第13章-1蛋白质合成5(郭蔼光主编配套课件)

1、2022-6-11蛋白质的生物合成蛋白质的生物合成主讲老师：白生文主讲老师：白生文2011-20122011-2012学年第一学期学年第一学期2022-6-1213.1 13.1 蛋白质合成体系蛋白质合成体系13.2 13.2 蛋白生物合成蛋白生物合成13.3 13.3 蛋白质定位蛋白质定位【主要内容】：2022-6-13目的与要求：目的与要求： 1。从中心法则理解蛋白质合成的信息来源，从中心法则理解蛋白质合成的信息来源，理解理解三种三种 RNA RNA在蛋白质合成中的作用在蛋白质合成中的作用 。 2. 2.学习并学习并理解理解遗传密码的破译方法。遗传密码的破译方法。 3. 3.理解理解遗传密

2、码的几个重要特性及这些特性的重要意义。遗传密码的几个重要特性及这些特性的重要意义。 4. 4.了解核糖体的结构、了解核糖体的结构、掌握掌握氨酰氨酰tRNAtRNA合成酶的作用及合成酶的作用及 其催化的反应。其催化的反应。 5. 5. 了解蛋白质的合成过程，了解多核糖体的概念。了解蛋白质的合成过程，了解多核糖体的概念。 6. 6. 了解多肽链的折叠与加工过程；了解各类蛋白质的投了解多肽链的折叠与加工过程；了解各类蛋白质的投 递过程。递过程。2022-6-1413.1.1 mRNA13.1.1 mRNA与遗传密码与遗传密码蛋白质的生物合成过程：蛋白质的生物合成过程： 基因遗传信息：基因遗传信息：D

3、NADNAmRNAmRNA蛋白质蛋白质蛋白质合成过程中需要蛋白质合成过程中需要200200多种多种生物大分子参加，生物大分子参加，包括核糖体、包括核糖体、mRNAmRNA、tRNAtRNA及多种蛋白质因子。及多种蛋白质因子。13.1 13.1 蛋白质合成体系蛋白质合成体系2022-6-15 mRNAmRNA ( (messenger RNA) )：蛋白质生物合成过程中直接指令氨：蛋白质生物合成过程中直接指令氨基酸掺入的基酸掺入的模板模板，是遗传信息的载体。，是遗传信息的载体。13.1.1.1 mRNA13.1.1.1 mRNA真核生物真核生物mRNAmRNA原核生物原核生物mRNAmRNA合成

4、部位合成部位主要在主要在核质中核质中合成合成 在细胞的统一室中合成在细胞的统一室中合成前体及加工前体及加工hnRNAhnRNA，需加工，需加工合成后不需加工合成后不需加工结构结构单顺反子单顺反子多顺反子多顺反子各顺反子间有间隔序列各顺反子间有间隔序列5 5具帽子，具帽子，3 3有有ployploy（A A）不具帽子和不具帽子和ployploy（A A）稳定性稳定性较稳定，半衰期为较稳定，半衰期为2424小时以上小时以上不稳定，半衰期约不稳定，半衰期约2 2分钟分钟2022-6-16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蛋白体结合位点核蛋白

5、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PPPPPP5 5 3 3 蛋白质蛋白质PPPPPPm mG G - -5 5 3 3 蛋白质蛋白质2022-6-17mRNAmRNA分子上以分子上以5353方向，从方向，从AUGAUG开始每开始每三个连续三个连续的核的核苷酸苷酸( (三联体三联体) )组成一个密码子组成一个密码子( (codoncodon) ) 。13.1.1.2 13.1.1.2 遗传密码的破译遗传密码的破译遗传密码遗传密码 ( (Genetic code) ) 遗传密码的概念：遗传密码的概念：mRNA mRNA 上的核苷酸顺序与蛋白质中的上的核苷酸顺序与蛋

6、白质中的氨基酸之间的对应关系称为遗传密码。氨基酸之间的对应关系称为遗传密码。mRNAmRNA上每三个连续核上每三个连续核苷酸对应一个氨基酸，这三个核苷酸就称为一个密码子，或苷酸对应一个氨基酸，这三个核苷酸就称为一个密码子，或三联体密码（三联体密码（triplet codons）。）。2022-6-18遗传密码的破译的三个实验遗传密码的破译的三个实验 第一个实验第一个实验是是19611961年由美国的年由美国的M.NirenbergM.Nirenberg等人等人完成的。他首先利用多核苷酸磷酸化酶合成了一条完成的。他首先利用多核苷酸磷酸化酶合成了一条由相同核苷酸组成的多核苷酸链由相同核苷酸组成的多

7、核苷酸链, ,用它作模板，加用它作模板，加入入体外无细胞翻译系统体外无细胞翻译系统中中, ,利用大肠杆菌蛋白提取利用大肠杆菌蛋白提取液和液和GTPGTP在体外合成蛋白质。发现多聚在体外合成蛋白质。发现多聚(U)(U)导致多聚导致多聚PhePhe的合成的合成, ,表明多聚表明多聚(U)(U)编码多聚编码多聚PhePhe；类似的实验；类似的实验表明表明, ,多聚多聚(A)(A)编码多聚编码多聚LysLys；多聚；多聚(C)(C)编码多聚编码多聚ProPro ( (下图下图A)A)。2022-6-19 第二个实验第二个实验是是19641964年也是由美国的年也是由美国的M.NirenbergM.Ni

