第六章蛋白质生物合成

1、第六章第六章 蛋白质生物合成蛋白质生物合成 翻译翻译：RNA参与蛋白质生物合成，将核苷酸序列参与蛋白质生物合成，将核苷酸序列转变为氨基酸序列的过程。转变为氨基酸序列的过程。蛋白质合成的场所是：蛋白质合成的模板是：模板与氨基酸之间的接合体是：蛋白质合成的原料是：核糖体mRNAtRNA20种氨基酸 第一节第一节 遗传密码遗传密码 第二节第二节 tRNA的功能的功能 第三节第三节 mRNA的特点的特点 第四节第四节 核糖体的结构核糖体的结构 第五节第五节 原核生物的翻译过程原核生物的翻译过程 第六节第六节 真核生物的蛋白质翻译过程真核生物的蛋白质翻译过程 第七节第七节 蛋白质生物合成初始产物的后蛋白

2、质生物合成初始产物的后加工加工第一节第一节 遗传密码遗传密码1 遗传密码遗传密码遗传密码遗传密码（genetic code）：）： mRNA中蕴中蕴藏遗传信息的碱基顺序。藏遗传信息的碱基顺序。密码子密码子(codon) ：mRNA中每个相邻的三个中每个相邻的三个核苷酸的三联体。核苷酸的三联体。 为什么是三联体密码子？为什么是三联体密码子？遗传密码的破译遗传密码的破译乔治乔治伽莫夫伽莫夫(19041968 )（George Gamor） 乌克兰裔美国核物理学家乌克兰裔美国核物理学家 马歇尔马歇尔.尼伦贝格（尼伦贝格（1927）Marshall Nirenberg德裔美国生物化学家德裔美国生物化学

3、家奥乔亚（奥乔亚（1905-1993）Severo Ochoa 西班牙裔美籍生物化学家西班牙裔美籍生物化学家 柯拉那（美国柯拉那（美国）Har Gobind Khorana,1922 霍利（美国）霍利（美国）Robert Holley, 1922-1993 1966年: 阐明遗传密码 遗传密码遗传密码表表2 2 遗传密码的特点遗传密码的特点 （1）起始码起始码和和终止码终止码 （2）密码无标点符号密码无标点符号 （3）密码的简并性密码的简并性 （4）密码的通用性密码的通用性 2 遗传密码的特点：遗传密码的特点：（1）起始码与终止码：起始码与终止码： AUG是起始密码是起始密码，多肽链合成的第一

4、个氨基酸都，多肽链合成的第一个氨基酸都是蛋氨酸；是蛋氨酸； 少数细菌也用少数细菌也用GUG做为起始码做为起始码。 真核生物偶尔也用真核生物偶尔也用CUG作起始密码。作起始密码。 UAA，UAG，UGA是是终止密码终止密码，无意义密码子无意义密码子。 翻译是沿着翻译是沿着mRNA分子分子53方向进行的方向进行的。（2）密码无标点符号：）密码无标点符号： 两个密码子之间没有任何核苷酸隔开。两个密码子之间没有任何核苷酸隔开。（3）简并性简并性： 几组密码子代表一种氨基酸的现象。几组密码子代表一种氨基酸的现象。 同义密码子同义密码子。 密码子的简并性主要是由于密码子的第三个碱基发生摆动密码子的简并性主

5、要是由于密码子的第三个碱基发生摆动现象形成的，也就是说密码子的专一性主要由前两个碱基现象形成的，也就是说密码子的专一性主要由前两个碱基决定。决定。 除除AUG(Met)和和UGG(Try) 外，每个氨基酸都有一外，每个氨基酸都有一个以上的密码子；个以上的密码子； 简并密码子使用的频率并不相等。简并密码子使用的频率并不相等。（4）密码的通用性密码的通用性： 密码表是生物界通用的。密码表是生物界通用的。 具有四大生物系统（病毒、细菌、动植物）的通具有四大生物系统（病毒、细菌、动植物）的通用性和保守性（用性和保守性（Mt除外）。除外）。Arg起始起始tRNAtRNA反密码子反密码子第一个碱基第一个碱

6、基mRNAmRNA密码子第三个碱基密码子第三个碱基（5 5）反密码子的）反密码子的摆动摆动性性 反密码子反密码子：与与mRNA相应的三联体密码子碱基互相应的三联体密码子碱基互补。补。 摆动性摆动性：mRNA密码子的前两位碱基和密码子的前两位碱基和tRNA的反的反密码严格配对，而密码子第三位碱基与反密码子密码严格配对，而密码子第三位碱基与反密码子第一位碱基不严格遵守配对规则。第一位碱基不严格遵守配对规则。 第一节第一节 遗传密码遗传密码 第二节第二节 tRNA的功能的功能 第三节第三节 mRNA的特点的特点 第四节第四节 核糖体的结构核糖体的结构 第五节第五节 原核生物的翻译过程原核生物的翻译过

7、程 第六节第六节 真核生物的蛋白质翻译过程真核生物的蛋白质翻译过程 第七节第七节 蛋白质生物合成初始产物的后蛋白质生物合成初始产物的后加工加工 第二节第二节 tRNA的功能的功能1 tRNA的结构的结构2 tRNA的功能的功能3 tRNA对氨基酸的识别对氨基酸的识别 4 tRNA的种类的种类1 tRNA的结构的结构 tRNA在蛋白质生物合成过程中起关键作用。在蛋白质生物合成过程中起关键作用。 最小的最小的 RNA，4S 70 80个个base，其中其中22个碱基是恒定个碱基是恒定 含有含有10%的稀有碱基的稀有碱基 1.1 tRNA的空间结构的空间结构 1964 Holly. R. 鉴定出鉴定

