蛋白质的生物合成翻译ProteinBiosynthesisTranslation0000课件

将mRNA分子中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过程，称为蛋白质的生物合成或翻译（translation）。将mRNA分子中4种核苷酸序列编码的遗1参与蛋白质生物合成的物质翻译模板mRNA及遗传密码核蛋白体是多肽链合成的装置

tRNA和氨基酸的活化蛋白质的生物合成过程蛋白质合成后加工和输送蛋白质生物合成的干扰与抑制参与蛋白质生物合成的物质2第一节蛋白质生物合成体系ProteinBiosynthesisSystem第一节蛋白质生物合成体系3参与蛋白质合成的物质原料：20种氨基酸模板：mRNA运载体：tRNA场所：核蛋白体（rRNA与蛋白质构成）蛋白质因子：起始因子（initiationfactor,IF）延长因子（elongationfactor，EF）释放因子（releasefactor，RF）其他：酶类、ATP、GTP、无机离子等参与蛋白质合成的物质原料：20种氨基酸4一、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(singlecistron)

。

一、翻译模板mRNA及遗传密码mRNA是遗传信息的携带者遗5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6

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(tripletcoden)。起始密码(initiationcoden):AUG终止密码(terminationcoden):UAA，UAG，UGA数量：64（43）

mRNA上存在遗传密码mRNA分子上从5至3方向，由A7遗传密码表遗传密码表8从mRNA5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(openreadingframe,ORF)。从mRNA5端起始密码子AUG到3端终止密码子之间的核91.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。1.连续性(commaless)遗传密码的特点编码蛋白质10基因损伤引起mRNA阅读框架内的碱基发生插入或缺失，可能导致框移突变(frameshiftmutation)。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112.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2、3、4个，甚至多至6个三联体为其编码。2.简并性(degeneracy)遗传密码中，除色氨酸和甲12遗传密码的简并性遗传密码的简并性133.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。

3.通用性(universal)蛋白质生物合成的整套密码144.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。4.摆动性(wobble)转运氨基酸的tRNA的反密码需15摆动配对摆动配对16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密码子、反密码子配对的摆动现象tRNA反密码子IUGACmR17二、核蛋白体是多肽链合成的装置核蛋白体的组成核蛋白体亚单位rRNA蛋白质原核生物(70S)小亚基(30S)大亚基(50S)16S

rRNA5SrRNA23SrRNA21种36种真核生物(80S)小亚基(40S)大亚基(60S)18SrRNA5.8SrRNA5SrRNA28SrRNA33种49种二、核蛋白体是多肽链合成的装置核蛋白体的组成核蛋白体亚单位r18核蛋白体的组成核蛋白体的组成19原核生物翻译过程中核蛋白体结构模式A位：氨基酰位(aminoacylsite)P位：肽酰位(peptidylsite)E位：排出位(exitsite)原核生物翻译过程中核蛋白体结构模式A位：氨基酰位P位：肽酰位20三、tRNA与氨基酸的活化tRNA——运载活化型氨基酸三、tRNA与氨基酸的活化tRNA——运载活化型氨基酸21tRNA反密码子与mRNA上的密码子配对AUCtRNA反密码子与mRNA上的密码子配对AUC22氨基酸的活化催化氨基酸与tRNA结合生成氨基酰-tRNA具有绝对专一性：对氨基酸及tRNA都能高度特异识别具有校正活性(proofreadingactivity)