8、renberg等人完成的。他们首先合成一个等人完成的。他们首先合成一个已知序列的核苷酸已知序列的核苷酸三聚体三聚体，然后与大肠杆菌核糖体和氨酰，然后与大肠杆菌核糖体和氨酰tRNAtRNA一起温一起温育。由此确定与已知核苷酸三聚体结合的育。由此确定与已知核苷酸三聚体结合的tRNAtRNA上连上连接的是那一种氨基酸。接的是那一种氨基酸。该实验对于几种密码编码同该实验对于几种密码编码同一个氨基酸提供了直接的、最好的证据一个氨基酸提供了直接的、最好的证据（下图（下图B B）。）。 利用核酸的人工合成、核糖体结合技术利用核酸的人工合成、核糖体结合技术2022-6-110核糖体结合技术核糖体结合技术保温保

9、温 硝酸纤维滤膜过滤硝酸纤维滤膜过滤分析留在滤膜上的核糖体分析留在滤膜上的核糖体-AA-AA-tRNAtRNA 确定与核糖体结合的确定与核糖体结合的AAAA以人工合成的三核苷酸为模板以人工合成的三核苷酸为模板+ +核糖体核糖体+AA-+AA-tRNAtRNAp3442022-6-111 第三个实验第三个实验是是19651965由由Jones,KhoranaJones,Khorana等人完成的。等人完成的。他们他们利用有机化学和酶法利用有机化学和酶法制备了已知的核苷酸制备了已知的核苷酸重复重复序列序列，以此多聚核苷酸作模板，在，以此多聚核苷酸作模板，在体外体外进行蛋白质进行蛋白质合成，合成，发现

10、可以生成三种重复的多肽链发现可以生成三种重复的多肽链（下图（下图C C）。）。 若从若从A A翻译，则合成出多聚翻译，则合成出多聚IleIle，即，即AUCAUC对应对应IleIle； 若从若从U U翻译，则合成出多聚翻译，则合成出多聚SerSer，即，即UCAUCA对应对应SerSer； 若从若从C C翻译，则合成出多聚翻译，则合成出多聚HisHis，即，即CAUCAU对应对应HisHis。因为体外合成是无调控的合成，可以随机地从因为体外合成是无调控的合成，可以随机地从A A、或或U U、或、或C C翻译，所以有三种重复的多肽链生成。翻译，所以有三种重复的多肽链生成。2022-6-11220

11、22-6-113UACGUCAGUCAG第二位第二位 第一位第一位（5） 第三位第三位（3）UCAGUCAGUCAG遗传密码字典遗传密码字典2022-6-1142022-6-115AUGAUG是起始密码子，也是是起始密码子，也是Met(Met(或或fMetfMet) )的密码子。的密码子。原核和真核生物肽链合成的第一个氨基酸都是原核和真核生物肽链合成的第一个氨基酸都是Met(Met(或或fMetfMet) )；少数细菌中也用少数细菌中也用GUGGUG做为起始码做为起始码( (起始位点编码起始位点编码fMetfMet，密码表中密码表中编码编码Val)Val)。真核生物偶尔也用。真核生物偶尔也用C

12、UGCUG作起始蛋氨酸的密码。作起始蛋氨酸的密码。密码子密码子UAAUAA、UAGUAG、UGA UGA 是肽链成的终止密码子，不代表任何是肽链成的终止密码子，不代表任何氨基酸，也称无意义密码子。氨基酸，也称无意义密码子。 现代研究发现终止密码子也可编码氨基酸：现代研究发现终止密码子也可编码氨基酸： No21No21：UGAUGA：硒：硒- -半胱氨酸半胱氨酸 No22No22：UAGUAG：吡咯：吡咯- -赖氨酸赖氨酸13.1.1.313.1.1.3 遗传密码的基本性质遗传密码的基本性质1.1.起始密码子和终止密码子起始密码子和终止密码子2022-6-1162. 2. 连续性连续性 ( (c

13、ommalesscommaless) ) 编码蛋白质氨基酸序列的各个三联体密码连续阅编码蛋白质氨基酸序列的各个三联体密码连续阅读读, ,密码间既密码间既无间断无间断也也无交叉无交叉。 2022-6-117 基因损伤引起基因损伤引起mRNAmRNA阅读框架内的碱基发生阅读框架内的碱基发生插入插入 或或缺失缺失，可能导致框移突变，可能导致框移突变( (frameshift mutation) )。 2022-6-1183. 3. 简并性简并性 (degeneracy)(degeneracy) 遗传密码共有遗传密码共有6464个，其中个，其中6161个密码子对应个密码子对应2020种氨基酸，除种氨基

14、酸，除色氨酸色氨酸和和甲硫氨酸甲硫氨酸仅有一个密码子外，其余氨基酸有仅有一个密码子外，其余氨基酸有2 2、3 3、4 4个或多至个或多至6 6个三联体个三联体为其编码。为其编码。2022-6-1194.4.通用性通用性 (universal)(universal) 蛋白质生物合成整套密码，蛋白质生物合成整套密码，从原核生物到人类都通用从原核生物到人类都通用。密码的通用性进一步证明各种生物进化自同一祖先密码的通用性进一步证明各种生物进化自同一祖先。已发现已发现少数少数例外例外，如动物的线粒体、植物的叶绿体。，如动物的线粒体、植物的叶绿体。2022-6-1206.6.变偶性或摆动性变偶性或摆动性(

