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1、目录目录生物化学与分子生物学生物化学与分子生物学目录目录蛋白质的生物合成蛋白质的生物合成（翻译）（翻译）第十七章第十七章Protein Biosynthesis(Translation)目录目录蛋白质生物合成的概念蛋白质生物合成的概念生生物物体体内内的的蛋蛋白白质质以以mRNA为为模模板板而而合合成成。在在这这一一过过程程中中，mRNA上上来来自自DNA基基因因编编码码的的核核苷苷酸酸序序列列信信息息转转换换为为蛋蛋白白质质中中的的氨氨基基酸酸序序列列，故故称称为为翻翻译译（translation）。）。翻翻译译是是指指在在多多种种因因子子辅辅助助下下，由由tRNA携携带带并并转转运运相相应应
2、氨氨基基酸酸，识识别别mRNA上上的的三三联联体体密密码码子子，在在核核糖糖体上合成具有特定序列多肽链的过程。体上合成具有特定序列多肽链的过程。目录目录第一节第一节蛋白质生物合成体系蛋白质生物合成体系Protein biosynthesis system目录目录1.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
3、.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一、一、mRNA是蛋白质合成的信息模板是蛋白质合成的信息模板nmRNA的基本结构的基本结构Start of genetic messageCapEndTail5-端非翻译区端非翻译区 5 3 3-端非翻译区端非翻译区 开放阅读框架开放阅读框架 从从mRNA 5-端端起起始始密密码码子子AUG到到3-端端终终止止密密码码子子之之间间的的核核苷苷酸酸序序列列，称称为为开开放放阅阅读读框框架架(open reading frame,ORF)。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反子非编码序
4、列非编码序列核蛋白体结合位点核蛋白体结合位点起始密码子起始密码子终止密码子终止密码子编码序列编码序列PPP5 3 蛋白质蛋白质PPPmG-5 3 蛋白质蛋白质AAA 目录目录n遗传密码遗传密码在在mRNA的开放阅读框架区，以每的开放阅读框架区，以每3个相邻的个相邻的核苷酸为一组，代表一种氨基酸核苷酸为一组，代表一种氨基酸(或其他信息或其他信息)，这，这种三联体形式的核苷酸序列称为密码子。种三联体形式的核苷酸序列称为密码子。起始密码子起始密码子(initiation codon)：AUG终止密码子终止密码子(termination codon)：UAA、UAG、UGA密码子（密码子（codon）
5、起始密码子和终止密码子：起始密码子和终止密码子：目录目录遗遗传传密密码码表表目录目录n遗传密码的特点遗传密码的特点1.方向性方向性(directional)翻译时遗传密码的阅读方向是翻译时遗传密码的阅读方向是5 3，即，即读码从读码从mRNA的起始密码子的起始密码子AUG开始，按开始，按5 3 的方向逐一阅读，直至终止密码子。的方向逐一阅读，直至终止密码子。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2.连续性连续性(non-punctuated)编码蛋白质氨基酸序列的各个三联体密编码蛋白质氨基酸序列的各个三联体密码连续阅读，密码子及密码子的各碱基之间码连续阅读，密码子及密码子的各
6、碱基之间既无间隔也无交叉。既无间隔也无交叉。5 5 .A U GA U G G C AG C A G U AG U A C A UC A U U A AU A A 3 3 AlaValHisMet终止密码终止密码目录目录由于密码子的连续性，在开放阅读框中发生插入由于密码子的连续性，在开放阅读框中发生插入或缺失或缺失1个或个或2个碱基的基因突变，都会引起个碱基的基因突变，都会引起mRNA阅阅读框架发生移动，称为读框架发生移动，称为移码移码（frame shift），使后续），使后续的氨基酸序列大部分被改变，其编码的蛋白质彻底丧的氨基酸序列大部分被改变，其编码的蛋白质彻底丧失功能，称之为失功能，称
