医学生化本科—翻译课件

1、医学生化本科翻译蛋白质的生物合成蛋白质的生物合成（翻译）（翻译）医学生化本科翻译 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，按照为模板，按照mRNA分子中核分子中核苷酸的排列顺序所组成的密码信息合苷酸的排列顺序所组成的密码信息合成蛋白质的过程成蛋白质的过程 医学生化本科翻译医学生化本科翻译（1）氨基酸的活化）氨基酸的活化（2）肽链的生物合成）肽链的生物合成（3）肽链形成后的加工和靶向输）肽链形成后的加工和靶向输送送反应过程反应过程医学生化本科翻译 医学生化本科翻译医学生化本科翻译

2、 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：适配器：tRNA 装配机：核糖体装配机：核糖体 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医学生化本科翻译一、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n mRNA的基本结构的基本结构Start of genetic messageCapEndTail5 -端非翻译区端非

3、翻译区 5 3 3 -端非翻译区端非翻译区 开放阅读框开放阅读框 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，称为码子之间的核苷酸序列，称为开放阅读框开放阅读框 (open reading frame, ORF)医学生化本科翻译 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顺反子反子(cistron) 原核细胞中，数个结构基因常串联为一个原核细胞中，数个结构基因常串联为一个转录单位，转录生成的转录单位，转录生成的mRNA可编码几种可编码几种功能相关的蛋白质，为功能相关的蛋白质，为多顺反子多顺反子(polycistr

4、on) 真核生物一个真核生物一个mRNA只编码一条多肽链，只编码一条多肽链，为为单顺反子单顺反子(single cistron)医学生化本科翻译mRNA结构简图结构简图非翻译区非翻译区m7编码单条编码单条多肽链多肽链医学生化本科翻译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，代表核苷酸为一组，代表一种氨基酸一种氨基酸或或其他信息其他信息，这种，这种三联体形式的核苷酸序列称为密码子三联体形式的核苷酸序列称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) ：

5、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：医学生化本科翻译遗遗传传密密码码表表医学生化本科翻译1968年诺贝尔生理学或医学奖年诺贝尔生理学或医学奖解读了遗传密码及其在蛋白质合成方面的机能解读了遗传密码及其在蛋白质合成方面的机能Marshall Nirenberg美国生化遗传学家美国生化遗传学家国立卫生研究院国立卫生研究院19272010 Har Gobind Khorana美国生物化学家美国生物化学家威斯康星大学威斯康星大学1922Robert W. Holley美国分子生物学家美国分子生物学家康奈尔大学康奈尔大学19221993医学

6、生化本科翻译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5 3 ，即读码，即读码从从mRNA的起始密码子的起始密码子AUG开始，按开始，按5 3 的方的方向逐一阅读，直至终止密码子向逐一阅读，直至终止密码子 NC肽链延伸方向肽链延伸方向5 3 读码方向读码方向医学生化本科翻译2. 连续性连续性(non-punctuated)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 5 .A

7、 U G G C A G U A C A U U A A 3 AlaValHisMet终止密码终止密码医学生化本科翻译基因损伤引起基因损伤引起mRNA阅读框架内的碱基阅读框架内的碱基发生插入或缺失，可能导致发生插入或缺失，可能导致框移突变框移突变(frame shift 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 精精医学生化本科翻译 许多真核生物基因转录后有一个对许多真核生物基因转录后有一个对mRNA外外显子加工的过程，可通过特定碱基的插入、缺显子加工的过程，可通过特定碱基的插入、缺失或置换，使失或置换，使mRNA序列中出现移码突变、错序列中出现移码突

8、变、错义突变或无义突变，导致义突变或无义突变，导致mRNA与其与其DNA模板模板序列不匹配，使同一前体序列不匹配，使同一前体mRNA翻译出序列、翻译出序列、功能不同的蛋白质。这种基因表达的调节方式功能不同的蛋白质。这种基因表达的调节方式称为称为mRNA编辑编辑(mRNA editing)。 医学生化本科翻译3. 简并性简并性(degenerate)一种氨基酸可具有一种氨基酸可具有2个或个或2个以上的密码个以上的密码子为其编码。这一特性称为遗传密码的简并子为其编码。这一特性称为遗传密码的简并性。性。除除色氨酸色氨酸和和甲硫氨酸甲硫氨酸仅有仅有1个密码子外，个密码子外，其余氨基酸有其余氨基酸有2、

9、3、4或多至或多至6个三联体密码个三联体密码子为其编码。为同一种氨基酸编码的各密码子为其编码。为同一种氨基酸编码的各密码子称为子称为简并性密码子简并性密码子，也称，也称同义密码子同义密码子 。医学生化本科翻译各种氨基酸的密码子数目各种氨基酸的密码子数目医学生化本科翻译 密码子简并性的生物学意义：减少有害突变密码子简并性的生物学意义：减少有害突变 遗传密码的特异性主要取决于前两位碱基遗传密码的特异性主要取决于前两位碱基AlaGCUGCCGCAGCGThrACUACCACAACG医学生化本科翻译4. 通用性通用性(universal)从简单的病毒到高等的人类，几乎使从简单的病毒到高等的人类，几乎使

