蛋白质合成及转运

1、一、蛋白质的生物合成一、蛋白质的生物合成 合成场所：核糖体合成场所：核糖体 原料：原料：AA、tRNA 、mRNA 、rRNA 其他蛋白因子、其他蛋白因子、ATP、GTP 粗面内质网粗面内质网（一）蛋白质合成的分子基础（一）蛋白质合成的分子基础1、模板是模板是mRNA 含有密码子含有密码子 阅读方向阅读方向5到到3 起始密码和终止密码起始密码和终止密码 3端：真核生物有端：真核生物有PolyA尾巴尾巴 5端：决定起始密码的选择端：决定起始密码的选择原核生物原核生物mRNA 5端的端的SD序列序列识别识别16S rRNA核糖体结合位点序列核糖体结合位点序列 真核生物真核生物 5端有些具有端有些具

2、有核糖体进入部位核糖体进入部位 帽子结构帮助识别帽子结构帮助识别 向向3扫描至扫描至AUG2、tRNA转运活化的转运活化的AA到模板上到模板上 每种每种AA都都至少有一种至少有一种tRNA负责转运负责转运 书写方式：书写方式：tRNAPhe、 tRNASer 通常一种通常一种AA具有几种具有几种tRNAtRNA分子具有：分子具有： 3CCA-OH氨基酸接受位点氨基酸接受位点 识别氨酰识别氨酰-tRNA合成酶位点合成酶位点 核糖体识别位点核糖体识别位点 反密码子位点反密码子位点Cys*半胱氨酰半胱氨酰tRNA合成酶合成酶tRNACys半胱氨酰半胱氨酰* - tRNACys丙氨酰丙氨酰* - tR

3、NACysAla插入蛋白中插入蛋白中Cys的位置的位置形成氨酰形成氨酰tRNA后去向由后去向由tRNA决定决定活性镍作为催化剂活性镍作为催化剂3、核糖体是蛋白质合成的工厂核糖体是蛋白质合成的工厂在单个核糖体上，可化分多个功能活性中心，在蛋白质合成过程中各有专一的识别作用和功能。mRNA结合部位小亚基结合或接受AA-tRNA部位（A位）大亚基结合或接受肽基tRNA的部位大亚基肽基转移部位（P位）大亚基形成肽键的部位（转肽酶中心）大亚基 （二）蛋白质合成的步骤（二）蛋白质合成的步骤1、氨酰氨酰tRNA的生成的生成氨酰氨酰tRNA合成酶合成酶氨酰氨酰AMP形成形成2形式的酯形式的酯氨酰基团在氨酰基团

4、在2 3间交换间交换形成形成3形式的酯形式的酯形成形成3形式的酯形式的酯2、氨酰氨酰tRNA合成酶合成酶识别：识别：AA、tRNA 、ATP型和型酶3、氨酰氨酰tRNA合成酶的校正功能合成酶的校正功能 水解非正确组合的水解非正确组合的AA和和tRNA 异亮氨酰异亮氨酰 tRNAIle 缬氨酰缬氨酰 tRNAVal缬氨酰缬氨酰 tRNAIle则被水解：则被水解：缬氨酸缬氨酸+ tRNAIle蛋白质合成的过程 氨基酸的活化 翻译的起始 肽链的延伸 肽链的终止 蛋白质前体的加工4、一个特殊的一个特殊的tRNA启动蛋白的合成启动蛋白的合成 翻译起始于翻译起始于Met的参与的参与 tRNAMet：携带：

5、携带Met掺入蛋白内部掺入蛋白内部 tRNAiMet ：起始：起始Met 掺入掺入 由同一种由同一种tRNA合成酶合成合成酶合成 起始因子识别起始因子识别tRNAiMet 延伸因子识别延伸因子识别tRNAMet原核生物中的甲酰原核生物中的甲酰Met fMet tRNAiMet作为起始作为起始tRNA5、翻译起始于翻译起始于mRNA与核糖体的结与核糖体的结合合 原核生物借助原核生物借助SD序列序列6、蛋白因子帮助合成的起始蛋白因子帮助合成的起始 原核生物原核生物（大肠杆菌）（大肠杆菌） 三个起始因子（三个起始因子（initiation factor） IF1、IF2、IF3 IF1、 IF3与与