7、之为移码突变移码突变。缬缬 脯脯 苏苏 天冬天冬缬缬 丙丙 酪酪 甘甘缬缬 丙丙 丝丝 精精目录目录3.简并性简并性(degeneracy)一一种种氨氨基基酸酸可可具具有有2个个或或2个个以以上上的的密密码码子子为为其其编编码码。这这一一特特性性称称为为遗遗传传密密码码的的简简并并性。性。除除色色氨氨酸酸和和甲甲硫硫氨氨酸酸仅仅有有1个个密密码码子子外外，其其余余氨氨基基酸酸有有2、3、4个个或或多多至至6个个三三联联体体为为其其编编码码。为为同同一一种种氨氨基基酸酸编编码码的的各各密密码码子子称称为为简并性密码子简并性密码子，也称，也称同义密码子同义密码子。目录目录各种氨基酸的密码子数目各种
8、氨基酸的密码子数目目录目录4.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常见的碱基配对规律，这种现象称严格遵守常见的碱基配对规律，这种现象称为摆动配对为摆动配对(wobble base pairing)。tRNA反密码子反密码子第第1位碱基位碱基IUGACmRNA密码子密码子第第3位碱基位碱基U,C,AA,GU,CUG反密码子与密码子的识别方式与摆动配对反密码子与密码子的识别方式与摆动配对目录目录5.通用性通用性(universal)从简单的病毒到高等的人类，几乎使用从简单的病毒到高等的人类，几乎使用同一套遗传密码，因此，遗传密码表
9、中的这同一套遗传密码，因此，遗传密码表中的这套套“通用密码通用密码”基本上适用于生物界的所有基本上适用于生物界的所有物种，具有物种，具有通用性通用性。密码的通用性进一步证明各种生物进化密码的通用性进一步证明各种生物进化自同一祖先。自同一祖先。目录目录已发现少数例外，如动物细胞的线粒体、已发现少数例外，如动物细胞的线粒体、植物细胞的叶绿体。植物细胞的叶绿体。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 终止终止UGA 终止终止 色色目录目录二、氨基酰二、氨基酰-tRNA通过其反密码子与通过其反密码子与mRNA中对应的密码子互补结合中对
10、应的密码子互补结合 ntRNA的作用的作用运运载载氨氨基基酸酸：氨氨基基酸酸各各由由其其特特异异的的tRNA携携带带，一一种种氨氨基基酸酸可可有有几几种种对对应应的的tRNA，氨氨基基酸酸结结合合在在tRNA 3-CCA的位置，结合需要的位置，结合需要ATP供能；供能；充充当当“适适配配器器”：每每种种tRNA的的反反密密码码子子决决定定了了所携带的氨基酸能准确地在所携带的氨基酸能准确地在mRNA上对号入座。上对号入座。目录目录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三、核糖体是肽链三、核糖体是肽链“装配厂装配厂”n核糖体的组成核糖体的组成核核糖糖体体又又
11、称称核核蛋蛋白白体体，是是由由rRNA和和多多种种蛋蛋白白质质结结合合而而成成的的一一种种大大的的核核糖糖核核蛋蛋白白颗颗粒粒，是是蛋白质生物合成的场所。蛋白质生物合成的场所。目录目录原核生物原核生物真核生物真核生物核蛋白核蛋白体体小亚基小亚基大亚基大亚基核蛋白核蛋白体体小亚基小亚基大亚基大亚基S值值70S30S50S80S40S60SrRNA16S-rRNA23S-rRNA5S-rRNA18S-rRNA28S-rRNA5.8S-rRNA5S-rRNA蛋白质蛋白质rpS 21种种rpL 36种种rpS 33种种rpL 49种种 不同细胞核蛋白体的组成不同细胞核蛋白体的组成核蛋白体核蛋白体的组成
12、的组成目录目录n 核糖体在翻译中的功能部位核糖体在翻译中的功能部位 目录目录四、四、肽链生物合成需要酶类和肽链生物合成需要酶类和蛋白质因子蛋白质因子氨氨基基酰酰-tRNA合合成成酶酶(aminoacyltRNA synthetase)，催化氨基酸的活化；，催化氨基酸的活化；转转肽肽酶酶(peptidase)，催催化化核核蛋蛋白白体体P位位上上的的肽肽酰酰基基转转移移至至A位位氨氨基基酰酰-tRNA的的氨氨基基上上，使使酰酰基基与与氨氨基基结结合合形形成成肽肽键键;并并受受释释放放因因子子的的作作用用后后发发生生变变构构，表表现现出出酯酯酶酶的水解活性，使的水解活性，使P位上的肽链与位上的肽链与
