蛋白质的生物合成翻译

蛋白质的生物合成

—翻译现在是1页\一共有138页\编辑于星期五一，蛋白质生物合成的概述

需要掌握的几个要点：1，翻译：以mRNA为模板，按照mRNA分子上的三个核苷酸决定一种氨基酸的规则（三联体密码）合成具有特定氨基酸顺序的蛋白质。包括翻译的起始、肽链的延伸、肽链的终止与释放。2，核糖体是蛋白质合成的场所，mRNA是蛋白质合成的模板，转移RNA（tRNA）是模板与氨基酸之间的接合体。此外，在合成的各个阶段还有许多蛋白质、酶和其他生物大分子参与。现在是2页\一共有138页\编辑于星期五翻译的起始核糖体与mRNA结合并与氨基酰-tRNA生成起始复合物。蛋白质的生物合成是一个比DNA复制和转录更为复杂的过程。现在是3页\一共有138页\编辑于星期五核糖体沿mRNA5‘端向3’端移动，开始了从N端向C端的多肽合成，这是蛋白质合成过程中速度最快的阶段肽链的延伸现在是4页\一共有138页\编辑于星期五肽链的终止及释放核糖体从mRNA上解离，准备新一轮合成反应。现在是5页\一共有138页\编辑于星期五翻译（蛋白质的生物合成）:以氨基酸为原料以mRNA为模板以tRNA为运载工具以核糖体为合成场所需Mg2+和适当缓冲体系起始、延长、终止各阶段蛋白因子参与合成后加工成为有活性蛋白质二、蛋白质合成的分子基础现在是6页\一共有138页\编辑于星期五体外翻译系统的建立核酸的人工合成核糖体结合技术遗传密码的破译核糖体结合技术技术要点：保温

硝酸纤维滤膜过滤分析留在滤膜上的核糖体-AA-tRNA

确定与核糖体结合的AA人工合成的三核苷酸+核糖体+AA-tRNA现在是7页\一共有138页\编辑于星期五Nirenberg与其他科学家合作，发现3个核苷酸为一个密码子并决定一个氨基酸的翻译。Khorana发明了一种利用重复序列按设计需要连接任意核苷酸的方法，他发现ACACACACACACAC链合成的是Thr-His-Thr-His（苏氨酸-组氨酸-苏氨酸－组氨酸）链，证明ACA是决定苏氨酸的密码子，CAC是决定组氨酸的密码子等。到1966年，Nirenberg和Khorana等人完成了对全部遗传密码的破译。1968年NobelPrize现在是8页\一共有138页\编辑于星期五在全部64个密码子中，61个密码子负责20种氨基酸的翻译，1个是起始密码子，3个是终止密码子。

遗传密码字典现在是9页\一共有138页\编辑于星期五*遗传密码的基本特点方向性:肽链合成N端C端,连续阅读从mRNA5’3’简并性:同义密码子偏爱密码（codonbias)一个AA有多个密码子如：CCACCTCCG

CCC都代表Pro,人类基因CCACCT或

CCC，而大肠杆菌选择CCG现在是10页\一共有138页\编辑于星期五通用性与例外:从最简单的生物（病毒）到人类，近乎使用同一套遗传密码读码的连续性：密码是无标点符号的且相邻密码子互不重叠起始密码和终止密码:

兼职性AUG：起始信号Met的密码子

终止密码子不编码任何氨基酸称为无意义密码子变偶性（Wobble）：密码上第一、二位上碱基不变，第三位碱基可改变现在是11页\一共有138页\编辑于星期五原核生物mRNA5‘3‘AUGAUGUAAUAA读码框架读码框架核糖体识别部位核糖体识别部位SD序列：在起始AUG序列上游10个碱基左右的位置，含有一段富含嘌呤碱基的序列，被称为SD序列。它能与细菌16S核糖体RNA3’端一段ACCUCCUUA的保守序列互补识别，以帮助从起始AUG处开始翻译。现在是12页\一共有138页\编辑于星期五(二)tRNA转运活化的氨基酸至mRNA模板上3‘5‘5‘3‘Phe123123书写：tRNAPhe氨基酸臂

