分子生物学蛋白质生物合成

蛋白质的生物合成（翻译）第十二章ProteinBiosynthesis(Translation)生物化学与分子生物学教研室孔丽君

Email：kong_lijun@163.comTel6913241当前第1页\共有163页\编于星期五\18点本章重要知识点蛋白质生物合成（翻译）的概念mRNA、tRNA、核蛋白体在翻译过程中的作用，遗传密码的特点氨基酰-tRNA合成酶的作用特点原核、真核生物翻译过程的异同分子伴侣的作用，翻译后修饰的形式信号肽及其作用，各类蛋白质靶向输送的特点抗生素、毒素和干扰素抑制翻译的机制当前第2页\共有163页\编于星期五\18点蛋白质生物合成的概念蛋白质生物合成(proteinbiosynthesis)也称翻译(translation)，是生物细胞以mRNA为模板，按照mRNA分子中核苷酸的排列顺序所组成的密码信息合成蛋白质的过程。定义当前第3页\共有163页\编于星期五\18点

翻译的本质：mRNA分子中AGCU四种核苷酸序列编码的遗传信息转换成蛋白质一级结构中20种氨基酸的排列顺序。当前第4页\共有163页\编于星期五\18点（1）维持多种正常生命活动（生长、发育）（2）适应环境的变化（细菌对乳糖和葡萄糖的利用）（3）参与组织的更新和修复生物学意义当前第5页\共有163页\编于星期五\18点第一节

蛋白质生物合成体系ProteinBiosynthesisSystem当前第6页\共有163页\编于星期五\18点基本原料：20种编码氨基酸模板：mRNA适配器：tRNA装配机：核蛋白体主要酶和蛋白质因子：氨基酰-tRNA合成酶、转肽酶、起始因子、延长因子、释放因子等能源物质：ATP、GTP无机离子：Mg2+、K+蛋白质生物合成体系当前第7页\共有163页\编于星期五\18点

当前第8页\共有163页\编于星期五\18点

1961年，Nirenberg证明了mRNA的模板作用。

翻译模板mRNA及遗传密码当前第9页\共有163页\编于星期五\18点

DNAmRNA蛋白质4/56一、mRNA是蛋白质生物合成的直接模板当前第10页\共有163页\编于星期五\18点（一）mRNA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)。当前第11页\共有163页\编于星期五\18点ORF开放阅读框架(openreadingframe,ORF)。当前第12页\共有163页\编于星期五\18点

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）。真核生物一个mRNA只编码一种蛋白质，为单顺反子（singlecistron）。

当前第13页\共有163页\编于星期五\18点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AAA…当前第14页\共有163页\编于星期五\18点原核细胞mRNA的结构特点5´3´顺反子顺反子顺反子插入顺序插入顺序先导区末端顺序AGGAGGUSD区特点半衰期短许多原核生物mRNA以多顺反子形式存在AUG作为起始密码；AUG上游7～12个核苷酸处有一被称为SD序列的保守区，16SrRNA3’-端反向互补而使mRNA与核糖体结合。当前第15页\共有163页\编于星期五\18点真核细胞mRNA的结构特点

5´

“帽子”PolyA

3´

顺反子m7G-5´ppp-N-3´p帽子结构功能使mRNA免遭核酸酶的破坏使mRNA能与核糖体小亚基结合并开始合成蛋白质被蛋白质合成的起始因子所识别，从而促进蛋白质的合成。Poly(A)尾巴的功能是mRNA由细胞核进入细胞质所必需的形式它大大提高了mRNA在细胞质中的稳定性

AAAAAAA-OH当前第16页\共有163页\编于星期五\18点和原核生物和真核生物mRNA的比较当前第17页\共有163页\编于星期五\18点（二）遗传密码在mRNA的开放阅读框架区，以每3个相邻的核苷酸为一组，代表一种氨基酸(或其他信息)，这种三联体形式的核苷酸序列称为密码子。起始密码子(initiationcodon)：AUG（或甲硫氨酸）终止密码子(terminationcodon)：UAA、UAG、UGA密码子（codon）起始密码子和终止密码子：当前第18页\共有163页\编于星期五\18点遗传密码表当前第19页\共有163页\编于星期五\18点遗传密码的特点1.方向性(directional)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。NC肽链延伸方向5′3′读码方向当前第20页\共有163页\编于星期五\18点2.连续性(non-punctuated)编码蛋白质氨基酸序列的各个三联体密码连续阅读，密码子及密码子的各碱基之间既无间隔也无交叉。5’…….AUG

