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1、第38章 蛋白质合成与转运一、蛋白质的生物合成一、蛋白质的生物合成 合成场所：核糖体合成场所：核糖体 原料：原料：AA、tRNA、mRNA、rRNA 其他蛋白因子、其他蛋白因子、ATP、GTP粗面内质网粗面内质网（一）蛋白质合成的分子基础（一）蛋白质合成的分子基础1、模板是模板是mRNA含有密码子含有密码子阅读方向阅读方向5到到3起始密码和终止密码起始密码和终止密码3端：真核生物有端：真核生物有PolyA尾巴尾巴5端：决定起始密码的选择端：决定起始密码的选择原核生物原核生物mRNA 5端的端的SD序列序列识别识别16S rRNA核糖体结合位点序列核糖体结合位点序列真核生物真核生物 5端有端有核
2、糖体进入部位核糖体进入部位 帽子结构帮助识别帽子结构帮助识别 向向3扫描至扫描至AUG2、tRNA转运活化的转运活化的AA到模板上到模板上每种每种AA都都至少有一种至少有一种tRNA负责转运负责转运书写方式：书写方式：tRNAPhe、tRNASer通常一种通常一种AA具有几种具有几种tRNASee movietRNA分子具有：分子具有：3CCA-OH氨基酸接受位点氨基酸接受位点识别氨酰识别氨酰-tRNA合成酶位点合成酶位点核糖体识别位点核糖体识别位点反密码子位点反密码子位点Cys*半胱氨酰半胱氨酰tRNA合成酶合成酶tRNACys半胱氨酰半胱氨酰*-tRNACys丙氨酰丙氨酰*-tRNACys
3、Ala插入蛋白中插入蛋白中Cys的位置的位置形成氨酰形成氨酰tRNA后去向由后去向由tRNA决定决定3、核糖体是蛋白质合成的工厂核糖体是蛋白质合成的工厂（二）蛋白质合成的步骤（二）蛋白质合成的步骤1、氨酰氨酰tRNA的生成的生成氨酰氨酰tRNA合成酶合成酶氨酰氨酰AMP形成形成2形式的酯形式的酯氨酰基团在氨酰基团在2 3间交换间交换形成形成3形式的酯形式的酯形成形成3形式的酯形式的酯2、氨酰氨酰tRNA合成酶合成酶识别：识别：AA、tRNA、ATP型和型酶3、氨酰氨酰tRNA合成酶的校正功能合成酶的校正功能 水解非正确组合的水解非正确组合的AA和和tRNA异亮氨酰异亮氨酰 tRNAIle缬氨酰
4、缬氨酰 tRNAVal缬氨酰缬氨酰 tRNAIle则被水解：则被水解：缬氨酸缬氨酸+tRNAIle4、一个特殊的一个特殊的tRNA启动蛋白的合成启动蛋白的合成翻译起始于翻译起始于Met的参与的参与 tRNAMet：携带：携带Met掺入蛋白内部掺入蛋白内部 tRNAiMet：起始：起始Met 掺入掺入 由同一种由同一种tRNA合成酶合成合成酶合成 起始因子识别起始因子识别tRNAiMet 延伸因子识别延伸因子识别tRNAMet原核生物中的甲酰原核生物中的甲酰Met fMet-tRNAiMet5、翻译起始于翻译起始于mRNA与核糖体的结与核糖体的结合合 原核生物借助原核生物借助SD序列序列6、蛋白
5、因子帮助合成的起始蛋白因子帮助合成的起始 原核生物原核生物（大肠杆菌）（大肠杆菌）三个起始因子（三个起始因子（initiation factor）IF1、IF2、IF3 真核生物真核生物IF1、IF3与与30S小亚基结合小亚基结合 IF3防止防止30S亚基与亚基与50S亚基过早结合亚基过早结合mRNA与小亚基结合与小亚基结合 fMet tRNAiMet进入进入50S大亚基的结合大亚基的结合A：aminoacyl siteP：peptide siteE：exit site（大部分在大亚基上）（大部分在大亚基上）7、蛋白合成的延伸（蛋白合成的延伸（elongation）延伸因子延伸因子EF-Tu
