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1、Protein BiosynthesisProtein Biosynthesis蛋白质的生物合成蛋白质的生物合成概述概述遗传密码遗传密码tRNA核糖体核糖体蛋白质的生物合成过程蛋白质的生物合成过程一般特征一般特征原核生物原核生物真核生物真核生物蛋白质的运输和翻译后修饰蛋白质的运输和翻译后修饰主要内容主要内容二、蛋白质的生物合成过程二、蛋白质的生物合成过程三种三种RNA：mRNA、tRNA、rRNA原料：原料：20种种aa需要酶及众多蛋白因子、需要酶及众多蛋白因子、ATP、GTP等等蛋白质合成方向：蛋白质合成方向：N端端C端端mRNA的翻译方向：的翻译方向：53（一）蛋白质合成的一般特征（一）蛋
2、白质合成的一般特征（二）蛋白质生物合成的过程（二）蛋白质生物合成的过程两个前提：两个前提：氨基酸活化氨基酸活化核糖体解离核糖体解离核糖体解离核糖体解离氨基酸活化氨基酸活化氨基酸氨基酸 + tRNA氨酰氨酰- tRNA氨酰氨酰-tRNA合成酶合成酶ATPAMPPPi氨基酸氨基酸 ATP 氨基酰氨基酰-AMP PPi氨酰氨酰-tRNA合成酶合成酶第一步：第一步：第二步：第二步：氨基酰氨基酰-AMP tRNA 氨酰氨酰-tRNA AMP氨酰氨酰-tRNA合成酶合成酶氨酰氨酰-tRNA合成酶合成酶将将氨基酸氨基酸装载到装载到tRNA上的过程上的过程氨酰氨酰-tRNA的表示方法：的表示方法： Ala-t
3、RNAAla Ser-tRNASer Met-tRNAMetE.coli蛋白质的生物合成过程蛋白质的生物合成过程肽链起始肽链起始( (Initiation) )肽链延伸肽链延伸(Elongation) 肽链终止肽链终止( (Termination) )起始密码子多数是起始密码子多数是AUG，少数是少数是GUG。 SD序列序列：起始密码子的上游约：起始密码子的上游约10个核苷个核苷酸的地方往往有一段富含嘌呤的序列。酸的地方往往有一段富含嘌呤的序列。SD序列序列与核糖体与核糖体16S rRNA 3端的核苷酸端的核苷酸序列互补序列互补，可促使核糖体与，可促使核糖体与mRNA的结的结合。合。 肽链的起
4、始肽链的起始tRNA甲酰甲硫氨酰甲酰甲硫氨酰-tRNA（fMet-tRNAf）（1）tRNAf Met 带上带上Met后后能甲酰化能甲酰化，是，是起始起始tRNA，用于肽链合成的起始。用于肽链合成的起始。 （2）tRNAmMet带上带上Met后后不能甲酰化不能甲酰化，在肽链在肽链延伸中起作用延伸中起作用。2种可携带种可携带Met的的tRNAThe structure of fMet-tRNAfDifferences with other tRNAs3.原核生物翻译起始因子原核生物翻译起始因子IF-1:增加增加IF-2和和IF-3活性活性IF-2：使使Met-tRNAf Met 与与30S亚基结
5、合亚基结合，需，需GTPIF-3：与与30S亚基结合亚基结合，使，使50S不能与不能与30S结合结合inactive 70S ribosomeSD sequence30S initiation complex70S initiation complexGDP + Pi肽链的延伸肽链的延伸进位进位成键成键移位移位1.进位：进位： 一个新的氨酰一个新的氨酰-tRNA进入核糖体的进入核糖体的A位位需需GTP和两个延伸因子和两个延伸因子EFTu和和EFTs延长因子延长因子EFTu和和EFTs催化进位催化进位2.成键：成键： 肽酰基从肽酰基从P位点位点转位到转位到A位点位点，同时，同时形成肽键形成肽键。
