多许多mRNAmRNA分子在距起始密码子上游约分子在距起始密码子上游约813813个核苷酸处，存在一段富含嘌呤（个核苷酸处，存在一段富含嘌呤（-AGGA-AGGA-）的的一致性序列，称为一致性序列，称为S-DS-D序列序列，是核蛋白体结合位，是核蛋白体结

29、合位点（点（RBSRBS） 原核原核1616S rRNAS rRNA存在一段富含嘧啶的序列，可存在一段富含嘧啶的序列，可通过碱基配对与通过碱基配对与S-DS-D序列结合，使序列结合，使mRNAmRNA与核蛋与核蛋白体小亚基结合。白体小亚基结合。S-D序列序列IF-3IF-1AGGAGGA U G53AGGAGGUCCUCC在在mRNAmRNA上紧接上紧接S-DS-D序列之后的序列，可被核序列之后的序列，可被核蛋白体小亚基蛋白蛋白体小亚基蛋白rpS-1rpS-1辨认结合。辨认结合。通过上述两种机制，使通过上述两种机制，使mRNAmRNA能与核蛋白体小能与核蛋白体小亚基精确定位结合。亚基精确定位结

30、合。IF-3IF-1IF-2GTP3. fMet-tRNAfMet结合在核糖体结合在核糖体P位位 A U G53 起始起始 fMet-tRNAimet以及以及IF2-GTP一起，识一起，识别结合小亚基别结合小亚基P位，并对应模板位，并对应模板mRNA的起始密的起始密码码AUG。IF-3IF-1IF-2GTPGDPPi4.核糖体大亚基结合，起始复合物形成核糖体大亚基结合，起始复合物形成A U G53 IF2结合的结合的GTP被水解，三种被水解，三种IF脱离，脱离，50S大大亚基与亚基与30S小亚基、模板小亚基、模板mRNA以及起始以及起始fMet-tRNAifMet构成起始复合体。构成起始复合体

31、。IF-3IF-1A U G53IF-2GTPIF-2-GTPGDPPi原核生物翻译起始复合物形成原核生物翻译起始复合物形成（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。mRNA eIF-6 GDP+PielF-5ATPADP+PielF4E, elF4G, elF4A, elF4B,PABMetelF-2 -GTP真核生物翻译起始真核生物翻译起始复合

32、物形成过程复合物形成过程指根据指根据mRNA密码序列的指导，依次添加密码序列的指导，依次添加氨基酸氨基酸, ,从从N端向端向C端延伸肽链，直到合成终止端延伸肽链，直到合成终止的过程。的过程。 H2NCOOH二、在核糖体上重复进行的三步反应延长肽链二、在核糖体上重复进行的三步反应延长肽链 在翻译起始复合体形成的基础上，活化在翻译起始复合体形成的基础上，活化氨基酸在核蛋白体上反复翻译氨基酸在核蛋白体上反复翻译mRNA上的密上的密码并缩合生成多肽链的循环反应过程，称为码并缩合生成多肽链的循环反应过程，称为核糖体循环（核糖体循环（ribosomal cycle）。）。 每次循环增加一个氨基酸，包括以下

33、三每次循环增加一个氨基酸，包括以下三步：步：进位、成肽进位、成肽和和转位转位三步反应。三步反应。核糖体循环（核糖体循环（ribosomal cycle） 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 原核延长因原核延长因子子生物功能生物功能对应真核延长对应真核延长因子因子EF-Tu促进氨基酰促进氨基酰-tRNA进入进入A位，结合位，结合分解分解GTPEF-1-EF-Ts调节亚基调节亚基EF-1-EF-G有转位酶活性，促进有转位

34、酶活性，促进mRNA-肽酰肽酰-tRNA由由A位前移到位前移到P位，促进卸载位，促进卸载tRNA释放释放EF-2肽链合成的延长因子肽链合成的延长因子 又称注册又称注册(registration)1.1.进位进位 与与mRNA下一个下一个密码相对应的氨基酰密码相对应的氨基酰tRNA进入核蛋白体进入核蛋白体的的A位。此步骤需位。此步骤需GTP，Mg2+和和EF-T参与。参与。2.2.成肽成肽 在大亚基上的在大亚基上的转肽酶转肽酶(transpeptidase)催化下催化下, ,由供位上的由供位上的fMet-tRNAfMet-tRNAfMetfMet或肽酰或肽酰tRNAtRNA转移到受位上的氨基酰转