与氨基酸结合DHU环

与氨酰-tRNA合成酶结合反密码环

识别密码子TψC环与核蛋白体结合

现在是13页\一共有138页\编辑于星期五

tRNA的L形三级结构

酵母和大肠杆菌tRNA的三级结构都呈L形折叠式。这种结构是靠氢键来维持的，tRNA的三级结构与AA-tRNA合成酶的识别有关。

现在是14页\一共有138页\编辑于星期五“L”结构域2.---anti-codonarm位于”L”另一端，3.---TΨCloop&DHUloop位于“L”两臂的交界处，利于“L”结构的稳定“L”结构中碱基堆积力大，使其拓扑结构趋于稳定wobblebase位于“L”结构末端，堆积力小，自由度大，使碱基配对摇摆1.---aaacceptarm位于“L”的一端现在是15页\一共有138页\编辑于星期五tRNA的功能1）识别mRNA链上的密码子2）携带活化的氨基酸到生长肽链的正确位置，起转移氨基酸作用。氨基酸在合成蛋白质之前必须通过AA-tRNA合成酶活化，在消耗ATP的情况下结合到tRNA上，生成有蛋白质合成活性的AA-tRNA。现在是16页\一共有138页\编辑于星期五该实验说明什么问题将[14C]-Cys-tRNACys，经Ni催化生成[14C]-Ala-tRNACys，再把[14C]-Ala-tRNACys加进含血红蛋白mRNA的兔网织细胞核糖体的蛋白质合成系统中，结果发现[14C]-Ala-tRNACys插入了血红蛋白分子通常由半胱氨酸占据的位置上证实：1）tRNA的可携带活化的氨基酸到生长肽链的正确位置，起转移氨基酸作用。2）tRNA的性质是由反密码子而不是它所携带的氨基酸所决定的。现在是17页\一共有138页\编辑于星期五（三）tRNA的种类（1）起始tRNA和延伸tRNA能特异地识别mRNA模板上起始密码子的tRNA叫起始tRNA，其他tRNA统称为延伸tRNA。原核生物起始tRNA携带甲酰甲硫氨酸（fMet），真核生物起始tRNA携带甲硫氨酸（Met）。（2）同工tRNA代表同一种氨基酸的tRNA称为同工tRNA，同工tRNA既要有不同的反密码子以识别该氨基酸的各种同义密码，又要有某种结构上的共同性，能被AA-tRNA合成酶识别。现在是18页\一共有138页\编辑于星期五（3）校正tRNA：分为无义突变及错义突变校正tRNA。A.无义突变在蛋白质的结构基因中，一个核苷酸的改变可能使代表某个氨基酸的密码子变成终止密码子（UAG、UGA、UAA），使蛋白质合成提前终止，合成无功能的或无意义的多肽，这种突变就称为无义突变。现在是19页\一共有138页\编辑于星期五无义突变使UUG变为UAGLeu-tRNA阅读UAG密码子AUGUUGUAAAUGUAGUAAAUGUAGUAAAUGUUGUAAAACAUC

AAG

释放因子

抑制突变

LeuLeuLeu图14－17带有突变反密码子的tRNA可抑制无义突变现在是20页\一共有138页\编辑于星期五现在是21页\一共有138页\编辑于星期五B.错义突变是由于结构基因中某个核苷酸的变化使一种氨基酸的密码变成另一种氨基酸的密码。错义突变的校正tRNA通过反密码子区的改变把正确的氨基酸加到肽链上，合成正常的蛋白质。错义突变

错义突变AUGAGAUAAAUGGGAUAAAUGAGAUAAUCUCCUUCU

抑制突变ArgGlyGly图14-18反密码子发生突变可抑制错义突变现在是22页\一共有138页\编辑于星期五校正tRNA在进行校正过程中必须与正常的tRNA竞争结合密码子。无义突变的校正tRNA必须与释放因子竞争识别密码子；错义突变的校正tRNA必须与该密码的正常tRNA竞争，都会影响校正的效率。所以，某个校正基因的效率不仅决定于反密码子与密码子的亲和力，也决定于它在细胞中的浓度及竞争中的其他参数。一般说来，校正效率不会超过50%。现在是23页\一共有138页\编辑于星期五无义突变的校正基因tRNA不仅能校正无义突变，也会抑制该基因3‘末端正常的终止密码子，导致翻译过程的通读，合成更长的蛋白质，这种蛋白质过多就会对细胞造成伤害。同样，一个基因错义突变的矫正也可能使另一个基因错误翻译，因为如果一个校正基因在突变位点通过取代一种氨基酸的方式校正了一个突变，它也可以在另一位点这样做，从而在正常位点上引入新的氨基酸。现在是24页\一共有138页\编辑于星期五（四）肽链合成的“装配机”---核糖体核糖核蛋白的结构核糖核蛋白的种类(胞质中)由大小二亚基组成

给位（P位，肽位）：

起始时，tRNAimet结合于核糖体的肽位

延长成肽后，肽链转到此位。受位（A位，氨基酰位）：

延长成肽时，氨基酰tRNA就加入此位。游离的核糖核蛋白---合成细胞固有蛋白

与粗面内质网结合的核糖核蛋白

---合成带有信号肽的分泌性蛋白质现在是25页\一共有138页\编辑于星期五现在是26页\一共有138页\编辑于星期五

核糖体像一个能沿mRNA模板移动的工厂，执行着蛋白质合成的功能。它是由几十种蛋白质和几种核糖体RNA（ribosomalRNA，rRNA）组成的亚细胞颗粒。一个细菌细胞内约有20000个核糖体，而真核细胞内可达106个，在未成熟的蟾蜍卵细胞内则高达1012。核糖体和它的辅助因子为蛋白质合成提供了必要条件。

在生物细胞中，核糖体数量非常大。“Large”50Ssubunit“Small”30SsubunittRNA(3bound)现在是27页\一共有138页\编辑于星期五1.核糖体的组成

原核生物核糖体由约2/3的RNA及1/3的蛋白质组成。真核生物核糖体中RNA占3/5，蛋白质占2/5。核糖体是一个致密的核糖核蛋白颗粒，可以解离为两个亚基，每个亚基都含有一个相对分子质量较大的rRNA和许多不同的蛋白质分子。

大肠杆菌核糖体小亚基有21种蛋白质，分别用S1……S21表示，大亚基有36种蛋白质，分别用L1……L36表示。真核生物细胞核糖体大亚基含有49种蛋白质，小亚基有33种蛋白质。现在是28页\一共有138页\编辑于星期五现在是29页\一共有138页\编辑于星期五原核和真核生物核糖体的组成及功能核糖体亚基rRNAs蛋白RNA的特异顺序和功能细菌70S50S23S=2904b36种(L1-L36）有GAUC和tRNAfMat的TψCG互补2.5×106D5S=120b含CGAAC和GTψCG互补66%RNA30S16S=1542b21种(S1-S21)16SRNA(CCUCCU)和S-D顺序(AGGAGG)互补哺乳动物80S60S28S=4718b49种4.2×106D5S=120b60%RNA5.8S=160b40S18S=1874b33种和Capm7G结合