6、由由肽酰转移酶肽酰转移酶催化催化3.移位移位核糖体沿核糖体沿mRNA的的53方向方向移动一个密码子的距离移动一个密码子的距离。肽酰肽酰tRNA由由A位位移到移到P位位空载的空载的tRNA进入进入 E位位。需需GTP和和延伸因子延伸因子G(EFG)进进位位移移位位成键成键肽链的终止和释放肽链的终止和释放1.终止信号的识别：有三种蛋白因子终止信号的识别：有三种蛋白因子RF1识别识别UAA、UAG，RF2识别识别UAA、UGA。RF3协助肽链释放。协助肽链释放。2. 肽链释放肽链释放：释放因子使：释放因子使肽酰转移酶活性转变为肽酰转移酶活性转变为水解活性水解活性，并释放，并释放tRNA，然后核糖体离
7、开。然后核糖体离开。1. 核糖体：核糖体：更大，更大，80S，可解离成可解离成60S和和40S。2. 起始起始tRNA：（三）真核生物蛋白质合成的过程（三）真核生物蛋白质合成的过程二种携带二种携带Met的的tRNA：起始起始tRNA :用于用于肽链内部的肽链内部的tRNAMet。即即tRNAiMet，携带携带 Met后，并不甲酰化。后，并不甲酰化。3.3.起始密码子：起始密码子：vAUG，上游上游无无SD序列序列，通常，通常mRNA上最靠近上最靠近5端的端的AUG为起始部位。为起始部位。v40S核糖体核糖体与与mRNA 5端帽子端帽子结合，向结合，向3方向移方向移动，动，搜索搜索AUG密码子，
8、这过程要消耗密码子，这过程要消耗ATP。命名为命名为eIF-neIF-3：与与40S亚基结合亚基结合，使大小亚基解离；使大小亚基解离；eIF-2：与与Met-tRNAiMet及及GTP结合；结合；eIF-4：与与mRNA的帽子结合。的帽子结合。eIF-5：释放起始因子，释放起始因子，使核糖体亚基结合使核糖体亚基结合4.起始因子起始因子1. 80S核糖体解离核糖体解离62.形成形成Met- tRNAiMet.eIF-2.GTP三元复合物三元复合物Met+elF-2GTPMet- tRNAiMetMet- tRNAiMet.eIF-2.GTP314C真核生物真核生物mRNA翻译的起始翻译的起始3.
9、形成形成40S前起始复合物前起始复合物314C+MetMet- tRNAiMet.eIF-2.GTP314CMet4. 40S前起始复合物前起始复合物结合结合mRNAmRNA+314CMet 复合物对复合物对mRNA进行进行滑动搜索滑动搜索，寻找，寻找起始起始密码子密码子AUG314CMet314CMetAUG5.生成生成80S起始复合物起始复合物eIF-5MetAUGGDP+PimRNAATPADP+PiMetelF-2 -GTP - Met-tRNAiMet搜索搜索AUGAUGGDP+PielF-5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原核生物和真核生物翻译起始的比较
10、原核生物和真核生物翻译起始的比较原核原核：mRNA先与先与小亚基小亚基结合，再有结合，再有起始起始tRNA加入加入真核真核：起始起始tRNA先结合先结合小亚基小亚基，然后在多种因，然后在多种因子参与下结合子参与下结合mRNA原核原核：依靠小亚基内：依靠小亚基内16S rRNA 3端序列与端序列与SD序序列列互补、结合来定位于互补、结合来定位于mRNA真核真核：mRNA依靠依靠5帽子的结合因子帽子的结合因子结合小亚结合小亚基，然后以基，然后以搜索机制搜索机制寻找起始寻找起始AUG5延伸因子和终止因子：延伸因子和终止因子：原核延伸因子原核延伸因子 生物功能生物功能 真核延伸因子真核延伸因子EF-T
