第章蛋白质生物合成

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1、目录目录The wonderful world目录目录蛋白质的生物合成蛋白质的生物合成（翻译）（翻译）第第12章章Protein Biosynthesis(Translation)目录目录目录目录目录目录蛋白质生物合成的概念：蛋白质生物合成的概念：1.氨基酸的活化氨基酸的活化2.肽链合成起始肽链合成起始3.延伸延伸4.终止终止5.肽链形成后的加工和靶向输送肽链形成后的加工和靶向输送过程过程:目录目录内内 容容一、蛋白质生物合成体系一、蛋白质生物合成体系二、氨基酸的活化二、氨基酸的活化三、合成过程三、合成过程四、翻译后修饰和靶向输送四、翻译后修饰和靶向输送五、干扰与抑制五、干扰与抑制目录目录1.

2、基本原料：基本原料：20种编码氨基酸种编码氨基酸2.模板：模板：mRNA3.适配器：适配器：tRNA4.装配机：核蛋白体装配机：核蛋白体5.主要酶和蛋白质因子：氨基酰主要酶和蛋白质因子：氨基酰-tRNA合成酶、合成酶、转肽酶、起始因子、延长因子、释放因子等转肽酶、起始因子、延长因子、释放因子等6.能源物质：能源物质：ATP、GTP7.无机离子：无机离子：Mg2+、K+蛋白质生物合成体系蛋白质生物合成体系目录目录蛋白质合成中的三种蛋白质合成中的三种RNA目录目录5 3 mRNA是蛋白质生物合成的直接模板是蛋白质生物合成的直接模板原核生物的多顺反子原核生物的多顺反子真核生物的单顺反子真核生物的单顺

3、反子PPP5 3 蛋白质蛋白质PPPmG-5 3 蛋白质蛋白质AAA 目录目录密码子密码子起始密码子起始密码子终止密码子终止密码子目录目录n遗传密码的特点遗传密码的特点1.方向性（方向性（53）NC肽链延伸方向肽链延伸方向53读码方向读码方向目录目录碱基插入或缺失，可能导致碱基插入或缺失，可能导致框移突变。框移突变。缬缬 脯脯 苏苏 天冬天冬缬缬 丙丙 酪酪 甘甘缬缬 丙丙 丝丝 精精2.连续性连续性(non-punctuated)目录目录3.简并性简并性简并引物简并引物目录目录 通用密码通用密码 线粒体密码线粒体密码AUA 异亮异亮 蛋、起始蛋、起始AGA 精精 终止终止AGG 精精 终止终

4、止UGA 终止终止 色色4.通用性通用性(universal)例例 外外目录目录5.摆动性摆动性(wobble)反密码子与密码子之间的配对有时并不反密码子与密码子之间的配对有时并不严格遵守碱基配对严格遵守碱基配对 二、核蛋白体二、核蛋白体（Ribosome)蛋白质合成的场所蛋白质合成的场所目录目录n核蛋白体的组成核蛋白体的组成原核生物（以大肠杆菌为例）真核生物（以小鼠肝为例）小亚基30S40SrRNA16S1542个核苷酸18S1874个核苷酸蛋白质21种占总重量的40%33种占总重量的50%大亚基50S60SrRNA23S5S2940个核苷酸120个核苷酸28S5.85S5S4718个核苷酸

5、160个核苷酸120个核苷酸蛋白质31种占总重量的30%49种占总重量的35%目录目录70S ribosome50S large subunit23S rRNA5S rRNA31 proteins16S rRNA21 proteins30S small subunitn大肠杆菌的核蛋白体大肠杆菌的核蛋白体目录目录n1818S rRNA的二级结构的二级结构目录目录关于核糖体蛋白关于核糖体蛋白目录目录n原核生物核蛋白体结构模式原核生物核蛋白体结构模式 三、三、tRNAtRNA运载氨基酸，充当运载氨基酸，充当“适配器适配器二级结构三级结构反密码环反密码环氨基酸臂氨基酸臂ntRNA的构象的构象目录目录

6、四、所需酶类、蛋白质因子等四、所需酶类、蛋白质因子等酶类酶类氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶转肽酶转肽酶：形成肽键，并使：形成肽键，并使P位氨基酸与位氨基酸与rRNA分开分开转位酶转位酶目录目录（二）蛋白质因子（二）蛋白质因子起始因子（起始因子（initiation factor，IF）延长因子（延长因子（elongation factor，EF）释放因子（释放因子（release factor，RF）目录目录关于翻译延长因子关于翻译延长因子目录目录参与原核生物翻译的各种蛋白质因子及其生物学功能参与原核生物翻译的各种蛋白质因子及其生物学功能种类种类生物学功能生物学功能起始因子起始因子IF-1

