蛋白质翻译生物化学课件

蛋白质的生物合成

——翻译(ProteinBiosynthesis，Translation)多媒体课件试用版BiochemistryDepartmentDepartmentofBasicMedicalSciencesHangzhouNormalUniversityGuyisheng第十二章蛋白质的生物合成

BiosynthesisofProtein翻译的概念蛋白质的生物合成过程，就是将DNA传递给mRNA的遗传信息，再具体的解译为蛋白质中氨基酸排列顺序的过程，这一过程被称为翻译(translation)。3/9/20232DepartmentofBiochemistry第一节

蛋白质生物合成体系生物体内的各种蛋白质都是生物体内利用约20种氨基酸为原料自行合成的。参与蛋白质生物合成的各种因素构成了蛋白质合成体系，包括：①mRNA：作为蛋白质生物合成的模板，决定多肽链中氨基酸的排列顺序；②tRNA：搬运氨基酸的工具；③

核糖体：蛋白体生物合成的场所；④

酶及其他蛋白质因子；⑤

供能物质及无机离子。

3/9/20233DepartmentofBiochemistrymRNA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)。3/9/20235DepartmentofBiochemistry作为指导蛋白质生物合成的模板。mRNA中每三个相邻的核苷酸组成三联体，代表一个氨基酸的信息，称为密码(coden)。共有64种不同的密码。遗传密码具有以下特点：①

连续性；②

简并性；③

通用性；（但在线粒体或叶绿体中特殊）④

方向性，即解读方向为5′→3′；⑤

摆动性；⑥

起始密码：AUG；终止密码：UAA、UAG、UGA。

遗传密码3/9/20236DepartmentofBiochemistry遗传密码的方向性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。3/9/20237DepartmentofBiochemistry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)。3/9/20239DepartmentofBiochemistry许多真核生物基因转录后有一个对mRNA外显子加工的过程，可通过特定碱基的插入、缺失或置换，使mRNA序列中出现移码突变、错义突变或无义突变，导致mRNA与其DNA模板序列不匹配，使同一前体mRNA翻译出序列、功能不同的蛋白质。这种基因表达的调节方式称为mRNA编辑（mRNAediting）。3/9/202310DepartmentofBiochemistry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。遗传密码的简并性3/9/202311DepartmentofBiochemistry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。遗传密码的通用性3/9/202313DepartmentofBiochemistry已发现少数例外，如动物细胞的线粒体、植物细胞的叶绿体。

通用密码线粒体密码AUA异亮蛋、起始AGA精终止AGG精终止UGA终止色3/9/202314DepartmentofBiochemistry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,CUG遗传密码的摆动性3/9/202315DepartmentofBiochemistry二、核糖体－蛋白质合成的场所核糖体的组成核糖体又称核蛋白体，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。3/9/202317DepartmentofBiochemistry原核生物中的核蛋白体大小为70S，可分为30S小亚基和50S大亚基。小亚基由16SrRNA和21种蛋白质构成，大亚基由5SrRNA，23SRNA和35种蛋白质构成。真核生物中的核蛋白体大小为80S，也分为40S小亚基和60S大亚基。小亚基由18SrRNA和30多种蛋白质构成，大亚基则由5SrRNA，28SrRNA和50多种蛋白质构成，在哺乳动物中还含有5.8SrRNA。

组成表rRNA和核蛋白体3/9/202318DepartmentofBiochemistry核蛋白体的组装3/9/202319DepartmentofBiochemistry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)3/9/202321DepartmentofBiochemistry核蛋白体的大、小亚基分别有不同的功能：1．小亚基：可与mRNA、GTP和起动tRNA结合。2．大亚基：（1）具有不同的tRNA结合点。A位（右）——受位或氨酰基位，可与新进入的氨基酰tRNA结合；P位（左）——给位或肽酰基位，可与延伸中的肽酰基tRNA结合；E位，排出位。（2）具有转肽酶活性：将给位上的肽酰基转移给受位上的氨基酰tRNA，形成肽键。（3）具有GTPase活性，水解GTP，获得能量。