8、出 tRNAphe 的二级结构为三叶草的二级结构为三叶草 形（形（77个个NT） （1） 三叶草的二级结构三叶草的二级结构 a、氨基酸接受臂（氨基酸接受臂（acceptor arm） tRNA 的的5与与3-末端末端7bp碱基配对形成碱基配对形成 3 端永远为不配对的端永远为不配对的XCCA序列序列 最后的最后的A的的 3 或或 2-OH可以被氨酰化可以被氨酰化功能：功能：负责携带氨基酸。负责携带氨基酸。 L 型三 维结构两个双螺旋区相互垂直3 TC 环 氨基酸茎 3 5 氨基酸茎 5 D 环D 环 TC 环 可变环可变环反密码子环 反密码子环 图 14-15 tRNA 由三叶草型折叠成 L

9、型三维结构 b、TC臂臂 特殊的碱基特殊的碱基（假尿嘧啶），假尿嘧啶），5bp茎环的配对茎环的配对 功能：负责和核糖体上的功能：负责和核糖体上的rRNA 识别结合；识别结合；c、 反密码子臂反密码子臂 5bp茎环的配对，茎环的配对， 反密码子反密码子 功能：负责对功能：负责对mRNA上的密码子的识别与配对。上的密码子的识别与配对。d、D环环 茎区常为茎区常为4bp，含有特殊的碱基含有特殊的碱基D（双氢尿嘧啶）双氢尿嘧啶） 功能：起连接作用功能：起连接作用e、额外环额外环 可变性大，从可变性大，从4 Nt到到21 Nt不等，不等， 功能：在功能：在tRNA三维结构中连接两个区域（三维结构中连接两

10、个区域（D环反密码子环反密码子 环和环和TC-受体臂受体臂）。）。 L 型三 维结构两个双螺旋区相互垂直3 TC 环 氨基酸茎 3 5 氨基酸茎 5 D 环D 环 TC 环 可变环可变环反密码子环 反密码子环 图 14-15 tRNA 由三叶草型折叠成 L 型三维结构 aa接受臂接受臂 f、 含丰富的稀有碱基含丰富的稀有碱基（2） “ L”形三级结构形三级结构 三叶草型的二级结构可折叠成倒三叶草型的二级结构可折叠成倒L型的三维结构。型的三维结构。三叶草二级结构具有四个臂 L 型三 维结构两个双螺旋区相互垂直3 TC 环 氨基酸茎 3 5 氨基酸茎 5 D 环D 环 TC 环 可变环可变环反密码

11、子环 反密码子环 图 14-15 tRNA 由三叶草型折叠成 L 型三维结构- TC 和和 D环环 位于位于“L”两臂的交界处，两臂的交界处， 利于利于“L”结构的稳定结构的稳定-“L”结构中碱基堆积力大结构中碱基堆积力大 使其拓扑结构趋于稳定使其拓扑结构趋于稳定 反密码子：反密码子： 位于位于“L”结构末端结构末端 堆积力小堆积力小 自由度大自由度大 使碱基配对摇摆使碱基配对摇摆 第二节第二节 tRNA的功能的功能1 tRNA的结构的结构2 tRNA的功能的功能3 tRNA对氨基酸的识别对氨基酸的识别 4 tRNA的种类的种类2 tRNA的功能的功能1)解读解读mRNA的遗传信息的遗传信息2

12、)运输的工具，运载氨基酸运输的工具，运载氨基酸tRNA有两个关键部位：有两个关键部位： 3端端CCA：接受氨基酸，形成氨酰：接受氨基酸，形成氨酰-tRNA。 与与mRNA结合部位结合部位反密码子部位反密码子部位35ICCA-OH53CCA-OHG G CC C GtRNA凭借自身的反密码子与mRNA链上的密码子相识别，把所带氨基酸放到肽链的一定位置。 第二节第二节 tRNA的功能的功能1 tRNA的结构的结构2 tRNA的功能的功能3 tRNA对氨基酸的识别对氨基酸的识别4 tRNA的种类的种类ntRNA怎样接受特定的氨基酸怎样接受特定的氨基酸?n氨基酰氨基酰tRNA合成酶合成酶(AARS)n

13、蛋白质合成的真实性主要决定于蛋白质合成的真实性主要决定于AARS是否能使是否能使氨基酸与对应的氨基酸与对应的tRNA相结合。相结合。n氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶(AARS)怎样识别怎样识别tRNA？tRNA中的哪些结构和接受特定氨基酸有关？中的哪些结构和接受特定氨基酸有关？3 tRNA对氨基酸的识别对氨基酸的识别3.1 AA tRNA合成酶（合成酶（AARS ） 模板模板mRNA只能识别特异的只能识别特异的tRNA而不是而不是AA。氨基酸进入蛋白质合成途径是通过氨基酰氨基酸进入蛋白质合成途径是通过氨基酰-tRNA合合成酶成酶(AARS) ，这种酶将氨基酸和特异的，这种酶将氨基酸和特异的