现在是30页\一共有138页\编辑于星期五SD序列(shine-Dalgarno序列):---原核生物1.位于起始密码上游10个核苷酸，2.序列富含嘌呤(如AGGA/GAGG）的一段序列。3.能和原核生物16srRNA相应的富含嘧啶序列互补。现在是31页\一共有138页\编辑于星期五起始密码SD序列现在是32页\一共有138页\编辑于星期五Initiationcodon

30S亚基具有专一性的识别和选择mRNA起始位点的性质，而IF3能协助该亚基完成这种选择。研究发现，30S亚基通过其16SrRNA的3’末端与mRNA5’端起始密码子上游碱基配对结合。Shine及Dalgarno等证明几乎所有原核生物mRNA上都有一个5’-AGGAGGU-3’序列，这个富含嘌呤区与30S亚基上16SrRNA3’末端的富含嘧啶区序列5’-GAUCACCUCCUUA-3’相互补。现在是33页\一共有138页\编辑于星期五

各种mRNA的核糖体结合位点中能与16SrRNA配对的核苷酸数目及这些核苷酸到起始密码子之间的距离是不一样的，反映了起始信号的不均一性。一般说来，相互补的核苷酸越多，30S亚基与mRNA起始位点结合的效率也越高。互补的核苷酸与AUG之间的距离也会影响mRNA-核糖体复合物的形成及其稳定性。现在是34页\一共有138页\编辑于星期五现在是35页\一共有138页\编辑于星期五现在是36页\一共有138页\编辑于星期五现在是37页\一共有138页\编辑于星期五核糖体的功能

小亚基：结合mRNA及tRNA反密码区段功能大亚基：结合tRNA其它区段A位——氨酰tRNA进入部位核糖体的活性中心P位——与正在延伸的肽酰tRNA结合部位现在是38页\一共有138页\编辑于星期五蛋白质合成的过程核糖体有三个tRNA结合位点即将到来的氨酰-tRNA结合在A位肽酰-tRNA结合在P位去氨酰-tRNA通过E位脱出

现在是39页\一共有138页\编辑于星期五表14-8核糖体的活性位点活性位点功能组分mRNA结合位点结合mRNA和IF因子S1、S18、S21；及S3、S4、S5、S12

16SrRNA3′末端区域P位点结合fMet-tRNA和肽基-tRNAL2、L27及L14、L18、L24、L3316S和23SrRNA3′附近区域A位点结合氨酰基-tRNAL1、L5、L7/L12、L20、L30、L3316S和23SrRNA（16S的1400区）E位点结合脱酰tRNA23SrRNA是重要的L5、L18、L25复合体肽酰基转移酶将肽链转移到氨基酰-tRNA上L2、L3、L4、L15、L16

23SrRNA是重要的EF-Tu结合位点氨基酰-tRNA的进入EF-G结合位点移位L7/L12GTP酶需要L7、L12现在是40页\一共有138页\编辑于星期五真核生物细胞中发现的多聚核糖体现象。核糖体分子中至少可容纳两个tRNA和约40bp长的mRNA。现在是41页\一共有138页\编辑于星期五三.翻译的过程已证明核酸是生命体内最基本的物质，因为蛋白质的合成和结构最终都取决于核酸，但蛋白质仍是生物活性物质中最重要的大分子组分，生物有机体的遗传学特性仍然要通过蛋白质来得到表达。蛋白质的生物合成包括氨基酸活化、肽链的起始、伸长、终止。现在是42页\一共有138页\编辑于星期五现在是43页\一共有138页\编辑于星期五1.氨酰—tRNA复合物的形成酶

催化反应氨基酰tRNA合成酶绝对专一性

1个A.A1个氨基酰tRNA合成酶活化A.A---活化“-COOH”消耗2个ATP活化A.A+tRNA氨基酰tRNA（一）翻译的起始现在是44页\一共有138页\编辑于星期五AA-tRNA合成酶

AA-tRNA合成酶是一类催化氨基酸与tRNA结合的特异性酶，其反应式如下：它实际上包括两步反应：第一步是氨基酸活化生成酶-氨基酰腺苷酸复合物。

AA+ATP+酶（E）→E-AA-AMP+PPi

aa活化需要能量！第二步是氨酰基转移到tRNA3’末端腺苷残基上，与其2’或3’-羟基结合。E-AA-AMP+tRNA→AA-tRNA+E+AMP

现在是45页\一共有138页\编辑于星期五第一步反应第二步反应消耗2ATP3’-CCA-OH氨酰tRNA合成酶活化氨基酸的反应现在是46页\一共有138页\编辑于星期五第二步反应现在是47页\一共有138页\编辑于星期五现在是48页\一共有138页\编辑于星期五氨基酰-tRNA合成酶氨基酰－tRNA合成酶的3个结合位点氨基酸和ATP形成氨基酰腺苷酸氨基酰转移到tRNA上tRNA负载了氨基酸活化：

