生化17蛋白质的生物合成

1、第三篇第三篇 基因信息的传递基因信息的传递中心法则：中心法则：PPPmG -5 -3 原核细胞中数个结构基因常串联为一个转录原核细胞中数个结构基因常串联为一个转录单位，转录生成的单位，转录生成的mRNA可编码几种功能相可编码几种功能相关的蛋白质，为关的蛋白质，为多顺反子多顺反子(polycistron) 。 真核真核mRNA只编码一种蛋白质，为只编码一种蛋白质，为单顺反子单顺反子(single cistron) 。原核生物的多顺反子原核生物的多顺反子真核生物的单顺反子真核生物的单顺反子非编码序列非编码序列核糖体结合位点核糖体结合位点起始密码子起始密码子终止密码子终止密码子编码序列编码序列PPP

2、5 -3 蛋白质蛋白质PPPmG -5 -3 蛋白质蛋白质起始密码起始密码(initiation codon): AUG 终止密码终止密码(termination codon): UAA，UAG，UGA mRNA 氨基酸氨基酸碱基种类碱基种类 密码子种类密码子种类 4 64 （43） A U CU反密码环反密码环氨基酸臂氨基酸臂氨基酸氨基酸 + 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氨基酸 ATP 氨基酰氨基酰-AMP AMP PPiE E氨基酰氨基酰-AMP tRNA 氨基酰氨基酰-tRNA AMPu氨基酰氨基酰-tRNA合成酶：合成酶：

3、具有校正的活性具有校正的活性每一种氨基酸都有专一的酶每一种氨基酸都有专一的酶保证了蛋白质合成的准确性保证了蛋白质合成的准确性Met-tRNAifMetfMet-tRNAifMet转甲酰基酶N10-CHO FH4密码子与反密码子间的识别主要由密码子与反密码子间的识别主要由tRNA决定而与氨基酸无关。决定而与氨基酸无关。氨基酸与氨基酸与tRNA连接的准确性是正确合成蛋白质的关键步骤。连接的准确性是正确合成蛋白质的关键步骤。起始复合物的形成过程起始复合物的形成过程（1）核糖体亚基的拆离：）核糖体亚基的拆离：IF稳定大、小亚基的分离稳定大、小亚基的分离（2）mRNA与与30S小亚基结合：小亚基结合：S

4、-D序列（序列（RBS）（3） fMet-tRNAifMet的结合：的结合：IF 2-GTP；起始密码；起始密码（4）50S大亚基的结合：大亚基的结合： IF- 2的的GTP水解，水解，IF释放释放IF-3IF-1A U G53IF-3IF-1S-D序列（序列（-AGGAGG-） 和和 rpS辨认序列辨认序列IF-3IF-1IF-2GTPA U G53IF-3IF-1IF-2GTPGDPPiA U G53IF-3IF-1A U G53IF-2GTPIF-2-GTPGDPPi 肽链延长在核糖体上连续性循环式进行，又称肽链延长在核糖体上连续性循环式进行，又称为为核糖体循环核糖体循环(ribosom

5、al cycle)，每次循环增，每次循环增加一个氨基酸，包括以下三步：加一个氨基酸，包括以下三步： 进位进位(entrance) 成肽成肽(peptide bond formation) 转位转位(translocation)原核延长因原核延长因子子生物功能生物功能对应真核延对应真核延长因子长因子EF-Tu促进氨基酰促进氨基酰-tRNA进入进入A位，结位，结合分解合分解GTPeEF-1-EF-TsEF-Tu的调节亚基的调节亚基eEF-1-EF-G有转位酶活性，促进有转位酶活性，促进mRNA-肽肽酰酰-tRNA由由A位前移到位前移到P位，促位，促进进tRNA卸载与释放卸载与释放eEF-2是由是由

