第17章蛋白质生物合成

1、目录目录第十七章蛋白质的生物合成（翻译）第十七章蛋白质的生物合成（翻译） Biosynthesis of Proteins (Translation) 目录目录Genetic information transfer from one generation to anotherGenetic information expression in one generation(or individual)目录目录蛋白质生物合成的概念蛋白质生物合成的概念: :是指在多种因子辅助下，由是指在多种因子辅助下，由tRNAtRNA携带并转携带并转运相应氨基酸，识别运相应氨基酸，识别mRNAmRNA上的三联体

2、密码子，上的三联体密码子，在在核糖体核糖体上合成具有特定序列多肽链的过程。上合成具有特定序列多肽链的过程。 目录目录目录目录第一节第一节蛋白质生物合成体系蛋白质生物合成体系Protein biosynthesis system目录目录1.1.基本原料：基本原料：2020种编码氨基酸种编码氨基酸2.2.模板：模板：mRNAmRNA3.3.适配器：适配器：tRNAtRNA4.4.装配机：核蛋白体装配机：核蛋白体5.5.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-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6.6.能源物质：

3、能源物质：ATPATP、GTPGTP7.7.无机离子：无机离子：MgMg2+2+、 K K+ +蛋白质生物合成体系蛋白质生物合成体系: :目录目录一、一、mRNAmRNA是蛋白质合成的信息模板是蛋白质合成的信息模板nmRNAmRNA的基本结构的基本结构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 frame

4、, ORF)。(5-UTR)(3-UTR)目录目录n遗传密码遗传密码在在mRNAmRNA的开放阅读框架区，以每的开放阅读框架区，以每3 3个相邻的核个相邻的核苷酸为一组，代表一种氨基酸苷酸为一组，代表一种氨基酸( (或其他信息或其他信息) )，这，这种三联体形式的核苷酸序列称为密码子。种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)(initiation codon)：AUGAUG终止密码子终止密码子(termination codon) (termination codon) ：UAAUAA、UAGUAG、UGAUGA密码子（密码子（codonco

5、don）起始密码子和终止密码子：起始密码子和终止密码子：目录目录stop codontriplet目录目录mRNA structure in eukaryotesstop codontriplet目录目录遗遗传传密密码码表表目录目录n遗传密码的特点遗传密码的特点1. 1. 方向性方向性(directional)(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 5 33 ，即读码，即读码从从mRNAmRNA的起始密码子的起始密码子AUGAUG开始，按开始，按5 5 33 的方向逐的方向逐一阅读，直至终止密码子。一阅读，直至终止密码子。 NC肽链延伸方向肽链延伸方向

6、53读码方向读码方向目录目录2. 2. 连续性连续性(non-punctuated)(non-punctuated) 编码蛋白质氨基酸序列的各个三联体密码连续阅读，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既无间隔也无交叉。密码子及密码子的各碱基之间既无间隔也无交叉。 5 A U G A C G U U U G A G A A U 3 5 A U G A C G U U U G A G A A U 3目录目录缬缬 脯脯 苏苏 天冬天冬缬缬 丙丙 酪酪 甘甘缬缬 丙丙 丝丝 精精基因损伤引起基因损伤引起mRNAmRNA阅读框架内的碱阅读框架内的碱基发生插入或缺失，可

7、能导致框移突变基发生插入或缺失，可能导致框移突变（frameshift mutationframeshift mutation）。）。 目录目录3. 3. 简并性简并性(degeneracy)(degeneracy)一种氨基酸可具有一种氨基酸可具有2 2个或个或2 2个以上的密码子个以上的密码子为其编码。这一特性称为遗传密码的为其编码。这一特性称为遗传密码的简并性。简并性。除色氨酸和甲硫氨酸仅有除色氨酸和甲硫氨酸仅有1 1个密码子外，个密码子外，其余氨基酸有其余氨基酸有2 2、3 3、4 4个或多至个或多至6 6个三联体为其个三联体为其编码。为同一种氨基酸编码的各密码子称为编码。为同一种氨基酸

8、编码的各密码子称为简简并性密码子并性密码子，也称，也称同义密码子同义密码子 。目录目录各种氨基酸的密码子数目各种氨基酸的密码子数目目录目录4. 4. 摆动性摆动性(wobble)(wobble) 反密码子与密码子之间的配对有时并不反密码子与密码子之间的配对有时并不严格遵守常见的碱基配对规律，这种现象称严格遵守常见的碱基配对规律，这种现象称为摆动配对为摆动配对(wobble base pairing)(wobble base pairing)。 tRNA反密码子反密码子第第1位碱基位碱基IUGACmRNA密码子密码子第第3位碱基位碱基U, C, AA, GU, CUG反密码子与密码子的识别方式与

