基因表达蛋白质翻译PPT学习教案

1、会计学1基因表达蛋白质翻译基因表达蛋白质翻译 翻译：翻译：指将指将mRNA链链上的核苷酸从一个特定的起始上的核苷酸从一个特定的起始位点开始，按每位点开始，按每三个核苷酸三个核苷酸代表一个氨基酸的原代表一个氨基酸的原则，依次合成一条多肽链的过程。则，依次合成一条多肽链的过程。蛋白质合成的场所是蛋白质合成的场所是蛋白质合成的模板是蛋白质合成的模板是模板与氨基酸之间的接合体是模板与氨基酸之间的接合体是蛋白质合成的原料是蛋白质合成的原料是核糖核糖体体mRNAtRNA20种氨基酸种氨基酸第1页/共108页主要内容主要内容第一节第一节 蛋白质翻译系统蛋白质翻译系统 -遗传密码、遗传密码、tRNA、核糖体、

2、核糖体第二节第二节 蛋白质的合成蛋白质的合成第三节第三节 蛋白质的运转蛋白质的运转-起始、肽链延伸、肽链的终止及释放、前体加工起始、肽链延伸、肽链的终止及释放、前体加工-翻译翻译-运转同步、翻译后运转运转同步、翻译后运转第2页/共108页第一节第一节 蛋白质翻译系统蛋白质翻译系统（Translation System）一、遗传密码一、遗传密码二、二、tRNA三、核糖体三、核糖体第3页/共108页一、遗传密码一、遗传密码 三联子三联子（一）三联子密码（一）三联子密码 mRNA链上每三个核苷酸翻译成蛋白质多肽链上链上每三个核苷酸翻译成蛋白质多肽链上的一个氨基酸，这的一个氨基酸，这三个核苷酸三个核苷

3、酸就称为密码子（就称为密码子（coden）或三联子密码（或三联子密码（triplet coden） 。第4页/共108页（二）密码破译（二）密码破译遗传密码的破译，即确定代表每种氨基酸的具体密码遗传密码的破译，即确定代表每种氨基酸的具体密码。破译工作始于破译工作始于1954年，至年，至1966年年20种氨基酸对应的种氨基酸对应的61个密个密码子和码子和3个终止密码子全部被查清。个终止密码子全部被查清。第5页/共108页（三）遗传密码的性质（三）遗传密码的性质1、简并性、简并性 由一种以上密码子编码同一个氨基酸的现由一种以上密码子编码同一个氨基酸的现象称为象称为简并简并（degeneracy）。

4、）。第6页/共108页减少了变异对生物的影响减少了变异对生物的影响 对应于同一氨基酸的密对应于同一氨基酸的密码子称为码子称为同义密码子同义密码子（synonymous codon）。）。其特征为其特征为：第一、第二位核：第一、第二位核苷酸往往相同，而第三位核苷酸往往相同，而第三位核苷酸的改变不一定影响所编苷酸的改变不一定影响所编码的氨基酸。码的氨基酸。第7页/共108页 简述密码的简并性（degeneracy)和同义密码子（synonymous codon) 武汉大学2003年试题第8页/共108页u蛋白质生物合成的整套密码，从原核生物到蛋白质生物合成的整套密码，从原核生物到人类都通用。人类都

5、通用。u已发现少数例外，如动物细胞的线粒体、植已发现少数例外，如动物细胞的线粒体、植物细胞的叶绿体。物细胞的叶绿体。第9页/共108页线粒体与核线粒体与核DNA密码子使用情况的比较密码子使用情况的比较第10页/共108页3、 连续性连续性 编码蛋白质氨基酸序列的各个三联体密码编码蛋白质氨基酸序列的各个三联体密码连续阅读，密码子间既无间断也无交叉。连续阅读，密码子间既无间断也无交叉。 基因损伤引起基因损伤引起mRNA开放式阅读框架（开放式阅读框架（ open reading frame, ORF ）内的碱基发生插入或缺失，会导致整个）内的碱基发生插入或缺失，会导致整个阅读框架移位阅读框架移位 (

6、frame shift)。 第11页/共108页4、摆动性、摆动性 转运氨基酸的转运氨基酸的tRNA上的反密码子上的反密码子需要通过碱需要通过碱基互补与基互补与mRNA上的遗传密码子反向配对结合上的遗传密码子反向配对结合，在密码子与反密码子的配对中，在密码子与反密码子的配对中，前两对严格遵守前两对严格遵守碱基配对原则碱基配对原则，第三对碱基有一定的自由度第三对碱基有一定的自由度，可，可以以“摆动摆动”，这种现象称为密码子的摆动性，这种现象称为密码子的摆动性）。 第12页/共108页mRNA上的密码子与上的密码子与tRNA上的反密码上的反密码子配对示意图子配对示意图第13页/共108页tRNA上

7、的反密码子与上的反密码子与mRNA上的密码子的上的密码子的配对与配对与“摆动摆动”分析分析第14页/共108页二、二、tRNA的结构、功能与种类的结构、功能与种类 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。 tRNA不但为每个三联密码子翻译成氨基酸提供了不但为每个三联密码子翻译成氨基酸提供了接合体，还为准确无误地将所需氨基酸运送到核接合体，还为准确无误地将所需氨基酸运送到核糖体上提供了运送载体，所以它又被称为糖体上提供了运送载体，所以它又被称为第二遗第二遗传密码传密码。u原核生物中大约有原核生物中大约有30-45种种tRNA，真核细胞中，真核细胞中可能存在可能