GCA

GUA

CAU……UAA3’AlaValHisMet终止密码当前第21页\共有163页\编于星期五\18点基因损伤引起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)。缬脯苏天冬缬丙酪甘缬丙丝精当前第22页\共有163页\编于星期五\18点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）。当前第23页\共有163页\编于星期五\18点3.简并性(degenerate，synonymous)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。当前第24页\共有163页\编于星期五\18点各种氨基酸的密码子数目当前第25页\共有163页\编于星期五\18点

密码子简并性的生物学意义：减少有害突变。

遗传密码的特异性主要取决于前两位碱基。

GCUACUGCCACCGCAACAGCGACG

AlaThr当前第26页\共有163页\编于星期五\18点4.通用性(universal)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。当前第27页\共有163页\编于星期五\18点已发现少数例外，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终止色当前第28页\共有163页\编于星期五\18点5.摆动性(wobble)tRNA上反密码子的第1位碱基与mRNA密码子的第3位碱基配对时，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，可以在一定范围内变动，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当前第29页\共有163页\编于星期五\18点摆动配对U当前第30页\共有163页\编于星期五\18点二、核蛋白体是蛋白质生物合成的场所核蛋白体的组成核蛋白体又称核糖体(ribosome)，是由rRNA和多种核糖体蛋白（ribosomalprotein,rp)）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。当前第31页\共有163页\编于星期五\18点核蛋白体的组成当前第32页\共有163页\编于星期五\18点各种细胞核蛋白体都有大小两个亚基,每个亚基都是由多种核蛋白体蛋白rp和rRNA组成。大小亚基所含有的蛋白质分别称为rpL或rpS,它们多是参与蛋白质生物合成过程的酶和蛋白质因子。当前第33页\共有163页\编于星期五\18点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种不同细胞核蛋白体的组成当前第34页\共有163页\编于星期五\18点有容纳mRNA的通道可结合模板mRNA结合起始tRNA结合和水解ATP有3个tRNA的结合位点：A位、P位、E位具有转肽酶的活性，催化肽键形成能结合参与蛋白质合成的多种因子，如IF、EF、RF小亚基：大亚基：当前第35页\共有163页\编于星期五\18点原核生物核蛋白体结构模式

当前第36页\共有163页\编于星期五\18点原核生物核蛋白体至少有六个功能部位：①容纳mRNA的部位；②结合氨基酰tRNA的氨基酰(aminoacylsite，A位)；③结合肽酰tRNA的肽酰位(peptidylsite，P位)；④tRNA排出位(exitsite，E位)；⑤肽基转移酶所在的部位；⑥转位酶位点。真核生物核蛋白体与原核相似，但组分更复杂。当前第37页\共有163页\编于星期五\18点原核生物核蛋白体结构模式当前第38页\共有163页\编于星期五\18点三、tRNA是氨基酸的运载工具及蛋白质生物合成的适配器tRNA的作用运载氨基酸：氨基酸各由其特异的tRNA携带，一种氨基酸可有几种对应的tRNA，氨基酸结合在tRNA3ˊ-CCA的位置，结合需要ATP供能；充当“适配器”：每种tRNA的反密码子决定了所携带的氨基酸能准确地在mRNA上对号入座。当前第39页\共有163页\编于星期五\18点

2.活化氨基酸；

1.搬运氨基酸；

3.在密码子与对应氨基酸之间起接合体 (adaptor)的作用。15/56如：密码子GGU--携带反密码子ACC的tRNA--Gly密码子—tRNA反密码子—氨基酸对号入座当前第40页\共有163页\编于星期五\18点二级结构反密码环氨基酸臂tRNA的构象(携带氨基酸)(识别遗传密码)当前第41页\共有163页\编于星期五\18点三级结构tRNA在翻译过程中起接合体（adaptor）作用，是氨基酸的运载体。当前第42页\共有163页\编于星期五\18点四、蛋白质生物合成需要蛋白质因子、酶类等（一）蛋白质因子起始因子（initiationfactor，IF）延长因子（elongationfactor，EF）释放因子（releasefactor，RF）当前第43页\共有163页\编于星期五\18点（二）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。当前第44页\共有163页\编于星期五\18点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当前第45页\共有163页\编于星期五\18点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的功能当前第46页\共有163页\编于星期五\18点蛋白质生物合成的能源物质为ATP和GTP;参与蛋白质生物合成的无机离子有Mg2+、K+等。（三）能源物质及离子当前第47页\共有163页\编于星期五\18点第二节

