分子生物学-许晓东-4

4生物信息的传递（下）DNARNAproteinDNA:5’CGTGGATACACTTTTGCC3’编码链、有意义链3’GCACCTATGTGAAAACGG5’模板连、反义链mRNA:5’CGUGGAUACACUUUUGCC3’PROTEIN:NArgGlyTyrThrPheAlaC转录transcriptionReverstranscription反转录翻译translation翻译是指将mRNA链上的核苷酸从一个特定的起始位点开始，按每3个核苷酸代表一个氨基酸的原则，依次合成一条多肽链的过程。蛋白质是生物信息通路上的终产物，一个活细胞在任何发育阶段都需要数千种不同的蛋白质。因此，活细胞内时刻进行着各种蛋白质的合成、修饰、运转和降解反应。细胞所用来进行合成代谢总能量的90%消耗在蛋白质合成过程中，而参与蛋白质合成的各种组分约占细胞干质量的35%。真核细胞中：70种以上的核糖体蛋白质，20种以上的氨酰-tRNA合成酶，10多种起始因子、延伸因子和终止因子，约50种tRNA，各种rRNA、mRNA，100种以上翻译后加工酶参与蛋白质合成和加工。翻译过程：翻译的起始：核糖体与mRNA结合并与氨酰-tRNA生成起始复合物。肽链的延伸：核糖体沿mRNA5’端向3’端移动，开始了从氨基端向羧基端的多肽合成。肽链的终止与释放：核糖体从mRNA上解离。在翻译过程中：核糖体是蛋白质合成的场所。mRNA是蛋白质合成的模板。tRNA是模板与氨基酸之间的接合体。在合成的各个阶段有许多蛋白质、酶和其他生物大分子参与。4.1遗传密码——三联子克里克1954年提出假说：一定存在有称作“联接物”的小分子RNA，它既能够固定氨基酸，又能够与核酸模板发生相互作用。该假说认为存在20种“联接物”RNA分子，一种RNA对应一种氨基酸，同时存在20种酶可以把一种氨基酸专一性地结合到一种“联接物”RNA上4.1.1三联子密码及其破译构想：以3个核苷酸代表一个氨基酸，则可以有43=64种密码，可以满足编码20种氨基酸的需要(1954年，G.Gamow)。证明(1961年，F.Crick&S.Brenner)：在模板mRNA中插入或删除一个碱基，会改变该密码子以后全部氨基酸序列。若同时对模板进行插入和删除试验，插入和删除的碱基数一样，后续密码子序列就不会变化，翻译得到的后续的蛋白质序列就保持不变。如果同时删去3个核苷酸，翻译产生少一个氨基酸的蛋白质，序列不发生变化。三联子的确认：1移码突变2烟草坏死病外壳蛋白亚基400aa/1200bCrick提出的遗传密码的特点：1三个碱基一组编码一个氨基酸2密码是不重叠的3碱基的序列是从固定起点解读的4密码是简并的这意味着，只有20种有意义的密码子……这种密码子数目与氨基酸的数目之间的精确对应关系看起来似乎太完美了，不可能是不对的！Crick认为，如果每个三联体都被在正确的“阅读框架”中阅读的话，那么它将编码一种氨基酸；但是一旦阅读框架被位移了一个碱基的话，那么所有的三联体将失去它们的编码意义。历史是这样的……破译密码：1以均聚物、随机共聚物和特定序列的共聚物为模板指导多肽的合成(1961年Nirenberg)UUUUUUUUUUUUUUUUUU->PhePhePhePhePhePheCCCCCCCCCCCCCCCCCC->ProProProProProProAAAAAAAAAAAAAAAAAA->LysLysLysLysLysLysA/C共聚核苷：CCCCCACACACCCAAACAAACAAAProProHisThrGlnThrAsnLys多聚二核苷酸polyUG:UGUGUGUGUGUGUGUGUG->CysValCysValCysVal多聚三核苷酸polyUUC:UUCUUCUUCUUCUUCUUC->PhePhePhePhePhePheUCUUCUUCUUCUUCUUCU->SerSerSerSerSerSerCUUCUUCUUCUUCUUCUU->LueLueLueLueLueLue2核糖体结合技术(1964年,Nirenberg)人工合成三核苷酸NNN核糖体AA-tRNA*硝酸纤维素膜过滤检测放射性UAA→终止密码子(Ochre赭石)UAG→终止密码子(Amber琥珀)UGA→终止密码子(Opal蛋白石)扩展：密码偏爱Codonusage