9、摆动配对反密码子与密码子的识别方式与摆动配对目录目录5. 5. 通用性通用性(universal)(universal)从简单的细菌到高等的人类，几乎使用同从简单的细菌到高等的人类，几乎使用同一套遗传密码，因此，遗传密码表中的这套一套遗传密码，因此，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物种，基本上适用于生物界的所有物种，具有具有通用性通用性。密码的通用性进一步证明各种生物进化自密码的通用性进一步证明各种生物进化自同一祖先。同一祖先。目录目录已发现少数例外，如动物细胞的线粒体、已发现少数例外，如动物细胞的线粒体、植物细胞的叶绿体。植物细胞的叶绿体。 通用密码通用密码 线

10、粒体密码线粒体密码AUA 异亮异亮 蛋、起始蛋、起始AGA 精精 终止终止AGG 精精 终止终止UGA 终止终止 色色目录目录二、氨基酰二、氨基酰-tRNA-tRNA通过其反密码子与通过其反密码子与mRNAmRNA中中对应的密码子互补结合对应的密码子互补结合 ntRNAtRNA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tRNAtRNA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tRNAtRNA，氨基酸结合在，氨基酸结合在tRNA 3tRNA 3 -CCA-CCA的位置，结合需要的位置，结合需要ATPATP供能；供能；充当充当“适配器适配器”：每种每

11、种tRNAtRNA的反密码子决定了所的反密码子决定了所携带的氨基酸能准确地在携带的氨基酸能准确地在mRNAmRNA上对号入座。上对号入座。目录目录二级结构二级结构三级结构三级结构ntRNA的构象的构象目录目录A specific amino acid is catalyzed to attach to 3-OH of CCA in 3 end of a tRNA by a specific aminoacyl tRNA synthetase.目录目录三、核糖体是肽链三、核糖体是肽链 “装配厂装配厂”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rRNArRNA和多种

12、蛋和多种蛋白质结合而成的一种大的核糖核蛋白颗粒，是白质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。蛋白质生物合成的场所。目录目录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S值值70S30S50S80S40S60SrRNA16S-rRNA5S-rRNA23S-rRNA18S-rRNA28S-rRNA5S-rRNA5.8S-rRNA蛋白蛋白质质rpS21种种rpL36种种rpS33种种rpL49种种 不同细胞核蛋白体的组成不同细胞核蛋白体的组成 核蛋白体蛋白质（核蛋白体蛋白质（ribosomal protein，r

13、p） 核核蛋蛋白白体体的的组组成成目录目录原核生物翻译过程中核蛋白体结构模式原核生物翻译过程中核蛋白体结构模式:氨基酰位氨基酰位（aminoacyl site，A 位）位）肽酰位肽酰位（peptidyl site，P 位）位）排出位（排出位（exit site，E 位）位）（真核生物没有）（真核生物没有）目录目录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 目录目录30S small ribosomal subunit in prokaryotesmRNA目录目录四、四、肽链生物合成需要酶类和肽链生物合成需要酶类和蛋白质因子蛋白质因子（一）重要的酶类 氨基酰氨基酰-tRNA-tRNA合

14、成酶：催化氨基酸的活化合成酶：催化氨基酸的活化 转肽酶：催化转肽酶：催化P P位的肽酰基转移至位的肽酰基转移至A A位位 转位酶：催化核糖体向转位酶：催化核糖体向mRNAmRNA的的3 3端移位端移位（二）蛋白质因子： 起始因子（起始因子（initiation factorinitiation factor，IFIF） 延长因子（延长因子（elongation factorelongation factor，EFEF） 释放因子（释放因子（releasing factorreleasing factor，RFRF）（三）能源物质及离子（三）能源物质及离子 ATPATP和和GTPGTP，无机离子

15、（，无机离子（Mg Mg 2+2+和和K K+ +） 目录目录原核生物肽链合成所需要的蛋白质因子及其功能原核生物肽链合成所需要的蛋白质因子及其功能种类种类生物学功能生物学功能起始因子起始因子IF-1IF-1占据核糖体占据核糖体A A位，防止位，防止A A位结合其他位结合其他tRNA tRNA IF-2IF-2促进促进fMet-tRNAfMet-tRNAfMetfMet与小亚基结合与小亚基结合 IF-3IF-3促进大、小亚基分离；提高促进大、小亚基分离；提高P P位对结合位对结合fMet-fMet-tRNAftRNAfMetMet的敏感性的敏感性 延长因子延长因子EF-TuEF-Tu促进氨基酰促

16、进氨基酰-tRNA-tRNA进入进入A A位，结合并分解位，结合并分解GTPGTPEF-TsEF-TsEF-TuEF-Tu的的调节亚基调节亚基EF-GEF-G有转位酶活性，促进有转位酶活性，促进mRNA-mRNA-肽酰肽酰-tRNA-tRNA由由A A位移至位移至P P位；促进位；促进tRNAtRNA卸载与释放卸载与释放 释放因子释放因子RF-1RF-1特异识别特异识别UAAUAA、UAGUAG，诱导转肽酶转变为酯酶，诱导转肽酶转变为酯酶RF-2RF-2特异识别特异识别UAAUAA、UGAUGA，诱导转肽酶转变为酯酶，诱导转肽酶转变为酯酶RF-3RF-3具有具有GTPGTP酶活性，介导酶活性，