11、u 促进氨酰促进氨酰-tRNA进进入入A位，分解位，分解GTPEF-Ts调节亚基调节亚基eEF-1EFG促进移位促进移位eEF-2蛋白质合成总结蛋白质合成总结起始密码子起始密码子Met-tRNAiMet eIF-n 至少至少9种种 GTP, ATP起始密码子起始密码子，SD序列序列fMet-tRNAfIF-1,IF-2,IF-3 GTP肽链起始肽链起始氨酰氨酰-tRNA合成合成酶，酶，ATP氨酰氨酰-tRNA合成合成酶，酶，ATPaa的活化的活化 真核生物所需因子真核生物所需因子原核生物所需因子原核生物所需因子过程过程终止密码子终止密码子 eRF GTP终止密码子终止密码子 RF-1, RF-
12、2, RF-3 GTP肽链的终止肽链的终止和释放和释放eEF-1，GTP 肽酰转移酶肽酰转移酶 eEF-2，GTPEF-Tu, EFTs,GTP 肽酰转移酶肽酰转移酶 EF-G，GTP肽链的延长肽链的延长 进位进位 成键成键位移位移 蛋白质合成总结蛋白质合成总结真核生物所需因子真核生物所需因子原核生物所需因子原核生物所需因子过程过程三、蛋白质的运输三、蛋白质的运输和翻译后修饰和翻译后修饰 （一）概述（一）概述高尔基体高尔基体溶酶体溶酶体细胞膜细胞膜分泌到胞外分泌到胞外内质网内质网翻译后转运翻译后转运（游离核糖体）（游离核糖体）共翻译转运共翻译转运(内质网结合内质网结合的核糖体的核糖体)胞浆胞浆
13、细胞核细胞核线粒体、叶绿体线粒体、叶绿体过氧化酶体过氧化酶体What determine proteins fates ?Signals in proteins recognized by transportation system（二）共翻译转运（二）共翻译转运 (Co-translational transport)高尔基体高尔基体溶酶体溶酶体细胞膜细胞膜分泌到胞外分泌到胞外内质网内质网内质网结合内质网结合的核糖体的核糖体1.蛋白质进入内质网蛋白质进入内质网信号肽信号肽（signal sequence）10-4010-15Cleavage siteHydrophobic residues引
14、导多肽穿过内质网膜进入腔内；引导多肽穿过内质网膜进入腔内；一般位于新生肽的一般位于新生肽的N端端，某些位于中部；，某些位于中部；长度为长度为1040个残基；个残基；N端端至少有一个至少有一个带正电荷的残基带正电荷的残基；中部中部有有疏水性核疏水性核；羧基端羧基端有有信号肽酶酶切位点信号肽酶酶切位点。信号肽的一级结构信号肽的一级结构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 1.蛋白开蛋白开始合成始合成2.SRP结合结合信号肽信号肽，肽，肽链合成终止链合成终止3. SRP结合膜上的结合膜上的SRP受体受体，SRP被被释放，蛋白合成重释放，蛋白合成重新开始新开始4.信号肽被信
15、号肽被切割下来切割下来5. 肽链继续延肽链继续延伸并穿过膜伸并穿过膜信号肽识别蛋白信号肽识别蛋白（signal recognition particle, SRP） SRP受体受体（SRP receptor，也称也称锚定蛋白锚定蛋白 docking protein）信号肽的切除信号肽的切除二硫键的形成二硫键的形成高级结构的折叠高级结构的折叠糖基化作用糖基化作用蛋白在内质网的修饰蛋白在内质网的修饰2.蛋白质从蛋白质从ER到到高尔基体高尔基体及内膜其他及内膜其他区室的转运区室的转运主要形式：主要形式：转运小泡转运小泡高尔基体是细胞内的高尔基体是细胞内的分拣分拣中心中心特定的转运信号特定的转运信号指