（4）具有起动因子、延长因子及释放因子的结合部位。

3/9/202322DepartmentofBiochemistry在蛋白质生物合成过程中，常常由若干核蛋白体结合在同一mRNA分子上，同时进行翻译，但每两个相邻核蛋白之间存在一定的间隔，形成念球状结构；称为多核蛋白体。

3/9/202323DepartmentofBiochemistry3/9/202325DepartmentofBiochemistry反密码对密码的识别，通常也是根据碱基互补原则，即A—U，G—C配对。但反密码的第一个核苷酸与密码的第三核苷酸之间的配对，并不严格遵循碱基互补原则。如反密码第一个核苷酸为Ⅰ，则可与A、U或C配对，如为U，则可与A或G配对，这种配对称为不稳定配对。

3/9/202326DepartmentofBiochemistry延长因子（EF）原核生物中存在3种延长因子（EFTU，EFTS，EFG），真核生物中存在2种（EF1，EF2）。其作用主要促使氨基酰tRNA进入核蛋白的受体，并可促进移位过程。

释放因子（RF）原核生物中有4种，在真核生物中只有1种。其主要作用是识别终止密码，协助多肽链的释放。

3/9/202329DepartmentofBiochemistry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3/9/202330DepartmentofBiochemistry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3/9/202331DepartmentofBiochemistry（三）供能物质和无机离子多肽链合成时，需ATP、GTP作为供能物质，并需Mg2+、K+参与。氨基酸活化时需消耗2分子高能磷酸键，肽键形成时又消耗2分子高能磷酸键，故缩合一分子氨基酸残基需消耗4分子高能磷酸键。

3/9/202332DepartmentofBiochemistry第二节氨基酸的活化在氨基酸tRNA合成酶催化下，特定的tRNA可与相应的氨基酸结合，生成氨基酸tRNA，从而携带氨基酸参与蛋白质的生物合成。3/9/202333DepartmentofBiochemistry一、氨基酸活化成氨基酰-tRNA 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(proofreadingactivity)。氨基酰-tRNA的表示方法：Ala-tRNAAla氨基酸+tRNA氨基酰-tRNAATP

AMP＋PPi氨基酰-tRNA合成酶3/9/202334DepartmentofBiochemistry氨基酰-tRNA生成中，特异的tRNA3’端CCA上的2’或3’位自由羟基与相应的活化氨基酸以酯键相连接，形成氨基酸tRNA，从而使活化氨基酸能够被搬运至核蛋白体上参与多肽链的合成。氨基酸tRNA的合成，可使氨基酸①活化；②搬运；③定位。

3/9/202335DepartmentofBiochemistry第一步反应氨基酸＋ATP-E—→氨基酰-AMP-E＋PPi

3/9/202336DepartmentofBiochemistry第二步反应氨基酰-AMP-E＋tRNA↓

氨基酰-tRNA＋AMP＋E3/9/202337DepartmentofBiochemistry氨基酰-tRNA合成酶(aminoacyl-tRNAsynthetase)结构氨基酰－tRNA合成酶的3个结合位点氨基酸和ATP形成氨基酰腺苷氨基酰转移到tRNA上tRNA负载了氨基酸3/9/202338DepartmentofBiochemistry氨基酰-tRNA合成酶对底物氨基酸和tRNA都有高度特异性。特性3/9/202339DepartmentofBiochemistry氨基酰-tRNA合成酶具有校正活性。动力学校对化学校对特性3/9/202340DepartmentofBiochemistry二、起始肽链合成的氨基酰-tRNA能够识别mRNA中5′端起动密码AUG的tRNA是一种特殊的tRNA，称为起动tRNA。原核生物中，起动tRNA是一种携带甲酰蛋氨酸的tRNA，即tRNAifmet；真核生物中，起动tRNA是一种携带蛋氨酸的tRNA，即tRNAimet。在原核生物和真核生物中，均存在另一种携带蛋氨酸的tRNA，识别非起动部位的蛋氨酸密码，AUG。3/9/202341DepartmentofBiochemistryfMet-tRNAifMet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。3/9/202342DepartmentofBiochemistry第三节