17、介导RF-1RF-1及及RF-2RF-2与核糖体的相互与核糖体的相互作用作用种类种类生物学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与小亚基结合与小亚基结合 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，

18、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mRNA扫描定位起始扫描定位起始AUGeIF-4EeIF-4F复合物成分，识别结合复合物成分，识别结合mRNA 的的5 帽结构帽结构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促进各种起始因子从小亚基解离eIF-6促进大、小亚基分离促进大、小亚基分离延长因子延长因子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-

19、2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，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的功能的功能真核生物肽链合成所需要的蛋白质因子及其功能真核生物肽链合成所需要的蛋白质因子及其功能目录目录第二节第二节氨基酸与氨基酸与tRNAtRNA的连接的连接（氨基酸的活化）（氨基酸的活化） 氨基酸与特异的氨基酸与特异的tRNAtRNA结合形成氨基酰结合形成氨基酰-tRNA-tRNA的过的过程称为氨基酸的活化。程称为氨基酸的活化。参与氨基酸的

20、活化的酶：参与氨基酸的活化的酶：氨基酰氨基酰-tRNA-tRNA合成酶。合成酶。目录目录n反应过程反应过程一、一、氨基酰氨基酰-tRNA-tRNA合成酶合成酶识别特定氨识别特定氨基酸和基酸和tRNAtRNA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 氨基酸与氨基酸与tRNAtRNA连接的专一性由氨基酰连接的专一性由氨基酰tRNAtRNA合成酶保证。合成酶保证。氨基酰氨基酰tRNAtRNA合成酶具有高度专一性，合成酶具有高度专一性，既能识别特异的氨基既能识别特异的氨基酸，又能辨认应该结合该种氨基酸的酸，又能辨认应该结合该种氨基酸的tR

21、NAtRNA分子。分子。 目录目录氨基酸氨基酸 ATP-E 氨基酰氨基酰-AMP-E PPi 第一步反应第一步反应酐键酐键目录目录 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酯键酯键（活化的（活化的AA）目录目录 tRNAtRNA与酶结合的模型与酶结合的模型氨基酰氨基酰tRNA合成酶合成酶ATP目录目录l氨 基 酰氨 基 酰 t R N At R N A 合 成 酶 还 有合 成 酶 还 有 校 对 活 性校 对 活 性（proofreading activityproofreading activity），），能将错误结能将错误结合的氨基酸水解释

22、放，合的氨基酸水解释放，l即将任何错误的氨基酰即将任何错误的氨基酰-AMP-E-AMP-E复合物或氨基复合物或氨基酰酰-tRNA-tRNA的酯键水解，再换上与密码子相对应的酯键水解，再换上与密码子相对应的氨基酸，保证氨基酸和的氨基酸，保证氨基酸和tRNAtRNA结合反应的误结合反应的误差小于差小于1010-4-4。 氨基酰氨基酰tRNAtRNA合成酶特性合成酶特性目录目录n氨基酰氨基酰-tRNA-tRNA的表示方法的表示方法丙氨酰丙氨酰-tRNA-tRNA：AlaAla- -tRNAtRNAAlaAla精氨酰精氨酰-tRNA-tRNA：ArgArg- -tRNAtRNAArgArg甲硫氨酰甲硫

23、氨酰-tRNA-tRNA： MetMet- -tRNAtRNAMetMet各种氨基酸和对应的各种氨基酸和对应的tRNAtRNA结合后形成的结合后形成的氨基酰氨基酰-tRNA-tRNA表示为：表示为：氨基酸的氨基酸的三字母缩写三字母缩写-tRNA-tRNA氨基酸的三字母缩写氨基酸的三字母缩写 例如：例如：目录目录 氨基酸的氨基酸的活化形式活化形式 氨基酰氨基酰tRNAtRNA氨基酸的氨基酸的活化部位活化部位 羧基羧基连接方式连接方式 酯键酯键活化耗能活化耗能 2 2个个PP目录目录二、肽链合成的起始需要特殊的二、肽链合成的起始需要特殊的起始氨基酰起始氨基酰-tRNA-tRNAtRNAitRNAi

24、MetMet与甲硫氨酸结合后形成与甲硫氨酸结合后形成Met-Met-tRNAitRNAiMetMet，可以在，可以在mRNAmRNA的起始密码子的起始密码子AUGAUG处就位。处就位。tRNAtRNAM e tM e t和甲硫氨酸结合后生成和甲硫氨酸结合后生成Met-Met-tRNAtRNAMetMet，为延长中的肽链添加甲硫氨酸。，为延长中的肽链添加甲硫氨酸。 起始氨基酰起始氨基酰-tRNA:-tRNA: Met-tRNA Met-tRNAi iMetMet 参与肽链延长的甲硫氨酰参与肽链延长的甲硫氨酰-tRNA-tRNA：Met-tRNAMet-tRNAMetMetn真核生物真核生物目录目