6、30S小亚基结合小亚基结合 IF3防止防止30S亚基与亚基与50S亚基过早结合亚基过早结合mRNA与小亚基结合与小亚基结合 fMet tRNAiMet进入进入50S大亚基的结合大亚基的结合IF-3IF-1翻译起始(翻译起始复合物形成)又可被分成3步：1. 核蛋白体大小亚基分离2、30S小亚基通过SD序列与mRNA模板相结合。A U G53IF-3IF-1S-D序列序列 IF-3IF-1IF-2GTP3.3.在IF-2和GTP的帮助下， fMet-tRNAfMet进入小亚基的P位，tRNA上的反密码子与mRNA上的起始密码子配对。A U G53IF-3IF-1IF-2GTPGDPPi4 4、带有

7、tRNA、mRNA和3个翻译起始因子的小亚基复合物与50S大亚基结合，GTP水解，释放翻译起始因子。A U G53IF-3IF-1A U G53IF-2GTPIF-2-GTPGDPPi真核生物翻译起始的特点真核生物翻译起始的特点核糖体较大,为；起始因子比较多； mRNA 5端具有m7Gppp帽子结构 Met-tRNAMet mRNA的5端帽子结构和3端polyA都参与形成翻译起始复合物； 原核、真核生物各种起始因子的生物功能原核、真核生物各种起始因子的生物功能 促促进进核核蛋蛋白白体体分分离离成成大大小小亚亚基基eIF-6促促进进各各种种起起始始因因子子从从小小亚亚基基解解离离，进进而而结结合

8、合大大亚亚基基eIF-5eIF-4F复复合合物物成成分分，结结合合eIF-4E和和PABeIF-4GeIF-4F复复合合物物成成分分，结结合合mRNA5帽帽子子eIF-4E结结合合mRNA，促促进进mRNA扫扫描描定定位位起起始始AUGeIF-4BeIF-4F复复合合物物成成分分，有有解解螺螺旋旋酶酶活活性性，促促进进mRNA结结合合小小亚亚基基IF-4A最最先先结结合合小小亚亚基基促促进进大大小小亚亚基基分分离离eIF-2B，eIF-3促促进进起起始始tRNA与与小小亚亚基基结结合合eIF-2真真核核生生物物促促进进大大小小亚亚基基分分离离，提提高高P位位对对结结合合起起始始tRNA敏敏感感

9、性性EIF-3促促进进起起始始tRNA与与小小亚亚基基结结合合EIF-2占占据据A位位防防止止结结合合其其他他tRNAIF-1原原核核生生物物生生物物功功能能起起始始因因子子促促进进核核蛋蛋白白体体分分离离成成大大小小亚亚基基eIF-6促促进进各各种种起起始始因因子子从从小小亚亚基基解解离离，进进而而结结合合大大亚亚基基eIF-5eIF-4F复复合合物物成成分分，结结合合eIF-4E和和PABeIF-4GeIF-4F复复合合物物成成分分，结结合合mRNA5帽帽子子eIF-4E结结合合mRNA，促促进进mRNA扫扫描描定定位位起起始始AUGeIF-4BeIF-4F复复合合物物成成分分，有有解解螺

10、螺旋旋酶酶活活性性，促促进进mRNA结结合合小小亚亚基基IF-4A最最先先结结合合小小亚亚基基促促进进大大小小亚亚基基分分离离eIF-2B，eIF-3促促进进起起始始tRNA与与小小亚亚基基结结合合eIF-2真真核核生生物物促促进进大大小小亚亚基基分分离离，提提高高P位位对对结结合合起起始始tRNA敏敏感感性性EIF-3促促进进起起始始tRNA与与小小亚亚基基结结合合EIF-2占占据据A位位防防止止结结合合其其他他tRNAIF-1原原核核生生物物生生物物功功能能起起始始因因子子真核生物翻译起始复合物形成真核生物翻译起始复合物形成(区别原核生物区别原核生物) 原核生物中30S小亚基首先与mRNA