转移：现在是49页\一共有138页\编辑于星期五氨基酰-tRNA合成酶－动力学校对

氨基酰-tRNA合成酶用校对（proofreading）机制来控制识别正确的tRNA和氨基酸。酶对正确的tRNA有高的亲和力不正确tRNA发生氨基酰化作用很慢现在是50页\一共有138页\编辑于星期五氨基酰-tRNA合成酶－化学校对水解错误的氨基酰－腺苷酸，水解错误的氨基酰－tRNA如果氨基酸合成酶和错误的氨基酸结合,氨基酰-tRNA合成酶可通过化学校对阻止错误的氨基酸掺入到蛋白质中.分两步:现在是51页\一共有138页\编辑于星期五氨酰-tRNA合成酶具有高度专一性：

即识别tRNA又识别特异性氨基酸，即活化特异性氨基酸。（E识别-tRNA的碱基组成和空间结构，氨酰-tRNA合成酶对同类氨基酸具有特异性亲和力。）已有学者把氨酰-tRNA合成酶和与之对应的tRNA分子叫做“第二遗传密码”。氨酰-tRNA合成酶还含有校正错误酰化的活性部位，能水解非正确结合的氨基酸和tRNA间形成的共价键。经转移的氨酰化活性部位以及校正活性部位的共同作用，可使翻译过程的错误频率小于1/10000.现在是52页\一共有138页\编辑于星期五氨基酰tRNA的表示方法丙氨基酰tRNA：ala-tRNAala精氨基酰tRNA：arg-tRNAarg甲硫氨基酰tRNA：

met-tRNAmet起始密码子AUG编码的met由tRNAimet（真核），tRNAfmet

（原核）转运在肽链延长中蛋氨酸由tRNAemet转运现在是53页\一共有138页\编辑于星期五2肽链合成的起始原核中所需的条件游离的核糖体大小亚基mRNA5’端的起始信号起始fMet--tRNAfmetGTP三种可溶性起始因子(IF)现在是54页\一共有138页\编辑于星期五原核生物的起始tRNA是fMet-tRNAfMet；原核生物中30S小亚基首先与mRNA模板相结合，再与fMet-tRNAfMet结合，最后与50S大亚基结合。起始复合物的生成除了需要GTP提供能量外，还需要Mg2+、NH4+及3个起始因子（IF-1、IF-2、IF-3）。现在是55页\一共有138页\编辑于星期五三种起始因子IF19.5kdIF2

95kd-117kdIF320kd辅助IF3有GTP酶活性特异识别fmet-tRNAfmet形成fmet-tRNAfmet-IF2-GTP促进30S小亚基结合mRNA终止时：促使核糖体解离现在是56页\一共有138页\编辑于星期五第一步，70S核糖体在IF-1影响下解离成30S和50S两个亚基。第二步，30S小亚基与翻译起始因子IF-3结合，再在SD序列的帮助下与mRNA模板结合。

第三步，在IF-2和GTP的帮助下，fMet-tRNAfMet进入小亚基的P位，tRNA上的反密码子与mRNA上的起始密码子配对。

第四步，带有tRNA，mRNA，三个翻译起始因子的小亚基复合物与50S大亚基结合，GTP水解，释放翻译起始因子。原核生物翻译起始现在是57页\一共有138页\编辑于星期五核蛋白体大小亚基分离IF-3IF-1第一步，70S核糖体在IF-1影响下解离成30S和50S两个亚基。现在是58页\一共有138页\编辑于星期五核蛋白体大小亚基分离第一步，70S核糖体在IF-1影响下解离成30S和50S两个亚基。现在是59页\一共有138页\编辑于星期五mRNA在小亚基定位结合S-D现在是60页\一共有138页\编辑于星期五mRNA在小亚基定位结合S-D现在是61页\一共有138页\编辑于星期五起始氨基酰tRNA结合到小亚基S-D现在是62页\一共有138页\编辑于星期五核蛋白体大亚基结合形成起始复合物IF-2GDPPPiIF-3IF-1现在是63页\一共有138页\编辑于星期五

真核生物蛋白质生物合成的起始机制与原核生物基本相同，其差异主要是：核糖体较大，有较多的起始因子参与，其mRNA具有m7GpppNp帽子结构，Met-tRNAMet不甲酰化，mRNA分子5'端的“帽子”和3'端的多聚A都参与形成翻译起始复合物。真核生物翻译起始现在是64页\一共有138页\编辑于星期五

有实验说明帽子结构能促进起始反应，因为核糖体上有专一位点或因子识别mRNA的帽子，使mRNA与核糖体结合。帽子在mRNA与40S亚基结合过程中还起稳定作用。实验表明，有些带帽子的mRNA5‘端存在一个共同序列（5’-CCRCCAUGG-)与18SrRNA的3’端序列之间存在碱基配对作用。eIF4F是帽子结合蛋白。现在是65页\一共有138页\编辑于星期五