35、移到受位上的氨基酰tRNAtRNA上上, ,与与其其 -氨基缩合氨基缩合形成肽键，使肽链延长一个形成肽键，使肽链延长一个氨基酸单位。氨基酸单位。 此步骤需此步骤需Mg2+Mg2+，K+K+。成肽反应过程成肽反应过程 延长因子延长因子EF-G有有转位酶转位酶( translocase )活性，活性，可结合并水解可结合并水解1分子分子GTP，促进核蛋白体向，促进核蛋白体向mRNA的的3侧移动相当于一个密码的距离，同时侧移动相当于一个密码的距离，同时使肽酰基使肽酰基tRNA从从A位移到位移到P位。此步骤需位。此步骤需GTP和和Mg2+参与。参与。3.转位转位延长因子延长因子EF-G有转位酶有转位酶(

36、 ( translocase ) )活活性，可结合并水解性，可结合并水解1 1分子分子GTP，促进核蛋白体向，促进核蛋白体向mRNA的的3 3侧移动侧移动 。转位过程转位过程fMetA U G53fMetTuGTP进进位位转转位位成肽成肽核糖体循环的反应过程核糖体循环的反应过程核蛋白体沿核蛋白体沿mRNAmRNA链滑动，不断使多肽链链滑动，不断使多肽链延长，直到延长，直到mRNAmRNA上终止密码进入上终止密码进入A A位出现后，位出现后，多肽链合成停止，肽链从肽酰多肽链合成停止，肽链从肽酰-tRNA-tRNA中释出，中释出，mRNAmRNA、核蛋白体等分离，这些过程称为肽链、核蛋白体等分离，

37、这些过程称为肽链合成终止。合成终止。三、终止密码子和释放因子导致肽链合成停止三、终止密码子和释放因子导致肽链合成停止 与肽链合成终止相关的蛋白因子称为与肽链合成终止相关的蛋白因子称为释放因子释放因子 (release factor, RF)(release factor, RF) 1.识别终止密码，如识别终止密码，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.诱导转肽酶改变为酯酶活性，使肽链与诱导转肽酶改变为酯酶活性，使肽链与tRNA间的酯键水解，释放出肽链。间的酯键水解，释放出肽链。 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：

38、RF-1，RF-2，RF-3 真核生物释放因子：真核生物释放因子：eRF 原原核核肽肽链链合合成成终终止止过过程程 U A G53COO-多肽链合成终止演示多肽链合成终止演示蛋白质生物合成所需的能量：蛋白质生物合成所需的能量： 每合成一个肽键，至少需要消耗每合成一个肽键，至少需要消耗4分子高能磷酸分子高能磷酸化合物（不包括起始阶段的一分子化合物（不包括起始阶段的一分子GTP）。）。 1、AA活化生成氨基酰活化生成氨基酰tRNA，消耗两分子高能消耗两分子高能 磷酸化合物。（磷酸化合物。（ATPADPAMP） 2、延伸阶段：进位和移位，各消耗一分子延伸阶段：进位和移位，各消耗一分子GTP。多聚核蛋

39、白体多聚核蛋白体(polysome)使蛋白质合成高速、使蛋白质合成高速、高效进行。高效进行。 由若干核蛋白体结合在一由若干核蛋白体结合在一条条mRNAmRNA上同时进行多肽链上同时进行多肽链的翻译所形成的念球状结构的翻译所形成的念球状结构称为称为多聚核蛋白体。多聚核蛋白体。 mRNA mRNA上可附着上可附着1010010100个个核蛋白体。核蛋白体。电镜下的多聚核蛋白体现象电镜下的多聚核蛋白体现象蛋白质生物合成小结蛋白质生物合成小结1.模板模板 mRNA53起始密码：起始密码：AUG 终止密码：终止密码：UAA, UAG, UGA2.肽链合成肽链合成 N C 第一个第一个aa是是met (f