25、录具有起始功能的具有起始功能的tRNAtRNAfMetfMet与甲硫氨酸结合后，与甲硫氨酸结合后，甲硫氨酸很快被甲酰化形成甲硫氨酸很快被甲酰化形成N-N-甲酰甲硫氨酰甲酰甲硫氨酰- -tRNA (fMet-tRNAtRNA (fMet-tRNAfMetfMet) )，可以在可以在mRNAmRNA的起始密码的起始密码子子AUGAUG处就位。处就位。 n原核生物原核生物起始氨基酰起始氨基酰-tRNA:-tRNA: fMet-tRNAfMet-tRNAfMetfMet 目录目录fMet-tRNAfMet-tRNAfMetfMet的生成的生成是利用是利用一碳单位一碳单位转移转移生成的。反应由生成的。反

26、应由转甲酰基酶转甲酰基酶催化，甲酰基从催化，甲酰基从N N1010- -甲酰四氢叶酸甲酰四氢叶酸转移到甲硫氨酸的转移到甲硫氨酸的-氨基氨基上上。 目录目录第三节第三节肽链的生物合成过程肽链的生物合成过程The biosynthesis process of peptide chain目录目录翻译的起始翻译的起始（Initiation）翻译的延长翻译的延长（elongation）翻译的终止翻译的终止（termination）整个翻译过程可分为整个翻译过程可分为 ：翻译过程从阅读框架的翻译过程从阅读框架的5 5-AUG-AUG开始，开始，按按mRNAmRNA模板三联体密码的顺序延长肽链（从模板三联

27、体密码的顺序延长肽链（从N N端向端向C C端延长），直至终止密码出现。端延长），直至终止密码出现。 目录目录起始因子起始因子生物功能生物功能原核原核生物生物IF-1IF-1占据占据A位位防止结合其他防止结合其他tRNAtRNAIF-2IF-2促进起始促进起始 fMet-tRNAtRNAfMetfMet与小亚基结合与小亚基结合IF-3IF-3促进大小亚基分离促进大小亚基分离，提高，提高P位对结合起始位对结合起始tRNAtRNA敏感性敏感性真核真核生物生物eIF-1eIF-1eIF-2eIF-2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促进起始促进起始Met-tRNAtRNAM

28、etMet与小亚基结合与小亚基结合eIF-2BeIF-2BeIF-3eIF-3最先结合小亚基促进大小亚基分离最先结合小亚基促进大小亚基分离eIF-4AeIF-4AeIF-4FeIF-4F复合物复合物( (帽子结合蛋白复合物帽子结合蛋白复合物) )成分，成分，有解螺旋酶活有解螺旋酶活性，促进性，促进mRNAmRNA结合小亚基结合小亚基eIF-4BeIF-4B结合结合mRNAmRNA，促进促进mRNAmRNA扫描定位起始扫描定位起始AUGAUGeIF-4EeIF-4EeIF-4FeIF-4F复合物成分，复合物成分，结合结合mRNAmRNA5帽子帽子eIF-4GeIF-4GeIF-4FeIF-4F复

29、合物成分，复合物成分，结合结合eIF-4EeIF-4E和和PABPABeIF-5eIF-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-6eIF-6促进核蛋白体分离成大小亚基促进核蛋白体分离成大小亚基原核、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 目录目录（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 指指mRNAmRNA和和起始氨基酰起始氨基酰-tRNA-tRNA分别与分别与核糖体核糖体结合而形成翻译起始复合物的过程。结合而形成翻译起始复合物的过程。1. 1. 核糖体大小亚基分离；核糖体大小亚基

30、分离；2. 2. 核糖体小亚基结合于核糖体小亚基结合于mRNAmRNA的起始密码子附近；的起始密码子附近；3. fMet-tRNA3. fMet-tRNAfMetfMet结合在核糖体结合在核糖体P P位位 ； 4. 4. 核糖体大亚基结合形成起始复合物。核糖体大亚基结合形成起始复合物。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目录目录（a a）起始复合物的装配过程）起始复合物的装配过程EEEE目录目录IF-3IF-11.1.核糖体大小亚基分离核糖体大小亚基分离目录目录A U G53IF-3IF-12. 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

31、起始密码子附近 目录目录n原核生物原核生物mRNAmRNA在核糖体小亚基上的准确定位和结在核糖体小亚基上的准确定位和结合涉及两种机制：合涉及两种机制：在各种在各种mRNAmRNA起始起始AUGAUG上游约上游约8 81313核苷酸部位，核苷酸部位，存在一段由存在一段由4 49 9个核苷酸个核苷酸组成的一致序列，富组成的一致序列，富含嘌呤碱基，如含嘌呤碱基，如-AGGAGG-AGGAGG-，称为，称为S-DS-D序列序列，又称，又称核糖体结合位点核糖体结合位点(ribosomal binding site, (ribosomal binding site, RBSRBS),),可被核糖体小亚基可

