生物化学蛋白质生物合成（课件）

蛋白质的生物合成（翻译）第12章（遗传密码的特性；起始和终止密码；蛋白质合成的干扰）蛋白质的生物合成（翻译）第12章（遗传密码的特性；起始和终止1蛋白质生物合成的概念蛋白质生物合成(proteinbiosynthesis)也称翻译(translation)，是生物细胞以mRNA为模板，按照mRNA分子中核苷酸的排列顺序所组成的密码信息合成蛋白质的过程。定义蛋白质生物合成的概念蛋白质生物合成(proteinbios2（1）氨基酸的活化（2）肽链的生物合成（3）肽链形成后的加工和靶向输送反应过程（1）氨基酸的活化反应过程3第一节

蛋白质生物合成体系（重点内容较多）第一节

蛋白质生物合成体系（重点内容较多）4（说明：红色字表示是这一节的重点内容）mRNA在蛋白质合成中的作用

（关于遗传密码的所有内容：包括起始密码、终止密码及遗传密码的特点。）rRNA在蛋白质合成中的作用tRNA在蛋白质合成中的作用（氨基酸的活化形式是氨基酰-tRNA）蛋白质合成所需要的酶和蛋白质因子等（糖原、磷脂、蛋白质合成的直接供能分别是UTP、CTP、GTP）本节主要内容：（说明：红色字表示是这一节的重点内容）本节主要内容：5基本原料：20种编码氨基酸模板：mRNA适配器：tRNA装配机：核蛋白体主要酶和蛋白质因子：氨基酰-tRNA合成酶、转肽酶、起始因子、延长因子、释放因子等能源物质：ATP、GTP无机离子：Mg2+、K+蛋白质生物合成体系基本原料：20种编码氨基酸蛋白质生物合成体系6一、mRNA是蛋白质生物合成的直接模板mRNA的基本结构StartofgeneticmessageCapEndTail5’-端非翻译区533’-端非翻译区开放阅读框架从mRNA5-端起始密码子AUG到3-端终止密码子之间的核苷酸序列，称为开放阅读框架(openreadingframe,ORF)。一、mRNA是蛋白质生物合成的直接模板mRNA的基本结构St7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AAA…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8遗传密码在mRNA的开放阅读框架区，以每3个相邻的核苷酸为一组，代表一种氨基酸(或其他信息)，这种三联体形式的核苷酸序列称为密码子。起始密码子(initiationcodon)：AUG终止密码子(terminationcodon)：UAA、UAG、UGA密码子（codon）起始密码子和终止密码子：遗传密码在mRNA的开放阅读框架区，以每3个相邻的核苷酸为一9遗传密码表遗传密码表10遗传密码的特点1.方向性(directional)翻译时遗传密码的阅读方向是5’→3’，即读码从mRNA的起始密码子AUG开始，按5’→3’的方向逐一阅读，直至终止密码子。NC肽链延伸方向5′3′读码方向遗传密码的特点1.方向性(directional)翻译时遗112.连续性(non-punctuated)编码蛋白质氨基酸序列的各个三联体密码连续阅读，密码子及密码子的各碱基之间既无间隔也无交叉。5’…….AUG

GCA

GUA

CAU……UAA3’AlaValHisMet终止密码2.连续性(non-punctuated)编码蛋白质氨基酸12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)。缬脯苏天冬缬丙酪甘缬丙丝精基因损伤引起mRNA阅读框架内的碱基发生插入或缺失，可能导致133.简并性(degenerate)一种氨基酸可具有2个或2个以上的密码子为其编码。这一特性称为遗传密码的简并性。除色氨酸和甲硫氨酸仅有1个密码子外，其余氨基酸有2、3、4个或多至6个三联体为其编码。为同一种氨基酸编码的各密码子称为简并性密码子，也称同义密码子。3.简并性(degenerate)一种氨基酸可具有2个或144.通用性(universal)从简单的病毒到高等的人类，几乎使用同一套遗传密码，因此，遗传密码表中的这套“通用密码”基本上适用于生物界的所有物种，具有通用性。密码的通用性进一步证明各种生物进化自同一祖先。4.通用性(universal)从简单的病毒到高等的人类155.摆动性(wobble)反密码子与密码子之间的配对有时并不严格遵守常见的碱基配对规律，这种现象称为摆动配对(wobblebasepairing)。tRNA反密码子第1位碱基IUGACmRNA密码子第3位碱基U,C,AA,GU,CUG5.摆动性(wobble)反密码子与密码子16U321123摆动配对U321123摆动配对17二、核蛋白体是蛋白质生物合成的场所核蛋白体的组成核蛋白体又称核糖体，是由rRNA和多种蛋白质结合而成的一种大的核糖核蛋白颗粒，是蛋白质生物合成的场所。二、核蛋白体是蛋白质生物合成的场所核蛋白体的组成核蛋白体又称18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S值70S30S50S80S40S60SrRNA16S-rRNA23S-rRNA5S-rRNA18S-rRNA28S-rRNA5.8S-rRNA5S-rRNA蛋白质rpS21种rpL36种rpS33种rpL49种不同细胞核蛋白体的组成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S值19原核生物核蛋白体结构模式

原核生物核蛋白体结构模式20三、tRNA是氨基酸的运载工具及蛋白质生物合成的适配器生物化学蛋白质生物合成（课件）21二级结构三级结构反密码环氨基酸臂tRNA的构象二级结构三级结构反密码环氨基酸臂tRNA的构象22四、蛋白质生物合成需要酶类、蛋白质因子等（一）重要的酶类氨基酰-tRNA合成酶(aminoacyltRNAsynthetase)，催化氨基酸的活化；转肽酶(peptidase)，催化核蛋白体P位上的肽酰基转移至A位氨基酰-tRNA的氨基上，使酰基与氨基结合形成肽键;并受释放因子的作用后发生变构，表现出酯酶的水解活性，使P位上的肽链与tRNA分离；转位酶(translocase)，催化核蛋白体向mRNA3’-端移动一个密码子的距离，使下一个密码子定位于A位。四、蛋白质生物合成需要酶类、蛋白质因子等（一）重要的酶类氨基23（二）蛋白质因子起始因子（initiationfactor，IF）延长因子（elongationfactor，EF）释放因子（releasefactor，RF）（二）蛋白质因子起始因子（initiationfactor24参与原核生物翻译的各种蛋白质因子及其生物学功能种类生物学功能起始因子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的敏感性延长因子EF-Tu促进氨基酰-tRNA进入A位，结合并分解GTPEF-Ts调节亚基EF-G有转位酶活性，促进mRNA-肽酰-tRNA由A位移至P位，促进tRNA卸载与释放释放因子RF-1特异识别UAA、UAG，诱导转肽酶转变为酯酶RF-2特异识别UAA、UGA，诱导转肽酶转变为酯酶RF-3可与核蛋白体其他部位结合，有GTP酶活性，能介导RF-1及RF-2与核蛋白体的相互作用参与原核生物翻译的各种蛋白质因子及其生物学功能种类生物学功能25参与真核生物翻译的各种蛋白质因子及其生物学功能种类生物学功能起始因子eIF-1多功能因子，参与多个翻译步骤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eIF-4AeIF-4F复合物成分，有RNA解螺旋酶活性，能解除mRNA5´-端的发夹结构，使其与小亚基结合eIF-4B结合mRNA，促进mRNA扫描定位起始AUGeIF-4EeIF-4F复合物成分，结合mRNA5´帽子eIF-4GeIF-4F复合物成分，结合eIF-4E、eIF-3和PolyA结合蛋白eIF-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延长因子eIF1-α促进氨基酰-tRNA进入A位，结合分解GTP，相当于EF-TueIF1-βγ调节亚基，相当于EF-TseIF-2有转位酶活性，促进mRNA-肽酰-tRNA由A位移至P位，促进tRNA卸载与释放，相当于EF-G释放因子eRF识别所有终止密码子，具有原核生物各类RF的功能参与真核生物翻译的各种蛋白质因子及其生物学功能种类生物学功能26蛋白质生物合成的能源物质为ATP和GTP;参与蛋白质生物合成的无机离子有Mg2+、K+等。（三）能源物质及离子蛋白质生物合成的能源物质为ATP和GTP;（三）能源物质及离27第二节