6、转肽酶转肽酶(transpeptidase)催化的肽键催化的肽键形成过程。形成过程。 当当mRNA上上终止密码终止密码出现后，多肽链合成停出现后，多肽链合成停止，肽链从肽酰止，肽链从肽酰-tRNA中释出，中释出，mRNA、核、核糖体等分离，这些过程称为肽链合成终止。糖体等分离，这些过程称为肽链合成终止。释放因子释放因子 (release factor, RF)U A G53RFCOO-使蛋白质合成高速、高效进行使蛋白质合成高速、高效进行电镜下的多聚核糖体现象电镜下的多聚核糖体现象mRNA eIF-6 GDP+PielF-5ATPADP+PielF4E, elF4G, elF4A, elF4B,

7、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-elF-2 -GTP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 B(Kozak共有序列共有序列-CCRCCAUGG-)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，另外，真核细胞核蛋白体没有真核细胞核蛋白体没有E E位位，转，转位时卸载的位时卸载的tRNAtRNA直接从直接从P P位脱落。位脱落。真核生物肽链延长过程真核生物肽链延长过程参与参与原核生物翻原核生物翻译译的各的各种种蛋白蛋白

8、质质因子及其生物因子及其生物学学功能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-1占据核糖体占据核糖体A位，防止位，防止A位结合其他位结合其他tRNA IF-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的敏感性的敏感性 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-TsEF-Tu的的调节亚基调节亚基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；促进位；促进tR

9、NA卸载与释放卸载与释放 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具有具有GTP酶活性，介导酶活性，介导RF-1及及RF-2与核糖体的相与核糖体的相互作用互作用参与真参与真核生物翻核生物翻译译的各的各种种蛋白蛋白质质因子及其生物因子及其生物学学功能功能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

10、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，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eI

11、F-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eIF1-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-TueIF1-调节亚基，相当于调节亚基，相当于EF-TseIF-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的功能的功能主要包括：

12、第三节第三节 肽链合成后加工和输送肽链合成后加工和输送Posttranslational Processing & Protein Transportation分子伴侣分子伴侣是细胞一类保守蛋白质，可识别肽链的非是细胞一类保守蛋白质，可识别肽链的非天然构象，促进各功能域和整体蛋白质的正确天然构象，促进各功能域和整体蛋白质的正确折叠。折叠。 1. 热休克蛋白热休克蛋白(heat shock protein, HSP) HSP70、HSP40和和GreE族族 2. 伴侣素伴侣素(chaperonins) GroEL和和GroES家族家族大大肠肠杆菌的杆菌的HSP70 (DnaK)ATPAT

13、P酶肽链结合结构域H H2 2N NEEVD-COOHEEVD-COOHGrp EGrp E结合部位结合部位DnaJ/HSP40DnaJ/HSP40结合部位结合部位热休克蛋白促进蛋白质折叠的基本作用热休克蛋白促进蛋白质折叠的基本作用结合保护待折叠多肽片段，再释放该片段进行折叠。结合保护待折叠多肽片段，再释放该片段进行折叠。形成形成HSP70和多肽片段依次结合、解离的循环。和多肽片段依次结合、解离的循环。 HSP40结合待结合待折叠多肽片段折叠多肽片段 HSP70-ATP复合物复合物 HSP40- HSP70-ADP-多肽复合物多肽复合物 ATP水解水解GrpE ATPADP复合物解离，释出多肽

14、链片段进行正确折叠复合物解离，释出多肽链片段进行正确折叠 HSP70 辅助肽链折叠辅助肽链折叠 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。闭后的桶状空腔提供了能完成该肽链折叠的微环境。nGro EL-Gro ES复复合物合物伴侣素伴侣素GroEL/GroES系统促进蛋白质折叠过程系统促进蛋白质折叠过程 伴侣蛋白的主要作用伴侣蛋白的主要作用为非自发性折叠蛋白质提供能折叠形成天然空间构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