14、tRNA连连接起来，成为接起来，成为氨基酰氨基酰tRNA 。n Prok中中AARS有有20种种，对，对AA及及tRNA高度专一，准高度专一，准确结合；确结合； 大小：大小：40kDa100kDa之间，有单聚体、二聚体和之间，有单聚体、二聚体和四聚体。四聚体。 需要三种底物需要三种底物 AA tRNA ATP 因此有三个位点因此有三个位点 aa binding site tRNA binding site ATP site （1）AARS 识别识别tRNA的反应：的反应： 反应：反应：活化：氨基酸活化：氨基酸+ATP+E氨基酰氨基酰-ATP-E+PPi转移：氨基酰转移：氨基酰-ATP-E +t

15、RNAaa-tRNA+AMP+E （2）AARS可分为两类：可分为两类： 反应机制的差别：反应机制的差别： 类酶类酶 先将氨酰基转移到先将氨酰基转移到 tRNA 3 端端A的的 2-OH 然后通过转酯反应转移到然后通过转酯反应转移到 3-OH上。上。 类酶类酶 直接将氨酰基转移至直接将氨酰基转移至 3-OH 上。上。 AARS 上有四种活性区域：上有四种活性区域： 催化区域：催化区域： ATP和氨基酸结合位点和氨基酸结合位点 tRNA接受臂螺旋结合区域接受臂螺旋结合区域 tRNA反密码子结合区域反密码子结合区域 聚合区域（聚合区域（II类没有聚合）类没有聚合）（3）AARS 识别识别tRNA的

16、活性区域；的活性区域；(4) 两类酶与两类酶与tRNA反应时接近模式不同反应时接近模式不同蛋白沿蛋白沿L型分子的一侧束缚型分子的一侧束缚tRNA（tRNA的两端被束缚）的两端被束缚）tRNA两个端点与合成酶结合，大部分的序列并不被合成两个端点与合成酶结合，大部分的序列并不被合成酶识别。酶识别。I类和类和II类合成酶与类合成酶与tRNA的相互作用有所区别。的相互作用有所区别。经晶体结构分析，两类酶与经晶体结构分析，两类酶与tRNA接触的方位正好相反，接触的方位正好相反，3.2 tRNA上与接受特定氨基酸有关的结构上与接受特定氨基酸有关的结构 同工同工tRNA 由同一氨酰由同一氨酰tRNA合成酶识

17、别，应该有合成酶识别，应该有共同特征，共同特征， 但是发现合成酶对不同但是发现合成酶对不同tRNA识别的结构基础不同识别的结构基础不同 tRNA分子上的关键位点很少，为分子上的关键位点很少，为1-5个碱基，个碱基， 反密码子的突变通常很少影响反密码子的突变通常很少影响AARS对其的识别。对其的识别。 20种种AARS对不同对不同tRNA识别有各自的规律。识别有各自的规律。表 14-5 每种合成酶通过几个特殊碱基来识别其同质 tRNAtRNA合成酶识别的碱基一类氨基酰 tRNA 合成酶Val反密码子上的三个碱基Met反密码子上的三个碱基Ile反密码子上的 C34 修饰碱基GlnU35（反密码子）

18、; U1-A72 和 G73（受体臂）二类氨基酰 tRNA 合成酶Phe（酵母）反密码子上的三个碱基，G20(D 环); A73(末端)SerG1-C72; G2-C71; A3-U70(受体臂); C11-G24(D 环)AlaG3-U70(受体臂) 第二节第二节 tRNA的功能的功能1 tRNA的结构的结构2 tRNA的功能的功能3 tRNA对氨基酸的识别对氨基酸的识别4 tRNA的种类的种类4 tRNA的种类的种类4.1 起始起始tRNA和延伸和延伸tRNA4.2 同工同工tRNA4.3 校正校正tRNA4 tRNA的种类的种类 4.1 起始起始tRNA和延伸和延伸tRNA( 起始起始t

19、RNA: Prok： tRNAfmet， fMet-tRNAfmet Euk： tRNAimet ，Met-tRNAimet 延伸延伸tRNA： tRNAmmet，m可省略可省略4.2 同工同工tRNA（isoaccepting tRNAs） 携带携带AA相同而反密码子不同的一组相同而反密码子不同的一组tRNA； 不同的反密码子识别不同的反密码子识别AA的同义密码；的同义密码； 同功同功tRNA在细胞内合成量上有多和少的差别，分在细胞内合成量上有多和少的差别，分别称为别称为主要主要tRNA和次要和次要tRNA。主要主要tRNA中反密码子识别中反密码子识别tRNA中的高频密码子，中的高频密码子，

20、而次要而次要tRNA中反密码子识别中反密码子识别mRNA中的低频密码中的低频密码子。子。Gly GGG AGG Arg。4.3.1 突变突变(mutation)移码突变移码突变: mRNA上上的编码顺序中插入的编码顺序中插入(或缺失或缺失)一个一个(或更多或更多)碱基，引起碱基，引起密码子密码子翻译读框改变。翻译读框改变。无义突变无义突变: 指正常密码子改变为终止密码子，引起翻指正常密码子改变为终止密码子，引起翻译过程提早终止。译过程提早终止。蛋白质产物是截短的，一般没有功能。蛋白质产物是截短的，一般没有功能。 错义突变：错义突变：正常密码子变为另一种氨基酸的密码子。正常密码子变为另一种氨基酸