32、被核糖体小亚基16SrRNA16SrRNA识别并结合。识别并结合。mRNAmRNA上邻近上邻近RBSRBS下游，还有一段短核苷酸序列，下游，还有一段短核苷酸序列，可被小亚基蛋白可被小亚基蛋白rpS-1rpS-1识别并结合。识别并结合。通过上述通过上述RNA-RNARNA-RNA、RNA-RNA-蛋白质相互作用蛋白质相互作用，小亚，小亚基可以准确定位基可以准确定位mRNAmRNA上的起始上的起始AUGAUG。目录目录S-D序列序列小亚基中的小亚基中的16S-rRNA 316S-rRNA 3 - -端有一富含嘧啶碱基端有一富含嘧啶碱基的短序列，如的短序列，如-UCCUCC-UCCUCC-，通过与，

33、通过与S-DS-D序列碱基序列碱基互补而使互补而使mRNAmRNA与小亚基结合。与小亚基结合。rPS-1目录目录目录目录目录目录目录目录3. fMet-tRNAfMet结合在核糖体结合在核糖体P位位IF-1IF-1目录目录IF-3IF-1IF-2GTPA U G53目录目录4.4.核糖体大亚基结合形成起始复合物核糖体大亚基结合形成起始复合物IF-1IF-1目录目录IF-3IF-1IF-2GTPGDPPiA U G53目录目录IF-3IF-1A U G53IF-2GTPIF-2-GTPGDPPi起始复合物形成过程：起始复合物形成过程：目录目录（二）真核生物翻译起始复合物的形成（二）真核生物翻译起

34、始复合物的形成1. 1. 核糖体大小亚基分离；核糖体大小亚基分离；2. Met-tRNAi2. Met-tRNAiMetMet定位结合于小亚基定位结合于小亚基P P位；位； 3. mRNA3. mRNA与核糖体小亚基定位结合；与核糖体小亚基定位结合；4. 4. 核糖体大亚基结合。核糖体大亚基结合。目录目录真核生物翻译起始复合物的装配真核生物翻译起始复合物的装配 iB目录目录目录目录目录目录(1) eukaryotic initiation factor 2 (eIF2)GTPMet-tRNAMeti ternary complex formation.(2) formation of a 43

35、S preinitiation complex comprising a 40S subunit, eIF1, eIF1A, eIF3, eIF2GTPMet-tRNAMeti and probably eIF5.(3) mRNA activation, during which the mRNA cap-proximal region is unwound in an ATP-dependent manner by eIF4A with eIF4B.(4) attachment of the 43S complex to this mRNA region.(5) scanning of th

36、e 5 UTR in a 5 to 3 direction by 43S complexes.目录目录(6) recognition of the initiation codon and 48S initiation complex formation, displacement of eIF1 to allow eIF5-mediated hydrolysis of eIF2-bound GTP and Pi release.(7) joining of 60S subunits to 48S complexes and concomitant displacement of eIF2GD

37、P and other factors (eIF1, eIF3, eIF4B, eIF4F and eIF5) mediated by eIF5B. (8) and GTP hydrolysis by eIF5B and release of eIF1A and GDP-bound eIF5B from assembled elongation-competent 80S ribosomes.目录目录真核生物核糖体与真核生物核糖体与mRNAmRNA准确准确结合的机制结合的机制：帽结合蛋白复合物（帽结合蛋白复合物（eIF-4FeIF-4F复合物）复合物）的特殊作用的特殊作用：包括：包括eIF-4

38、EeIF-4E、 eIF-4GeIF-4G、 eIF-4AeIF-4A等组分。等组分。核糖体中的核糖体中的rRNArRNA和蛋白质和蛋白质参与起始密码子周围序参与起始密码子周围序列的识别。例如，真核生物起始密码子附近的共列的识别。例如，真核生物起始密码子附近的共有序列有序列CCRCCAUGG(RCCRCCAUGG(R为为A A或或G)G)，为，为18S rRNA18S rRNA提供识提供识别和结合位点。别和结合位点。目录目录 翻译起始复合物形成后，核糖体从翻译起始复合物形成后，核糖体从mRNAmRNA的的5 5 端向端向3 3 端移动，依据密码子顺序，端移动，依据密码子顺序，从从N N端开始向

39、端开始向C C端合成端合成多肽链多肽链。 肽链延长在核糖体上连续、循环式进行，又称为肽链延长在核糖体上连续、循环式进行，又称为核糖体循环核糖体循环(ribosomal cycle)(ribosomal cycle)，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。 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) 目录目录肽链

40、合成的延长因子肽链合成的延长因子 原核延长原核延长因子因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，位，结结合并分解合并分解GTPEF1-EF-Ts调节亚基调节亚基 EF1-EFG有转位酶活性有转位酶活性，促进，促进mRNA-mRNA-肽酰肽酰-tRNA由由A位位前移到前移到P P位，促进位，促进tRNA卸载与卸载与释放释放EF-2目录目录1. 1. 进位进位（positioning/entrance）又称又称注册注册(registration)(registration)， 是指一个氨基是指一个氨基酰酰-tRNA-tRNA按照按照m