15、境象的微环境。 蛋白二硫键异构酶蛋白二硫键异构酶 多肽链内或肽链之间二硫键的正确形成对稳多肽链内或肽链之间二硫键的正确形成对稳定分泌蛋白、膜蛋白等的天然构象十分重要，这定分泌蛋白、膜蛋白等的天然构象十分重要，这一过程主要在细胞内质网进行。一过程主要在细胞内质网进行。 二硫键异构酶在内质网腔活性很高，可在较二硫键异构酶在内质网腔活性很高，可在较大区段肽链中催化错配二硫键断裂并形成正确二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，最终使蛋白质形成热力学最稳定的天硫键连接，最终使蛋白质形成热力学最稳定的天然构象。然构象。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

16、氨酸间形成的肽键有顺反两脯氨酸间形成的肽键有顺反两种异构体，空间构象明显差别。种异构体，空间构象明显差别。 肽酰肽酰- -脯氨酰顺反异构酶可促进上述顺反两种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。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形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，可成的限速酶，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。使多肽在各脯氨酸弯折处形成准确折叠。 图图17-11 鸦鸦片促黑皮片促黑皮质质素原素原(POMC)的水解修的水解修饰饰肽链肽链中中肽键肽键水解水解产产生多生多种种功能功能

17、肽肽 C Rice, 2007, Naure Reviewsp7: putative ion channelNS5A: phosphoprotein三、肽链中氨基酸残基的化学修饰三、肽链中氨基酸残基的化学修饰增加蛋白质功能多样性增加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-糖基化糖基化天冬酰胺天冬酰胺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、

18、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 如，血红蛋白如，血红蛋白（四个亚基构成，分别为两个四个亚基构成，分别为两个 亚基和两个亚基和两个 亚基亚基 ）靶向输送蛋白的信号序列或成分靶向输送蛋白的信号序列或成分 （一）分泌蛋白的靶向输送真核细胞分泌蛋白等前体合成后靶向真核细胞分泌蛋白等前体合成后靶向输送过程首先要进入内质网。输送过程首先要进入内质网。 信号肽信号肽(signal peptide) 各种新生分泌蛋白的各种新生分泌蛋白的N端有保守的氨端有保守的氨基酸序列称信号肽。基酸序列称信号肽。 信号肽的一级结构碱碱性性氨氨基酸基酸（赖氨赖氨酸、精酸、精氨氨

19、酸）酸）中性中性氨氨基酸基酸（亮（亮氨氨酸、酸、异异亮亮氨氨酸）酸）极极性性氨氨基酸基酸（甘、丙、（甘、丙、丝丝）（二）线粒体蛋白的靶向输送 囊泡形成和转运囊泡形成和转运细胞核蛋白的靶向输送细胞核蛋白的靶向输送蛋白质生物合成的干扰和抑制蛋白质生物合成的干扰和抑制Interference & Inhibition of Protein Biosynthesis第第 四四 节节l抗生素抗生素(antibiotics)是微生物产生的能够杀灭或抑制细菌的一类药物。是微生物产生的能够杀灭或抑制细菌的一类药物。l抗代谢药物抗代谢药物指能干扰生物代谢过程，从而抑制细胞过度生长指能干扰生物代谢过程，从而抑制细胞过度生长的药物，如：的药物，如：6巯基嘌呤巯基嘌呤（6-MP）。）。l 毒素毒素 某些毒素也作用于基因信息传递过程。某些毒素也作用于基因信息传递过程。抗生素抗生素 作用位点作用位点 作用原理作用原理应用应用 伊短菌素伊短菌素 原核、真核核蛋白体原核、真核核蛋白体小亚基小亚基 阻碍翻译起始复合物的形成阻碍翻译起始复合物的形成抗病毒药抗病毒药四环素、土霉素四环素、土霉素 原核核蛋白体小亚基原核核蛋白体小亚基 抑制氨基酰抑制氨基酰-tRNA与小亚基与小亚基结合结合 抗菌药抗菌药链霉素、新霉素、链霉素、新霉