7、占据占据A位防止结合其他位防止结合其他tRNAIF-2促进起始促进起始tRNA与小亚基结合与小亚基结合IF-3促进大小亚基分离，提高促进大小亚基分离，提高P位对结合起始位对结合起始tRNA的的敏感性敏感性延长因子延长因子EF-Tu促进氨基酰促进氨基酰-tRNA进入进入A位，结合并分解位，结合并分解GTPEF-Ts调节亚基调节亚基EF-G有转位酶活性，促进有转位酶活性，促进mRNA-肽酰肽酰-tRNA由由A位移位移至至P位，促进位，促进tRNA卸载与释放卸载与释放释放因子释放因子RF-1特异识别特异识别UAA、UAG，诱导转肽酶转变为酯酶，诱导转肽酶转变为酯酶RF-2特异识别特异识别UAA、UG

8、A，诱导转肽酶转变为酯酶，诱导转肽酶转变为酯酶RF-3可与核蛋白体其他部位结合，有可与核蛋白体其他部位结合，有GTP酶活性，能酶活性，能介导介导RF-1及及RF-2与核蛋白体的相互作用与核蛋白体的相互作用参与真核生物翻译的各种蛋白质因子及其生物学功能参与真核生物翻译的各种蛋白质因子及其生物学功能种类种类生物学功能生物学功能起始因子起始因子eIF-1多功能因子，参与多个翻译步骤多功能因子，参与多个翻译步骤eIF-2促进起始促进起始tRNA与小亚基结合与小亚基结合eIF-2B,eIF-3最先结合小亚基，促进大小亚基分离最先结合小亚基，促进大小亚基分离eIF-4AeIF-4F复合物成分，有复合物成分

9、，有RNA解螺旋酶活性，能解除解螺旋酶活性，能解除mRNA5-端的发夹结构，使其与小亚基结合端的发夹结构，使其与小亚基结合eIF-4B结合结合mRNA，促进，促进mRNA扫描定位起始扫描定位起始AUGeIF-4EeIF-4F复合物成分，结合复合物成分，结合mRNA 5 帽子帽子eIF-4GeIF-4F复合物成分，结合复合物成分，结合eIF-4E、eIF-3和和PolyA 结合蛋白结合蛋白eIF-5促进各种起始因子从小亚基解离，进而结合大亚基促进各种起始因子从小亚基解离，进而结合大亚基eIF-6促进核蛋白体分离成大小亚基促进核蛋白体分离成大小亚基延长因子延长因子eEF1-促进氨基酰促进氨基酰-t

10、RNA进入进入A位，结合分解位，结合分解GTP，相当于，相当于EF-TueEF1-调节亚基，相当于调节亚基，相当于EF-TseEF-2有转位酶活性，促进有转位酶活性，促进mRNA-肽酰肽酰-tRNA由由A位移至位移至P位，促进位，促进tRNA卸载与释放，相当于卸载与释放，相当于EF-G 释放因子释放因子eRF识别所有终止密码子，具有原核生物各类识别所有终止密码子，具有原核生物各类RF的功能的功能目录目录能源为能源为ATP和和GTP;离子有离子有Mg2+、K+等。等。目录目录内内 容容一、蛋白质生物合成体系一、蛋白质生物合成体系二、氨基酸的活化二、氨基酸的活化三、合成过程三、合成过程四、翻译后修

11、饰和靶向输送四、翻译后修饰和靶向输送五、干扰与抑制五、干扰与抑制目录目录氨基酸氨基酸+tRNA氨基酰氨基酰-tRNAATP AMPPPi氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶总反应总反应目录目录目录目录l氨基酰氨基酰-tRNA合成酶对底物氨基酸和合成酶对底物氨基酸和tRNA都都有高度特异性。有高度特异性。tRNA氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶ATP目录目录l氨基酰氨基酰-tRNA合成酶具有校正活性。合成酶具有校正活性。动动力力学学校校对对化化学学校校对对 特性特性目录目录内内 容容一、蛋白质生物合成体系一、蛋白质生物合成体系二、氨基酸的活化二、氨基酸的活化三、合成过程三、合成过程四、翻译后修饰