一、氨基酰-tRNA合成酶氨基酸的活化催化氨基酸与tRNA结合生成氨基酰-tRNA一、23氨基酰-tRNA合成酶ATPPPiMg2+－O~AMP·酶tRNA-OHAMP＋酶tRNA-O-C-CH-NH2=OR氨基酰-tRNA氨基酰-tRNA合成酶ATPPPiMg2+－O~AMP·酶t24氨基酰-tRNA的表示方法arg-tRNAarg已结合的氨基酸残基tRNA结合的特异性一种tRNA只能结合一种氨基酸，一种氨基酸可结合多种tRNA(称为同功tRNA)氨基酰-tRNA的表示方法arg-tRNAarg已结合的氨基25二、起始肽链合成的氨基酰-tRNAtRNAiMet：起始者tRNA(initiator-tRNA)tRNAeMet：肽链延长中携带Met的tRNAtRNAifMet：起始者tRNA携带N-甲酰甲硫氨酸（fMet）真核生物：Met-tRNAiMet原核生物：fMet-tRNAifMet二、起始肽链合成的氨基酰-tRNAtRNAiMet：起始者t26第二节蛋白质生物合成过程TheProcessofProteinBiosynthesis第二节蛋白质生物合成过程27氨基酰-tRNA的合成肽链合成起始阶段(initiation)延长阶段(elongation)终止阶段(termination)氨基酰-tRNA的合成28一、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(translationalinitiationcomplex)。有多种蛋白质因子参与这一过程，称为起始因子（initiationfactor，IF）一、肽链合成起始指mRNA和起始氨基酰-tRNA分别与核蛋白29起始因子生物功能原核生物IF-1占据A位防止结合其他tRNAIF-2促进起始tRNA与小亚基结合IF-3促进大、小亚基分离，提高P位对结合起始tRNA的敏感性真核生物eIF-2促进起始tRNA与小亚基结合eIF-2B，eIF-3最先结合小亚基促进大、小亚基分离IF-4AeIF-4F复合物成分，有解螺旋酶活性，促进mRNA结合小亚基IF-4B结合mRNA，促进mRNA扫描定位起始tRNAIF-4EeIF-4F复合物成分，结合mRNA5`-帽子IF-4GeIF-4F复合物成分，结合eIF-4E和PABeIF-5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起始因子生物功能原核IF-1占据A位防止结合其他tRNAIF301.核蛋白体大小亚基分离（IF3，IF1）2.mRNA在小亚基上定位结合3.fMet-tRNAifMet的结合（IF2，GTP）4.核蛋白体大亚基结合（一）原核翻译起始复合物形成fmet-tRNAfMet-mRNA-核蛋白体需要三种起始因子（IF）及GTP的参与起始复合物1.核蛋白体大小亚基分离（IF3，IF1）（一）原核翻译起311.核蛋白体大小亚基分离IF-3IF-11.核蛋白体大小亚基分离IF-3IF-132IF-3IF-12.mRNA在小亚基定位结合AUG5'3'mRNAmRNA与小亚基的结合依赖于：SD序列与16SrRNA3’端部分序列的互补rps-1与mRNA上SD序列后的一段序列识别结合IF-3IF-12.mRNA在小亚基定位结合AUG5'3'33S-D序列

(Shine-Dalgarnosequence)mRNA起始密码AUG上游约8~13个核苷酸处，有4~9个核苷酸组成的富含嘌呤的一致序列，以…AGGA…为核心，也叫做核蛋白体结合位点(ribosomalbindingsite,RBS)S-D序列(Shine-Dalgarnosequence34IF-2GTP3.fMet-tRNAifmet

结合到小亚基IF-3IF-1AUG5'3'IF-2GTP3.fMet-tRNAifmet结合到小亚354.核蛋白体大亚基结合，起始复合物形成50SIF-3IF-1AUG5'3'IF-2GTPIF-3IF-1AUG5'3'GDP＋PiIF-2mRNA50S4.核蛋白体大亚基结合，起始复合物形成50SIF-3IF-36IF-1IF-350S50SAUG5'3'mRNAIF-2GTPIF-3IF-1AUG5'3'GDP＋PiIF-2mRNA50SIF-1IF-350S50SAUG5'3'mRNAIF-2G37（二）真核生物翻译起始复合物形成核蛋白体大小亚基分离；Met-tRNAiMet结合；mRNA在核蛋白体小亚基就位；核蛋白体大亚基结合。（二）真核生物翻译起始复合物形成核蛋白体大小亚基分离；38Met40S60SMetMet40S60SmRNAeIF-2B、eIF-3、eIF-6①elF-3②GDP+Pi各种elF释放elF-5④ATPADP+PielF4E,elF4G,elF4A,elF4B,PAB③MetMet-tRNAiMet-elF-2

