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1、目录目录蛋白质的生物合成蛋白质的生物合成（翻译翻译）第十五章第十五章Protein Biosynthesis(Translation)目录目录 遗传密码遗传密码三联子三联子 tRNAtRNA的结构、功能与种类的结构、功能与种类 核糖体的结构与功能核糖体的结构与功能 蛋白质合成的过程蛋白质合成的过程 蛋白质的运转机制蛋白质的运转机制Contents本章内容本章内容目录目录生物信息的传递生物信息的传递 从从mRNAmRNA到蛋白质到蛋白质目录目录 翻译：翻译：指将指将mRNAmRNA链上的核甘酸从一链上的核甘酸从一个特定的起始位点开始，按每三个个特定的起始位点开始，按每三个核甘酸代表一个氨基酸的原
2、则，依核甘酸代表一个氨基酸的原则，依次合成一条多肽链的过程。次合成一条多肽链的过程。目录目录第一节第一节蛋白质的合成体系蛋白质的合成体系目录目录20种氨基酸种氨基酸(AA)作为原料作为原料20多种酶及众多蛋白因子，如多种酶及众多蛋白因子，如IF、eIF ATP、GTP、无机离子、无机离子参与蛋白质生物合成的物质参与蛋白质生物合成的物质l 三种三种RNAmRNA（messenger RNA,信使信使RNA）rRNA（ribosomal RNA,核糖体核糖体RNA）tRNA（transfer RNA,转移转移RNA）目录目录蛋白质合成的场所（工厂）是蛋白质合成的场所（工厂）是核糖体；核糖体；运输氨
3、基酸到模板上的是运输氨基酸到模板上的是tRNA适配器；适配器；模板是模板是mRNA；氨氨基基酸酸变变为为活活化化态态与与tRNA共共价价结结合合形形成成氨氨酰酰tRNA，催催化化这这个个过过程程的的酶酶叫叫氨氨酰酰tRNA合成酶合成酶。目录目录一、一、mRNA及遗传密码及遗传密码mRNA是蛋白质生物合成过是蛋白质生物合成过程中直接指令氨基酸掺入的程中直接指令氨基酸掺入的模板模板，是遗传信息的载体。，是遗传信息的载体。（一）（一）mRNA目录目录（二）遗传密码（二）遗传密码三联体密码三联体密码在在mRNA的的开放阅读框架区开放阅读框架区，以每，以每3个相邻的核苷酸为一组，代表一种氨个相邻的核苷酸
4、为一组，代表一种氨基酸基酸(或其他信息或其他信息)，这种三联体形式，这种三联体形式的核苷酸序列称为的核苷酸序列称为密码子密码子。1、密码子（、密码子（codon）目录目录2、三联体密码的破译、三联体密码的破译mRNA5 AUCGACCUGAGC3420()mRNA5 AUCGACCUGAGC342=1620()mRNA5AUCGACCUGAGC343=6420()核甘酸序列核甘酸序列氨基酸序列氨基酸序列目录目录 （1）以均聚物为模板指导多肽的合成）以均聚物为模板指导多肽的合成 1961 Nirenberg 和和 Matthaei poly U-编码编码 Phe poly C-编码编码 Pro
5、poly A-编码编码 Lys 三联体密码破译的实验依据三联体密码破译的实验依据目录目录 人工合成多种三核苷酸（人工合成多种三核苷酸（UUU、UCU、UGU等）做为模板等）做为模板 与含核糖体、与含核糖体、20种种 AA-tRNA和适当离子强度和适当离子强度的反应液保温的反应液保温 利用结合核糖体的利用结合核糖体的AA-tRNA能被吸附的性质，能被吸附的性质，可与未结合的可与未结合的tRNA分开分开 分析留在滤膜上的核糖体中的分析留在滤膜上的核糖体中的AA-tRNA和其相和其相应的模板，即可确定编码特定氨基酸的密码子应的模板，即可确定编码特定氨基酸的密码子 三联体密码破译的实验依据三联体密码破
6、译的实验依据（2）核糖体结合技术：）核糖体结合技术：目录目录以随机共聚物指导多肽的合成：以随机共聚物指导多肽的合成：以随机共聚物以随机共聚物A、C为模板，任意排列可出现为模板，任意排列可出现8种三聚体，获得六种氨基种三聚体，获得六种氨基酸组成的多肽。酸组成的多肽。以特定的共聚物为模板指导多肽的合成：以特定的共聚物为模板指导多肽的合成：以多聚二核以多聚二核苷酸作模板可合成由苷酸作模板可合成由2个氨基酸组成的多肽，如个氨基酸组成的多肽，如PolyUG模板，合成产物为模板，合成产物为Lys和和Val；以多聚三核苷；以多聚三核苷酸作为模板，可得三种氨基酸组成的多肽。酸作为模板，可得三种氨基酸组成的多肽