15、wobble)(wobble)反密码子对密码子的识别，通常也是根据碱基互补原则：反密码子对密码子的识别，通常也是根据碱基互补原则： A A= =U U，G GC C密码子密码子第第1 1、2 2碱基必需按标准配对碱基必需按标准配对, ,第第3 3碱基碱基的配对可以有一的配对可以有一定灵活性，但不是任意组合。由于定灵活性，但不是任意组合。由于tRNAtRNA三维结构的影响，反三维结构的影响，反密码子的密码子的5-5-端碱基在与密码子端碱基在与密码子3-3-端碱基配对时，产生了端碱基配对时，产生了一定范围的摆动。一定范围的摆动。方向：方向：沿沿mRNAmRNA解读方向为解读方向为5353 5 5、

16、方向性、方向性2022-6-121“摆动假说摆动假说”认为：碱基间除认为：碱基间除标准配对外，还可以有标准配对外，还可以有非标准非标准的配对的配对。2022-6-122 反密码与密码碱基配对时的摇摆现象反密码与密码碱基配对时的摇摆现象反密码第反密码第1 1位碱基位碱基A AC CG GU UI I密码子第密码子第3 3位碱基位碱基U UG GC C，U UA A，G GA A，C C，U U2022-6-123功能：主要功能：主要起转运氨基酸起转运氨基酸的作用。由于的作用。由于tRNAtRNA分子分子的的同工性同工性，细胞内细胞内tRNAtRNA的种类比氨基酸的种类多。的种类比氨基酸的种类多。

17、MW 25MW 2530kD30kD，沉降常数约，沉降常数约4S4S，约，约8080个核苷酸组个核苷酸组成，含有大量稀有碱基，如成，含有大量稀有碱基，如、DHU,DHU,各种甲基化的各种甲基化的嘌呤和嘧啶核苷等。原核和真核细胞嘌呤和嘧啶核苷等。原核和真核细胞1 1个个tRNAtRNA分子分子一般有一般有10101515个稀有碱基。个稀有碱基。tRNAtRNA中有中有15151616个核苷酸的种类和位置不变，为个核苷酸的种类和位置不变，为固定核苷酸固定核苷酸，其它的为可变核苷酸。，其它的为可变核苷酸。13.1.2 13.1.2 tRNAtRNA的结构与功能的结构与功能P3462022-6-124

18、TCTC环环；由；由7 7个碱基组成，参个碱基组成，参与与tRNAtRNA与与核糖体核糖体表面的表面的结合结合。 13.1.2.1 13.1.2.1 tRNAtRNA的二级结构的二级结构3-3-端含端含CCA-OHCCA-OH序列序列。AAAA接接在在A-OHA-OH上，上，CCA-OHCCA-OH序列称为序列称为氨氨基酸接受臂基酸接受臂。3-3-端第端第5 51111位位核苷酸与核苷酸与5-5-端第端第1 17 7位核苷位核苷酸形成螺旋区酸形成螺旋区, ,称为称为氨基酸接受氨基酸接受茎茎。2022-6-125额外环或可变环额外环或可变环( ( extro variable loop) )。碱

19、基种类和数量碱基种类和数量(3(31818个碱基个碱基) )高度可变，并富含稀有碱基。高度可变，并富含稀有碱基。反密码子环反密码子环( (anti-cordon loop) )。由由7 7个碱基组成，处于中个碱基组成，处于中间位的间位的3 3个碱基为反密码子。反密码子可与个碱基为反密码子。反密码子可与mRNAmRNA中的密码子中的密码子结合。毗邻反密码子的结合。毗邻反密码子的33端碱基往往为端碱基往往为烷化修饰嘌呤烷化修饰嘌呤, ,其其55端为端为U U, ,即：即：U-U-反密码子反密码子- -修饰嘌呤。修饰嘌呤。二氢尿嘧啶环二氢尿嘧啶环( (D-loop) )由由8 81212个碱基组成，

20、含有个碱基组成，含有2 21 1个个修修饰的碱基饰的碱基(D)(D)。 倒倒L L中中反密码子环和二氢尿嘧啶环参与识别氨酰反密码子环和二氢尿嘧啶环参与识别氨酰- -TrnaTrna 倒倒L L中中TCTC环环参与核糖体参与核糖体2022-6-126tRNAtRNA的三维结构呈的三维结构呈倒倒“L”L”形形。氨基酸接受氨基酸接受臂臂CCACCA序列和反密码子处于倒序列和反密码子处于倒L L的两端的两端。D D环和环和TCTC环形成倒环形成倒L L的角。不同的角。不同tRNAtRNA倒倒L L形的角有轻微改变，形的角有轻微改变，允许允许tRNAtRNA执行不同功能时改变其功能。执行不同功能时改变其

21、功能。13.1.2.2 13.1.2.2 tRNAtRNA的三维结构的三维结构2022-6-127起始起始tRNAtRNA：蛋白质生物合成过程中，特异识别蛋白质生物合成过程中，特异识别mRNAmRNA上起始密码子上起始密码子tRNAtRNA延伸延伸tRNAtRNA：参加多肽链合成的起始。在多肽链延参加多肽链合成的起始。在多肽链延伸中运载氨基酸的伸中运载氨基酸的tRNAtRNA。 不同功能不同功能tRNAtRNA的分类：的分类：2022-6-128核糖体分两类：核糖体分两类：一类核糖体一类核糖体附着附着于粗面内质网于粗面内质网, ,参与分泌性蛋白质的合成；参与分泌性蛋白质的合成；另一类另一类游离

