生物化学课件：第九章 第二节 原核生物的蛋白质合成

第二节原核生物的蛋白质合成一、氨基酸的活化

氨基酸的活化是指氨基酸与tRNA相连，形成氨酰-tRNA的过程。

氨基酸的活化在细胞质中进行。反应由氨酰-tRNA合成酶（又称氨基酸活化酶）催化。1.氨酰-tRNA的形成一、氨基酸的活化氨酰-tRNA合成酶：此酶具有较高专一性，能有效识别tRNA和相应的氨基酸。此酶具有校对功能。活化一个氨基酸消耗2分子ATP。1）识别mRNA的起始密码子为AUG，AUG对应的氨基酸为Met。2）有两种甲硫氨酸专一性的tRNA：tRNAf—只与起始密码子结合，以tRNAffmet表示tRNAm—只与肽链内部的AUG有关，以tRNAmmet表示

2.起始氨酰tRNA的形成一、氨基酸的活化在原核生物中，多肽链起始的氨基酸均为甲酰甲硫氨酸。在真核生物中，多肽链起始的氨基酸均为甲硫氨酸。

2.起始氨酰tRNA的形成一、氨基酸的活化原核生物中的fMet-tRNA的合成Met+ATP+tRNAffmet

Met–tRNAffmet

+AMP+PPi一、氨基酸的活化甲硫氨酰tRNA合成酶Met–tRNAffmet+N10-甲酰四氢叶酸fMet–tRNAffmet+四氢叶酸甲酰化酶

在翻译的起始阶段，还需有3种蛋白质因子——起始因子(IF)的参与，即IF1、IF2、IF3。

此时核糖体的P位被起始氨酰-tRNA占据，A位空着，等待能与第二个密码子匹配的氨酰-tRNA进位。

起始复合物的结构：

二、多肽链合成的过程1.起始指核糖体与mRNA及起始氨酰-tRNA结合成起始复合物。分为三步：(1)核糖体的小亚基30S与mRNA结合

IF-3促使30S亚基与50S亚基分开，小亚基识别mRNA上翻译的起始信号，并结合在这个部位，它的P位正好落在起始密码子AUG处。形成“小亚基-mRNA”二元复合物。

二、多肽链合成的过程1.起始

IF-2促使起始氨酰-tRNA与mRNA上的起始密码子结合（通过反密码子与密码子之间的碱基互补配对），形成“小亚基—mRNA—fMet-tRNA”三元复合物(30S起始复合物，IF-3释放)(2)起始氨酰-tRNA结合上去形成起始复合物，即“核糖体—mRNA—fMet-tRNA”三元复合物。IF-2水解GTP,IF-1起促使IF-2和IF-3的作用。(3)大亚基结合上去形成70S起始复合物

二、多肽链合成的过程1.起始

这一阶段是在fMet（或肽链）的C末端逐个的添加aa，使肽链不断延伸。每延伸一个aa，需要经历三步：

1）进位与A位处的密码子相对应的aa-tRNA进入核糖体的A位。（EF-Tu,EF-Ts）(消耗一个ATP)

二、多肽链合成的过程2.肽链的延长肽链的延长12122323进位肽键形成移位进位(EF-Tu\Ts)GTPGTPN-端235´3´C-端肽键形成15´3´（EF-G）2.肽链的延长2）转肽P位tRNA上的甲酰甲硫氨基转移至A位tRNA上的aa的氨基上，形成肽键。

二、多肽链合成的过程肽键的形成肽链的延长12122323进位肽键形成移位进位(EF-Tu\Ts)GTPGTPN-端235´3´C-端肽键形成15´3´（EF-G）3）移位核糖体在mRNA上向3’端移动一个密码子的距离，这样，原P位空载的tRNA离开了核糖体，原A位的肽酰-tRNA落在P位，而A位空了出来。需要EF-G,同时消耗一个GTP。2.肽链的延长

二、多肽链合成的过程肽链的延长12122323进位肽键形成移位进位(EF-Tu\Ts)GTPGTPN-端235´3´C-端肽键形成15´3´（EF-G）通过以上三步，完成了氨基酸的一轮添加。每延伸一个氨基酸，需要消耗2分子GTP→GDP。（进位和移位）此过程还需要一些蛋白质因子的参与，称为延长因子（EF）