肽链的生物合成过程

活化氨基酸缩合生成多肽链在核蛋白体上进行，此过程反复翻译mRNA上的密码，转变为氨基酸信息，成为多肽链中氨基酸的排列顺序。蛋白质合成过程可分为起动、延长和终止三个阶段，这三个阶段在原核生物和真核生物相类似。3/9/202343DepartmentofBiochemistry（一）起始翻译起始是把带有甲酰甲硫氨酸的起始tRNA连同mRNA结合到核糖体上，生成翻译起始复合物（translationalinitiationcomplex）。一、原核生物的肽链合成过程3/9/202344DepartmentofBiochemistry原核生物翻译起始复合物形成核糖体大小亚基分离；mRNA在小亚基定位结合；起始氨基酰-tRNA的结合；核糖体大亚基结合。起始因子（initiationfactor,IF）参与补充3/9/202345DepartmentofBiochemistry3/9/202346DepartmentofBiochemistry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。3/9/202347DepartmentofBiochemistry

小亚基中的16S-rRNA

3’-

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。

mRNA序列上紧接S-D序列后的小核苷酸序列，可被核蛋白体小亚基蛋白rpS-1识别并结合。

3/9/202348DepartmentofBiochemistry（二）延长指根据mRNA密码序列的指导，次序添加氨基酸从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，又称为核糖体循环(ribosomalcycle)，每次循环增加一个氨基酸，包括以下三步：进位(entrance)成肽(peptidebondformation)转位(translocation)3/9/202349DepartmentofBiochemistry肽链合成的延长因子（elongationfactor,EF）原核延长因子生物功能对应真核延长因子EF-Tu促进氨基酰-tRNA进入A位，结合分解GTPEF-1-αEF-Ts调节亚基EF-1-βγEFG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释放EF-23/9/202350DepartmentofBiochemistry1、进位又称注册(registration)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。此步骤需GTP，Mg2+，和EF参与。详图3/9/202351DepartmentofBiochemistry2、成肽成肽：是由转肽酶(transpeptidase)催化的肽键形成过程。在转肽酶的催化下，将P位上的tRNA所携带的甲酰蛋氨酰基或肽酰基转移到A位上的氨基酰tRNA上，与其α-氨基缩合形成肽键。此步骤需Mg2+，K+。给位上已失去蛋氨酰基或肽酰基的tRNA从核蛋白上脱落。3/9/202352DepartmentofBiochemistrytranspeptidaseP位上fmet-tRNAimet所携带的甲酰甲硫氨酰转移到A位，与A位上的氨基酸形成肽键P位上无负载的tRNA脱落，P位空载生成的二肽酰-tRNA在A位成肽图解3/9/202353DepartmentofBiochemistry成肽过程图解3/9/202354DepartmentofBiochemistry3、转位由转位酶（translocase）催化，其活性存在于EF-G核蛋白体向mRNA的3‘-端滑动相当于一个密码的距离，同时使肽酰基tRNA从A位移到P位,卸载的tRNA进入E位。此步骤需GTP和Mg2+参与。核蛋白体的A位留空，与下一个密码相对应的氨基酰tRNA即可再进入，重复以上循环过程，使多肽链不断延长。3/9/202355DepartmentofBiochemistry转位图解3/9/202356DepartmentofBiochemistry肽链延长三步骤全图3/9/202357DepartmentofBiochemistry（三）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。终止相关的蛋白因子称为释放因子(releasefactor,RF)原核生物释放因子：RF-1，RF-2，RF-3

真核生物释放因子：eRF3/9/202358DepartmentofBiochemistry释放因子的功能识别终止密码，如RF-1特异识别UAA、UAG；而RF-2可识别UAA、UGA。诱导转肽酶改变为酯酶活性，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-1、RF-2与核蛋白体的相互作用。3/9/202359DepartmentofBiochemistry核蛋白体沿mRNA链滑动，不断使多肽链延长，直到终止信号进入受位。