bias4.1.2遗传密码的性质密码的连续性。起始密码子决定所有后续密码子的位置。密码间无间断也没有重叠。密码的简并性。由一种以上密码子编码同一个氨基酸的现象称为简并（degeneracy），对应于同一种氨基酸的几个密码子称为同义密码子（synonymouscodon）。一般说来，编码某一氨基酸的密码子越多，该氨基酸在蛋白质中出现的频率也越高。精氨酸是个例外，因为在真核生物中CG双联子出现的频率较低，所以尽管有6个同义密码子，蛋白质中精氨酸的出现频率仍然不高。真核生物中5-mC主要出现在5’-CpG-3’序列中，5-mC脱氨后生成的胸腺嘧啶（T），不易被识别和矫正。因此，特定部位的5-mC脱氨基反应，将在DNA分子中引入可遗传的转化（C→T）。密码的普遍性与特殊性。密码子表是具有普遍性的，适用于一切生物，但也有些特殊情况。密码子通用编码线粒体编码哺乳动物酵母菌果蝇植物UGA

终止码色氨酸色氨酸色氨酸终止码AUA

异亮氨酸甲硫氨酸

甲硫氨酸

甲硫氨酸

异亮氨酸CUA

亮氨酸亮氨酸苏氨酸

亮氨酸亮氨酸AGA

精氨酸终止码

精氨酸丝氨酸

精氨酸密码子与反密码子的相互作用。在密码子与反密码子的配对中，前两对严格遵守碱基配对原则，第三对碱基有一定的自由度，可以"摆动"，因而使某些tRNA可以识别1个以上的密码子。如果有几个密码子同时编码一个氨基酸，凡是第一、二位碱基不同的密码子都对应于各自独立的tRNA。第一、二位碱基相同的密码子，则共用一种tRNA。原核生物中大约有30-50中tRNA，真核生物中可能存在50种tRNA。tRNA在蛋白质合成中处于关键地位。tRNA不仅为每个三联密码子翻译成氨基酸提供了接合体，还为准确无误地将所需氨基酸运送到核糖体上提供运送载体，它又被称为第二遗传密码。特点：存在经过特殊修饰的碱基，3’端都以CCA-OH结束，这是其氨基酸结合位点。4.2tRNAtRNA的产生4.2.1tRNA的三叶草形二级结构由于小片段碱基互补配对，形成三叶草形的二级结构。三叶草形tRNA分子上有4条根据它们的结构或已知功能命名的手臂：

受体臂：3’端有未配对的3～4个碱基；3’端的CCA，最后一个碱基2’和3’烃基可被氨酰化。

TψC臂：其中ψ[psai]表示假尿嘧啶。

反密码子臂：位于套索中央有三联反密码子。

D臂：含有二氢尿嘧啶。各种tRNA均有74-95个核苷酸，其中有22个核苷酸是恒定不变的。

受体臂：链两端碱基序列互补形成7bp的茎；3’端有未配对的3～4个碱基；3’端的CCA，最后一个碱基2’和3’烃基可被氨酰化。

TψC臂：常由5bp的茎和7nt的环组成。负责核糖体的识别。

反密码子臂：常由5bp的茎和7nt的环组成。

D臂：含有二氢尿嘧啶。茎的长度常为4bp。

额外臂：4-21nt不等。tRNA上碱基的修饰tRNA的稀有碱基非常丰富，约有70余种。每个tRNA分子至少有2个稀有碱基，最多有19个。多数分布在非配对区，特别是在反密码子3'端邻近部位出现的频率最高。4.2.2tRNA的L形三级结构酵母苯丙氨酸tRNA的三级氢键•tRNA三级结构主要由在二级结构中未配对碱基间形成的9个氢键（三级氢键）而引发的。•大部分恒定或半恒定核苷酸都参与三级氢键的形成。