7、。三联体密码破译的实验依据三联体密码破译的实验依据（3）化学法和酶法相结合：）化学法和酶法相结合：目录目录遗遗传传密密码码表表1965年年完成完成目录目录终止密码终止密码(termination codon)：UAA、UAG、UGA 3个不编码个不编码aa的，为终止密码，不能被的，为终止密码，不能被tRNA阅读，阅读，只被肽链释放因子识别。只被肽链释放因子识别。起始密码起始密码(initiation codon)：AUG 编码编码甲硫氨酸（原核为甲酰甲硫氨酸），甲硫氨酸（原核为甲酰甲硫氨酸），为起始为起始密码，密码，常用。常用。少数原核生物是少数原核生物是GUG（缬氨酸）：极少用。（缬氨酸）：
8、极少用。3、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4、开放读码框架、开放读码框架（open reading frame,ORF)mRNA链上，从链上，从5至至3，以，以AUG为起点，每三个碱基为起点，每三个碱基作为一个密码子连续阅读，直至出现终止密码子，作为一个密码子连续阅读，直至出现终止密码子，AUG至终止密码子之间称为至终止密码子之间称为ORF。AUG ACA UGC UAU GGU AAU UAA AUG CUC AAG UAA U 目录目录5、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翻译时遗传密码的阅读方向是是
9、53，即读，即读码从码从mRNA的起始密码子的起始密码子AUG开始，按开始，按53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)密码是无标点和不重叠的。密码是无标点和不重叠的。编码蛋白质氨基酸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既无间隔也无交叉。通常从一个正确的各碱基之间既无间隔也无交叉。通常从一个正确起点（起点（AUG）开始，）开始，3个一组，一个不漏的读下去个一组，一个不漏的读下去至终止密
10、码。至终止密码。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 3AlaValHisMet终止密码终止密码目录目录目录目录基因损伤引起基因损伤引起mRNA阅读框架内的碱基发生阅读框架内的碱基发生插入或缺失插入或缺失，可能导致，可能导致框移突变框移突变(frameshift mutation)。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(degenerate)一一种种AA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。这一特性称为这一特性称为遗传密
11、码的简并性。遗传密码的简并性。除除Trp和和Met仅有仅有1个密码子外，其余个密码子外，其余AA均有均有2个个或多个密码子为其编码。为同一种或多个密码子为其编码。为同一种AA编码的各密码编码的各密码子称为子称为同义密码子同义密码子。如：如：UUA、UUG、CUU、CUC、CUA、CUG都编码都编码Leu意义：意义：DNA碱基有较大变化时，仍保持多肽碱基有较大变化时，仍保持多肽链中链中AA顺序不变。顺序不变。减少有害突变，保证了物种的稳定性减少有害突变，保证了物种的稳定性。目录目录各种氨基酸的密码子数目各种氨基酸的密码子数目目录目录（4）通用性）通用性(universal)从简单的病毒到高等的人
12、类，几乎使用同一套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，遗传密码表中的这套遗传密码，因此，遗传密码表中的这套“通用密码通用密码”基本上适用于生物界的所有物种，基本上适用于生物界的所有物种，具有通用性。具有通用性。密码的通用性进一步证明各种生物进化自同一密码的通用性进一步证明各种生物进化自同一祖先。祖先。但但在在1979年发现线粒体的遗传密码与通用密码年发现线粒体的遗传密码与通用密码表有区别，表有区别，1980年又发现不同生物的线粒体密码也年又发现不同生物的线粒体密码也不尽相同。植物细胞的叶绿体密码也不尽相同，不尽相同。植物细胞的叶绿体密码也不尽相同，可可见遗传密码并非绝对通用
