真核生物蛋白质合成课件

二、真核生物蛋白质合成真核生物蛋白质合成过程类似于原核细胞的蛋白质生物合成过程，最大的区别在于翻译起始复合物形成，以及各阶段所使用的蛋白质因子的种类和数量的不同。1-----------------------------------------------------（一）真核生物蛋白质的合成起始mRNA：单顺反子、m7Gppp和poly(A)核糖体：40S小亚基+60S大亚基=80S“活化”的起始tRNA：Met-tRNAiMet翻译起始因子（Initiationfactor,IF）：种类多其他：GTP、Mg2+1、所需主要成分：2-----------------------------------------------------真核生物中主要翻译起始因子的种类和功能eIF,eukaryoticinitiationfactor3-----------------------------------------------------核糖体大、小亚基分离；起始Met-tRNAiMet与小亚基结合；mRNA与核糖体小亚基结合；小亚基沿mRNA链向3´的方向扫描，定位起始密码子AUG；核糖体大亚基结合。2、真核生物翻译起始复合物形成过程4-----------------------------------------------------40S核糖体小亚基与起始因子eIF-3相结合，使得核糖体大小亚基分离；eIF-1进入A位；（1）5-----------------------------------------------------在eIF-5-GTP和eIF-2-GTP的帮助下，起始Met-tRNAiMet与40S小亚基相结合，形成43S前起始复合物；（2）6-----------------------------------------------------eIF-4F结合在mRNA的5´-UTR；其中eIF-4E与“帽子”结构结合，eIF-4G可与eIF-4E及PBP结合，eIF-4A有解旋酶活性；（4）mRNA闭环翻译模型PAB，polyAbindingprotein7-----------------------------------------------------eIF-4B与eIF-4F结合，激活eIF-4A解旋酶活性，去除5´-UT二级结构；43S前起始复合物与mRNA结合；（5）（6）8-----------------------------------------------------43S前起始复合物沿mRNA向3´端扫描移动并识别起始密码子AUG；（7）（8）AUG9-----------------------------------------------------eIF2水解ATP，使eIF3和它自己离开复合物；大小亚基结合；（8）（9）（10）10-----------------------------------------------------eIF5B水解ATP，释放其他起始因子，形成80S翻译起始复合体。（12）（11）（10）11-----------------------------------------------------3、真、原核生物翻译起始的区别原核生物：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，形成70S起始复合物。真核生物：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起始复合物。12-----------------------------------------------------（二）肽链的延伸真核生物肽链合成的延长过程与原核基本相似，都包含进位、转位和移位等三个步骤。整个延伸过程除延伸因子种类不同外，真核细胞核糖体没有E位，转位时空载tRNA直接从P位脱落。真核生物延伸因子：EF-1和EF-2原核生物延伸因子：EF-T(EF-Tu,EF-Ts)、EF-GEF-1：含α，β和γ等3个亚基，α和β(EF-1A)的功能与EF-Tu相似，γ(EF-1B)的功能与EF-Ts相似。EF-2：功能与原核生物EF-G相似13-----------------------------------------------------（三）肽链的终止真核生物释放因子：eRF原核生物释放因子：RF1、RF2、RF3eRF：一方面可识别UAA、UGA和UAG等所有终止密码子，另一方面可催化延伸复合物解体。真核生物肽链合成的终止过程除释放因子不同外，其他与原核基本一致。14-----------------------------------------------------AP40S

5’mRNAFreetRNAPolypeptideReleasefactorRibosomalSubunitseRFGTPANIMATION15-----------------------------------------------------电镜下的观察到的多肽合成过程在多肽合成过程中，当第一个核糖体离开起始密码子后，空出的起始密码子的位置时，第二个核糖体的小亚基就会结合上来，并装配成完整的起始复合物，开始蛋白质的合成。同样，第三个核糖体、第四个核糖体、……依次结合到mRNA上……16-----------------------------------------------------多聚核糖体（polyribosomes）----使蛋白质合成高速、高效进行。在多肽合成过程中，同一条mRNA分子能够同多个核糖体结合，同时合成若干条多肽链，结合在同一条mRNA上的核糖体就称为多聚核糖体。17-----------------------------------------------------三、蛋白质合成的干扰与抑制(p140-142)Interference&InhibitionofProteinBiosynthesis蛋白质生物合成是很多天然抗生素的作用靶点。它们就是通过阻断真核、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。18-----------------------------------------------------几种常见蛋白质合成抑制剂的结构式19-----------------------------------------------------抗生素作用点作用原理应用四环素族（金霉素新霉素、土霉素）链霉素、卡那霉素、新霉素氯霉素、林可霉素红霉素梭链孢酸