氨基酸的活化第二节

氨基酸的活化28（说明：红色字表示是这一节的重点内容）氨基酸活化形成氨基酰-

tRNA真核生物的起始氨基酰-

tRNA本节主要内容：（说明：红色字表示是这一节的重点内容）本节主要内容：29反应过程一、氨基酸活化形成氨基酰-tRNA氨基酸+tRNA氨基酰-tRNAATP

AMP＋PPi氨基酰-tRNA合成酶反应过程一、氨基酸活化形成氨基酰-tRNA氨基酸+tR30生物化学蛋白质生物合成（课件）31氨基酰-tRNA的表示方法丙氨酰-tRNA：Ala-tRNAAla精氨酰-tRNA：Arg-tRNAArg甲硫氨酰-tRNA：

Met-tRNAMet氨基酸的三字母缩写-tRNA氨基酸的三字母缩写

例如：氨基酰-tRNA的表示方法丙氨酰-tRNA：Ala-tRNA32二、真核生物起始氨基酰-tRNA是Met-tRNAiMettRNAiMet与甲硫氨酸结合后形成Met-tRNAiMet，可以在mRNA的起始密码子AUG处就位，参与形成翻译起始复合物。起始密码子只能辨认Met-tRNAiMet。tRNAMet和甲硫氨酸结合后生成Met-tRNAMet，必要时进入核蛋白体，为延长中的肽链添加甲硫氨酸。起始氨基酰-tRNA:Met-tRNAiMet

参与肽链延长的甲硫氨酰-tRNA：Met-tRNAMet真核生物二、真核生物起始氨基酰-tRNA是Met-tRNAiMett33具有起始功能的tRNAfMet与甲硫氨酸结合后，甲硫氨酸很快被甲酰化为N-甲酰甲硫氨酸(N-formylmethionine,fMet)，于是形成N-甲酰甲硫氨酰-tRNA(fMet-tRNAfMet)，可以在mRNA的起始密码子AUG处就位，参与形成翻译起始复合物。起始密码子只能辨认fMet-tRNAiMet。原核生物起始氨基酰-tRNA:fMet-tRNAifMet

具有起始功能的tRNAfMet与甲硫氨酸结合后，甲硫氨酸很快34fMet-tRNAfMet的生成是一碳化合物转移和利用的过程之一，反应由转甲酰基酶催化，甲酰基从N10-甲酰四氢叶酸转移到甲硫氨酸的α-氨基上。fMet-tRNAfMet的生成是一碳化合物转移和利用的过程35第三节

肽链的生物合成过程第三节

肽链的生物合成过程36（说明：红色字表示是这一节的重点内容）原核生物的肽链合成过程真核生物的肽链合成过程本节主要内容：（说明：红色字表示是这一节的重点内容）本节主要内容：37起始(initiation)延长(elongation)终止(termination)整个过程可分为：一、原核生物的肽链合成过程起始(initiation)整个过程可分为：一、原核生物的38（一）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的过程。1.核蛋白体大小亚基分离；2.mRNA在小亚基定位结合；3.起始氨基酰-tRNA的结合；4.核蛋白体大亚基结合。（一）起始指mRNA和起始氨基酰-tRNA分39IF-3IF-11.核蛋白体大小亚基分离IF-3IF-11.核蛋白体大小亚基分离40AUG5'3'IF-3IF-12.mRNA在小亚基定位结合AUG5'3'IF-3IF-12.mRNA在小亚基定位结合41原核生物mRNA在核蛋白体小亚基上的准确定位和结合涉及两种机制：在各种mRNA起始AUG上游约8～13核苷酸部位，存在一段由4～9个核苷酸组成的一致序列，富含嘌呤碱基，如-AGGAGG-，称为Shine-Dalgarno序列(S-D序列)，又称核蛋白体结合位点(ribosomalbindingsite,RBS)。一条多顺反子mRNA序列上的每个基因编码序列均拥有各自的S-D序列和起始AUG。原核生物mRNA在核蛋白体小亚基上的准确定位和结合涉及两种机42S-D序列小亚基中的16S-rRNA3ˊ-端有一富含嘧啶碱基的短序列，如-UCCUCC-，通过与S-D序列碱基互补而使mRNA与小亚基结合。S-D序列小亚基中的16S-rRNA3ˊ-端有一富含嘧啶碱43mRNA序列上紧接S-D序列后的小核苷酸序列，可被核蛋白体小亚基蛋白rpS-1识别并结合。mRNA序列上紧接S-D序列后的小核苷酸序列，可被核蛋白体小44IF-3IF-1IF-2GTP3.起始氨基酰tRNA(fMet-tRNAifMet)结合到小亚基AUG5'3'IF-3IF-1IF-2GTP3.起始氨基酰tRNA(fMe45IF-3IF-1IF-2GTPGDPPi4.核蛋白体大亚基结合，起始复合物形成AUG5'3'IF-3IF-1IF-2GTPGDPPi4.核蛋白体大亚基结46IF-3IF-1AUG5'3'IF-2GTPIF-2-GTPGDPPi起始复合物形成过程IF-3IF-1AUG5'3'IF-2GTPIF-2-GTP47指在mRNA模板的指导下，氨基酸依次进入核蛋白体并聚合成多肽链的过程。1.进位(positioning)/注册(registration)2.成肽(peptidebondformation)3.转位(translocation)（二）延长肽链延长在核蛋白体上连续循环式进行，又称为核蛋白体循环(ribosomalcycle)，包括以下三步：每轮循环使多肽链增加一个氨基酸残基。指在mRNA模板的指导下，氨基酸依次进入核蛋白体并聚合成多肽481.进位又称注册(registration)，是指一个氨基酰-tRNA按照mRNA模板的指令进入并结合到核蛋白体A位的过程。1.进位又称注册(registration49TuTsGTPGDPAUG5'3'TuTsGTP进位的反应过程：TuTsGTPGDPAUG5'3'TuTsGTP进位的反应过502.成肽成肽是在转肽酶(peptidase)的催化下，核蛋白体P位上起始氨基酰-tRNA的N-甲酰甲硫氨酰基(肽酰-tRNA的肽酰基)转移到A位并与A位上氨基酰-tRNA的α-氨基结合形成肽键的过程。2.成肽成肽是在转肽酶(peptidase)的51成肽的反应过程成肽的反应过程523.转位转位是在转位酶的催化下，核蛋白体向mRNA的3´-端移动一个密码子的距离，使mRNA序列上的下一个密码子进入核蛋白体的A位、而占据A位的肽酰-tRNA移入P位的过程。转位需要延长因子EF-G参与。3.转位转位是在转位酶的催化下，核蛋白体向m53EF-G有转位酶（translocase）活性，可结合并水解1分子GTP，释放的能量促进核蛋白体向mRNA的3′侧移动，使起始二肽酰-tRNA-mRNA相对位移进入核蛋白体P位，而卸载的tRNA则移入E位。转位EF-G有转位酶（translocase）活性，可结合并水解54生物化学蛋白质生物合成（课件）55进位转位成肽肽链合成延长(核蛋白体循环)过程进位转位成肽肽链合成延长(核蛋白体循环)过程56（三）终止指核蛋白体A位出现mRNA的终止密码子后，多肽链合成停止，肽链从肽酰-tRNA中释出，mRNA、核蛋白体大、小亚基等分离的过程。终止阶段需要释放因子RF-1、RF-2和RF-3参与。（三）终止指核蛋白体A位出现mRNA的终止密57RF-3可结合核蛋白体其他部位，有GTP酶活性，能介导RF-1、RF-2与核蛋白体的相互作用。释放因子的功能：RF-1、RF-2识别终止密码子RF-1特异识别UAA、UAG；RF-2特异识别UAA、UGA。RF-1、RF-2诱导转肽酶转变为酯酶活性催化新生肽链与结合在P位的tRNA之间的酯键水解，使肽链从核蛋白体上释放。RF-3可结合核蛋白体其他部位，有GTP酶活性，能介导RF-58原核肽链合成终止过程原核肽链合成终止过程59第四节