除了帽子结构以外，40S小亚基还能识别mRNA上的起始密码子AUG。Kozak等提出了一个“扫描模型”来解释40S亚基对mRNA起始密码子的识别作用。按照这个模型，40S小亚基先结合在mRNA5‘端的序列上，然后沿mRNA移动直至遇到AUG发生较为稳定的相互作用，最后与60S亚基一道生成80S起始复合物。40S小亚基之所以能在AUG处停下，可能是由于Met-tRNAiMet的反密码子与AUG配对的结果。现在是66页\一共有138页\编辑于星期五真核生物中，任何一个多肽合成都是从生成甲硫氨酰-tRNAiMet开始的，因为甲硫氨酸的特殊性，所以体内存在两种tRNAMet。只有甲硫氨酰-tRNAiMet才能与40S小亚基相结合，起始肽链合成，普通tRNAMet中携带的甲硫氨酸只能被掺入正在延伸的肽链中。在真核生物中，40S小亚基首先与Met-tRNAiMet相结合，再与模板mRNA结合，最后与60S大亚基结合生成80S·mRNA·Met-tRNAiMet起始复合物。现在是67页\一共有138页\编辑于星期五eIF23种亚基形成3元起始复合体（eIF2,GTP,tRNA)eIF2-r65kd促使Met-tRNAmet与40S亚基结合eIF115kd促使mRNA与40S亚基结合eIF3＞500kd促使mRNA与40S亚基结合eIF4b80kd促使mRNA与40S亚基结合eIF4a50kd促使与mRNA,GTP结合eIF4C19kd促使两亚基结合eIF5150kd释放eIF2,eIF3eIF4e(eIF4f的亚基)与5‘端帽子结合真核生物的起始因子现在是68页\一共有138页\编辑于星期五真核生物翻译起始复合物形成60S40SeIF-2BeIF-3eIF-6①60S40SeIF-3②Met40SMet40SMet40SMetmRNA③④eIF-5Met-tRNAiMet－eIF-2－GTPATPADP+PieIF4E,eIF4G,eIF4B,eIF4A,PAB各种eIF释放ADP+Pi现在是69页\一共有138页\编辑于星期五原核生物和真核生物翻译起始过程的比较：共同点：1）核糖体小亚基结合荷载的起始tRNA；2）在mRNA上必须找到合适的起始密码子；3）大亚基必须与已经形成复合物的小亚基、起始tRNA、mRNA结合。这些过程中都需要非核糖体的可溶性起始因子参与。现在是70页\一共有138页\编辑于星期五不同点：1）在原核细胞中，mRNA首先与小亚基结合，才有起始tRNA加入形成起始复合物；而真核细胞中，起始tRNA首先结合于小亚基，形成复合物后，再在多种因子参与下结合mRNA，才形成大的起始复合物；2）小亚基起始复合物在mRNA上寻找起始密码子的方式不同。原核细胞内，依靠小亚基内16SrRNA3’端序列与SD序列互补结合，才定位于mRNA。而真核细胞内，依靠5’帽子结构的起始因子结合小亚基，然后以滑动搜索机制寻找起始AUG。现在是71页\一共有138页\编辑于星期五

生成起始复合物，第一个氨基酸（fMet/Met-tRNA）与核糖体结合以后，肽链开始伸长。按照mRNA模板密码子的排列，氨基酸通过新生肽键的方式被有序地结合上去。肽链延伸由许多循环组成，每加一个氨基酸就是一个循环，每个循环包括AA-tRNA与核糖体结合、肽键的生成和移位。3翻译的延伸现在是72页\一共有138页\编辑于星期五

起始复合物形成以后，1）第二个AA-tRNA在延伸因子EF-Tu及GTP的作用下，生成AA-tRNA·EF-Tu·GTP复合物，然后结合到核糖体的A位上。2）这时GTP被水解释放，通过延伸因子EF-Ts再生GTP，形成EF-Tu·GTP复合物，进入新一轮循环。

1）后续AA-tRNA与核糖体结合（进位）现在是73页\一共有138页\编辑于星期五现在是74页\一共有138页\编辑于星期五进位TuTsGTP是指根据mRNA下一组遗传密码指导，使氨基酰－tRNA进入核蛋白体A位现在是75页\一共有138页\编辑于星期五fMetGTPTuGDPTsGTPfMet现在是76页\一共有138页\编辑于星期五模板上的密码子决定了哪种AA-tRNA能被结合到A位上。由于EF-Tu只能与fMet-tRNA以外的其他AA-tRNA起反应，所以起始tRNA不会被结合到A位上，这就是mRNA内部的AUG不会被起始tRNA读出，肽链中间不会出现甲酰甲硫氨酸的原因。现在是77页\一共有138页\编辑于星期五在真核系统中，进位需EF-1因子，该因子可与结合有氨酰-tRNA和GTP的核糖体形成延伸四元复合物，同时偶联GTP的水解。EF-1是多亚基蛋白质，分为EF-1α,EF-1β,EF-1γ，具备了EF-Tu及EF-Ts的性质。现在是78页\一共有138页\编辑于星期五经过上一步反应后，在核糖体·mRNA·AA-tRNA复合物中，AA-tRNA占据A位，fMet-tRNAfMet占据P位。P位和A位上各结合了一个氨基酰tRNA，两个氨基酸之间在核糖体转肽酶作用下，P位上的氨基酸提供α-COOH基，与A位上的氨基酸的α-NH2形成肽键，从而使P位上的氨基酸连接到A位氨基酸的氨基上，这就是转肽2）肽键的生成(转肽)现在是79页\一共有138页\编辑于星期五E位fMet转肽是转肽酶催化的肽键形成的过程现在是80页\一共有138页\编辑于星期五

细菌核糖体上一般存在三个与-tRNA结合的位点，即A位点（aminoacylsite），P位点（peptidylsite）和E位点（Exitsite）。只有fMet-tRNAfMet能与第一个P位点相结合，其它所有tRNA都必须通过A位点到达P位点，再由E位点离开核糖体。现在是81页\一共有138页\编辑于星期五3）移位