8、存在50种种 tRNA。第15页/共108页（一）（一） tRNA的结构的结构 最常见最常见tRNA分子有分子有76个碱基个碱基，相对分子质量，相对分子质量约为约为2.5104，不同的，不同的tRNA分子可有分子可有7495个核苷个核苷酸不等。酸不等。 tRNA的的稀有碱基含量非常丰富稀有碱基含量非常丰富，约有，约有70余种余种。每个。每个tRNA分子至少含有分子至少含有2个稀有碱基，最多有个稀有碱基，最多有19个，多数分布在非配对区，特别是在反密码子个，多数分布在非配对区，特别是在反密码子3 端邻近部位出现的频率最高，对于维持反密码端邻近部位出现的频率最高，对于维持反密码环的稳定性、密码子和

9、反密码子之间的配对很重环的稳定性、密码子和反密码子之间的配对很重要。要。第16页/共108页1、tRNA的二级结构的二级结构 不同不同tRNA在结构在结构上存在大量的共性，由上存在大量的共性，由小片段碱基互补配对形小片段碱基互补配对形成成三叶草形分子结构三叶草形分子结构，有有5条条根据结构或已知根据结构或已知功能命名的功能命名的手臂手臂和和4个个环环。第17页/共108页D臂臂/环（环（D arm/loop）uD臂是根据它含有特殊的碱基臂是根据它含有特殊的碱基D（Dihydrouracil，二氢尿嘧啶）命名的；二氢尿嘧啶）命名的；u一般有一般有2 3个个D碱基；碱基；u茎区长度常为茎区长度常为

10、4bp；u氨基酰氨基酰tRNA聚合酶结合聚合酶结合反密码子臂反密码子臂/环（环（anti-codon arm/ loop ）u茎区长度常为茎区长度常为5bp的配对；的配对；u环区含有反密码子（环区含有反密码子（anti-codon）；）； u负责对负责对mRNA上的密码子的识别与配对。上的密码子的识别与配对。第18页/共108页额外臂额外臂/环（环（Extra arm/loop）u长度可变性大，从长度可变性大，从4 nt到到21 nt不等；不等；u有些有些tRNA没有额外臂没有额外臂/环；环；u连接两个区域（连接两个区域（D-反密码子臂和反密码子臂和TC-受体臂）。受体臂）。TC臂臂/环（环（

11、TC arm/loop）u特殊的碱基特殊的碱基（假尿嘧啶）；（假尿嘧啶）；u茎区长度常为茎区长度常为5 bp的配对；的配对；u负责和核糖体上的负责和核糖体上的rRNA 识别结合；识别结合；第19页/共108页受体臂（受体臂（acceptor arm）utRNA 的的5 与与3 -末端末端7bp碱基配对形成的杆状结构碱基配对形成的杆状结构和和3端未配对的端未配对的3-4个碱基所组成；个碱基所组成；u3 端的最后端的最后3个碱基序列永远是个碱基序列永远是CCA，最后一个，最后一个碱基碱基A的的3 或或2 自由羟基（自由羟基（-OH）可以被氨酰化）可以被氨酰化；u负责携带氨基酸。负责携带氨基酸。第2

12、0页/共108页2、tRNA的三级结构的三级结构 研究酵母研究酵母tRNAPhe、tRNAfMet和大肠杆菌和大肠杆菌tRNAfMet、tRNAArg等的三级结构，发现都呈等的三级结构，发现都呈L形折叠式形折叠式。酵母酵母tRNAphe的三级结构示意图（根据的三级结构示意图（根据X-射线衍射数据绘制）。射线衍射数据绘制）。a和和b表示用不同方法构建的模型。表示用不同方法构建的模型。第21页/共108页uD臂和反密码子臂的杆状区域形成了臂和反密码子臂的杆状区域形成了第二个双螺旋第二个双螺旋。“L”形三级结构组成特点形三级结构组成特点u受体臂和受体臂和TC臂的杆状区域构成了臂的杆状区域构成了第一个

13、双螺旋第一个双螺旋；uTC臂和臂和D臂的套索状结构位于臂的套索状结构位于“L”的转折点，利于的转折点，利于“L”结构的稳定。结构的稳定。u受体臂顶端的碱基位于受体臂顶端的碱基位于“L”的一个端点；的一个端点；u反密码子臂的套索状结构生成了反密码子臂的套索状结构生成了“L”的另一个端点。的另一个端点。第22页/共108页“L”结构域的功能结构域的功能 在翻译过程中，在翻译过程中，tRNA上上受体臂上携带的氨基酸必须靠受体臂上携带的氨基酸必须靠近位于核糖体大亚基上的多肽近位于核糖体大亚基上的多肽合成位点合成位点，而，而反密码子必须与反密码子必须与小亚基上的小亚基上的mRNA相配对相配对。使得分子中

14、两个不同的功能基团得到最大限度分离。使得分子中两个不同的功能基团得到最大限度分离。第23页/共108页（二）（二） tRNA的功能的功能1、解读、解读mRNA的遗传信息的遗传信息2、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：u 3 端端CCA：接受氨基酸，形成氨酰：接受氨基酸，形成氨酰-tRNA。u 与与mRNA结合部位结合部位反密码子部位反密码子部位tRNA凭借自身的反密码子与凭借自身的反密码子与mRNA链上的密码子链上的密码子相识别，把所带氨基酸放到肽链的一定位置。相识别，把所带氨基酸放到肽链的一定位置。第24页/共108页（三）（三） tRNA