蛋白质翻译后修饰和靶向输送第四节

蛋白质翻译后修饰和靶向输送60（说明：红色字表示是这一节的重点内容）多肽链折叠为天然构象的蛋白质蛋白质一级结构的修饰蛋白质空间结构的修饰蛋白质的靶向输送本节主要内容：（说明：红色字表示是这一节的重点内容）本节主要内容：61一、多肽链折叠为天然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，而需要其他酶和蛋白质辅助。一、多肽链折叠为天然构象的蛋白质新生肽链的折叠在肽链合成中、62几种有促进蛋白质折叠功能的大分子:分子伴侣(molecularchaperon)蛋白质二硫键异构酶(proteindisulfideisomerase,PDI)3.肽-脯氨酰顺反异构酶(peptideprolyl-cis-transisomerase,PPI)几种有促进蛋白质折叠功能的大分子:分子伴侣(molecul631.分子伴侣:分子伴侣是细胞内一类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的保守蛋白质。分子伴侣有以下功能：①封闭待折叠蛋白质的暴露的疏水区段；②创建一个隔离的环境，可以使蛋白质的折叠互不干扰；③促进蛋白质折叠和去聚集；④遇到应激刺激，使已折叠的蛋白质去折叠。1.分子伴侣:分子伴侣是细胞内一类可识别肽链的非天然构象、64(1)热休克蛋白(heatshockprotein,HSP)(2)伴侣蛋白(chaperonin)分子伴侣主要有：(1)热休克蛋白(heatshockprotein,65(1)热休克蛋白(heatshockprotein,HSP)热休克蛋白属于应激反应性蛋白质，高温应激可诱导该蛋白质合成。热休克蛋白可促进需要折叠的多肽折叠为有天然空间构象的蛋白质。热休克蛋白包括HSP70、HSP40和GrpE三族。(1)热休克蛋白(heatshockprotein,66它有两个主要功能域：一个是存在于N-端的高度保守的ATP酶结构域，能结合和水解ATP；另一个是存在于C-端的多肽链结合结构域。蛋白质的折叠需要这两个结构域的相互作用。大肠杆菌的HSP70(DnaK)ATP酶肽链结合结构域H2NEEVD-COOHGrpE结合部位DnaJ/HSP40结合部位它有两个主要功能域：一个是存在于N-端的高度保守的ATP酶结67大肠杆菌的HSP40(DnaJ)可激活DnaK中的ATP酶，生成稳定的DnaJ-DnaK-ADP-被折叠蛋白质复合物，以利于DnaK发挥分子伴侣作用。在ATP存在的情况下，DnaJ和DnaK的相互作用能抑制蛋白质的聚集。GrpE，核苷酸交换因子，与DnaK的ATP酶结构域结合，使DnaK的构象发生改变、ADP从复合物中释放出来并由ATP代替ADP，从而控制DnaK的ATP酶活性。在蛋白质的折叠过程中，HSP70还需2个辅助因子HSP40和GrpE。大肠杆菌的HSP40(DnaJ)可激活DnaK中的AT68大肠杆菌中的HSP70反应循环大肠杆菌中的HSP70反应循环69人类细胞中HSP蛋白质家族可存在于胞浆、内质网腔、线粒体、胞核等部位，涉及多种细胞保护功能：如使线粒体和内质网蛋白质保持未折叠状态而转运、跨膜，再折叠成功能构象；通过类似上述机制，避免或消除蛋白质变性后因疏水基团暴露而发生的不可逆聚集，以利于清除变性或错误折叠的多肽中间物等。人类细胞中HSP蛋白质家族可存在于胞浆、内质网腔、线粒体、胞70(2)伴侣蛋白(chaperonin)伴侣蛋白是分子伴侣的另一家族，如大肠杆菌的GroEL和GroES（真核细胞中同源物为HSP60和HSP10）等家族。其主要作用是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。(2)伴侣蛋白(chaperonin)伴侣蛋白是分子伴侣的71当待折叠肽链进入GroEL的桶状空腔后，GroES可作为“盖子”瞬时封闭GroEL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。GroEL-GroES复合物当待折叠肽链进入GroEL的桶状空腔后，GroES可作为72GroEL-GroES反应循环GroEL-GroES反应循环732.蛋白质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型蛋白质、膜蛋白质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。2.蛋白质二硫键异构酶多肽链内或肽链之间二硫键的正确形成对743.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，空间构象有明显差别。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。3.肽-脯氨酰顺反异构酶多肽链中肽酰-脯氨酸间形成的肽键75二、蛋白质一级结构修饰主要是肽键水解和化学修饰