放线菌酮嘌呤霉素原核核糖体小亚基原核核糖体小亚基原核核糖体大亚基原核核糖体大亚基原核核糖体大亚基真核核糖体大亚基真核、原核核糖体抑制氨基酰-tRNA与小亚基结合改变构象引起读码错误、抑制起始抑制转肽酶、阻断延长抑制转肽酶、妨碍转位与EFG-GTP结合，抑制肽链延长抑制转肽酶、阻断延长氨基酰-tRNA类似物，进位后引起未成熟肽链脱落抗菌药抗菌药抗菌药抗菌药抗菌药医学研究抗肿瘤药抗生素抑制蛋白质生物合成的原理20-----------------------------------------------------四环素族氯霉素链霉素和卡那霉素嘌呤霉素放线菌酮21-----------------------------------------------------嘌呤霉素

作用示意图22-----------------------------------------------------四、蛋白质前体的加工与折叠1、N端fMet或Met的切除无论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前就被切除，此过程是由氨肽酶（aminopeptidase）水解来完成的。2、二硫键的形成

mRNA中没有胱氨酸密码子，而不少蛋白质都含有二硫键。蛋白质合成后往往通过两个半胱氨酸的氧化作用生成胱氨酸。（一）蛋白质前体的加工23-----------------------------------------------------二硫键的形成24-----------------------------------------------------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）和羧基化等等。发生在小牛组蛋白H3前35个氨基酸残基中的4种化学修饰25-----------------------------------------------------蛋白质的磷酸化26-----------------------------------------------------4、切除新生肽链中非功能片段①将多聚蛋白切开，成为几个成熟蛋白；②新生肽链N和C端多余部分的切除；③切除中间部分，余下的部分由二硫键链接；④蛋白质的内含肽的剪接27-----------------------------------------------------新生蛋白质经蛋白酶切割后变成有功能的成熟蛋白质。左：新生蛋白质在去掉N端一部分残基后变成有功能的蛋白质；右：某些病毒（反转录病毒）可合成无活性的多聚蛋白质，经蛋白酶切割后成为有功能成熟蛋白。28-----------------------------------------------------前胰岛素原蛋白翻译后成熟过程示意图29-----------------------------------------------------蜂毒蛋白只有经蛋白酶水解切除N-端的22个氨基酸以后才有生物活性。30-----------------------------------------------------蛋白质剪接图解31-----------------------------------------------------5、亚基的聚合许多蛋白质是由二个以上亚基构成的，这就需这些多肽链通过非共价键聚合成多聚体才能表现生物活性。6、辅基结合CytochromeC只有与血红素（heme）相结合才有功能。Acetyl-CoA羧化酶常与Biotin分子相结合。例如：成人血红蛋白由两条α链，两条β链及四分子血红素所组成。32-----------------------------------------------------（二）蛋白质的折叠体内蛋白质折叠与肽链合成同步进行。蛋白质的折叠是当前生命科学领域的研究前沿之一。33-----------------------------------------------------需要助折叠蛋白（foldinghelper）的参与：A、折叠酶蛋白质二硫键异构酶（proteindisulfideisomerase，PDI)

：B、分子伴侣（Molecularchaperone）定义：细胞内帮助新生肽链正确组装为成熟蛋白质，而本身却不是最终功能蛋白质分子的组成成分的分子。肽基脯氨酸顺反异构酶（peptidyl

prolyl

cis-transisomerase，PPI)可以识别和水解非正确配对的二硫键，使它们在正确的半胱氨酸残基位置上重新形成二硫键；催化加速肽基脯氨酸的顺反异构化，在蛋白质的折叠/解折叠中起重要作用。它也可能参与蛋白质复合物的组装/解组装、蛋白质运输及调节蛋白质活性。34-----------------------------------------------------分类：