13、。见遗传密码并非绝对通用。目录目录生物生物密码子密码子线粒体线粒体DNADNA编码编码的氨基酸的氨基酸核核DNADNA编码的氨编码的氨基酸基酸所有所有UGAUGA色氨酸色氨酸终止子终止子酵母酵母CUACUA苏氨酸苏氨酸亮氨酸亮氨酸果蝇果蝇AGAAGA丝氨酸丝氨酸精氨酸精氨酸哺乳类哺乳类AGA/GAGA/G终止子终止子精氨酸精氨酸哺乳类哺乳类AUAAUA甲硫氨酸甲硫氨酸异亮氨酸异亮氨酸线粒体与核线粒体与核DNADNA密码子使用情况的比较密码子使用情况的比较目录目录 密码子的专一性主要由前密码子的专一性主要由前2个碱基决定，。个碱基决定，。第三位碱基的改变不重要：第三位碱基的改变不重要：如：如：H
14、is：CAU、CAC；第；第3位均为嘧啶；位均为嘧啶；Glu：CAA、CAG；第；第3位均为嘌呤。位均为嘌呤。意义：意义：降低了由于第降低了由于第3个碱基发生突变造成个碱基发生突变造成 的误差。的误差。反密码子与密码子之间的配对有时并不严格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，这种现象称为摆动配遵守常见的碱基配对规律，这种现象称为摆动配对对(wobble base pairing)。（5）摆动性）摆动性(wobble)目录目录U3 2 11 2 3摆摆动动配配对对目录目录二、二、rRNA及核糖体及核糖体核糖体是蛋白质合成的工厂（场所）核糖体是蛋白质合成的工厂（场所）核糖
15、体核糖体是由是由rRNA和多种蛋白质结合而成的一种和多种蛋白质结合而成的一种大的核糖核蛋白颗粒，蛋白质肽键的合成就是大的核糖核蛋白颗粒，蛋白质肽键的合成就是在这种核糖体上进行的。在这种核糖体上进行的。1、组成：、组成：约约65%的的rRNA，约约35%的蛋白质。的蛋白质。（一）核糖体的组成和结构：（一）核糖体的组成和结构：目录目录2 2、结构：、结构：球形颗粒，由球形颗粒，由大小两个亚基大小两个亚基组成。组成。目录目录核核蛋蛋白白体体的的组组成成目录目录（二）核糖体的功能（二）核糖体的功能1、16SrRNA对对识别识别mRNA上肽链上肽链起始位起始位点点起重要作用。起重要作用。2、参与肽链的、
16、参与肽链的启动、启动、延长、终止、移动延长、终止、移动等等核糖体大亚基核糖体大亚基X-衍射图衍射图目录目录3 3、功能位点：、功能位点：1）mRNA结合位点：结合位点：在大小亚基的结合面上，为蛋白质合成之处。在大小亚基的结合面上，为蛋白质合成之处。2）P位点：位点：肽酰基位点，大部分位于小亚基上，小肽酰基位点，大部分位于小亚基上，小部分位于大亚基上，结合部分位于大亚基上，结合起始起始-tRNA和肽酰基和肽酰基-tRNA。3）A位点：位点：氨酰基位点，位于大亚基上，结合氨酰基位点，位于大亚基上，结合氨酰氨酰-tRNA。4）E位点：位点：专供专供tRNA离开。离开。目录目录原核生物翻译过程中核蛋白
17、体结构模式原核生物翻译过程中核蛋白体结构模式A位：位：氨基酰位氨基酰位(aminoacyl site)P位位：肽酰位：肽酰位(peptidyl site)E位：位：排出位排出位(exit site)目录目录反密码子环反密码子环氨基酸臂氨基酸臂三、三、tRNA氨基酸转运工具氨基酸转运工具tRNA的二的二级结构：级结构：三三叶草结构叶草结构DHU环环TC环环目录目录与蛋白质合成有关的位点与蛋白质合成有关的位点（1）3末端的末端的CCA序列：序列：为为aa接受位点，活化接受位点，活化aa的的羧基羧基共价结合到共价结合到3末端末端A的的-OH上，形成上，形成氨酰氨酰tRNA。（2）反密码子位点：）反密
18、码子位点：由反密码子环下方的由反密码子环下方的3个碱基个碱基组成，与组成，与mRNA上密码子的碱基互补。上密码子的碱基互补。（3）DHU环：环：识别氨酰识别氨酰-tRNA合成酶的位点。合成酶的位点。（4）TC环：环：核糖体识别位点。核糖体识别位点。目录目录tRNA的反密码子与的反密码子与mRNA上的密码子配对上的密码子配对A U C目录目录蛋白质的生物合成过程蛋白质的生物合成过程第二节第二节目录目录（1 1）氨基酸的活化（激活）氨基酸的活化（激活）（2 2）活化氨基酸的转运）活化氨基酸的转运（3 3）肽链合成的起始）肽链合成的起始（4 4）肽链合成的延长）肽链合成的延长（5 5）肽链合成的终止