氨基酸的活化ActivationofAminoAcids当前第48页\共有163页\编于星期五\18点氨基酸与特异的tRNA结合形成氨基酰-tRNA的过程称为氨基酸的活化。参与氨基酸的活化的酶：氨基酰-tRNA合成酶。当前第49页\共有163页\编于星期五\18点反应过程一、氨基酸活化形成氨基酰-tRNA氨基酸+tRNA氨基酰-tRNAATP

AMP＋PPi氨基酰-tRNA合成酶反应分两步：当前第50页\共有163页\编于星期五\18点第一步反应氨基酸＋ATP＋E—→氨基酰-AMP-E＋AMP＋PPi

当前第51页\共有163页\编于星期五\18点第二步反应氨基酰-AMP-E＋tRNA↓

氨基酰-tRNA＋AMP＋E当前第52页\共有163页\编于星期五\18点

氨基酸的活化形式：氨基酰－tRNA

氨基酸的活化部位：α－羧基

氨基酸与tRNA连接方式：酯键

氨基酸活化耗能：2个~P当前第53页\共有163页\编于星期五\18点1、对底物氨基酸和tRNA都有高度特异性。氨基酰-tRNA合成酶的特性：tRNA氨基酰-tRNA合成酶ATP当前第54页\共有163页\编于星期五\18点

对氨基酸有极高的专一性，每种氨基酸都有专一的酶，只作用于L-氨基酸，不作用于D-氨基酸。

对tRNA具有极高专一性。当前第55页\共有163页\编于星期五\18点2、氨基酰-tRNA合成酶具有校正活性。动力学校对化学校对当前第56页\共有163页\编于星期五\18点氨基酰-tRNA的表示方法丙氨酰-tRNA：Ala-tRNAAla精氨酰-tRNA：Arg-tRNAArg甲硫氨酰-tRNA：

Met-tRNAMet各种氨基酸和对应的tRNA结合后形成的氨基酰-tRNA表示为：氨基酸的三字母缩写-tRNA氨基酸的三字母缩写

例如：当前第57页\共有163页\编于星期五\18点tRNA当前第58页\共有163页\编于星期五\18点真核生物：Met-tRNAiMet原核生物：fMet-tRNAifMet二、起始肽链合成的氨基酰-tRNA当前第59页\共有163页\编于星期五\18点甲酰化形成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-tRNAifMet。（一）原核生物起始氨基酰-tRNA:fMet-tRNAi

fMet

当前第60页\共有163页\编于星期五\18点fMet-tRNAi

fMet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。当前第61页\共有163页\编于星期五\18点起始氨基酰-tRNA:Met-tRNAiMet

参与肽链延长的甲硫氨酰-tRNA：

Met-tRNAeMet（二）真核生物真核细胞起始密码子编码的Met不需甲酰化当前第62页\共有163页\编于星期五\18点

第三节蛋白质生物合成过程TheProcessofProteinBiosynthesis当前第63页\共有163页\编于星期五\18点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。当前第64页\共有163页\编于星期五\18点

蛋白质合成中mRNA模板的方向：5′→3′；蛋白质的合成方向：N端→C端。蛋白质合成过程：起始延长终止当前第65页\共有163页\编于星期五\18点一、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)。参与起始过程的蛋白质因子称起始因子（initiationfactor，IF）。当前第66页\共有163页\编于星期五\18点参与起始过程的蛋白质因子称起始因子（initiationfactor，IF）。原核生物起始因子有三种：IF-1：占据A位防止结合其他tRNA。IF-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敏感性。当前第67页\共有163页\编于星期五\18点（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。当前第68页\共有163页\编于星期五\18点IF-3IF-11.核蛋白体大小亚基分离当前第69页\共有163页\编于星期五\18点AUG5'3'IF-3IF-12.mRNA在小亚基定位结合当前第70页\共有163页\编于星期五\18点原核生物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。当前第71页\共有163页\编于星期五\18点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。当前第72页\共有163页\编于星期五\18点S-D序列当前第73页\共有163页\编于星期五\18点IF-3IF-1IF-2GTP3.起始氨基酰tRNA(fMet-tRNAi