15、的种类的种类1、起始、起始tRNA和延伸和延伸tRNA 能特异地识别能特异地识别mRNA模板上模板上起始密码子起始密码子的的tRNA称称起始起始tRNA，其他，其他tRNA统称为统称为延伸延伸tRNA。真核生物：真核生物：起始密码子起始密码子AUG所编码的氨基酸是所编码的氨基酸是甲硫氨甲硫氨酸（酸（Met），），起始起始tRNA为为Met-tRNAiMet。原核生物：原核生物：起始密码子起始密码子AUG所编码的氨基酸并不是所编码的氨基酸并不是Met本身本身, 而是而是甲酰甲硫氨酸（甲酰甲硫氨酸（fMet），），起始起始AA-tRNA为为fMet-tRNAfMet第25页/共108页 一种一种t

16、RNA只能携带一种氨基酸，但是一种氨只能携带一种氨基酸，但是一种氨基酸可被不止一种基酸可被不止一种tRNA携带。同一生物中，携带携带。同一生物中，携带同一种氨基酸的不同同一种氨基酸的不同tRNA称作称作同功同功tRNA。u不同的反密码子识别氨基酸不同的反密码子识别氨基酸A的同义密码；的同义密码；u携带的氨基酸相同而反密码子不同的一组携带的氨基酸相同而反密码子不同的一组tRNA；u在一个同工在一个同工tRNA组内，所有组内，所有tRNA均专一于相均专一于相同的氨基酰同的氨基酰-tRNA合成酶。合成酶。第26页/共108页3、校正、校正tRNA 在蛋白质的结构基因中，一个核苷酸的改变可能使在蛋白质

17、的结构基因中，一个核苷酸的改变可能使代表某个氨基酸的密码子变成终止密码子代表某个氨基酸的密码子变成终止密码子（UAG、UGA、UAA），使蛋白质合成提前终止，合成无功能的或无），使蛋白质合成提前终止，合成无功能的或无意义的多肽，这种突变就称为意义的多肽，这种突变就称为无义突变无义突变。此外，由于结。此外，由于结构基因中构基因中某个核苷酸的变化使一种氨基酸的密码子变为某个核苷酸的变化使一种氨基酸的密码子变为另一种氨基酸的密码子另一种氨基酸的密码子，这种基因突变叫，这种基因突变叫错义突变错义突变。 为了维持翻译的相对正确性，生物体通过校正基因为了维持翻译的相对正确性，生物体通过校正基因合成一类合成

18、一类tRNA ，以，以“代偿代偿”或或“校正校正”原有突变所产原有突变所产生的不良后果，这类生的不良后果，这类tRNA被称为被称为校正校正tRNA。第27页/共108页1）无义突变校正）无义突变校正 通过校正通过校正tRNA识别无义突变位点，将某种氨基酸识别无义突变位点，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。插入该位点，使得多肽链继续延伸，而不中途停止。 tRNA反义密码子的突变反义密码子的突变； tRNA其它结构的改变；其它结构的改变； tRNA反密码子化学修饰。反密码子化学修饰。 无义突变校正无义突变校正通过三个不同的途径进行：通过三个不同的途径进行：第28页/共108

19、页无义突变使UUG变为UAG Tyr-tRNA阅读UAG密码子AUG UUG UAA AUG UAG UAA AUG UAG UAA UACAAC AUC AUG 释放因子 抑制突变 Leu Tyr Tyr图1417 带有突变反密码子的tRNA可抑制无义突变第29页/共108页表 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子反密码子识别的密码子SupD(su1)SerUCGCGACUAUAGSupE(su2)GlnCAGCUGCUAUAGSupF(su3)TyrUAC, UAUGUACUAUAGSupC(su4)TyrUAC/UAUGUAUUA

20、UAA/UAGSupG(su5)LysAAA/AAGUUUUUAUAA/UAGSupU(su7)TrpUGGCCAUCAUGA/UGG第30页/共108页2） 错义突变校正错义突变校正 校正校正tRNA识别错义突变位点，通过插入原来的氨识别错义突变位点，通过插入原来的氨基酸或其它的氨基酸而校正错义突变，从而能完全恢基酸或其它的氨基酸而校正错义突变，从而能完全恢复或部分恢复蛋白质活性复或部分恢复蛋白质活性 。 tRNA反密码子发生突变反密码子发生突变， tRNA其他的结构变化或是氨酰其他的结构变化或是氨酰tRNA合成酶的突合成酶的突 变而改变了其荷载氨基酸的变化。变而改变了其荷载氨基酸的变化。有

21、两种方式可以形成校正有两种方式可以形成校正tRNA：第31页/共108页 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第32页/共108页3）校正突变的特点）校正突变的特点： 不是所有终止密码子的校正都产生有功能的蛋白不是所有终止密码子的校正都产生有功能的蛋白质，起到校正的作用关键是要看氨基酸取代的质，起到校正的作用关键是要看氨基酸取代的情况。情况。 校正的作用不可能是完全的，校正的作用不可能是完全的，校正的效率很低校正的效率很低，通常为通常为15%。

22、第33页/共108页4、氨酰、氨酰-tRNA（AA-tRNA）合成酶（）合成酶（AARS）AA-tRNA合成酶：合成酶：是一类催化氨基酸与是一类催化氨基酸与tRNA结合结合的特异性酶。的特异性酶。其反应式如下其反应式如下：第34页/共108页实际上包括实际上包括两步两步反应：反应：第一步第一步是氨基酸活化生成酶是氨基酸活化生成酶-氨基酰腺苷酸复合物。氨基酰腺苷酸复合物。第二步第二步是氨酰基转移到是氨酰基转移到tRNA 3 末端腺苷残基的末端腺苷残基的2 或或3-羟基上。羟基上。研究发现，被错误活化的氨基酸不会被结合到相应的研究发现，被错误活化的氨基酸不会被结合到相应的tRNA上，而是被酶本身水