19、与释放）肽链合成的终止与释放蛋白质的生物合成分五个阶段蛋白质的生物合成分五个阶段目录目录n反应过程反应过程氨基酸氨基酸+tRNA氨酰氨酰-tRNAATP AMPPPi氨酰氨酰-tRNA合成酶合成酶n 活化场所（部位）：细胞质（胞液）活化场所（部位）：细胞质（胞液）n 总反应式如下：总反应式如下：一、一、氨基酸的活化与转运氨基酸的活化与转运目录目录氨基酸氨基酸 ATP 氨酰氨酰-AMP PPi 第一步反应第一步反应活化活化氨酰-tRNA合成酶氨酰-tRNA合成酶目录目录第二步反应第二步反应转运转运氨基酰氨基酰-AMP tRNA氨基酰氨基酰-tRNA AMP氨酰-tRNA合成酶目录目录氨酰氨酰-t
20、RNA合成酶的特点合成酶的特点 a、专一性：、专一性：对氨基酸有极高的专一性对氨基酸有极高的专一性，每种氨基酸都有专一，每种氨基酸都有专一 的酶，只作用于的酶，只作用于L-氨基酸，不作用于氨基酸，不作用于D-氨基酸。氨基酸。对对tRNA 具有极高专一性。具有极高专一性。b、校正作用：、校正作用：氨酰氨酰-tRNA合成酶的水解部位可以合成酶的水解部位可以 水解错误活化的氨基酸。水解错误活化的氨基酸。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
21、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酰氨酰-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：目录目录起始氨基酸起始氨基酸原核原核:甲酰甲硫氨酸甲酰甲硫氨酸(fMet)真核真核:甲硫氨酸甲硫氨酸(Met)（一）起始氨酰（一）起始氨酰-tRNA二、肽链合成的起始二、肽链合成的起始原核：原核：fMet-tRNAifMet 真核：真核：Met-tRNAiMet 起始氨酰起始氨酰-tRNA目录目录具具有有起起始始功功能能的的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
22、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-tRNAifMet)，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辨认能辨认fMet-tRNAifMet。起始氨酰起始氨酰-tRNA:fMet-tRNAifMet 二、肽链合成的起始二、肽链合成的起始目录目录fMet-tRNAifMet的的生生成成是是一一碳碳化化合合物物转转移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
23、催化化，甲甲酰酰基基从从N10-甲酰四氢叶酸甲酰四氢叶酸转移到甲硫氨酸的转移到甲硫氨酸的-氨基上。氨基上。Met-tRNAifMetN10-甲酰甲酰FH4 甲酰化酶甲酰化酶fMet-tRNAifMetFH4 Met-tRNAifMet的的Met的的-NH2被甲酰化被甲酰化该酶特异性强，该酶特异性强，不能催化不能催化Met或或Met-tRNAMet起始氨基酸的甲酰化起始氨基酸的甲酰化目录目录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的肽链添加甲硫氨酸。肽链添加甲硫氨酸。（二）参与肽链延长的（二）参与肽链延
24、长的甲硫氨酰甲硫氨酰-tRNA：真核、原核相同：真核、原核相同：Met-tRNAMet目录目录u 核糖体核糖体30S和和50S亚基亚基u 带有起始密码子带有起始密码子AUG的的mRNAu fMet-tRNAifMetu 起起始始因因子子(initiation factor,IF)：IF1、IF2、IF3uGTP，Mg2+起始过程所需要的因子起始过程所需要的因子目录目录IF-3IF-11、核蛋白体大小亚基分离、核蛋白体大小亚基分离目录目录IF-3IF-12、mRNA在小亚基定位结合在小亚基定位结合A U G53mRNA 形成形成mRNA-30S-IF1-IF3 复合物复合物，并使，并使30S小亚