21、的密码子。 新的氨基酸取代了蛋白质中某位点上原来的残基可能使蛋白质新的氨基酸取代了蛋白质中某位点上原来的残基可能使蛋白质失去功能。失去功能。Tyr UAC和UAU UAG。4.3 校正校正tRNA 4.3.2 抑制突变抑制突变/校正突变校正突变 （suppressor mutation）：）： 编码编码tRNA的基因发生某种的基因发生某种突变突变，以，以“代偿代偿”或校正或校正mRNA上密码子的上密码子的原有突变原有突变所产生的不良后果。所产生的不良后果。校正校正tRNA：这类这类tRNA称为称为抑制抑制tRNA/校正校正tRNA 。 包括：包括： 无义抑制无义抑制 错义抑制错义抑制1）无义抑

22、制）无义抑制（nonsense suppressor） 无义抑制或无义校正：无义抑制或无义校正：通过抑制通过抑制tRNA识别识别无义突无义突变位点变位点，将某种氨基酸插入该位点，使得多肽链继，将某种氨基酸插入该位点，使得多肽链继续延伸，而不中途停止。续延伸，而不中途停止。 无义抑制通过三个不同的途径进行：无义抑制通过三个不同的途径进行： （1）tRNA反义密码子的突变；反义密码子的突变； （2）tRNA其它结构的改变；其它结构的改变； （3）tRNA反密码子化学修饰。反密码子化学修饰。 AUCAUG表 14-6 由反密码子突变而产生的无义抑制基因 野生型 抑制基因基因tRNA识别的密码子反密码

23、子反密码子识别的密码子SupD(su1)SerUCGCGACUAUAGSupE(su2)GlnCAGCUGCUAUAGSupF(su3)TyrUAC, UAUGUACUAUAGSupC(su4)TyrUAC/UAUGUAUUAUAA/UAGSupG(su5)LysAAA/AAGUUUUUAUAA/UAGSupU(su7)TrpUGGCCAUCAUGA/UGG2） 错义抑制错义抑制抑制抑制tRNA识别识别错义突变错义突变位点，通过插入原来的位点，通过插入原来的氨基酸或其它的氨基酸而抑制错义突变，从而能氨基酸或其它的氨基酸而抑制错义突变，从而能完全恢复或部分恢复蛋白质活性完全恢复或部分恢复蛋白质活

24、性 。两种方式可以形成抑制型两种方式可以形成抑制型tRNA：1）tRNA反密码子发生突变，反密码子发生突变，2）tRNA其他的结构变化或是氨酰其他的结构变化或是氨酰tRNA合成酶合成酶的突变而改变了其荷载氨基酸的变化。的突变而改变了其荷载氨基酸的变化。错义突变 错义突变AUG AGA UAA AUG GGA UAA AUG AGA UAAUCU CCU UCU 抑制突变 Arg Gly Gly图 14-18 反密码子发生突变可抑制错义突变3）抑制突变的特点：）抑制突变的特点：1）不是所有终止密码子的抑制基因都产生有功能）不是所有终止密码子的抑制基因都产生有功能的蛋白质，起到抑制或校正的作用，关

25、键是要的蛋白质，起到抑制或校正的作用，关键是要看氨基酸取代的情况。看氨基酸取代的情况。2） 校正的作用不可能是完全的，抑制基因的效率校正的作用不可能是完全的，抑制基因的效率很低，通常为很低，通常为15%。 第一节第一节 遗传密码遗传密码 第二节第二节 tRNA的功能的功能 第三节第三节 mRNA的特点的特点 第四节第四节 核糖体的结构核糖体的结构 第五节第五节 原核生物的翻译过程原核生物的翻译过程 第六节第六节 真核生物的蛋白质翻译过程真核生物的蛋白质翻译过程 第七节第七节 蛋白质生物合成初始产物的后蛋白质生物合成初始产物的后加工加工 第三节第三节 mRNA的特点的特点 1 mRNA 分子的组

26、成分子的组成 2 原核生物原核生物mRNA的特征的特征 2 真核生物真核生物mRNA的特征的特征 1 mRNA 分子的组成：分子的组成：n 转录启动区转录启动区n 5UTR AUG之前的之前的 5 端非编码区（前导序列）端非编码区（前导序列）n 编码区编码区 n 3UTR 终止密码子之后，不翻译的终止密码子之后，不翻译的 3 端端 （2） 其他特征其他特征 a、 5 端有端有300个左右个左右NT的非翻译区（的非翻译区（A/GAUG） b、 AUG作为起始密码子（作为起始密码子（GUG、UUG） 2 原核生物原核生物mRNA的特征的特征 （1） 大部分为多顺反子大部分为多顺反子 c、 S D

27、序列序列 S D序列（序列（Shine-Dalgarno sequence）：）： 位于位于 AUG上游上游 4 13 个个NT处的富含嘌呤的处的富含嘌呤的 3 9 个个NT的共同序列，的共同序列，AGGAGG， 与核糖体小亚基内与核糖体小亚基内16S rRNA 的的 3端富含嘧啶的序列端富含嘧啶的序列 3-UCCUCC-5互补，互补，使使 rRNA正确定位于起始密码正确定位于起始密码子子。 3 真核生物真核生物mRNA的特征的特征 （1） 一般为单顺反子一般为单顺反子; （2） 5 端的帽子对翻译有增强作用，且端的帽子对翻译有增强作用，且 5 帽子和帽子和 3polyA尾对翻译效率的调节有协