10、用同一套遗传密码。遗传密码表中的这套用同一套遗传密码。遗传密码表中的这套“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密码的通用性进一步证明各种生物进化自同一祖先。化自同一祖先。医学生化本科翻译线粒体线粒体密码子密码子UGAAUAAGAAGGCUNCCG正常密码子含义正常密码子含义终止终止IleArgLeuArg脊椎动物脊椎动物TrpMet终止终止+果蝇果蝇TrpMetSer+啤酒酵母啤酒酵母TrpMet+Thr+丝状真菌丝状真菌Trp+锥形虫锥形虫Trp+高等植物高等植物+Trp已知线粒体遗传密码含义

11、的改变已知线粒体遗传密码含义的改变医学生化本科翻译5. 摆动性摆动性(wobble) tRNA上上反密码子反密码子的的第第1位位碱基与碱基与mRNA密码子密码子的的第第3位位碱基配对时，可碱基配对时，可以在一定范围内变动，即并不严格遵守以在一定范围内变动，即并不严格遵守常见的碱基配对规律，这种现象称为常见的碱基配对规律，这种现象称为摆摆动配对动配对(wobble base pairing) 医学生化本科翻译摆动配对摆动配对U 医学生化本科翻译二、核糖体是蛋白质生物合成的场所二、核糖体是蛋白质生物合成的场所n 核糖体的组成核糖体的组成核糖体核糖体又称又称核蛋白体核蛋白体，是由，是由rRNA和多种

12、蛋白质和多种蛋白质结合而成的一种大的核糖核蛋白颗粒，是蛋白质生物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合成的场所医学生化本科翻译原核生物原核生物真核生物真核生物核糖体核糖体小亚基小亚基大亚基大亚基核糖体核糖体小亚基小亚基大亚基大亚基S值值70S30S50S80S40S60SrRNA16S-rRNA23S-rRNA5S-rRNA18S-rRNA28S-rRNA5.8S-rRNA5S-rRNA蛋白质蛋白质rpS 21种种rpL 36种种rpS 33种种rpL 49种种 不同细胞核糖体的组成不同细胞核糖体的组成核糖体的组成核糖体的组成医学生化本科翻译原核生物核糖体结构模式原核生物核

13、糖体结构模式医学生化本科翻译 30S小亚基：小亚基：mRNA结合位点结合位点 50S大亚基：大亚基： E位：排出位位：排出位(Exit site) 转肽酶活性转肽酶活性 大小亚基共同组成：大小亚基共同组成：A位：氨基酰位位：氨基酰位(aminoacyl site)P位：肽酰基位位：肽酰基位(peptidyl site)医学生化本科翻译三、三、tRNA是氨基酸的运载工具及蛋白是氨基酸的运载工具及蛋白质生物合成的适配器质生物合成的适配器tRNA的作用的作用 运载氨基酸运载氨基酸：氨基酸由其特异的：氨基酸由其特异的tRNA携带，一携带，一种氨基酸可有几种对应的种氨基酸可有几种对应的tRNA，氨基酸结

14、合在，氨基酸结合在tRNA氨基酸臂氨基酸臂-CCA腺苷酸腺苷酸3 -OH上上，结合需要，结合需要ATP供能供能 充当适配器充当适配器(adaptor)：每种：每种tRNA的反密码子决的反密码子决定了所携带的氨基酸能准确地在定了所携带的氨基酸能准确地在mRNA上对号入上对号入座座二级结构三级结构n tRNA反密码子环反密码子环氨基酸臂氨基酸臂医学生化本科翻译四、蛋白质生物合成需要酶类、四、蛋白质生物合成需要酶类、蛋白质因子等蛋白质因子等（一）重要的酶类（一）重要的酶类 氨基酰氨基酰-tRNA合成酶：合成酶：催化氨基酸的活化催化氨基酸的活化 转肽酶：转肽酶：催化核糖体催化核糖体P位上的肽酰基转移至

15、位上的肽酰基转移至A位氨位氨基酰基酰-tRNA的氨基上，使酰基与氨基结合形成肽键；的氨基上，使酰基与氨基结合形成肽键；受释放因子作用后发生变构，表现出酯酶的水解活受释放因子作用后发生变构，表现出酯酶的水解活性，使性，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：催化核糖体向催化核糖体向mRNA 3 端移动一个密码端移动一个密码子的距离，使下一个密码子定位于子的距离，使下一个密码子定位于A位位医学生化本科翻译（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 factor, EF) 释放因子