23、解，即活化阶段产生的误差在上，而是被酶本身水解，即活化阶段产生的误差在后一阶段被再次校正了。后一阶段被再次校正了。第35页/共108页三、核糖体三、核糖体 核糖体是由几十种蛋白质和多种核糖体核糖体是由几十种蛋白质和多种核糖体RNA（ribosomal RNA，rRNA）所组成的亚细胞颗粒。）所组成的亚细胞颗粒。真核生物：真核生物：所有正在进行蛋白质合成的核糖体都不是在细胞质内自由漂浮，而是直接或间接与细胞骨架结构有关联或者与内质网膜结构相连的。所有正在进行蛋白质合成的核糖体都不是在细胞质内自由漂浮，而是直接或间接与细胞骨架结构有关联或者与内质网膜结构相连的。原核生物：原核生物：细菌核糖体大都通

24、过与细菌核糖体大都通过与mRNA相互作用，被固定在核基因组上。相互作用，被固定在核基因组上。第36页/共108页（一）核糖体的结构（一）核糖体的结构 核糖体是一个致密的核糖核蛋白颗粒，可解离核糖体是一个致密的核糖核蛋白颗粒，可解离为为大、小两个亚基大、小两个亚基，每个亚基都含有，每个亚基都含有rRNA和许多和许多不同的不同的蛋白质蛋白质分子。分子。真核生物：真核生物：核糖体中核糖体中RNA占占3/5，蛋白质占，蛋白质占2/5。原核生物：原核生物：核糖体由约核糖体由约2/3的的RNA及及1/3的蛋白质组成。的蛋白质组成。原核生物、真核生物的核糖体在组成上存在着很大差异原核生物、真核生物的核糖体在

25、组成上存在着很大差异。第37页/共108页原原核核与与真真核核细细胞胞核核糖糖体体的的组组成成比比较较核糖体蛋白质核糖体蛋白质rRNA 按特定的顺序形成完整的核糖体按特定的顺序形成完整的核糖体第38页/共108页第39页/共108页（二）核糖体的功能（二）核糖体的功能核糖体是翻译进行的场所核糖体是翻译进行的场所-合成多肽合成多肽/蛋白质蛋白质。 在单个核糖体上，含有多个功能活性中心，在蛋在单个核糖体上，含有多个功能活性中心，在蛋白质合成过程中各有专一的识别作用和功能。核糖体白质合成过程中各有专一的识别作用和功能。核糖体上至少有上至少有5个活性中心个活性中心。umRNA结合部位结合部位 小亚基小

26、亚基u结合或接受结合或接受AA-tRNA部位（部位（A位位）大亚基大亚基u结合或接受肽基结合或接受肽基tRNA的部位的部位大亚基大亚基u肽基转移部位（肽基转移部位（P位位）大亚基大亚基u形成肽键的部位（形成肽键的部位（转肽酶中心转肽酶中心）大亚基大亚基此外，还有负责肽链延伸的各种延伸因子的结合位点。此外，还有负责肽链延伸的各种延伸因子的结合位点。第40页/共108页 核糖体核糖体小亚基小亚基负责对模板负责对模板mRNA进行序进行序列特异性识别；列特异性识别；大亚基大亚基负责携带氨基酸及负责携带氨基酸及tRNA的功能，肽键的形成、的功能，肽键的形成、AA-tRNA、肽、肽基基-tRNA的结合等，

27、的结合等，A位、位、P位、转肽酶中心位、转肽酶中心等主要在大亚基上。等主要在大亚基上。第41页/共108页第二节第二节 蛋白质的合成蛋白质的合成（ Protein Synthesize ）第42页/共108页氨基酸活化氨基酸活化肽链的起始肽链的起始肽链的伸长肽链的伸长肽链的终止肽链的终止多肽链的加工和折叠多肽链的加工和折叠第43页/共108页一、原核生物蛋白质合成过程一、原核生物蛋白质合成过程（细菌）（细菌）（一）氨基酸的活化（一）氨基酸的活化 在氨酰在氨酰-tRNA合成酶的作用下生成合成酶的作用下生成活化氨基酸活化氨基酸AA-tRNA。氨基酸氨基酸 + tRNA氨基酰氨基酰- tRNAATP

28、 AMPPPi氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶第44页/共108页u氨酰氨酰-tRNA的表示方法：的表示方法：A l a-tRNAAla S e r -tRNASerM e t -tRNAMet 第45页/共108页u起始密码子：起始密码子： AUG（多数）或（多数）或 GUG （少数）（少数）u起始氨基酸是：起始氨基酸是：甲酰甲硫氨酸甲酰甲硫氨酸u起始起始AA-tRNA是：是：N-甲酰甲硫氨酰甲酰甲硫氨酰-tRNA fMet tRNAfMetu起始起始tRNA是：是：tRNAfMet第一步：第一步：第一步：第一步：1、起始密码子与起始、起始密码子与起始 tRNA第46页/共108页2、内部