（一）肽链末端的修饰（二）个别氨基酸的共价修饰1．糖基化2．羟基化3．甲基化4．磷酸化5．二硫键形成6．亲脂性修饰二、蛋白质一级结构修饰主要是肽键水解和化学修饰（一）肽链末76例：鸦片促黑皮质素原(POMC)的水解修饰（三）多肽链的水解修饰例：鸦片促黑皮质素原(POMC)的水解修饰（三）多肽链的水解77三、空间结构的修饰结合蛋白质合成后都需要结合相应辅基，才能成为具有功能活性的天然蛋白质。具有四级结构的蛋白质由两条以上的肽链通过非共价键聚合，形成寡聚体(oligomer)。（一）通过非共价键亚基聚合形成具有四级结构的蛋白质（二）辅基连接后形成完整的结合蛋白质三、空间结构的修饰结合蛋白质合成后都需要结合相应辅基，才能成78四、合成后蛋白质可被靶向输送至细胞特定部位蛋白质在核蛋白体上合成后，必须分选出来，定向输送到一个合适的部位才能行使各自的生物学功能。蛋白质的靶向输送与翻译后修饰过程同步进行。四、合成后蛋白质可被靶向输送至细胞特定部位蛋79所有靶向输送的蛋白质结构中存在分选信号，主要是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，这类序列称为信号序列(signalsequence)。信号序列是决定蛋白质靶向输送特性的最重要元件，提示指导蛋白质靶向输送的信息存在于蛋白质自身的一级结构中。（一）靶向输送的蛋白质N-端存在信号序列所有靶向输送的蛋白质结构中存在分选信号，主要是N末端特异氨基80N-端含1个或几个带正电荷的碱性氨基酸残基，如赖氨酸、精氨酸；中段为疏水核心区，主要含疏水的中性氨基酸，如亮氨酸、异亮氨酸等；C-端加工区由一些极性相对较大、侧链较短的氨基酸（如甘氨酸、丙氨酸、丝氨酸）组成，紧接着是被信号肽酶(signalpeptidase)裂解的位点。信号肽有以下共性：N-端含1个或几个带正电荷的碱性氨基酸残基，如赖氨酸、精氨酸81生物化学蛋白质生物合成（课件）82靶向输送到细胞核的蛋白质其多肽链内含有特异信号序列，称为核定位序列(nuclearlocalizationsequence,NLS)。NLS为含4～8个氨基酸残基的短序列，富含带正电荷的赖氨酸、精氨酸和脯氨酸，可位于肽链的不同部位，而不只在N末端。不同的NLS间未发现共有序列；在蛋白质进核定位后，NLS不被切除。核定位序列靶向输送到细胞核的蛋白质其多肽链内含有特异信号序列，称为核定83真核细胞分泌型蛋白质的靶向输送过程为：核蛋白体上合成的肽链先由信号肽引导进入内质网腔并被折叠成为具有一定功能构象的蛋白质，在高尔基复合体中被包装进分泌小泡，转移至细胞膜，再分泌到细胞外。（二）分泌型蛋白质由分泌小泡靶向输送至胞外真核细胞分泌型蛋白质的靶向输送过程为：核蛋白体上合成的肽链先84信号序列引导蛋白质进入内质网信号序列引导蛋白质进入内质网85（三）蛋白质6-磷酸甘露糖基化是靶向输送至溶酶体的信号（三）蛋白质6-磷酸甘露糖基化是靶向输送至溶酶体的信号86与分泌型蛋白质一样，内质网中的驻留蛋白质先经粗面内质网上的附着核蛋白体合成并进入内质网腔，然后随囊泡输送到高尔基复合体。但是，内质网蛋白质多肽链的C-端含有滞留信号序列，可与相应受体结合。在高尔基复合体上，内质网蛋白质通过其滞留信号序列与受体结合后，随囊泡输送回内质网。（四）靶向输送至内质网的蛋白质C-端含有滞留信号序列与分泌型蛋白质一样，内质网中的驻留蛋白质先经粗面内质网上的附87（五）质膜蛋白质的靶向输送由囊泡转移到细胞膜质膜蛋白质合成时在粗面内质网上的跨膜机制与分泌型蛋白质的跨膜机制相似，但是，质膜蛋白质的肽链并不完全进入内质网腔，而是锚定在内质网膜上。不同类型的跨膜蛋白质以不同的形式锚定于膜上。（五）质膜蛋白质的靶向输送由囊泡转移到细胞膜质膜蛋白质合成时88（六）线粒体蛋白质以其前体形式在胞液合成后靶向输入线粒体绝大部分线粒体蛋白质是由核基因组编码、在胞液中的游离核蛋白体上合成后释放、靶向输送到线粒体中的。（六）线粒体蛋白质以其前体形式在胞液合成后靶向输入线粒体绝大89真核细胞线粒体蛋白质的靶向输送真核细胞线粒体蛋白质的靶向输送90（七）细胞核蛋白质在胞液中合成后经核孔靶向输送入核（七）细胞核蛋白质在胞液中合成后经核孔靶向输送入核91第五节

蛋白质生物合成的干扰和抑制第五节

蛋白质生物合成的干扰和抑制92（说明：红色字表示是这一节的重点内容）抗生素对蛋白质合成的影响（各种抗生素对翻译过程的抑制点）其他干扰蛋白质生物合成的物质（干扰素抑制蛋白质生物合成的机制）本节主要内容：（说明：红色字表示是这一节的重点内容）本节主要内容：93一、许多抗生素通过抑制蛋白质生物合成发挥作用抗生素(antibiotics)是一类由某些真菌、细菌等微生物产生的药物，有抑制其他微生物生长或杀死其他微生物的能力，对宿主无毒性的抗生素可用于预防和治疗人、动物和植物的感染性疾病。一、许多抗生素通过抑制蛋白质生物合成发挥作用抗生素(anti94抗生素作用位点作用原理应用伊短菌素原核、真核核蛋白体小亚基阻碍翻译起始复合物的形成抗肿瘤药四环素、土霉素原核核蛋白体小亚基抑制氨基酰-tRNA与小亚基结合抗菌药链霉素、新霉素、巴龙霉素原核核蛋白体小亚基改变构象引起读码错误、抑制起始抗菌药氯霉素、林可霉素、红霉素原核核蛋白体大亚基抑制转肽酶、阻断肽链延长抗菌药嘌呤霉素原核、真核核蛋白体使肽酰基转移到它的氨基上后脱落抗肿瘤药放线菌酮

真核核蛋白体大亚基抑制转肽酶、阻断肽链延长医学研究夫西地酸、细球菌素EF-G抑制EF-G、阻止转位抗菌药壮观霉素原核核蛋白体小亚基阻止转位抗菌药常用抗生素抑制蛋白质生物合成的原理与应用抗生素作用位点作用原理应用伊短菌素原核、真核核蛋白体95

