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第十四章蛋白质生物合成

(ProteinBiosynthesis)1/601导学掌握参加蛋白质生物合成主要物质及其作用；翻译基本过程。熟悉遗传密码特点了解翻译后加工，影响蛋白质生物合成物质2/60-82第十四章蛋白质生物合成教学内容第一节参加蛋白质生物合成三种RNA

第二节蛋白质生物合成过程

第三节翻译后加工

第四节翻译后加工

3/60-83第十四章蛋白质生物合成翻译(Translation)蛋白质生物合成，即翻译，就是将mRNA分子中4种核苷酸序列编码遗传信息，经过遗传密码破译方式解读为蛋白质一级结构中20种氨基酸排列次序。4/60-84第十四章蛋白质生物合成CAACUGCAGACAUAUAUGAUACAAUUUGAUCAGUAU5/3/-Gln-Leu-Gln-Thr-Tyr-Met-Ile-Gln-Phe-Asp-Gln-Tyr-mRNA多肽链翻译5/60-85第十四章蛋白质生物合成参加蛋白质生物合成物质

三种RNAmRNA（messengerRNA,信使RNA）rRNA（ribosomalRNA,核蛋白体RNA）tRNA（transferRNA,转移RNA）20种编码氨基酸(AA)作为原料酶及众多蛋白因子，如IF、eIFATP、GTP、无机离子6/60-86第十四章蛋白质生物合成第一节

参加蛋白质生物合成三种RNA7/60-87第十四章蛋白质生物合成一、mRNA与遗传密码（一）mRNA作用

mRNA是遗传信息携带者,mRNA作为翻译直接模板。遗传学将编码一个多肽遗传单位称为顺反子(cistron)8/60-88第十四章蛋白质生物合成一、mRNA与遗传密码（一）mRNA作用

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mRNA可编码几个功效相关蛋白质，为多顺反子(polycistron)。真核mRNA只编码一个蛋白质，为单顺反子(singlecistron)。9/60-89第十四章蛋白质生物合成遗传密码（geneticcoden）

mRNA分子分子信息区内上从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起始、终止信号，称为三联体遗传密码。10/60-810第十四章蛋白质生物合成（二）遗传密码种类

mRNA分子有4种核苷酸碱基：A、G、C、U，可组合成64个密码子，其中61个分别代表20种不一样氨基酸。起始密码(initiationcoden):AUG

终止密码(terminationcoden):UAA，UAG，UGA。11/60-811第十四章蛋白质生物合成遗传密码表第一碱基（5/-端）第二碱基第三碱基（3/-端）终止终止**在mRNA起始部位AUG为起始信号12/60-812第十四章蛋白质生物合成（三）遗传密码特点

遗传密码阅读方向性从mRNA5′端起始密码子AUG到3′端终止密码子之间核苷酸序列，各个三联体密码子连续排列编码一个蛋白质多肽链从N端到C端。13/60-813第十四章蛋白质生物合成遗传密码连续性（三）遗传密码特点沿5/-3/方向连续阅读插入碱基缺失碱基移码突变酪酪酪苏苏苏亮亮亮5’-U-A-C-U-A-C-U-A-C-U-A-C-3’5’-U-A-C-U-A-C-U-A-C-U-A-C-3’5’-U-A-C-U-A-C-U-A-C-U-A-C-3’14/60-814第十四章蛋白质生物合成（三）遗传密码特点遗传密码简并性20种编码氨基酸中除色氨酸和甲硫氨酸各有一个密码子外，其余每一个氨基酸都有2-6个密码子。15/60-815第十四章蛋白质生物合成16/60-816第十四章蛋白质生物合成（三）遗传密码特点遗传密码通用性从原核生物到人类都共用同一套遗传密码，被称为遗传密码通用性。已发觉少数例外，如动物细胞线粒体、植物细胞叶绿体。密码通用性深入证实各种生物进化自同一祖先。

17/60-817第十四章蛋白质生物合成二、tRNA与氨基酸转运(一)tRNA作用Ser5’Tyr5’18/60-818第十四章蛋白质生物合成密码子与反密码子摆动配对19/60-819第十四章蛋白质生物合成密码子与反密码子摆动配对tRNA反密码子mRNA密码子第１个碱基第3个碱基

