蛋白质的合成与修饰

蛋白质的合成与修饰第1页/共119页第三章蛋白质的合成与修饰

Translation，Artificialsynthesisandmodification本章的主要内容：1.

翻译的生物学意义；2.

遗传密码的特性和线粒体密码的例外；3.

翻译体系的主要组成及其功能；4.

原核生物和真核生物蛋白质生物合成的异同点；5.

蛋白质合成后的加工、运输与定位；6.

蛋白质的化学合成与人工修饰。第2页/共119页第一节蛋白质的生物合成—翻译

TheBiosynthesisofProtein--Translation第3页/共119页

在细胞质中，以mRNA为模板，在核糖体、tRNA和多种蛋白因子等的共同作用下，将mRNA中由核苷酸排列顺序决定的遗传信息转变成由20种氨基酸组成的蛋白质的过程。这一过程犹如电报的翻译过程，故又将蛋白质的生物合成称为翻译（translation）。翻译（translation）:转录和翻译统称为基因表达(geneexpression)。前言第4页/共119页翻译的生物学意义？第5页/共119页可以说，没有蛋白质，就没有生命!

概括起来讲，蛋白质具有以下几方面的功能：

1）催化：酶蛋白；

5）调节：激素、组蛋白；

2）防御：Ab、ABP、IFN等；

6）支持：膜系统；

3）运动：肌球（动）蛋白；

7）运输：ApoE、血红素；

4）营养贮存：卵清蛋白；

8）参与遗传过程

9）其他：信号转导等。

蛋白质是生命活动的物质基础，几乎所有生物的生命活动过程都离不开蛋白质。蛋白质的种类成千上万，其功能千差万别。例如：酶蛋白；激素；膜蛋白；抗体；受体等。第6页/共119页§3-1-1

参与翻译过程的物质与功能

参与翻译过程的物质共包括：mRNA(MessengerRNA)tRNA

(TransferRNA)RibosomeAminoacids(AA)Aminoacyl-tRNAsynthetase(氨酰基-tRNA合成酶)KindsofTranslationFactors§3-1-1ComponentsofTranslationSystemandTheirFunctions第7页/共119页一、StructureandFunctionofmRNA

mRNA(MessengerRNA)istheintermediatethatrepresentsonestrandofagenecodingforprotein.Itscodingregionisrelatedtotheproteinsequencebythetripletgeneticcode.

（一）mRNA的结构特点AnmRNAcontainsaseriesofcodonsthatinteractwiththeanticodonsofaminoacyl-tRNAssothatacorrespondingseriesofaminoacidsisincorporatedintoapolypeptidechain.第8页/共119页Figure6.16Ribosome-bindingsitesonmRNAcanberecoveredfrominitiationcomplexes.TheyincludetheupstreamShine-Dalgarnosequenceandtheinitiationcodon.原核生物mRNA的结构特点:第9页/共119页原核生物mRNA的结构特点TheShine-Dalgarnosequence(SD序列)isthepolypurinesequenceAGGAGGcenteredabout10bpbeforetheAUGinitiationcodononbacterialmRNA.Itiscomplementarytothesequenceatthe3’endof16SrRNA.第10页/共119页真核生物mRNA的结构特点:第11页/共119页FunctionsofCap：ProtectionofthemRNAfromdegradation.EnhancementofthemRNA’stranslatability.TransportofthemRNAoutofthenucleus.Propersplicingofthepre-mRNA.FunctionofPolyadenylation:

MosteukaryoticmRNAsandtheirprecursorshaveachainofAMPresiduesabout250nucleotideslongattheir3’-ends.Thispoly(A)isaddedpost-transcriptionallybypoly(A)polymerase.Polyadenylationsignals:AAUAAAFunctions:Poly(A)enhancesboththelifetimeandtranslatabilityofmRNA.Theonlythreesequencesneededforsplicingare:shortconsensussequencesatthe5’and3’splicingsitesandatthebranchsite.TheendsofnuclearintronsaredefinedbytheGU-AGrule.Splicingsignals：第13页/共119页真核生物与原核生物mRNA结构特点比较：1.真核生物的mRNA初始转录物由内含子和外显子组成，需要进行转录后加工：