13、tRNA分离；分离；转转位位酶酶(translocase)，催催化化核核蛋蛋白白体体向向mRNA3-端端移移动一个密码子的距离，使下一个密码子定位于动一个密码子的距离，使下一个密码子定位于A位。位。目录目录起始因子（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占据核糖体占据核糖体A位，防止位，防止A位结合其他位结合其他t
14、RNA IF-2促进促进fMet-tRNAfMet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位对结合位对结合fMet-tRNAfMet的敏感性的敏感性 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-TsEF-Tu的调节亚基的调节亚基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位移至位移至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UA
15、A、UGA，诱导转肽酶转变为酯酶，诱导转肽酶转变为酯酶RF-3具有具有GTP酶活性，介导酶活性，介导RF-1及及RF-2与核糖体的相与核糖体的相互作用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，参与翻译的多个步骤多功能因子，参与翻译的多个步骤eIF-2促进促进Met-tRNAiMet与小亚基结合与小亚基结合eIF-2B结合小亚基，促进大、小亚基分离结合小亚基，促进大、小亚基分离 eIF-3结合小亚基，促进大、小亚基分离；介导结合小亚基，促进大、小亚基分离；介导eIF-4F复合
16、物复合物-mRNA与小亚基结合与小亚基结合 eIF-4AeIF-4F复合物成分；有复合物成分；有RNA解螺旋酶活性，解除解螺旋酶活性，解除mRNA 5-端端的发夹结构，使其与小亚基结合的发夹结构，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，识别结合复合物成分，识别结合mRNA 的的5 帽结构帽结构eIF-4GeIF-4F复合物成分，结合复合物成分，结合eIF-4E、eIF-3和和PABeIF-5促进各种起始因子从小亚基解离促进各种起始因子从小亚基解离eIF-6促进大、小亚基分离促进大、小亚基分离延长因子延长
17、因子eIF1-促进氨基酰促进氨基酰-tRNA进入进入A位，结合分解位，结合分解GTP，相当于，相当于EF-TueIF1-调节亚基，相当于调节亚基，相当于EF-TseIF-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第二节第二节氨基酸与氨基酸与tRNA的连接的连接 目录目录氨基酸与特异的氨基酸与特异的tRNA结合形成氨基酰结合形成氨基酰-tRNA的的过程称为氨基酸的活化
18、。过程称为氨基酸的活化。参与氨基酸的活化的酶：参与氨基酸的活化的酶：氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶。目录目录n反应过程反应过程一、一、氨基酰氨基酰-tRNA合成酶识别特定氨合成酶识别特定氨基酸和基酸和tRNA氨基酸氨基酸+tRNA氨基酰氨基酰-tRNAATP AMPPPi氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶氨基酸与氨基酸与tRNA连接的专一性由氨基酰连接的专一性由氨基酰tRNA合成酶保证。合成酶保证。氨基酰氨基酰tRNA合成酶都具有高度专一性合成酶都具有高度专一性，既能识别特异的氨，既能识别特异的氨基酸，又能辨认应该结合该种氨基酸的基酸，又能辨认应该结合该种氨基酸的tRNA分子。分子。目录目
19、录氨基酸氨基酸 ATP-E 氨基酰氨基酰-AMP-E PPi 第一步反应第一步反应目录目录第二步反应第二步反应氨基酰氨基酰-AMP-E tRNA氨基酰氨基酰-tRNA AMP E目录目录l氨氨 基基 酰酰 tRNA合合 成成 酶酶 还还 有有 校校 对对 活活 性性（proofreading activity），能能将将错错误误结结合合的的氨基酸水解释放，氨基酸水解释放，l即即将将任任何何错错误误的的氨氨基基酰酰-AMP-E复复合合物物或或氨氨基基酰酰-tRNA的的酯酯键键水水解解，再再换换上上与与密密码码子子相相对对应应的的氨氨基基酸酸，改改正正反反应应的的任任一一步步骤骤中中出出现现的的错