22、游离于胞浆，参与细胞固有蛋白质的合成。于胞浆，参与细胞固有蛋白质的合成。13.1.3 13.1.3 核糖体的组成与结构核糖体的组成与结构2022-6-12913.1.3.1 13.1.3.1 核糖体的组成核糖体的组成原核核糖体原核核糖体2022-6-130组成核糖体的组成核糖体的rRNArRNA为单股链，可自行折叠形成为单股链，可自行折叠形成螺旋区螺旋区和和环环区区，所有螺旋区的碱基都是保守的；，所有螺旋区的碱基都是保守的；所有来源所有来源rRNArRNA均能形成均能形成4 4个结构域个结构域(、和和)，每，每个结构域均含许多茎和环，它们通过无距离碱基对的相互反个结构域均含许多茎和环，它们通过

23、无距离碱基对的相互反应彼此应彼此靠近靠近；绝大多数绝大多数rRNArRNA碱基的碱基的特异功能尚不清楚特异功能尚不清楚。可能。可能rRNArRNA中不配中不配对碱基涉及到对碱基涉及到rRNArRNA与其它与其它RNARNA的结合，如的结合，如16S16S的的33端不配对碱端不配对碱基与基与mRNAmRNA的起始部位的起始部位(SD(SD顺序顺序) )形成碱基配对。形成碱基配对。 rRNArRNA( (占细胞总占细胞总RNARNA的的80%)80%)2022-6-131核糖体蛋白：核糖体蛋白：与与rRNArRNA或核糖体亚基紧密连接的蛋白。或核糖体亚基紧密连接的蛋白。如如E.coliE.coli

24、 30S 30S亚基上的亚基上的2121种蛋白质及种蛋白质及50S50S亚基上的亚基上的3434种蛋白质种蛋白质( (共共5454种，小亚基上的种，小亚基上的S20S20与大亚基上与大亚基上的的L26L26是相同是相同) )，真核细胞，真核细胞40S40S亚基上的亚基上的3030种蛋白质及种蛋白质及60S60S亚基上的亚基上的45-5045-50种蛋白质种蛋白质( (共约共约8080种种) )，都属核糖体蛋白质。，都属核糖体蛋白质。 核糖体相关蛋白质：核糖体相关蛋白质：(proteins associated with ribosome(proteins associated with rib

25、osome；PAR)PAR)与核糖体亚基疏松缔合，对核糖体循环发挥调节作用蛋白与核糖体亚基疏松缔合，对核糖体循环发挥调节作用蛋白. .如起始因子如起始因子( (IFIF或或eIFeIF) )和延长因子和延长因子( (EFEF) )等。等。PARPAR不是构成核糖体不是构成核糖体的固有成分。的固有成分。 蛋白质蛋白质 (占细胞总蛋白质的占细胞总蛋白质的10%10%)2022-6-132阶段阶段原核原核真核真核 功功 能能起始起始IF1参与起始复合物的形成参与起始复合物的形成IF2 eIF2IF3 eIF3、eIF4CCBP I与与mRNAmRNA帽子结合帽子结合eIF4A B F参与寻找第一个参

26、与寻找第一个AUGAUGeIF5协助协助eIF2 、 eIF3、eIF4C的释放的释放eIF6协助协助60S60S亚基从无活性的核糖体上解离亚基从无活性的核糖体上解离延长延长EF-Tu eEF1 协助氨酰协助氨酰- -tRNAtRNA进入核糖体进入核糖体EF-TseEF1 帮助帮助EF-Tu 、 eEF1 周转周转EF-GeEF2移位因子移位因子终止终止RF-1 RF-2 RF-3eRF 释放完整的肽链释放完整的肽链核糖体相关蛋白质核糖体相关蛋白质 p349p3492022-6-13313.1.3.2 13.1.3.2 核糖体的结构核糖体的结构核糖体的颗粒的大小和形状核糖体的颗粒的大小和形状3

27、0S30S亚基大小亚基大小5.55.5222222nm22nm，小亚基是一扁平不对称颗小亚基是一扁平不对称颗粒，由粒，由头头和和体体组成，分别占小亚基的组成，分别占小亚基的 1/3 1/3 和和 2/32/3。 在头在头和体之间部分是和体之间部分是颈颈，有，有1-21-2个突起称为叶或个突起称为叶或平台平台。 50S50S亚基为亚基为11.511.5232323nm23nm，呈三叶半球呈三叶半球形。形。RNARNA和蛋白和蛋白质的分布相对集中，质的分布相对集中，RNARNA主要定位于核糖体中央，蛋白质主要定位于核糖体中央，蛋白质在颗粒外围。在颗粒外围。p3472022-6-1342022-6-

28、1352022-6-136mRNAmRNA结合位点结合位点：位于位于30s30s小亚基小亚基头部头部，负责与，负责与mRNAmRNA的结合，特别是的结合，特别是16srRNA16srRNA的的3-3-端端与与mRNAmRNA的的AUGAUG之前的一段序列之前的一段序列互互补是这种结合必不可少的。补是这种结合必不可少的。 13.1.3.3 13.1.3.3 核糖体的结合位点核糖体的结合位点2022-6-137A A位点：位点：( (Aminoacyl-tRNAAminoacyl-tRNA site) site) 结合新进入的氨基酰结合新进入的氨基酰- -tRNAtRNA的位置。大部分位于大亚基而