1)将内含子剪掉，将外显子重新连接起来--剪接(splicing)，

2)在5’-端加帽，3’-端加poly(A)尾，才能形成成熟mRNA；而原核生物的初始转录物即为成熟的mRNA，不需要转录后的加工。2.真核生物的成熟mRNA需要从细胞核中进入细胞质，才能参与蛋白质的翻译；而原核生物的转录与翻译偶联在一起。真核生物mRNA为单顺反子；原核生物mRNA为多顺反子。原核生物的mRNA的5’-端有SD序列。许多真核mRNA的AUG上游存在Kozak序列（CCACC）。第14页/共119页（二）GeneticCodons(遗传密码)Seleno-Cys-tRNAUGA;PyrrolysineUAG第15页/共119页（三）

PropertiesofGeneticCodons

三联体，连续性，不重叠，兼并性，兼职，通用性等。但存在例外。1.ORF(开放读框)第16页/共119页第17页/共119页2.兼并性（degeneracy）多种密码子编码一种氨基酸。第18页/共119页3.

密码子的例外

1）在支原体：UGATrp(色)；2）在纤毛虫：UAA和UAGGlu（谷）；3）在人的线粒体：①UGA（终止密码子）Trp(色)；②AGA，AGG（精）终止密码子。另加UAA、UAG，线粒体共有4个终止密码子；③内部蛋氨酸的密码子有2个：AUG和AUA；起始密码子有4个：AUN；4）在酵母线粒体：除上述3点外，还有CUA亮Thr(苏)。第19页/共119页第20页/共119页TransferRNA(tRNA)istheintermediateinproteinsynthesisthatinterpretsthegeneticcode.EachtRNAcanbelinkedtoanaminoacid.ThetRNAhasananticodonsequencethatcomple-mentarytoatripletcodonrepresentingtheaminoacid.二、StructureandFunctionoftRNAAtRNAhasasequenceof74-95basesthatfoldsintoaclover-leafsecondarystructurewithfourconstantarms(andanadditionalarminthelongertRNAs).第21页/共119页（一）SecondaryStructureoftRNAThecloverleaf:thestructureoftRNAdrawnintwodimensions,formingfourdistinctarm-loops.第22页/共119页Theacceptorarmconsistsofabase-pairedstemthatendsinanunpairedsequencewhosefree2′-or3′-OHgroupcanbelinkedtoanaminoacid.TheTΨCarmisnamedforthepresenceofthistripletsequence.(Ψstandsforpseudouridine,amodifiedbase).Theanticodonarmalwayscontainstheanticodontripletinthecenteroftheloop.TheDarmisnamedforitscontentofthebaseDihydrouridine(anotherofthemodifiedbasesintRNA).TheextraarmliesbetweentheTΨCandanticodonarmsandvariesfrom3~21bases.tRNAsarecalledclassI（3~5bases）

iftheylackit,andclassII

（13~21basesincluding5bpinstem）

iftheyhaveit.

第23页/共119页第24页/共119页ThistRNAisusedonlyforinitiation.ItrecognizesthecodonsAUGorGUG(occasionallyUUG).AUG>GUG(1/2)>UUG(1/4).Formylationisnotstrictlynecessary,becausenonformylatedMet-tRNAfcanfunctionasaninitiator,butitimprovestheefficiencywithwhichtheMet-tRNAfisused,becauseitisoneofthefeaturesrecognizedbythefactorIF-2thatbindstheinitiatortRNA.ThebasesthatfaceoneanotheratthelastpositionofthestemtowhichtheaminoacidisconnectedarepairedinalltRNAsexcepttRNAf-Met.MutationsthatcreateabasepairinthispositionoftRNAf-Metallowittofunctioninelongation.TheabsenceofthispairisthereforeimportantinpreventingtRNAf-Metfrombeingusedinelongation.Itisalsoneededfortheformylationreaction.Aseriesof3G·CpairsinthestemthatprecedestheloopcontainingtheanticodonisuniquetotRNAf-Met.ThesebasepairsarerequiredtoallowthefMet-tRNAftobeinserteddirectlyintothePsite.第25页/共119页第26页/共119页（二）tRNA的三级结构

所有的tRNA的三级结构经X-ray衍射发现，都呈倒L形，见下图。

AmolecularmodelofthestructureofyeasttRNAPheisshowninFigure5.5.第27页/共119页（三）FunctionsoftRNA

第28页/共119页AA+ATP＝AA-AMP+PPi(氨基酸活化)AA-AMP+tRNA＝氨酰基-tRNA+AMP

tRNA正确识别和荷载氨基酸的原因：首先与氨酰基-tRNA合成酶的结构有关；其次与反密码子有关；副密码子的作用非常重要。

副密码子（paracodon）：tRNA分子上一些与氨酰基-tRNA正确形成有关的碱基，如G3-U70等。第29页/共119页（四）tRNA的丰富度与密码子的使用频率