16、导蛋白指导蛋白质转运到其他区室质转运到其他区室多数由多数由游离核糖体游离核糖体合成合成翻译后运输翻译后运输（post-translational transport）蛋白含有蛋白含有前导序列前导序列（leader sequences）与定位有关与定位有关进入线粒体和叶绿体前先进入线粒体和叶绿体前先解折叠解折叠, 进入后进入后重新折叠重新折叠, 需要需要分子伴侣分子伴侣（三（三）线粒体、叶绿体蛋白的转运线粒体、叶绿体蛋白的转运 蛋白质蛋白质跨跨膜前需解折叠膜前需解折叠，跨膜后跨膜后重新重新折叠成熟的构型折叠成熟的构型前前导序列导序列( (Leader sequences)碱性碱性aaaa丰富丰富
17、基本上不含基本上不含酸性酸性aaaa羟基羟基aaaa含量较高含量较高前前导序列导序列介导介导翻译后的跨膜转运翻译后的跨膜转运酵母细胞色素酵母细胞色素C 氧化酶氧化酶IV 亚单位亚单位的前导序列的前导序列开头的开头的12 个氨基酸足以将多肽链导入线粒体的基质中去。个氨基酸足以将多肽链导入线粒体的基质中去。 Tom (trans-outer membrane，外膜转运受体蛋白外膜转运受体蛋白)形成受体复合物形成受体复合物线粒体蛋白跨膜转运需要受体线粒体蛋白跨膜转运需要受体 Tim(trans-inner membrane，内膜转运受体蛋白内膜转运受体蛋白) 形成受体复合物。形成受体复合物。 当蛋白
18、质通过当蛋白质通过Tom复合复合物物时，暴露于膜间腔。并不时，暴露于膜间腔。并不被释放而是被释放而是直接转运到直接转运到Tim 复合物上复合物上。RecognitionPassing throughCleavage（剪切）剪切）前导序列前导序列决定蛋白决定蛋白在细胞器中的定位在细胞器中的定位位于位于N N端，端，介导蛋介导蛋白进入基白进入基质质前导前导序列序列基质导向信号基质导向信号(matrix-targeting signal)：膜导向信号膜导向信号(membrane-targeting signal)：负责导向膜负责导向膜或膜间质或膜间质每个信号序列后都有自己的每个信号序列后都有自己的水
19、解部位水解部位Leader of yeast cytochrome c1 contains a mitochondrion signal, followed by an inner membrane signal. The leader is removed by two cleavage events.叶绿体蛋白叶绿体蛋白跨膜运输方式与线粒体相同跨膜运输方式与线粒体相同（四）（四）蛋白质通过蛋白质通过核孔核孔进入细胞核进入细胞核核定位信号核定位信号（nuclear location signal, NLS）指指引蛋白质从胞质到核内的信号序列。引蛋白质从胞质到核内的信号序列。NLS富含碱性富含
20、碱性aa蛋白转运需要胞质中的蛋白作蛋白转运需要胞质中的蛋白作核定位的受体核定位的受体受体与底物结合受体与底物结合，与核孔相互作用；与核孔相互作用；GTPGTP水解提供能量，水解提供能量，将蛋白转运入核；将蛋白转运入核；入核后，受体与蛋入核后，受体与蛋白解离白解离，回到胞质，回到胞质，可再次利用可再次利用本章总结本章总结名词解释（名词解释（） ：遗传密码遗传密码（genetic code）、 SD序列、信号肽序列、信号肽（signal sequence）、核定位信号核定位信号（NLS）遗传密码的基本特点遗传密码的基本特点比较比较mRNA、tRNA、rRNA的结构及功能的结构及功能（） 原核生物蛋白质合成过程（原核生物蛋白质合成过程（） 比较真核和原核生物蛋白质合成的异同（比较真核和原核生物蛋白质合成的异同（） 试述蛋白质的转运途径。试述蛋白质的转运途径。