20、错配配，保保证证氨氨基基酸酸和和tRNA结结合合反反应应的的误误差差小小于于10-4。特性特性目录目录n氨基酰氨基酰-tRNA的表示方法的表示方法丙氨酰丙氨酰-tRNA：Ala-tRNAAla精氨酰精氨酰-tRNA：Arg-tRNAArg甲硫氨酰甲硫氨酰-tRNA：Met-tRNAMet各种氨基酸和对应的各种氨基酸和对应的tRNA结合后形成的结合后形成的氨基酰氨基酰-tRNA表示为：表示为：氨基酸的三字母缩写氨基酸的三字母缩写-tRNA氨基酸的三字母缩写氨基酸的三字母缩写 例如：例如：目录目录二、二、肽链合成的起始需要特殊的起肽链合成的起始需要特殊的起始氨基酰始氨基酰-tRNAtRNAiMet
21、与与甲甲硫硫氨氨酸酸结结合合后后形形成成Met-tRNAiMet，可可以以在在mRNA的的起起始始密密码码子子AUG处处就就位位，参参与与形形成成翻翻译译起起始始复复合合物物。起始密码子只能辨认起始密码子只能辨认Met-tRNAiMet。tRNAMet和和甲甲硫硫氨氨酸酸结结合合后后生生成成Met-tRNAMet，必必要要时时进进入入核核蛋蛋白白体体，为为延延长长中中的肽链添加甲硫氨酸。的肽链添加甲硫氨酸。起始氨基酰起始氨基酰-tRNA:Met-tRNAiMet 参与肽链延长的甲硫氨酰参与肽链延长的甲硫氨酰-tRNA：Met-tRNAMetn真核生物真核生物目录目录具具有有起起始始功功能能的的
22、tRNAfMet与与甲甲硫硫氨氨酸酸结结合合后后，甲甲硫硫氨氨酸酸很很快快被被甲甲酰酰化化为为N-甲甲酰酰甲甲硫硫氨氨酸酸(N-formyl methionine,fMet)，于于是是形形成成N-甲甲酰酰甲甲 硫硫 氨氨 酰酰-tRNA(fMet-tRNAfMet)，可可 以以 在在mRNA的的起起始始密密码码子子AUG处处就就位位，参参与与形形成成翻翻译译起起始始复复合合物物。起起始始密密码码子子只只能能辨辨认认fMet-tRNAfMet。n原核生物原核生物起始氨基酰起始氨基酰-tRNA:fMet-tRNAfMet 目录目录fMet-tRNAfMet的的生生成成是是一一碳碳化化合合物物转转移
23、移和和利利用用的的过过程程之之一一，反反应应由由转转甲甲酰酰基基酶酶催催化化，甲甲酰酰基基从从N10-甲甲酰酰四四氢氢叶叶酸酸转转移移到到甲甲硫硫氨氨酸酸的的-氨氨基上。基上。目录目录第三节第三节肽链的生物合成过程肽链的生物合成过程The biosynthesis process of peptide chain目录目录翻翻 译译 过过 程程 包包 括括 起起 始始（initiation）、延延 长长（elongation）和和终终止止（termination）三三个个阶阶段。段。真真核核生生物物的的肽肽链链合合成成过过程程与与原原核核生生物物的的肽肽链链合合成成过过程程基基本本相相似似，只只
24、是是反反应应更更复复杂杂、涉涉及及的的蛋蛋白质因子更多。白质因子更多。目录目录（一）原核生物翻译起始复合物的形成（一）原核生物翻译起始复合物的形成 指指mRNA和起始氨基酰和起始氨基酰-tRNA分别与核糖分别与核糖体结合而形成翻译起始复合物的过程。体结合而形成翻译起始复合物的过程。1.核糖体大小亚基分离；核糖体大小亚基分离；2.核糖体小亚基结合于核糖体小亚基结合于mRNA的起始密码子的起始密码子附近；附近；3.fMet-tRNAfMet结合在核糖体结合在核糖体P位位；4.核糖体大亚基结合形成起始复合物。核糖体大亚基结合形成起始复合物。一、翻译起始复合物的装配启动肽链合成一、翻译起始复合物的装配
25、启动肽链合成目录目录（a）起始复合物的装配过程；（）起始复合物的装配过程；（b）rRNA识别识别mRNA的核糖体结合位的核糖体结合位点，保证翻译起始在起始密码子处点，保证翻译起始在起始密码子处 目录目录IF-3IF-11.1.核糖体大小亚基分离核糖体大小亚基分离目录目录A U G53IF-3IF-12.核糖体小亚基结合于核糖体小亚基结合于mRNA的起始密码子附近的起始密码子附近 目录目录n原核生物原核生物mRNA在核糖体小亚基上的准确定位和在核糖体小亚基上的准确定位和结合涉及两种机制结合涉及两种机制在在各各种种mRNA起起始始AUG上上游游约约813核核苷苷酸酸部部位位，存存在在一一段段由由4