11、模板相结合，再与fMet-tRNAfMet结合，最后与50S大亚基结合。而在真核生物中，40S小亚基首先与Met-tRNAMet相结合，再与模板mRNA结合，最后与60S大亚基结合生成80SmRNAMet-tRNAMet起始复合物。 A：aminoacyl site P：peptide site E：exit site（大部分在大亚基上）（大部分在大亚基上）7、蛋白合成的延伸（蛋白合成的延伸（elongation）延伸因子延伸因子EF-Tu EF-Ts真核：真核：EF-1 肽链延伸由许多循环组成，每加一个氨基酸就是一个循环，每个循环包括：AA-tRNA与核糖体结合、 肽键的生成 和 移位。 延

12、伸因子(elongation factor, EF) ： 原核生物：EF-T (EF-Tu, EF-Ts) EF-G 真核生物：EF-1 、EF-2 肽链的延伸Prokaryotic elongation factorsBiological functionCorresponding eukaryotic elongation factorsEF-TuAssist aminoacyl-tRNA enter to A site ，bind and degradate GTPEF-1-EF-TsRegulation subunitEF-1-EFGActivity of tranlocase，ass

13、ist mRNA-peptidyl-tRNA to move from A site to P site and disassociate tRNA to releaseEF-2Elongation factors进位进位AA-tRNA与核糖体A位点的结合需要消耗GTP，并需EF-Tu、EF-Ts两种延伸因子通过延伸因子通过延伸因子EF-Ts再生再生GTP,形成形成EF-TuGTP复合物复合物EF-Tu-GDP+ EF-Ts EF-Tu-Ts + GDP EF-Tu-Ts + GTP EF-Tu-GTP + EF-Ts重新参与下一轮循环Tu TsGTPGDPA U G53TuTsGTP目目 录

14、录转肽：肽酰转移酶（核糖体参与催化）转肽：肽酰转移酶（核糖体参与催化）移位：移位：EF-G（EF-2）移位核糖体向mRNA3端方向移动一个密码子。需要消耗GTP，并需EF-G延伸因子延长因子EF-G有转位酶( translocase )活性，可结合并水解1分子GTP，促进核蛋白体向mRNA的3侧移动 。fMetA U G53fMetTuGTP目目 录录Much similar to that in prokaryotes Different reaction system and EFsWithout E site， tRNA directly dissociate from the P si

15、te in the step of translocationElongation in eukaryotes8、翻译的终止（、翻译的终止（terminate） 没有识别终止密码子的没有识别终止密码子的tRNA 释放因子释放因子 核糖体释放因子核糖体释放因子肽酰转移酶活性变为酯酶活性肽酰转移酶活性变为酯酶活性 RF1：识别终止密码子UAA和UAG 终止因子 RF2：识别终止密码子UAA和UGA RF3：具GTP酶活性，刺激RF1和 RF2活性，协助肽链的释放（原核生物）真核生物只有一个终止因子（eRF）RF1：UAA/UAGRF2：UGARF3：刺激活性：刺激活性U A G53RFCOO-目目

16、 录录翻译过程是多核糖体（翻译过程是多核糖体（polysome）多核糖体与核糖体循环多核糖体与核糖体循环合成完毕合成完毕的肽链的肽链多核糖体多核糖体3mRNA延伸中的肽链延伸中的肽链5核糖体循环核糖体循环9、蛋白质合成的抑制剂、蛋白质合成的抑制剂抗菌素抗菌素（antibiotics）毒素毒素抗代谢物抗代谢物干扰素干扰素（1 1）抗菌素）抗菌素链霉素、卡那霉素、新霉素链霉素、卡那霉素、新霉素 主要抑制主要抑制G G- -菌菌PrPr合成三个阶段：合成三个阶段：起始起始复合物形成复合物形成使氨基酰使氨基酰tRNAtRNA从复合物脱落；从复合物脱落；肽链肽链延伸延伸阶段阶段使氨基酰使氨基酰tRNAt