同功tRNA(isoacceptingtRNA)：识别并携带同一种氨基酸的不同tRNA。同功tRNA由同一种氨酰基-tRNA合成酶催化合成氨酰基-tRNA。

密码子的使用频率:

在同一种细胞中，不同tRNA的数量多少不同，导致了编码同一种AA的不同密码子的使用频率不同。

例如：大肠杆菌核糖体蛋白1209个密码子，其中苏氨酸的密码子：ACU38次、ACC26次、ACA3次、ACG0次。

密码子优化:第30页/共119页CodonusagetabulatedfromtheGenBankGeneticSequenceData

Volume16,Supplement,NucleicAcidsResearch.P315~402第31页/共119页

摇摆假说（wobblehypothesis）：编码一种氨基酸的不同密码子是否需要不同的tRNA来识别呢？不是的。一种tRNA的反密码子可识别具有兼并性的密码子。为什么？原因就是反密码子的5’-端碱基具有摇摆性，一方面它的自由度大；另一方面它很少是U，几乎不是A，如是A，则被修饰成I(次黄嘌呤)，I可与U、C、A配对；最后，在RNA中，G可和U配对。所以，一种tRNA的反密码子可识别几种不同的密码子。（五）Wobblehypothesis(摇摆假说)第32页/共119页ThewobblehypothesisaccountsfortheabilityofatRNAtorecognizemorethanonecodonbyunusual(non-G·C,non-A·T)pairingwiththethirdbaseofacodon.第33页/共119页第34页/共119页三、Aminoacyl-tRNASynthetases

Inspiteoftheircommonfunction,synthetasesarearatherdiversegroupofproteins.Theindividualsubunitsvaryfrom40-110kDa,andtheenzymesmaybemonomeric,dimeric,ortetrameric.Homologiesbetweenthemarerare.第35页/共119页Aminoacyl-tRNAsynthetasesaredividedintotheclassIandclassIIgroupsbysequenceandstructuralsimilarities.第36页/共119页

四、

核糖体的结构与功能

（一）核糖体的组成与结构RNA的特异序列和功能

含CGAAC与GTψCG互补

CCUCCU与SD序列互补

有GAUC和TψCG互补

和Capm7G结合第37页/共119页ElectronmicrographsofsubunitsandcompletebacterialribosomesareshowninFigure6.2.Togetherwithmodelsinthecorrespondingorientation.Thecomplete70Sribosomehasanasymmetricconstruction.Thepartitionbetweentheheadandbodyofthesmallsubunitisalignedwiththenotchofthelargesubunit,sothattheplatformofthesmallsubunitfitsintothelargesubunit.Thereisacavitybetweenthesubunitswhichcontainssomeoftheimportantsites.第38页/共119页第39页/共119页第40页/共119页第41页/共119页§3-1-2

Processof

ProteinBio-Synthesis

Themaincellularcomponentsinvolvedintheprocessofproteinsynthesis:

mRNA(MessengerRNA):TemplateofTranslatiomtRNA

(TransferRNA):CarrierofAminoacids(adaptor)Ribosome:ASmallmigratingfactoryofTranslationAminoacyl-tRNAsynthetase(氨酰基-tRNA合成酶)KindsofTranslationFactors:

蛋白质合成的原料是细胞中的20种氨基酸(来源？)，反应所需的能量由ATP与GTP提供。第42页/共119页TAB.ComponentsRequiredfortheFiveMajorStagesofProteinSynthesisinE.coli第43页/共119页FourStagesareinvolvedintheProcessofProteinBiosynthesis:Stage1:ActivationofAminoAcidsStage2:InitiationStage3:ElongationStage4:TerminationandRelease第44页/共119页

一、ActivationofAminoAcidsandSynthesis

ofAminoacyl-tRNA1.氨基酸的激活与氨酰基-tRNA的合成过程氨基酸不能直接与模板相结合，必须首先与相应的tRNA结合，形成氨酰基‐tRNA。这一过程就是氨基酸的激活。将氨基酸接合于tRNA以形成氨酰基‐tRNA的激活反应是在氨酰基-tRNA合成酶的催化作用下进行的，需要ATP提供能量。这个反应是不可逆转的。

AA+ATP＝AA-AMP+PPi(氨基酸活化)AA-AMP+tRNA＝氨酰基-tRNA+AMP第45页/共119页AA+ATP＝AA-AMP+PPi(氨基酸活化)第46页/共119页SynthetaseClassISynthetaseClassII第47页/共119页