29、、内部AUG和和GUG密码子的识别密码子的识别u延伸延伸tRNA：tRNAMet和和tRNAValu延伸延伸AA-tRNA：Met-tRNAMet和和Ala-tRNAValu合成氨基酸：合成氨基酸：甲硫氨酸（甲硫氨酸（AUG）和和缬氨酸（缬氨酸（GUG）起始起始tRNAfMet和延伸和延伸tRNAMet 在在结构上存在差异结构上存在差异，结，结构上的差异保证了正确的识别！构上的差异保证了正确的识别！ 第47页/共108页(二二) 翻译的起始（翻译起始复合物形成）翻译的起始（翻译起始复合物形成）umRNA：模板和核糖体识别：模板和核糖体识别（SD序列）序列）u核糖体：核糖体：30S小亚基、小亚基

30、、 50S大亚基大亚基u活化的起始活化的起始tRNA：fMet-tRNAfMetu翻译起始因子（翻译起始因子（Initiation factor, IF）：IF-1、IF-2、IF-3u其他：其他：GTP、Mg2+1、所需成分（细菌）、所需成分（细菌）：第48页/共108页2、SD序列序列 SD序列序列：Shine和和Dalgarno发现，起始密码子上发现，起始密码子上 游约游约4-10个核苷酸处一段富含嘌呤的个核苷酸处一段富含嘌呤的序列，可与序列，可与16S rRNA 3-OH核苷酸互核苷酸互补。补。保守序列为保守序列为：5 -AGGAPuPu-3 第49页/共108页3、翻译起始因子（、翻

31、译起始因子（Initiation factor, IF）IF1：阻止阻止tRNA进入进入A位。位。IF2：生成生成fmet复合物，催化起始复合物，催化起始tRNA进入核糖体小亚基进入核糖体小亚基P位，反密码子与密码子结合。位，反密码子与密码子结合。IF3：具有解离活性，使具有解离活性，使70S核糖体解离为核糖体解离为30S和和50S亚亚 基；基；定义定义：参与蛋白质生物合成起始的蛋白因子。：参与蛋白质生物合成起始的蛋白因子。原核生物中原核生物中IF的种类和功能的种类和功能：第50页/共108页1、30S核糖体小亚基与起始因子IF3相结合，使得核糖体大小亚基分离；IF-1进入A位；IF-2-GT

32、P与IF-1结合；30S小亚基通过SD序列与mRNA模板相结合。翻译起始翻译起始(翻译起始复合物形成翻译起始复合物形成)又可被分成又可被分成3步步：IF-2GTPA U G53IF-1IF-3第51页/共108页2、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-1IF-2GTPIF-3第52页/共108页3、IF3被释放，50S大亚基与带有tRNA、mRNA和2个翻译起始因子的小亚基复合物结合，IF-2水解GTP，释放IF-1和IF-2因子。A U G53IF-3IF-2GTPGDPPiIF-170

33、S起始复合物第53页/共108页A U G53IF-2GTPIF-2-GTPGDPPi原核生物：30S小亚基首先与mRNA模板相结合，再与fMet-tRNAfMet结合，最后与50S大亚基结合，形成70S的起始复合物。IF-1IF-3第54页/共108页(三三)肽链的延伸肽链的延伸u肽链的延伸以氨酰肽链的延伸以氨酰-tRNA进入进入70S复合物的复合物的A位为标位为标志。志。u延伸过程由许多循环组成，每加一个氨基酸就是一延伸过程由许多循环组成，每加一个氨基酸就是一个循环，每个循环包括：个循环，每个循环包括： AA-tRNA与核糖体结合与核糖体结合（进位）进位）、肽键的生成、肽键的生成（转位）（

34、转位）和和tRNA与与mRNA相对相对核糖体的移动核糖体的移动（移位）（移位）。肽链延伸的基本要求肽链延伸的基本要求 ：v 完整的起始复合物；完整的起始复合物； v 氨基酰氨基酰-tRNA； v 延伸因子（延伸因子（Elongation factor，EF）； v GTP。 第55页/共108页延伸因子（延伸因子（Elongation factor，EF）EF-T (EF-Tu, EF-Ts)：氨基酸转运：氨基酸转运EF-Tu：EF-Tu-GTP结合结合AA-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-Ts：EF-Ts可以帮助可以帮助EF-Tu恢复活

35、性。恢复活性。EF-G：具有转位酶活性，促进核蛋白体向具有转位酶活性，促进核蛋白体向mRNA的的3 侧移动，从而使肽基侧移动，从而使肽基-tRNA从核糖体的从核糖体的A位向位向P位移动。位移动。定义定义：参与蛋白质生物合成中肽链延伸的蛋白因子。：参与蛋白质生物合成中肽链延伸的蛋白因子。原核生物中原核生物中EF的种类和功能的种类和功能：第56页/共108页1、AA-tRNA与核糖体与核糖体A位点的结合位点的结合（进位）（进位）需要消耗需要消耗GTP，并需，并需EF-Tu、EF-Ts两种延伸因子两种延伸因子 氨基酰氨基酰-tRNA首先与首先与EF-Tu-GTP复合物复合物相结合，形成相结合，形成氨

36、基酰氨基酰-tRNA-EF-Tu-GTP复合物复合物并与并与70S起始复合物中的起始复合物中的A位点相结合。此时，位点相结合。此时，GTP水解并释放水解并释放EF-Tu-GDP复合物。复合物。第57页/共108页延伸因子延伸因子EF-Ts再生再生GTP，形成形成EF-Tu-GTP复合物重复合物重新参与下一轮循环新参与下一轮循环第58页/共108页2、肽键形成（、肽键形成（转位转位）由转肽酶由转肽酶/ /肽基转移酶催化肽基转移酶催化肽键形成之初，两个氨基酸仍然分别与各自的肽键形成之初，两个氨基酸仍然分别与各自的tRNA相结合，仍然分别位于相结合，仍然分别位于A位点和位点和P位点上。位点上。A位点