1．识别：RF识别终止密码，进入核蛋白体的受位。

2．水解：RF使转肽酶变为水解酶，多肽链与tRNA之间的酯键被水解，多肽链释放。

3．解离：通过水解GTP，使核蛋白体与mRNA分离，tRNA、RF脱落，核蛋白体解离为大、小亚基。

终止的过程全图3/9/202360DepartmentofBiochemistry（四）多聚核蛋白体(polysome)1条mRNA模板链都可附着10～100个核蛋白体，这些核蛋白体依次结合起始密码子并沿5′→3′方向读码移动，同时进行肽链合成，这种mRNA与多个核蛋白体形成的聚合物称为多聚核蛋白体(polysome)。多聚核蛋白体的形成可以使蛋白质生物合成以高速度、高效率进行。3/9/202361DepartmentofBiochemistry多聚核蛋白体(polysome)照片3/9/202362DepartmentofBiochemistry二、真核生物的肽链合成过程

（一）起始核蛋白体大小亚基分离；起始氨基酰-tRNA与小亚基结合；mRNA在核蛋白体小亚基就位；核蛋白体大亚基结合。真核生物中（eukaryote）的mRNA具有帽子结构，需特殊的帽子结合蛋白（CBP）复合物以识别此结构。3/9/202363DepartmentofBiochemistryMet40S60SMetMet40S60SmRNAeIF-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3/9/202364DepartmentofBiochemistry 原核生物

真核生物核蛋白体 70s 80sS-D序列 有 无5’-帽结构 无 有起始因子 少 多起始复合物形成mRNA先于甲酰甲硫氨酰-tRNA结合于小亚基甲硫氨酰-tRNA先结合小亚基，然后mRNA借助CBP及其它起始因子结合于小亚基原核生物和真核生物的翻译起始复合物生成比较3/9/202365DepartmentofBiochemistry（二）延长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。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。3/9/202366DepartmentofBiochemistry（三）终止真核生物翻译终止过程与原核生物相似，但只有1个释放因子eRF，可识别所有终止密码子，完成原核生物各类RF的功能。3/9/202367DepartmentofBiochemistry原核生物与真核生物肽链合成过程的主要差别原核生物真核生物mRNA一条mRNA编码几种蛋白质（多顺反子）一条mRNA编码一种蛋白质（单顺反子）转录后很少加工转录后进行首尾修饰及剪接转录、翻译和mRNA的降解可同时发生mRNA在核内合成，加工后进入胞液，再作为模板指导翻译核蛋白体30S小亚基＋50S大亚基↔70S核蛋白体40S小亚基＋60S大亚基↔80S核蛋白体起始阶段起始氨基酰-tRNA为fMet-tRNAfMet起始氨基酰-tRNA为Met-tRNAiMet核蛋白体小亚基先与mRNA结合,再与fMet-tRNAfMet结合核蛋白体小亚基先与Met-tRNAiMet结合，再与mRNA结合mRNA中的S-D序列与16SrRNA3-端的一段序列结合mRNA中的帽子结构与帽子结合蛋白复合物结合有3种IF参与起始复合物的形成有至少10种eIF参与起始复合物的形成延长阶段延长因子为EF-Tu、EF-Ts和EF-G延长因子为eEF-1α、eEF-1βγ和eEF-2终止阶段释放因子为RF-1、RF-2和RF-3释放因子为eRF3/9/202368DepartmentofBiochemistry第四节蛋白质翻译后修饰和输送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。这一加工过程称为翻译后修饰(posttranslationalmodification)蛋白质合成后被定向输送到其发挥作用的靶位点的过程称为蛋白质的靶向输送(proteintargeting)。3/9/202369DepartmentofBiochemistry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。3/9/202370DepartmentofBiochemistry1、分子伴侣(molecularchaperon)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。主要功能有：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。3/9/202371DepartmentofBiochemistry分子伴侣主要有：热休克蛋白、伴侣蛋白、触发因子等（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。3/9/202372DepartmentofBiochemistry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3/9/202373DepartmentofBiochemistry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。3/9/202374DepartmentofBiochemistry热休克蛋白促进蛋白质折叠的基本作用：HSP40结合待折叠多肽片断将多肽导向HSP70-ATP复合物产生稳定的HSP40-HSP70-ADP-多肽复合物核苷酸交换因子GrpE与HSP40作用，促进ATP交换ADP复合物解离，释出多肽链片断多肽链片断正确折叠