16、释放因子 (release factor, RF)医学生化本科翻译 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参与蛋白质生物合成的无机离子有有Mg2+、K+ 等等（三）能源物质及离子（三）能源物质及离子医学生化本科翻译医学生化本科翻译 氨基酸与特异的氨基酸与特异的tRNA结合形成结合形成氨基酰氨基酰-tRNA的过程称为的过程称为氨基酸的氨基酸的活化活化 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合成酶合成酶医学生化本科翻译n 反应过程反应过程一、氨基酸活化形成氨基酰一、氨基酸活化形成氨基酰-tRNA氨基酸氨基酸 +

17、 tRNA氨基酰氨基酰- tRNAATP AMPPPi氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶医学生化本科翻译氨基酸氨基酸 ATP-E 氨基酰氨基酰-AMP-E PPi 第一步反应第一步反应医学生化本科翻译 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医学生化本科翻译医学生化本科翻译 氨基酸的活化形式：氨基酸的活化形式：氨基酰氨基酰-tRNA 氨基酸的活化部位：氨基酸的活化部位： -羧基羧基 氨基酸与氨基酸与tRNA连接方式：连接方式：酯键酯键 氨基酸活化耗能：氨基酸活化耗能：2个个P医学生化本科翻译n 氨基酰氨基酰-tRNA的表示方法的表示方法丙氨酰丙氨

18、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结合后形成结合后形成的氨基酰的氨基酰-tRNA表示为：表示为：氨基酸的三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 医学生化本科翻译 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医学生化本科翻译氨基酰氨基酰-tRNA合成酶具有校正活性合成酶具有校正活性动力学校对动力学校对化学校对

19、化学校对 特性特性医学生化本科翻译二、起始氨基酰二、起始氨基酰-tRNAtRNAiMet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处就处就位，参与形成翻译起始复合物位，参与形成翻译起始复合物tRNAMet和甲硫氨酸结合后生成和甲硫氨酸结合后生成Met-tRNAMet，必要时进入核糖体，为延长中的肽链添加甲硫氨必要时进入核糖体，为延长中的肽链添加甲硫氨酸酸 起始氨基酰起始氨基酰-tRNA: 参与肽链延长的甲硫氨酰参与肽链延长的甲硫氨酰-tRNA：真核生物真核生物医学生化本科翻译具有起始功能的具有起始功能的tRNAfMet

20、与甲硫氨酸结合与甲硫氨酸结合后，甲硫氨酸很快被甲酰化为后，甲硫氨酸很快被甲酰化为N-甲酰甲硫氨甲酰甲硫氨酸酸(N-formyl methionine, fMet)，于是形成，于是形成N-甲酰甲硫氨酰甲酰甲硫氨酰-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，参与形成处就位，参与形成翻译起始复合物翻译起始复合物原核生物原核生物 起始氨基酰起始氨基酰-tRNA: fMet-tRNAfMet 医学生化本科翻译fMet-tRNAfMet的生成由的生成由转甲酰基酶转甲酰基酶催化，催化，甲酰基从甲酰基从N10-甲酰四氢叶酸转移到甲硫氨酸的甲酰四氢叶酸转

21、移到甲硫氨酸的 -氨基上氨基上 医学生化本科翻译医学生化本科翻译 翻译时，从翻译时，从mRNA的起始密码子的起始密码子AUG开始，按开始，按5 3 方向逐一读码，直至终止方向逐一读码，直至终止密码子密码子 合成中的肽链从合成中的肽链从起始甲硫氨酸起始甲硫氨酸开始，开始，从从N端端C端端延长，直至终止密码子前一延长，直至终止密码子前一位密码子所编码的氨基酸位密码子所编码的氨基酸 医学生化本科翻译起始起始 (initiation)延长延长 (elongation)终止终止 (termination ) 整个过程可分为整个过程可分为 ：一、原核生物的肽链合成过程一、原核生物的肽链合成过程医学生化本科

22、翻译参与原核生物翻译的各种蛋白质因子参与原核生物翻译的各种蛋白质因子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tRNAIF-2促进促进fMet-tRNAfMet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位对结合位对结合fMet-tRNAfMet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GTPEF-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位移至位移至P位，位，促进促进tRNA卸载与释放

23、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可与核糖体其他部位结合，有可与核糖体其他部位结合，有GTP酶活性，能介导酶活性，能介导RF-1、RF-2与核糖体的相互作用与核糖体的相互作用医学生化本科翻译（一）起始（一）起始 指指mRNA和和起始氨基酰起始氨基酰-tRNA分别与分别与核糖体核糖体结合而形成结合而形成翻译起始复合物翻译起始复合物的过程的过程1. 核糖体大小亚基分离核糖体大小亚基分离2. mRNA在小亚基定位结合在小亚基定位结合3.