37、上的氨基酸中的位点上的氨基酸中的-氨基作为亲核基团取代了氨基作为亲核基团取代了P位点上的位点上的tRNA，并与起始氨基酸中的，并与起始氨基酸中的COOH基团形成肽键。基团形成肽键。第59页/共108页3、移位移位核糖体向核糖体向mRNA的的3 方向移动一个密码子方向移动一个密码子，使得带有第二个氨基酸（现为二肽）的，使得带有第二个氨基酸（现为二肽）的tRNA从从A位进入位进入P位，并使第一个位，并使第一个tRNA从从P位进入位进入E位，空出位，空出A位。位。需要消耗需要消耗GTP，并需，并需EF-G延伸因子延伸因子第60页/共108页fMetA U G53fMetTuGTP肽链延伸可被分为进位

38、、转位和移位等三个步骤。只有只有fMet-tRNAfMet能与能与P位点相结合，其它所有位点相结合，其它所有tRNA都必须通过都必须通过A位点到达位点到达P位点，再由位点，再由E位点离开核糖体。位点离开核糖体。第61页/共108页（四）肽链的终止（四）肽链的终止（2）70S核糖体解离成核糖体解离成30S和和50S两个亚基。两个亚基。 当终止密码子进入核糖体当终止密码子进入核糖体A位点时，在释放因子位点时，在释放因子(Relieve factor，RF)的作用下：的作用下：（1）水解末端肽基）水解末端肽基tRNA，释放新生肽和，释放新生肽和tRNA；释放因子释放因子（Relieve factor

39、，RF）RF1：识别终止密码子：识别终止密码子UAA和和UAGRF2：识别终止密码子：识别终止密码子UAA和和UGARF3：具：具GTP酶活性，刺激酶活性，刺激RF1和和 RF2活性，协助肽链的释放。活性，协助肽链的释放。第62页/共108页APE30S 5mRNAFree tRNAPolypeptideReleasefactorRibosomalSubunitsRFGTP肽链的终止过肽链的终止过程程第63页/共108页思考：思考：第64页/共108页二、真核生物蛋白质合成过程二、真核生物蛋白质合成过程 真核生物蛋白质合成过程真核生物蛋白质合成过程类似类似于原核细胞的蛋于原核细胞的蛋白质生物合

40、成过程，最大的白质生物合成过程，最大的区别区别在于在于翻译起始复合翻译起始复合物形成物形成，以及各阶段所使用的，以及各阶段所使用的蛋白质因子蛋白质因子的种类和的种类和数量的不同。数量的不同。第65页/共108页（一）真核生物蛋白质的合成起始特点（一）真核生物蛋白质的合成起始特点 核糖体核糖体80S，由，由40S和和60S两个亚基组成。两个亚基组成。 有较多的翻译有较多的翻译起始因子起始因子 mRNA 5 端具有端具有m7Gppp帽子结构，帽子结构， 3 端端poly (A)尾巴结构，两者都参与起始复合物的形成尾巴结构，两者都参与起始复合物的形成 起始起始tRNA为为Met-tRNAiMet，不

41、甲酰化，不甲酰化 mRNA是单顺反子是单顺反子第66页/共108页eIF5B：替换因子：替换因子 真核生物中翻译起始因子的种类和功能真核生物中翻译起始因子的种类和功能：eIF4B、eIF4F：识别帽子结构：识别帽子结构eIF4E、eIF4A：形成复合体：形成复合体eIF6、eIF3、eIF4C：结合核糖体的亚基：结合核糖体的亚基Eif2、Eif2b：输送起始：输送起始tRNA第67页/共108页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) 原核生物原核生物：30S小亚基首先与小亚基首先与mRNA模板相结合，模板相结合，再与再与fMet-tRNAfMet结合，

42、最后与结合，最后与50S大亚基结合，大亚基结合，形成形成70S起始复合物。起始复合物。真核生物真核生物：40S小亚基首先与小亚基首先与Met-tRNAiMet相结合，相结合，再与模板再与模板mRNA结合，最后与结合，最后与60S大亚基结合生成大亚基结合生成80S起始复合物。起始复合物。第68页/共108页原核生物翻译起始复合物形成过程原核生物翻译起始复合物形成过程Internal Initiation modelA U G53IF-2GTPIF-2-GTPGDPPiIF-1IF-3第69页/共108页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17mGpppGAAAAAAAAA

43、PABP4G4AAUGAGU4EAPE60S5432Scanning model4B23M1A40S5BM第70页/共108页（二）肽链的延伸和终止（二）肽链的延伸和终止延伸延伸：真核生物肽链的延伸需要真核生物肽链的延伸需要EF-1和和EF-2两个两个延伸因子延伸因子终止终止：真核生物只有一个终止因子（：真核生物只有一个终止因子（eRF）原核生物延伸因子：原核生物延伸因子：EF-T (EF-Tu, EF-Ts)、 EF-G原核生物终止因子：原核生物终止因子：RF1、RF2、RF3第71页/共108页三、三、 蛋白质前体的加工与折叠蛋白质前体的加工与折叠1、N端端fMet或或Met的切除的切除