-GTP真核生物翻译起始复合物形成过程Met40S60SMetMet40S60SmRNAeIF-239真核生物翻译起始特点核蛋白体为80S（40S＋60S）起始tRNA携带的甲硫氨酸不需要甲酰化mRNA5`端帽子结构与其在核蛋白体上就位有关，需要帽子结合蛋白复合物(eIF-4F)参与eIF2与Met-tRNAiMet和GTP结合构成复合体后先与40S小亚基结合，然后才与mRNA结合真核生物翻译起始特点核蛋白体为80S（40S＋60S）40二、肽链的延长指根据mRNA密码序列的指导，依次添加氨基酸从N端向C端延伸肽链，直到合成终止的过程。二、肽链的延长指根据mRNA密码序列的指导，依次添加氨基酸从41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(ribosomalcycle)，每次循环增加一个氨基酸，包括以下三步：进位（entrance）或注册（registration）成肽（peptidebondformation）转位（translocation）需要延长因子（elongationfactor，EF）和GTP的参与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(r42肽链合成的延长因子原核生物功能真核生物EF-TuEF-Ts促进氨基酰-tRNA进入A位，结合分解GTP调节亚基EF-1EF-1EF-G有转位酶活性，协助mRNA-肽酰-tRNA由A位前移至P位，促进卸载tRNA释放EF-2肽链合成的延长因子原核生物功能真核生物EF-Tu促进氨基酰-43（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。

（一）进位指根据mRNA下一组遗传密码指导，使相应氨基酰-t44延长因子EF-T催化进位（原核生物）

延长因子EF-T催化进位45TuGTPAUG5'3'TuGTPGDPTuTsTuTuGTPGDPPiTuGTPAUG5'3'TuGTPGDPTuTsTuTuGT46（二）成肽P位上fMet-tRNAifMet（或延长中的肽酰-tRNA）由转肽酶(transpeptidase)催化，将氨基酰基（或延长中的肽酰基）从tRNA转移，与A位下一氨基酰-tRNA的-氨基形成肽键连接。成肽后，（N）肽酰-tRNA将暂留A位，P位有卸载的tRNA。（二）成肽P位上fMet-tRNAifMet（或延长中47肽链合成延长阶段的肽键形成过程成肽肽链合成延长阶段的肽键形成过程成肽48（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。使肽酰-tRNA-mRNA相对位移进入核蛋白体P位，而卸载的tRNA则移入E位，A位留空并对应下一组三联体密码，准备适当的氨基酰-tRNA进位而开始下一轮核蛋白体循环。（三）转位延长因子EF-G有转位酶(translocase49转位转位50进位转位成肽进位转位成肽51蛋白质的生物合成翻译ProteinBiosynthesisTranslation0000[课件]52核蛋白体循环从5`AUG开始直至终止密码子核蛋白体从5`→3`方向阅读mRNA遗传密码肽链的合成是从N端到C末端每进行一次核蛋白体循环，肽链延长一个氨基酸核蛋白体循环从5`AUG开始直至终止密码子53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。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。（四）真核生物延长过程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54三、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。

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55终止相关的蛋白因子称为释放因子(releasefactor,RF)一、识别终止密码，如RF-1特异识别UAA、UAG；而RF-2可识别UAA、UGA。二、诱导转肽酶改变为酯酶活性，相当于催化肽酰基转移到水分子-OH上，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

真核生物释放因子：eRF终止相关的蛋白因子称为释放因子一、识别终止密码，如RF-156终止密码的辨认：RF肽链从肽酰-tRNA水解出：RF诱导转肽酶mRNA、卸载tRNA及RF从核蛋白体脱离大小亚基解聚：IF-1、IF-3解聚后的大、小亚基可再次结合，重新进入肽链合成过程原核生物肽链合成终止过程终止密码的辨认：RF原核生物肽链合成终止过程57原核肽链合成终止过程原核肽链合成终止过程58多聚核蛋白体（polysome）多聚核蛋白体（polysome）59第三节蛋白质合成后加工和输送

Post-translationalProcessing&ProteinTransportation第三节蛋白质合成后加工和输送

Post-translati60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具有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在胞液核蛋白体合成的各种蛋白质，还需要靶向输送到特定细胞部位发挥生物作用。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61一、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、合成后完成，新生肽链N端在核蛋白体上一出现，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，产生正确的二级结构、模序、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。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62几种有促进蛋白折叠功能的大分子1.分子伴侣(molecularchaperon)2.蛋白二硫键异构酶(proteindisulfideisomerase,PDI)3.肽-脯氨酰顺反异构酶(peptideprolylcis-transisomerase,PPI)几种有促进蛋白折叠功能的大分子1.分子伴侣(molecu631.

热休克蛋白(heatshockprotein,HSP)

HSP70、HSP40和GreE族2.