IA、C、UUA、G

GC、G20/60-820第十四章蛋白质生物合成氨基酸活化氨基酰-tRNA合成酶(aminoacyl-tRNAsynthetase)氨基酸

－羧基与tRNA3´－CCA腺苷酸3´－OH以酯键相连形成氨基酰-tRNA

氨基酸+tRNA氨基酰-tRNAATP

AMP＋PPi氨基酰-tRNA合成酶21/60-821第十四章蛋白质生物合成（二）氨基酰-tRNA表示法

氨基酰-tRNA表示方法：Ala-tRNAAla

Ser-tRNASerMet-tRNAMet起始肽链合成氨基酰-tRNA：真核生物：Met-tRNAiMet原核生物：fMet-tRNAifMet22/60-822第十四章蛋白质生物合成三、核糖体与蛋白质合成场所（一）核糖体组成与结构核糖体是蛋白质生物合成场所。核糖体是由几个rRNA与数十种蛋白质共同组成超分子复合体。细胞质中核糖体有两类:一类附着于粗面内质网,分泌性蛋白质合成，一类游离于胞质内,细胞固有蛋白质合成。23/60-823第十四章蛋白质生物合成原核生物与真核生物核糖体组成核糖体大亚基小亚基rRNA蛋白质rRNA蛋白质原核生物70S23S，5S36种16S21种真核生物80S28S，5.8S，5S,49种18S33种24/60-824第十四章蛋白质生物合成原核生物翻译过程中核糖体结构模式:25/60-825第十四章蛋白质生物合成（二）核糖体主要功效部位

氨基酰部位（aminoacylsite），简称A位肽酰部位（peptidylsite），简称P位；排出部位（exitsite），简称E位转肽酶（transpeptidase）活性部位；

mRNA结合部位；蛋白因子（IF，EF，RF）结合部位。26/60-826第十四章蛋白质生物合成S-D序列

27/60-827第十四章蛋白质生物合成第二节

蛋白质生物合成过程28/60-828第十四章蛋白质生物合成翻译过程：

核糖体大小亚基聚合在mRNA5´端AUG部位开始，沿着mRNA模板链5´

3´方向移动，由tRNA阅读mRNA三联体遗传密码并携带特定氨基酸在核糖体上“对号入座”，将氨基酸从N端

C端方向连接起来组成多肽链，直至核糖体在mRNA3´端碰到终止信号而使大小亚基解体为止。

29/60-829第十四章蛋白质生物合成整个翻译过程可分为：翻译起始(initiation)翻译延长(elongation)翻译终止(termination)30/60-830第十四章蛋白质生物合成一、起始阶段原核生物翻译起始参加物质：核糖体50S和30S大小两类亚基

mRNA起始作用fMet-tRNAiMet

GTP供能起始因子（initiationfactor,IF1、IF2、IF3）31/60-831第十四章蛋白质生物合成70S起始复合物形成三大步骤：

30S小亚基与mRNA结合

fMet-tRNAiMet与mRNA起始密码子AUG结合

70S起始复合物形成32/60-832第十四章蛋白质生物合成二、延长阶段依据mRNA密码序列指导，次序添加氨基酸从N端向C端延伸肽链，直到合成终止过程。33/60-833第十四章蛋白质生物合成二、延长阶段肽链延长在核蛋白体上连续性循环式进行，又称为核糖体循环(ribosomalcycle)，每次循环增加一个氨基酸，包含以下三步：进位(entrance)成肽(peptidebondformation)转位(translocation）34/60-834第十四章蛋白质生物合成延伸过程所需蛋白因子称为延长因子

(elongationfactor,EF)原核生物延长因子

EF-Tu：促进氨基酰-tRNA进入A位，结合分解GTP

EF-Ts：调整亚基

EFG：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

35/60-835第十四章蛋白质生物合成进位

又称注册(registration)36/60-836第十四章蛋白质生物合成延长因子EF-T催化进位（原核生物）37/60-837第十四章蛋白质生物合成38/60-838第十四章蛋白质生物合成成肽