12、和靶向输送四、翻译后修饰和靶向输送五、干扰与抑制五、干扰与抑制目录目录 起始起始(initiation)延长延长(elongation)终止终止(termination)原核生物原核生物目录目录IF-3IF-11.1.核蛋白体大小亚基分离核蛋白体大小亚基分离起始起始目录目录A U G53IF-3IF-12.mRNA2.mRNA在小亚基定位结合在小亚基定位结合目录目录mRNA起始起始AUG上游有富嘌呤序列上游有富嘌呤序列小亚基小亚基16S-rRNA 3-端有一富含嘧啶的序列与端有一富含嘧啶的序列与S-D序列互补序列互补AUG53IF-3IF-1目录目录IF-3IF-1IF-2GTP3.起始氨基酰

13、起始氨基酰tRNA(fMet-tRNAfMet)结合到小亚基结合到小亚基A U G53目录目录IF-3IF-1IF-2GTPGDPPi4.4.核蛋白体大亚基结合，起始复合物形成核蛋白体大亚基结合，起始复合物形成A U G53目录目录IF-3IF-1A U G53IF-2GTPIF-2-GTPGDPPi起始复合物形成过程起始复合物形成过程目录目录1.进位进位（二）延长（二）延长目录目录 进位需要延长因子进位需要延长因子EF-Tu与与EF-Ts参与。参与。目录目录Tu TsGTPGDPA U G53TuTsGTPn进位的反应过程：进位的反应过程：目录目录成肽成肽目录目录转位转位目录目录fMetA

14、U G53fMetTuGTP成肽成肽转位转位下一轮进位下一轮进位进进位位转转位位成肽成肽n肽链合成延长肽链合成延长(核蛋白体循环核蛋白体循环)过程过程目录目录核糖体循环过程动画核糖体循环过程动画目录目录蛋白质合成过程动画蛋白质合成过程动画目录目录终止因子识别终止密码子终止因子识别终止密码子RF-1特异识别特异识别UAA、UAG；RF-2特异识别特异识别UAA、UGA。诱导转肽酶转变为酯酶活性诱导转肽酶转变为酯酶活性（三）终止（三）终止原原核核肽肽链链合合成成终终止止过过程程 目录目录多聚核蛋白体多聚核蛋白体转录时同时翻译转录时同时翻译目录目录电镜下的多聚核蛋白体电镜下的多聚核蛋白体目录目录二、

15、真核生物的肽链合成过程二、真核生物的肽链合成过程目录目录真核生物翻译起始复合物真核生物翻译起始复合物mRNA eIF-6 GDP+PielF-5ATPADP+PielF4E,elF4G,elF4A,elF4B,PABMetMet-tRNAiMet-elF-2-GTP真核生物翻译起始真核生物翻译起始复合物形成过程复合物形成过程目录目录（二）延长（二）延长（三）终止（三）终止原核生物与真核生物肽链合成过程的主要差别原核生物与真核生物肽链合成过程的主要差别原核生物原核生物真核生物真核生物mRNA一条一条mRNA编码几种蛋白质（多顺反子）编码几种蛋白质（多顺反子）一条一条mRNA编码一种蛋白质（单顺反

16、子）编码一种蛋白质（单顺反子）转录后很少加工转录后很少加工转录后进行首尾修饰及剪接转录后进行首尾修饰及剪接转录、翻译和转录、翻译和mRNA的降解可同时发生的降解可同时发生mRNA在核内合成，加工后进入胞液，再在核内合成，加工后进入胞液，再作为模板指导翻译作为模板指导翻译核蛋白体核蛋白体30S小亚基小亚基50S大亚基大亚基 70S核蛋白体核蛋白体40S小亚基小亚基60S大亚基大亚基 80S核蛋白体核蛋白体起始阶段起始阶段起始氨基酰起始氨基酰-tRNA为为fMet-tRNAfMet起始氨基酰起始氨基酰-tRNA为为Met-tRNAiMet核蛋白体小亚基先与核蛋白体小亚基先与mRNA结合结合,再与再

17、与fMet-tRNAfMet结合结合核蛋白体小亚基先与核蛋白体小亚基先与Met-tRNAiMet结合，结合，再与再与mRNA结合结合mRNA中的中的S-D序列与序列与16S rRNA 3-端的端的一段序列结合一段序列结合mRNA中的帽子结构与帽子结合蛋白复合中的帽子结构与帽子结合蛋白复合物结合物结合有有3种种IF参与起始复合物的形成参与起始复合物的形成有至少有至少10种种eIF参与起始复合物的形成参与起始复合物的形成延长阶段延长阶段延长因子为延长因子为EF-Tu、EF-Ts和和EF-G延长因子为延长因子为eEF-1、eEF-1和和eEF-2终止阶段终止阶段释放因子为释放因子为RF-1、RF-2