伴侣素(chaperonins)

GroEL和GroES家族分子伴侣分子伴侣是细胞一类保守蛋白质，可识别肽链的非天然构象，促进各功能域和整体蛋白质的正确折叠。1.热休克蛋白(heatshockprotein,H64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。形成HSP70和多肽片段依次结合、解离的循环。HSP40结合待折叠多肽片段HSP70-ATP复合物

HSP40-HSP70-ADP-多肽复合物ATP水解GrpEATPADP复合物解离，释出多肽链片段进行正确折叠热休克蛋白促进蛋白质折叠的基本作用——HSP40结合待折叠多65伴侣素GroEL/GroES系统促进蛋白质折叠过程伴侣素的主要作用——为非自发性折叠蛋白质提供能折叠形成天然空间构象的微环境。伴侣素GroEL/GroES系统促进蛋白质折叠过程伴侣素的66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。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定67肽-脯氨酰顺反异构酶多肽链中肽酰-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。肽酰-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。肽酰-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，可使多肽在各脯氨酸弯折处形成准确折叠。肽-脯氨酰顺反异构酶多肽链中肽酰-脯氨酸间形成的肽键有顺68二、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）多肽链的水解修饰二、一级结构的修饰（一）肽链N端的修饰69鸦片促黑皮质素原(POMC)的水解修饰NC信号肽PMOCKRKR103肽(？)ACTH-LT-MSH-MSHEndophin鸦片促黑皮质素原(POMC)的水解修饰NC信号肽PMOCKR70胰岛素原（86肽）A肽（21）B肽（30）C肽（35）SSS胰岛素（51肽）胰岛素的翻译后加工胰岛素原（86肽）A肽（21）B肽（30）C肽（35）SSS71三、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三、高级结构的修饰（一）亚基聚合72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(proteintargeting)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73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。

•信号序列(signalsequence)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74靶向输送蛋白信号序列或成分分泌蛋白N端信号肽内质网腔蛋白N端信号肽，C端-Lys-Asp-Glu-Leu-COO-(KDEL序列)线粒体蛋白N端信号序列（20～35氨基酸残基）核蛋白核定位序列（-Pro-Pro-Lys-Lys-Lys-Arg-Lys-Val-，SV40T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靶向输送蛋白信号序列或成分分泌蛋白N端信号肽内质网腔蛋白N端75（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输送过程首先要进入内质网。信号肽(signalpeptide)各种新生分泌蛋白的N端有保守的氨基酸序列称信号肽。（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输送76信号肽的一级结构信号肽的一级结构7713~36个氨基酸残基组成碱性N端：带正电荷的碱性氨基酸疏水核心区：疏水中性氨基酸为主C端加工区：极性小分子氨基酸信号肽的特点：13~36个氨基酸残基组成信号肽的特点：78信号肽引导真核分泌蛋白进入内质网信号肽引导真核分泌蛋白进入内质网79（二）线粒体蛋白的靶向输送（二）线粒体蛋白的靶向输送80（三）细胞核蛋白的靶向输送所有靶向输送的胞核蛋白多肽链内含有特异信号序列，称为核定位序列（nuclearlocalizationsequence。NLS）。NLS为4~8个氨基酸残基组成的短序列，富含带正电的赖氨酸、精氨酸及脯氨酸。不同NLS间未发现共有序列。NLS可位于肽链不同部位，且在蛋白质进核定位后不被切除。新合成胞核蛋白靶向输送涉及几种蛋白质成分，包括核输入因子（nuclearimportin）和，以及一种小GTP酶Ran蛋白。（三）细胞核蛋白的靶向输送所有靶向输送的胞81蛋白质的生物合成翻译ProteinBiosynthesisTranslation0000[课件]82

蛋白质生物合成的干扰与抑制

Interference&InhibitionofProteinBiosynthesis第四节蛋白质生物合成的干扰与抑制

Interference&83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。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。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。它们就是84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。抗生素(antibiotics)抗代谢药物某些毒素也作85一、抗生素类四环素（tetracyclin）族：与原核生物小亚基结合，抑制氨基酰-tRNA进位氯霉素（chloromycrtin）：与原核生物大亚基结合，阻断翻译延长过程，高浓度时对真核生物也有作用链霉素（streptomycin）卡那霉素（karamycin）：与原核生物小亚基结合，引起读码错误，抑制起始一、抗生素类四环素（tetracyclin）族：86嘌呤霉素（puromycin）：结构与酪氨酰-tRNA相似，取代氨基酰-tRNA进入A位，使肽链延长终止放线菌酮（cycloheximide）：特异抑制真核生物核蛋白体转肽酶红霉素：与原核生物大亚基结合，阻止核蛋白体在mRNA上移动嘌呤霉素（puromycin）：87抗生素作用点作用原理应用四环素族（金霉素、土霉素）链霉素、卡那霉素新霉素、庆大霉素氯霉素、林可霉素红霉素梭链孢酸