嘌呤霉素作用示意图嘌呤霉素作用示意图96四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97二、其他干扰蛋白质生物合成的物质某些毒素能在肽链延长阶段阻断蛋白质合成而呈现毒性，如白喉毒素是真核细胞蛋白质合成的抑制剂，它作为一种修饰酶，可使eEF-2发生ADP糖基化共价修饰，生成eEF-2腺苷二磷酸核糖衍生物，使eEF-2失活。（一）毒素1．白喉毒素(diphtheriatoxin)二、其他干扰蛋白质生物合成的物质某些毒素能在肽链延长阶段阻断98白喉毒素的作用机理：白喉毒素++延长因子-2（有活性）延长因子-2（无活性）白喉毒素的作用机理：白喉毒素++延长因子-2（有活性）延长因99（二）干扰素干扰素(interferon,IFN)是真核细胞被病毒感染后分泌的一类具有抗病毒作用的蛋白质，可抑制病毒的繁殖。干扰素分为α-（白细胞）型、β-（成纤维细胞）型和γ-（淋巴细胞）型三大类，每类各有亚型，分别具有其特异作用。（二）干扰素干扰素(interferon,IFN)是真核细100干扰素抑制病毒的作用机制有两方面：一是干扰素在某些病毒双链RNA存在时，能诱导特异的蛋白激酶活化，该活化的蛋白激酶使eIF-2磷酸化而失活，从而抑制病毒蛋白质合成；二是干扰素能与双链RNA共同活化特殊的2ˊ-5ˊ寡聚腺苷酸（2ˊ-5ˊA）合成酶，催化ATP聚合，生成单核苷酸间以2ˊ-5ˊ磷酸二酯键连接的2ˊ-5ˊA，经2ˊ-5ˊA活化核酸内切酶RNaseL，后者可降解病毒mRNA，从而阻断病毒蛋白质合成。干扰素抑制病毒的作用机制有两方面：一是干扰素在某些病毒双链R101干扰素的作用机制: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制:干扰素诱导的蛋白激酶dsRNA1.干扰素1022.干扰素诱导病毒RNA降解dsRNA干扰素AAPAPPPP252552-5AAPPPATP2-5A合成酶降解mRNARNaseLRNaseL活化2.干扰素诱导病毒RNA降解dsRNA干扰素AAPAPP103能出现在蛋白质分子中的下列氨基酸，哪一种没有遗传密码？A．色氨酸B．蛋氨酸C．谷氨酰胺D．脯氨酸E．羟脯氨酸能出现在蛋白质分子中的下列氨基酸，哪一种没有遗传密码？104在体内，氨基酸合成蛋白质时，其活化方式为A．磷酸化B．与蛋氨酸相结合C．生成氨基酰辅酶AD．生成氨基酰tRNAE．与起始因子相结合在体内，氨基酸合成蛋白质时，其活化方式为105干扰素抑制蛋白生物合成是因为A．活化蛋白激酶，而使eIF2磷酸化B．抑制肽链延长因子C．阻碍氨基酰tRNA与小亚基结合D．抑制转肽酰酶E．使核蛋白体60s亚基失活干扰素抑制蛋白生物合成是因为106下列关于氨基酸密码的描述，哪一项是错误的？A．密码有种属特异性，所以不同生物合成不同的蛋白质B．密码阅读有方向性，5’端起始，3’端终止C．一种氨基酸可有一种以上的密码D．一组密码只代表一种氨基酸E．密码第3位（即3’端）碱基在决定掺入氨基酸的特异性方面重要性较小下列关于氨基酸密码的描述，哪一项是错误的？107氯霉素可抑制原核生物的蛋白质合成，其原因是A．特异地抑制肽链延长因子（EFT）的活B．与核蛋白体的大亚基结合，抑制转肽酶活性，而阻断翻译延长过程C．活化一种蛋白激酶，从而影响起动因子（IF）磷酸化D．间接活化一种核酸内切酶使mRNA降解E．阻碍氨基酰tRNA与核蛋白体小亚基结合氯霉素可抑制原核生物的蛋白质合成，其原因是108AUC为异亮氨酸的遗传密码，在tRNAA．UAGB．TAGC．GAUD．GATE．LAGAUC为异亮氨酸的遗传密码，在tRNA109A．链霉素B．氯霉素C．林可霉素D．嘌呤霉素E．白喉毒素对真核及原核生物的蛋白质合成都有抑制作用的是主要抑制哺乳动物蛋白质合成的是A．链霉素B．氯霉素110下列有关遗传密码的叙述，正确的A．遗传密码只代表氨基酸B．一种氨基酸只有一个密码子C．一个密码子可代表多种氨基酸D．每个tRNA上的反密码子只能识别一个密码子E．从病毒到人，丝氨酸的密码子都是AGU下列有关遗传密码的叙述，正确的111下列属于终止密码子的是：A．UCAB．UCGC．UACD．UAAE．UGC下列属于终止密码子的是：112下列因子中,不参与原核生物翻译过程的是A．IFB．EF1C．EFTD．RFE．RR下列因子中,不参与原核生物翻译过程的是113A．AUUB．GUAC．AUGD．UCAE．UGA遗传密码中的起始密码子是遗传密码中的终止密码子是A．AUUB．GU114一个tRNA上的反密码子为IAC，其可识别的密码子是(X)A．GUAB．GUCC．GUGD．GUU一个tRNA上的反密码子为IAC，其可识别的密码子是(115遗传密码的简并性是指A．蛋氨酸密码可作起始密码B．一个密码子可代表多个氨基酸C．多个密码子可代表同一氨基酸D．密码子与反密码子之间不严格配E．所有生物可使用同一套密码遗传密码的简并性是指116下列哪些因子参与蛋白质翻译延长A．IFB．EFGC．EFTD．RF下列哪些因子参与蛋白质翻译延长117下列关于核蛋白体的叙述，正确的是A．是遗传密码的携带者B．由rRNA与蛋白质构成C．由snRNA与hnRNA构成D．由DNA与蛋白质构成E．由引物、DNA和蛋白质构成下列关于核蛋白体的叙述，正确的是118蛋白质的生物合成（翻译）第12章（遗传密码的特性；起始和终止密码；蛋白质合成的干扰）蛋白质的生物合成（翻译）第12章（遗传密码的特性；起始和终止119蛋白质生物合成的概念蛋白质生物合成(proteinbiosynthesis)也称翻译(translation)，是生物细胞以mRNA为模板，按照mRNA分子中核苷酸的排列顺序所组成的密码信息合成蛋白质的过程。定义蛋白质生物合成的概念蛋白质生物合成(proteinbios120（1）氨基酸的活化（2）肽链的生物合成（3）肽链形成后的加工和靶向输送反应过程（1）氨基酸的活化反应过程121第一节

蛋白质生物合成体系（重点内容较多）第一节

蛋白质生物合成体系（重点内容较多）122（说明：红色字表示是这一节的重点内容）mRNA在蛋白质合成中的作用

（关于遗传密码的所有内容：包括起始密码、终止密码及遗传密码的特点。）rRNA在蛋白质合成中的作用tRNA在蛋白质合成中的作用（氨基酸的活化形式是氨基酰-tRNA）蛋白质合成所需要的酶和蛋白质因子等（糖原、磷脂、蛋白质合成的直接供能分别是UTP、CTP、GTP）本节主要内容：（说明：红色字表示是这一节的重点内容）本节主要内容：123基本原料：20种编码氨基酸模板：mRNA适配器：tRNA装配机：核蛋白体主要酶和蛋白质因子：氨基酰-tRNA合成酶、转肽酶、起始因子、延长因子、释放因子等能源物质：ATP、GTP无机离子：Mg2+、K+蛋白质生物合成体系基本原料：20种编码氨基酸蛋白质生物合成体系124一、mRNA是蛋白质生物合成的直接模板mRNA的基本结构StartofgeneticmessageCapEndTail5’-端非翻译区533’-端非翻译区开放阅读框架从mRNA5-端起始密码子AUG到3-端终止密码子之间的核苷酸序列，称为开放阅读框架(openreadingframe,ORF)。一、mRNA是蛋白质生物合成的直接模板mRNA的基本结构St125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AAA…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126遗传密码在mRNA的开放阅读框架区，以每3个相邻的核苷酸为一组，代表一种氨基酸(或其他信息)，这种三联体形式的核苷酸序列称为密码子。起始密码子(initiationcodon)：AUG终止密码子(terminationcodon)：UAA、UAG、UGA密码子（codon）起始密码子和终止密码子：遗传密码在mRNA的开放阅读框架区，以每3个相邻的核苷酸为一127遗传密码表遗传密码表128遗传密码的特点1.方向性(directional)翻译时遗传密码的阅读方向是5’→3’，即读码从mRNA的起始密码子AUG开始，按5’→3’的方向逐一阅读，直至终止密码子。NC肽链延伸方向5′3′读码方向遗传密码的特点1.方向性(directional)翻译时遗1292.连续性(non-punctuated)编码蛋白质氨基酸序列的各个三联体密码连续阅读，密码子及密码子的各碱基之间既无间隔也无交叉。5’…….AUG

