蛋白质的生物合成6

主要内容第一节蛋白质生物合成体系第二节蛋白质生物合成过程第三节蛋白质合成后加工和输送第四节蛋白质生物合成的干扰和抑制当前第1页\共有87页\编于星期六\11点蛋白质合成体系

ProteinBiosynthesisSystem

第一节当前第2页\共有87页\编于星期六\11点20种氨基酸(AA)作为原料酶及众多蛋白因子如IF、eIFATP、GTP参与蛋白质生物合成的物质：三种RNAmRNA（messengerRNA）rRNA（ribosomalRNA）tRNA（transferRNA）当前第3页\共有87页\编于星期六\11点一、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)mRNA

。真核细胞中一个mRNA只编码一种蛋白质，为单顺反子(singlecistron)mRNA。

当前第4页\共有87页\编于星期六\11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蛋白质当前第5页\共有87页\编于星期六\11点

mRNA上存在遗传密码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(tripletcoden)。起始密码(initiationcoden):AUG终止密码(terminationcoden):UAA，UAG，UGA当前第6页\共有87页\编于星期六\11点遗传密码表当前第7页\共有87页\编于星期六\11点从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)。当前第8页\共有87页\编于星期六\11点1.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。当前第9页\共有87页\编于星期六\11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)。TyrGlySerArgProThrAsp当前第10页\共有87页\编于星期六\11点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。当前第11页\共有87页\编于星期六\11点2.简并性(degeneracy)当前第12页\共有87页\编于星期六\11点3.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。少数例外，如动物细胞的线粒体、植物细胞的叶绿体。当前第13页\共有87页\编于星期六\11点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。当前第14页\共有87页\编于星期六\11点U摆动配对当前第15页\共有87页\编于星期六\11点密码子、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当前第16页\共有87页\编于星期六\11点二、核蛋白体是多肽链合成的装置当前第17页\共有87页\编于星期六\11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-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当前第18页\共有87页\编于星期六\11点核蛋白体的组成当前第19页\共有87页\编于星期六\11点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)当前第20页\共有87页\编于星期六\11点三、tRNA与氨基酸的活化反密码环氨基酸臂当前第21页\共有87页\编于星期六\11点tRNA的三级结构示意图当前第22页\共有87页\编于星期六\11点氨基酸+tRNA氨基酰-tRNAATP

AMP＋PPi氨基酰-tRNA合成酶（一）氨基酰-tRNA合成酶(aminoacyl-tRNAsynthetase)氨基酸的活化当前第23页\共有87页\编于星期六\11点

tRNA与酶结合模型tRNA氨基酰-tRNA合成酶ATP当前第24页\共有87页\编于星期六\11点第一步反应氨基酸＋ATP-E—→氨基酰-AMP-E

＋PPi

当前第25页\共有87页\编于星期六\11点第二步反应氨基酰-AMP-E＋

tRNA↓

氨基酰-tRNA＋AMP

＋

E当前第26页\共有87页\编于星期六\11点氨基酰-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

当前第27页\共有87页\编于星期六\11点真核生物：Met-tRNAiMet(initiator-tRNA)原核生物：fMet-tRNAifMet(N-formylmethionine)（二）起始肽链合成的氨基酰-tRNA当前第28页\共有87页\编于星期六\11点蛋白质生物合成过程

TheProcessofProteinBiosynthesis

第二节当前第29页\共有87页\编于星期六\11点翻译的起始(initiation)翻译的延长(elongation)翻译的终止(termination)整个翻译过程可分为：当前第30页\共有87页\编于星期六\11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)。当前第31页\共有87页\编于星期六\11点原核、真核生物各种起始因子的生物功能e当前第32页\共有87页\编于星期六\11点（一）原核生物翻译起始复合物形成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33页\共有87页\编于星期六\11点IF-3IF-11.核蛋白体大小亚基分离当前第34页\共有87页\编于星期六\11点AUG5'3'IF-3IF-12.mRNA在小亚基定位结合当前第35页\共有87页\编于星期六\11点S-D序列：mRNA起始密码前的一段富含嘌呤核苷酸的序列,可与核糖体小亚基16S-rRNA上富含嘧啶序列相结合。

当前第36页\共有87页\编于星期六\11点IF-3IF-1IF-2GTP3.起始氨基酰tRNA(fMet-tRNAimet)结合到小亚基AUG5'3'当前第37页\共有87页\编于星期六\11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38页\共有87页\编于星期六\11点（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在核蛋白体小亚基准确就位；核蛋白体大亚基结合。当前第39页\共有87页\编于星期六\11点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当前第40页\共有87页\编于星期六\11点二、肽链合成延长指根据mRNA密码序列的指导，次序添加氨基酸从N端向C端延伸肽链，直到合成终止的过程。又称为核蛋白体循环(ribosomalcycle)包括以下三步：进位(entrance)成肽(peptidebondformation)转位(translocation)当前第41页\共有87页\编于星期六\11点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当前第42页\共有87页\编于星期六\11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-βγEF-G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43页\共有87页\编于星期六\11点又称注册(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。

