生化蛋白质生物合成

生化蛋白质生物合成3.转肽酶活性：将P位上的肽酰基转移给A位上的氨基酰tRNA，形成肽键；由大亚基成分构成。4.GTPase活性：水解GTP，获得能量；分别由大、小亚基成分构成。5.起动因子、延长因子及释放因子的结合位点：分别由大、小亚基成分构成。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。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-tRNAfMet。原核生物起始氨基酰-tRNA:fMet-tRNAfMet

fMet-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。第三节

肽链的生物合成过程TheBiosynthesisProcessofPeptideChain肽链的生物合成过程是翻译的中心环节。翻译时，从mRNA的起始密码子AUG开始，按5ˊ→3ˊ方向逐一读码，直至终止密码子。于是，合成中的肽链从起始甲硫氨酸开始，从N-端→C-端延长，直至终止密码子前一位密码子所编码的氨基酸。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（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。IF-3IF-11.核蛋白体大小亚基分离

IF-1和IF-3与小亚基结合，促进核蛋白体大、小亚基拆离，为新一轮合成作准备。AUG5'3'IF-3IF-12.mRNA在小亚基定位结合原核生物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。S-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。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。IF-3IF-1IF-2GTPAUG5'3'（3）起始氨基酰tRNA(fMet-tRNAifmet)结合到小亚基。fMet-tRNAifmet

、IF2和GTP结合形成复合物。IF-3IF-1IF-2GTPGDPPiAUG5'3'（4）核蛋白体大亚基结合，起始复合物形成IF3、IF1、IF2相继脱落，50S结合到30S小亚基，形成70S起始复合物。fmet-tRNAfmet和mRNA上的AUG占据核蛋白体的P位（肽位）。A位（氨基酰位）将被第二个密码子对应的氨基酰-tRNA占据。IF-3IF-1AUG5'3'IF-2GTPIF-2-GTPGDPPi起始复合物形成过程指在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。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1.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。

进位需要延长因子EF-Tu与EF-Ts参与。TuTsGTPGDPAUG5'3'TuTsGTP进位的反应过程：2.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-甲酰甲硫氨酰基或肽酰-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。tRNA从核蛋白体上脱落，P位留空。成肽的反应过程3.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。EF-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fMetAUG5'3'fMetTuGTP成肽→转位→下一轮进位进位转位成肽肽链合成延长(核蛋白体循环)过程（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。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A位。1．识别：RF识别终止密码，进入核蛋白体的A位。

2．水解：RF使转肽酶变为酯酶，多肽链与tRNA之间的酯键被水解，多肽链释放。3.脱离：模板mRNA、RF以及空载tRNA与核蛋白体脱离。

4.在IF作用下，核蛋白体分出大、小亚基。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。释放因子的功能：识别终止密码子RF-1特异识别UAA、UAG；RF-2特异识别UAA、UGA。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。原核肽链合成终止过程原核肽链合成终止过程：

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。（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)。多聚核蛋白体电镜下的多聚核蛋白体二、真核生物的肽链合成过程（一）起始1.核蛋白体大小亚基分离；2.起始氨基酰-tRNA的结合；3.mRNA在小亚基定位结合；4.核蛋白体大亚基结合。Met40S60SMetMet40S60SmRNAeIF-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

真核生物与原核生物翻译起始的不同点：1.起始Met-tRNAiMet不需甲酰化；2.eIF种类多；3.小亚基先与Met-tRNAiMet结合，再与

mRNA结合；5.ATP和GTP供能。4.mRNA与40s亚基的结合依靠帽子结合蛋白（CBP）与mRNA帽子结构的识别结合。28/56真核生物肽链合成的延长过程与原核生物基本相似，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。（二）延长（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。四、真核生物翻译的一些特点起始Met不经过甲酰化起始密码子只能是AUG(原核也可以是GUG)，无SD序列3翻译起始因子多4合成过程需ATP、延长因子少、释放因子少，一种eRF5线粒体存在独立的蛋白质合成体系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eRF蛋白质合成过程小结肽链合成方向NC（同位素证明）以mRNA的5’-3’方向阅读遗传密码该合成过程是一个耗能过程

蛋白质合成能量消耗情况1.氨基酸活化：2个ATP2.翻译起始：原核生物1个GTP3.翻译延长：每形成一个肽键需2个GTP4.翻译终止：1个GTPATP总消耗数：2n+2(n-1)+2n为多肽链氨基酸残基的数目第四节

蛋白质翻译后修饰和靶向输送PosttranslationalModificationandTargetingTransferofProtein新生多肽链不具备蛋白质的生物学活性，必须经过复杂的加工过程才能转变为具有天然构象的功能蛋白质，这一加工过程称为翻译后修饰(posttranslationalmodification)。翻译后修饰包括多肽链折叠为天然的三维构象及对肽链一级结构的修饰、空间结构的修饰等。翻译后修饰使得蛋白质组成更加多样化，从而使蛋白质结构上呈现更大的复杂性。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)。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。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)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、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)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,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。(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.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。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。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．亲脂性修饰例：鸦片促黑皮质素原(POMC)的水解修饰（三）多肽链的水解修饰三、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。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(信号肽)。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；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：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（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。第五节

蛋白质生物合成的干扰和抑制Inte