fMet)结合到小亚基AUG5'3'当前第74页\共有163页\编于星期五\18点IF-3IF-1IF-2GTPGDPPi4.核蛋白体大亚基结合，起始复合物形成AUG5'3'当前第75页\共有163页\编于星期五\18点IF-3IF-1AUG5'3'IF-2GTPIF-2-GTPGDPPi起始复合物形成过程起始过程消耗1个GTP。当前第76页\共有163页\编于星期五\18点指在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。当前第77页\共有163页\编于星期五\18点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当前第78页\共有163页\编于星期五\18点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。当前第79页\共有163页\编于星期五\18点进位需要延长因子EF-Tu与EF-Ts参与。当前第80页\共有163页\编于星期五\18点当前第81页\共有163页\编于星期五\18点TuTsGTPGDPAUG5'3'TuTsGTP进位的反应过程：当前第82页\共有163页\编于星期五\18点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。当前第83页\共有163页\编于星期五\18点成肽的反应过程当前第84页\共有163页\编于星期五\18点肽键的形成当前第85页\共有163页\编于星期五\18点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。当前第86页\共有163页\编于星期五\18点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。转位当前第87页\共有163页\编于星期五\18点当前第88页\共有163页\编于星期五\18点fMetAUG5'3'fMetTuGTP成肽→转位→下一轮进位当前第89页\共有163页\编于星期五\18点进位转位成肽肽链合成延长(核蛋白体循环)过程当前第90页\共有163页\编于星期五\18点（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。当前第91页\共有163页\编于星期五\18点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。当前第92页\共有163页\编于星期五\18点原核肽链合成终止过程当前第93页\共有163页\编于星期五\18点原核肽链合成终止过程：当前第94页\共有163页\编于星期五\18点

氨基酸活化：2个~P ATP 起始： 1个 GTP 延长： 2个 GTP 终止： 1个 GTP 结论：每合成一个肽键至少消耗4个~P。原核生物蛋白质合成的能量计算当前第95页\共有163页\编于星期五\18点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)。当前第96页\共有163页\编于星期五\18点多聚核蛋白体多个核蛋白体聚集到同一mRNA上合成相同的多肽链，提高蛋白质的合成速率。当前第97页\共有163页\编于星期五\18点电镜下的多聚核蛋白体当前第98页\共有163页\编于星期五\18点二、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。（起始复合物形成）当前第99页\共有163页\编于星期五\18点真核生物翻译起始因子

起始因子生物功能eIF-2促进起始tRNA与小亚基结合eIF-2B,eIF-3促进大小亚基分离eIF-4AeIF-4F复合物成分，有解螺旋酶活性，促进mRNA结合小亚基eIF-4B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和PABeIF-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当前第100页\共有163页\编于星期五\18点Met40SMetMet40S60SmRNAeIF-2B、eIF-3、

eIF-6

①elF-3②GDP+Pi各种elF释放elF-5④ATPADP+PielF4E,elF4G,elF4A,elF4B,PAB③真核生物翻译起始复合物形成过程Met-tRNAiMet-elF-2

-GTPMet60S当前第101页\共有163页\编于星期五\18点

真核生物翻译起始的特点核蛋白体是80S；起始因子种类多；起始tRNA的Met不需甲酰化；mRNA的5’帽子和3’polyA尾结构与mRNA在核蛋白体就位有关；起始tRNA先与核蛋白体小亚基结合，然后再结合mRNA当前第102页\共有163页\编于星期五\18点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。（二）延长当前第103页\共有163页\编于星期五\18点（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。当前第104页\共有163页\编于星期五\18点真核生物细胞质蛋白质合成特点1、翻译启动因子多2、mRNA为单作用子3、核糖体大而复杂4、启动tRNA不经过甲酰化5、合成过程需要ATP,启动因子种类多6、肽链延长因子终止因子种类少当前第105页\共有163页\编于星期五\18点1、真核细胞核糖体比原核细胞核糖体更大更复杂；2、起始氨基酸为Met，不是fMet；3、肽链合成的起始：由40S核糖体亚基首先识别mRNA的5’端-帽子，然后沿mRNA移动寻找AUG；4、起始因子有12种，但只有2种延长因子和1种终止因子；5、真核细胞种线粒体、叶绿体的核糖体大小、组成及蛋白质合成过程都类似于原核细胞。当前第106页\共有163页\编于星期五\18点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当前第107页\共有163页\编于星期五\18点第四节

