临床医学专业JXN生化第13章翻译课件

1、蛋白质的生物合成（翻译）Protein Biosynthesis，Translation第 十 三 章蛋白质的生物合成-翻译，就是将核酸中由 4 种核苷酸序列编码的遗传信息，通过遗传密码破译的方式解读为蛋白质一级结构中20种氨基酸的排列顺序 。即以RNA为摸板形成蛋白质的过程。蛋白质合成体系Protein Biosynthesis System 第 一 节 20种氨基酸(AA)作为原料酶及众多蛋白因子，如IF、eIF ATP、GTP、无机离子参与蛋白质生物合成的物质包括 三种RNAmRNA（messenger RNA, 信使RNA）rRNA（ribosomal RNA, 核蛋白体RNA）tRN

2、A（transfer RNA, 转移RNA）一、翻译模板mRNA及遗传密码 mRNA是遗传信息的携带者遗传学将编码一个多肽的遗传单位称为顺反子(cistron)。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mRNA可编码几种功能相关的蛋白质，为多顺反子(polycistron) 。真核mRNA只编码一种蛋白质，为单顺反子(single cistron) 。 原核生物的多顺反子真核生物的单顺反子非编码序列核蛋白体结合位点起始密码子终止密码子编码序列PPP53蛋白质PPPmG -53蛋白质目 录 mRNA上存在遗传密码mRNA分子上从5至3方向，由AUG开始，每3个核苷酸为一组，决定肽链

3、上某一个氨基酸或蛋白质合成的起始、终止信号，称为三联体密码(triplet coden)。起始密码(initiation coden): AUG 终止密码(termination coden): UAA，UAG，UGA 遗传密码表目 录从mRNA 5端起始密码子AUG到3端终止密码子之间的核苷酸序列，各个三联体密码连续排列编码一个蛋白质多肽链，称为开放阅读框架(open reading frame, ORF)。 1. 连续性(commaless)遗传密码的特点编码蛋白质氨基酸序列的各个三联体密码连续阅读，密码间既无间断也无交叉。 基因损伤引起mRNA阅读框架内的碱基发生插入或缺失，可能导致框移

4、突变(frameshift mutation)。 3. 简并性(degeneracy)遗传密码中，除色氨酸和甲硫氨酸仅有一个密码子外，其余氨基酸有多个三联体为其编码。2. 方向性目 录3. 简并性(degeneracy)目 录4. 通用性(universal)蛋白质生物合成的整套密码，从原核生物到人类都通用。 已发现少数例外，如动物细胞的线粒体、植物细胞的叶绿体。密码的通用性进一步证明各种生物进化自同一祖先。 5. 摆动性(wobble)转运氨基酸的tRNA的反密码需要通过碱基互补与mRNA上的遗传密码反向配对结合，但反密码与密码间不严格遵守常见的碱基配对规律，称为摆动配对。 U摆动配对目 录

5、密码子、反密码子配对的摆动现象tRNA反密码子第1位碱基IUGACmRNA密码子第3位碱基U, C, AA, GU, CUG二、核蛋白体是多肽链合成的装置目 录原核生物真核生物核蛋白体小亚基大亚基核蛋白体小亚基大亚基S70S30S50S80S40S60SrRNA16S-rRNA5S-rRNA23S-rRNA18S-rRNA28S-rRNA5S-rRNA5.8S-rRNA蛋白质rpS 21种rpL 36种rpS 33种rpL 49种 不同细胞核蛋白体的组成 原核生物翻译过程中核蛋白体结构模式:A位：氨基酰位(aminoacyl site)P位：肽酰位(peptidyl site)E位：排出位(e

6、xit site)目 录三、tRNA与氨基酸的活化反密码环氨基酸臂tRNA的三级结构示意图氨基酸 + tRNA氨基酰- tRNAATP AMPPPi氨基酰-tRNA合成酶（一）氨基酰-tRNA合成酶(aminoacyl-tRNA synthetase) 氨基酸的活化氨基酰-tRNA合成酶对底物氨基酸和tRNA都有高度特异性。氨基酰-tRNA合成酶具有校正活性(proofreading activity) 。氨基酰-tRNA的表示方法：Ala-tRNAAla Ser-tRNASerMet-tRNAMet 真核生物： Met-tRNAiMet原核生物： fMet-tRNAifMet（二）起始肽链合

7、成的氨基酰-tRNA蛋白质生物合成过程 The Process of Protein Biosynthesis 第 二 节 翻译的起始(initiation)翻译的延长(elongation)翻译的终止(termination )整个翻译过程可分为 ：翻译过程从阅读框架的5-AUG开始，按mRNA模板三联体密码的顺序延长肽链，直至终止密码出现。 一、肽链合成起始指mRNA和起始氨基酰-tRNA分别与核蛋白体结合而形成翻译起始复合物 (translational initiation complex)。原核生物翻译起始复合物形成核蛋白体大小亚基分离；mRNA在小亚基定位结合；起始氨基酰-tRNA

8、的结合； 核蛋白体大亚基结合。起始过程所需蛋白因子称为起始因子(initiation factor, IF)原核生物：IF-1 、IF-2 、 IF-3IF-3IF-11. 核蛋白体大小亚基分离目 录AUG53IF-3IF-12. mRNA在小亚基定位结合目 录IF-3IF-1IF-2GTP3. 起始氨基酰tRNA( fMet-tRNAimet )结合到小亚基AUG53目 录IF-3IF-1IF-2GTPGDPPi4. 核蛋白体大亚基结合，起始复合物形成AUG53目 录IF-3IF-1AUG53IF-2GTPIF-2-GTPGDPPi目 录二、肽链合成延长指根据mRNA密码序列的指导，次序添加