25、小亚基上的基上的P位正好对准位正好对准mRNA上的上的AUG位，便于位，便于fMet-tRNAifMet进入。进入。目录目录原核生物原核生物mRNAmRNA在核糖体小亚基上的在核糖体小亚基上的准确定位和结合的机制准确定位和结合的机制在在各各种种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49个个核核苷苷酸酸组组成成的的富富 含含 嘌嘌 呤呤 碱碱 基基 的的 一一 致致 序序 列列，如如-AGGAGG-，称称为为Shine-Dalgarno序序列列(SD序序 列列)，又又 称称 核核 蛋蛋 白白 体体 结结 合合 位位 点点(ribosomal bindi
26、ng site,RBS)。目录目录SDSD序列序列 目录目录IF-2 GTP3、fMet-tRNAifMet结合到小亚基结合到小亚基IF-3IF-1A U G53fMet-tRNAifMet进入部分进入部分P位位，形成，形成GTP-IF2-fMet-tRNAifMet复合物复合物目录目录IF-3IF-1IF-2GTPGDPPi4 4、与核糖体大亚基结合，起始复合物形成、与核糖体大亚基结合，起始复合物形成A U G53P位：位：被被fMet-tRNAifMet占据；占据；A位：位：准备接受另一个氨酰准备接受另一个氨酰tRNA。此时核糖体具有了活性。此时核糖体具有了活性。目录目录IF-3IF-1A
27、 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指指在在mRNA模模板板的的指指导导下下，氨氨基基酸酸依依次次进进入入核蛋白体并聚合成多肽链的过程。核蛋白体并聚合成多肽链的过程。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蛋蛋白白体体上上连连续续循循环环式式进进行行，又又称称为为核核蛋蛋白白体体循循环环(ribosomal cycle)，包包括括以下三步：以下三步：每轮循环使多肽链增加
28、一个氨基酸残基。每轮循环使多肽链增加一个氨基酸残基。三、肽链合成的延伸三、肽链合成的延伸目录目录 需要需要70S的起始复合物的起始复合物 氨酰氨酰tRNA 延伸因子延伸因子(elongation factor,EF)：原核生物：原核生物：EF-Tu、EF-Ts、EF-G 真核生物：真核生物：eEF-1，eEF-2 GTP，Mg2延伸过程需要下列因子参与延伸过程需要下列因子参与目录目录1、进、进 位位 又称又称注册注册(registration)，是是指一个氨酰指一个氨酰-tRNA按照按照mRNA模板的指令进入并模板的指令进入并结合到结合到核糖体核糖体A位的过程位的过程结果：结果：P位位：被：被
29、fMet-tRNAifMet占据占据A位位：氨酰：氨酰tRNA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 成肽是在成肽是在转肽酶转肽酶(peptidase)的催化下，核的催化下，核糖体糖体P位位上的起始氨酰上的起始氨酰-tRNA的的N-甲酰甲硫氨酰甲酰甲硫氨酰基或肽酰基或肽酰-tRNA的肽酰基转移到的肽酰基转移到A位并与位并与A位上位上氨酰氨酰-tRNA的的-氨基结合形成肽键氨基结合形成肽键的过程。的过程。这这时的复合物叫时的复合物叫肽基肽基tRNA；P位：位：
30、tRNAifMet A位：位：肽基肽基tRNA。2、成、成 肽肽目录目录肽链合成延长阶段的肽键形成过程肽链合成延长阶段的肽键形成过程成成 肽肽目录目录 转位是在转位是在转位酶转位酶的催化下，核糖体向的催化下，核糖体向mRNA的的3-端移动一个密码子的距离，使端移动一个密码子的距离，使mRNA序列上的序列上的下一个密码子进入核糖体的下一个密码子进入核糖体的A位、而占据位、而占据A位的肽位的肽酰酰-tRNA移入移入P位位的过程。的过程。转位需要延长因子转位需要延长因子EF-G参与。参与。3、转、转 位位目录目录转转 位位目录目录EF-G有有转位酶（转位酶（translocase）活性，可结活性，可