蛋白质翻译后修饰和靶向输送PosttranslationalModificationandTargetingTransferofProtein当前第108页\共有163页\编于星期五\18点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。包括：多肽链折叠为天然的三维构象肽链一级结构的修饰空间结构的修饰翻译后修饰(posttranslationalmodification)当前第109页\共有163页\编于星期五\18点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)。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。当前第110页\共有163页\编于星期五\18点一、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。当前第111页\共有163页\编于星期五\18点

肽链折叠是指从多肽链的氨基酸序列形成具有正确三维空间结构的蛋白质的过程。体内多肽链的折叠目前认为至少有两类蛋白质参与，称为助折叠蛋白:（1）酶：蛋白质二硫键异构酶（PDI）肽-脯氨酰顺反异构酶(PPI)（2）分子伴侣(molecularchaperon):肽链的折叠

当前第112页\共有163页\编于星期五\18点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。当前第113页\共有163页\编于星期五\18点肽-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。当前第114页\共有163页\编于星期五\18点Lasky于1978年首先提出分子伴侣（mulecularchaperone）的概念，这是一类在细胞内能帮助新生肽链正确折叠与装配组装成为成熟蛋白质，但其本身并不构成被介导的蛋白质组成部分的一类蛋白因子，在原核生物和真核生物中广泛存在。分子伴侣:当前第115页\共有163页\编于星期五\18点分子伴侣的概念: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。（1）热休克蛋白(heatshockprotein,HSP)HSP70、HSP40和GreE族（2）伴侣素(chaperonins)GroEL和GroES家族细胞内分子伴侣两大家族:当前第116页\共有163页\编于星期五\18点分子伴侣的功能: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。当前第117页\共有163页\编于星期五\18点(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三种成员。大肠杆菌中HSP70是由基因danK编码，故称Dank；HSP40是由基因danJ编码,故称DanJ。当前第118页\共有163页\编于星期五\18点热休克蛋白促进蛋白质折叠的基本作用：热激蛋白的作用是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。HSP70的作用与另外两种蛋白质（SP40和GrpE）的调节有关当前第119页\共有163页\编于星期五\18点有两个主要功能域：一是存在于N-端的高度保守的结构域，具有ATP酶活性，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)结构：ATP酶肽链结合结构域H2NEEVD-COOHGrpE结合部位DnaJ/HSP40结合部位当前第120页\共有163页\编于星期五\18点循环机制：HSP40结合待折叠的多肽片段，并将多肽片段导向HSP70-ATP复合物，产生HSP40-HSP70-ATP-多肽复合物。HSP40与HSP70的相互作用立即激活了HSP70的ATP酶活性，使ATP水解释放能量，产生稳定的HSP40-HSP70-ADP-多肽复合物GrpE(核苷酸交换因子)与HSP40作用，取代ADP,使复合物变为不稳定，迅速分解释放出HSP40、HSP70和多肽片段，多肽进行正确的折叠。ATP与HSP70再结合，继续下一轮循环。当前第121页\共有163页\编于星期五\18点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当前第122页\共有163页\编于星期五\18点大肠杆菌中的HSP70反应循环当前第123页\共有163页\编于星期五\18点(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。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。当前第124页\共有163页\编于星期五\18点伴侣素系统促进蛋白质折叠过程当前第125页\共有163页\编于星期五\18点当待折叠肽链进入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复合物当前第126页\共有163页\编于星期五\18点GroEL-GroES反应循环当前第127页\共有163页\编于星期五\18点二、蛋白质一级结构修饰（一）肽链末端的修饰