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。3/9/202375DepartmentofBiochemistry大肠杆菌中的HSP70反应循环3/9/202376DepartmentofBiochemistry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。3/9/202377DepartmentofBiochemistry（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。3/9/202378DepartmentofBiochemistry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3/9/202379DepartmentofBiochemistryGroEL-GroES反应循环3/9/202380DepartmentofBiochemistry2、蛋白二硫键异构酶

(proteindisulfideisomerase,PDI)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。蛋白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。3/9/202381DepartmentofBiochemistry3、肽-脯氨酰顺反异构酶

(peptideprolylcis-transisomerase,PPI)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。3/9/202382DepartmentofBiochemistry二、一级结构的加工修饰（一）N端甲酰蛋氨酸或蛋氨酸的切除：N端甲酰蛋氨酸，必须在多肽链折迭成一定的空间结构之前被切除。①去甲酰化：②去蛋氨酰基：甲酰蛋氨酸-肽甲酸+蛋氨酸-肽甲酰化酶蛋氨酸氨基肽酶蛋氨酰-肽

蛋氨酸+肽3/9/202383DepartmentofBiochemistry（二）个别氨基酸的共价修饰：氨基酸的修饰：由专一性的酶催化进行修饰，包括糖基化、羟基化、磷酸化、甲酰化等。二硫键的形成：由专一性的氧化酶催化，将-SH氧化为-S-S-。（三）水解修饰：由专一性的蛋白酶催化，将部分肽段切除。水解3/9/202384DepartmentofBiochemistry三、空间结构的修饰亚基的聚合通过非共价键连接辅基的连接如糖基化在高尔基器中完成等等

疏水脂键的共价连接特定位点连接脂酸链、多异戊二烯链等等空间构象的形成：在分子内伴侣、辅助酶及分子伴侣的协助下，形成特定的空间构象。3/9/202385DepartmentofBiochemistry四、蛋白质合成后的靶向输送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。蛋白质的靶向输送与翻译后修饰过程同步进行。