29、小的位置。大部分位于大亚基而小部分位于小亚基。部分位于小亚基。P P位点：位点：( (peptidyl-tRNApeptidyl-tRNA site) site) 结合起始结合起始tRNAtRNA并向并向A A位位给出给出氨基酸位置。又称肽酰基氨基酸位置。又称肽酰基- -tRNAtRNA位或给位位或给位, ,大部分位于小亚基大部分位于小亚基, ,小部分位于大亚基小部分位于大亚基. .转肽酶活性部位转肽酶活性部位 位于位于P P位和位和A A位的连接处。位的连接处。 2022-6-138原核细胞原核细胞70S70S核糖体的核糖体的A A位、位、P P位及位及mRNAmRNA结合部位结合部位示意图

30、示意图30S30S与与mRNAmRNA结合部位结合部位P P位位（结合（结合或接受肽基或接受肽基的部位）的部位）A A位位（结合或（结合或接受接受AA- AA- tRNAtRNA的部位）的部位）50S5 5 3 3 mRNAmRNA2022-6-139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: :A A位：氨基酰位位：氨基酰位(aminoacyl site)(aminoacyl site)P P位：肽酰位位：肽酰位(peptidyl site)(peptidyl site) ？E E位：排出位位：排出位(exit site)(exit site)2022-6-140

31、2022-6-1412022-6-142核糖体核糖体:mRNA:mRNA链上同时结合着许多个核糖体。两个核糖体间有链上同时结合着许多个核糖体。两个核糖体间有一定长度一定长度裸露裸露的的mRNAmRNA链间隔，所以多核糖体可在一条链间隔，所以多核糖体可在一条mRNAmRNA链上链上同时合成几条多肽链。同时合成几条多肽链。多核糖体多核糖体 p348p3482022-6-1432022-6-144播放动画2022-6-14513.213.2 蛋白质的生物合成蛋白质的生物合成2022-6-146在蛋白质生物合成中，各种氨基酸在参入肽链之前必须先经在蛋白质生物合成中，各种氨基酸在参入肽链之前必须先经过活

32、化，然后再由其特异的过活化，然后再由其特异的tRNAtRNA携带至核糖体上，才能携带至核糖体上，才能以以mRNAmRNA为模板缩合成肽链。为模板缩合成肽链。氨基酸活化后与相应的氨基酸活化后与相应的tRNAtRNA结合的反应，是由特异的结合的反应，是由特异的AARSAARS催催化的。化的。 13.2.1 13.2.1 氨基酸的活化与氨酰氨基酸的活化与氨酰- -tRNAtRNA的合成的合成tRNAtRNA分子上决定其携带氨基酸的区域叫做副密码子分子上决定其携带氨基酸的区域叫做副密码子, , 具有共具有共同特征同特征, ,一种一种AARSAARS可以可以识别一组同工识别一组同工tRNAtRNA. .

33、但没有充分证据说明所有但没有充分证据说明所有AARSAARS也识别同工也识别同工tRNAtRNA组中相同的副组中相同的副密码子。另外副密码子也没有固定的位置，也可能并不止一密码子。另外副密码子也没有固定的位置，也可能并不止一个碱基对。个碱基对。2022-6-147AARSAARS催化下，利用催化下，利用ATPATP供能，在氨基酸羧基上进行活化，形成供能，在氨基酸羧基上进行活化，形成氨基酰氨基酰-AMP-AMP，再与再与AARSAARS结合后形成三联复合物，此复合物再结合后形成三联复合物，此复合物再与特异的与特异的tRNAtRNA作用，将氨基酰转移到特异作用，将氨基酰转移到特异tRNAtRNA的

34、氨基酸臂上的氨基酸臂上氨基酸的活化反应氨基酸的活化反应p3502022-6-148氨酰氨酰- -tRNAtRNA合成酶合成酶(AARS)(AARS)：每种氨基酸都只有一种氨酰每种氨基酸都只有一种氨酰tRNAtRNA合成酶。因此细胞内有合成酶。因此细胞内有2020种氨酰种氨酰tRNAtRNA合成酶合成酶。 ？AARSAARS存在于存在于细胞浆细胞浆中，分子量中，分子量2.272.271041042.72.7105105，由，由一个或几个亚基组成，单个亚基间大小差别较大。一个或几个亚基组成，单个亚基间大小差别较大。AARSAARS活活性中心一般含有性中心一般含有1 1或几个或几个-SH-SH，催化

35、中发挥作用。，催化中发挥作用。AARSAARS具有具有高度的特异性高度的特异性，它既能识别特异的氨基酸，又，它既能识别特异的氨基酸，又能识别携带该氨基酸的特异能识别携带该氨基酸的特异tRNAtRNA。AARSAARS对对氨基酸有严格的特异性氨基酸有严格的特异性，但但对与此氨基酸相适应对与此氨基酸相适应的数种的数种同工同工tRNAtRNA则无严格的特异性则无严格的特异性。2022-6-149AARSAARS催化的反应过程：首先是氨基酸被催化的反应过程：首先是氨基酸被AARSAARS活化，活化，生成结合于酶上的氨酰腺苷酸生成结合于酶上的氨酰腺苷酸( (AA-AMPAA-AMP) )，然后是，然后是