tRNA高级结构上的特点是研究其生物学功能的重要线索：tRNA上所运载的氨基酸必须靠近位于核糖体大亚基上的多肽合成位点，而反密码子必须与小亚基上的mRNA相配对，所以分子中两个不同的功能基团是最大限度分离的。这个结构形式满足了蛋白质合成过程中对tRNA的各种要求而成为tRNA的通式，研究证实tRNA的性质是由反密码子而不是它所携带的氨基酸所决定的。tRNA的性质是由反密码子而不是它所携带的氨基酸所决定的：试验：14C-Cys-tRNAcys---Ni--->14C-Ala-tRNAcys4.2.3tRNA的功能翻译阶段遗传信息从mRNA转移到结构极不相同的蛋白质分子，信息是以能被翻译成单个氨基酸的三联密码子形式存在的，这里起作用的是tRNA的解码机制。氨基酸在合成蛋白质之前先通过AA-tRNA合成酶活化，在消耗ATP的情况下结合到tRNA上，生成有蛋白质合成活性的AA-tRNA，由AA-tRNA上的反密码子与mRNA上的密码子相互识别并配对，将AA带到mRNA-核糖体复合物上，插入到正在合成的多肽链的适当位置上。所有的tRNA都能够与核糖体的A位点和P位点结合。A:氨酰-tRNA结合位点P:肽酰-tRNA结合位点起始tRNA延伸tRNA原核IF-2EF-Tu真核eIF-2eEF1tRNA能被翻译辅助因子识别tRNA与其他因子的作用4.2.4tRNA的种类起始tRNA和延伸tRNA。一类能特异地识别mRNA模板上起始密码子的tRNA叫起始tRNA（原核生物起始tRNA携带甲酰甲硫氨酸）。其他tRNA统称为延伸tRNA。同工tRNA。几个代表相同氨基酸的tRNA称为同工tRNA（cognatetRNA）。在一个同工tRNA组内，所有的tRNA均专一于相同的氨酰-tRNA合成酶。校正tRNA。分两类：无义突变（nonsensemutation）的校正tRNA和错义突变（missensemutation）的校正tRNA。均通过改变其反密码子区校正突变而依然合成原氨基酸。起始tRNA与延伸tRNA的区别起始tRNA和延伸tRNA无义突变和错义突变的校正校正tRNA（Sup=Suppressor抑制体）4.2.5氨酰-tRNA合成酶第一步：AA+ATP+酶(E)→E-AA-AMP+PPi第二步：E-AA-AMP+tRNA→AA-tRNA+E+AMP无论氨酰基开始被连接到腺苷上的哪一个羟基上，最终都会连接到3'羟基上，因为2'-O-氨酰-tRNA会通过酯交换反应（transesterification）转移到3'羟基上。氨酰-tRNA合成酶能精确识别tRNA和氨基酸。大多数细胞可产生二十种不同的氨酰-tRNA合成酶，每一种酶负责一种氨基酸。它们各不相同，各负其责，使一种氨基酸与其相应的一套tRNA分子结合。异亮氨酸-tRNA合成酶对异亮氨酸的亲和力比对缬氨酸大225倍，体内缬氨酸的浓度比异亮氨酸高5倍，缬氨酸被错误渗入到异亮氨酸位点上去的机率应是1/40，但实际误差率只有约1/10000。研究发现，被错误活化的缬氨酸不会被结合到tRNAIle上，而是被异亮氨酰-tRNA合成酶本身水解，即活化阶段产生的误差在后一阶段被再次校正了。氨酰-tRNA合成酶与tRNA的识别ClassIbindsminorgrooveofacceptorarmClassIIbindsmajorgrooveofacceptorarm4.3核糖体生物细胞内，核糖体像一个能沿mRNA模板移动的工厂，执行着蛋白质合成的功能。核糖体是由几十种蛋白质和几种核糖体RNA(ribosomalRNA,rRNA)组成的亚细胞颗粒。一个细菌细胞内约有20000个核糖体，而真核细胞内可达106个。核糖体蛋白占原核细胞总蛋白量的10%，占细胞内总RNA量的80%。核糖体及其他组分在大肠杆菌细胞内的分布组分占细胞总量细胞内数量细胞壁10%1细胞膜10%2DNA2%1mRNA2%3.5×103tRNA3%1.6×105rRNA21%8×105核糖体蛋白9%2×104可溶性蛋白40%106小分子3%7.5×106大肠杆菌核糖体基本成分

