蛋白质的生物合成

关于蛋白质的生物合成第1页，共88页，2022年，5月20日，4点47分，星期六第一节参与蛋白质合成的主要物质一、mRNA二、tRNA三、核糖体四、其他氨基酸氨酰-tRNA合成酶各种因子

ATP/GTP第2页，共88页，2022年，5月20日，4点47分，星期六一、mRNA（一）mRNA上的开放阅读框开放阅读框（openreadingframe,ORF)：mRNA5′端起始密码子开始到3´端终止密码子之间连续的、无重叠的一连串密码子组成的蛋白质编码区。·····AUGGCGAACGCU······UAG·····第3页，共88页，2022年，5月20日，4点47分，星期六（二）密码子

1.数量

64个2.特殊密码子(1)起始密码子:ORF起始部位的AUG

（编码Met）

UUG或GUG(少数原核生物）(2)终止密码子：UAA、UAG、UGA

（不编码AA）第4页，共88页，2022年，5月20日，4点47分，星期六3.密码子的特点（1）简并性

一种AA有几个密码子Trp（UGG)和Met(AUG)：只有一个密码子同义密码子：编码同一种氨基酸的不同密码子

简并性的意义：？第5页，共88页，2022年，5月20日，4点47分，星期六

GCU

ACU

GCC

ACC

GCA

ACA

GCG

ACG

AlaThr意义：可以降低碱基突变造成的有害效应第6页，共88页，2022年，5月20日，4点47分，星期六第7页，共88页，2022年，5月20日，4点47分，星期六（2）通用性从细菌到人，遗传密码子几乎是通用的植物细胞的叶绿体、哺乳动物线粒体中密码子的特殊性：UGA：不是终止密码子，而是Trp的密码子

UAA,UAG,AGA,AGG：

终止密码子

AUA：Met（notforIle）第8页，共88页，2022年，5月20日，4点47分，星期六（3）密码子有方向性

5′3′（4）mRNA中密码子间无间隔，不重叠5′·····AUGGCGAACGCU·····UAG·····3′第9页，共88页，2022年，5月20日，4点47分，星期六二、tRNA

功能：1）氨基酸的“搬运工具”2）识别mRNA的密码子

反密码环氨基酸臂第10页，共88页，2022年，5月20日，4点47分，星期六（一）种类20种AA都有其特定的一种至几种tRNA（二）摇摆性（wobble）反密码子（anti-codon）的第1位与密码子（codon）第3位配对时，不严格遵循碱基配对原则

I—C，I—A,I-U，U—G

第11页，共88页，2022年，5月20日，4点47分，星期六第12页，共88页，2022年，5月20日，4点47分，星期六第13页，共88页，2022年，5月20日，4点47分，星期六第14页，共88页，2022年，5月20日，4点47分，星期六（三）起始tRNA与普通tRNA1.起始tRNA真核：tRNAimet原核：tRNAifmet2.普通tRNA：除起始tRNAtRNAemet：肽链延伸中携带Met·····AUGGCGAUGGCUAUG····UAG·····第15页，共88页，2022年，5月20日，4点47分，星期六三、核糖体

（一）核糖体（核蛋白体）的组成1.原核生物核糖体（70S）：（1）组成

30S小亚单位：16SrRNA和21种蛋白质

50S大亚单位：5SrRNA、23SrRNA、~32种蛋白质

第16页，共88页，2022年，5月20日，4点47分，星期六第17页，共88页，2022年，5月20日，4点47分，星期六2、真核生物的核糖体（80S）40S小亚单位：18SrRNA＋~33蛋白质60S大亚单位:28SrRNA、5SrRNA、5.8SrRNA+49蛋白质第18页，共88页，2022年，5月20日，4点47分，星期六第19页，共88页，2022年，5月20日，4点47分，星期六（二）核糖体的重要位点1、氨基酰-tRNA位点（Asite）2、肽酰-tRNA位点（Psite）3、tRNA退出位点（Esite）肽键形成部位第20页，共88页，2022年，5月20日，4点47分，星期六第二节蛋白质的合成一、氨酰-tRNA的合成（氨基酸的活化）二、肽链合成的起始三、肽链的延伸四、终止五、肽链的折叠和翻译后加工第21页，共88页，2022年，5月20日，4点47分，星期六（一）氨基酸的活化1.总反应为：