肽键延伸过程中最后一步反应是移位，即核糖体向mRNA3‘端方向移动一个密码子。此时，仍与第二个密码子相结合的二肽基tRNA从A位进入P位，去氨基酰-tRNA被挤入E位，mRNA上的第三位密码子则对应于A位。EF-G是移位所必须的蛋白质因子，移位的能量来自另一分子GTP水解。用嘌呤霉素作为抑制剂做实验表明，核糖体沿mRNA移动与肽基-tRNA的移位这两个过程是耦联的。现在是82页\一共有138页\编辑于星期五现在是83页\一共有138页\编辑于星期五E位fMet移位在转位酶的作用下，促进核糖体向mRNA的3‘测移动，使新形成的肽酰tRNA和mRNA相对位移由A位进入核蛋白体P位，而卸载的tRNA进入E位现在是84页\一共有138页\编辑于星期五4）脱落：

E位上无负载的tRNA从E位脱落。现在是85页\一共有138页\编辑于星期五E位fMetAA3TuGTP脱落现在是86页\一共有138页\编辑于星期五肽链延伸是由许多个这样的反应组成的，原核生物中每次反应共需3个延伸因子，EF-Tu、EF-Ts及EF-G，真核生物细胞需EF-1及EF-2，消耗2个GTP，向生长中的肽链加上一个氨基酸。现在是87页\一共有138页\编辑于星期五翻译的延伸：进位转肽移位现在是88页\一共有138页\编辑于星期五

肽链的延伸过程中，当终止密码子UAA、UAG或UGA出现在核糖体的A位时，没有相应的AA-tRNA能与之结合，而释放因子能识别这些密码子并与之结合，水解P位上多肽链与tRNA之间的二酯键。接着，新生的肽链和tRNA从核糖体上释放，核糖体大、小亚基解体，蛋白质合成结束。释放因子RF具有GTP酶活性，它催化GTP水解，使肽链与核糖体解离。

4肽链的终止现在是89页\一共有138页\编辑于星期五细菌细胞内存在三种不同的终止因子（或称释放因子，RF1，RF2，RF3），RF1能识别UAG和UAA，RF2识别UGA和UAA。一旦RF与终止密码相结合，它们就能诱导肽基转移酶把一个水分子而不是氨基酸加到延伸中的肽链上。RF3可能与核糖体的解体有关。真核细胞只有一个（RF）终止因子。它可以识别三类终止密码子，研究发现，在大多数真核生物中，RF都有非常类似的肽链结构。现在是90页\一共有138页\编辑于星期五现在是91页\一共有138页\编辑于星期五RF当核蛋白体A位出现终止密码后，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现在是92页\一共有138页\编辑于星期五5.蛋白质合成抑制剂

蛋白质生物合成的抑制剂主要是一些抗生素，如嘌呤霉素、链霉素、四环素、氯霉素、红霉素等，此外，如5-甲基色氨酸、环已亚胺、白喉毒素、蓖麻蛋白和其他核糖体灭活蛋白等都能抑制蛋白质的合成。

抗菌素对蛋白质合成的作用可能是阻止mRNA与核糖体结合（氯霉素），或阻止AA-tRNA与核糖体结合（四环素类），或干扰AA-tRNA与核糖体结合而产生错读（链霉素、新霉素、卡那霉素等），或作为竞争性抑制剂抑制蛋白质合成。现在是93页\一共有138页\编辑于星期五

链霉素是一种碱性三糖，能干扰fMet-tRNA与核糖体的结合，从而阻止蛋白质合成的正确起始，也会导致mRNA的错读。若以多聚（U）作模板，则除苯丙氨酸（UUU）外，异亮氨酸（AUU）也会被掺入。用抗链霉素细菌的50S亚基及对链霉素敏感细菌的30S亚基重组获得的核糖体对链霉素是敏感的，而用敏感菌的50S亚基及抗性菌的30S亚基组成的核糖体对链霉素有抗性，表明链霉素的作用位点在30S亚基上。现在是94页\一共有138页\编辑于星期五

嘌呤霉素是AA-tRNA的结构类似物，能结合在核糖体的A位上，抑制AA-tRNA的进入。它所带的氨基与AA-tRNA上的氨基一样，能与生长中的肽链上的羧基反应生成肽键，这个反应的产物是一条3‘羧基端挂了一个嘌呤霉素残基的小肽，肽酰嘌呤霉素随后从核糖体上解离出来，所以嘌呤霉素是通过提前释放肽链来抑制蛋白质合成的。现在是95页\一共有138页\编辑于星期五

此外，青霉素、四环素和红霉素只与原核细胞核糖体发生作用，从而阻遏原核生物蛋白质的合成，抑制细菌生长。氯霉素和嘌呤霉素既能与原核细胞核糖体结合，又能与真核生物核糖体结合，妨碍细胞内蛋白质合成，影响细胞生长。现在是96页\一共有138页\编辑于星期五四.蛋白质合成的调节翻译水平的调控是真核基因表达调节的一个重要环节。调节过程通常涉及mRNA稳定性及其mRNA分子结构对其功能的调控。以及与多种蛋白质因子之间的相互作用。真核生物mRNA分子的稳定性真核生物mRNA的稳定性差异很大；真核生物mRNA的3’端polyA是增加mRNA稳定性的重要用因素细胞中蛋白质合成旺盛时，mRNA链上核糖体的数量就多，mRNA链上的poly(A)也较长；当某些mRNA链不再被翻译时，核糖体就被释放出来，其poly(A)也相应缩短。目前还不知道两者之间的关系。现在是97页\一共有138页\编辑于星期五（1）去除polyA引发mRNA降解（2）mRNA3’端非翻译区链内剪切引起降解3’端非翻译区富含AU的元件是mRNA不稳定性的一个因素。数个UUAUUUAU八核苷酸核心序列称为AUUUA序列。一些寿命较短的mRNA，在3’-UTR存在AUUUA序列，这些元件称为不稳定因子。