核糖体小亚基大亚基沉降系数70S30S50S总体相对分子质量2.52×1069.30×1051.59×106主要rRNA（碱基数）

16S（1541）23S（2004）主要rRNA（碱基数）

5S（120）RNA相对分子质量1.66×1065.60×1051.10×106RNA所占比例66%60%70%蛋白质数量

2136蛋白质相对分子量8.57×1053.70×1054.87×105蛋白质所占比例34%40%30%在真核生物中，正在进行蛋白翻译的核糖体都不是在细胞质内自由漂浮，而是直接或间接与细胞骨架或内质网关联。细菌核糖体大都通过与mRNA的相互作用，被固定在核基因组上。4.3.1核糖体的结构1核糖体由大小两个亚基组成真核：RNA-3/5蛋白质-2/5原核：RNA-2/3蛋白质-1/3核糖体是一个致密的核糖核蛋白颗粒，可以解离为大小两个亚基，大亚基约为小亚基相对分子质量的二倍。每个亚基都含有一个分子质量较大的rRNA和许多蛋白质分子。这些大分子rRNA能在特定位点与蛋白质结合，从而完成核糖体不同亚基的组装。原核生物、真核生物细胞质及细胞器的核糖体存在着很大差异……核糖体来源大亚基小亚基沉降系数RNA沉降系数RNA80S脊椎动物60S20～29S40S18S5S5.8S80S无脊椎动物植物60S25S40S16～18S5S5.8S70S原核生物50S23S30S16S5S55S脊椎动物线粒体40S16～17S30S10～13S2核糖体蛋白（ribosomalprotein,r-蛋白）核糖体蛋白的催化活性依赖于核糖体整体。大肠杆菌核糖体小亚基由21种蛋白质组成，分别用S1……S21表示，大亚基由36种蛋白质组成，分别用L1……L36表示。真核生物细胞核糖体蛋白质中，大亚基含有49种蛋白质，小亚基有33种蛋白质。Recently,wedemonstratedthatRPL5andRPL11actinamutuallydependentmannertoinhibitHdm2andstabilizep53followingimpairedribosomebiogenesis.GiventhatRPL5andRPL11formapreribosomalcomplexwithnoncoding5SribosomalRNA(rRNA)andthethreehavebeenimplicatedinthep53response,wereasonedtheymaybepartofanHdm2-inhibitorycomplex.Here,weshowthatsmallinterferingRNAsdirectedagainst5SrRNAhavenoeffectontotalornascentlevelsofthenoncodingrRNA,thoughtheypreventthereportedHdm4inhibitionofp53.Toachieveefficientinhibitionof5SrRNAsynthesis,wetargetedTFIIIA,aspecificRNApolymeraseIIIcofactor,which,likedepletionofeitherRPL5orRPL11,didnotinducep53.Instead,5SrRNAactsinadependentmannerwithRPL5andRPL11toinhibitHdm2andstabilizep53.Moreover,depletionofanyoneofthethreecomponentsabolishedthebindingoftheothertwotoHdm2,explainingtheircommondependence.Finally,wedemonstratethattheRPL5/RPL11/5SrRNApreribosomalcomplexisredirectedfromassemblyintonascent60SribosomestoHdm2inhibitionasaconsequenceofimpairedribosomebiogenesis.Thus,theactivationoftheHdm2-inhibitorycomplexisnotapassivebutaregulatedevent,whosepotentialroleintumorsuppressionhasbeenrecentlynoted.CellReportsVolume4,Issue1,p87–98,11July2013有些核糖体蛋白还具有重要的调控功能3核糖体RNA