36、tRNAtRNA的氨基酰化。的氨基酰化。见见350350AA-AA-tRNAtRNA复合物的形成是非常复合物的形成是非常精确精确的的。tRNAtRNA分子结合分子结合到酶上时，识别已结合到酶上时，识别已结合AA-AMPAA-AMP，可将错误的可将错误的AA-AMPAA-AMP水水解掉而加以解掉而加以校正校正。 一旦一个特殊的氨基酸被连接到一旦一个特殊的氨基酸被连接到tRNAtRNA分子上时，在分子上时，在蛋白质合成的后续步骤中便没有任何特异的识别和校蛋白质合成的后续步骤中便没有任何特异的识别和校正方式。正方式。2022-6-150所以氨酰所以氨酰- -tRNAtRNA合成酶合成酶(AARS)(

37、AARS)特点特点: : a a、专一性：专一性： 对氨基酸有极高专一性，每种氨基酸都有专一的酶对氨基酸有极高专一性，每种氨基酸都有专一的酶, ,只作用只作用于于L-L-氨基酸，不作用于氨基酸，不作用于D-D-氨基酸。氨基酸。 对对tRNAtRNA具有极高专一性。具有极高专一性。 b b、校对作用：校对作用：氨酰氨酰- -tRNAtRNA合成酶水解部位可水解错误活化的氨基酸。合成酶水解部位可水解错误活化的氨基酸。2022-6-151酶和底物正确结合是由二者相嵌的几何形状所决定，只有适合酶和底物正确结合是由二者相嵌的几何形状所决定，只有适合的氨基酸和适合的的氨基酸和适合的tRNAtRNA，进入，

38、进入AARSAARS的的相应位点，才能合成正确相应位点，才能合成正确的氨酰基的氨酰基- -tRNAtRNA。现在已经知道现在已经知道AARSAARS与与L L形形tRNAtRNA内侧面结合，结合点包括接近臂，内侧面结合，结合点包括接近臂，DHUDHU臂和反密码子臂。臂和反密码子臂。AARSAARS正确选择氨基酸和正确选择氨基酸和tRNAtRNA的机制的机制反密码子似乎应该与氨基酸的正确负载有关，对于某些反密码子似乎应该与氨基酸的正确负载有关，对于某些tRNAtRNA确确实如此，然而对于大多数实如此，然而对于大多数tRNAtRNA来说并非如此来说并非如此, ,由于某些由于某些tRNAtRNA上上

39、的反密码子突变后，但它们所携带的氨基酸却没有改变。的反密码子突变后，但它们所携带的氨基酸却没有改变。2022-6-152tRNAtRNA氨基酰氨基酰-tRNA-tRNA合成酶合成酶ATPATP2022-6-153原核细胞起始原核细胞起始AA(MetAA(Met) )活化后，需经甲酰化活化后，需经甲酰化形成形成fMet-tRNAfMet-tRNA。真核细胞则真核细胞则无无此过程。此过程。2022-6-154三元复合物三元复合物( (trimertrimer complex) complex)的形成的形成在起始因子在起始因子3(IF3)3(IF3)介导和介导和IF-1IF-1促进下，促进下，30S

40、30S小亚基附着于小亚基附着于mRNAmRNA起始信号部位起始信号部位, ,形成形成IF3IF3- -30S30S- -mRNAmRNA三元复合物三元复合物. .13.2.2 13.2.2 肽链合成的起始肽链合成的起始 p351/352p351/352mRNAmRNA上位于上位于AUGAUG上游上游8 81313个个ntnt 处有一短的处有一短的SDSD序列序列( (核糖体结合核糖体结合序列序列), SD), SD序列富含序列富含嘌呤嘌呤， SDSD序列与序列与30S30S小亚基小亚基16S 16S rRNArRNA的的33端部分序列互补，是核糖体结合位点。使核糖体选择端部分序列互补，是核糖体

41、结合位点。使核糖体选择mRNAmRNA上上AUGAUG的正确位置起始肽链合成。的正确位置起始肽链合成。2022-6-155在在IF1IF1、IF2IF2作用下，作用下， fMet-tRNAfMet-tRNAMetMet与与mRNAmRNA分子中的起始密码分子中的起始密码子子(AUG(AUG或或GUG)GUG)相结合。相结合。IF3IF3从三元复合物脱落从三元复合物脱落, ,形成形成30S30S前起始前起始复合物：复合物： IF1-IF2IF1-IF2- -30S30S- -mRNAmRNA- -fMet-tRNAfMet-tRNAMetMet30S30S前起始复合物的形成前起始复合物的形成 p

42、352p3522022-6-15650S50S亚基与亚基与30S30S前起始复合物结合前起始复合物结合, ,同时同时IF2IF2脱落，形成脱落，形成70S70S起始起始复合物：复合物： 30S30SmRNAmRNA- -50S50S- -fMet-tRNAfMet-tRNAMetMet70S70S起始复合物形成起始复合物形成此时此时fMet-tRNAfMet-tRNA Met Met占据着占据着50S50S亚基的亚基的P P位，而位，而50S50S的的A A位暂空，位暂空，有待于对应有待于对应mRNAmRNA中第二个密码的相应氨酰中第二个密码的相应氨酰- -tRNAtRNA进入，从而进进入，从