6、EF-Ts真核：真核：EF-1进位进位转肽：肽酰转移酶（核糖体参与催化）转肽：肽酰转移酶（核糖体参与催化）移位：移位：EF-G（EF-2）8、翻译的终止（、翻译的终止（terminate）没有识别终止密码子的没有识别终止密码子的tRNA 释放因子释放因子核糖体释放因子核糖体释放因子肽酰转移酶活性变为酯酶活性肽酰转移酶活性变为酯酶活性RF1：UAA/UAGRF2：UGARF3：刺激活性：刺激活性多核糖体（多核糖体（polysome）多核糖体与核糖体循环多核糖体与核糖体循环合成完毕合成完毕的肽链的肽链多核糖体多核糖体3mRNA延伸中的肽链延伸中的肽链5核糖体循环核糖体循环9、蛋白质合成的抑制剂、蛋
7、白质合成的抑制剂抗菌素抗菌素（antibiotics）毒素毒素抗代谢物抗代谢物干扰素干扰素（1 1）抗菌素）抗菌素链霉素、卡那霉素、新霉素链霉素、卡那霉素、新霉素 主要抑制主要抑制G G-菌菌PrPr合成三个阶段：合成三个阶段：起始起始复合物形成复合物形成使氨基酰使氨基酰tRNAtRNA从复合物脱落；从复合物脱落；肽链肽链延伸延伸阶段阶段使氨基酰使氨基酰tRNAtRNA与与mRNAmRNA错配；错配；终止终止阶段阶段阻碍终止因子与核蛋白体结合，阻碍终止因子与核蛋白体结合，已合成的多肽链无法释放，已合成的多肽链无法释放，抑制抑制70S70S核糖体的解离核糖体的解离四环素（土霉素、金霉素）四环素（
8、土霉素、金霉素）作用于细菌作用于细菌30S小亚基，抑制起始复合物形成小亚基，抑制起始复合物形成抑制氨酰抑制氨酰tRNA进入核糖体进入核糖体A位，阻滞肽链延伸；位，阻滞肽链延伸；影响终止因子与核糖体的结合影响终止因子与核糖体的结合四环素类抗生素对真核细胞核糖体也有抑制四环素类抗生素对真核细胞核糖体也有抑制但不能通过真核生物细胞膜但不能通过真核生物细胞膜对对70S核糖体的敏感性更高核糖体的敏感性更高氯霉素氯霉素广谱抗生素广谱抗生素与核糖体与核糖体A位紧密结合，阻碍氨基酰位紧密结合，阻碍氨基酰tRNA进入进入抑制抑制肽酰转移酶肽酰转移酶活性，肽链延伸受到影响活性，肽链延伸受到影响50S大亚基蛋白组分
9、（2 2）毒素）毒素白喉霉素白喉霉素共价修饰使共价修饰使EF-2失活失活一条多肽单链，一条多肽单链，2个二硫键，个二硫键，2个结构域个结构域 结构域与细胞表面受体结合结构域与细胞表面受体结合毒素蛋白水解断裂毒素蛋白水解断裂二硫键还原，产生二硫键还原，产生A、B两片段：两片段：B协助协助A通过细胞膜，通过细胞膜，A为蛋白修饰酶为蛋白修饰酶催化蛋白发生催化蛋白发生ADP-核糖基化核糖基化（3 3）抗代谢物）抗代谢物结构与天然代谢物相似结构与天然代谢物相似竞争性抑制代谢中酶竞争性抑制代谢中酶/反应反应嘌呤霉素嘌呤霉素结构与Tyr-tRNA Tyr相似，进入核糖体A位连于肽链的C端，形成肽酰嘌呤霉素，
10、容易脱落，肽链合成提前终止嘌呤霉素对原嘌呤霉素对原/真核生物翻译过程均有干扰真核生物翻译过程均有干扰用于肿瘤治疗（4）干扰素（）干扰素（interferon，IFN）病毒感染的宿主细胞产生病毒感染的宿主细胞产生 白细胞（白细胞（）、成纤维（）、成纤维（）、免疫（）、免疫（）干扰素结合于细胞膜，活化抗病毒蛋白基因干扰素结合于细胞膜，活化抗病毒蛋白基因诱导产生：诱导产生：蛋白激酶蛋白激酶使使eIF2eIF2磷酸化失活；磷酸化失活；2525腺嘌呤寡聚核苷酸合成酶腺嘌呤寡聚核苷酸合成酶25A25A激活激活磷酸二酯酶磷酸二酯酶水解水解mRNAmRNA 真核和原核细胞参与翻译的蛋白质因子真核和原核细胞参与
11、翻译的蛋白质因子阶段阶段阶段阶段原核原核原核原核 真核真核真核真核 功功功功 能能能能IF1IF1IF2IF2 eIF2 eIF2 参与起始复合物的形成参与起始复合物的形成参与起始复合物的形成参与起始复合物的形成IF3IF3 eIF3 eIF3、eIF4CeIF4C起始起始起始起始CBP I CBP I 与与与与mRNAmRNA帽子结合帽子结合帽子结合帽子结合 eIF4A B F eIF4A B F 参与寻找第一个参与寻找第一个参与寻找第一个参与寻找第一个AUGAUGeIF5 eIF5 协助协助协助协助eIF2 eIF2、eIF3 eIF3、eIF4CeIF4C的释放的释放的释放的释放eIF6