（rRNA）真核生物rRNA剪切和核糖体的组装原核rRNA前体加工示意原核生物真核生物5SrRNA：一个保守序列与tRNA（

TψC）作用；另一个保守序列与23SrRNA互补。5SrRNA：与原核5SrRNA结构相似。5.8SrRNA：有与原核5SrRNA相同的保守序列，可能识别tRNA。23SrRNA：有一段与tRNAMet互补的序列；有一段序列与5SrRNA互补。28SrRNA：功能不明。16SrRNA：识别SD序列；3’端有与23SrRNA互补的序列。18SrRNA：3’端与原核16SrRNA同源。在高倍电镜下得到的原核生物70S核糖体大、小亚基相结合的模型，核糖体分子可容纳两个tRNA和约40nt长的mRNA。

Howthesmall(30S)subunitof

E.coli

ribosomesisassembledfromthelarge16SribosomalRNA(rRNA)andandtwenty-oneindividualproteins./College/BIO/professors/culvera,'Top'viewofthe70SribosomewithmRNAandA-P-andE-sitetRNAs.b,c,Explodedviewofthe30Ssubunit(b)and50Ssubunit(c).ThestructureoftheL7/L12arm10wasfitontothe70Sribosome,withmRNAelongatedbymodelling.TMSchmeing&VRamakrishnan

Nature

461,1234-1242(29October2009)Structureoftheribosome.4核糖体有3个tRNA结合位点A位点（aminoacylsite）P位点（peptidylsite）E位点（exitsite）4.3.2核糖体的功能核糖体存在于每个细胞中进行蛋白质的合成。尽管在不同生物体内其大小有别，但组织结构基本相同，而且执行的功能完全相同。核糖体包括多个活性中心，即：mRNA结合部位接受AA-tRNA部位(A位)结合肽基-tRNA的部位(P位)肽基转移部位及形成肽键的部位(转肽酶中心)此外，还有负责肽链延伸的各种延伸因子的结合位点。大小亚基功能：核糖体小亚基负责对模板mRNA进行序列特异性识别，如起始部分的识别、密码子与反密码子的相互作用等，mRNA的结合位点也在小亚基上。大亚基负责携带AA-tRNA、肽键的形成、AA-tRNA与肽链的结合、A位、P位、转肽酶中心等在大亚基上。4.4蛋白质合成的生物学机制GTP4.4.1氨基酸的活化至少存在20种氨酰-tRNA合成酶，同一种氨酰-tRNA合成酶具有把同种氨基酸加到几种同工tRNA上的能力。N-甲酰甲硫氨酰-tRNAfMet的形成：N-甲酰四氢叶酸+甲硫氨酰-tRNAfMet->四氢叶酸+N-甲酰甲硫氨酰-tRNAfMet20种氨基酸结构图4.4.2翻译的起始蛋白质合成的起始是指在模板mRNA编码区5’端形成核糖体-mRNA-起始tRNA复合物并将（甲酰）甲硫氨酸放入核糖体P位点。原核生物中，30S小亚基首先与mRNA模板相结合，再与fMet-tRNAfMet结合，最后与50S大亚基结合生成70S·mRNA·fMet-tRNAfMet起始复合物。真核生物中，40S小亚基首先与Met-tRNAMet相结合，再与模板mRNA结合，最后与60S大亚基结合生成80S·mRNA·Met-tRNAMet起始复合物。1原核生物翻译的起始细菌中翻译的起始需要如下7种成分:30S小亚基，模板mRNA，fMet-tRNAfMet，3个翻译起始因子（IF-l、IF-2和IF-3），GTP，50S大亚基，Mg2＋。IF-3协助识别SD序列（Shine-Dalgarnosequence）起始tRNA与延伸tRNA的区别2真核生物翻译的起始与原核生物比较：核糖体较大有较多的起始因子mRNA具有5’端帽子结构Met-tRNAMet不甲酰化mRNA分子5’端的“帽子”和3’端的多聚A都参与形成翻译起始复合物真核生物翻译起始示意图扩展：Internalribosomeentrysite内部核糖体进入位点Aninternalribosomeentrysite,abbreviatedIRES,isanucleotidesequencethatallowsfortranslationinitiationinthemiddleofamessengerRNA(mRNA)sequenceaspartofthegreaterprocessofproteinsynthesis.Usually,ineukaryotes,translationcanbeinitiatedonlyatthe5'endofthemRNAmolecule,since5'caprecognitionisrequiredfortheassemblyoftheinitiationcomplex.InternalRibosomeEntrySite(IRES)