当前第44页\共有87页\编于星期六\11点延长因子EF-T催化进位（原核生物）

当前第45页\共有87页\编于星期六\11点当前第46页\共有87页\编于星期六\11点TuTsGTPGDPAUG5'3'TuTsGTP当前第47页\共有87页\编于星期六\11点（二）成肽是由转肽酶(transpeptidase)催化的肽键形成过程。当前第48页\共有87页\编于星期六\11点（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。当前第49页\共有87页\编于星期六\11点fMetAUG5'3'fMetTuGTP当前第50页\共有87页\编于星期六\11点进位转位成肽当前第51页\共有87页\编于星期六\11点三、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。

当前第52页\共有87页\编于星期六\11点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。二是诱导转肽酶变为酯酶活性，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当前第53页\共有87页\编于星期六\11点原核肽链合成终止过程当前第54页\共有87页\编于星期六\11点UAG5'3'RFCOO-当前第55页\共有87页\编于星期六\11点多聚核蛋白体(polysome)——使蛋白质合成高速、高效进行。当前第56页\共有87页\编于星期六\11点电镜下的多聚核蛋白体现象当前第57页\共有87页\编于星期六\11点蛋白质合成后加工和输送PosttranslationalProcessing&ProteinTransportation第三节当前第58页\共有87页\编于星期六\11点主要包括一、多肽链折叠为天然三维结构二、肽链一级结构的修饰三、空间结构的修饰当前第59页\共有87页\编于星期六\11点一、多肽链折叠为天然功能构象蛋白质新生肽链N端在核蛋白体上一出现，肽链的折叠即开始。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。当前第60页\共有87页\编于星期六\11点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)当前第61页\共有87页\编于星期六\11点热休克蛋白(heatshockprotein,HSP)

是指细胞在应激原特别是环境高温诱导下所生成的一组蛋白质。

HSP70、HSP40和GrpE族2)伴侣素(chaperonins)

具有独特的双层7-9元环状结构的寡聚蛋白,它们以依赖ATP的方式促进体内正常和应急条件下的蛋白质折叠。

GroEL和GroES家族1.分子伴侣分子伴侣是细胞中一类保守蛋白质，可识别肽链的非天然构象并与之结合，帮助多肽在体内折叠、组装、转运或降解等，完成功能后与之分离，不构成这些蛋白质执行功能时的组份。当前第62页\共有87页\编于星期六\11点HSP促进蛋白质折叠基本作用——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当前第63页\共有87页\编于星期六\11点伴侣素的主要作用——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。当前第64页\共有87页\编于星期六\11点2、蛋白二硫键异构酶二硫键异构酶可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65页\共有87页\编于星期六\11点3、肽-脯氨酰顺反异构酶多肽链中肽酰-脯氨酸间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。当前第66页\共有87页\编于星期六\11点二、一级结构的修饰（一）肽链N端的修饰（二）个别氨基酸的修饰（三）多肽链的水解修饰当前第67页\共有87页\编于星期六\11点鸦片促黑皮质素原(POMC)的水解修饰NC信号肽PMOCKRKR103肽

(？)ACTH-LT-MSH-MSHEndophin当前第68页\共有87页\编于星期六\11点三、空间结构的修饰（一）亚基聚合

（二）辅基连接（三）疏水脂链的共价连接当前第69页\共有87页\编于星期六\11点蛋白质合成后经过复杂机制，定向输送到最终发挥生物功能的细胞靶部位的过程称为蛋白质的靶向输送。

四、蛋白质合成后的靶向输送•蛋白质的靶向输送(proteintargeting)当前第70页\共有87页\编于星期六\11点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)当前第71页\共有87页\编于星期六\11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72页\共有87页\编于星期六\11点（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)新生分泌蛋白N端的保守氨基酸序列称信号肽。当前第73页\共有87页\编于星期六\11点信号肽的一级结构当前第74页\共有87页\编于星期六\11点信号肽引导真核分泌蛋白进入内质网当前第75页\共有87页\编于星期六\11点（二）线粒体蛋白的靶向输送当前第76页\共有87页\编于星期六\11点（三）细胞核蛋白的靶向输送当前第77页\共有87页\编于星期六\11点蛋白质生物合成的干扰和抑制

Interferenc