氨基酸＋tRNA＋ATP

氨基酰-tRNA＋AMP＋PPi

氨基酰-tRNA合成酶(镁离子)氨基酰-tRNA键：高能键一、氨酰-tRNA的合成第22页，共88页，2022年，5月20日，4点47分，星期六

第23页，共88页，2022年，5月20日，4点47分，星期六第一步反应氨基酸＋ATP＋E—→氨基酰-AMP-E＋

PPi

第24页，共88页，2022年，5月20日，4点47分，星期六第二步反应氨基酰-AMP-E＋

tRNA↓

氨基酰-tRNA

＋AMP

＋

E第25页，共88页，2022年，5月20日，4点47分，星期六氨酰-tRNA第26页，共88页，2022年，5月20日，4点47分，星期六2.Met－tRNAifMet的甲酰化(原核生物）N10-甲酰－FH4FH4Met－tRNAifMet

fMet－tRNAifMet

甲酰基转移酶（特异）第27页，共88页，2022年，5月20日，4点47分，星期六（二）氨基酰-tRNA合成酶的特点1.每一种AA都只有一种特定的氨基酰-tRNA合成酶2.具有校读功能（1）识别AA及其tRNA

（2）将tRNA与正确的AA连接（3）可将错误的氨基酰-tRNA

水解

保证蛋白质合成的精确性

第28页，共88页，2022年，5月20日，4点47分，星期六第29页，共88页，2022年，5月20日，4点47分，星期六

蛋白质合成中

mRNA模板的方向：5′→3′蛋白质的合成方向：N端→C端

二、肽链合成的起始

第30页，共88页，2022年，5月20日，4点47分，星期六参与的物质（1）30S和50S亚单位

mRNAfMet－tRNAifMet（2）

GTP（3）Mg2+（4）起始因子（一）原核生物翻译的起始

第31页，共88页，2022年，5月20日，4点47分，星期六三种起始因子的作用：IF1:防止氨基酰-tRNA进入AsiteIF2：引导fMet－tRNAifMet进入PsiteIF3：防止30S结合50S亚单位第32页，共88页，2022年，5月20日，4点47分，星期六2.起始过程

Step1Step2Step3第33页，共88页，2022年，5月20日，4点47分，星期六Step1：30S亚单位在mRNA上定位第34页，共88页，2022年，5月20日，4点47分，星期六过程：30S亚单位依次结合IF3(Esite),和IF1（Asite）；30S亚单位16SrRNA-3′端与mRNA的SD序列互补，结合到mRNA,并使起始密码子准确定位在P位点。SD序列（Shine-Dalgarno）

:

mRNA分子中紧靠起始密码子上游的一段富含嘌呤碱基的8－13核苷酸的序列。又称为核蛋白体结合位点（ribosomalbindingsite，RBS)

第35页，共88页，2022年，5月20日，4点47分，星期六Step2：定位fMet－tRNAifMetfMet－tRNAifMet-IF2－GTP

进入Psite，并与起始AUG配对。第36页，共88页，2022年，5月20日，4点47分，星期六Step3：结合50S大亚单位，形成70S复合物

起始密码子和反密码子的配对，使30s构象改变，释放IF3，结合50S大亚单位，释放IF2和IF1，形成70S起始复合物。消耗1个GTP第37页，共88页，2022年，5月20日，4点47分，星期六（二）真核生物翻译起始起始即将40S亚单位和Met－tRNAiMet

、mRNA、60S亚单位组装成80S起始复合物的过程。第38页，共88页，2022年，5月20日，4点47分，星期六第39页，共88页，2022年，5月20日，4点47分，星期六1. 43S复合物的形成

