11 蛋白质的生物合成-课件

第十二章蛋白质的生物合成

（翻译）

ProteinBiosynthesis，Translation第十二章蛋白质的生物合成

（翻译）

1主要内容第一节蛋白质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主要内容第一节蛋白质合成体系2蛋白质的生物合成，即翻译，就是将核酸中由4种核苷酸序列编码的遗传信息，通过遗传密码破译的方式解读为蛋白质一级结构中20种氨基酸的排列顺序。核苷酸三联体决定氨基酸的对应关系参见P391蛋白质的生物合成，即翻译，就是将核酸中由4种核苷酸序列编3蛋白质合成体系

ProteinBiosynthesisSystem

第一节

蛋白质合成体系

ProteinBiosynthesisS4蛋白质生物合成（proteinbiosynthesis）过程十分复杂，几乎涉及细胞内所有种类的RNA分子和几十种蛋白质因子。蛋白质生物合成（proteinbiosynthesis）过520种氨基酸(AA)作为原料酶及众多蛋白因子如IF、eIFATP、GTP----供能物质无机离子，如Mg2+参与蛋白质生物合成的物质：

三种RNAmRNA（messengerRNA）rRNA（ribosomalRNA）tRNA（transferRNA）20种氨基酸(AA)作为原料参与蛋白质生物合成的物质：三种611蛋白质的生物合成_课件711蛋白质的生物合成_课件8

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

参见P392mRNA上存在遗传密码mRNA分子上从5至3方向，由A9遗传密码表遗传密码表10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)。从mRNA5端起始密码子AUG到3端终止密码子之间的核111.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。

1.连续性(commaless)遗传密码的特点编码蛋白质12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132.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。2.简并性(degeneracy)遗传密码中，除色氨酸和甲143.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。3.通用性(universal)蛋白质生物合成的整套密码154.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。4.摆动性(wobble)转运氨基酸的tRNA的反密码需16U摆动配对U摆动配对17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参见P395密码子、反密码子配对的摆动现象tRNA反密码子IUGACmR18二、核蛋白体是多肽链合成的装置参见P396二、核蛋白体是多肽链合成的装置参见P39619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rpL34种rpS33种rpL49种

不同细胞核蛋白体的组成参见P397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20核蛋白体的组成核蛋白体的组成21原核生物翻译过程中核蛋白体结构模式:A位：氨基酰位(aminoacylsite)原核生物翻译过程中核蛋白体结构模式:A位：氨基酰位22三、tRNA与氨基酸的活化反密码环氨基酸臂参见P398三、tRNA与氨基酸的活化反密码环氨基酸臂参见P39823tRNA的三级结构示意图tRNA的三级结构示意图24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)

氨基酸的活化参见P399氨基酸+tRNA氨基酰-tRNAATPAMP＋PP25tRNA与酶结合模型tRNA氨基酰-tRNA合成酶ATPtRNA与酶结合模型tRNA氨基酰-tRNA合成酶ATP26第一步反应氨基酸＋ATP-E—→氨基酰-AMP-E

＋PPi

第一步反应氨基酸＋ATP-E—→氨基酰-AMP-E＋27第二步反应氨基酰-AMP-E＋tRNA↓

氨基酰-tRNA＋AMP＋E第二步反应氨基酰-AMP-E28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

氨基酰-tRNA合成酶对底物氨基酸和tRNA都有高度特异性。29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参见P400真核生物：Met-tRNAiMet(initiator-t30蛋白质生物合成过程

TheProcessofProteinBiosynthesis

第二节

蛋白质生物合成过程

TheProcessofPr31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：参见P400翻译的起始(initiation)整个翻译过程可分为：参见32一、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)。一、肽链合成起始指mRNA和起始氨基酰-tRNA分别与核蛋白33（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。（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；34IF-3IF-11.核蛋白体大小亚基分离参见P401IF-3IF-11.核蛋白体大小亚基分离参见P40135AUG5'3'IF-3IF-12.mRNA在小亚基定位结合AUG5'3'IF-3IF-12.mRNA在小亚基定位结合36S-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。