31、结合并水解合并水解1分子分子GTP，释放的能量促进核糖体向，释放的能量促进核糖体向mRNA的的3端移动，每次移动一个密码子的距离，端移动，每次移动一个密码子的距离，使起始二肽酰使起始二肽酰-tRNA-mRNA相对位移相对位移进入核蛋白进入核蛋白体体P位位，而卸载的，而卸载的tRNA则移入则移入E位位。A位位上的肽基上的肽基tRNA到达到达P位位，A位空出；位空出；P位位上的上的tRNA移到移到E位位，再出口，再出口，P位上是位上是肽基肽基tRNA。3、转、转 位位目录目录fMetA U G53fMetTuGTP成肽成肽转位转位下一轮进位下一轮进位目录目录进进位位转转位位成肽成肽n肽链合成延长肽
32、链合成延长(核糖体循环核糖体循环)过程过程目录目录 终终止止是是指指核核糖糖体体A位位出出现现mRNA的的终终止止密密码码子子后后，多多肽肽链链合合成成停停止止，肽肽链链从从肽肽酰酰-tRNA中中释释出出，mRNA、核蛋白体大、小亚基等分离的过程。核蛋白体大、小亚基等分离的过程。终止密码：终止密码：UAA、UAG、UGA 终止因子也称为释放因子终止因子也称为释放因子(release factor,RF)：RF1、RF2、RF3 四、肽链合成的终止和释放四、肽链合成的终止和释放目录目录RF3可结合核糖体其他部位，有可结合核糖体其他部位，有GTP酶活性，能酶活性，能介导介导RF1、RF2与核糖体的
33、相互作用。与核糖体的相互作用。终止（释放）因子的功能终止（释放）因子的功能识别终止密码子识别终止密码子RF1特异识别特异识别UAA、UAG；RF2特异识别特异识别UAA、UGA；RF3刺激刺激RF1、RF2活性，协助释放。活性，协助释放。诱导转肽酶转变为酯酶（水解酶）活性诱导转肽酶转变为酯酶（水解酶）活性催化新生肽链与结合在催化新生肽链与结合在P位的位的tRNA之间之间的酯键水解，使肽链从核糖体上释放。的酯键水解，使肽链从核糖体上释放。目录目录 当当A位上对应于位上对应于mRNA的终止密码子时，的终止密码子时，终止因子作用于终止因子作用于A位，位，使使P位上的肽基转移酶位上的肽基转移酶活性变为
34、水解酶活性，活性变为水解酶活性，从而使多肽链从核糖从而使多肽链从核糖体上释放，同时核糖体离开体上释放，同时核糖体离开mRNA，解离为，解离为50S、30S二个亚基，重新进入下一条多肽链二个亚基，重新进入下一条多肽链的合成，或变为单核糖体。的合成，或变为单核糖体。目录目录原原核核肽肽链链合合成成终终止止过过程程 目录目录 多聚核蛋白体的形成可以使蛋白质生物多聚核蛋白体的形成可以使蛋白质生物合成以高速度、高效率进行。合成以高速度、高效率进行。多聚核蛋白体多聚核蛋白体(polysome)一条一条mRNA模板链都可附着模板链都可附着10100个核个核蛋白体，这些核蛋白体依次结合起始密码子并蛋白体，这些
35、核蛋白体依次结合起始密码子并沿沿53方向读码移动，方向读码移动，同时进行肽链合成，同时进行肽链合成，这种这种mRNA与多个核蛋白体形成的聚合物称为与多个核蛋白体形成的聚合物称为多聚核蛋白体多聚核蛋白体(polysome)。目录目录多聚核蛋白体多聚核蛋白体目录目录机理与原核细胞蛋白质生物合成相似，机理与原核细胞蛋白质生物合成相似，不同之处：不同之处：1、核糖体更大（、核糖体更大（80S）2、起起始始tRNA，原原核核细细胞胞：fMet-tRNAifMet，真真核核细细胞：胞：Met-tRNAiMet；3、80S起起始始复复合合物物，多多肽肽合合成成的的起起点点是是mRNA5端端的的AUG。有九种
36、起始因子。有九种起始因子eIF；4、肽链延伸、终止和释放。延伸因子为、肽链延伸、终止和释放。延伸因子为eEF1、eEF2；终止因子为：；终止因子为：eRF。5、另外，真核细胞核蛋白体没有、另外，真核细胞核蛋白体没有E位，转位时卸载的位，转位时卸载的tRNA直接从直接从P位脱落。位脱落。真核细胞中蛋白质的生物合成真核细胞中蛋白质的生物合成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编码编码几种蛋白几种蛋白质质（多（多顺顺反子）反子）一条一条mRNA编码编码一种蛋白一种蛋白质质（单顺单顺反子）反子）转录转录