40S结合多种起始因子（eIF1A、eIF3

、eIF5B-GTP），并俘获eIF2－GTP-Met－tRNAiMet（Psite），形成43S复合物。第40页，共88页，2022年，5月20日，4点47分，星期六2.小亚单位在mRNA上的定位

mRNA的5′Cap与复合体eIF4F结合，并俘获eIF4B,RNA解旋,形成eIF4F/4B－mRNA复合体。

eIF4F/4B－mRNA俘获43S复合物，43S复合物沿mRNA5′3′方向扫描起始AUG，在mRNA上准确定位。

第41页，共88页，2022年，5月20日，4点47分，星期六3、80S复合物的形成

Met－tRNAiMet的反密码子与mRNA的起始密码子配对，使eIF2、eIF3

释放，60S与40S结合，eIF5B水解GTP，释放其他起始因子，形成80S复合物。消耗GTP第42页，共88页，2022年，5月20日，4点47分，星期六真核与原核生物肽链合成起始的主要区别1）更多的起始因子参与2）Met－tRNAiMet先定位到核糖体3）mRNA结合多种起始因子后才与核糖体结合4）小核糖体通过Met－tRNAiMet的反密码子与mRNA起始密码子之间互补配对而准确定位.第43页，共88页，2022年，5月20日，4点47分，星期六二、延伸1.需要70S（80S)起始复合物、氨基酰-tRNA、延伸因子、GTP延伸因子：原核：EF（Tu，Ts，G)真核：EF-1和EF-22.三步循环进位成肽转位第44页，共88页，2022年，5月20日，4点47分，星期六（一）step1－进位第45页，共88页，2022年，5月20日，4点47分，星期六过程：氨基酰-tRNA-Tu-GTP结合到Asite，GTP水解，释放Tu-GDP只有与密码子正确互补配对的氨基酰-tRNA才能进入A位点：维持蛋白质合成准确性的另一个机制。进位消耗1GTPTu-GTP

：在Ts（GTP交换因子）的参与下生成。Tu：GTPase活性第46页，共88页，2022年，5月20日，4点47分，星期六Step2－成肽第47页，共88页，2022年，5月20日，4点47分，星期六过程：Asite中氨基酰－tRNA的氨基攻击Psite的fMet－tRNAfMet

(肽酰－tRNA）形成肽键，生成二肽酰（肽酰）-tRNA(Asite)，tRNAfMet（空载的tRNA）留在Psite。催化肽键形成的酶：转肽酶(23SrRNA)能量：氨基酰－tRNA中高能键断裂提供第48页，共88页，2022年，5月20日，4点47分，星期六第49页，共88页，2022年，5月20日，4点47分，星期六Step3－转位第50页，共88页，2022年，5月20日，4点47分，星期六过程：核糖体向mRNA3′方向移动一个密码子→二肽酰－tRNA进入PSite,空载的tRNA进入Esite并由此进入胞质,第三个（下一个）密码子进入Asite，进入下一个延伸循环。转位需EF-G-GTP水解提供能量(转位酶）。第51页，共88页，2022年，5月20日，4点47分，星期六三、终止1.以终止密码子出现为信号2.释放因子：原核三个：RF1(UAG/UAA),RF2(UGA/UAA),RF3(促进RF1或RF2从核糖体上释放）真核：eRF1、eRF3(eRF3-GTP)第52页，共88页，2022年，5月20日，4点47分，星期六3.终止过程第53页，共88页，2022年，5月20日，4点47分，星期六过程：（1）终止密码子进入Asite，RF1（或RF2）与之结合，水解肽酰－tRNA键，肽链释放。（2）30S亚单位结合RF3-GDP,并转变为RF3-GTP，RF1从核糖体上释放。GTP水解，RF3-GDP从核糖体上释放。（3）RRF（Asite）、EF-G-GTP、IF3依次结合到核糖体,30S与50S亚单位分离，进入下一个翻译起始过程。

RRF：核糖体循环因子第54页，共88页，2022年，5月20日，4点47分，星期六核糖体循环第55页，共88页，2022年，5月20日，4点47分，星期六能量消耗起始、终止分别消耗1和2个GTP氨酰－tRNA形成消耗ATP(AMP)

进位、转位各消耗1个GTP

每个聚合一个AA能量消耗≥4NTP的高能磷酸键第56页，共88页，2022年，5月20日，4点47分，星期六五、多肽链的折叠及翻译后加工（一）多肽链的折叠多数需要其他蛋白质的参与1.分子伴侣热休克蛋白（HSP)、伴侣素2.酶蛋白二硫键异构酶肽－脯氨酰顺反异构酶第57页，共88页，2022年，5月20日，4点47分，星期六（二）翻译后加工1、一级结构的加工（1）N端fMet或Met的切除（2）特定氨基残基的修饰：乙酰化（50%的蛋白质N端被修饰）、磷酸化（如酪蛋白）、羟基化、羧基化、甲基化（如肌蛋白、钙调蛋白）等（3）多肽链的切割：特定位置水解