44、无论原核生物还是真核生物，无论原核生物还是真核生物，N端的甲硫氨端的甲硫氨酸往往在多肽链合成完毕前就被切除。酸往往在多肽链合成完毕前就被切除。2、二硫键的形成、二硫键的形成 mRNA中没有胱氨酸密码子，而不少蛋白质都中没有胱氨酸密码子，而不少蛋白质都含有二硫键。蛋白质合成后往往通过两个半胱氨酸含有二硫键。蛋白质合成后往往通过两个半胱氨酸的氧化作用生成胱氨酸。的氧化作用生成胱氨酸。（一）蛋白质前体的加工（一）蛋白质前体的加工第72页/共108页二硫键的形成二硫键的形成第73页/共108页3、特定氨基酸的修饰、特定氨基酸的修饰 氨基酸侧链的修饰氨基酸侧链的修饰作用包括作用包括磷酸化磷酸化（如核糖（

45、如核糖体蛋白质）、体蛋白质）、糖基化糖基化（如各种糖蛋白）、（如各种糖蛋白）、甲基化甲基化（如组蛋白、肌肉蛋白质）、（如组蛋白、肌肉蛋白质）、乙基化乙基化（如组蛋白（如组蛋白）、）、羟基化羟基化（如胶原蛋白）和（如胶原蛋白）和羧基化羧基化等等。等等。发生在小牛组蛋白发生在小牛组蛋白H3前前35个氨基酸残基中的个氨基酸残基中的4种化学修饰种化学修饰第74页/共108页蛋白质的磷酸化蛋白质的磷酸化 第75页/共108页4、切除新生肽链中非功能片、切除新生肽链中非功能片段段 将多聚蛋白切开，成为几个成熟蛋白；将多聚蛋白切开，成为几个成熟蛋白； 新生肽链新生肽链N和和C端多余部分的切除；端多余部分的切

46、除； 切除中间部分，余下的部分由二硫键链接；切除中间部分，余下的部分由二硫键链接； 蛋白质的内含肽的剪接蛋白质的内含肽的剪接第76页/共108页新生蛋白质经蛋白酶切割后变成有功能的成熟蛋白质。新生蛋白质经蛋白酶切割后变成有功能的成熟蛋白质。左左：新生蛋白质在去掉：新生蛋白质在去掉N端一部分残基后变成有功能的蛋白质；端一部分残基后变成有功能的蛋白质；右右：某些病毒（反转录病毒）可合成无活性的多聚蛋白质，经蛋白酶切割后成为有功能成熟蛋白。：某些病毒（反转录病毒）可合成无活性的多聚蛋白质，经蛋白酶切割后成为有功能成熟蛋白。第77页/共108页前胰岛素原蛋白翻译后成熟过程示意图前胰岛素原蛋白翻译后成熟

47、过程示意图第78页/共108页蜂毒蛋白只有经蛋白酶水解切除蜂毒蛋白只有经蛋白酶水解切除N-端的端的22个氨基酸以后才有生物活性。个氨基酸以后才有生物活性。第79页/共108页蛋白质拼接图解蛋白质拼接图解第80页/共108页5、亚基的聚合、亚基的聚合 许多蛋白质是由二个以上亚基构成的，这就需许多蛋白质是由二个以上亚基构成的，这就需这些多肽链通过非共价键聚合成多聚体才能表现生这些多肽链通过非共价键聚合成多聚体才能表现生物活性。物活性。6、辅基结、辅基结合合uCytochrome C只有与血红素（只有与血红素（heme）相结合才有）相结合才有功能。功能。uAcetyl-CoA羧化酶常与羧化酶常与Bi

48、otin分子相结合。分子相结合。u例如：成人血红蛋白由两条例如：成人血红蛋白由两条链，两条链，两条链及四分子链及四分子血红素所组成。血红素所组成。第81页/共108页（二）蛋白质的折叠（二）蛋白质的折叠体内蛋白质折叠与肽链合成同步进行。体内蛋白质折叠与肽链合成同步进行。蛋白质的折叠是当前生命科学领域的研究前沿之一蛋白质的折叠是当前生命科学领域的研究前沿之一。第82页/共108页需要助折叠蛋白（需要助折叠蛋白（folding helper）的参与）的参与：A、折叠酶、折叠酶蛋白质二硫键异构酶（蛋白质二硫键异构酶（protein disulfide isomerase，PDI) ：B、分子伴侣（、

49、分子伴侣（Molecular chaperone）定义：定义：细胞内帮助新生肽链正确组装为成熟蛋白质，而本身细胞内帮助新生肽链正确组装为成熟蛋白质，而本身却不是最终功能蛋白质分子的组成成分的分子。却不是最终功能蛋白质分子的组成成分的分子。肽基脯氨酸顺反异构酶（肽基脯氨酸顺反异构酶（peptidyl prolyl cis-trans isomerase，PPI) 可以识别和水解非正确配对的二硫键，使它们在正确的半胱氨酸残基位置上重新形成二硫键；可以识别和水解非正确配对的二硫键，使它们在正确的半胱氨酸残基位置上重新形成二硫键； 催化加速肽基脯氨酸的顺反异构化，在蛋白质的折叠催化加速肽基脯氨酸的顺反

50、异构化，在蛋白质的折叠/解折叠中起重要作用。它也可能参与蛋白质复合物的组装解折叠中起重要作用。它也可能参与蛋白质复合物的组装/解组装、蛋白质运输及调节蛋白质活性。解组装、蛋白质运输及调节蛋白质活性。第83页/共108页分类：分类： 伴侣素家族（伴侣素家族（chaperonin, Cpn） 应激蛋白家族应激蛋白家族(Stress family) 热休克蛋白热休克蛋白 70 家族家族（ Hsp70 ） heat shock protein family热休克蛋白热休克蛋白 90 家族（家族（ Hsp90 ）功能：功能： 可促进多种多肽链的折叠或者阻止多肽的错误折叠。可促进多种多肽链的折叠或者阻止多