放线菌酮嘌呤霉素30S小亚基30S小亚基50S大亚基50S大亚基50S大亚基60S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，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抗生素作用点作用原理应用四环素族（金霉素、土霉素）30S抑88嘌呤霉素作用示意图嘌呤霉素作用示意图89四环素族氯霉素链霉素和卡那霉素嘌呤霉素放线菌酮四环素族氯霉素链霉素和卡那霉素嘌呤霉素放线菌酮90二、其他干扰蛋白质生物合成的物质毒素(toxin)干扰素(interferon)二、其他干扰蛋白质生物合成的物质毒素(toxin)91白喉毒素(diphtheriatoxin)的作用机理白喉毒素++延长因子-2（有活性）延长因子-2（无活性）白喉毒素(diphtheriatoxin)的作用机理白喉92干扰素的作用机理干扰素诱导的蛋白激酶dsRNA1.干扰素诱导eIF2磷酸化而失活ATPeIF2ADPeIF2-P（失活）Pi磷酸酶干扰素的作用机理干扰素诱导的蛋白激酶dsRNA1.干扰932.干扰素诱导病毒RNA降解降解mRNAdsRNA干扰素AAPAPPPP252552-5AAPPPATP2-5A合成酶RNaseLRNaseL活化2.干扰素诱导病毒RNA降解降解mRNAdsRNA干扰素94复习思考题名词解释：翻译，密码子，ORF遗传密码有哪些特点？参与蛋白质生物合成的物质有哪些，各有何作用？按下列DNA单链5’TCGTCGACGATGATCATCGGCTACTC3’

试写出①复制时另一条单链的序列②转录成的mRNA的序列③合成的多肽的序列复习思考题名词解释：翻译，密码子，ORF95将mRNA分子中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过程，称为蛋白质的生物合成或翻译（translation）。将mRNA分子中4种核苷酸序列编码的遗96参与蛋白质生物合成的物质翻译模板mRNA及遗传密码核蛋白体是多肽链合成的装置

tRNA和氨基酸的活化蛋白质的生物合成过程蛋白质合成后加工和输送蛋白质生物合成的干扰与抑制参与蛋白质生物合成的物质97第一节蛋白质生物合成体系ProteinBiosynthesisSystem第一节蛋白质生物合成体系98参与蛋白质合成的物质原料：20种氨基酸模板：mRNA运载体：tRNA场所：核蛋白体（rRNA与蛋白质构成）蛋白质因子：起始因子（initiationfactor,IF）延长因子（elongationfactor，EF）释放因子（releasefactor，RF）其他：酶类、ATP、GTP、无机离子等参与蛋白质合成的物质原料：20种氨基酸99一、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(singlecistron)

。

一、翻译模板mRNA及遗传密码mRNA是遗传信息的携带者遗100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101

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(tripletcoden)。起始密码(initiationcoden):AUG终止密码(terminationcoden):UAA，UAG，UGA数量：64（43）

mRNA上存在遗传密码mRNA分子上从5至3方向，由A102遗传密码表遗传密码表103从mRNA5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(openreadingframe,ORF)。从mRNA5端起始密码子AUG到3端终止密码子之间的核1041.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。1.连续性(commaless)遗传密码的特点编码蛋白质105基因损伤引起mRNA阅读框架内的碱基发生插入或缺失，可能导致框移突变(frameshiftmutation)。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1062.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2、3、4个，甚至多至6个三联体为其编码。2.简并性(degeneracy)遗传密码中，除色氨酸和甲107遗传密码的简并性遗传密码的简并性1083.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。