GCA

GUA

CAU……UAA3’AlaValHisMet终止密码2.连续性(non-punctuated)编码蛋白质氨基酸130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)。缬脯苏天冬缬丙酪甘缬丙丝精基因损伤引起mRNA阅读框架内的碱基发生插入或缺失，可能导致1313.简并性(degenerate)一种氨基酸可具有2个或2个以上的密码子为其编码。这一特性称为遗传密码的简并性。除色氨酸和甲硫氨酸仅有1个密码子外，其余氨基酸有2、3、4个或多至6个三联体为其编码。为同一种氨基酸编码的各密码子称为简并性密码子，也称同义密码子。3.简并性(degenerate)一种氨基酸可具有2个或1324.通用性(universal)从简单的病毒到高等的人类，几乎使用同一套遗传密码，因此，遗传密码表中的这套“通用密码”基本上适用于生物界的所有物种，具有通用性。密码的通用性进一步证明各种生物进化自同一祖先。4.通用性(universal)从简单的病毒到高等的人类1335.摆动性(wobble)反密码子与密码子之间的配对有时并不严格遵守常见的碱基配对规律，这种现象称为摆动配对(wobblebasepairing)。tRNA反密码子第1位碱基IUGACmRNA密码子第3位碱基U,C,AA,GU,CUG5.摆动性(wobble)反密码子与密码子134U321123摆动配对U321123摆动配对135二、核蛋白体是蛋白质生物合成的场所核蛋白体的组成核蛋白体又称核糖体，是由rRNA和多种蛋白质结合而成的一种大的核糖核蛋白颗粒，是蛋白质生物合成的场所。二、核蛋白体是蛋白质生物合成的场所核蛋白体的组成核蛋白体又称136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S值70S30S50S80S40S60SrRNA16S-rRNA23S-rRNA5S-rRNA18S-rRNA28S-rRNA5.8S-rRNA5S-rRNA蛋白质rpS21种rpL36种rpS33种rpL49种不同细胞核蛋白体的组成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S值137原核生物核蛋白体结构模式

原核生物核蛋白体结构模式138三、tRNA是氨基酸的运载工具及蛋白质生物合成的适配器生物化学蛋白质生物合成（课件）139二级结构三级结构反密码环氨基酸臂tRNA的构象二级结构三级结构反密码环氨基酸臂tRNA的构象140四、蛋白质生物合成需要酶类、蛋白质因子等（一）重要的酶类氨基酰-tRNA合成酶(aminoacyltRNAsynthetase)，催化氨基酸的活化；转肽酶(peptidase)，催化核蛋白体P位上的肽酰基转移至A位氨基酰-tRNA的氨基上，使酰基与氨基结合形成肽键;并受释放因子的作用后发生变构，表现出酯酶的水解活性，使P位上的肽链与tRNA分离；转位酶(translocase)，催化核蛋白体向mRNA3’-端移动一个密码子的距离，使下一个密码子定位于A位。四、蛋白质生物合成需要酶类、蛋白质因子等（一）重要的酶类氨基141（二）蛋白质因子起始因子（initiationfactor，IF）延长因子（elongationfactor，EF）释放因子（releasefactor，RF）（二）蛋白质因子起始因子（initiationfactor142参与原核生物翻译的各种蛋白质因子及其生物学功能种类生物学功能起始因子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的敏感性延长因子EF-Tu促进氨基酰-tRNA进入A位，结合并分解GTPEF-Ts调节亚基EF-G有转位酶活性，促进mRNA-肽酰-tRNA由A位移至P位，促进tRNA卸载与释放释放因子RF-1特异识别UAA、UAG，诱导转肽酶转变为酯酶RF-2特异识别UAA、UGA，诱导转肽酶转变为酯酶RF-3可与核蛋白体其他部位结合，有GTP酶活性，能介导RF-1及RF-2与核蛋白体的相互作用参与原核生物翻译的各种蛋白质因子及其生物学功能种类生物学功能143参与真核生物翻译的各种蛋白质因子及其生物学功能种类生物学功能起始因子eIF-1多功能因子，参与多个翻译步骤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eIF-4AeIF-4F复合物成分，有RNA解螺旋酶活性，能解除mRNA5´-端的发夹结构，使其与小亚基结合eIF-4B结合mRNA，促进mRNA扫描定位起始AUGeIF-4EeIF-4F复合物成分，结合mRNA5´帽子eIF-4GeIF-4F复合物成分，结合eIF-4E、eIF-3和PolyA结合蛋白eIF-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延长因子eIF1-α促进氨基酰-tRNA进入A位，结合分解GTP，相当于EF-TueIF1-βγ调节亚基，相当于EF-TseIF-2有转位酶活性，促进mRNA-肽酰-tRNA由A位移至P位，促进tRNA卸载与释放，相当于EF-G释放因子eRF识别所有终止密码子，具有原核生物各类RF的功能参与真核生物翻译的各种蛋白质因子及其生物学功能种类生物学功能144蛋白质生物合成的能源物质为ATP和GTP;参与蛋白质生物合成的无机离子有Mg2+、K+等。（三）能源物质及离子蛋白质生物合成的能源物质为ATP和GTP;（三）能源物质及离145第二节

氨基酸的活化第二节

氨基酸的活化146（说明：红色字表示是这一节的重点内容）氨基酸活化形成氨基酰-

tRNA真核生物的起始氨基酰-

tRNA本节主要内容：（说明：红色字表示是这一节的重点内容）本节主要内容：147反应过程一、氨基酸活化形成氨基酰-tRNA氨基酸+tRNA氨基酰-tRNAATP

AMP＋PPi氨基酰-tRNA合成酶反应过程一、氨基酸活化形成氨基酰-tRNA氨基酸+tR148生物化学蛋白质生物合成（课件）149氨基酰-tRNA的表示方法丙氨酰-tRNA：Ala-tRNAAla精氨酰-tRNA：Arg-tRNAArg甲硫氨酰-tRNA：

Met-tRNAMet氨基酸的三字母缩写-tRNA氨基酸的三字母缩写

例如：氨基酰-tRNA的表示方法丙氨酰-tRNA：Ala-tRNA150二、真核生物起始氨基酰-tRNA是Met-tRNAiMettRNAiMet与甲硫氨酸结合后形成Met-tRNAiMet，可以在mRNA的起始密码子AUG处就位，参与形成翻译起始复合物。起始密码子只能辨认Met-tRNAiMet。tRNAMet和甲硫氨酸结合后生成Met-tRNAMet，必要时进入核蛋白体，为延长中的肽链添加甲硫氨酸。起始氨基酰-tRNA:Met-tRNAiMet