41、RNAmRNA模板的模板的指令进入并结合到核糖指令进入并结合到核糖体体A A位的过程。位的过程。目录目录延长因子延长因子EF-TEF-T催化进位（原催化进位（原核生物）核生物）目录目录TuTsGTPGDPA U G53TuTs目录目录2.2.成肽成肽(peptide bond formation)(peptide bond formation) 成肽是指成肽是指肽基转移酶肽基转移酶/ /转肽酶转肽酶 （核糖体上的（核糖体上的RNARNA）催化两个氨基酸间肽键形成的反应（在催化两个氨基酸间肽键形成的反应（在A A位进行）。位进行）。 延长因子延长因子EF-GEF-G有转位酶（有转位酶（trans

42、locasetranslocase）活活性，可结合并水解性，可结合并水解1 1分子分子GTPGTP，促进核蛋白体向，促进核蛋白体向mRNAmRNA的的33侧移动侧移动 。fMetA U G53fMetTuGTP目录目录转位指的是核糖体沿着转位指的是核糖体沿着mRNAmRNA的移位。的移位。转位的结果是：转位的结果是： 空载的空载的tRNAtRNA从从P P位移到位移到E E位位（原核）；（原核）； 位于位于A A位的合成中的肽酰位的合成中的肽酰-tRNA-tRNA转到了转到了P P位位上；上； A A位位得以空出，且准确定位在得以空出，且准确定位在mRNAmRNA的下一的下一个密码子，以接受一

43、个新的对应的氨基酰个密码子，以接受一个新的对应的氨基酰tRNAtRNA进进位。位。 目录目录进进位位转转位位成肽成肽目录目录真核生物肽链合成的延长过程与原核基真核生物肽链合成的延长过程与原核基本相似，但有不同的反应体系和延长因子本相似，但有不同的反应体系和延长因子。另外，真核细胞核蛋白体没有。另外，真核细胞核蛋白体没有E E位，转位位，转位时卸载的时卸载的tRNAtRNA直接从直接从P P位脱落。位脱落。目录目录真真核核生生物物肽肽链链延延长长过过程程目录目录肽链上每增加一个氨基酸残基，就需要经肽链上每增加一个氨基酸残基，就需要经过一次过一次进位、成肽和转位进位、成肽和转位反应。如此往复，直反

44、应。如此往复，直到核糖体的到核糖体的A A位对应到了位对应到了mRNAmRNA的终止密码子。的终止密码子。终止密码子终止密码子不被任何氨基酰不被任何氨基酰-tRNA-tRNA识别，识别，只有只有释放因子释放因子RFRF能识别终止密码子而进入能识别终止密码子而进入A A位，位，这一识别过程需要水解这一识别过程需要水解GTPGTP。 三、终止密码子和释放因子导致肽链三、终止密码子和释放因子导致肽链合成停止合成停止目录目录 原核生物有原核生物有3 3种种RFRF RF1RF1识别识别UAAUAA或或UAGUAG， RF2RF2识别识别UAAUAA或或UGAUGA， RF3RF3则与则与GTPGTP结

45、合结合并使其水解，协助并使其水解，协助RF1RF1与与RF2RF2与核与核糖体结合。糖体结合。 真核生物仅有一种释放因子，真核生物仅有一种释放因子， 3 3种终止密码子均可被种终止密码子均可被eRFeRF识别。识别。 释放因子的功能：一是识别终止密码；二是诱释放因子的功能：一是识别终止密码；二是诱导导转肽酶转肽酶改变为改变为酯酶酯酶活性，活性，水解水解肽链与肽链与tRNAtRNA上的酯上的酯键，使肽链从核蛋白体上释放。键，使肽链从核蛋白体上释放。 原原核核肽肽链链合合成成终终止止过过程程 U A G53RFCOO-使蛋白质合成使蛋白质合成高速、高效进行。高速、高效进行。名词名词目录目录电镜下的

46、多聚核糖体电镜下的多聚核糖体 原核生物蛋白质合成的能量计算氨基酸活化：2个PATP起始： 1个GTP延长： 2个GTP （进位和转位） 终止： 1个 GTP结论：每合成一个肽键至少消耗4个P。原核生物和真核生物肽链合成过程的主要差别：原核生物和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 mRNA 一条一条mRNAmRNA编码几种蛋白质编码几种蛋白质 一条一条mRNAmRNA编码一种蛋白质编码一种蛋白质 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、翻译同时进行转录、翻译同时进行 转录在核内，加工在胞质转录在核内，加工在胞

47、质核糖体核糖体 30S + 50S 70S 30S + 50S 70S 40S + 60S 80S40S + 60S 80S起始阶段起始阶段 fMet-tRNAfMet-tRNAfMet fMet Met-tRNAiMet 先结合先结合mRNA 先结合先结合Met-tRNAiMet SD序列与序列与rRNA结合结合 mRNA帽子与帽子与CBP复合物结合复合物结合 3种种IF参与复合物形成参与复合物形成 至少至少10种种eIF参与复合物形成参与复合物形成延长阶段延长阶段 EF-Tu, EF-Ts, EF-G eEF-1, eEF-1, eEF-2终止阶段终止阶段 RF-1, RF-2, RF-3