大多数情况下，被输送的蛋白质分子需穿过膜性结构，才能到达特定的地点。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，这一序列信号序列（signalsequence）。3/9/202386DepartmentofBiochemistry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-Ser-Lys-Leu-（PST序列）溶酶体蛋白Man-6-P（甘露糖-6-磷酸）3/9/202387DepartmentofBiochemistry信号肽信号肽(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。信号肽约13～36氨基酸残基，分碱性区、疏水核心区、加工区三个区段。信号肽的N端为带正电荷的氨基酸残基（赖、精）；中间为疏水的核心区（亮、异亮等），而C端由小分子氨基酸残基（丝、甘、丙等）组成，可被信号肽酶识别并裂解。信号肽3/9/202388DepartmentofBiochemistry（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；然后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成分泌小泡；转移至细胞膜，再分泌到细胞外。分泌型蛋白质进入内质网过程，靠信号肽与胞浆中的信号肽识别粒子（SRP）识别并特异结合，SRP再与膜上的SRP受体（又称对接蛋白DP）结合，并通过核蛋白体受体、肽转位复合物等作用，最终使分泌型蛋白质跨过内质网膜。3/9/202389DepartmentofBiochemistry信号肽引导真核分泌蛋白进入内质网3/9/202390DepartmentofBiochemistry（二）蛋白质6-磷酸甘露糖基化是靶向输送至溶酶体的信号3/9/202391DepartmentofBiochemistry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。（三）靶向输送至内质网的蛋白质C-端含有滞留信号序列3/9/202392DepartmentofBiochemistry（四）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。3/9/202393DepartmentofBiochemistry（五）线粒体蛋白的靶向输送90％以上的线粒体蛋白质由核基因组编码，其前体在胞液合成，然后输入线粒体大部分定位于基质，其他定位于内、外膜和膜间隙基质蛋白的N端有25～30的信号序列，称导肽，富含丝、苏、碱性氨基酸靶向输送过程有分子伴侣HSP70或线粒体输入刺激因子（MSF）参与3/9/202394DepartmentofBiochemistry线粒体蛋白的靶向输送图解3/9/202395DepartmentofBiochemistry（六）细胞核蛋白的靶向输送多种核蛋白在胞液合成，然后经核孔进入核内，包括各种复制、转录、基因表达调控相关的酶和蛋白因子等。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（NLS），为4～8氨基酸残基，富含带正电的赖、精、脯等。NLS可位于肽链的不同部位，不仅限于N端；进入核定位后也不被切除。3/9/202396DepartmentofBiochemistry细胞核蛋白的靶向输送图解3/9/202397DepartmentofBiochemistry第五节蛋白质生物合成的干扰和抑制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。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。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。3/9/202398DepartmentofBiochemistry一、抗生素抗生素（antibiotics）：能杀灭或抑制细菌的一类药物，抑制细菌代谢过程或基因信息传递特别是翻译过程。最早的抗生素是在微生物中提取，目前也可按其抑制代谢及信息传递的原理设计和化学合成。影响翻译起始的抗生素影响翻译延长的抗生素干扰进位的抗生素引起读码错误的抗生素影响肽键形成的抗生素影响转位的抗生素3/9/202399DepartmentofBiochemistry常用抗生素对翻译过程的作用位点1.四环素（tetracyclin）族2.氯霉素（chloromycetin）3.链霉素（streptomycin）卡那霉素（karamycin）4.嘌呤酶素（puromycin）5.放线菌酮（cycloheximide）列表嘌呤3/9/2023100DepartmentofBiochemistry二、其他干扰蛋白质生物合成的物质毒素白喉毒素－真核生物延长因子eEF-2失活植物毒素蓖麻蛋白－－真核生物大亚基失活干扰素使真核主要起始因子eIF2磷酸化失活，抑制病毒蛋白质合成使病毒mRNA降解，阻断病毒蛋白质合成毒素干扰素3/9/2023101DepartmentofBiochemistry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3/9/2023102DepartmentofBiochemistry遗传密码的兼并性3/9/2023103DepartmentofBiochemistry摆动配对U3/9/2023104DepartmentofBiochemistry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70S30S50S80S40S60SrRNA16S-rRNA23S-rRNA5S-rRNA18S-rRNA28S-rRNA5.8S-rRNA5S-rRNA蛋白质rpS21种rpL36种rpS33种rpL49种3/9/2023105DepartmentofBiochemistrytRNA的三级结构示意图3/9/2023106DepartmentofBiochemistry1．30S起动复合物的形成：在起动因子的促进下，30S小亚基与mRNA的起动部位，起动tRNA（fmet-tRNAfmet），和GTP结合，形成复合体。

2．70S起动前复合体的形成：IF3从30S起动复合体上脱落，50S大亚基与复合体结合，形成70S起动前复合体。

3．70S起动复合体的形成：GTP被水解，IF1和IF2从复合物上脱落。此时，tRNAfmet的反密码UAC与mRNA上的起动密码AUG互补结合，tRNAfmet结合在核蛋白的给位（P位）。

补充说明3/9/2023107DepartmentofBiochemistry延长因子EF-T催化进位（原核生物）3/9/2023108DepartmentofBiochemistry进位过程图解3/9/2023109DepartmentofBiochemistry第一个核蛋白体循环P位为二肽第二个循环P位上为三肽第三个循环P位上为四肽……EFT转位酶（EFG）转肽酶肽链延伸方向：N端C端肽链延长图解3/9/2023110DepartmentofBiochemistry1.终止密码的辨认当翻译至A位出现mRNA的终止密码时，因无氨基酰-tRNA与之对应，RF-1、RF-2能识别终止密码，进入A位。2.RF-3激活核蛋白体上的转肽酶，水解使P位上肽与tRNA分离3.在RR的作用下，tRNA，mRNA及RF均从核蛋白