24、起始氨基酰起始氨基酰-tRNA的结合的结合 4. 核糖体大亚基结合核糖体大亚基结合IF-3IF-11. 核糖体大小亚基分离核糖体大小亚基分离A U G53IF-3IF-12. mRNA在小亚基上定位结合在小亚基上定位结合医学生化本科翻译n 原核生物原核生物mRNA在核糖体小亚基上的准在核糖体小亚基上的准确定位和结合涉及两种机制：确定位和结合涉及两种机制： 起始起始AUG上游约上游约813核苷酸部位，存核苷酸部位，存在一段由在一段由49个核苷酸组成的一致序列，富个核苷酸组成的一致序列，富含嘌呤碱基，如含嘌呤碱基，如-AGGAGG-，称为，称为Shine-Dalgarno序列（序列（S-D序列）序

25、列），又称，又称核糖体结核糖体结合位点合位点(ribosomal binding site, RBS)医学生化本科翻译 S-D序列序列 小亚基中的小亚基中的16S-rRNA 3 端端有一富含嘧啶碱基有一富含嘧啶碱基的短序列，如的短序列，如-CCUCCU-，通过与，通过与S-D序列碱基互序列碱基互补而使补而使mRNA与小亚基结合与小亚基结合IF-3IF-1IF-2GTPA U G533. fMet-tRNAfMet与小亚基结合与小亚基结合医学生化本科翻译IF-3IF-1IF-2GTPGDPPi4. 核糖体大亚基结合，翻译起始复合物形成核糖体大亚基结合，翻译起始复合物形成A U G53医学生化本科

26、翻译IF-3IF-1A U G53IF-2GTPIF-2-GTPGDPPi翻译起始复合物形成过程：翻译起始复合物形成过程：医学生化本科翻译 指在指在mRNA模板的指导下，氨基酸依次进入核模板的指导下，氨基酸依次进入核糖体并聚合成多肽链的过程糖体并聚合成多肽链的过程1. 进位进位 (positioning)/注册注册 (registration)2. 成肽成肽 (peptide bond formation)3. 转位转位 (translocation) （二）延长（二）延长 肽链延长在核糖体上连续循环进行，又称为肽链延长在核糖体上连续循环进行，又称为核核糖体循环糖体循环(ribosomal c

27、ycle)，包括以下三步：，包括以下三步： 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医学生化本科翻译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模模板的指令进入并结合板的指令进入并结合到核糖体到核糖体A位的过程位的过程医学生化本科翻译l 延长因子延长因子EF-Tu催化进催化进位位l EF-Ts协助协助重新生成重新生成EF-Tu-GTP复合复合物物医学生化本科翻译Tu TsGTPGDPA U G53TuTsE n 进位的反应过程：进位的反应过程：医学生化本科翻译2. 成肽成肽 在在转肽酶转肽酶(pe

28、ptidase)的催化下，核的催化下，核糖体糖体P位位上起始氨基酰上起始氨基酰-tRNA的的N-甲甲酰甲硫氨酰基酰甲硫氨酰基或肽酰或肽酰-tRNA的的肽酰基肽酰基转移到转移到A位位并与并与A位上氨基酰位上氨基酰-tRNA的的 -氨基氨基结合形成肽键结合形成肽键 医学生化本科翻译n 成肽的反应过程成肽的反应过程医学生化本科翻译3. 转位转位 在在转位酶转位酶的催化下，核糖体向的催化下，核糖体向mRNA的的3 端移动一个密码子的距离，端移动一个密码子的距离，使使mRNA序列上的下一个密码子进入核序列上的下一个密码子进入核糖体的糖体的A位，而占据位，而占据A位的肽酰位的肽酰-tRNA移入移入P位。位

29、。 需要延长因子需要延长因子EF-G参与。参与。医学生化本科翻译EF-G有有转位酶转位酶(translocase)活性，可结活性，可结合并水解合并水解1分子分子GTP，释放的能量促进核糖，释放的能量促进核糖体向体向mRNA的的3 端移动，使起始二肽酰端移动，使起始二肽酰-tRNA-mRNA相对位移进入核糖体相对位移进入核糖体P位，而位，而卸载的卸载的tRNA则移入则移入E位。位。医学生化本科翻译医学生化本科翻译EfMetA U G53fMetTuGTP成肽成肽转位转位下一轮进位下一轮进位进进位位转转位位成肽成肽n 肽链合成延长（核糖体循环）过程肽链合成延长（核糖体循环）过程医学生化本科翻译（三

30、）终止（三）终止 核糖体核糖体A位出现位出现mRNA的的终止密码子终止密码子后，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中释出，中释出，mRNA、核糖体大、小亚基等、核糖体大、小亚基等分离。分离。 终止阶段需要终止阶段需要释放因子释放因子RF-1、 RF-2和和 RF-3参与。参与。医学生化本科翻译 RF-3可结合核糖体其他部位，有可结合核糖体其他部位，有GTP酶活性，酶活性，能介导能介导RF-1、RF-2与核糖体的相互作用与核糖体的相互作用 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、UAGRF-2特异识别特异识别U