18、和和RF-3释放因子为释放因子为eRF目录目录内内 容容一、蛋白质生物合成体系一、蛋白质生物合成体系二、氨基酸的活化二、氨基酸的活化三、合成过程三、合成过程四、翻译后修饰和靶向输送四、翻译后修饰和靶向输送五、干扰与抑制五、干扰与抑制目录目录 翻译后修饰翻译后修饰(posttranslational modification)。一级结构修饰、空间结构修饰、折叠为天一级结构修饰、空间结构修饰、折叠为天然构象等。然构象等。蛋白质的靶向输送蛋白质的靶向输送(protein targeting)。目录目录一、折叠为天然构象一、折叠为天然构象一级结构决定空间构象一级结构决定空间构象新生肽链新生肽链N-端一

19、出现，折叠即开始。端一出现，折叠即开始。大多数蛋白质折叠需要其他大多数蛋白质折叠需要其他酶和蛋白质酶和蛋白质辅助。辅助。目录目录(1)热休克蛋白热休克蛋白(heat shock protein,HSP)促进多肽折叠为天然构象。促进多肽折叠为天然构象。热休克蛋白包括热休克蛋白包括HSP70（DnaK)、HSP40(DnaJ)和和GrpE三族。三族。1.分子伴侣分子伴侣:识别非天然构象、促进正确折叠识别非天然构象、促进正确折叠目录目录大肠杆菌中的大肠杆菌中的HSP70 反应循环反应循环目录目录(2)伴侣蛋白伴侣蛋白(chaperonin)为非自发性折叠蛋白质为非自发性折叠蛋白质 提供能折叠形成天然

20、构象的微环境。提供能折叠形成天然构象的微环境。目录目录当待折叠肽链进入当待折叠肽链进入Gro EL的桶状空腔后，的桶状空腔后，Gro ES可作为可作为“盖子盖子”瞬时封闭瞬时封闭Gro EL空腔出口。封空腔出口。封闭后的桶状空腔提供了能完成该肽链折叠的微环境。闭后的桶状空腔提供了能完成该肽链折叠的微环境。nGro EL-Gro ES复合物复合物目录目录nGro EL-Gro ES反应循环反应循环 目录目录2.蛋白质二硫键异构酶蛋白质二硫键异构酶 催化错配二硫键断裂，形成正确二硫键连接催化错配二硫键断裂，形成正确二硫键连接目录目录二、蛋白质一级结构修饰二、蛋白质一级结构修饰（一）肽链末端的修饰（

21、一）肽链末端的修饰（二）个别氨基酸的共价修饰（二）个别氨基酸的共价修饰 1糖基化糖基化 2羟基化羟基化 3甲基化甲基化 4磷酸化磷酸化 5二硫键形成二硫键形成 6亲脂性修饰亲脂性修饰目录目录-Gingras et al,1999目录目录例：鸦片促黑皮质素原例：鸦片促黑皮质素原(POMC)的水解修饰的水解修饰（三）多肽链的水解修饰（三）多肽链的水解修饰目录目录三、空间结构的修饰三、空间结构的修饰（一）亚基聚合（一）亚基聚合（二）结合辅基（二）结合辅基目录目录（一）靶向输送的蛋白质（一）靶向输送的蛋白质N-端存在信号序列端存在信号序列(signal sequence)四、靶向输送至细胞特定部位四、

22、靶向输送至细胞特定部位目录目录目录目录入入 核核目录目录核定位信号含核定位信号含48个氨基酸短序列，富含碱性氨基个氨基酸短序列，富含碱性氨基酸。进核定位后，酸。进核定位后，NLS不被切除。不被切除。入核的蛋白质入核的蛋白质 目录目录信号序列信号序列-进入进入内质网内质网目录目录分泌到胞外分泌到胞外目录目录输送至输送至溶酶体溶酶体 目录目录输送至输送至线粒体线粒体目录目录内内 容容一、蛋白质生物合成体系一、蛋白质生物合成体系二、氨基酸的活化二、氨基酸的活化三、合成过程三、合成过程四、翻译后修饰和靶向输送四、翻译后修饰和靶向输送五、干扰与抑制五、干扰与抑制目录目录影响翻译起始的抗生素影响翻译起始的