参与肽链延长的甲硫氨酰-tRNA：Met-tRNAMet真核生物二、真核生物起始氨基酰-tRNA是Met-tRNAiMett151具有起始功能的tRNAfMet与甲硫氨酸结合后，甲硫氨酸很快被甲酰化为N-甲酰甲硫氨酸(N-formylmethionine,fMet)，于是形成N-甲酰甲硫氨酰-tRNA(fMet-tRNAfMet)，可以在mRNA的起始密码子AUG处就位，参与形成翻译起始复合物。起始密码子只能辨认fMet-tRNAiMet。原核生物起始氨基酰-tRNA:fMet-tRNAifMet

具有起始功能的tRNAfMet与甲硫氨酸结合后，甲硫氨酸很快152fMet-tRNAfMet的生成是一碳化合物转移和利用的过程之一，反应由转甲酰基酶催化，甲酰基从N10-甲酰四氢叶酸转移到甲硫氨酸的α-氨基上。fMet-tRNAfMet的生成是一碳化合物转移和利用的过程153第三节

肽链的生物合成过程第三节

肽链的生物合成过程154（说明：红色字表示是这一节的重点内容）原核生物的肽链合成过程真核生物的肽链合成过程本节主要内容：（说明：红色字表示是这一节的重点内容）本节主要内容：155起始(initiation)延长(elongation)终止(termination)整个过程可分为：一、原核生物的肽链合成过程起始(initiation)整个过程可分为：一、原核生物的156（一）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的过程。1.核蛋白体大小亚基分离；2.mRNA在小亚基定位结合；3.起始氨基酰-tRNA的结合；4.核蛋白体大亚基结合。（一）起始指mRNA和起始氨基酰-tRNA分157IF-3IF-11.核蛋白体大小亚基分离IF-3IF-11.核蛋白体大小亚基分离158AUG5'3'IF-3IF-12.mRNA在小亚基定位结合AUG5'3'IF-3IF-12.mRNA在小亚基定位结合159原核生物mRNA在核蛋白体小亚基上的准确定位和结合涉及两种机制：在各种mRNA起始AUG上游约8～13核苷酸部位，存在一段由4～9个核苷酸组成的一致序列，富含嘌呤碱基，如-AGGAGG-，称为Shine-Dalgarno序列(S-D序列)，又称核蛋白体结合位点(ribosomalbindingsite,RBS)。一条多顺反子mRNA序列上的每个基因编码序列均拥有各自的S-D序列和起始AUG。原核生物mRNA在核蛋白体小亚基上的准确定位和结合涉及两种机160S-D序列小亚基中的16S-rRNA3ˊ-端有一富含嘧啶碱基的短序列，如-UCCUCC-，通过与S-D序列碱基互补而使mRNA与小亚基结合。S-D序列小亚基中的16S-rRNA3ˊ-端有一富含嘧啶碱161mRNA序列上紧接S-D序列后的小核苷酸序列，可被核蛋白体小亚基蛋白rpS-1识别并结合。mRNA序列上紧接S-D序列后的小核苷酸序列，可被核蛋白体小162IF-3IF-1IF-2GTP3.起始氨基酰tRNA(fMet-tRNAifMet)结合到小亚基AUG5'3'IF-3IF-1IF-2GTP3.起始氨基酰tRNA(fMe163IF-3IF-1IF-2GTPGDPPi4.核蛋白体大亚基结合，起始复合物形成AUG5'3'IF-3IF-1IF-2GTPGDPPi4.核蛋白体大亚基结164IF-3IF-1AUG5'3'IF-2GTPIF-2-GTPGDPPi起始复合物形成过程IF-3IF-1AUG5'3'IF-2GTPIF-2-GTP165指在mRNA模板的指导下，氨基酸依次进入核蛋白体并聚合成多肽链的过程。1.进位(positioning)/注册(registration)2.成肽(peptidebondformation)3.转位(translocation)（二）延长肽链延长在核蛋白体上连续循环式进行，又称为核蛋白体循环(ribosomalcycle)，包括以下三步：每轮循环使多肽链增加一个氨基酸残基。指在mRNA模板的指导下，氨基酸依次进入核蛋白体并聚合成多肽1661.进位又称注册(registration)，是指一个氨基酰-tRNA按照mRNA模板的指令进入并结合到核蛋白体A位的过程。1.进位又称注册(registration167TuTsGTPGDPAUG5'3'TuTsGTP进位的反应过程：TuTsGTPGDPAUG5'3'TuTsGTP进位的反应过1682.成肽成肽是在转肽酶(peptidase)的催化下，核蛋白体P位上起始氨基酰-tRNA的N-甲酰甲硫氨酰基(肽酰-tRNA的肽酰基)转移到A位并与A位上氨基酰-tRNA的α-氨基结合形成肽键的过程。2.成肽成肽是在转肽酶(peptidase)的169成肽的反应过程成肽的反应过程1703.转位转位是在转位酶的催化下，核蛋白体向mRNA的3´-端移动一个密码子的距离，使mRNA序列上的下一个密码子进入核蛋白体的A位、而占据A位的肽酰-tRNA移入P位的过程。转位需要延长因子EF-G参与。3.转位转位是在转位酶的催化下，核蛋白体向m171EF-G有转位酶（translocase）活性，可结合并水解1分子GTP，释放的能量促进核蛋白体向mRNA的3′侧移动，使起始二肽酰-tRNA-mRNA相对位移进入核蛋白体P位，而卸载的tRNA则移入E位。转位EF-G有转位酶（translocase）活性，可结合并水解172生物化学蛋白质生物合成（课件）173进位转位成肽肽链合成延长(核蛋白体循环)过程进位转位成肽肽链合成延长(核蛋白体循环)过程174（三）终止指核蛋白体A位出现mRNA的终止密码子后，多肽链合成停止，肽链从肽酰-tRNA中释出，mRNA、核蛋白体大、小亚基等分离的过程。终止阶段需要释放因子RF-1、RF-2和RF-3参与。（三）终止指核蛋白体A位出现mRNA的终止密175RF-3可结合核蛋白体其他部位，有GTP酶活性，能介导RF-1、RF-2与核蛋白体的相互作用。释放因子的功能：RF-1、RF-2识别终止密码子RF-1特异识别UAA、UAG；RF-2特异识别UAA、UGA。RF-1、RF-2诱导转肽酶转变为酯酶活性催化新生肽链与结合在P位的tRNA之间的酯键水解，使肽链从核蛋白体上释放。RF-3可结合核蛋白体其他部位，有GTP酶活性，能介导RF-176原核肽链合成终止过程原核肽链合成终止过程177第四节