氨酰基-tRNA是蛋白质合成过程中的一个关键性物质，它们的合成不仅仅是一个携带氨基酸的过程。其重要意义在于：（1）它为肽键的形成提供能量（-30.51kJ）；

（2）tRNA上的反密码子与mRNA上的密码子识别，执行遗传信息的解读过程；（3）保证了蛋白质合成的准确性。

第48页/共119页第49页/共119页2.氨酰基-tRNA合成过程中的校正（proofreading）机制Proteinbiosynthesisisgenerallyaccurate.Butitisthoughttolieintherangeof1errorforevery104-105aminoacidsincorporated.如何保证翻译的正确性？（1）氨酰基-tRNA合成酶能够正确识别其底物氨基酸的侧链。有些是高度专一的，有些则专一性不高。（2）对专一性不高的氨酰基-tRNA合成酶的校正。在2个阶段进行校正：对AA-AMP的水解；对氨酰基-tRNA的水解。tRNA发挥了重要作用。（3）氨酰基-tRNA合成酶也必须识别正确的tRNA。另外，还与tRNA的反密码子有关；副密码子的作用也非常重要。第50页/共119页二、原核生物蛋白质翻译过程（一）原核生物蛋白质翻译的起始1.

起始复合物的形成

(1)起始因子、GTP、mRNA与30S小亚基结合:

原核起始因子有3种：IF1，IF2，和IF3。

IF1：IF1是一个小的碱性蛋白，它能增加IF2和IF3的活性。IF1与16SrRNA的结合位点在A位点

。另外，IF1具有活化GTP酶的作用。

IF2：具有很强的GTP酶活性，在肽链合成起始时催化GTP水解。功能是生成IF2•GTP•fMet-tRNAMetf三元复合物，在IF3存在下，使起始tRNA与核糖体小亚基结合。

IF3：IF3与16SrRNA相互作用位点在P位点附近。IF3能通过促使mRNA的S-D序列与16SrRNA的3’-端碱基配对，让核糖体识别mRNA上的特异启动信号，又能刺激fMet-tRNAf与核糖体结合在AUG上。第51页/共119页mRNA和fMet-tRNA

结合于IF·30S·GTP聚合体上。在结

合时，fMet-tRNA与IF2-GTP复合物紧密接触。

在核糖体小亚基上的16SrRNA3’-端有一段顺序：

16SrRNA3’-UCCUCCPyA-5’(Py可以是任何嘧啶核苷酸)

mRNA5’-AGGAGG-…….AUG………….3’

正是由这样的配对将AUG（或GUG，UUG）密码子带到核糖体的起始位置上。fMet-tRNA

与小亚基上的A位点结合。

2.70S起始复合物的形成

30S起始复合物一旦完全形成后，IF3即释放出来。50S大亚基参加进来，并引起GTP水解和释放其它两个起始因子，最后的复合物称为70S起始复合物。第52页/共119页IF1：IF1是一个小的碱性蛋白，它能增加IF2和IF3的活性。IF1与16SrRNA的结合位点在A位点

。另外，IF1具有活化GTP酶的作用。IF2：具有很强的GTP酶活性，在肽链合成起始时催化GTP水解。功能是生成IF2•GTP•fMet-tRNAMetf三元复合物，在IF3存在下，使起始tRNA与核糖体小亚基结合。IF3：与16SrRNA相互作用位点在P位点附近。IF3能通过促使mRNA的S-D序列与16SrRNA的3’-端碱基配对，让核糖体识别mRNA上的特异启动信号，又能刺激fMet-tRNAf与核糖体结合在AUG上。第53页/共119页

（二）多肽链的延伸、移位循环

从起始阶段形成的起始复合物可以接受第二个氨酰-tRNA，以形成蛋白质第一个肽键。在第二个氨酰基-tRNA进入A位点之后，便形成一个肽键，并产生出一个连接于第二个氨基酸的tRNA上的二肽。然后便发生移位，肽酰‐tRNA和与之结合的mRNA密码子协同转移至P位点。这个氨基酸加成过程一再重复，每次加上一个氨基酸，直至形成一条完整的多肽链。肽链的延伸要求有延伸因子EF-TU和EF-TS参与。第54页/共119页Figure6.20EF-Tu-GTPplacesaminoacyl-tRNAontheribosomeandthenisreleasedasEF-Tu-GDP.EF-TsisrequiredtomediatethereplacementofGDPbyGTP.ThereactionconsumesGTPandreleasesGDP.Theonlyaminoacyl-tRNAthatcannotberecognizedbyEF-Tu-GTPisfMet-tRNAf,whosefailuretobindpreventsitfromrespondingtointernalAUGorGUGcodons.