23、抗生素影响翻译延长的抗生素影响翻译延长的抗生素 干扰进位的抗生素干扰进位的抗生素引起读码错误的抗生素引起读码错误的抗生素 影响肽键形成的抗生素影响肽键形成的抗生素 影响转位的抗生素影响转位的抗生素 一、许多抗生素一、许多抗生素(antibiotics)通过抑制通过抑制蛋白质生物合成发挥作用蛋白质生物合成发挥作用抗生素抗生素 作用位点作用位点 作用原理作用原理应用应用 伊短菌素伊短菌素 原核、真核核蛋白体原核、真核核蛋白体小亚基小亚基 阻碍翻译起始复合物的形成阻碍翻译起始复合物的形成抗肿瘤药抗肿瘤药四环素、土霉素四环素、土霉素 原核核蛋白体小亚基原核核蛋白体小亚基 抑制氨基酰抑制氨基酰-tRNA

24、与小亚基与小亚基结合结合 抗菌药抗菌药链霉素、新霉素、链霉素、新霉素、巴龙霉素巴龙霉素 原核核蛋白体小亚基原核核蛋白体小亚基 改变构象引起读码错误、抑改变构象引起读码错误、抑制起始制起始抗菌药抗菌药氯霉素、林可霉氯霉素、林可霉素、红霉素素、红霉素 原核核蛋白体大亚基原核核蛋白体大亚基抑制转肽酶、阻断肽链延长抑制转肽酶、阻断肽链延长抗菌药抗菌药嘌呤霉素嘌呤霉素 原核、真核核蛋白体原核、真核核蛋白体 使肽酰基转移到它的氨基上使肽酰基转移到它的氨基上后脱落后脱落抗肿瘤药抗肿瘤药放线菌酮放线菌酮 真核核蛋白体大亚基真核核蛋白体大亚基 抑制转肽酶、阻断肽链延长抑制转肽酶、阻断肽链延长医学研究医学研究 夫

25、西地酸、细球夫西地酸、细球菌素菌素EF-G 抑制抑制EF-G、阻止转位、阻止转位抗菌药抗菌药壮观霉素壮观霉素原核核蛋白体小亚基原核核蛋白体小亚基 阻止转位阻止转位抗菌药抗菌药常用抗生素抑制蛋白质生物合成的原理与应用常用抗生素抑制蛋白质生物合成的原理与应用目录目录 嘌呤霉素作用示意图目录目录四四环环素素族族氯霉素氯霉素链霉素和卡那霉素链霉素和卡那霉素嘌呤霉素嘌呤霉素放线菌酮放线菌酮目录目录二、其他干扰蛋白质生物合成的物质二、其他干扰蛋白质生物合成的物质NCONH2N+OCH2OOHOHADPCONH2白白喉喉毒毒素素延长因子延长因子-2（有活性有活性）OCH2OOHOHADP延长因子延长因子-2

26、（无活性无活性）使使eEF-2发生发生ADP糖基化共价修饰糖基化共价修饰1白喉毒素白喉毒素(diphtheria toxin)目录目录2蓖麻蛋白蓖麻蛋白(ricin)A链作用于真核核蛋白体大亚基的链作用于真核核蛋白体大亚基的28S rRNA，使使28S rRNA降解，大亚基失活降解，大亚基失活目录目录3.干扰素干扰素(interferon,IFN)真核细胞被病毒感染后分泌的具有抗病毒作用真核细胞被病毒感染后分泌的具有抗病毒作用的蛋白质，可抑制病毒的繁殖。的蛋白质，可抑制病毒的繁殖。分为分为-型、型、-型和型和-型型干扰素的作用机制干扰素的作用机制:干扰素诱导的蛋白激酶干扰素诱导的蛋白激酶dsR

27、NAATPeIF2ADPeIF2-P（失活失活）Pi磷酸酶磷酸酶目录目录干扰素干扰素AAPAPPPP2 5 2 5 5 2-5 AAPPPATP2-5A合成酶合成酶降解降解mRNARNaseLRNaseL活化活化2-5寡聚腺苷酸寡聚腺苷酸目录目录要要 求求【掌握【掌握】1蛋白质生物合成的概念；蛋白质生物合成的概念；2蛋白质生物合成体系；蛋白质生物合成体系；3遗传密码的特点；遗传密码的特点；4翻译后的加工；翻译后的加工；5蛋白质合成与医学的关系（分子病的概念，抗生素与蛋白蛋白质合成与医学的关系（分子病的概念，抗生素与蛋白质生物合成）。质生物合成）。【熟悉【熟悉】1遗传密码表的用法；遗传密码表的用法；2翻译的起始、肽链的延长、肽链的终止过程。翻译的起始、肽链的延长、肽链的终止过程。【了解【了解】原核、真核生物翻译起始的异同。原核、真核生物翻译起始的异同。