①伴侣素家族（chaperonin,Cpn）②应激蛋白家族(Stressfamily)热休克蛋白70家族（Hsp70）

heatshock

protein

family热休克蛋白90家族（Hsp90

）功能：①可阻止多肽的错误折叠。②和部分折叠或没有折叠的蛋白质分子结合，稳定其构象，免遭其它酶的水解或促进蛋白质折叠成正确的空间结构。35-----------------------------------------------------第三节蛋白质的运转机制（MechanismofProteintranslocation）36-----------------------------------------------------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。37-----------------------------------------------------蛋白质的合成和运转是同时发生的，则属于翻译运转同步机制；若蛋白质从核糖体上释放后才发生运转，则属于翻译后运转机制。38-----------------------------------------------------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细胞核、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、类囊体中的蛋白质几类主要蛋白质的运转39-----------------------------------------------------40-----------------------------------------------------一、翻译-运转同步（co-translationaltranslocation）（一）信号肽假说认为编码分泌蛋白的mRNA在翻译时首先合成的是N-末端带有疏水氨基酸残基的信号肽，它被内质网膜上的受体识别并与之相结合。信号肽经由膜中蛋白质形成的孔道到达内质网内腔，随即被位于腔表面的信号肽酶水解，由于它的引导，新生的多肽就能够通过内质网膜进入腔内，最终被分泌到胞外。翻译结束后，核糖体亚基解聚、孔道消失，内质网膜又恢复原先的脂双层结构。41-----------------------------------------------------信号序列特点：（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）。信号肽：指新合成多肽链中用于指导蛋白质跨膜转移的N-末端氨基酸序列（13-36个氨基酸残基）。42-----------------------------------------------------信号肽序列43-----------------------------------------------------（二）新生蛋白质通过同步转运途径进入内质网内腔的机制SRP（信号识别蛋白）SRP的受体---DP（停靠蛋白）44-----------------------------------------------------新生蛋白质通过同步转运途径进入内质网内腔的主要过程45-----------------------------------------------------二、翻译后运转（post-translationaltranslocation）(一)转运到线粒体（mitochondria）(二)转运到叶绿体（chloroplast）(三)转运到细胞核（nuclear）蛋白质的合成主要是在细胞质中，细胞器不能或很少合成蛋白质。因此，构成细胞器的各种蛋白质在细胞质内游离核糖体上合成后，需要向不同细胞器进行运输。46-----------------------------------------------------（一）线粒体蛋白质跨膜运转1、运转到线粒体内腔2、运转到线粒体内膜腔A.保留性机制B.非保留性机制类型：47-----------------------------------------------------（1）通过线粒体膜的蛋白质运转之前大多数以前体形式存在，由成熟蛋白质和位于N端的20~80个残基的前导肽（leaderpeptide）组成；（2）蛋白质跨线粒体膜运转时，首先由外膜上的Tom受体复合蛋白识别与Hsp70或MSF

(mitochondrialimportstimulationfactor

)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；是一种需能过程。1、运转到线粒体内腔48-----------------------------------------------------蛋白质运转到线粒体内腔的过程49-----------------------------------------------------2、运转到线粒体内膜腔A.保留性机制（conservativesortingmechanism）细胞色素c1采用这种机制。其含有2个信号序列：第一个是前导肽序列，引导蛋白质进入线粒体内腔；整个蛋白质进入内腔后，第一个信号序列被切除，第二个信号序列（含有连续的不带电荷的氨基酸）引导它跨越内膜进入内膜腔。50-----------------------------------------------------B.非保留性机制（non-conservativesortingmechanism）细胞色素b2进入内膜腔时这个信号序列阻止它的转运，然后离开受体蛋白通道，并锚定在内膜中；内膜腔中的蛋白酶将信号序列切割下来，把蛋白质释放到内膜腔内。细胞色素b2采用该机制，其第二个信号序列是“止运入”序列。51-----------------------------------------------------细胞色素c1和细胞色素b2转运到内膜腔的模型52-----------------------------------------------------（二）叶绿体蛋白质跨膜运转叶绿体多肽在胞质中的游离核糖体上合成后，脱离核糖体并折叠成具有三级结构的蛋白质分子，多肽上某些特定位点结合于只有叶绿体膜上才有的特异受体位点。叶绿体定位信号一般有两个部分，第一部分决定该蛋白质能否进入叶绿体基质，第二部分决定该蛋白能否进入类囊体。53-----------------------------------------------------叶绿体蛋白质跨膜运转54-----------------------------------------------------（三）核定位蛋白的运转机制55-----------------------------------------------------核定位蛋白质是通过核膜上的核孔进入细胞核；输入细胞核的蛋白质都含核定位信号序列（nuclearlocalizationsignal,NLS）。NLS可以位于核蛋白的任何部位；一般都不被切除。核定位蛋白质转运涉及到多种蛋白质和辅助因子，如转运受体importin和exportin（分别负责蛋白质输入和输出），以及Ran（GTP酶）等.蛋白质输出细胞核的过程与