第55页/共119页Figure6.24BindingoffactorsEF-TuandEF-Galternatesasribosomesacceptnewaminoacyl-tRNA,formpeptidebonds,andtranslocate.

第56页/共119页Figure6.21Peptidebondformationtakesplacebyreactionbetweenthepolypeptideofpeptidyl-tRNAinthePsiteandtheaminoacidofaminoacyl-tRNAintheAsite.

Peptidyltransferase

istheactivityoftheribosomal50Ssubunitthatsynthesizesapeptidebondwhenanaminoacidisaddedtoagrowingpolypeptidechain.TheactualcatalyticactivityisaproperyoftherRNA.第57页/共119页Figure6.23Modelsfortranslocationinvolvetwostages.First,atpeptidebondformationtheaminoacylendofthetRNAintheAsitebecomeslocatedinthePsite.Second,theanticodonendofthetRNAbecomeslocatedinthePsite.Second,theanticodonendofthetRNAbecomeslocatedinthePsite.第58页/共119页（三）多肽链合成的终止Figure6.27MolecularmimicryenablestheelongationfactorTu-tRNAcomplex,thetranslocationfactorEF-G,andthereleasefactorsRF1/2-RF3tobindtothesameribosomalsite.第59页/共119页第60页/共119页Figure6.8Initiationrequiresfreeribosomesubunits.Whenribosomesarereleasedattermination,theydissociatetogeneratefreesubunits.Initiationfactorsarepresentonlyondissociated30Ssubunits.Whensubunitsreaassociatetogiveafunctionalribosomeatinitiation,theyreleasethefactors.

第61页/共119页三、真核生物蛋白质的生物合成

真核生物蛋白质合成与原核生物两者相比，密码相同，各种组分相似，亦有核糖体、tRNA及各种蛋白质因子。总的合成途径也相似，有起始、延伸及终止阶段，但也有不同之处。（一）真核生物蛋白质合成的起始真核生物的起始氨基酸是蛋氨酸。参与翻译起始反应的起始因子已发现有10几种。这个过程可分为3个步骤：

1.43S前起始复合物的形成起始因子eIF-2与GTP形成稳定复合物，后者与Met-tRNAMetI形成三元复合物，再与40S亚基形成43S前起始复合物。

2.48S前起始复合物的形成在起始因子eIF-4A，eIF-4B，eIF-4E和ATP的参与下，43S前起始复合物与mRNA结合。eIF-4A有使mRNA二级结构解旋的作用。eIF-4B则有结合mRNA并识别起始密码子AUG的作用。形成48S前起始复合物。第62页/共119页

据Kozak等的研究，大多数起始密码子的上游存在CCACC（称为Kozak序列）AUGG。在43S前起始复合物沿mRNA向3ˊ端方向移动时，遇到CCACC序列时，即停止移动。起始密码子AUG的识别可能是通过与tRNA上的反密码子的作用。eIF-2也参与了这个识别过程。

3.80S起始复合物的形成

48S前起始复合物与核糖体60S大亚基结合，便形成了80S起始复合物。这一过程由GTP水解提供能量。各种起始因子释放出来，参与下一轮的起始复合物形成。第63页/共119页Figure6.18Ineukaryoticinitiation,eIF-2formsaternarycomplexwithMet-tRNAf.Theternarycomplexbindstofree40Ssubunits,whichattachtothe5endofmRNA.Laterinthereaction,GTPishydrolyzedwheneIF-2isreleasedintheformofeIF2-GDP.eIF-2Bregeneratestheactiveform.

第64页/共119页Figure6.19SeveraleukaryoticinitiationfactorsarerequiredtounwindmRNA,bindthesubunitinitiationcomplex,andsupportjoiningwiththelargesubunit.