3.通用性(universal)蛋白质生物合成的整套密码1094.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。4.摆动性(wobble)转运氨基酸的tRNA的反密码需110摆动配对摆动配对111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密码子、反密码子配对的摆动现象tRNA反密码子IUGACmR112二、核蛋白体是多肽链合成的装置核蛋白体的组成核蛋白体亚单位rRNA蛋白质原核生物(70S)小亚基(30S)大亚基(50S)16S

rRNA5SrRNA23SrRNA21种36种真核生物(80S)小亚基(40S)大亚基(60S)18SrRNA5.8SrRNA5SrRNA28SrRNA33种49种二、核蛋白体是多肽链合成的装置核蛋白体的组成核蛋白体亚单位r113核蛋白体的组成核蛋白体的组成114原核生物翻译过程中核蛋白体结构模式A位：氨基酰位(aminoacylsite)P位：肽酰位(peptidylsite)E位：排出位(exitsite)原核生物翻译过程中核蛋白体结构模式A位：氨基酰位P位：肽酰位115三、tRNA与氨基酸的活化tRNA——运载活化型氨基酸三、tRNA与氨基酸的活化tRNA——运载活化型氨基酸116tRNA反密码子与mRNA上的密码子配对AUCtRNA反密码子与mRNA上的密码子配对AUC117氨基酸的活化催化氨基酸与tRNA结合生成氨基酰-tRNA具有绝对专一性：对氨基酸及tRNA都能高度特异识别具有校正活性(proofreadingactivity)

一、氨基酰-tRNA合成酶氨基酸的活化催化氨基酸与tRNA结合生成氨基酰-tRNA一、118氨基酰-tRNA合成酶ATPPPiMg2+－O~AMP·酶tRNA-OHAMP＋酶tRNA-O-C-CH-NH2=OR氨基酰-tRNA氨基酰-tRNA合成酶ATPPPiMg2+－O~AMP·酶t119氨基酰-tRNA的表示方法arg-tRNAarg已结合的氨基酸残基tRNA结合的特异性一种tRNA只能结合一种氨基酸，一种氨基酸可结合多种tRNA(称为同功tRNA)氨基酰-tRNA的表示方法arg-tRNAarg已结合的氨基120二、起始肽链合成的氨基酰-tRNAtRNAiMet：起始者tRNA(initiator-tRNA)tRNAeMet：肽链延长中携带Met的tRNAtRNAifMet：起始者tRNA携带N-甲酰甲硫氨酸（fMet）真核生物：Met-tRNAiMet原核生物：fMet-tRNAifMet二、起始肽链合成的氨基酰-tRNAtRNAiMet：起始者t121第二节蛋白质生物合成过程TheProcessofProteinBiosynthesis第二节蛋白质生物合成过程122氨基酰-tRNA的合成肽链合成起始阶段(initiation)延长阶段(elongation)终止阶段(termination)氨基酰-tRNA的合成123一、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(translationalinitiationcomplex)。有多种蛋白质因子参与这一过程，称为起始因子（initiationfactor，IF）一、肽链合成起始指mRNA和起始氨基酰-tRNA分别与核蛋白124起始因子生物功能原核生物IF-1占据A位防止结合其他tRNAIF-2促进起始tRNA与小亚基结合IF-3促进大、小亚基分离，提高P位对结合起始tRNA的敏感性真核生物eIF-2促进起始tRNA与小亚基结合eIF-2B，eIF-3最先结合小亚基促进大、小亚基分离IF-4AeIF-4F复合物成分，有解螺旋酶活性，促进mRNA结合小亚基IF-4B结合mRNA，促进mRNA扫描定位起始tRNAIF-4EeIF-4F复合物成分，结合mRNA5`-帽子IF-4GeIF-4F复合物成分，结合eIF-4E和PABeIF-5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起始因子生物功能原核IF-1占据A位防止结合其他tRNAIF1251.核蛋白体大小亚基分离（IF3，IF1）2.mRNA在小亚基上定位结合3.fMet-tRNAifMet的结合（IF2，GTP）4.核蛋白体大亚基结合（一）原核翻译起始复合物形成fmet-tRNAfMet-mRNA-核蛋白体需要三种起始因子（IF）及GTP的参与起始复合物1.核蛋白体大小亚基分离（IF3，IF1）（一）原核翻译起1261.核蛋白体大小亚基分离IF-3IF-11.核蛋白体大小亚基分离IF-3IF-1127IF-3IF-12.mRNA在小亚基定位结合AUG5'3'mRNAmRNA与小亚基的结合依赖于：SD序列与16SrRNA3’端部分序列的互补rps-1与mRNA上SD序列后的一段序列识别结合IF-3IF-12.mRNA在小亚基定位结合AUG5'3'128S-D序列