31、AA、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之间的之间的酯键水解，使肽链从核糖体上释放酯键水解，使肽链从核糖体上释放原核生物肽链合成终止原核生物肽链合成终止医学生化本科翻译二、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. 核糖体大小亚基分离核糖体大小亚基分离2. 起始氨基酰起始氨基酰-tRNA同同40S小亚基结合小亚基结合 3. mRNA在小亚基定位结合在小亚基定位结合4. 核糖体大亚基结合核糖体大亚基结合医学生化本科翻译参与真核生物翻译的蛋白质因子参与真核生物翻译的蛋白质因子种类种类生物学

32、功能生物学功能起始因子起始因子eIF-1多功能因子，参与翻译的多个步骤多功能因子，参与翻译的多个步骤eIF-2促进促进Met-tRNAiMet与小亚基结合与小亚基结合eIF-2B结合小亚基，促进大、小亚基分离结合小亚基，促进大、小亚基分离eIF-3结合小亚基，促进大、小亚基分离；介导结合小亚基，促进大、小亚基分离；介导eIF-4F复合物复合物-mRNA与核糖体小亚基结合与核糖体小亚基结合eIF-4AeIF-4F复合物成分，有复合物成分，有RNA解螺旋酶活性，解除解螺旋酶活性，解除mRNA 5 -端的端的发夹结构，使其与小亚基结合发夹结构，使其与小亚基结合eIF-4B结合结合mRNA，促进，促进

33、mRNA扫描定位起始扫描定位起始AUGeIF-4EeIF-4F复合物成分，结合复合物成分，结合mRNA 5 -帽子帽子eIF-4GeIF-4F复合物成分，结合复合物成分，结合eIF-4E、eIF-3和和PABeIF-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促进核糖体分离成大、小亚基促进核糖体分离成大、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-TueEF1-调节亚基，相当于调节亚基，相当于EF-TseEF-2有转位酶活性，促进有转位酶活性，促进mRNA-

34、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的功能的功能医学生化本科翻译真核生物翻译起始特点：真核生物翻译起始特点： 80S核糖体核糖体 起始因子种类多起始因子种类多 起始起始tRNA的的Met不需甲酰化不需甲酰化 mRNA的的5 -帽子和帽子和3 -poly A尾结构与尾结构与mRNA在核糖体就位有关在核糖体就位有关 Met-tRNAiMet先与核糖体小亚基结合，先与核糖体小亚基结合，然后再结合然后再结合mRNA医学生化本科翻译Me

35、t40SMetMet40S60SmRNAeIF-2B、eIF-3、 eIF-6 eIF-3GDP+Pi各种各种eIF释放释放eIF-5ATPADP+PieIF4E, eIF4G, eIF4A, eIF4B, PAB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Met-tRNAiMet-eIF-2-GTPMet60S医学生化本科翻译Kozak共有序列共有序列(kozak consensus sequence)医学生化本科翻译真核生物肽链合成的延长过程与原核真核生物肽链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生物基本相似，但有不同的反应体系和延长因子。延长因子。真核细胞

36、核糖体真核细胞核糖体没有没有E位位，转位时卸，转位时卸载的载的tRNA直接从直接从P位脱落。位脱落。（二）延长（二）延长医学生化本科翻译（三）终止（三）终止 真核生物翻译终止过程与原核真核生物翻译终止过程与原核生物相似，但只有生物相似，但只有1个释放因子个释放因子eRF，可识别所有终止密码子，完成原核可识别所有终止密码子，完成原核生物各类生物各类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

37、）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、转录、翻译、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，在核内合成，加工后进入胞液，再作为模板指导翻译再作为模板指导翻译核糖体核糖体30S小亚基小亚基50S大亚基大亚基70S核糖体核糖体40S小亚基小亚基60S大亚基大亚基80S核糖体核糖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核糖体小亚基先与核糖体小亚基先与mRNA结合，再与结合，再与fMet-tRNA

38、fMet结合结合核糖体小亚基先与核糖体小亚基先与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中的帽子结构与帽子结合蛋白复合物结合合物结合有有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eIF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

39、为释放因子为eRF医学生化本科翻译 多聚核糖体多聚核糖体 (polysome) 1条条mRNA模板链都可附着模板链都可附着10100个核糖个核糖体，这些核糖体依次结合起始密码子并沿体，这些核糖体依次结合起始密码子并沿5 3 方向读码移动，同时进行肽链合成。这种方向读码移动，同时进行肽链合成。这种mRNA与多个核糖体形成的聚合物称为多聚核与多个核糖体形成的聚合物称为多聚核糖体糖体(polysome) 。 多聚核糖体的形成可以使蛋白质生物合成以多聚核糖体的形成可以使蛋白质生物合成以高速度、高效率进行。高速度、高效率进行。 医学生化本科翻译 多聚核糖体多聚核糖体医学生化本科翻译电镜下的多聚核糖体电镜