如信号肽等的切除第58页，共88页，2022年，5月20日，4点47分，星期六第59页，共88页，2022年，5月20日，4点47分，星期六2、空间结构的加工（1）二硫键的形成（2）亚基聚合（3）辅基连接：如血红蛋白连接血红素（4）糖基化修饰（糖蛋白）（5）疏水脂链的连接第60页，共88页，2022年，5月20日，4点47分，星期六糖基化修饰（糖蛋白）

Asn

（Gln）、Ser、Thr-糖第61页，共88页，2022年，5月20日，4点47分，星期六疏水脂链的连接：特殊位点连接脂肪链或多异戊二烯如G蛋白、Ras等第62页，共88页，2022年，5月20日，4点47分，星期六中心法则中心法则：遗传信息从DNA传递给RNA,再从RNA传递给蛋白质的转录和翻译的过程。

DNA

RNA

Protein第63页，共88页，2022年，5月20日，4点47分，星期六

第64页，共88页，2022年，5月20日，4点47分，星期六第三节蛋白质的靶向输送

proteintargeting蛋白质的靶向输送：蛋白质合成加工后通过复杂机制定向输送到内质网或发挥生物功能的目标位置的过程。去向：胞液、其他细胞器、体液（运输到靶细胞或器官）第65页，共88页，2022年，5月20日，4点47分，星期六信号序列（signalsequence）：新合成的蛋白质分子中引导蛋白质输送到细胞靶部位的特异氨基酸序列。信号序列包括：信号肽（内质网）

、核定位序列NLS（核）、

前导肽（线粒体）等第66页，共88页，2022年，5月20日，4点47分，星期六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（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PST序列（如-Ser-Lys-Leu-）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第67页，共88页，2022年，5月20日，4点47分，星期六(一）分泌蛋白的靶向输送1、信号肽（Signalpeptide）狭义：引导新合成的蛋白质转移到内质网上的一段氨基酸序列（16~30个氨基酸残基），一般位于新合成肽链的N端。广义：信号肽指的是新合成的蛋白质分子中引导蛋白质输送到细胞靶部位的特异氨基酸序列。第68页，共88页，2022年，5月20日，4点47分，星期六2、信号肽识别颗粒（Signalrecognitionparticle

，SRP，核糖核蛋白）及SPR受体

SPR位于胞液中

SPR受体位于内质网（ER)上

第69页，共88页，2022年，5月20日，4点47分，星期六3、输送过程第70页，共88页，2022年，5月20日，4点47分，星期六

过程：1）肽链合成约70AA残基---SRP与信号肽及大亚单位结合，进一步结合GTP，肽链合成暂时停止；2）SRP-GTP识别并结合内质网膜上的SRP受体，同时大亚单位通过核糖体受体锚定到ER膜，跨ER膜通道开放，包含信号肽在内的肽链进入内质网；3）GTP水解，SRP释放，多肽链恢复延伸；信号肽在内质网内被特异蛋白酶切割；4）多肽链折叠；加工修饰（如N-糖基化修饰）；5）由转运小泡运输到高尔基体，进一步修饰和分选包装，并运送到目的地

.第71页，共88页，2022年，5月20日，4点47分，星期六第72页，共88页，2022年，5月20日，4点47分，星期六（二）线粒体蛋白的靶向输送

热休克蛋白外膜受体复合体跨内外膜蛋白通道特异蛋白酶第73页，共88页，2022年，5月20日，4点47分，星期六输送过程：1)蛋白质前体与HSP70(热休克蛋白）或线粒体输入刺激因子（NSF);2)通过信号序列（导肽）识别并结合外膜受体复合物；3）由跨内外膜蛋白质通道转运至线粒体基质（HSP70水解ATP提供能量）；4)蛋白酶水解信号序列，折叠成功能分子。第74页，共88页，2022年，5月20日，4点47分，星期六（三）细胞核蛋白的靶向输送核输入因子核孔复合物小GTP酶Ran第75页，共88页，2022年，5月20日，4点47分，星期六

第76页，共88页，2022年，5月20日，4点47分，星期六输送过程：1)蛋白质前体（有NSL)结合核输入因子αβ二聚体，形成复合物，并导向核孔；2)小GTP酶