蛋白质翻译后修饰和靶向输送第四节

蛋白质翻译后修饰和靶向输送178（说明：红色字表示是这一节的重点内容）多肽链折叠为天然构象的蛋白质蛋白质一级结构的修饰蛋白质空间结构的修饰蛋白质的靶向输送本节主要内容：（说明：红色字表示是这一节的重点内容）本节主要内容：179一、多肽链折叠为天然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，而需要其他酶和蛋白质辅助。一、多肽链折叠为天然构象的蛋白质新生肽链的折叠在肽链合成中、180几种有促进蛋白质折叠功能的大分子:分子伴侣(molecularchaperon)蛋白质二硫键异构酶(proteindisulfideisomerase,PDI)3.肽-脯氨酰顺反异构酶(peptideprolyl-cis-transisomerase,PPI)几种有促进蛋白质折叠功能的大分子:分子伴侣(molecul1811.分子伴侣:分子伴侣是细胞内一类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的保守蛋白质。分子伴侣有以下功能：①封闭待折叠蛋白质的暴露的疏水区段；②创建一个隔离的环境，可以使蛋白质的折叠互不干扰；③促进蛋白质折叠和去聚集；④遇到应激刺激，使已折叠的蛋白质去折叠。1.分子伴侣:分子伴侣是细胞内一类可识别肽链的非天然构象、182(1)热休克蛋白(heatshockprotein,HSP)(2)伴侣蛋白(chaperonin)分子伴侣主要有：(1)热休克蛋白(heatshockprotein,183(1)热休克蛋白(heatshockprotein,HSP)热休克蛋白属于应激反应性蛋白质，高温应激可诱导该蛋白质合成。热休克蛋白可促进需要折叠的多肽折叠为有天然空间构象的蛋白质。热休克蛋白包括HSP70、HSP40和GrpE三族。(1)热休克蛋白(heatshockprotein,184它有两个主要功能域：一个是存在于N-端的高度保守的ATP酶结构域，能结合和水解ATP；另一个是存在于C-端的多肽链结合结构域。蛋白质的折叠需要这两个结构域的相互作用。大肠杆菌的HSP70(DnaK)ATP酶肽链结合结构域H2NEEVD-COOHGrpE结合部位DnaJ/HSP40结合部位它有两个主要功能域：一个是存在于N-端的高度保守的ATP酶结185大肠杆菌的HSP40(DnaJ)可激活DnaK中的ATP酶，生成稳定的DnaJ-DnaK-ADP-被折叠蛋白质复合物，以利于DnaK发挥分子伴侣作用。在ATP存在的情况下，DnaJ和DnaK的相互作用能抑制蛋白质的聚集。GrpE，核苷酸交换因子，与DnaK的ATP酶结构域结合，使DnaK的构象发生改变、ADP从复合物中释放出来并由ATP代替ADP，从而控制DnaK的ATP酶活性。在蛋白质的折叠过程中，HSP70还需2个辅助因子HSP40和GrpE。大肠杆菌的HSP40(DnaJ)可激活DnaK中的AT186大肠杆菌中的HSP70反应循环大肠杆菌中的HSP70反应循环187人类细胞中HSP蛋白质家族可存在于胞浆、内质网腔、线粒体、胞核等部位，涉及多种细胞保护功能：如使线粒体和内质网蛋白质保持未折叠状态而转运、跨膜，再折叠成功能构象；通过类似上述机制，避免或消除蛋白质变性后因疏水基团暴露而发生的不可逆聚集，以利于清除变性或错误折叠的多肽中间物等。人类细胞中HSP蛋白质家族可存在于胞浆、内质网腔、线粒体、胞188(2)伴侣蛋白(chaperonin)伴侣蛋白是分子伴侣的另一家族，如大肠杆菌的GroEL和GroES（真核细胞中同源物为HSP60和HSP10）等家族。其主要作用是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。(2)伴侣蛋白(chaperonin)伴侣蛋白是分子伴侣的189当待折叠肽链进入GroEL的桶状空腔后，GroES可作为“盖子”瞬时封闭GroEL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。GroEL-GroES复合物当待折叠肽链进入GroEL的桶状空腔后，GroES可作为190GroEL-GroES反应循环GroEL-GroES反应循环1912.蛋白质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型蛋白质、膜蛋白质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。2.蛋白质二硫键异构酶多肽链内或肽链之间二硫键的正确形成对1923.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，空间构象有明显差别。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。3.肽-脯氨酰顺反异构酶多肽链中肽酰-脯氨酸间形成的肽键193二、蛋白质一级结构修饰主要是肽键水解和化学修饰

（一）肽链末端的修饰（二）个别氨基酸的共价修饰1．糖基化2．羟基化3．甲基化4．磷酸化5．二硫键形成6．亲脂性修饰二、蛋白质一级结构修饰主要是肽键水解和化学修饰（一）肽链末194例：鸦片促黑皮质素原(POMC)的水解修饰（三）多肽链的水解修饰例：鸦片促黑皮质素原(POMC)的水解修饰（三）多肽链的水解195三、空间结构的修饰结合蛋白质合成后都需要结合相应辅基，才能成为具有功能活性的天然蛋白质。具有四级结构的蛋白质由两条以上的肽链通过非共价键聚合，形成寡聚体(oligomer)。（一）通过非共价键亚基聚合形成具有四级结构的蛋白质（二）辅基连接后形成完整的结合蛋白质三、空间结构的修饰结合蛋白质合成后都需要结合相应辅基，才能成196四、合成后蛋白质可被靶向输送至细胞特定部位蛋白质在核蛋白体上合成后，必须分选出来，定向输送到一个合适的部位才能行使各自的生物学功能。蛋白质的靶向输送与翻译后修饰过程同步进行。四、合成后蛋白质可被靶向输送至细胞特定部位蛋197所有靶向输送的蛋白质结构中存在分选信号，主要是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，这类序列称为信号序列(signalsequence)。信号序列是决定蛋白质靶向输送特性的最重要元件，提示指导蛋白质靶向输送的信息存在于蛋白质自身的一级结构中。（一）靶向输送的蛋白质N-端存在信号序列所有靶向输送的蛋白质结构中存在分选信号，主要是N末端特异氨基198N-端含1个或几个带正电荷的碱性氨基酸残基，如赖氨酸、精氨酸；中段为疏水核心区，主要含疏水的中性氨基酸，如亮氨酸、异亮氨酸等；C-端加工区由一些极性相对较大、侧链较短的氨基酸（如甘氨酸、丙氨酸、丝氨酸）组成，紧接着是被信号肽酶(signalpeptidase)裂解的位点。信号肽有以下共性：N-端含1个或几个带正电荷的碱性氨基酸残基，如赖氨酸、精氨酸199生物化学蛋白质生物合成（课件）200靶向输送到细胞核的蛋白质其多肽链内含有特异信号序列，称为核定位序列(nuclearlocalizationsequence,NLS)。NLS为含4～8个氨基酸残基的短序列，富含带正电荷的赖氨酸、精氨酸和脯氨酸，可位于肽链的不同部位，而不只在N末端。不同的NLS间未发现共有序列；在蛋白质进核定位后，NLS不被切除。核定位序列靶向输送到细胞核的蛋白质其多肽链内含有特异信号序列，称为核定201真核细胞分泌型蛋白质的靶向输送过程为：核蛋白体上合成的肽链先由信号肽引导进入内质网腔并被折叠成为具有一定功能构象的蛋白质，在高尔基复合体中被包装进分泌小泡，转移至细胞膜，再分泌到细胞外。（二）分泌型蛋白质由分泌小泡靶向输送至胞外真核细胞分泌型蛋白质的靶向输送过程为：核蛋白体上合成的肽链先202信号序列引导蛋白质进入内质网信号序列引导蛋白质进入内质网203（三）蛋白质6-磷酸甘露糖基化是靶向输送至溶酶体的信号（三）蛋白质6-磷酸甘露糖基化是靶向输送至溶酶体的信号