28、同作用。尾对翻译效率的调节有协同作用。 （3） “第一第一AUG规律规律” 即即- 绝大部分以绝大部分以AUG作为起作为起 始密码子。始密码子。 （4） 起始起始AUG有如下特点：有如下特点： 其合适其合适“上下文上下文”为为 （Kozak等人）等人） GCC(A/G) CCAUGG 第一节第一节 遗传密码遗传密码 第二节第二节 tRNA的功能的功能 第三节第三节 mRNA的特点的特点 第四节第四节 核糖体的结构核糖体的结构 第五节第五节 原核生物的翻译过程原核生物的翻译过程 第六节第六节 真核生物的蛋白质翻译过程真核生物的蛋白质翻译过程 第七节第七节 蛋白质生物合成初始产物的后蛋白质生物合成

29、初始产物的后加工加工第四节第四节 核糖体的结构核糖体的结构 核糖体核糖体(ribosome)亦称核蛋白体；亦称核蛋白体； 翻译的场所翻译的场所 ； 细菌中常以多聚核糖体的形式；细菌中常以多聚核糖体的形式； 分为两类：分为两类：附着于粗面内质网附着于粗面内质网：合成白蛋白、胰岛素等分泌性蛋白；：合成白蛋白、胰岛素等分泌性蛋白；游离于胞浆游离于胞浆：合成参与细胞固有蛋白质。：合成参与细胞固有蛋白质。 数量：数量：Prok. protein 约占细胞的约占细胞的10，rRNA占总占总RNA的的 80以上，以上，Euk中相对比例小些。中相对比例小些。 Euk中约中约20000个核糖体个核糖体/cell

30、。 1 核糖体的组成及特性核糖体的组成及特性来源来源 沉降系数沉降系数核糖体核糖体重量重量(道道尔顿尔顿)亚基亚基rRNA含蛋白含蛋白质种数质种数每个细胞每个细胞内含有的内含有的个数个数真核真核细胞细胞77S80S 4.210640S (小小) 18S3310610760S (大大) 5S, 5.8S,28S49原核原核细胞细胞70S2.610630S (小小) 16S211.510450S(大大)23S 5S36rRNA起骨架作用，将蛋白质串起，决定着蛋白质的定位。起骨架作用，将蛋白质串起，决定着蛋白质的定位。3端端5端端16SrRNA分子中的功能区域分子中的功能区域2 核糖体的活性位点核糖

31、体的活性位点：表14-8 核糖体的活性位点活性位点功能位置组分mRNA 结合位点结合 mRNA 和 IF因子30S,P 位点附近S1、S18、S21；及 S3、S4、S5、S12 16SrRNA3末端区域P 位点结合 fMet-tRNA 和肽基-tRNA大部分在50S 亚基L2、L27 及L14、L18、L24、L3316S 和23SrRNA3附近区域A位点结合氨酰基-tRNA大部分在30S 亚基L1、L5、 L7/L12、L20、 L30、 L3316S 和 23SrRNA（16S 的 1400区）E 位点结合脱酰tRNA50S23SrRNA是重要的5SRNA和23SrRNA结合P 和A位点

32、的附近L5、L18、L25 复合体肽酰基转移酶将肽链转移到氨基酰-tRNA上50S 的中心突起L2、L3、L4、L15、L16 23SrRNA是重要的EF-Tu 结合位点氨基酰-tRNA 的进入30S 外部EF-G 结 合位点移位50S 亚 基 的 界 面上，L7/L12 附近，近S12L7/L12GTP 酶需要50S 的柄L7、L12核糖体的活性位点核糖体的活性位点 第一节第一节 遗传密码遗传密码 第二节第二节 tRNA的功能的功能 第三节第三节 mRNA的特点的特点 第四节第四节 核糖体的结构核糖体的结构 第五节第五节 原核生物的翻译过程原核生物的翻译过程 第六节第六节 真核生物的蛋白质翻

33、译过程真核生物的蛋白质翻译过程 第七节第七节 蛋白质生物合成初始产物的后蛋白质生物合成初始产物的后加工加工蛋白质生物合成的机制蛋白质生物合成的机制翻译过程可分为起始、延长、终止三个阶段。翻译过程可分为起始、延长、终止三个阶段。第五节第五节 原核生物的翻译过程原核生物的翻译过程组成过程：组成过程： 30S+50S+mRNA+fMet- tRNAfmet 70S-mRNA-fMet- tRNAfmet+GDP+Pi1 起始起始IF1-3,GTP起始复合物起始复合物- 70S三元复合物三元复合物IF不同不同形式形式MWGTP结合结合能力能力生物学活性生物学活性IF-19500-无特异功能，但具有加强

34、无特异功能，但具有加强 IF2和和IF3的活性作用。的活性作用。IF-2IF-2a IF-2b11700085000+生成生成IF-2.GTP.fMet-tRNAfMet-tRNAf fmetmet与与前前起始复合物结合形成起始复合物结合形成30S三元复合三元复合物物IF-3IF-3a IF-3 2066819997-1. 使得使得30S与与mRNA结合，形成前结合，形成前起始复合物起始复合物 。2.解离活性，使解离活性，使70S核糖体颗粒解核糖体颗粒解离为离为30S和和50S亚基亚基。1.1 起始因子起始因子(Initiation factor，IF）vEcoli 三种三种: IF1 IF2

35、 IF3 。vIF的性质特点：的性质特点： IF3赋予赋予30S 亚基与亚基与mRNA 结合的能力。结合的能力。 （30S亚基没有与亚基没有与mRNA主动结合的能力）主动结合的能力） IF3 使使30S 亚基不能与亚基不能与50S亚基结合，保证解离状态亚基结合，保证解离状态 30S 亚基与亚基与mRNA 的结合。的结合。 SD（5-AGGAGG-3）与与16S rRNA的的 3 端端(3-UCCUCC-5）,使使AUG定位在定位在P位上。位上。 30S 复合物中，起始密码子位于复合物中，起始密码子位于P位点，只有位点，只有fMet-tRNAfMet能进入。能进入。 30S-IF3 + mRNA