第65页/共119页

1.肽链的延伸真核生物的肽链延伸与原核相似，只是延伸因子EF-TU和EF-TS被eEF-1取代，而EF-G则被eEF-2取代。在真菌中，还要求第三种因子，即eEF-3的参与，以维持其翻译的准确性。

2.肽链的终止真核生物肽链合成的终止仅涉及一个释放因子eRF。eRF分子量约为115kD。它可识别3种终止密码子：UAA，UAG，UGA。eRF在活化了肽酰转移酶释放新生的肽链后，即从核糖体上解离。解离要求GTP的水解。故肽链合成的终止需要消耗能量。（二）肽链的延伸与终止第66页/共119页四、原核生物与真核生物翻译的比较⑴原核生物的翻译与转录偶联在一起，即边转录边翻译；而真核生物的翻译与转录不偶联。真核mRNA前体需经加工修饰成为成熟mRNA后，从核内输入细胞质，然后进行翻译。⑵真核生物蛋白质合成机构比原核生物复杂，起始步骤涉及起始因子众多，过程复杂。如起始氨基酸；核糖体组成；起始因子的种类等等。⑶真核生物蛋白质合成的调控复杂。⑷真核生物与原核生物的蛋白质合成可为不同的抑制剂所抑制。第67页/共119页§3-1-3

蛋白质翻译后的加工

蛋白质的结构：一级、二级、三级、四级结构。蛋白质变性：

天然态（折叠态）

变成变性态（伸展态）体外蛋白质的复性：UIN变性因素快慢第68页/共119页一、蛋白质的折叠

（一）体外蛋白质折叠的机制

总之，体外蛋白质的折叠可能是始于疏水坍塌，或始于转角，或始于共价键相互作用（如二硫键的形成）。在折叠早期，可能这三种方式联合起作用。之后，可能沿着有限的多途径形成中间态（熔球态）。这个过程是快速的。最后再由中间态进入天然态，此过程比较慢，是折叠反应的限速步骤。第69页/共119页（二）体内蛋白质的折叠

体内环境复杂；需要助折叠蛋白（foldinghelper）的参与，从而降低了折叠的错误，提高了效率(>95%)；在翻译结束之前即开始（邹氏学说）。助折叠蛋白：

1.酶：蛋白质二硫键异构酶；肽酰脯氨酰顺反异构酶。与新生肽链的折叠密切相关，加速蛋白质折叠过程。

2.分子伴侣：细胞内帮助新生肽链正确组装，成为成熟蛋白质，而本身却不是最终功能蛋白质分子的组成成分的分子，都称为分子伴侣（molecularchaperone）。第70页/共119页Figure8.5Chaperonefamilieshaveeukaryoticandbacterialcounterparts(namedinparentheses).胁迫-70（stress-70）家族：

分子伴侣蛋白：胁迫‐70（stress‐70）家族；分子伴侣（chaperonin）家族。广泛存在于原核和真核生物细胞中。第71页/共119页Figure8.6DnaJassiststhebindingofDnaK(Hsp70),whichassiststhefoldingofnascentproteins.ATPhydrolysisdrivesconformationalchange.GrpEdisplacestheADP;thiscausesthechaperonestobereleased.Multiplecyclesofassociationanddissociationmayoccurduringthefoldingofasubstrateprotein。第72页/共119页分子伴侣（chaperonin）家族：Figure8.8GroELformsanoligomeroftworings,eachcomprisingahollowcylindermadeof7subunits.第73页/共119页Figure8.9TworingsofGroELassociatebacktobacktoformahollowcylinder.GroESformsadomethatcoversthecentralcavityononeside.Proteinsubstratesbindtothecavityinthedistalring.第74页/共119页二、蛋白质的修饰

（一）末端氨基的脱甲酰化和N端甲硫氨酸的切除对起始氨基酸的修饰。（二）多肽链的水解断裂:胰岛素的修饰过程。Prepro-insulinPro-insulininsulin

Pre-peptideC-peptide第75页/共119页图5.人胰岛素原的分子结构模式图Fig.5SketchoftheStructureofHumanProinsulin图6.由胰岛素原转变为胰岛素Fig.6ProinsulinChangingintoInsulin第76页/共119页

（三）氨基酸侧链的修饰

二硫键的形成；羟化作用；氨基酸残基的交联；羧化作用；甲基化等。详细内容参见下表。（四）糖基化：生成糖蛋白。膜蛋白和分泌蛋白多为糖蛋白。（五）脂类对蛋白质的共价修饰

(1)在翻译中，连接肉豆寇酸于N‐端甘氨酸；

(2)在翻译后，脂肪酸与半胱氨酸、丝氨酸或苏氨酸侧链酯化，以脂酰‐CoA为供体；

(3)在翻译后，通过乙醇胺将糖基‐磷脂酰肌醇（GPI）连接于多肽前体的接近C端的氨基酸残基上，生成与膜结合的GPI‐锚定蛋白（GPI‐anchoredprotein）。