26、9个个核核苷苷酸酸组组成成的的一一致致序序列列，富富含含 嘌嘌 呤呤 碱碱 基基，如如-AGGAGG-，称称 为为 Shine-Dalgarno序序列列(S-D序序列列)，又又称称核核糖糖体体结结合合位位点点(ribosomal binding site,RBS)。一一条条多多顺顺反反子子mRNA序序列列上上的的每每个个基基因因编编码码序序列列均均拥拥有有各各自自的的S-D序列和起始序列和起始AUG。目录目录S-D序列序列小小亚亚基基中中的的16S-rRNA 3-端端有有一一富富含含嘧嘧啶啶碱碱基基的的短短序序列列，如如-UCCUCC-，通通过过与与S-D序序列列碱基互补而使碱基互补而使mRN
27、A与小亚基结合。与小亚基结合。目录目录mRNA上上邻邻近近RBS下下游游，还还有有一一段段短短核核苷苷酸酸序序列列，可被小亚基蛋白可被小亚基蛋白rpS-1识别并结合。识别并结合。通通过过上上述述RNA-RNA、RNA-蛋蛋白白质质相相互互作作用用，小小亚基可以准确定位亚基可以准确定位mRNA上的起始上的起始AUG。目录目录IF-3IF-1IF-2GTP3.fMet-tRNAfMet结合在核糖体结合在核糖体P位位A U G53目录目录IF-3IF-1IF-2GTPGDPPi4.4.核糖体大亚基结合形成起始复合物核糖体大亚基结合形成起始复合物A U G53目录目录IF-3IF-1A U G53IF
28、-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（二）真核生物翻译起始复合物的形成（二）真核生物翻译起始复合物的形成1.核糖体大小亚基分离；核糖体大小亚基分离；2.Met-tRNAiMet定位结合于小亚基定位结合于小亚基P位；位；3.mRNA与核糖体小亚基定位结合；与核糖体小亚基定位结合；4.核糖体大亚基结合。核糖体大亚基结合。目录目录真核生物翻译起始复合物的装配真核生物翻译起始复合物的装配 目录目录翻翻译译起起始始复复合合物物形形成成后后，核核糖糖体体从从mRNAmRNA的的5 5 端端向向3 3 端端移移动动，依依据据密密码码子子顺顺序序，从从N N端端开始
29、向开始向C C端合成多肽链。端合成多肽链。二、在核糖体上重复进行的三步反应二、在核糖体上重复进行的三步反应延长肽链延长肽链目录目录1.进位进位(positioning)/注册注册(registration)2.成肽成肽(peptide bond formation)3.转位转位(translocation)肽肽链链延延长长在在核核糖糖体体上上连连续续循循环环式式进进行行，又又称称为为核核糖糖体体循循环环(ribosomal cycle)，包包括括以以下下三三步：步：每轮循环使多肽链增加一个氨基酸残基。每轮循环使多肽链增加一个氨基酸残基。目录目录1.进位（进位（entrance）又称又称注册注册
30、(registration)，是是指一个氨基酰指一个氨基酰-tRNA按照按照mRNA模板的指令进模板的指令进入并结合到核糖体入并结合到核糖体A位的过程。位的过程。目录目录2.成肽成肽 成肽是指成肽是指肽基转移酶（转肽酶）肽基转移酶（转肽酶）催化两个氨基催化两个氨基酸间肽键形成的反应。酸间肽键形成的反应。目录目录3.转位转位指的是核糖体沿着指的是核糖体沿着mRNA的移位。的移位。移位的结果是：移位的结果是：成肽后位于成肽后位于P 位的位的tRNA所所携带的氨基酸或肽在反应中交给了携带的氨基酸或肽在反应中交给了A位上的氨基酸，位上的氨基酸，空载的空载的tRNA从核糖体直接脱落；从核糖体直接脱落；成
31、肽后位于成肽后位于A位的带有合成中的肽链的位的带有合成中的肽链的tRNA（肽酰（肽酰-tRNA）转）转到了到了P位上；位上；A位得以空出，且准确定位在位得以空出，且准确定位在mRNA的下一个密码子，以接受一个新的对应的的下一个密码子，以接受一个新的对应的氨基酰氨基酰tRNA进位。进位。转位需要延长因子参与。转位需要延长因子参与。目录目录真核生物肽链延长过程真核生物肽链延长过程目录目录肽链上每增加一个氨基酸残基，就需要经肽链上每增加一个氨基酸残基，就需要经过一次进位、成肽和转位反应。如此往复，直过一次进位、成肽和转位反应。如此往复，直到核糖体的到核糖体的A A位对应到了位对应到了mRNAmRNA