40、下的多聚核糖体医学生化本科翻译医学生化本科翻译 新生多肽链不具备蛋白质的生物学活性，必须新生多肽链不具备蛋白质的生物学活性，必须经过复杂的加工过程才能转变为具有天然构象的经过复杂的加工过程才能转变为具有天然构象的功能蛋白质，这一加工过程称为功能蛋白质，这一加工过程称为翻译后修饰翻译后修饰(posttranslational modification)。 翻译后修饰包括翻译后修饰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、对肽链一级结构的修饰对肽链一级结构的修饰、空间结构的修饰空间结构的修饰等。翻等。翻译后修饰使得蛋白质组成更加多样化，从而使蛋译后修饰使得蛋白质组成更加多样化，从而

41、使蛋白质结构上呈现更大的复杂性。白质结构上呈现更大的复杂性。医学生化本科翻译 蛋白质合成后被定向输送到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其发挥作用的靶位点的过程称为为蛋白质的靶向输送蛋白质的靶向输送(protein targeting)。 医学生化本科翻译一、多肽链折叠为天然构象的蛋白质一、多肽链折叠为天然构象的蛋白质 新生肽链的折叠在肽链合成中、后完成，新生新生肽链的折叠在肽链合成中、后完成，新生肽链肽链N-端在核糖体上一出现，肽链的折叠即开始。端在核糖体上一出现，肽链的折叠即开始。可能随着序列的不断延伸肽链逐步折叠，产生正可能随着序列的不断延伸肽链逐步折叠，产生正确的二级结

42、构、模体、结构域到形成完整空间构确的二级结构、模体、结构域到形成完整空间构象。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，即一级结构是空间构象的基础。息，即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的，需要其他酶和蛋白质辅助。的，需要其他酶和蛋白质辅助。医学生化本科翻译n 几种有促进蛋白质折叠功能的大分子：几种有促进蛋白质折叠功能的大分子： 分子伴侣分子伴侣 (molecular chaperon) 蛋白质二硫键异构酶蛋白质二硫键异构酶 (protein disulfide isom

43、erase, 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)医学生化本科翻译1. 分子伴侣分子伴侣:分子伴侣是细胞内一类可识别肽链的非天然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正确折叠的保构象、促进各功能域和整体蛋白质正确折叠的保守蛋白质。守蛋白质。 n 分子伴侣有以下功能：分子伴侣有以下功能： 封闭待折叠蛋白质暴露的疏水区段封闭待折叠蛋白质暴露的疏水区段 创建一个隔离的环境，可以使蛋白质的折叠互不创建一个隔离的环境，可以使蛋白质的折叠互不干扰干扰 促进蛋白质折叠和去聚集促进

44、蛋白质折叠和去聚集 遇到应激刺激，使已折叠的蛋白质去折叠遇到应激刺激，使已折叠的蛋白质去折叠 医学生化本科翻译（1）热休克蛋白）热休克蛋白(heat shock protein, Hsp) 属于应激反应性蛋白质，高温应激可诱属于应激反应性蛋白质，高温应激可诱导该蛋白质合成。热休克蛋白可促进需要导该蛋白质合成。热休克蛋白可促进需要折叠的多肽链折叠为有天然空间构象的蛋折叠的多肽链折叠为有天然空间构象的蛋白质。白质。 E.coli热休克蛋白包括热休克蛋白包括Hsp70 (Dna K)、Hsp40 (Dna J)和和Grp E三族。三族。医学生化本科翻译 热休克蛋白促进蛋白质折叠的基本热休克蛋白促进蛋

45、白质折叠的基本作用：作用：结合保护待折叠多肽链，再释放结合保护待折叠多肽链，再释放该多肽链进行正确折叠。在蛋白质折该多肽链进行正确折叠。在蛋白质折叠过程中形成叠过程中形成Dna K和多肽链依次结和多肽链依次结合、解离的循环。合、解离的循环。 医学生化本科翻译Dna J结合未折叠或结合未折叠或部分折叠的多肽链部分折叠的多肽链 Dna K-ATP复合物复合物 Dna J-Dna K-ADP-多肽复合物多肽复合物 ATP水解水解Grp E ATPADP复合物解离，释出完全折叠或部分折叠复合物解离，释出完全折叠或部分折叠的多肽链的多肽链 医学生化本科翻译大肠杆菌中的大肠杆菌中的Hsp70 反应循环反应

46、循环医学生化本科翻译（2）伴侣蛋白）伴侣蛋白(chaperonin) 分子伴侣的另一家族，如大肠杆菌的分子伴侣的另一家族，如大肠杆菌的Gro EL和和Gro ES（真核细胞中同源物为（真核细胞中同源物为Hsp60和和Hsp10）等）等 其主要作用是其主要作用是为非自发性折叠蛋白质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提供能折叠形成天然空间构象的微环境 医学生化本科翻译当待折叠肽链进入当待折叠肽链进入Gro EL的桶状空腔后，的桶状空腔后，Gro ES可作为可作为“盖子盖子”瞬时封闭瞬时封闭Gro EL空腔出口。封空腔出口。封闭后的桶状空腔提供了能完成该肽链折叠的微环境。闭后的桶