are

RNA

structuresthatallowcapindependentinitiationoftranslation,andareabletoinitiatetranslationinthemiddleofamessenger

RNA.CripavirusIRES

alsoallowthetranslationinitiationonaAlanineorGlutaminetRNA.

DownstreamHairpinLoop(DLP)are

RNA

structuresthatallowinitiationofcapdependenttranslationintheabsenceofeIF2initiationfactor,wheretheinitiatingmethioninetRNAisplacedbythe

DLP

structureontheribosome./all_by_species/867.htmlIRES应用4.4.3肽链的延伸肽链的延伸由肽基转移酶催化（Peptidyltransferaseactivityresidesexclusivelyinthe23SrRNA.）NascentpolypeptideistransferredtoaminoacyltRNA.原核EF-TuEF-TsEF-G真核EF-1EF-24.4.4肽链的终止I类释放因子：识别终止密码子，并能催化新合成的肽链从P位点的tRNA中水解释放出来。II类释放因子：在多肽链释放之后，刺激I类释放因子从核糖体中解离出来。原核生物真核生物I类II类I类II类RF1(UAA、UAG)RF2(UAA、UGA)RF3eRF1eRF3大肠杆菌核糖体上蛋白质合成的终止过程小结Functionalhomologiesofprokaryoticandeukaryotictranslationfactors.翻译的产物4.4.5蛋白质前体的加工新生多肽链大多数是没有功能的，必须经过加工修饰才能转变为有活性的蛋白质。N端fMet或Met的切除二硫键的形成特定氨基酸的修饰。氨基酸侧链的修饰包括：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。切除新生链中非功能片段1N端fMet或Met的切除不管是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之前就被切除。(a)Inbacteria,theribosome-associatedpeptidedeformylase(PDF)removestheformylgroupoftheN-terminalformylmethionineofnascentproteins.Thisprocessisaprerequisitefortheproteolyticremovaloftheunmaskedmethioninebymethionineaminopeptidase(MAP).TheenlargementshowsPDF(cyanribbon)boundtoribosomalproteinL22(magenta)nexttotheribosomaltunnelexit(whitestar).ThesecondinteractionsiteofPDFontheribosome,proteinL32,isnotvisibleinthisviewoftheribosome,whichisslicedalongthetunnel.Thepathofthenascentchainisindicatedbyyellowspheres.(b)Ineukaryotes,theN-terminalmethionineofnascentpolypeptidesisoftenremovedbymethionineaminopeptidase.Irrespectiveofwhetherthisenzymaticprocessingoccurs,ribosome-associatedN-acetyltransferasescantransferanacetylmoietytotheN-terminalaminegroupofthenascentpolypeptide.NatureStructural&MolecularBiology16,589-597(2009)前体蛋白的切割：HIVProteinSplicingIsAutocatalyticAnintein(内含肽)hastheabilitytocatalyzeitsownremovalfromaproteininsuchawaythattheflankingexteins(外显肽)areconnected.Proteinsplicingiscatalyzedbytheintein.Mostinteinshavetwoindependentactivities:proteinsplicingandahomingendonuclease.Inproteinsplicingtheexteinsareconnectedbyremovingtheinteinfromtheprotein扩展Proteinsplicingusestransesterifications内含肽在蛋白质纯化中的应用2二硫键的形成细胞内的还原性环境妨碍二硫键的形成。细菌二硫键在周质空间，真核生物在内质网腔中形成二硫键。3特定氨基酸的修饰磷酸化（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）羧基化糖基化是真核生物蛋白质的特征之一N-linkedglycosylationsites(NXT/NXS)磷酸化由蛋白激酶催化，发生在丝氨酸、苏氨酸和酪氨酸等三种氨基酸的侧链。proteinkinaseA

甲基化包括发生在Arg、His、Gln侧基的N-甲基化以及Glu和Asp侧基的O-甲基化。Sitesofpost-translationalmodificationsonthehistonetails.Themodificationsshownincludeacetylation(purple),methylation(red),phosphorylation(green),andubiquitination(orange).——Genes&Dev.