第77页/共119页表.蛋白质生物合成中氨基酸残基的修饰氨基酸

修饰方式精氨酸ADP‐核糖基化；氨基未端甲基化天冬酰胺ADP‐核糖基化；糖基化；氨基未端甲基化；β‐羟化作用天冬氨酸在GPI‐锚锭蛋白中以酰胺连接于乙醇胺；β‐羟化作用半胱氨酸二硫键形成；脂肪酰化作用谷氨酸Υ‐羟基化作用；甲基化作用谷氨酰胺赖氨酸氨基交联；氨基末端甲基化；内部环化成氨基末端焦谷氨酸甘氨酸转变成羟基未端酰胺；氨基未端的肉豆寇酰化组氨酸形成白喉酰胺（dipbthamide），ADP‐核糖基化；氨基末端甲基化赖氨酸羟化作用后5‐羟赖氨酸糖基化；交联形成；乙酰化作用甲硫氨酸氨基未端甲酰基团脱甲酰化作用；氨基未端甲基化苯丙氨酸氨基未端甲基化脯氨酸羟化作用形成3‐或4‐羟脯氨酸；氨基未端甲基化丝氨酸磷酸化；糖基化；脂肪酰化；在tRNA水平上硒代半胱氨酸的形成苏氨酸磷酸化作用；糖基化作用；脂肪酰化作用酪氨酸磷酸化作用；哺乳动物α-微管蛋白中羟基未端残基的交换第78页/共119页

（六）

ADP‐核糖基化（七）乙酰化乙酰化普遍存在于原核和真核生物中。有二种:(1)由结合于核糖体的乙酰基转移酶催化，将乙酰‐CoA的乙酰基转移至正在合成的多肽链上；（2）翻译后由细胞质的酶催化发生乙酰化。（八）磷酸化酶、受体、介体及调节因子等蛋白质的普遍修饰方式。在细胞生长和代谢调节中有重要功能。发生在翻译后，由各种蛋白激酶催化进行。（九）C端酰胺基的引入（十）酪氨基的硫酸化真核生物蛋白质的酪氨酸硫酸化。

第79页/共119页▲Proteintranslocationdescribesthemovementofaproteinacrossamembrane.Thisoccursacrossthemembranesoforganellesineukaryotes,oracrosstheplasmamembraneinbacteria.Eachmembraneacrosswhichproteinsaretranslocatedhasachannelspecializedforthepurpose.

▲TwotypesofRibosomeincells：Freeribosomeandmembranousribosome▲TheleaderofaproteinisashortN-terminalsequenceresponsibleforinitiatingpassageintoorthroughamembrane.▲SignalsequencesaremostoftenleadersthatarelocatedattheN-terminus.N-terminalsignalsequencesareusuallycleavedofftheproteinduringtheinsertionprocess.§3-1-4

蛋白质的跨膜运输与定位第80页/共119页Figure8.1Proteinsthatarelocalizedpost-translationallyarereleasedintothecytosolaftersynthesisonfreeribosomes.ProteinsthatarelocalizedcotranslationallyassociatewiththeERmembraneduringsynthesis.一、蛋白质转位的途径1.

共翻译转位（co-translationaltranslocation）

ProteinsthatarelocalizedcotranslationallyassociatewiththeERmembraneduringsynthesis,sotheirribosomesare"membrane-bound".Theproteinspassintotheendoplasmicreticulum,alongtotheGolgi,andthenthroughtheplasmamembrane,unlesstheyhavesignalsthatcauseretentionatoneofthestepsonthepathway.Theymayalsobedirectedtootherorganelles,suchasendosomesorlysosomes.2.翻译后转位（post-translationaltranslocation

）

Proteinsthatarelocalizedpost-translationallyarereleasedintothecytosolaftersynthesisonfreeribosomes.Somehavesignalsfortargetingtoorganellessuchasthenucleusormitochondria.

第82页/共119页Figure8.3Membrane-boundribosomeshaveproteinswithN-terminalsequencesthatentertheERduringsynthesis.Theproteinsmayflowthroughtotheplasmamembraneormaybedivertedtootherdestinationsbyspecificsignals.（一）Co-translationaltranslocation第83页/共119页1.进入内质网第84页/共119页▲Thesignalrecognitionparticle

(SRP)isaribonucleo-proteincomplexthatrecognizesandbindsto

signalsequencesduringtranslationandguidestheribosometothetranslocationchannel.SRPsfromdifferentorganismsmayhavedifferentcompositions,butallcontainrelatedproteinsandRNAs.