47、状空腔提供了能完成该肽链折叠的微环境。n Gro EL-Gro ES复合物复合物医学生化本科翻译n Gro EL-Gro ES反应循环反应循环 医学生化本科翻译医学生化本科翻译2. 蛋白质二硫键异构酶蛋白质二硫键异构酶 二硫键异构酶在二硫键异构酶在内质网腔内质网腔活性很高，活性很高，可在较大区段肽链中催化错配二硫键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。蛋白质形成热力学最稳定的天然构象。医学生化本科翻译3. 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脯氨酸间

48、形成的肽键有顺反两种异构体，空间构象有明显差别。两种异构体，空间构象有明显差别。 肽酰肽酰-脯氨酰顺反异构酶可促进上述顺反两脯氨酰顺反异构酶可促进上述顺反两种异构体之间的转换。种异构体之间的转换。 肽酰肽酰-脯氨酰顺反异构酶是蛋白质三维构象脯氨酰顺反异构酶是蛋白质三维构象形成的限速酶，在肽链合成需形成顺式构型时，形成的限速酶，在肽链合成需形成顺式构型时，可使多肽在各脯氨酸弯折处形成准确折叠。可使多肽在各脯氨酸弯折处形成准确折叠。 医学生化本科翻译二、蛋白质一级结构修饰主要是二、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 脱甲酰基酶脱甲

49、酰基酶 氨基肽酶氨基肽酶 N端修饰端修饰 C端修饰端修饰医学生化本科翻译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（二）各种氨基酸残基的共价修饰（二）各种氨基酸残基的共价修饰医学生化本科翻译例：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）多肽链的水解修饰医学生化本科翻译三、蛋白质空间结构修饰三、蛋白质空间结构修饰结合蛋白质合成后都需要结合相应辅基，才结合蛋白质合成后都需要结合相应辅基，才能成为具有功能活性的天然蛋白质。能成为具有功能活性的天然蛋白质。

50、具有四级结构的蛋白质由两条以上的肽链通具有四级结构的蛋白质由两条以上的肽链通过非共价键聚合，形成寡聚体过非共价键聚合，形成寡聚体(oligomer)。（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）辅基连接后形成完整的结合蛋白质（二）辅基连接后形成完整的结合蛋白质医学生化本科翻译四、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 蛋白质在核糖体合成后，必须分选出来，定蛋白质在核糖体合成后，必须分选出来，定向输送到一个合适的部位才能行使各自的生物学向输送到一个合适的部位才能行使各自的生物学功能。蛋白质的靶

51、向输送与翻译后修饰过程同步功能。蛋白质的靶向输送与翻译后修饰过程同步进行。进行。 新生蛋白质的去向：新生蛋白质的去向： 保留在胞液保留在胞液 进入细胞器进入细胞器 分泌到细胞外分泌到细胞外医学生化本科翻译 所有靶向输送的蛋白质结构中存在分选信所有靶向输送的蛋白质结构中存在分选信号，主要是号，主要是N端特异氨基酸序列端特异氨基酸序列，可引导蛋白，可引导蛋白质转移到细胞的适当靶部位，这类序列称为质转移到细胞的适当靶部位，这类序列称为信号序列信号序列 (signal sequence)。 信号序列是决定蛋白质靶向输送特性的最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重

52、要元件，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。存在于蛋白质自身的一级结构中。 （一）靶向输送的蛋白质存在信号序列（一）靶向输送的蛋白质存在信号序列医学生化本科翻译 N端有带正电荷的碱性氨基酸残基，如端有带正电荷的碱性氨基酸残基，如Lys、Arg 中段为疏水核心区，主要含疏水的中性氨基酸，中段为疏水核心区，主要含疏水的中性氨基酸，如如Leu、Ile C端加工区由一些极性相对较大、侧链较短的端加工区由一些极性相对较大、侧链较短的氨基酸（如氨基酸（如Gly、Ala、Ser）组成，紧接着是被）组成，紧接着是被信号肽酶信号肽酶 (signal peptidase)裂解的位点裂解的位点

53、 n 信号肽信号肽 (signal peptide)医学生化本科翻译某些真核细胞分泌型蛋白质的信号序列某些真核细胞分泌型蛋白质的信号序列医学生化本科翻译 靶向输送到细胞核的蛋白质其多肽链内含有靶向输送到细胞核的蛋白质其多肽链内含有的特异信号序列的特异信号序列 为含为含48个氨基酸残基的短序列，富含带正个氨基酸残基的短序列，富含带正电荷的电荷的Lys、Arg和和Pho，可位于肽链的不同部位，可位于肽链的不同部位 不同的不同的NLS间未发现共有序列。在蛋白质进间未发现共有序列。在蛋白质进核定位后，核定位后，NLS不被切除不被切除 n 核定位序列核定位序列 (nuclear localization