40、met)4.耗能：耗能：4个高能键（一个个高能键（一个ATP、2个个GTP）5.有多种蛋白因子参与有多种蛋白因子参与6.合成位置：胞液合成位置：胞液起始起始延伸延伸终止终止3.反应过程反应过程进位进位成肽成肽转位转位1.核糖体不同核糖体不同真核生物蛋白质合成的特点真核生物蛋白质合成的特点2.真核细胞中，真核细胞中，mRNA为单顺反子。原核细胞中为单顺反子。原核细胞中 mRNA为多顺反子。为多顺反子。5.5.翻译起始复合物时，真核细胞的小亚基是先与翻译起始复合物时，真核细胞的小亚基是先与 Met-tRNA Met-tRNAi iMetMet结合，再与结合，再与mRNAmRNA模板结合。模板结合。

41、3.真核细胞中起始是真核细胞中起始是Met-tRNAiMet。不需甲酰化。不需甲酰化。4.真核细胞核蛋白体没有真核细胞核蛋白体没有E位，转位时卸载的位，转位时卸载的tRNA 直接从直接从P位脱落。位脱落。6.所需因子不相同所需因子不相同.7. 真核生物：转录和翻译在空间与时间上存在间隔真核生物：转录和翻译在空间与时间上存在间隔mRNA eIF-6 GDP+PielF-5ATPADP+PielF4E, elF4G, elF4A, elF4B,PABMetelF-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肽链生物合成后的加工和靶向输送肽链生物合成后的加工和靶向输送Po

42、sttranslational Processing & Protein Transportation第第 四四 节节目的要求目的要求1.1.熟悉肽链生物合成后的加工的方式熟悉肽链生物合成后的加工的方式2.2.熟悉分子伴侣的作用熟悉分子伴侣的作用3.3.了解了解肽链生物合成后的靶向输送肽链生物合成后的靶向输送学习提纲学习提纲1.1.何谓翻译后的加工？何谓翻译后的加工？2.2.分子伴侣有何作用？分子伴侣有何作用？3.3.何谓蛋白质的靶向输送？何谓蛋白质的靶向输送？l 蛋白质合成后被定向输送到其发挥作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蛋白质的靶向输送用的靶位点的过程称为蛋

43、白质的靶向输送(protein targeting)。 l从核蛋白体释放出的新生多肽链不具备蛋从核蛋白体释放出的新生多肽链不具备蛋白质生物活性，必需经过不同的复杂加工过程白质生物活性，必需经过不同的复杂加工过程才转变为天然构象的功能蛋白质，这一加工过才转变为天然构象的功能蛋白质，这一加工过程称为翻译后修饰。程称为翻译后修饰。翻译后修饰主要包括翻译后修饰主要包括: 多肽链折叠为天然的三维构象多肽链折叠为天然的三维构象 肽链一级结构的修饰肽链一级结构的修饰 空间结构修饰空间结构修饰 一一.多肽链折叠为天然构象的蛋白质多肽链折叠为天然构象的蛋白质 新生肽链的折叠在肽链新生肽链的折叠在肽链合成中、合成

44、后合成中、合成后完成，完成，新生肽链新生肽链N端在核蛋白体上一出现，肽链的折叠端在核蛋白体上一出现，肽链的折叠即开始。随着序列的不断延伸肽链逐步折叠，产即开始。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、结构域到形成完整空生正确的二级结构、模序、结构域到形成完整空间构象。间构象。 多肽链自身氨基酸顺序储存着蛋白质折叠的信多肽链自身氨基酸顺序储存着蛋白质折叠的信息，即息，即一级结构是空间构象的基础一级结构是空间构象的基础。 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、蛋白辅助。而需要其他酶、蛋白辅助。 几种有促进蛋白折叠功能的大

45、分子几种有促进蛋白折叠功能的大分子1. 分子伴侣分子伴侣 (molecular chaperon) 2. 蛋白二硫键异构酶蛋白二硫键异构酶 (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)1. 热休克蛋白热休克蛋白(heat shock protein, HSP) HSP70、HSP40和和GreE族族 2. 伴侣蛋白伴侣蛋白(chaperonins) GroEL和和GroES家族家族分子伴侣分子伴侣分子伴侣是细胞一类保守蛋白质，可识别分子伴侣是细