。随着核糖体在mRNA上从5'→3'方向滑动，新生链从N端→C端延伸。mRNA上的核苷酸序列被“翻译”成多肽链上的氨基酸序列。2.肽链的延长

二、多肽链合成的过程三、肽链合成的终止与释放

当核糖体在mRNA上由5'→3'移动至终止密码子（UAA、UAG、UGA）时，由于没有与之相应的tRNA，终止因子RF进入A位。1

终止因子使肽基转移酶的活性转变为水解酶活性(肽基不再转移到氨酰tRNA上，而是转移给水分子)，从而将肽酰tRNA水解。这样肽链被释放。2

空载的tRNA也离开核糖体。3核糖体的大小亚基解离并离开mRNA。4四、多肽链合成的能量消耗蛋白质的生物合成是个高耗能过程。仅翻译过程，其能量消耗情况如下：NTP高能磷酸键氨基酸的活化ATP2/aa肽链合成的起始GTP1肽链的延伸GTP2/轮aa添加肽链合成的终止

GTP1例：以游离的氨基酸为原料，起始合成一个100肽，至少需要消耗多少ATP？（注：ATP→AMP折算成2个ATP，GTP折算成ATP）解法一：分阶段累计2×100＋1＋2×99＋

1＝400四、多肽链合成的能量消耗解法二：以aa为单位累计∵每个游离的氨基酸参入到正在合成的多肽链中，至少需要消耗4个高能磷酸键（活化—2个；氨酰tRNA进入A位—1个；核糖体移位—1个）。但起始的氨基酸要少消耗1个GTP（可理解成它直接进入P位，不要移位）,合成终止消耗1个GTP。∴4n＝4×100四、多肽链合成的能量消耗

五、多肽链合成的速度

蛋白质的生物合成的速度极快。在最适条件下，合成一条含400个氨基酸残基的多肽链大约只要10秒钟。

多核糖体：在一条mRNA链上，可以有多个核糖体同时进行翻译，每个核糖体上都附着一条正在延长的多肽链，越靠近mRNA的3′端的核糖体上的肽链越长。这种结构叫做多核糖体。

mRNA上核糖体的多少，视mRNA链长而定。一般每隔40个核苷酸有一个核糖体。

多核糖体的结构可大大提高mRNA的翻译效率。

五、多肽链合成的速度多核糖体

第一个编码区第一个编码区第二个编码区第二个编码区终止\起始终止起始mRNAmRNA5´5´3´3´蛋白质生物合成初始

产物的后加工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）；（2）分子伴侣一、肽链合成后的折叠与加工

Lasky于1978年首先提出分子伴侣（molecularchaperone）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。肽链的折叠1、肽链末端的修饰：

N-端fMet或Met的切除2、信号序列的切除3、二硫键的形成4、部分肽段的切除5、个别氨基酸的修饰6、糖基侧链的添加7、辅基的加入二.蛋白质的加工修饰实例：胰岛素原的加工1、

水解剪切（N-端序列与信号肽）脱甲酰酶fMet-肽甲酸+Met-肽（原核大多）氨肽酶Met-肽Met+肽（真核、部分原核）（1-多个氨基酸）2、氧化作用形成-S-S-3、化学修饰、某些氨基酸的侧链需进行特殊修饰如：胶原蛋白中Pro→Ho-Pro

Lys→Ho-Lys

还有氨基酸残基的甲基化、乙酰化等其它修饰．4、糖基化糖蛋白中Asn、Ser、Thr侧链糖苷化（以共价键接上糖，这一过程在细胞内质网（N-糖苷键）及高尔基体中（O-糖苷键）完成．5、激活有些多肽合成后，要经过专一性蛋白酶水解，断裂出一部分肽链，才能成为有功能的蛋白质（例如：酶原激活）。实例：胰岛素原的加工胰岛素原的加工A链区B链区间插序列（C肽区）HSSHSHSHHSHS信号肽NC核糖体上合成出无规则卷曲的前胰岛素原切除C肽后，形成成熟的胰岛素分子切除信号肽后折叠成稳定构象的胰岛素原SSSSNNCCA链B链胰岛素CNS－SSS胰岛素原SS酶原激活概念:

酶原在一定条件下经适当物质作用可转变成有活性的酶的过程。活性中心形成或暴露的过程。

H+或胃蛋白酶胃蛋白酶原胃蛋白酶

胰蛋白酶胰凝乳蛋白酶原胰凝乳蛋白酶

胰凝乳蛋白酶

肠激酶胰蛋白酶原胰蛋白酶三蛋白质定位(一)、共翻译转移●信号肽假说简图

(二)、翻译后转移●蛋白质向线粒体定位的机制1、信号肽（signalpeptide）及信号肽的识别信号肽：由编码分泌蛋白的mRNA在翻译时首先合成的N端一段带有疏水氨基酸的多肽，它的主要作用是引导新生的多肽进入内质网腔，随后被信号肽酶水解。1)N端侧碱性区含一个或几个带正电荷的碱性氨基酸，如Lys和Arg.2)中间较长为疏水核心区，约10-15残基，主要含疏水中性氨基酸，如Leu

、

Ile等．3)C端有被信号肽酶裂解的位点．

一些真核细胞多肽链上N-端的信号肽的结构2、分泌蛋白进入内质网(1)真核细胞胞液内存在信号识别颗粒（SRP）．(2)内质网膜上一种膜蛋白称SRP受体，因可结合SRP又称为SRP对接蛋白（DP）．(3)

分泌蛋白进入内质网的过程1)在胞质游离核糖体上以mRNA为模板，合成出N端包括信号肽的最初约70个氨基酸残基．2)SRP与新生肽链N端的信号肽和GTP结合，还结合核糖体使多肽合成暂停，SRP引导核糖体-多肽-SRP复合体，识别结合ER膜上的与GTP结合的SRP受体．通过水解GTP使SRP解离并再利用，多肽链开始继续延长．信号肽假说简图3ˊ5ˊSRP循环mRNA内质网膜内质网腔信号肽酶信号肽3)核糖体大亚基与核糖体受体结合，锚定ER膜上，水解GTP供能，诱导肽转位复合物开放跨ER膜通道，新生蛋白信号肽插入内质网．4)信号肽启动肽链转位，延长的多肽直接经核糖体及跨ER膜通道进入内质网腔．5)内质网腔HSP70消耗ATP，促进延伸多肽进入ER腔并折叠成功能构象．分泌蛋白质的合成和胞吐作用内质网高尔基体泡泡泡融入质膜核糖体芽泡3.

翻译后转移———线粒体蛋白的靶向输送(1)90%以上线粒体蛋白前体在胞液合成后输入线粒体，其中大部分定位于基质；(2)线粒体基质蛋白前体的N端有保守的20-35残基信号序列，称为导肽，富含Ser、Thr及碱性氨基酸．(3)线粒体基质蛋白靶向输送过程线粒体外膜线粒体内膜带有导肽的线粒体蛋白质前体跨膜运送过程示意图内外膜接触位点的蛋白质通道线粒体hsp70受体蛋白hsp70导肽蛋白酶切除导肽20Sproteasome26Sproteasome外观呈哑铃形状结构20S26SCP:20S蛋白水解核心酶体（proteolyticcoreparticle）---具有催化活性RP:19S调节复合体（regulatorycomlex）----具有调节活性20S蛋白水解核心酶体分子量为700~750KD；

由28个亚基组成，呈4层排列，每层7个，形成同源亚基的α环或β环，α7β7β7α7，外形整体成圆柱形状

TheEnd翻译(translation)；在蛋白质合成期间，将存在于mRNA上代表一个多肽链的核苷酸残基序列转换为多肽链氨基酸残基序列的过程。2．遗传密码(geneticcode)：核酸中的核苷酸残基序列与蛋白质中的氨基酸残基序列之间的对应关系。连续的3个核苷酸残基序列为一个密码子，特指一个氨基酸。标准的遗传密码是由64个密码子组成的，几乎为所有生物通用。

六、名词解释3.起始密码子(iniation

codon)；指定蛋白质合成起始位点的密码子。最常见的起始密码子是蛋氨酸密码：AUG。4.终止密码子(ter