参见P395-396S-D序列：mRNA起始密码前的一段富含嘌呤核苷酸的序列,37IF-3IF-1IF-2GTP3.起始氨基酰tRNA(fMet-tRNAimet)结合到小亚基AUG5'3'IF-3IF-1IF-2GTP3.起始氨基酰tRNA(f38IF-3IF-1IF-2GTPGDPPi4.核蛋白体大亚基结合，起始复合物形成AUG5'3'IF-3IF-1IF-2GTPGDPPi4.核蛋白体大亚基39IF-3IF-1AUG5'3'IF-2GTPIF-2-GTPGDPPiIF-3IF-1AUG5'3'IF-2GTPIF-2-GTP40（二）真核生物翻译起始复合物形成(自学)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。（二）真核生物翻译起始复合物形成(自学)核蛋白体大小亚基分4111蛋白质的生物合成_课件42met40S60SMetMet40S60SmRNAeIF-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met40S60SMetMet40S60SmRNAeIF-243二、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)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44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延伸过程所需蛋白因子称为延长因子(elongationfa45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-t46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。

又称注册(registration)（一）进位指根据mRNA47延长因子EF-T催化进位（原核生物）

参见P402延长因子EF-T催化进位（原核生物）参见P40248参见P402参见P40249TuTsGTPGDPAUG5'3'TuTsGTPTuTsGTPGDPAUG5'3'TuTsGTP50（二）成肽是由转肽酶(transpeptidase)催化的肽键形成过程。参见P403（二）成肽是由转肽酶(transpeptidase)催化的肽51（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。参见P403（三）转位延长因子EF-G有转位酶(translocase52fMetAUG5'3'fMetTuGTP参见P403fMetAUG5'3'fMetTuGTP参见P40353进位转位成肽进位转位成肽54

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。

参见P404三、肽链合成的终止当mRNA上终止密码出现后，多肽链合成55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终止相关的蛋白因子称为释放因子(releasefactor56原核肽链合成终止过程原核肽链合成终止过程57UAG5'3'RFCOO-UAG5'3'RFCOO-58多聚核蛋白体(polysome)——使蛋白质合成高速、高效进行。参见P405多聚核蛋白体(polysome)——使蛋白质合成高速、高效进59电镜下的多聚核蛋白体现象电镜下的多聚核蛋白体现象60原核生物蛋白质合成的能量计算氨基酸活化：2个~PATP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。参见P406原核生物蛋白质合成的能量计算氨基酸活化：2个~PATP参见61蛋白质合成后加工和输送PosttranslationalProcessing&ProteinTransportation

提一下，自学第三节参见P405蛋白质合成后加工和输送Posttranslational62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、空间结构的修饰主要包括一、多肽链折叠为天然三维结构63一、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。一、多肽链折叠为天然功能构象蛋白质新生肽链N端在核蛋白体上一64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)促进蛋白折叠功能的大分子:1.分子伴侣(molecula65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。热休克蛋白(heatshockprotein,HSP)66HSP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GrpE

ATPADP复合物解离，释出多肽链片段进行正确折叠

HSP促进蛋白质折叠基本作用——HSP40结合待折叠多肽片段67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。伴侣素的主要作用——682、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。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693、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。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70二、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）多肽链的水解修饰二、一级结构的修饰（一）肽链N端的修饰71鸦片促黑皮质素原(POMC)的水解修饰NC信号肽PMOCKRKR103肽(？)ACTH

-LT-MSH

-MSHEndophin鸦片促黑皮质素原(POMC)的水解修饰NC信号肽PMOCKR72三、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三、空间结构的修饰（一）亚基聚合73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)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74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)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75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，76（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。

（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77信号肽的一级结构信号肽的一级结构78信号肽引导真核分泌蛋白进入内质网信号肽引导真核分泌蛋白进入内质网79（二）线粒体蛋白的靶向输送（二）线粒体蛋白的靶向输送80（三）细胞核蛋白的靶向输送（三）细胞核蛋白的靶向输送81蛋白质生物合成的干扰和抑制

Interference&InhibitionofProteinBiosynthesis

自学第四节蛋白质生物合成的干扰和抑制

Interference&I82抗生素(antibiotics)是微生物产生的能够杀灭或抑制细菌的一类药物。抗代谢药物指能干扰生物代谢过程，从而抑制细胞过度生长的药物，如：6-MP。

某些毒素也作用于基因信息传递过程。抗生素(antibiotics)抗代谢药物某些毒素也作用于83一、抗生素类抗生素作用点作用原理应