(Shine-Dalgarnosequence)mRNA起始密码AUG上游约8~13个核苷酸处，有4~9个核苷酸组成的富含嘌呤的一致序列，以…AGGA…为核心，也叫做核蛋白体结合位点(ribosomalbindingsite,RBS)S-D序列(Shine-Dalgarnosequence129IF-2GTP3.fMet-tRNAifmet

结合到小亚基IF-3IF-1AUG5'3'IF-2GTP3.fMet-tRNAifmet结合到小亚1304.核蛋白体大亚基结合，起始复合物形成50SIF-3IF-1AUG5'3'IF-2GTPIF-3IF-1AUG5'3'GDP＋PiIF-2mRNA50S4.核蛋白体大亚基结合，起始复合物形成50SIF-3IF-131IF-1IF-350S50SAUG5'3'mRNAIF-2GTPIF-3IF-1AUG5'3'GDP＋PiIF-2mRNA50SIF-1IF-350S50SAUG5'3'mRNAIF-2G132（二）真核生物翻译起始复合物形成核蛋白体大小亚基分离；Met-tRNAiMet结合；mRNA在核蛋白体小亚基就位；核蛋白体大亚基结合。（二）真核生物翻译起始复合物形成核蛋白体大小亚基分离；133Met40S60SMetMet40S60SmRNAeIF-2B、eIF-3、eIF-6①elF-3②GDP+Pi各种elF释放elF-5④ATPADP+PielF4E,elF4G,elF4A,elF4B,PAB③MetMet-tRNAiMet-elF-2

-GTP真核生物翻译起始复合物形成过程Met40S60SMetMet40S60SmRNAeIF-2134真核生物翻译起始特点核蛋白体为80S（40S＋60S）起始tRNA携带的甲硫氨酸不需要甲酰化mRNA5`端帽子结构与其在核蛋白体上就位有关，需要帽子结合蛋白复合物(eIF-4F)参与eIF2与Met-tRNAiMet和GTP结合构成复合体后先与40S小亚基结合，然后才与mRNA结合真核生物翻译起始特点核蛋白体为80S（40S＋60S）135二、肽链的延长指根据mRNA密码序列的指导，依次添加氨基酸从N端向C端延伸肽链，直到合成终止的过程。二、肽链的延长指根据mRNA密码序列的指导，依次添加氨基酸从136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(ribosomalcycle)，每次循环增加一个氨基酸，包括以下三步：进位（entrance）或注册（registration）成肽（peptidebondformation）转位（translocation）需要延长因子（elongationfactor，EF）和GTP的参与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(r137肽链合成的延长因子原核生物功能真核生物EF-TuEF-Ts促进氨基酰-tRNA进入A位，结合分解GTP调节亚基EF-1EF-1EF-G有转位酶活性，协助mRNA-肽酰-tRNA由A位前移至P位，促进卸载tRNA释放EF-2肽链合成的延长因子原核生物功能真核生物EF-Tu促进氨基酰-138（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。

（一）进位指根据mRNA下一组遗传密码指导，使相应氨基酰-t139延长因子EF-T催化进位（原核生物）

延长因子EF-T催化进位140TuGTPAUG5'3'TuGTPGDPTuTsTuTuGTPGDPPiTuGTPAUG5'3'TuGTPGDPTuTsTuTuGT141（二）成肽P位上fMet-tRNAifMet（或延长中的肽酰-tRNA）由转肽酶(transpeptidase)催化，将氨基酰基（或延长中的肽酰基）从tRNA转移，与A位下一氨基酰-tRNA的-氨基形成肽键连接。成肽后，（N）肽酰-tRNA将暂留A位，P位有卸载的tRNA。（二）成肽P位上fMet-tRNAifMet（或延长中142肽链合成延长阶段的肽键形成过程成肽肽链合成延长阶段的肽键形成过程成肽143（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。使肽酰-tRNA-mRNA相对位移进入核蛋白体P位，而卸载的tRNA则移入E位，A位留空并对应下一组三联体密码，准备适当的氨基酰-tRNA进位而开始下一轮核蛋白体循环。（三）转位延长因子EF-G有转位酶(translocase144转位转位145进位转位成肽进位转位成肽146蛋白质的生物合成翻译ProteinBiosynthesisTranslation0000[课件]147核蛋白体循环从5`AUG开始直至终止密码子核蛋白体从5`→3`方向阅读mRNA遗传密码肽链的合成是从N端到C末端每进行一次核蛋白体循环，肽链延长一个氨基酸核蛋白体循环从5`AUG开始直至终止密码子148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。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。（四）真核生物延长过程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149三、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。