48、 释放因子为释放因子为eRF目录目录DNA： 3，TACTATCACAAAAAC5，端（模板链）端（模板链） 5，ATGATAGTGTTTTTG3，端（编码链）端（编码链） 转录转录mRNA：5，AUGAUAGUGUUUUUG3，端端 mRNA合成方向合成方向 mRNA解读方向解读方向 翻译翻译 MetIleValPheLeu N C端端 蛋白质合成的方向蛋白质合成的方向 目录目录Peptide bond目录目录Backbone or main-chainSide-chain COO- CH2 CH2NH3+CH2CH2CH2Primary structure: the sequence of

49、 amino acids in protein NH2-Thr-Glu-Phe-Lys-Ile-Trp-Ser-Ala-Gly-Met-COOH目录目录目录目录目录目录第四节第四节肽链生物合成后的加工和肽链生物合成后的加工和靶向输送靶向输送目录目录 翻译后加工翻译后加工(post-translational processing)(post-translational processing)： 成为成为具有天然构象的功能蛋白质具有天然构象的功能蛋白质。 蛋白质的靶向输送（蛋白质的靶向输送（protein targetingprotein targeting）或蛋）或蛋白质分选（白质分选（pro

50、tein sortingprotein sorting）： 使蛋白质合成后被定向输送到其发挥作用部使蛋白质合成后被定向输送到其发挥作用部位的过程。位的过程。目录目录一、肽链折叠为功能构象需要分子伴侣一、肽链折叠为功能构象需要分子伴侣 细胞中大多数天然蛋白质折叠都不是自发完成的，其细胞中大多数天然蛋白质折叠都不是自发完成的，其折折叠过程需要其他酶或蛋白质的辅助叠过程需要其他酶或蛋白质的辅助。 几种有促进蛋白折叠功能的大分子几种有促进蛋白折叠功能的大分子: : 1. 1.分子伴侣（分子伴侣（molecular chaperonmolecular chaperon） 2. 2.蛋白质二硫键异构酶蛋白

51、质二硫键异构酶 （protein disulfide isomeraseprotein disulfide isomerase，PDIPDI） 3. 3.肽肽- -脯氨酰顺反异构酶脯氨酰顺反异构酶 （peptide prolyl cis-trans isomerasepeptide prolyl cis-trans isomerase，PPIPPI）目录目录分子伴侣分子伴侣是细胞内一类保守蛋白质，可识是细胞内一类保守蛋白质，可识别肽链的非天然构象，促进各功能域和整体蛋白别肽链的非天然构象，促进各功能域和整体蛋白质的正确折叠，如热激蛋白、伴侣蛋白质的正确折叠，如热激蛋白、伴侣蛋白。细胞内分子伴侣

52、可分为两大类细胞内分子伴侣可分为两大类 一类为核糖体结合性分子伴侣，包括触发一类为核糖体结合性分子伴侣，包括触发因子和新生链相关复合物；因子和新生链相关复合物； 另一类为非核糖体结合性分子伴侣，包括另一类为非核糖体结合性分子伴侣，包括热激蛋白、伴侣蛋白热激蛋白、伴侣蛋白等。等。 名词名词目录目录分子伴侣的主要作用是：分子伴侣的主要作用是： 封闭待折叠肽链暴露的疏水区段；封闭待折叠肽链暴露的疏水区段； 创建一个隔离的环境，可以使肽链的折叠互不干创建一个隔离的环境，可以使肽链的折叠互不干扰；扰； 促进肽链折叠和去聚集；促进肽链折叠和去聚集； 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

53、折叠的蛋白质去折叠。 目录目录它有两个主要功能域：一个是存在于它有两个主要功能域：一个是存在于N-N-端的高端的高度保守的度保守的ATPATP酶结构域，能结合和水解酶结构域，能结合和水解ATPATP；另；另一个是存在于一个是存在于C-C-端的肽链结合结构域。蛋白质端的肽链结合结构域。蛋白质的折叠需要这两个结构域的相互作用。的折叠需要这两个结构域的相互作用。 大肠杆菌的大肠杆菌的HSP70 (DnaK)HSP70 (DnaK)ATP酶肽链结合结构域H2NEEVD-COOHGrp E结合部位结合部位DnaJ/HSP40结合部位结合部位1.1.热激蛋白热激蛋白(heat shock protein,

54、 HSP)(heat shock protein, HSP)包括包括HSP70HSP70、HSP40HSP40和和GrpEGrpE三族。三族。目录目录HSP70 辅助肽链折叠辅助肽链折叠 ATPATPATP目录目录 大肠杆菌的大肠杆菌的HSP40 (Dna J)HSP40 (Dna J)可激活可激活Dna KDna K中的中的ATPATP酶酶，生成，生成稳定的稳定的Dna J-Dna K-ADP-Dna J-Dna K-ADP-被折叠蛋白质复合物。在被折叠蛋白质复合物。在ATPATP存存在的情况下，在的情况下，Dna JDna J和和Dna KDna K的相互作用能抑制蛋白质的的相互作用能抑制