43、而进入延长阶段。入延长阶段。2022-6-157 肽链延长肽链延长： ( (进位进位转肽转肽移位移位) )n n13.2.3 13.2.3 肽链的延长肽链的延长 p353进位进位在在GTPGTP、EF-TEF-T等参与下，新的氨酰等参与下，新的氨酰- -tRNAtRNA进入进入50S50S的的A A位位, ,与与mRNAmRNA上相应上相应密码子结合。密码子结合。在在mRNAmRNA上的上的fMet-tRNAMetfMet-tRNAMet( (或肽酰或肽酰- -tRNAtRNA) )占据占据P P位点，新进入的氨酰位点，新进入的氨酰- -tRNAtRNA结合到结合到A A位点，与位点，与mRN

44、AmRNA上第二上第二个密码子结合。个密码子结合。2022-6-158Tu TsGTPGDPA U G53TuTsGTPP353图2022-6-159 转肽转肽是由转肽酶是由转肽酶(transpeptidase)催化的肽键形成过程。催化的肽键形成过程。2022-6-160在在EF-GEF-G( (转移酶活性转移酶活性),),GTPGTP作用下作用下, ,核糖体沿核糖体沿mRNAmRNA链链(53)(53)相对移动。每次移动相当于一个密码子的距离，使下一个密相对移动。每次移动相当于一个密码子的距离，使下一个密码子能准确定位于码子能准确定位于A A位点。原位点。原A A位点的二肽位点的二肽酰酰tR

45、NAtRNA转移到转移到P P位点，位点， 空出空出A A位点。位点。 移位移位2022-6-161肽链合成的终止，需终止因子或释放因子肽链合成的终止，需终止因子或释放因子(releasing (releasing factorfactor，RFRF) )参与。参与。RFRF可识别可识别mRNAmRNA链上的终止密码子，使肽链上的终止密码子，使肽链释放，核糖体解聚。链释放，核糖体解聚。 13.2.4 13.2.4 肽链合成的终止与释放肽链合成的终止与释放随后再依次进位、转肽、移位进行下一循环。随后再依次进位、转肽、移位进行下一循环。肽链延伸是从肽链延伸是从N N端开始端开始C C端端, ,延长

46、过程每重复一次延长过程每重复一次, ,肽链延肽链延伸一个氨基酸残基伸一个氨基酸残基, ,多次重复使肽链增长到必要的长度。多次重复使肽链增长到必要的长度。2022-6-162当当mRNAmRNA上终止密码子出现在核糖体的上终止密码子出现在核糖体的A A位点位点上。终止因子上。终止因子(RFRF)识别终止密码子识别终止密码子并在并在A A位点位点与终止密码子相与终止密码子相结合结合，阻止肽链的继续延伸。，阻止肽链的继续延伸。RFRF使核糖体使核糖体P P位点肽酰转移酶发生位点肽酰转移酶发生变构变构, ,酶活酶活性从性从转肽作用转肽作用变为变为水解作用水解作用, ,使使tRNAtRNA所携带多所携带

47、多肽链与肽链与tRNAtRNA间酯键被水解切断间酯键被水解切断, ,多肽链从核糖多肽链从核糖体体及及tRNAtRNA释放出来。释放出来。 核糖体核糖体与与mRNAmRNA分离；分离；P P位位tRNAtRNA和和A A位上位上RFRF脱脱落。在落。在IF3IF3参与下，参与下，与与mRNAmRNA分离的核糖体又分分离的核糖体又分离为大小两个亚基，可重新投入另一条肽链离为大小两个亚基，可重新投入另一条肽链的合成过程。的合成过程。2022-6-163U A G53RFCOO-原核肽链合成终止原核肽链合成终止2022-6-164原核肽链合成终止与释放原核肽链合成终止与释放2022-6-165起始复合

48、物形成位于起始复合物形成位于mRNA5mRNA5端端AUGAUG上游的帽子结构。上游的帽子结构。形成形成43S43S核糖体复合物：核糖体复合物： 40S-elF3-elF4c40S-elF3-elF4c形成形成43S43S前起始复合物：前起始复合物： 40S-elF3-elF4c-elF2GTP-Met-40S-elF3-elF4c-elF2GTP-Met-tRNAtRNAMetMet13.2.5.1 13.2.5.1 真核生物蛋白质生物合成的起始真核生物蛋白质生物合成的起始形成形成48S48S前起始复合物：前起始复合物： mRNAmRNA复合物复合物-43S-43S前起始复合物前起始复合物

49、mRNAmRNA复合物：复合物：mRNA-mRNA-帽结合蛋白帽结合蛋白1(CBP1)-elF4A-elF4B-elF4F1(CBP1)-elF4A-elF4B-elF4F13.2.5 13.2.5 真核生物蛋白质生物合成真核生物蛋白质生物合成( (类似原核类似原核) ) p355p3552022-6-166形成形成80S80S起始复合物：起始复合物： 40S-mRNA-60S-Met-tRNA40S-mRNA-60S-Met-tRNAMetMet在在elF5elF5作用下，作用下，48S48S前起始复合物中所有前起始复合物中所有elFelF释放，并与释放，并与60S60S大大亚基结合，最终形

50、成亚基结合，最终形成80S80S起始复合物。起始复合物。真核生物蛋白质生物合成起始阶段，真核生物蛋白质生物合成起始阶段，40S40S核糖体亚基可选择核糖体亚基可选择第一个起始密码子第一个起始密码子AUGAUG，开始对开始对mRNAmRNA翻译。由于翻译。由于AUGAUG是唯一的是唯一的起始密码子；并且起始密码子；并且40S40S亚基与带帽的亚基与带帽的mRNA5mRNA5末端接触，沿末端接触，沿mRNA“mRNA“扫描扫描”一直到抵达第一个一直到抵达第一个AUGAUG处再开始翻译。处再开始翻译。 2022-6-1672022-6-168Met40S60SMetMet60SmRNAeIF-2B、