9、氨基酸从N端向C端延伸肽链，直到合成终止的过程。 肽链延长在核蛋白体上连续性循环式进行，又称为核蛋白体循环(ribosomal cycle)，每次循环增加一个氨基酸，包括以下三步：进位(entrance)成肽(peptide bond formation)转位(translocation)延伸过程所需蛋白因子称为延长因子(elongation factor, EF)原核生物：EF-T (EF-Tu, EF-Ts)EF-G原核延长因子生物功能EF-Tu促进氨基酰-tRNA进入A位，结合分解GTPEF-Ts调节亚基EFG有转位酶活性，促进mRNA-肽酰-tRNA由A位前移到P位，促进卸载tRNA释

10、放肽链合成的延长因子 又称注册(registration)（一）进位指根据mRNA下一组遗传密码指导，使相应氨基酰-tRNA进入核蛋白体A位。 目 录TuTsGTPGDPAUG53TuTsGTP目 录（二）成肽是由转肽酶(transpeptidase)催化的肽键形成过程。（三）转位延长因子EF-G有转位酶( translocase )活性，可结合并水解1分子GTP，促进核蛋白体向mRNA的3侧移动 。fMetAUG53fMetTuGTP目 录进位转位成肽 三、肽链合成的终止当mRNA上终止密码出现后，多肽链合成停止，肽链从肽酰-tRNA中释出，mRNA、核蛋白体等分离，这些过程称为肽链合成终止

11、。 终止相关的蛋白因子称为释放因子 (release factor, RF) 一是识别终止密码，如RF-1特异识别UAA、UAG；而RF-2可识别UAA、UGA。二是诱导转肽酶改变为酯酶活性，使肽链从核蛋白体上释放。 释放因子的功能原核生物释放因子：RF-1，RF-2，RF-3 原核肽链合成终止过程 UAG53RFCOO-目 录多聚核蛋白体(polysome)使蛋白质合成高速、高效进行。目 录电镜下的多聚核蛋白体现象目 录真核生物肽链合成的合成过程与原核基本相似，但有不同的反应体系和蛋白因子。另外，真核细胞核蛋白体没有E位，转位时卸载的tRNA直接从P位脱落。真核生物肽链合成过程蛋白质合成后加

12、工和输送Posttranslational Processing & Protein Transportation第 三 节从核蛋白体释放出的新生多肽链不具备蛋白质生物活性，必需经过不同的翻译后复杂加工过程才转变为天然构象的功能蛋白。主要包括多肽链折叠为天然的三维结构 肽链一级结构的修饰高级结构修饰 一、多肽链折叠为天然功能构象的蛋白质新生肽链的折叠在肽链合成中即开始，能随着序列的不断延伸肽链逐步折叠，产生正确的二级结构、结构域到形成完整空间构象。 一般认为，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。细胞中大多数天然蛋白质折叠都不是自动完成，而需要其他酶、蛋白辅助

13、。 二、一级结构的修饰（一）肽链N端的修饰（二）个别氨基酸的修饰（三）多肽链的水解修饰鸦片促黑皮质素原(POMC)的水解修饰NC信号肽PMOCKRKR103肽 ( ？)ACTH-LT-MSH-MSHEndophin三、高级结构的修饰（一）亚基聚合 （二）辅基连接（三）疏水脂链的共价连接 蛋白质合成后需要经过复杂机制，定向输送到最终发挥生物功能的细胞靶部位，这一过程称为蛋白质的靶向输送。 四、蛋白质合成后的靶向输送蛋白质的靶向输送(protein targeting)所有靶向输送的蛋白质结构中存在分选信号，主要为N末端特异氨基酸序列，可引导蛋白质转移到细胞的适当靶部位，这一序列称为信号序列 。

14、信号序列(signal sequence)靶向输送蛋白信号序列或成分分泌蛋白信号肽内质网腔蛋白信号肽，C端-Lys-Asp-Glu-Leu-COO-(KDEL序列)线粒体蛋白N端靶向序列（2035氨基酸残基）核蛋白核定位序列（-Pro-Pro-Lys-Lys-Lys-Arg-Lys-Val-，SV40 T抗原）过氧化体蛋白-Ser-Lys-Leu-（PST序列）溶酶体蛋白Man-6-P（甘露糖-6-磷酸）靶向输送蛋白的信号序列或成分 蛋白质生物合成的干扰和抑制Interference & Inhibition of Protein Biosynthesis第 四 节蛋白质生物合成是很多天然抗生

15、素和某些毒素的作用靶点。它们就是通过阻断真核、原核生物蛋白质翻译体系某组分功能，干扰和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研究新抗菌药物的作用靶点。同时尽量利用真核、原核生物蛋白质合成体系的任何差异，以设计、筛选仅对病原微生物特效而不损害人体的药物。 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。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的药物，如：6-MP。 某些毒素也作用于基因信息传递过程。一、抗生素类抗生素作用点作用原理应用四环素族（金霉素 新霉素、土霉素）链霉素、卡那霉素、新霉素氯霉素、林可霉素红霉素梭链孢酸 放线菌酮嘌呤霉素原核核蛋白体小亚基原核核蛋白体小亚基原核核蛋白体大亚基原核核蛋白体大亚基原核核蛋白体大亚基真核核蛋白体大亚基真核、原核核蛋白体 抑制氨基酰-tRNA与小亚基结合改变构象引起读码错误、抑制起始抑制转肽酶、阻断延长抑制转肽酶、妨碍转位与EFG-GTP结合，抑制肽链延长抑制转肽酶、阻断延长氨基酰-tRNA类似物，进位后引起未成熟肽链脱落抗菌药抗菌药抗菌药抗菌药抗菌药医学研究抗肿瘤药抗生素抑制蛋白质生物合成的原理 嘌呤霉素作用示意图四环素族氯霉素链霉素和卡