脱甲酰基酶或氨基肽酶除去N－甲酰基或N－甲硫氨酸或N端一段序列，不一定等肽链合成终止才发生。主要是肽键水解和化学修饰：

当前第128页\共有163页\编于星期五\18点（二）个别氨基酸的共价修饰1．糖基化：精氨酸2．羟基化：脯氨酸，赖氨酸3．甲基化：组氨酸4．磷酸化：5．二硫键形成：胱氨酸6．亲脂性修饰丝氨酸，苏氨酸，酪氨酸当前第129页\共有163页\编于星期五\18点

真核生物翻译的产物为单一多肽链，有时这一肽链经不同的切割加工，可产生一个以上功能不同的蛋白质或多肽，此原始肽链称多蛋白（polyprotein）多肽链经过翻译后加工，产生多种不同活性的蛋白质或肽的情况，如：鸦片促黑皮质素原(POMC)的水解修饰（三）多肽链的水解修饰当前第130页\共有163页\编于星期五\18点例：鸦片促黑皮质素原(POMC)的水解修饰ACTH(39肽)α-促黑激素α-MSHβ-促黑激素γ-促黑激素α-内啡肽β-内啡肽γ-内啡肽β-脂酸释放激素β-LTγ-脂酸释放激素蛋氨酸脑啡肽当前第131页\共有163页\编于星期五\18点

酶原转变为酶分泌型蛋白质“信号肽”的切除部分新生蛋白质部分间隔顺序剪接：游离的内蛋白子

（四）蛋白质前体中不必要肽段的切除当前第132页\共有163页\编于星期五\18点三、空间结构的修饰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

如，血红蛋白4个亚基的聚合。当前第133页\共有163页\编于星期五\18点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。（二）辅基连接后形成完整的结合蛋白质（三）酯酰化长链脂肪酸与蛋白质共价连接，增强蛋白质的疏水性。

如，蛋白质与糖、脂类、核酸、血红素等结合形成糖蛋白、脂蛋白、核蛋白、血红蛋白等结合蛋白质。当前第134页\共有163页\编于星期五\18点四、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。当前第135页\共有163页\编于星期五\18点新生蛋白质的去向：保留在细胞液进入细胞核、线粒体等细胞器随体液分泌到细胞外蛋白质靶向输送的条件：信号序列、蛋白质自身结构特点、转运机构当前第136页\共有163页\编于星期五\18点新生蛋白质的去向：当前第137页\共有163页\编于星期五\18点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(signalsequence)。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-端存在信号序列当前第138页\共有163页\编于星期五\18点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当前第139页\共有163页\编于星期五\18点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。信号肽的特点：当前第140页\共有163页\编于星期五\18点信号肽的一级结构N端侧碱性区疏水核心区C端加工区当前第141页\共有163页\编于星期五\18点第五节

蛋白质生物合成的干扰和抑制InterferenceandInhibitionofProteinBiosynthesis当前第142页\共有163页\编于星期五\18点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。抗生素等就是通过阻断真核、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。当前第143页\共有163页\编于星期五\18点一、许多抗生素通过抑制蛋白质生物合成发挥作用抗生素(antibiotics)是一类由某些真菌、细菌等微生物产生的药物，有抑制其他微生物生长或杀死其他微生物的能力，对宿主无毒性的抗生素可用于预防和治疗人、动物和植物的感染性疾病。当前第144页\共有163页\编于星期五\18点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

当前第145页\共有163页\编于星期五\18点抗生素作用位点作用原理应用伊短菌素原核、真核核蛋白体小亚基阻碍翻译起始复合物的形成抗肿瘤药四环素、土霉素原核核蛋白体小亚基抑制氨基酰-tRNA与小亚基结合抗菌药链霉素、新霉素、巴龙霉素原核核蛋白体小亚基改变构象引起读码错误、抑制起始过程抗菌药氯霉素、林可霉素、红霉素原核核蛋白体大亚基抑制转肽酶、阻断肽链延长抗菌药嘌呤霉素原核、真核核蛋白体使肽酰基转移到它的氨基上后脱落抗肿瘤药放线菌酮真核核蛋白体大亚基抑制转肽酶、阻断肽链延长医学研究夫西地酸、细球菌素EF-G抑制EF-G、阻止转位抗菌药霉素原核核蛋白体小亚基阻止转位抗菌药常用抗生素抑制蛋