32、的终止密码子上。的终止密码子上。终止密码子不被任何氨基酰终止密码子不被任何氨基酰-tRNA-tRNA识别，识别，只有释放因子只有释放因子RFRF能识别终止密码子而进入能识别终止密码子而进入A A位，位，这一识别过程需要水解这一识别过程需要水解GTPGTP。三、终止密码子和释放因子导致肽链三、终止密码子和释放因子导致肽链合成停止合成停止目录目录原核生物有原核生物有3种种RFRF1识识别别UAA或或UAG，RF2识识别别UAA或或UGA，RF3则则与与GTP结结合合并并使使其其水水解解，协协助助RF1与与RF2与与核糖体结合。核糖体结合。真核生物仅有真核生物仅有eRF一种释放因子一种释放因子，所有
33、所有3种终止密码子均可被种终止密码子均可被eRF识别。识别。真真核核生生物物中中肽肽链链合合成成完完成成后后的的水水解解释释放放过过程程尚尚未未完全了解。完全了解。目录目录 多聚核糖体的形成可以使蛋白质生物合多聚核糖体的形成可以使蛋白质生物合成以高速度、高效率进行。成以高速度、高效率进行。多聚核糖体多聚核糖体(polysome)1条条mRNA模板链都可附着模板链都可附着10100个核个核蛋白体，这些核糖体依次结合起始密码子并蛋白体，这些核糖体依次结合起始密码子并沿沿5 3 方向读码移动，同时进行肽链合成，方向读码移动，同时进行肽链合成，这种这种mRNA与多个核糖体形成的聚合物称为与多个核糖体形
34、成的聚合物称为多聚核糖体多聚核糖体(polysome)。目录目录多聚核糖体多聚核糖体目录目录电镜下的多聚核糖体电镜下的多聚核糖体目录目录第四节第四节肽链生物合成后的加工和肽链生物合成后的加工和靶向输送靶向输送目录目录新新生生多多肽肽链链不不具具备备蛋蛋白白质质的的生生物物学学活活性性，必必须须经经过过复复杂杂的的加加工工过过程程才才能能转转变变为为具具有有天天然然构构象象的的功功能能蛋蛋白白质质，这这一一加加工工过过程程称称为为翻翻译译后后加加工工(post-translational processing)。目录目录蛋蛋白白质质合合成成后后还还需需要要被被输输送送到到合合适适的的亚亚细细胞胞
35、部部位位才才能能行行使使各各自自的的生生物物学学功功能能。其其中中，有有的的蛋蛋白白质质驻驻留留于于细细胞胞液液，有有的的被被运运输输到到细细胞胞器器或或镶镶嵌嵌入入细细胞胞膜膜，还还有有的的被被分分泌泌到到细细胞胞外外。蛋蛋白白质质合合成成后后在在细细胞胞内内被被定定向向输输送送到到其其发发挥挥作作用用部部位位的的 过过 程程 称称 为为 蛋蛋 白白 质质 的的 靶靶 向向 输输 送送（protein targeting）或蛋白质分选（）或蛋白质分选（protein sorting）。）。目录目录一、肽链折叠为功能构象需要分子伴侣一、肽链折叠为功能构象需要分子伴侣蛋蛋白白质质在在合合成成时时
36、，还还未未折折叠叠的的肽肽段段有有许许多多疏疏水水基基团团暴暴露露在在外外，具具有有分分子子内内或或分分子子间间聚聚集集的的倾倾向向，使使蛋蛋白白质质不不能能形成正确空间构象。形成正确空间构象。这这种种结结构构混混乱乱的的肽肽链链集集合合体体产产生生过过多多对对细细胞胞有有致致命命的的影影响。响。实实际际上上，细细胞胞中中大大多多数数天天然然蛋蛋白白质质折折叠叠都都不不是是自自发发完完成成的的，其其折折叠叠过过程程需需要要其其他他酶酶或或蛋蛋白白质质的的辅辅助助，这这些些辅辅助助性性蛋蛋白白质质可可以以指指导导新新生生肽肽链链按按特特定定方方式式正正确确折折叠叠，它它们们被称为被称为分子伴侣（
37、分子伴侣（molecular chaperone）。）。目录目录分子伴侣的主要作用是：分子伴侣的主要作用是：封闭待折叠肽链暴露的疏水区段；封闭待折叠肽链暴露的疏水区段；创建一个隔离的环境，可以使肽链的折叠互不创建一个隔离的环境，可以使肽链的折叠互不干扰；干扰；促进肽链折叠和去聚集；促进肽链折叠和去聚集；遇到应激刺激，使已折叠的蛋白质去折叠。遇到应激刺激，使已折叠的蛋白质去折叠。目录目录细胞内分子伴侣可分为两大类细胞内分子伴侣可分为两大类 一类为核糖体结合性分子伴侣，包括触发一类为核糖体结合性分子伴侣，包括触发因子和新生链相关复合物；因子和新生链相关复合物；另一类为非核糖体结合性分子伴侣，包括另