36、30S-IF3-mRNA（30S复合物）复合物） IF3 + 30S 1.2 30S 亚基与亚基与mRNA的结合的结合 1.3 起始起始 tRNA 的结合的结合 IF2 + fMet-tRNAfIF2-fMet-tRNAf 30S-IF3-mRNA30S-IF3-mRNA-IF2-fMet-tRNAf-GTP GTP 1.4 70S 起始复合物的形成过程起始复合物的形成过程 a、 IF3先游离先游离 30S-IF3-mRNA-IF2-fMet-tRNAf-GTP与与50S亚基的结合导致。亚基的结合导致。 b、 70S 起始复合物形成起始复合物形成 50S亚基的结合激活亚基的结合激活IF2 的的

37、GTP酶活性，水解酶活性，水解GTP并并解离下来（解离下来（IF1、IF2 ）。）。 GTP水解释放的能量改变两者的构象形成水解释放的能量改变两者的构象形成70S 起始起始复合物：复合物： 30S-mRNA-fMet-tRNA-50S c、 Met的甲酰基除去的甲酰基除去.合成到合成到1530个个AA 去甲酰基酶（细菌、线粒体）；去甲酰基酶（细菌、线粒体）； 氨肽酶去除氨肽酶去除Met。2 延伸延伸 以氨酰以氨酰tRNA 进入进入70S 起始复合物的起始复合物的A位为标志位为标志（第一个进位过程）。（第一个进位过程）。 2.1 延伸因子延伸因子(Elongation factor，EF）延伸因

38、子延伸因子MWGTP结结合能力合能力 生物学活性生物学活性EF-TEF-Tu4500+结合后结合后有活性有活性EF-Tu-GTP结合氨基酰结合氨基酰-tRNA（延伸（延伸tRNA）进入核糖体）进入核糖体A位与位与mRNA结合结合EF-Ts3000+EF-Ts帮助帮助EF-Tu 完成完成GDP被被GTP取取代，恢复活性代，恢复活性EF-G80000+使肽基使肽基-tRNA从核糖体的从核糖体的A位向位向P位移位移动动2.2 延伸延伸的三个阶段：的三个阶段： 进位反应：主要是密码子进位反应：主要是密码子-反密码子的识别；反密码子的识别； 转肽反应：肽链的形成；转肽反应：肽链的形成； 移位反应：移位反

39、应：tRNA和和mRNA相对核糖体的移动。相对核糖体的移动。(1)进位进位 氨基酰氨基酰-tRNA与核糖体结合，进入与核糖体结合，进入A位的过程。位的过程。 过程：过程：EF-Tu-GTP+ 氨基酰氨基酰-tRNA三元复合物三元复合物EF-Tu + GTP A位位 EF-Tu-GDPEF-TsEF-Tu-EF-TsGTP 取代取代(恢复活性，结合下一个氨基酰恢复活性，结合下一个氨基酰-tRNA）EF-Tu-GDPEF-Tu-GTP（2）转肽）转肽 a 肽酰转移酶肽酰转移酶 （peptidyl transferase ） 位于核糖体大亚基，催化肽键生成；位于核糖体大亚基，催化肽键生成；b 过程：

40、过程： 肽基转移酶催化，肽基转移酶催化，P位位tRNA的甲酰甲硫氨基或肽基转移给的甲酰甲硫氨基或肽基转移给A位上进入的氨基酰位上进入的氨基酰-tRNA，形成肽键连接，形成肽键连接， 生成的二肽酰生成的二肽酰-tRNA占据占据A位，位， P位的空载位的空载 tRNA，将迅速从核糖体脱落。将迅速从核糖体脱落。 肽键生成肽键生成（3）移位）移位 肽键生成后，核糖体沿肽键生成后，核糖体沿mRNA 向前移动一个密码子的距离。向前移动一个密码子的距离。a EF-G有移位酶活性有移位酶活性，催化，催化A位二肽酰位二肽酰-tRNA进入进入P位，位， 同时核糖体同时核糖体沿沿mRNA移动一个密码子，移动一个密码

41、子， A位再次空缺，等待位再次空缺，等待第第3个氨基酰个氨基酰-tRNA进位。进位。b 伴随伴随GTP水解，水解，EF-G释放，等待下一个三元复合物进入。释放，等待下一个三元复合物进入。c 重复上述循环，肽链在重复上述循环，肽链在N端加入一个氨基酸，使端加入一个氨基酸，使P位依次位依次出现出现3肽、肽、4肽等。肽等。 每次循环需要三个延伸因子：每次循环需要三个延伸因子：EF-Tu、Ts、EF-G和和2分子分子的的GTP，在，在mRNA密码子指导下，肽链延伸一个氨基酸。密码子指导下，肽链延伸一个氨基酸。3 终止终止 包括包括：肽链释放，：肽链释放， tRNA逐出，核糖体与逐出，核糖体与mRNA解