37、后很少加工后很少加工转录转录后后进进行首尾修行首尾修饰饰及剪接及剪接转录转录、翻、翻译译和和mRNA的降解可同的降解可同时发时发生生mRNA在核内合成，加工后在核内合成，加工后进进入胞液，再入胞液，再作作为为模板指模板指导导翻翻译译核蛋白体核蛋白体30S小小亚亚基基50S大大亚亚基基 70S核蛋白体核蛋白体40S小小亚亚基基60S大大亚亚基基 80S核蛋白体核蛋白体起始阶段起始阶段起始氨基起始氨基酰酰-tRNA为为fMet-tRNAifMet起始氨基起始氨基酰酰-tRNA为为Met-tRNAiMet核蛋白体小核蛋白体小亚亚基先与基先与mRNA结结合合,再与再与fMet-tRNAifMet结结合
38、合核蛋白体小核蛋白体小亚亚基先与基先与Met-tRNAiMet结结合，合，再与再与mRNA结结合合mRNA中的中的SD序列与序列与16S rRNA 3-端的端的一段序列一段序列结结合合mRNA中的帽子中的帽子结结构与帽子构与帽子结结合蛋白复合合蛋白复合物物结结合合有有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延长长因子因子为为EF-Tu、EF-Ts和和EF-G延延长长因子因子为为eEF-1、eEF-1和和eEF-2终止阶段终止阶段释释放因子放因子为为RF-1、RF-2和和RF-3释释放因子放因子为为eR
39、F目录目录蛋白质合成所需能量蛋白质合成所需能量在合成在合成1个肽键的过程中：个肽键的过程中：氨基酸活化：氨基酸活化：2个个GTP肽链延长：肽链延长：1个个GTP肽链移位：肽链移位：1个个GTP 共计：共计：4个个GTP 反应不可逆。反应不可逆。能量的消耗保证了翻译的准确性。能量的消耗保证了翻译的准确性。目录目录第三节第三节 蛋白质合成后蛋白质合成后的加工的加工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修
40、修饰饰(posttranslational modification)。翻翻译译后后修修饰饰包包括括多多肽肽链链折折叠叠为为天天然然的的三三维维构构象象及及对对肽肽链链一一级级结结构构的的修修饰饰、空空间间结结构构的的修修饰饰等等等等。翻翻译译后后修修饰饰使使得得蛋蛋白白质质组组成成更更加加多多样样化化，从而使蛋白质结构上呈现更大的复杂性。从而使蛋白质结构上呈现更大的复杂性。目录目录一、氨基末端和羧基末端的修饰一、氨基末端和羧基末端的修饰细菌蛋白的细菌蛋白的N端为甲酰蛋氨酸，先由端为甲酰蛋氨酸，先由去甲酰化去甲酰化酶酶催化水解除去催化水解除去N端的甲酰基，再由端的甲酰基，再由氨肽酶氨肽酶切切去
41、一个或多个去一个或多个N端氨基酸。端氨基酸。而真核生物而真核生物N端的端的甲硫氨酸甲硫氨酸常常在肽链的其他常常在肽链的其他部分还未完全合成时就已经被水解下来。部分还未完全合成时就已经被水解下来。羧基末端羧基末端的某些氨基酸也被特定酶切除。的某些氨基酸也被特定酶切除。目录目录 通过通过羟基化、磷酸化、糖基化、脂质化、羟基化、磷酸化、糖基化、脂质化、甲基化、二硫键形成、甲基化、二硫键形成、亲脂性修饰亲脂性修饰等使蛋等使蛋白具有生物活性。如白具有生物活性。如Ser、Thr、Tyr上的羟上的羟基的磷酸化基的磷酸化 二、二、AA残基的修饰残基的修饰目录目录三、切去一端肽链三、切去一端肽链1、酶原激活：、
42、酶原激活：经过特殊剪切，在酶催化下水经过特殊剪切，在酶催化下水解，切除一段肽链后才能显示出生物活性。解，切除一段肽链后才能显示出生物活性。如如前胰岛素转变为胰岛素的过程前胰岛素转变为胰岛素的过程2、切除信号肽：、切除信号肽：某些蛋白质的合成过程中，某些蛋白质的合成过程中，氨基末端有氨基末端有15-30个个AA组成的信号序列，用来组成的信号序列，用来引导蛋白质到达细胞特定部位而发挥作用，引导蛋白质到达细胞特定部位而发挥作用，称称为信号肽为信号肽(signal peptide)，最后这些序列在，最后这些序列在特定肽酶作用下被切除。特定肽酶作用下被切除。目录目录胰岛素原（胰岛素原（86肽）肽）A肽（
43、肽（21）B肽（肽（30）C肽（肽（35）SSS胰岛素（胰岛素（51肽）肽）胰岛素的翻译后加工胰岛素的翻译后加工目录目录四、多肽链折叠为天然构象的蛋白质四、多肽链折叠为天然构象的蛋白质新生肽链新生肽链N-端在核蛋白体上一出现，肽链的折叠即端在核蛋白体上一出现，肽链的折叠即开始。开始。可能随着序列的不断延伸肽链逐步折叠，形可能随着序列的不断延伸肽链逐步折叠，形成完整的空间构象。成完整的空间构象。一般认为，多肽链自身氨基酸顺序储存着蛋白质折一般认为，多肽链自身氨基酸顺序储存着蛋白质折叠的信息，即一级结构是空间构象的基础。叠的信息，即一级结构是空间构象的基础。细胞中大多数天然蛋白质折叠都细胞中大多数