38、一类为非核糖体结合性分子伴侣，包括热激蛋白、伴侣蛋白等。热激蛋白、伴侣蛋白等。目录目录1.热激蛋白热激蛋白(heat shock protein,HSP)热休克蛋白属于应激反应性蛋白质，高温应激可热休克蛋白属于应激反应性蛋白质，高温应激可诱导该蛋白质合成。热休克蛋白可促进需要折诱导该蛋白质合成。热休克蛋白可促进需要折叠的多肽折叠为有天然空间构象的蛋白质。叠的多肽折叠为有天然空间构象的蛋白质。热休克蛋白包括热休克蛋白包括HSP70、HSP40和和GrpE三族。三族。目录目录它它有有两两个个主主要要功功能能域域：一一个个是是存存在在于于N-端端的的高高度度保保守守的的ATP酶酶结结构构域域，能能结
39、结合合和和水水解解ATP；另另一一个个是是存存在在于于C-端端的的肽肽链链结结合合结结构构域域。蛋蛋白白质的折叠需要这两个结构域的相互作用。质的折叠需要这两个结构域的相互作用。大肠杆菌的大肠杆菌的HSP70(DnaK)ATP酶肽链结合结构域H2NEEVD-COOHGrp E结合部位结合部位DnaJ/HSP40结合部位结合部位目录目录大大肠肠杆杆菌菌的的HSP40(Dna J)可可激激活活Dna K中中的的ATP酶酶，生生成成稳稳定定的的Dna J-Dna K-ADP-被被折折叠叠蛋蛋白白质质复复合合物物，以以利利于于Dna K发发挥挥分分子子伴伴侣侣作作用用。在在ATP存存在在的的情情况况下下
40、，Dna J和和Dna K的相互作用能抑制蛋白质的聚集。的相互作用能抑制蛋白质的聚集。Grp E，核核苷苷酸酸交交换换因因子子，与与Dna K的的ATP酶酶结结构构域域结结合合，使使Dna K的的构构象象发发生生改改变变、ADP从从复复合合物物中中释释放放出出来来并并由由ATP代替代替ADP，从而控制，从而控制Dna K的的ATP酶活性。酶活性。在在蛋蛋白白质质的的折折叠叠过过程程中中，HSP70还还需需2个个辅辅助助因因子子HSP40和和Grp E。目录目录HSP70 辅助肽链折叠辅助肽链折叠 目录目录人类细胞中人类细胞中HSP蛋白质家族可存在于胞浆、蛋白质家族可存在于胞浆、内质网腔、线粒体
41、、胞核等部位内质网腔、线粒体、胞核等部位涉及多种细胞保护功能：如使线粒体和内质涉及多种细胞保护功能：如使线粒体和内质网蛋白质保持未折叠状态而转运、跨膜，再折叠网蛋白质保持未折叠状态而转运、跨膜，再折叠成功能构象；成功能构象；通过类似上述机制，避免或消除蛋白质变性通过类似上述机制，避免或消除蛋白质变性后因疏水基团暴露而发生的不可逆聚集，以利于后因疏水基团暴露而发生的不可逆聚集，以利于清除变性或错误折叠的多肽中间物等。清除变性或错误折叠的多肽中间物等。目录目录伴侣蛋白（伴侣蛋白（chaperonin）是分子伴侣的另一）是分子伴侣的另一家族，如大肠杆菌的家族，如大肠杆菌的Gro EL和和Gro ES
42、（真（真核细胞中同源物为核细胞中同源物为HSP60和和HSP10）等家族。）等家族。其主要作用是为非自发性折叠蛋白质提供其主要作用是为非自发性折叠蛋白质提供能折叠形成天然空间构象的微环境。能折叠形成天然空间构象的微环境。2.伴侣蛋白伴侣蛋白Gro EL和和Gro ES 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除了分子伴侣协助肽链折
43、叠以外，一些对于蛋除了分子伴侣协助肽链折叠以外，一些对于蛋白质空间结构形成至关重要的氨基酸残基（如白质空间结构形成至关重要的氨基酸残基（如半胱氨酸、脯氨酸等）的正确折叠还需要酶促半胱氨酸、脯氨酸等）的正确折叠还需要酶促反应。这些可催化蛋白质功能构象形成所必需反应。这些可催化蛋白质功能构象形成所必需的酶称为异构酶（的酶称为异构酶（isomerase），也称为折叠），也称为折叠酶（酶（foldase）。）。目录目录蛋白质二硫化物异构酶蛋白质二硫化物异构酶多肽链内或肽链之间二硫键的正确形成对稳定多肽链内或肽链之间二硫键的正确形成对稳定分泌型蛋白质、膜蛋白质等的天然构象十分重分泌型蛋白质、膜蛋白质等的
44、天然构象十分重要，这一过程主要在细胞内质网进行。要，这一过程主要在细胞内质网进行。二硫键异构酶在内质网腔活性很高，可在较大二硫键异构酶在内质网腔活性很高，可在较大区段肽链中催化错配二硫键断裂并形成正确二区段肽链中催化错配二硫键断裂并形成正确二硫键连接，最终使蛋白质形成热力学最稳定的硫键连接，最终使蛋白质形成热力学最稳定的天然构象。天然构象。目录目录肽酰肽酰-脯氨酰顺反异构酶脯氨酰顺反异构酶 多肽链中肽酰多肽链中肽酰-脯氨酸间形成的肽键有顺反两种脯氨酸间形成的肽键有顺反两种异构体，空间构象有明显差别。异构体，空间构象有明显差别。肽酰肽酰-脯氨酰顺反异构酶可促进上述顺反两种异脯氨酰顺反异构酶可促进