Function:Itcanbindtothesignalsequenceofanascentsecretoryprotein.Anditcanbindtoaprotein(theSRPreceptor)locatedinthemembrane.Signal-SRPbindingcausesproteinsynthesistopause.ButproteinsynthesisresumeswhentheSRPbindstotheSRPreceptorinthemembrane.

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SignalpeptidaseisanenzymewithinthemembraneoftheERthatspecificallyremovesthesignalsequencesfromproteinsastheyaretranslocated.Analogousactivitiesarepresentinbacteria,archae-bacteria,andineachorganelleinaeukaryoticcellintowhichproteinsaretargetedandtranslocatedbymeansofremovabletargetingsequences.Signalpeptidaseisonecomponentofalargerproteincomplex.Function:Thesignalsequenceiscleavedfromthetranslocatingproteinbythesignalpeptidaselocatedonthe"inside"faceofthemembrane.第86页/共119页第87页/共119页第88页/共119页第89页/共119页

2.蛋白质在内质网内的滞留

进入内质网腔的蛋白质一部分滞留在内质网内，但大多数蛋白质则在内质网腔内被加工，然后转入高尔基体，最终转送到细胞其它位置，或是由胞泌作用被排出细胞外。如果某些分泌蛋白不具有正确的空间构象，肽链不能通过内质网，被滞留后通过反向转运进入细胞质被降解。在内质网内的蛋白质有一部分插入到膜内，成为膜的整合蛋白（integralmembraneprotein）。这些肽链有一段锚定（anchor）序列，作为终止转移信号（stop-transfersignal）。它由一些疏水性氨基酸组成。它的作用是使肽链插在膜上，而不会整条越过去。膜上的蛋白有2个类型：I型是N端在内侧，C端在外侧（细胞质一侧）；Ⅱ型则相反，C端在内侧，N端在外侧。大部分膜蛋白属于Ⅰ型，只有少数属于Ⅱ型。第91页/共119页第92页/共119页第93页/共119页第94页/共119页3.蛋白质在内质网内的加工

在内质网内的蛋白质发生两种重要变化：折叠和糖基化修饰；修饰与折叠是相联系的。重链结合蛋白Bip参与了折叠过程。蛋白质的糖基化是在内质网和高尔基体内进行的。糖基化包括下列步骤：（1）在内质网的膜上有一种高度疏水性的脂质长萜醇（lipiddolichol），它以焦磷酸基连接2个N‐乙酰葡萄糖胺，9个甘露糖和3个葡萄糖残基。（2）在内质网膜上的糖基转移酶催化下，将上述糖基转移至膜上的多肽链中的天冬酰胺残基上，形成N‐糖苷键连接的糖蛋白，其糖基暴露于内质网腔。（3）在内质网内的糖苷酶作用下，依次切除3个葡萄糖残基和1~4个甘露糖残基。（4）以后将生成的糖蛋白转移至高尔基体，并在其中由甘露糖苷酶再切除几个甘露糖残基，连接上N‐乙酰葡萄糖胺、半乳糖、唾液酸等，完成糖基化，生成复合糖蛋白。第95页/共119页4．蛋白质的定位和分泌

蛋白质进入高尔基体后，便分别被运送至不同的目的地，如溶酶体、质膜或分泌出细胞外。蛋白质通过膜小泡（vesicle）的作用，在其中被运送的。共有两类：（1）小泡由一种未知的蛋白做外壳，负责由内质网→高尔基体→质膜的运送，称为组成分泌（constitutivesecretion）（2）外壳蛋白是网格蛋白（clathrin），称为分泌小泡（secretoryvesicles），由高尔基体的反式侧将蛋白质通过胞吐作用（endocytosis）分泌出去。第96页/共119页Figure25.8Proteinsaretransportedincoatedvesicles.Constitutive(bulkflow)transportfromERthroughtheGolgitakesplacebyCOP-coatedvesicles.Clathrin-coatedvesiclesareusedforbothregulatedexocytosisandendocytosis.第97页/共119页（二）蛋白质的翻译后转位第98页/共119页第99页/共119页

第100页/共119页1．蛋白质进入线粒体第101页/共119页Figure8.13TOMproteinsformreceptorcomplex(es)thatareneededfortranslocationacrossthemitochondrialoutermembrane.第102页/共119页Figure8.14Timproteinsformthecomplexfortranslocationacro