17、RNA与与mRNAmRNA错配；错配；终止终止阶段阶段阻碍终止因子与核蛋白体结合，阻碍终止因子与核蛋白体结合， 已合成的多肽链无法释放，已合成的多肽链无法释放， 抑制抑制70S70S核糖体的解离核糖体的解离四环素（土霉素、金霉素）四环素（土霉素、金霉素）作用于细菌作用于细菌30S小亚基，抑制起始复合物形成小亚基，抑制起始复合物形成抑制氨酰抑制氨酰tRNA进入核糖体进入核糖体A位，阻滞肽链延伸；位，阻滞肽链延伸；影响终止因子与核糖体的结合影响终止因子与核糖体的结合四环素类抗生素对真核细胞核糖体也有抑制四环素类抗生素对真核细胞核糖体也有抑制但不能通过真核生物细胞膜但不能通过真核生物细胞膜对对70S

18、核糖体的敏感性更高核糖体的敏感性更高氯霉素氯霉素广谱抗生素广谱抗生素与核糖体与核糖体A位紧密结合，阻碍氨基酰位紧密结合，阻碍氨基酰tRNA进入进入抑制抑制肽酰转移酶肽酰转移酶活性，肽链延伸受到影响活性，肽链延伸受到影响50S大亚基蛋白组分（2 2）毒素）毒素白喉霉素白喉霉素共价修饰使共价修饰使EF-2失活失活一条多肽单链，一条多肽单链，2个二硫键，个二硫键，2个结构域个结构域 结构域与细胞表面受体结合结构域与细胞表面受体结合毒素蛋白水解断裂毒素蛋白水解断裂二硫键还原，产生二硫键还原，产生A、B两片段：两片段：B协助协助A通过细胞膜，通过细胞膜，A为蛋白修饰酶为蛋白修饰酶催化蛋白发生催化蛋白发生

19、ADP-核糖基化核糖基化（3 3）抗代谢物）抗代谢物 结构与天然代谢物相似结构与天然代谢物相似 竞争性抑制代谢中酶竞争性抑制代谢中酶/ /反应反应嘌呤霉素嘌呤霉素结构与Tyr-tRNA Tyr相似，进入核糖体A位连于肽链的C端，形成肽酰嘌呤霉素，容易脱落，肽链合成提前终止嘌呤霉素对原嘌呤霉素对原/真核生物翻译过程均有干扰真核生物翻译过程均有干扰用于肿瘤治疗 （4）干扰素（）干扰素（interferon，IFN） 病毒感染的宿主细胞产生病毒感染的宿主细胞产生 白细胞（白细胞（）、成纤维（）、成纤维（）、免疫（）、免疫（）干扰素结合于细胞膜，活化抗病毒蛋白基因干扰素结合于细胞膜，活化抗病毒蛋白基因

20、诱导产生：诱导产生：蛋白激酶蛋白激酶使使eIF2eIF2磷酸化失活；磷酸化失活；真核和原核细胞参与翻译的蛋白质因子真核和原核细胞参与翻译的蛋白质因子阶段原核 真核 功 能IF1IF2 eIF2 参与起始复合物的形成IF3 eIF3、eIF4C起始CBP I 与mRNA帽子结合 eIF4A B F 参与寻找第一个AUGeIF5 协助eIF2 、 eIF3、eIF4C的释放eIF6 协助60S亚基从无活性的核糖体上解离EF-Tu eEF1 协助氨酰-tRNA进入核糖体延长EF-Ts eEF1 帮助EF-Tu 、 eEF1周转 EF-G eEF2 移位因子RF-1终止 eRF 释放完整的肽链RF-2

21、1、真核细胞核糖体比原核细胞核糖体更大更复杂；2、起始氨基酸为Met，不是fMet；3、肽链合成的起始：由40S核糖体亚基首 先识别mRNA的5端-帽子，然后沿mRNA移动寻找AUG；4、起始因子有12种，但只有2种延长因子和1种终止因子；5、真核细胞中线粒体、叶绿体的核糖体大小、组成及蛋白质合成过程都类似于原核细胞。五、蛋白质的运输及翻译后修饰五、蛋白质的运输及翻译后修饰新合成的多肽去路：（大肠杆菌）新合成的多肽去路：（大肠杆菌）1.1.停留在胞浆停留在胞浆 （不需要运输）（不需要运输）2.2.运送到质膜、外膜或质膜与外膜的空隙，运送到质膜、外膜或质膜与外膜的空隙，3.3.分泌到胞外分泌到胞