46、胞一类保守蛋白质，可识别肽链的非天然构象，促进各功能域和整体蛋白肽链的非天然构象，促进各功能域和整体蛋白质的正确折叠。质的正确折叠。 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，再释放该片段进结合保护待折叠多肽片段，再释放该片段进行折叠。形成行折叠。形成HSP70和多肽片段依次结合、解离和多肽片段依次结合、解离的循环。的循环。 HSP40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，

47、释出多肽链片段进行正确折叠 伴侣素伴侣素GroEL/GroES系统促进蛋白质折叠过程系统促进蛋白质折叠过程 伴侣素的主要作用伴侣素的主要作用为非自发性折叠蛋白质提供能折叠形成天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然空间构象的微环境。 蛋白二硫键异构酶蛋白二硫键异构酶 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，这一过程主要在细胞内质网进行。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

48、二硫键断裂并形成正确二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，最终使蛋白质形成热力学最稳定的天硫键连接，最终使蛋白质形成热力学最稳定的天然构象。然构象。二、蛋白质一级结构修饰主要是肽键水解二、蛋白质一级结构修饰主要是肽键水解和化学修饰和化学修饰 （一）肽链（一）肽链N端和端和C端有切除和（或）化学修饰端有切除和（或）化学修饰（二）各种氨基酸残基可进行多种化学修饰（二）各种氨基酸残基可进行多种化学修饰 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鸦片促黑皮质素原鸦片促黑皮质素原(POMC)的水解修饰的水解修饰NC信号肽

49、信号肽PMOCKRKR103肽肽 ( ？)ACTH -LT -MSH -MSHEndophin（三）水解加工可生成具有生物活性的蛋白质或多肽（三）水解加工可生成具有生物活性的蛋白质或多肽三三. .蛋白质空间结构修饰包括亚基聚合和辅蛋白质空间结构修饰包括亚基聚合和辅基连接高级结构的基连接高级结构的（一）通过非共价键亚基聚合形成具有四级结构（一）通过非共价键亚基聚合形成具有四级结构的蛋白质的蛋白质 （二）辅基连接后形成完整的结合蛋白质（二）辅基连接后形成完整的结合蛋白质 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

50、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，这类序列称为信号转移到细胞的适当靶部位，这类序列称为信号序列序列(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四、合成后蛋白质可被靶向输送至细胞四、合成后蛋白质可被靶向输送至细胞特定部位特定部位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Interference &

51、; Inhibition of Protein Biosynthesis第第 五节五节 蛋白质生物合成是很多天然抗生素和某些毒素的蛋白质生物合成是很多天然抗生素和某些毒素的作用靶点。它们就是通过阻断真核、原核生物蛋作用靶点。它们就是通过阻断真核、原核生物蛋白质翻译体系某组分功能，干扰和抑制蛋白质生白质翻译体系某组分功能，干扰和抑制蛋白质生物合成过程而起作用的。物合成过程而起作用的。 可针对蛋白质生物合成必需的关键组分作为研究可针对蛋白质生物合成必需的关键组分作为研究新抗菌药物的作用靶点。新抗菌药物的作用靶点。同时尽量利用真核、原同时尽量利用真核、原核生物蛋白质合成体系的任何差异，以设计、筛核生

52、物蛋白质合成体系的任何差异，以设计、筛选仅对病原微生物特效而不损害人体的药物。选仅对病原微生物特效而不损害人体的药物。 一一.许多抗生素通过抑制肽链生物合成发挥作用许多抗生素通过抑制肽链生物合成发挥作用抗生素抗生素(antibiotics)是一类由某些真菌、是一类由某些真菌、细菌等微生物产生的药物，有抑制其他微生细菌等微生物产生的药物，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预防和治疗人、动物和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。植物的感染性疾病。（二）抑制肽链延长的抗生素 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 （一）抑制肽链合成起始的抗生素抗生素 作用位点 作用原理应用 伊短菌素 原核、真核核蛋白体小亚基 阻碍翻译起始复合物的形成（抑制肽链合成起始）抑制肽链合成起