12、 eIF6 协助协助协助协助60S60S亚基从无活性的核糖体上解离亚基从无活性的核糖体上解离亚基从无活性的核糖体上解离亚基从无活性的核糖体上解离EF-TuEF-Tu eEF1 eEF1 协助氨酰协助氨酰协助氨酰协助氨酰-tRNA-tRNA进入核糖体进入核糖体进入核糖体进入核糖体延长延长延长延长EF-TsEF-Ts eEF1 eEF1 帮助帮助帮助帮助EF-Tu EF-Tu、eEF1 eEF1 周转周转周转周转 EF-GEF-G eEF2 eEF2 移位因子移位因子移位因子移位因子RF-1RF-1终止终止终止终止 eRF eRF 释放完整的肽链释放完整的肽链释放完整的肽链释放完整的肽链RF-2R
13、F-2五、蛋白质的运输及翻译后修饰五、蛋白质的运输及翻译后修饰真核生物多肽链的合成（自学）1、真核细胞核糖体比原核细胞核糖体更大更复杂；2、起始氨基酸为Met，不是fMet；3、肽链合成的起始：由40S核糖体亚基首 先识别mRNA的5端-帽子，然后沿mRNA移动寻找AUG；4、起始因子有12种，但只有2种延长因子和1种终止因子；5、真核细胞中线粒体、叶绿体的核糖体大小、组成及蛋白质合成过程都类似于原核细胞。肽肽链链折折叠叠是是指指从从多多肽肽链链的的氨氨基基酸酸序序列列形形成成具具有正确三维空间结构的蛋白质的过程。有正确三维空间结构的蛋白质的过程。体体内内多多肽肽链链的的折折叠叠目目前前认认为
14、为至至少少有有两两类类蛋蛋白白质质参参与与，称称为为助助折折叠叠蛋蛋白白:（1）酶酶：蛋蛋白白质质二二硫硫键异构酶键异构酶（PDI）；（2）分子伴侣分子伴侣肽肽 链链 的的 折折 叠叠 Lasky于于1978年首先提出分子伴侣（年首先提出分子伴侣（mulecular chaperone）的概念，这是一类在细胞内能帮助新生肽）的概念，这是一类在细胞内能帮助新生肽链正确折叠与装配组装成为成熟蛋白质，但其本身并链正确折叠与装配组装成为成熟蛋白质，但其本身并不构成被介导的蛋白质组成部分的一类蛋白因子，在不构成被介导的蛋白质组成部分的一类蛋白因子，在原核生物和真核生物中广泛存在。原核生物和真核生物中广泛
15、存在。1、肽链末端的修饰：、肽链末端的修饰：N-端端fMet或或Met的切除的切除2、信号序列的切除、信号序列的切除3、二硫键的形成、二硫键的形成4、部分肽段的切除、部分肽段的切除5、个别氨基酸的修饰、个别氨基酸的修饰6、糖基侧链的添加、糖基侧链的添加7、辅基的加入、辅基的加入蛋白质的加工修饰实例：实例：胰岛素原的加工胰岛素原的加工胰岛素原的加工胰岛素原的加工A链区链区B链区链区间插序列（间插序列（C肽区）肽区）HSSHSHSHHSHS信号肽信号肽NC核糖体上合成出无规核糖体上合成出无规则卷曲的则卷曲的前胰岛素原前胰岛素原切除切除C肽后，形成肽后，形成成熟的胰岛素分子成熟的胰岛素分子切除信号肽
16、后切除信号肽后折叠成稳定构折叠成稳定构象的胰岛素原象的胰岛素原SSSSNNCCA链链B链链胰岛素胰岛素CNSSSS胰岛素原胰岛素原SS多核糖体第一个编码区第一个编码区第一个编码区第一个编码区第一个编码区第一个编码区第一个编码区第一个编码区第二个编码区第二个编码区第二个编码区第二个编码区第二个编码区第二个编码区第二个编码区第二个编码区终止终止终止终止 起始起始起始起始终止终止终止终止起始起始起始起始mRNAmRNAmRNAmRNA5 5 5 5 3 3 3 3 蛋白质定位蛋白质定位1 1、分泌蛋白、分泌蛋白 信号肽假说简图信号肽假说简图 分泌蛋白质的合成和胞吐作用分泌蛋白质的合成和胞吐作用2 2、线粒体与叶绿体蛋白、线粒体与叶绿体蛋白 蛋白质向线粒体的定位机制蛋白质向线粒体的定位机制信号肽假说简图信号肽假说简图35SRP循环循环mRNA内质网膜内质网膜内质网腔内质网腔信号肽酶信号肽酶信号肽信号肽 一些真核细胞多肽链上一些真核细胞多肽链上N-端的信号肽的结构端的信号肽的结构分泌蛋白质的合成和胞吐作用分泌蛋白质的合成和胞吐作用内质网内质网高尔基体高尔基体泡泡泡泡泡融入泡融入质膜质膜核糖体核糖体芽泡芽泡