蛋白质生物合成翻译ProteinBiosynthesisTranslation00002

蛋白质生物合成翻译ProteinBiosynthesisTranslation00002蛋白质生物合成（翻译）蛋白质生物合成是指以mRNA为模板合成蛋白质多肽链的过程；多肽链中的氨基酸排列顺序是由模板mRNA中的密码子决定的，因此这一过程又称翻译。`1DNARNA蛋白质转录翻译逆转录复制遗传信息传递的中心法则：蛋白质的生物合成

（翻译）翻译后的修饰蛋白质合成后的定向运输抗菌药物（-）蛋白质合成体系

ProteinBiosynthesisSystem

第一节

20种氨基酸(AA)作为原料酶及众多蛋白因子，如：IF、eIFATP、GTP、无机离子参与蛋白质生物合成的物质包括

三种RNAmRNA（messengerRNA,信使RNA）rRNA（ribosomalRNA,核蛋白体RNA）tRNA（transferRNA,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(singlecistron)

。

mRNA上存在遗传密码(1961~1965年MarshallNirenberg等1968年RobertW.Holley，HarGobindKhorana，MarshallW.Nirenberg）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(tripletcodon)。起始密码(initiationcodon):AUG（GUG少数原核）终止密码(terminationcodon):UAA，UAG，UGA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)。5’…….UAAAGGGUAUG………..….UAAAGAAAGA………3’ORF1.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。

…UAAGAUGAACAGC…UUAUGAUGC…..AUGAGCAACUUA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)。谷酪蛋丝5’……GCA

GUA

CAU

GUC……丙缬组缬正常5’……GAG

UAC

AUG

UC……缺失C

赏花归去马如飞，去马如飞酒力微。酒力微醒时已暮，醒时已暮赏花归。

赏花归去马如飞酒力微醒时已暮采莲人在绿杨津一阙新歌声嗽玉

重叠基因

（噬菌体、线粒体DNA、质粒DNA、细菌染色体、病毒）

2.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个或多至6个三联体为其编码。目录简并性(degeneracy)目录偏爱性大肠杆菌核糖体蛋白中亮氨酸（89）使用频率1209个密码子UUAUUGCUUCUCCUACUG12430793.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。密码的通用性进一步证明各种生物进化自同一祖先。

已发现少数例外，如动物细胞的线粒体、植物细胞的叶绿体。4.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1950年，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rpS21种rpL36种rpS33种rpL49种

不同细胞核蛋白体的组成核蛋白体的组成目录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)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tRNA与酶结合的模型tRNA氨基酰-tRNA合成酶ATP氨基酸氨基酸+tRNA氨基酰-tRNAATP

AMP＋PPi氨基酰-tRNA合成酶（一）氨基酰-tRNA合成酶(aminoacyl-tRNAsynthetase)

氨基酸的活化第一步反应氨基酸＋ATP-E—→氨基酰-AMP-E

＋AMP＋PPi

目录第二步反应氨基酰-AMP-E＋

tRNA↓

氨基酰-tRNA＋AMP

＋

E目录氨基酰-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

Ser-tRNASerMet-tRNAMet

真核生物：Met-tRNAiMet原核生物：fMet-tRNAifMet（二）起始肽链合成的氨基酰-tRNA蛋白质生物合成过程

TheProcessofProteinBiosynthesis

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

(translationalinitiationcomplex)。原核、真核生物各种起始因子的生物功能（一）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的结合；核蛋白体大亚基结合。IF-3IF-11.核蛋白体大小亚基分离目录AUG5'3'IF-3IF-12.mRNA在小亚基定位结合目录S-D序列（Shine-Dalgarno序列，核蛋白体结合位点）IF-3IF-1IF-2GTP3.起始氨基酰tRNA(fMet-tRNAimet)结合到小亚基AUG5'3'目录IF-3IF-1IF-2GTPGDPPi4.核蛋白体大亚基结合，起始复合物形成AUG5'3'目录IF-3IF-1AUG5'3'IF-2GTPIF-2-GTPGDPPi目录（二）真核生物翻译起始复合物形成核蛋白体大小亚基分离；起始氨基酰-tRNA结合；mRNA在核蛋白体小亚基就位；核蛋白体大亚基结合。eIF-3eIF-2B1.核蛋白体大小亚基分离目录60S40SeIF-6IF-12.起始氨基酰-tRNA结合IF-640SMeteIF-2GTPIF-33.mRNA在小亚基定位结合目录eIF-640SMeteIF-2GTPeIF-55’帽子3’PolyA尾PABeIF-4GAUG终止密码子eIF-4EeIF-4AeIF-4BeIF-34.核蛋白体大亚基结合，起始复合物形成目录目录40SMet5’帽子3’PolyA尾终止密码子AUG60S二、肽链合成延长指根据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。复制模板阅读方向3’------5’转录新链延伸方向5’------3’翻译模板阅读方向5’-----3’

新链延伸方向N-----C

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)成肽(peptidebondformation)转位(translocation)延伸过程所需蛋白因子称为延长因子(elongationfactor,EF)原核生物：EF-T(EF-Tu,EF-Ts)EF-G真核生物：EF-1、EF-2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-2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。核蛋白体对氨基酰-tRNA进位具有校正作用目录延长因子EF-T催化进位（原核生物）

目录TuTsGTPGDPAUG5'3'TuTsGTP目录（二）成肽是由（数种大亚基蛋白）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。fMetAUG5'3'fMetTuGTP目录进位转位成肽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

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。

终止相关的蛋白因子称为释放因子(releasefactor,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，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原核肽链合成终止过程UAG5'3'RFCOO-目录核蛋白体循环（广义）：指核蛋白体从肽链合成起始到肽链合成终止释放后，又重新合成新的肽链的循环过程。翻译的能量消耗：活化：2ATP进位1GTP转位1GTP合成一个AA至少需要4ATP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蛋白质合成后加工和输送PosttranslationalProcessing&ProteinTransportation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、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(motif)、结构域(domain)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。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)1.热休克蛋白(heatshockprotein,HSP)HSP70、HSP40和GrpE族2.伴侣素(chaperonins)GroEL(Hsp60)和GroES(hsp10)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。

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。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。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。(顺式构型6%)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。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（磷酸化、羧基化、羟基化、甲基化、乙酰化）（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促肾上腺皮质激素-LT脂酸释放激素-MSH-MSH促黑激素Endophin内啡肽三、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四、蛋白质合成后的靶向输送真核生物蛋白在胞液核蛋白体上合成后的三种去向:保留在胞液;进入细胞核、线粒体或其他细胞器；分泌到体液，输送到其靶器官和靶细胞。•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胞靶部位，这一过程称为蛋白质的靶向输送。

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)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）靶向输送蛋白的信号序列或成分（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。（13-36AA）分三个区段：N端侧碱性区

1个或几个带正电Lys、Arg中间疏水核心区

10-15个疏水AALeu、IleC端加工区极性小侧链AAGly、Ala、Ser信号肽酶裂解位点信号肽的一级结构信号肽引导真核分泌蛋白进入内质网目录导肽：N端20-35AA富含Ser、Thr、碱性AA（二）线粒体蛋白（90%）的靶向输送

（二）线粒体蛋白的靶向输送目录（三）细胞核蛋白的靶向输送目录4-8AALys、Arg、Pro蛋白质生物合成的干扰和抑制

Interference&InhibitionofProteinBiosynthesis第四节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。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