42、聚。解聚。 3.1 终止密码终止密码UAA,UGA,UAG；3.2 释放因子释放因子(releasing factor,RF)释放因子释放因子MWGTP结合结合能力能力 生物学活性生物学活性RF136000识别识别UAA和和UAGRF238000 识别识别UAA和和UGARF346000 +刺激刺激RF1，RF2的活性的活性,与与GTP结合，使转肽酶构象改变，发挥酯结合，使转肽酶构象改变，发挥酯酶活性，水解多肽、脱离酶活性，水解多肽、脱离tRNA3.3 终止过程终止过程a. RF1、RF2 作用于作用于A 位点（位点（P 位被肽酰位被肽酰-tRNA 所占据），所占据），识别终止密码子识别终止密

43、码子； b. RF3 作用改变作用改变肽基转移酶肽基转移酶构象，从而改变肽基转移特性，构象，从而改变肽基转移特性，发挥水解酶作用，发挥水解酶作用，将肽链从结合在核糖体上的将肽链从结合在核糖体上的tRNA的的CCA末端上水解下来，末端上水解下来， mRNA与核糖体分离，与核糖体分离，tRNA脱落脱落。c. RF3 与与 GTP 结合为肽基转移及随后的结合为肽基转移及随后的核糖体释放核糖体释放提供能提供能量。量。d. 同时核糖体在同时核糖体在IF-3作用下，解离出大、小亚基。作用下，解离出大、小亚基。 核糖体在核糖体在IF-3作用下，解离出大、小亚基。作用下，解离出大、小亚基。 解离后的大小亚基又

44、重新参加新肽链合成，循环往复，所解离后的大小亚基又重新参加新肽链合成，循环往复，所以多肽链在核糖体上的合成过程又称以多肽链在核糖体上的合成过程又称核糖体循环核糖体循环。 mRNA翻译的多肽链没有功能，称为翻译的多肽链没有功能，称为新生蛋白质新生蛋白质或蛋白质前体或蛋白质前体，需要经过，需要经过加工改造加工改造才能成为有功才能成为有功能的蛋白质。能的蛋白质。 mRNA的信息阅读：的信息阅读：5端向端向3端，端， 肽链延伸：从肽链延伸：从N端到端到C端。端。 第一节第一节 遗传密码遗传密码 第二节第二节 tRNA的功能的功能 第三节第三节 mRNA的特点的特点 第四节第四节 核糖体的结构核糖体的结

45、构 第五节第五节 原核生物的翻译过程原核生物的翻译过程 第六节第六节 真核生物的蛋白质翻译过程真核生物的蛋白质翻译过程 第七节第七节 蛋白质生物合成初始产物的后蛋白质生物合成初始产物的后加工加工第六节第六节 真核生物的蛋白质生物真核生物的蛋白质生物合成过程合成过程1 合成起始合成起始1.1 Euk机制机制与与Prok.基本相同，基本相同，差异：差异： a. 核糖体较大，核糖体较大，80S（60S + 40S） ； b. mRNA 是单顺反子；是单顺反子； c. 有较多的起始因子；有较多的起始因子； d. mRNA 有有5帽子结构，起始识别需要起始因子帽子结构，起始识别需要起始因子eIF-4F的

46、的帮助；帮助； e. Met-tRNAMet不甲酰化；不甲酰化； f. 形成小亚基复合物的顺序不同于原核的：先形成形成小亚基复合物的顺序不同于原核的：先形成40S. Met-tRNAimet.GTP三元复合物，然后再加入三元复合物，然后再加入mRNA。 1.2 Euk的起始因子的起始因子1.3 起始机制起始机制 对对AUG的识别：的识别： 核糖体首先核糖体首先识别识别 5 端甲基化的帽子结构端甲基化的帽子结构 内部核糖体进入位点内部核糖体进入位点(internal ribosome entry site, IERS)，位于位于5UTR，25bp，选择起始点。，选择起始点。 Kozak序列（与核

47、糖体结合）：序列（与核糖体结合）： GCC(A/G) CCAUGG 80S GTP eIF6 eIF2GTP 60S + 40S eIF-2 eIF-3 Met-tRNA eIF-2 eIF-2 40SeIF-3 (天然的 40S) GDP eIF-2GTPMet-tRNA 40SeIF-3eIF-2GTPMet-tRNA (40S 前起始复合体) eIF1 mRNA 4B 4A CBP(4E+4F) eIF-4 40SeIF-34A4BeIF-2GTPMet-tRNA (40S 起始复合体) 移动到 AUG 60S-eIF6 GTP eIF5 GDP+Pi eIF-3(eIF-2GDP) I

48、F-6 EIF-5,4A,4B 80SmRNAMettRNA (80S 起始复合体) 图 15-19 真核生物蛋白质合成中 80S 起始复合物的形 三元复合物三元复合物48S起始复合物起始复合物43S前起始复合物前起始复合物80S起始复合物起始复合物60S-eIF3AeIF3AEuk的起始因子的起始因子2 延伸延伸 与与 Prok 相似，进位、成肽和移位三个步骤。相似，进位、成肽和移位三个步骤。 两者区别在于延伸因子体系的不同。两者区别在于延伸因子体系的不同。延伸因子延伸因子 亚基亚基GTP结结合能力合能力 生物学活性生物学活性eEF-1至少至少四个亚基四个亚基 +eEF-1与与GTP结合，结