22、外( (真核细胞真核细胞) )1.1.停留在胞浆停留在胞浆 （不需要运输）（不需要运输）2.2.运送到质膜运送到质膜3.3.运送到溶酶体、线粒体、叶绿体等细胞器运送到溶酶体、线粒体、叶绿体等细胞器4.4.分泌到胞外。分泌到胞外。（一）蛋白质通过其信号肽引导到目的地（一）蛋白质通过其信号肽引导到目的地所有需运输的多肽结构都含有一段特异氨所有需运输的多肽结构都含有一段特异氨基酸序列，通常存在基酸序列，通常存在N末端，该序列可引导多末端，该序列可引导多肽到细胞的不同转运系统，这一序列称为信号肽到细胞的不同转运系统，这一序列称为信号肽序列肽序列 。 信号肽序列信号肽序列(signal sequence

23、)真核细胞含信号肽的蛋白质合成分两类：真核细胞含信号肽的蛋白质合成分两类：1.1.核糖体游离状态在胞浆中合成供装配线粒体及叶绿体组分的核糖体游离状态在胞浆中合成供装配线粒体及叶绿体组分的蛋白质。蛋白质。（翻译后运输）（翻译后运输）2.2.受信号肽的控制，核糖体结合在内质网合成受信号肽的控制，核糖体结合在内质网合成3 3类主要的蛋白：类主要的蛋白：溶酶体蛋白，分泌到胞外的蛋白和构成质膜骨架的蛋白。溶酶体蛋白，分泌到胞外的蛋白和构成质膜骨架的蛋白。 一些真核细胞多肽链上一些真核细胞多肽链上N-端的信号肽的结构端的信号肽的结构一般长度为一般长度为10-40aa,黄色为疏水氨基酸；黄色为疏水氨基酸；

24、蓝色为带正蓝色为带正电荷的氨基酸电荷的氨基酸-1, -3通常为A信号肽假说简图信号肽假说简图53SRP循环循环mRNA内质网膜内质网膜内质网腔内质网腔信号肽酶信号肽酶信号肽信号肽SRP：信号识别体：信号识别体功能功能1：识别信号肽：识别信号肽功能功能2：阻止多肽链延伸：阻止多肽链延伸（二）一些线粒体叶绿体蛋白质是翻译后被运输的（二）一些线粒体叶绿体蛋白质是翻译后被运输的线粒体（或叶绿体）线粒体（或叶绿体）DNADNA可编码全部线粒体可编码全部线粒体RNARNA，但是只编，但是只编码小部分线粒体蛋白，大部分的蛋白质是由基因组码小部分线粒体蛋白，大部分的蛋白质是由基因组DNADNA编码编码基因组编

25、码的上述蛋白质在胞浆中由游离核糖体合成，再送到这些细胞器中，这种运输称为翻译后运输。有些蛋白有两个信号肽序列，如细胞色素c1, 用来通过两层膜（三）分泌型的真核蛋白在内质网内合成（三）分泌型的真核蛋白在内质网内合成粗面内质网上的核糖体是膜蛋白和分泌性蛋白合成的地方，也是蛋白分泌途径的起点。多肽在内质网的小腔内被修饰1、肽链末端的修饰：、肽链末端的修饰： N-端端fMet或或Met的切除的切除2、信号序列的切除、信号序列的切除3、二硫键的形成、二硫键的形成4、部分肽段的切除、部分肽段的切除5、个别氨基酸的修饰、个别氨基酸的修饰6、糖基侧链的添加、糖基侧链的添加7、辅基的加入、辅基的加入实例：实例：胰岛素原的加工胰岛素原的加工胰岛素原的加工胰岛素原的加工A链区链区B链区链区间插序列（间插序列（C肽区）肽区）HSSHSHSHHSHS信号肽信号肽NC