由转肽酶(transpeptidase)催化肽键形成过程39/60-839第十四章蛋白质生物合成转位：指核糖体沿着mRNA5´

3´方向移动

一个密码子

40/60-840第十四章蛋白质生物合成进位成肽转位41/60-841第十四章蛋白质生物合成三、终止阶段当终止密码子UAA、UAG或UGA出现在核糖体A位时，没有对应氨基酰-tRNA能与之结合，此时即转入了终止阶段。起终止作用蛋白质因子-释放因子（releasefactor，RF）原核生物RF有三种RF1能识别UAG和UAA，RF2能识别UGA和UAA；RF3可与GTP结合，促进RF1与RF2作用。

42/60-842第十四章蛋白质生物合成原核生物肽链合成终止过程43/60-843第十四章蛋白质生物合成多聚核糖体（polysome）在蛋白质生物合成过程中，一条mRNA同时与多个核糖体结合所形成念珠状聚合物。

使蛋白质合成高速、高效进行。44/60-844第十四章蛋白质生物合成45/60-845第十四章蛋白质生物合成第三节翻译后加工46/60-846第十四章蛋白质生物合成从核糖体释放出新生多肽链不含有生物活性，必须经过翻译后加工才能转变为含有一定构象和功效蛋白质。主要包含：一级结构修饰高级结构修饰靶向输送47/60-847第十四章蛋白质生物合成一、一级结构修饰(一)N端fMet或Met切除

由氨基肽酶或脱甲酰基酶催化水解，除去N端第一个甲硫氨酸或甲酰甲硫氨酸残基。48/60-848第十四章蛋白质生物合成(二)肽链剪接一些多肽链合成后需要在特异蛋白水解酶作用下，去除一些肽段或氨基酸残基，才能变为活性分子。如血纤维蛋白原、胰蛋白酶原等，需剪去部分肽段才能成为有活性血纤维蛋白和胰蛋白酶。49/60-849第十四章蛋白质生物合成(三)个别氨基酸修饰一些蛋白质肽链合成后，其氨基酸残基侧链需经一定化学修饰。蛋白质侧链修饰包含：磷酸化，羟基化，甲基化，糖基化，羧基化，乙酰化等。如:胶原蛋白内出现羟脯氨酸和羟赖氨酸,多肽链内或肽链间还可由两个半胱氨酸-SH形成二硫键等。

50/60-850第十四章蛋白质生物合成二、高级结构修饰

(一)辅基或辅酶结合各种结合蛋白合成后都需要结合对应辅基或辅酶，才能成为含有特定功效蛋白质。(二)亚基聚合四级结构蛋白质由两条或两条以上肽链经过非共价键聚合如：血红蛋白是四聚体（α2β2）。51/60-851第十四章蛋白质生物合成三、靶向输送靶向输送（proteintargeting）：蛋白质合成后，经过复杂机制，定向输送到最终发挥生物学功效目标部位。分泌性蛋白：有些蛋白质合成后不在本细胞内使用，而是分泌到血液循环中再抵达靶细胞而发挥功效，这类蛋白质称为分泌性蛋白。信号肽（signalpeptide）：分泌性蛋白结构中存在特异信号，主要是N末端特异氨基酸序列，可引导蛋白质转移到细胞适当靶部位，这一氨基酸序列称之。52/60-852第十四章蛋白质生物合成分泌性蛋白靶向输送靠信号肽与胞浆中信号识别颗粒（signalrecognitionparticles,SRP）识别并特异结合，然后再经过SRP与内质网膜上停靠蛋白（dockingprotein,DP）识别并结合后，肽链合成继续，并将蛋白质多肽链引导入内质网腔，切除信号肽，多肽链在腔内形成小泡并与高尔基体融合，再在高尔基体加工、浓缩、包装，被深入转运出细胞或定位于特定亚细胞部位。53/60-853第十四章蛋白质生物合成54/60-854第十四章蛋白质生物合成第四节影响蛋白质生物合成物质蛋白质生物合成是很多天然抗生素和一些毒素作用靶点。它们经过阻断真核、原核生物蛋白质合成体系某组分功效，干扰和抑制蛋白质生物合成过程而起作用。可针对蛋白质生物合成必需关键组分作为研究新抗菌药品作用靶点。同时尽可能利用真核、原核生物蛋白质合成体系任何差异，以设计、筛选仅对病原微生物特效而不损害人体药品。55/60-855第十四章蛋白质生物合成影响蛋白质生物合成