2001.

15:2343-2360

cross-linkedprotein(蛋白质交联)Traffic.201213:19-24左：催化谷氨酰胺与赖氨酸发生交联的酶是转谷氨酰胺酶（transglutaminase）右：泛素76位甘氨酸与底物蛋白质的化学键，催化的酶为E1、E2和E3。扩展4切除新生链中非功能片段前胰岛素原的加工4.4.6蛋白质的折叠新生多肽链必须经过正确的折叠，才能形成动力学和热力学稳定的三维构象，从而表现出生物学活性或功能。多肽链的折叠式一个复杂的过程，新生肽链一般首先折叠成二级结构，再进一步折叠盘绕成三级结构。对于寡聚蛋白质，一般还需要组装成更为复杂的四级结构。分子伴侣（molecularchaperone）是能在细胞内辅助新生肽链正确折叠的一类蛋白质。它是一类在序列上没有相关性但有共同功能的保守性蛋白质。分为两类：热休克蛋白（heatshockprotein）、伴侣素（chaperonin）。1.热休克蛋白是一类应激反应性蛋白，包括HSP70、HSP40和GrpE三个家族，广泛存在于原核和真核细胞中。2.伴侣素包括HSP60和HSP10（原核中分别为GroEL和GroES），它主要是为非自发性折叠蛋白提供能折叠形成天然结构的微环境。4.4.7蛋白质合成的抑制剂主要是抗生素、干扰素、核糖体灭活蛋白等。抗菌素对蛋白质合成的作用：阻止mRNA与核糖体结合（氯霉素）；阻止AA-tRNA与核糖体结合（四环素类）；干扰AA-tRNA与核糖体结合而产生错读（链霉素、新霉素、卡那霉素等）；作为竞争性抑制剂抑制蛋白质合成。如链霉素能干扰fMet-tRNA与核糖体的结合，而阻止蛋白质合成的正确起始，也会导致mRNA的错读。干扰素处理细胞后引起翻译起始抑制和mRNA降解抗生素在蛋白质合成不同阶段的抑制作用4.5蛋白质转运机制翻译-转运同步机制蛋白质的合成和运转同时发生。分泌蛋白质大多是以同步机制运输的。翻译后转运机制蛋白质从核糖体上释放后才发生运转。在细胞器发育过程中，由细胞质进入细胞器的蛋白质大多是以翻译后运转机制运输的。4.5.1翻译-转运同步机制机制过程：

分泌蛋白的生物合成开始于核糖体，翻译到大约50个氨基酸残基，信号肽开始从核糖体的大亚基露出，被内质网膜上的受体识别并与之结合。

信号肽过膜后被内质网腔的信号肽酶水解，新生肽随之通过蛋白孔道穿越疏水的双层磷脂。

当核糖体移到mRNA的“终止”密码子，蛋白质合成即告完成，翻译体系解散，膜上的蛋白孔道消失，核糖体重新处于自由状态。

蛋白质定位的信息存在于该蛋白质自身结构中，并且通过与膜上特殊受体的相互作用得以表达。信号肽紧接在起始密码之后，大部分是疏水氨基酸。信号肽的长度在13～36个残基。