44、天然蛋白质折叠都不是自动完成不是自动完成，而，而需要其他酶和蛋白质辅助，如分子伴侣等需要其他酶和蛋白质辅助，如分子伴侣等。目录目录几种有促进蛋白质折叠功能的大分子几种有促进蛋白质折叠功能的大分子1.分子伴侣分子伴侣(molecular chaperon)2.蛋白质二硫键异构酶蛋白质二硫键异构酶(protein disulfide isomerase,PDI)3.肽肽-脯氨酰顺反异构酶脯氨酰顺反异构酶(peptide prolyl-cis-trans isomerase,PPI)目录目录五、空间结构的修饰五、空间结构的修饰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
45、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)。（一）通过非共价键亚基聚合形成具有四级（一）通过非共价键亚基聚合形成具有四级结构的蛋白质结构的蛋白质（二）辅基连接后形成完整的结合蛋白质（二）辅基连接后形成完整的结合蛋白质目录目录第四节、蛋白质的定向运转第四节、蛋白质的定向运转 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发发挥挥各各自自的的生
46、生物物学学功功能能，这这种种将将蛋蛋白白质质定定向向输输送送到到其其发发挥挥作作用用的的靶靶位位点点 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）。）。蛋白质的靶向输送与翻译后修饰过程同步进行。蛋白质的靶向输送与翻译后修饰过程同步进行。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信信号号肽肽，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到细胞的适当靶部位。移到细胞的适当靶部位。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
47、，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。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目录目录信号肽的一级结构信号肽的一级结构目录目录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 目录目录靶向输送到靶向输送到细胞核细胞核的蛋白质多肽链内含有特异信的蛋白质多肽链内含有特异信号序列，称为号序列，称为核定位序列核定位序列(nuclear localization sequence,NLS)。NLS为含为含48个氨基酸残基的短序列，富含带正个氨基酸残基的短序列，富含带正电荷的赖氨
48、酸、精氨酸和脯氨酸，可位于肽链的电荷的赖氨酸、精氨酸和脯氨酸，可位于肽链的不同部位，而不只在不同部位，而不只在N末端。末端。不同的不同的NLS间未发现共有序列；在蛋白质进核定间未发现共有序列；在蛋白质进核定位后，位后，NLS不被切除。不被切除。n核定位序列核定位序列目录目录靶向输送蛋白靶向输送蛋白信号序列或成分信号序列或成分分泌蛋白分泌蛋白信号肽信号肽内质网腔蛋白内质网腔蛋白信号肽，信号肽，C端端-Lys-Asp-Glu-Leu-COO-(KDEL序列序列)线粒体蛋白线粒体蛋白N端靶向序列（端靶向序列（2035氨基酸残基）氨基酸残基）核蛋白核蛋白核定位序列（核定位序列（-Pro-Pro-Lys-Lys-Lys-Arg-Lys-Val-，SV40 T抗原）抗原）过氧化体蛋白过氧化体蛋白-Ser-Lys-Leu-（PST序列）序列）溶酶体蛋白溶酶体蛋白Man-6-P（甘露糖（甘露糖-6-磷酸）磷酸）靶向输送蛋白的信号序列或成分靶向输送蛋白的信号序列或成分 目录目录二、线粒体蛋白的靶向输送二、线粒体蛋白的靶向输送 目录目录三、细胞核蛋白的靶向输送三、细胞核蛋白的靶向输送