45、上述顺反两种异构体之间的转换。构体之间的转换。肽酰肽酰-脯氨酰顺反异构酶是蛋白质三维构象形成脯氨酰顺反异构酶是蛋白质三维构象形成的限速酶，在肽链合成需形成顺式构型时，可的限速酶，在肽链合成需形成顺式构型时，可使多肽在各脯氨酸弯折处形成准确折叠。使多肽在各脯氨酸弯折处形成准确折叠。目录目录二、肽链的肽键水解生成活性蛋白二、肽链的肽键水解生成活性蛋白质或功能肽质或功能肽（一）合成后肽链的末端被水解加工（一）合成后肽链的末端被水解加工新生肽链的新生肽链的N端的甲硫氨酸残基，在肽链离开端的甲硫氨酸残基，在肽链离开核糖体后，大部分即由特异的蛋白水解酶切核糖体后，大部分即由特异的蛋白水解酶切除。除。目录目
46、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（二）肽链中肽键水解产生多种功能肽（二）肽链中肽键水解产生多种功能肽 目录目录三、三、肽链中氨基酸残基的化学修饰肽链中氨基酸残基的化学修饰增加蛋白质功能多样性增加蛋白质功能多样性常见的化学修饰种类常见的化学修饰种类 发生修饰的主要氨基酸残基发生修饰的主要氨基酸残基磷酸化磷酸化丝氨酸、苏氨酸、酪氨酸丝氨酸、苏氨酸、酪氨酸N-糖基化糖基化天冬酰胺天冬酰胺O-糖基化糖基化丝氨酸、苏氨酸丝氨酸、苏氨酸羟基化羟基化脯氨酸脯氨酸 赖氨酸赖氨酸甲基化甲基化赖氨酸、精氨酸、组氨酸、天冬酰赖氨酸、精氨酸、组氨酸、天冬酰胺、天冬氨酸、谷氨酸
47、胺、天冬氨酸、谷氨酸乙酰化乙酰化赖氨酸、丝氨酸赖氨酸、丝氨酸硒化硒化半胱氨酸半胱氨酸目录目录四、亚基聚合形成功能性蛋白质复合物四、亚基聚合形成功能性蛋白质复合物结合蛋白质合成后都需要结合相应辅基，结合蛋白质合成后都需要结合相应辅基，才能成为具有功能活性的天然蛋白质。才能成为具有功能活性的天然蛋白质。具有四级结构的蛋白质由两条以上的肽链具有四级结构的蛋白质由两条以上的肽链通过非共价键聚合，形成寡聚体通过非共价键聚合，形成寡聚体(oligomer)。n通过非共价键亚基聚合形成具有四级结通过非共价键亚基聚合形成具有四级结构的蛋白质构的蛋白质n辅基连接后形成完整的结合蛋白质辅基连接后形成完整的结合蛋白
48、质目录目录五、蛋白质合成后被靶向输送至五、蛋白质合成后被靶向输送至细胞特定部位细胞特定部位 蛋蛋白白质质在在核核蛋蛋白白体体上上合合成成后后，必必须须分分选选出出来来，定定向向输输送送到到一一个个合合适适的的部部位位才才能能行行使使各各自自的的生生物物学学功功能能。蛋蛋白白质质的的靶靶向向输输送送与与翻翻译译后后修修饰饰过过程程同同步进行。步进行。目录目录所所有有靶靶向向输输送送的的蛋蛋白白质质结结构构中中存存在在分分选选信信号号，主主要要是是N末末端端特特异异氨氨基基酸酸序序列列，可可引引导导蛋蛋白白质质转转移移到到细细胞胞的的适适当当靶靶部部位位，这这类类序序列列称称为为信信号号序列序列(
49、signal sequence)。信信号号序序列列是是决决定定蛋蛋白白质质靶靶向向输输送送特特性性的的最最重重要要元元件件，提提示示指指导导蛋蛋白白质质靶靶向向输输送送的的信信息息存存在在于于蛋白质自身的一级结构中。蛋白质自身的一级结构中。靶向输送的蛋白质靶向输送的蛋白质N-端存在信号序列端存在信号序列目录目录蛋白种类蛋白种类信号序列信号序列结构特点结构特点 分泌蛋白和质膜蛋白分泌蛋白和质膜蛋白信号肽信号肽1530个氨基酸，位于个氨基酸，位于N-端，端，中间为疏水性氨基酸中间为疏水性氨基酸 核蛋白核蛋白核定位信号核定位信号48个氨基酸组成，位于内部，个氨基酸组成，位于内部，含含Pro、Lys和
50、和Arg，典型序列，典型序列为为K-K/R-X-K/R 内质网蛋白内质网蛋白内质网滞留信号内质网滞留信号C-端的端的Lys-Asp-Glu-Leu（KDEL）核基因组编码的线粒核基因组编码的线粒体蛋白体蛋白线粒体导肽线粒体导肽2035个氨基酸，位于个氨基酸，位于N-端端 溶酶体蛋白溶酶体蛋白溶酶体靶向信号溶酶体靶向信号甘露糖甘露糖-6-磷酸（磷酸（Man-6-P）蛋白细胞亚组分分选信号蛋白细胞亚组分分选信号 目录目录细胞内分泌型蛋白质的合成与转运同时发生。细胞内分泌型蛋白质的合成与转运同时发生。它们的它们的N-N-端都有端都有信号肽（信号肽（signal peptidesignal pepti