AUUUA序列也是一种顺式作用元件，对翻译效率有抑制作用，其抑制强弱取决于AUUUA序列拷贝数的多少，与距离终止密码子的远近无关。现在是98页\一共有138页\编辑于星期五现在是99页\一共有138页\编辑于星期五蛋白激酶参与真核细胞蛋白质合成的调节。蛋白激酶可以催化eIF-2磷酸化3.蛋白质磷酸化对翻译效率的影响现在是100页\一共有138页\编辑于星期五

新生的多肽链大多数是没有功能的，必须经过加工修饰才能转变为有活性的蛋白质。五.蛋白质前体的加工

细菌蛋白质氨基端的甲酰基能被脱甲酰化酶水解，不管是原核生物还是真核生物，N端的甲硫氨酸往往在多肽链合成完毕之前就被切除。50%的真核蛋白中，成熟蛋白N端残基会被N-乙基化。1.N端fMet或Met的切除现在是101页\一共有138页\编辑于星期五2．二硫键的形成

mRNA中没有胱氨酸的密码子，而不少蛋白质都含有二硫键，这是蛋白质合成后通过两个半胱氨酸的氧化作用生成的。3．特定氨基酸的修饰氨基酸侧链的修饰作用包括磷酸化（如核糖体蛋白质）、糖基化（如各种糖蛋白）、甲基化（如组蛋白、肌肉蛋白质）、乙基化（如组蛋白）、羟基化（如胶原蛋白）和羧基化等，是生物体内最普通发生修饰作用的氨基酸残基及其修饰产物。糖蛋白主要是通过蛋白质侧链上的天冬氨酸、丝氨酸、苏氨酸残基加上糖基形成的，胶原蛋白上的脯氨酸和赖氨酸多数是羟基化的。实验证明，内质网可能是蛋白质N-糖基化的主要场所。现在是102页\一共有138页\编辑于星期五现在是103页\一共有138页\编辑于星期五蛋白质的糖基化蛋白质的特定氨基酸残基(天冬氨酸、丝氨酸、苏氨酸残基)加入糖基复合物(2-60单糖)通常为跨膜蛋白重要的识别标志现在是104页\一共有138页\编辑于星期五两种类型N-linked

O-linkedN-乙酰葡萄糖氨连接到天冬胺酸残基上N-乙酰葡萄糖氨连接到丝胺酸残基上现在是105页\一共有138页\编辑于星期五4．切除新生肽链中非功能片段

如新合成的胰岛素前体是前胰岛素原，必须先切去信号肽变成胰岛素原，再切去B-肽，才变成有活性的胰岛素。有些动物病毒如脊髓灰质炎病毒的mRNA可翻译成很长的多肽链，含多种病毒蛋白，经蛋白酶在特定位置上水解后得到几个有功能的蛋白质分子。不少多肽类激素和酶的前体也要经过加工才能变为活性分子，如血纤维蛋白原、胰蛋白酶原经过加工切去部分肽段才能成为有活性的血纤维蛋白、胰蛋白酶。现在是106页\一共有138页\编辑于星期五前胰岛素原蛋白翻译后成熟过程示意图。现在是107页\一共有138页\编辑于星期五现在是108页\一共有138页\编辑于星期五五.蛋白质合成后的运输

在生物体内，蛋白质的合成位点与功能位点常常被一层或多层细胞膜所隔开，这样就产生了蛋白质运转的问题。

由于细胞各部分都有特定的蛋白质组分，因此合成的蛋白质必须准确无误地定向运送才能保证生命活动的正常进行。现在是109页\一共有138页\编辑于星期五一般说来，蛋白质运转可分为两大类：１．翻译运转同步机制:蛋白质的合成和运转同时发生的２．翻译后运转机制：蛋白质从核糖体上释放后才发生运转。

下表列举了跨膜运输和镶入膜内的几种主要蛋白质。蛋白性质

运

转

机

制主

要

类

型分泌

蛋白质在结合核糖体上合成，

并以翻译运转同步机制运输

免疫球蛋白、卵蛋白、水解酶、激素等细胞器发育

蛋白质在游离核糖体上合成，以翻译后运转机制运输

核、叶绿体、线粒体、乙醛酸循环体、过氧化物酶体等细胞器中的蛋白质膜的形成

两种机制兼有质膜、内质网、类囊体中的蛋白质现在是110页\一共有138页\编辑于星期五

现在是111页\一共有138页\编辑于星期五1

翻译-运转同步机制

一般认为，蛋白质定位的信息存在于该蛋白质自身结构中，并且通过与膜上特殊受体的相互作用得以表达，这就是信号肽假说的基础。这一假说认为，蛋白质跨膜运转信号也是由mRNA编码的。在起始密码子后，有一段编码疏水性氨基酸序列的RNA区域，这个氨基酸序列就被称为信号序列。信号序列在结合核糖体上合成后便与膜上特定受体相互作用，产生通道，允许这段多肽在延长的同时穿过膜结构，因此，这种方式是边翻译边跨膜运转。现在是112页\一共有138页\编辑于星期五