54、 sequence, NLS) 医学生化本科翻译真核细胞分泌型蛋白质的靶向输送过程：真核细胞分泌型蛋白质的靶向输送过程： 核糖体上合成的肽链先由信号肽引导进入核糖体上合成的肽链先由信号肽引导进入内质网腔并被折叠成为具有一定功能构象的内质网腔并被折叠成为具有一定功能构象的蛋白质，在高尔基复合体中被包装进分泌小蛋白质，在高尔基复合体中被包装进分泌小泡，转移至细胞膜，再分泌到细胞外。泡，转移至细胞膜，再分泌到细胞外。（二）分泌型蛋白质由分泌小泡靶向输送至（二）分泌型蛋白质由分泌小泡靶向输送至胞外胞外医学生化本科翻译 n 信号肽引导真核细胞分泌型蛋白进入内质网信号肽引导真核细胞分泌型蛋白进入内质网医学

55、生化本科翻译（三）蛋白质（三）蛋白质6-磷酸甘露糖基化是靶向输送至磷酸甘露糖基化是靶向输送至溶酶体的信号溶酶体的信号 医学生化本科翻译 内质网中的驻留蛋白质先经粗面内质网上的内质网中的驻留蛋白质先经粗面内质网上的附着核糖体合成并进入内质网腔，然后随囊泡附着核糖体合成并进入内质网腔，然后随囊泡输送到高尔基复合体。输送到高尔基复合体。 内质网蛋白质多肽链的内质网蛋白质多肽链的C-端含有滞留信号序端含有滞留信号序列列，可与相应受体结合。在高尔基复合体上，可与相应受体结合。在高尔基复合体上，内质网蛋白质通过其滞留信号序列与受体结合内质网蛋白质通过其滞留信号序列与受体结合后，随囊泡输送回内质网。后，随囊

56、泡输送回内质网。 （四）靶向输送至内质网的蛋白质（四）靶向输送至内质网的蛋白质C-端含有端含有滞留信号序列滞留信号序列医学生化本科翻译（五）质膜蛋白质的靶向输送由囊泡转移到（五）质膜蛋白质的靶向输送由囊泡转移到细胞膜细胞膜 质膜蛋白质合成时在粗面内质网上的跨膜质膜蛋白质合成时在粗面内质网上的跨膜机制与分泌型蛋白质的跨膜机制相似，但是，机制与分泌型蛋白质的跨膜机制相似，但是，质膜蛋白质的肽链并不完全进入内质网腔，而质膜蛋白质的肽链并不完全进入内质网腔，而是锚定在内质网膜上。是锚定在内质网膜上。 不同类型的跨膜蛋白质以不同的形式锚定不同类型的跨膜蛋白质以不同的形式锚定于膜上。于膜上。 通过内质网膜

57、出芽形成囊泡，转移通过内质网膜出芽形成囊泡，转移至高尔基体加工，囊泡最终与细胞膜融合。至高尔基体加工，囊泡最终与细胞膜融合。医学生化本科翻译（六）线粒体蛋白质以其前体形式在胞液合（六）线粒体蛋白质以其前体形式在胞液合成后靶向输入线粒体成后靶向输入线粒体医学生化本科翻译（七）细胞核蛋白质在胞液中合成后经核孔（七）细胞核蛋白质在胞液中合成后经核孔靶向输送入核靶向输送入核医学生化本科翻译医学生化本科翻译 蛋白质生物合成是很多天然抗生素和某些毒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。抗生素等就是通过阻断真核、素的作用靶点。抗生素等就是通过阻断真核、原核生物蛋白质翻译体系某组分功能，干扰、原

58、核生物蛋白质翻译体系某组分功能，干扰、抑制蛋白质生物合成过程而起作用的。抑制蛋白质生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。利用真核、原核研究新抗菌药物的作用靶点。利用真核、原核生物蛋白质合成体系的差异，设计、筛选仅对生物蛋白质合成体系的差异，设计、筛选仅对病原微生物特效而不损害人体的药物。病原微生物特效而不损害人体的药物。 医学生化本科翻译一、许多抗生素通过抑制蛋白质一、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、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、毒性的抗生素可用于预防和治疗人、动物、植物的感染性疾病。植物的感染性疾病。医学生化本科翻译 影响翻译起始的抗生素影响翻译起始的抗生素干扰进位干扰进位引起读码错误引起读码错误 影响肽键形成影响肽键形成 影响转位影响转位 影响翻译延长的抗生素：影响翻译延长的抗生素： 抗生素抗生素 作用位点作用位点 作