51、eIF-3、eIF-6 elF-3GDP+Pi各种各种elF释放释放elF-5ATPADP+PielF4E,elF4G,elF4A,elF4B,PABMetMet-tRNAiMet-elF-2-GTP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2022-6-169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对应真核延长因子长因子EF-EF-TuTu促进氨基酰促进氨基酰-tRNA-tRNA进入进入A A位，结位，结合分解合分解GTPGTPEF-1-EF-1-EF-TsEF-Ts调节亚基调节亚基EF-1-EF-1-EF-GEF-G有转位酶活性，促进有转位酶活性，促进mRNA-

52、mRNA-肽肽酰酰-tRNA-tRNA由由A A位前移到位前移到P P位，促位，促进卸载进卸载tRNAtRNA释放释放EF-2EF-2肽链合成的延长因子与释放因子对比肽链合成的延长因子与释放因子对比 原核、真核肽链的延长和终止原核、真核肽链的延长和终止RF-1,-2,-3RF-1,-2,-3 肽链释放肽链释放 RF RF 2022-6-170延长因子延长因子(EF1) (EF1) 可与可与GTPGTP和和 AA-AA-tRNAtRNA 形成复合物，并形成复合物，并把把AA-AA-tRNAtRNA供给核糖体。供给核糖体。EF1EF1催化催化GDP-GTPGDP-GTP交换交换, , 有助有助于于

53、EF1EF1再循环利用再循环利用; EF2; EF2催化催化GTPGTP水解和使水解和使AA-AA-tRNAtRNA从从A A位位转移至转移至 P P位。位。肽链合成的终止仅涉及释放因子肽链合成的终止仅涉及释放因子(RF)(RF)。RFRF可识别所有的可识别所有的三种终止密码子三种终止密码子UAAUAA，UAGUAG和和UGAUGA，终止肽链合成。，终止肽链合成。RFRF活活化肽链酰转移酶释放新生肽链后，即从核糖体解离。化肽链酰转移酶释放新生肽链后，即从核糖体解离。2022-6-1712022-6-172mRNAmRNA翻译多肽翻译多肽大多数为无功能大多数为无功能的初级产物，需经的初级产物，需

54、经折叠折叠、修饰修饰、剪切剪切等加工过程后才具有活性。等加工过程后才具有活性。原核的有些蛋白质要分泌到细胞外，真核的许多蛋白质要易原核的有些蛋白质要分泌到细胞外，真核的许多蛋白质要易位到细胞器或胞液中。位到细胞器或胞液中。13.2.6 13.2.6 肽链合成后的加工肽链合成后的加工13.2.6.1 13.2.6.1 蛋白质的修饰蛋白质的修饰蛋白质修饰一般伴随着肽链合成的进行。修饰有利于折叠，蛋白质修饰一般伴随着肽链合成的进行。修饰有利于折叠，也与蛋白质的易位和分泌有关。也与蛋白质的易位和分泌有关。2022-6-173N-N-端的端的Met(fMetMet(fMet) )残基，以及有些多肽链残基

55、，以及有些多肽链N-N-端的端的 多个残基多个残基或或C-C-端的残基都会被切除；端的残基都会被切除；一些多肽链还要经过一定的剪接；一些多肽链还要经过一定的剪接；氨基酸侧链的修饰：二硫键形成、磷酸化、糖氨基酸侧链的修饰：二硫键形成、磷酸化、糖基化、脂化、核糖基化、乙酰化等。基化、脂化、核糖基化、乙酰化等。多肽链的修饰包括：多肽链的修饰包括： p355 2022-6-174磷酸化磷酸化糖基化糖基化2022-6-175蛋白质的折叠是由多肽链中氨基酸的顺序决定的，但环境蛋白质的折叠是由多肽链中氨基酸的顺序决定的，但环境条件对折叠有影响。条件对折叠有影响。肽链折叠与肽链合成同步进行。随着肽链的延伸，空

56、间构肽链折叠与肽链合成同步进行。随着肽链的延伸，空间构象不断调整，最终成为天然态的构象。象不断调整，最终成为天然态的构象。一些酶和分子伴侣可参与肽链的折叠，称它们为助折叠蛋一些酶和分子伴侣可参与肽链的折叠，称它们为助折叠蛋白白( (foldlingfoldling helper) helper)。13.2.6.213.2.6.2 蛋白质的折叠蛋白质的折叠2022-6-176 蛋白质二硫键异构酶蛋白质二硫键异构酶(protein disulfide 1somerase(protein disulfide 1somerase，PDI)PDI)可加速形成蛋白质中正确的二硫键；肽酰脯酰顺反异构酶可加速形成蛋白质中正确的二硫键；肽酰脯酰顺反异构酶( (peptidylpeptidyl prolylprolyl ciscis/trans /trans isomeraseisomerase, PPI) , PPI) 可催化肽脯氨可催化肽脯氨酰之间肽键的旋转反应，从而加速蛋白质的折叠过程。酰之间肽键的旋转反应，从而加速蛋白质的折叠过程。分子伴侣分子伴侣( (chaperoninchaperonin) ) 是细胞内一类能帮助新生肽链正确组装、成熟和跨膜运输，是细胞内一类能帮助新生肽链正确组装、成熟和跨膜运