绝大部分被运入内质网内腔的蛋白质都带有一个信号肽，该序列常常位于蛋白质的氨基末端，长度一般在13-36个残基之间，有如下三个特点：（1）一般带有10-15个疏水氨基酸；（2）在靠近该序列N-端常常有1个或数个带正电荷的氨基酸；（3）在其C-末端靠近蛋白酶切割位点处常常带有数个极性氨基酸，离切割位点最近的那个氨基酸往往带有很短的侧链（丙氨酸或甘氨酸）。现在是113页\一共有138页\编辑于星期五

根据信号肽假说，同细胞质中其他蛋白质的合成一样，分泌蛋白的生物合成开始于结合核糖体，当翻译进行到大约50～70个氨基酸残基之后，信号肽开始从核糖体的大亚基露出，被粗糙内质网膜上的受体识别，并与之相结合。信号肽过膜后被内质网腔的信号肽酶水解，正在合成的新生肽随之通过蛋白孔道穿越疏水的双层磷脂。一旦核糖体移到mRNA的“终止”密码子，蛋白质合成即告完成，翻译体系解散，膜上的蛋白孔道消失，核糖体重新处于自由状态。现在是114页\一共有138页\编辑于星期五现在是115页\一共有138页\编辑于星期五SRP能同时识别正在合成需要通过内质网膜进行运转的新生肽和结合核糖体，它与这类核糖体上新生蛋白的信号肽结合是多肽正确运转的前提，但同时也导致了该多肽合成的暂时终止（此时新生肽一般长约70个残基左右）。SRP-信号肽-核糖体复合物即被引向内质网膜并与SRP的受体—DP（锚定蛋白）相结合。只有当SRP与DP相结合时，多肽合成才恢复进行，信号肽部分通过膜上的核糖体受体及蛋白运转复合物跨膜进入内质网内腔，新生肽链重新开始延伸。现在是116页\一共有138页\编辑于星期五整个蛋白跨膜以后，信号肽被水解，形成高级结构和成熟型蛋白质，并被运送到相应细胞器。SRP与DP的结合很可能导致受体聚集而形成膜孔道，使信号肽及与其相连的新生肽得以通过。此时，SRP与DP相分离并恢复游离状态。待翻译过程结束后，核糖体的大、小亚基解离，受体解聚，通道消失，内质网膜也恢复完整的脂双层结构。进入内质网内腔后，蛋白质常以运转载体的形式被送入高尔基体或形成运转小泡，分别运送到各自的亚细胞位点。现在是117页\一共有138页\编辑于星期五SRP=signalrecognitionparticle现在是118页\一共有138页\编辑于星期五β－半乳糖酶定位于胞质麦芽糖结合蛋白定位于胞外麦芽糖运转蛋白位于外膜内腔可以通过测定β－半乳糖酶的活性确定蛋白的位置现在是119页\一共有138页\编辑于星期五①完整的信号多肽是保证蛋白质运转的必要条件。信号序列中疏水性氨基酸突变成亲水性氨基酸后，会阻止蛋白质运转而使新生蛋白质以前体形式积累在胞质中。②仅有信号肽还不足以保证蛋白质运转的发生。③信号序列的切除并不是运转所必需的。如果把细菌外膜脂蛋白信号序列中的甘氨酸残基突变成天冬氨酸残基，能抑制该蛋白信号肽的水解，但不能抑制其跨膜运转。④并非所有的运转蛋白质都有可降解的信号肽。卵清蛋白是以翻译运转同步机制进入微粒体中的，但它并没有可降解的信号序列。有人认为，在卵清蛋白分子的中心区域有相当于信号肽功能的肽段存在。据此，“信号肽”应当定义为：能启动蛋白质运转的任何一段多肽。现在是120页\一共有138页\编辑于星期五膜蛋白和分泌蛋白模式图内质网内腔：折叠；二硫键的修饰；添加核心寡糖/糖基化蛋白质从内质网通过分泌泡转移到高尔基复合体在信号肽的作用下转移到特定部位现在是121页\一共有138页\编辑于星期五正确的折叠不正确的折叠降解通过分泌小泡输送到目的地现在是122页\一共有138页\编辑于星期五2

翻译后运转机制

现在是123页\一共有138页\编辑于星期五研究发现，叶绿体和线粒体中有许多蛋白质和酶是由细胞质提供的，其中绝大多数以翻译后运转机制进入细胞器内。Tom=transportacrossoutermembraneTim=transportacrossinnermembrane现在是124页\一共有138页\编辑于星期五1）线粒体蛋白质跨膜运转

线粒体蛋白质跨膜运转过程有如下特征：①通过线粒体膜的蛋白质在运转之前大多数以前体形式存在，它由成熟蛋白质和N端延伸出的一段前导肽（leaderpeptide）共同组成。②蛋白质通过线粒体内膜的运转是一种需能过程；③蛋白质通过线粒体膜运转时，首先由外膜上的Tom受体复合蛋白识别与Hsp70或MSF等分子伴侣相结合的待运转多肽，通过Tom和Tim组成的膜通道进入线粒体内腔。现在是125页\一共有138页\编辑于星期五现在是126