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150终止相关的蛋白因子称为释放因子(releasefactor,RF)一、识别终止密码，如RF-1特异识别UAA、UAG；而RF-2可识别UAA、UGA。二、诱导转肽酶改变为酯酶活性，相当于催化肽酰基转移到水分子-OH上，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

真核生物释放因子：eRF终止相关的蛋白因子称为释放因子一、识别终止密码，如RF-1151终止密码的辨认：RF肽链从肽酰-tRNA水解出：RF诱导转肽酶mRNA、卸载tRNA及RF从核蛋白体脱离大小亚基解聚：IF-1、IF-3解聚后的大、小亚基可再次结合，重新进入肽链合成过程原核生物肽链合成终止过程终止密码的辨认：RF原核生物肽链合成终止过程152原核肽链合成终止过程原核肽链合成终止过程153多聚核蛋白体（polysome）多聚核蛋白体（polysome）154第三节蛋白质合成后加工和输送

Post-translationalProcessing&ProteinTransportation第三节蛋白质合成后加工和输送

Post-translati155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具有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在胞液核蛋白体合成的各种蛋白质，还需要靶向输送到特定细胞部位发挥生物作用。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156一、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、合成后完成，新生肽链N端在核蛋白体上一出现，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，产生正确的二级结构、模序、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。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157几种有促进蛋白折叠功能的大分子1.分子伴侣(molecularchaperon)2.蛋白二硫键异构酶(proteindisulfideisomerase,PDI)3.肽-脯氨酰顺反异构酶(peptideprolylcis-transisomerase,PPI)几种有促进蛋白折叠功能的大分子1.分子伴侣(molecu1581.

热休克蛋白(heatshockprotein,HSP)

HSP70、HSP40和GreE族2.

伴侣素(chaperonins)

GroEL和GroES家族分子伴侣分子伴侣是细胞一类保守蛋白质，可识别肽链的非天然构象，促进各功能域和整体蛋白质的正确折叠。1.热休克蛋白(heatshockprotein,H159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。形成HSP70和多肽片段依次结合、解离的循环。HSP40结合待折叠多肽片段HSP70-ATP复合物

HSP40-HSP70-ADP-多肽复合物ATP水解GrpEATPADP复合物解离，释出多肽链片段进行正确折叠热休克蛋白促进蛋白质折叠的基本作用——HSP40结合待折叠多160伴侣素GroEL/GroES系统促进蛋白质折叠过程伴侣素的主要作用——为非自发性折叠蛋白质提供能折叠形成天然空间构象的微环境。伴侣素GroEL/GroES系统促进蛋白质折叠过程伴侣素的161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。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定162肽-脯氨酰顺反异构酶多肽链中肽酰-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。肽酰-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。肽酰-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，可使多肽在各脯氨酸弯折处形成准确折叠。肽-脯氨酰顺反异构酶多肽链中肽酰-脯氨酸间形成的肽键有顺163二、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）多肽链的水解修饰二、一级结构的修饰（一）肽链N端的修饰164鸦片促黑皮质素原(POMC)的水解修饰NC信号肽PMOCKRKR103肽(？)ACTH-LT-MSH-MSHEndophin鸦片促黑皮质素原(POMC)的水解修饰NC信号肽PMOCKR165胰岛素原（86肽）A肽（21）B肽（30）C肽（35）SSS胰岛素（51肽）胰岛素的翻译后加工胰岛素原（86肽）A肽（21）B肽（30）C肽（35）SSS166三、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三、高级结构的修饰（一）亚基聚合167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(proteintargeting)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168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。

•信号序列(signalsequence)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169靶向输送蛋白信号序列或成分分泌蛋白N端信号肽内质网腔蛋白N端信号肽，C端-Lys-Asp-Glu-Leu-COO-(KDEL序列)线粒体蛋白N端信号序列（20～35氨基酸残基）核蛋白核定位序列（-Pro-Pro-Lys-Lys-Lys-Arg-Lys-Val-，SV40T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靶向输送蛋白信号序列或成分分泌蛋白N端信号肽内质网腔蛋白N端170（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输送过程首先要进入内质网。信号肽(signalpeptide)各种新生分泌蛋白的N端有保守的氨基酸序列称信号肽。（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输送171信号肽的一级结构信号肽的一级结构17213~36个氨基酸残基组成碱性N端：带