55、蛋白质的聚集。聚集。 Grp EGrp E，核苷酸交换因子核苷酸交换因子，与，与Dna KDna K的的ATPATP酶结构域结合，酶结构域结合，使使Dna KDna K的构象发生改变、的构象发生改变、ADPADP从复合物中释放出来并由从复合物中释放出来并由ATPATP代替代替ADPADP，从而控制，从而控制Dna KDna K的的ATPATP酶活性。酶活性。在蛋白质的折叠过程中，在蛋白质的折叠过程中，HSP70HSP70还需还需2 2个辅助因子个辅助因子HSP40HSP40和和Grp EGrp E。目录目录 伴侣蛋白（伴侣蛋白（chaperoninchaperonin）是分子伴侣的另一家）是分

56、子伴侣的另一家族，如大肠杆菌的族，如大肠杆菌的Gro ELGro EL和和Gro ESGro ES（真核细胞（真核细胞中同源物为中同源物为HSP60HSP60和和HSP10HSP10）等家族。）等家族。 其主要作用是为非自发性折叠蛋白质其主要作用是为非自发性折叠蛋白质提供能折提供能折叠成天然空间构象的微环境叠成天然空间构象的微环境。 2. 2. 伴侣蛋白伴侣蛋白Gro ELGro EL和和Gro ESGro ES 目录目录当待折叠肽链进入当待折叠肽链进入Gro ELGro EL的桶状空腔后，的桶状空腔后，Gro Gro ESES可作为可作为“盖子盖子”瞬时封闭瞬时封闭Gro ELGro EL空

57、腔出口。封闭空腔出口。封闭后的桶状空腔提供了能完成该肽链折叠的微环境。后的桶状空腔提供了能完成该肽链折叠的微环境。nGro EL-Gro ES复合物复合物Gro EL目录目录目录目录n二硫键异构酶：二硫键异构酶： 二硫键异构酶二硫键异构酶在内质网腔活性很高，可在较大在内质网腔活性很高，可在较大区段肽链中区段肽链中催化错配二硫键断裂催化错配二硫键断裂并并形成正确二硫键形成正确二硫键，最终使蛋白质形成热力学最稳定的天然构象。最终使蛋白质形成热力学最稳定的天然构象。n肽酰肽酰- -脯氨酰顺反异构酶：脯氨酰顺反异构酶： 多肽链中多肽链中肽酰肽酰- -脯氨酸脯氨酸间形成的肽键有顺反两间形成的肽键有顺反两

58、种异构体，空间构象有明显差别。肽酰种异构体，空间构象有明显差别。肽酰- -脯氨酰顺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。反异构酶可促进上述顺反两种异构体之间的转换。目录目录Protein disulfide isomerase, PDI（蛋白二硫键异构酶）（蛋白二硫键异构酶）目录目录peptide prolyl cis-trans isomerase,PPI（肽（肽-脯氨酰顺反异构酶）脯氨酰顺反异构酶）Peptidyl-prolyl isomerisation. 目录目录二、肽链的二、肽链的肽键水解肽键水解生成活性蛋白生成活性蛋白质或功能肽质或功能肽（一）合成后肽链的（一）合成后

59、肽链的末端被水解末端被水解加工加工 新生肽链的新生肽链的N N端的甲硫氨酸残基端的甲硫氨酸残基，在肽链离开核，在肽链离开核糖体后，大部分即由特异的蛋白水解酶切除。糖体后，大部分即由特异的蛋白水解酶切除。 分泌性蛋白和跨膜蛋白分泌性蛋白和跨膜蛋白N-N-端的信号肽的切除端的信号肽的切除。 C-C-端的氨基酸残基端的氨基酸残基也可被酶切除。也可被酶切除。目录目录目录目录目录目录例：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（二）（二）肽链中肽键水解肽链中肽键水解产生多种功能肽产生多种功能肽 目录目录三、三、肽链中氨基酸残基的化学修饰增加肽链中氨基酸残基的化学修饰增加蛋白质

60、功能多样性蛋白质功能多样性常见的化学修饰种类常见的化学修饰种类 发生修饰的主要氨基酸残基发生修饰的主要氨基酸残基磷酸化磷酸化丝氨酸、苏氨酸、酪氨酸丝氨酸、苏氨酸、酪氨酸N N- -糖基化糖基化天冬酰胺天冬酰胺O O- -糖基化糖基化丝氨酸、苏氨酸丝氨酸、苏氨酸羟基化羟基化脯氨酸脯氨酸 赖氨酸赖氨酸甲基化甲基化赖氨酸、精氨酸、组氨酸、天冬酰赖氨酸、精氨酸、组氨酸、天冬酰胺、天冬氨酸、谷氨酸胺、天冬氨酸、谷氨酸乙酰化乙酰化赖氨酸、丝氨酸赖氨酸、丝氨酸硒化硒化半胱氨酸半胱氨酸目录目录目录目录目录目录四、亚基聚合形成功能性蛋白质复合物四、亚基聚合形成功能性蛋白质复合物（一）通过非共价键（一）通过非共价