信号肽的特点： 10～15个疏水氨基酸； N端有带正电荷的氨基酸； C端接近切割点处代数个极性氨基酸；离切割点最近的氨基酸往往带有很短的侧链（Ala,Gly）。蛋白合成-定位内质网1.完整的信号肽是保证蛋白质转运的必要条件。2.仅有信号肽还不足以保证蛋白质转运的发生。3.信号序列的切除并不是转运所必需的。4.并非所有的转运蛋白都有可降解的信号肽。signalrecognition

particle

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4.5.2翻译后转运机制叶绿体和线粒体中有许多蛋白质和酶是由细胞质提供的，其中绝大多数以翻译后运转机制进入细胞器内。线粒体蛋白质跨膜转运特征:通过线粒体膜的蛋白质在运转之前大多数以前体形式存在，它由成熟蛋白质和位于N端的一段前导肽（leaderpeptide）共同组成，前导肽约含20～80个氨基酸残基，当前体蛋白过膜时，前导肽被多肽酶所水解，释放成熟蛋白质。蛋白质通过线粒体内膜的运转是一种需要能量的过程。蛋白质通过线粒体膜运转时，首先由外膜上的Tom受体复合蛋白识别与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。蛋白质跨膜运转时的能量来自线粒体Hsp70引发的ATP水解和膜电位差。Tom：TransporterOuterMembrane

Tim：TransporterInnerMembrane

前导肽的作用与性质拥有前导肽的线粒体蛋白质前体能够跨膜运转进入线粒体，在这一过程中前导肽被水解，前体转变为成熟蛋白，则失去继续跨膜能力。因此，前导肽对线粒体蛋白质的识别和跨膜运转起着关键作用。前导肽具有如下特性：带正电荷的碱性氨基酸（特别是精氨酸）含量较为丰富，它们分散于不带电荷的氨基酸序列之间；缺少带负电荷的酸性氨基酸；羟基氨基酸（特别是丝氨酸）含量较高；有形成两亲（既有亲水又有疏水部分）а-螺旋结构的能力。叶绿体蛋白质的跨膜转运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。叶绿体定位信号肽一般有两个部分，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。叶绿体蛋白质转运有如下特点：活性蛋白水解酶位于叶绿体基质内。叶绿体膜能够特异地与叶绿体蛋白的前体结合。叶绿体前体内可降解序列因植物和蛋白质种类不同而表现出明显的差异。4.5.3核定位蛋白的转运机制为了核蛋白的重复定位，这些蛋白质中的信号肽——被称为核定位序列（NLS—NuclearLocalizationSequence）一般都不被切除。NLS可以位于核蛋白的任何部位。AlignmentofNipahmatrixsequencewithknownNLSs.

PLoSPathog20106(11):e1001186HHV-6AIE2423-440and1207-1215domainsactasfunctionalnuclearlocalizationsignals.Verocellsweregrownonmicroscopyslides,transfectedwithGFP-IE2

423-440,GFP-IE21207-1215orcontrolGFPconstruct,andprocessedforimmunofluorescenceasdescribedundermaterialsandmethods.LeftpanelsrepresentGFPdistribution(GFP),whilesecondcolumnpanelsshowthesamefieldscoloredwithDAPInuclearstain(DAPI).Localizationofthefusionproteinsversusnucleusisunderscoredinthemergepanels.Totalmagnification:400×http://theses.ulaval.ca/archimede/fichiers/24149/ch04.html蛋白质向核内运输过程需要核运转因子（Importin）α、β和一个低分子量GTP酶（Ran）参与。核定位蛋白跨细胞核膜运转过程示意图：核孔细菌中蛋白质的跨膜转运4.6蛋白质的修饰、降解和稳定性研究大肠杆菌蛋白的降解需要一个依赖于ATP的蛋白酶（称为Lon）。真核生物蛋白降解可能主要依赖于泛素（ubiquitin）。蛋白质的半衰期大约从30s到许多天不等。像血红蛋白这样少数蛋白的半衰期与细胞周期同样长。4.6.1

泛素化修饰介导的蛋白质降解真核生物蛋白降解可能主要依赖于泛蛋白（ubiquitin）。泛素是76个氨基酸的小蛋白，序列高度保守。泛素泛素修饰的化学键泛蛋白与被降解蛋白连接示意图E1（活化酶）,E2（结合酶）,E3（连接酶）UbiquitinProteasomePathway泛素-蛋白酶体途径是一种较普遍的内源蛋白质降解方式。进一步研究发现，并非所有泛素化修饰都会导致蛋白降解。有些泛素化