49、合氨基酰结合，结合氨基酰-tRNA（延伸（延伸tRNA）进入核糖体）进入核糖体A位与位与mRNA结合结合eEF-2 +依赖于依赖于GTP水解的移位酶水解的移位酶,使肽基使肽基-tRNA从核糖体的从核糖体的A位向位向P位移动位移动eEF-3参与维持翻译的准确性参与维持翻译的准确性3 终止终止释放因子释放因子eRF, 识别三种终止密码子识别三种终止密码子 UAA、UAG、UGA。终止机制与终止机制与Prok相同：相同：识别终止密码子识别终止密码子；肽基转移酶肽基转移酶构象改变，发挥水解酶作用，使得构象改变，发挥水解酶作用，使得肽基肽基-tRNA水解，水解，肽基转移，核糖体与肽基转移，核糖体与 mR

50、NA解聚，肽链释放，解聚，肽链释放， tRNA逐出。逐出。 4 准确翻译的机制准确翻译的机制4.1 氨基酸与氨基酸与tRNA间的负载专一性间的负载专一性(1) 氨酰氨酰tRNA合成酶（合成酶（AARS）对氨基酸的特异识别与对氨基酸的特异识别与结合结合(2) AARS 的介导下的介导下tRNA 对对aa 的准确负载的准确负载4.2 反密码子对密码子的准确识别反密码子对密码子的准确识别 摇摆假说摇摆假说 4.3 对第一个对第一个 Met （AUG）的准确起译）的准确起译 (1) Prok. SD序列与序列与16S rRNA 3端的准确识别端的准确识别1. (2) Euk. eIF4F 对对5 帽子

51、的准确识别及对帽子的准确识别及对2. GCC(A/G) CCAUGG 的扫描的扫描(3) IF2（eIF2）和）和Tu（EF1）蛋白因子的专效性）蛋白因子的专效性 Prok. IF2与与fMet-tRNAfMet 间有严格的专一性间有严格的专一性 Euk. eIF2与与Met-tRNAiMet间间. Prok. EF-Tu识别识别Met-tRNAmMet Euk. EF1识别识别Met-tRNAmMet 原因在于两种原因在于两种tRNA之间存在明显的结构差异。之间存在明显的结构差异。4.4 对对A 位位 aa-tRNAaa 的两次校对（成肽前）的两次校对（成肽前） EF-Tu 的专效作用的第一

52、次校对的专效作用的第一次校对 Prok. EF-Tu催化催化GTP水解后，错配的氨酰水解后，错配的氨酰tRNA将从核糖将从核糖 体中剔除。体中剔除。 Euk. EF1 密码子和反密码子结合能力的第二次校对密码子和反密码子结合能力的第二次校对 A位上的正确的密码子和反密码子的结合能力比错位上的正确的密码子和反密码子的结合能力比错误的高误的高3000倍。倍。 5 真核与原核蛋白质合成的异同真核与原核蛋白质合成的异同 真核真核 原核原核 核糖体核糖体 80S 70S 含蛋白数量含蛋白数量 多于多于80 少于少于60 起始起始tRNA tRNAimet tRNAfmet 启动启动 eIF十多种十多种

53、IF三种三种 小亚基先与小亚基先与tRNA结合结合 先先与与mRNA结合结合延长延长 EF1,EF2 EF-Tu EF-Ts EF-G 终止终止 RF RF1，RF2，RF3 第一节第一节 遗传密码遗传密码 第二节第二节 tRNA的功能的功能 第三节第三节 mRNA的特点的特点 第四节第四节 核糖体的结构核糖体的结构 第五节第五节 原核生物的翻译过程原核生物的翻译过程 第六节第六节 真核生物的蛋白质翻译过程真核生物的蛋白质翻译过程 第七节第七节 蛋白质生物合成初始产物的后蛋白质生物合成初始产物的后加工加工第七节第七节 蛋白质生物合成初始蛋白质生物合成初始产物的后加工产物的后加工真核生物中蛋白质

54、的转运和后加工真核生物中蛋白质的转运和后加工1 翻译后氨基酸残基的化学修饰翻译后氨基酸残基的化学修饰a a 磷酸化：磷酸化：v在多肽链丝氨酸、苏氨酸、酪氨酸的羟基上；在多肽链丝氨酸、苏氨酸、酪氨酸的羟基上；b 糖基化：糖基化：（1）通过）通过N-糖苷键连接在天冬氨酸的氨基。糖苷键连接在天冬氨酸的氨基。（2）通过）通过O-糖苷键连接在丝氨酸、赖氨酸或苏氨糖苷键连接在丝氨酸、赖氨酸或苏氨酸的羟基上。酸的羟基上。 N-糖苷键在糖苷键在ER开始，在高尔基体中进一步完成；开始，在高尔基体中进一步完成； O-糖苷键的形成仅发生在高尔基体中。糖苷键的形成仅发生在高尔基体中。c 羟基化：羟基化： 胶原蛋白前胶原蛋白前链上的脯氨酸和赖氨酸残基产生羟链上的脯氨酸和赖氨酸残基产生羟脯氨酸和羟赖氨酸，从而加强其的张力强度脯氨酸和羟赖氨酸，从而加强其的张力强度。 d 二硫键的形成：二硫键的形成： mRNA上没有胱氨酸的密码子，多肽链中的二硫上没有胱氨酸的密码子，多肽链中的二硫键在肽链合成后，通过二个半胱氨酸的硫氢基氧键在肽链合成后，通过二个半胱氨酸的硫氢基氧化而形成的，化而形成的，2 2 N-端端f-Met或或Met的切除的切除v 脱甲酰酶（脱甲酰酶（deformylase）:除去除去N-端端 fMet甲酰基，甲酰基，留下留下Met作为第一个氨基酸；作为第一个氨基酸；v氨肽酶去除氨