51、肽的错误折叠。 和部分折叠或没有折叠的蛋白质分子结合，稳定其构象，免遭其它酶的水解或促进蛋白质折叠成正确的空间结构。和部分折叠或没有折叠的蛋白质分子结合，稳定其构象，免遭其它酶的水解或促进蛋白质折叠成正确的空间结构。第84页/共108页四、蛋白质合成抑制剂四、蛋白质合成抑制剂第85页/共108页第三节第三节 蛋白质的运转机制蛋白质的运转机制（Mechanism of Protein transport ）第86页/共108页 细胞各部分都有特定的蛋白质组分，因此合成细胞各部分都有特定的蛋白质组分，因此合成的蛋白质必须准确无误地定向运送才能保证生命活的蛋白质必须准确无误地定向运送才能保证生命活动

52、的正常进行。动的正常进行。第87页/共108页 蛋白质的合成和运转是同时发生的，则属于蛋白质的合成和运转是同时发生的，则属于翻译运转同步机制翻译运转同步机制；若蛋白质从核糖体上释放后；若蛋白质从核糖体上释放后才发生运转，则属于才发生运转，则属于翻译后运转机制翻译后运转机制。第88页/共108页蛋白性质 运转机制 主要类型 分泌 蛋白质在结合核糖体上合成，并以翻译-运转同步机制运输免疫球蛋白、卵蛋白、水解酶、激素等细胞器发育 蛋白质在游离核糖体上合成，以翻译后运转机制运输 细胞核、叶绿体、线粒体、乙醛酸循环体、过氧化物酶体等细胞器中的蛋白质 膜的形成 两种机制兼有 质膜、内质网、类囊体中的蛋白质

53、 几类主要蛋白质的运转几类主要蛋白质的运转第89页/共108页第90页/共108页一、翻译一、翻译-运转同步运转同步（co-translational translocation）（一）信号肽假说（一）信号肽假说 认为编码认为编码分泌蛋白分泌蛋白的的mRNA在翻译时首先合成在翻译时首先合成的是的是N-末端带有疏水氨基酸残基的末端带有疏水氨基酸残基的信号肽信号肽，它被，它被内质内质网膜上的网膜上的受体受体识别并与之相结合识别并与之相结合。信号肽经由膜中蛋。信号肽经由膜中蛋白质形成的白质形成的孔道孔道到达内质网内腔，随即被位于腔表面到达内质网内腔，随即被位于腔表面的信号肽酶水解，由于它的引导，新生

54、的多肽就能够的信号肽酶水解，由于它的引导，新生的多肽就能够通过内质网膜进入腔内，最终被分泌到胞外。翻译结通过内质网膜进入腔内，最终被分泌到胞外。翻译结束后，核糖体亚基解聚、孔道消失，内质网膜又恢复束后，核糖体亚基解聚、孔道消失，内质网膜又恢复原先的脂双层结构。原先的脂双层结构。 第91页/共108页信号肽信号肽： 指新合成多肽链中用于指导蛋白质跨膜转移的指新合成多肽链中用于指导蛋白质跨膜转移的N-末端氨基酸序列（末端氨基酸序列（13-36个氨基酸残基）。个氨基酸残基）。第92页/共108页信号肽序列信号肽序列第93页/共108页（二）新生蛋白质通过同步转运途径进入（二）新生蛋白质通过同步转运途

55、径进入内质网内腔的主要过程内质网内腔的主要过程SRP（信号识别蛋白（信号识别蛋白）SRP的受体的受体-DP（停靠蛋白（停靠蛋白）第94页/共108页二、翻译后运转（二、翻译后运转（post-translational translocation）1、转运到线粒体（、转运到线粒体（mitochondria）2、转运到叶绿体（、转运到叶绿体（chloroplast）3、转运到细胞核（、转运到细胞核（nuclear） 蛋白质的合成主要是在细胞质中，细胞器不能蛋白质的合成主要是在细胞质中，细胞器不能或很少合成蛋白质。因此，构成细胞器的各种蛋白或很少合成蛋白质。因此，构成细胞器的各种蛋白质在细胞质内游离

56、核糖体上合成后，需要向不同细质在细胞质内游离核糖体上合成后，需要向不同细胞器进行运输。胞器进行运输。第95页/共108页（一）线粒体蛋白质跨膜运（一）线粒体蛋白质跨膜运转转1、运转到线粒体内腔、运转到线粒体内腔2、运转到线粒体内膜、运转到线粒体内膜腔腔（1）保留性机制）保留性机制（2）非保留性机制）非保留性机制第96页/共108页（1）通过线粒体膜的蛋白质运转之前大多数以前体）通过线粒体膜的蛋白质运转之前大多数以前体形式存在，由成熟蛋白质和位于形式存在，由成熟蛋白质和位于N端的端的2080个残基的个残基的前导肽（前导肽（leader peptide）组成；组成；（2）蛋白质跨线粒体膜运转时，首先由外膜上的）蛋白质跨线粒体膜运转时，首先由外膜上的Tom受体复合蛋白受体复合蛋白识别与识别与Hsp70或或MSF等分等分子伴侣子伴侣相结合的待运转多肽，通过相结合的待运转多肽，通过Tom和和Tim组成的膜通道进入线粒体内腔；组成的膜通道进入线粒