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1、本章重要知识点蛋白质生物合成（翻译）的概念蛋白质生物合成（翻译）的概念mRNA、tRNA、核蛋白体在翻译过程中的作、核蛋白体在翻译过程中的作用，用，遗传密码的特点遗传密码的特点氨基酰氨基酰-tRNA合成酶的作用特点合成酶的作用特点 原核、真核生物翻译过程的异同原核、真核生物翻译过程的异同分子伴侣的作用，翻译后修饰的形式分子伴侣的作用，翻译后修饰的形式信号肽及其作用，各类蛋白质靶向输送的特点信号肽及其作用，各类蛋白质靶向输送的特点抗生素、毒素和干扰素抑制翻译的机制抗生素、毒素和干扰素抑制翻译的机制第1页/共130页蛋白质生物合成的概念蛋白质生物合成的概念蛋蛋白白质质生生物物合合成成(protei
2、n biosynthesis)也也称称翻翻译译(translation)，是是生生物物细细胞胞以以mRNA为为模模板板，按按照照mRNA分分子子中中核核苷苷酸酸的的排排列列顺顺序序所所组组成成的的密码信息合成蛋白质的过程。密码信息合成蛋白质的过程。n定义第2页/共130页（1）氨基酸的活化）氨基酸的活化（2）肽链的生物合成）肽链的生物合成（3）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n反应过程第3页/共130页（1）维持多种生命活动）维持多种生命活动（2）适应环境的变化）适应环境的变化（3）参与组织的更新和修复）参与组织的更新和修复n生物学意义第4页/共130页第一节蛋白质生物合
3、成体系Protein Biosynthesis System第5页/共130页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.无机离子：无机离子：Mg2+、K+蛋白质生物合成体系第6页/共130页一、mRNA是蛋白质生物合成的直接模板nmRNA的基本结构的基本结构Start of genetic messa
4、geCapEndTail5-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)。第7页/共130页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 第8页/共130页n遗传密码遗
5、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）起始密码子和终止密码子：起始密码子和终止密码子：第9页/共130页遗传密码表第10页/共130页n遗传密码的特点遗传密码的特点1.方向性(directional)翻译时遗传密码的阅读方向
6、是翻译时遗传密码的阅读方向是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读码方向读码方向第11页/共130页2.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 3AlaVal
7、HisMet终止密码第12页/共130页基因损伤引起基因损伤引起mRNA阅读框架内的碱基发阅读框架内的碱基发生插入或缺失，可能导致生插入或缺失，可能导致框移突变框移突变(frameshift mutation)。缬 脯 苏 天冬缬 丙 酪 甘缬 丙 丝 精第13页/共130页许多真核生物基因转录后有一个对mRNA外显子加工的过程，可通过特定碱基的插入、缺失或置换，使mRNA序列中出现移码突变、错义突变或无义突变，导致mRNA与其DNA模板序列不匹配，使同一前体mRNA翻译出序列、功能不同的蛋白质。这种基因表达的调节方式称为mRNA编辑（mRNA editing）。第14页/共130页3.简并性
8、(degenerate)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简并性密码子，也称同义密码子为简并性密码子，也称同义密码子。第15页/共130页各种氨基酸的密码子数目各种氨基酸的密码子数目第16页/共130页4.通用性(universal)从简单的病毒到高等的人类，几乎使用
9、同一套遗传密码，因此，遗传密码表中的这套“通用密码”基本上适用于生物界的所有物种，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祖先。第17页/共130页已发现少数例外，如动物细胞的线粒体、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 色色第18页/共130页5.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 pairin
10、g)。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第19页/共130页U3 2 11 2 3摆摆动动配配对对第20页/共130页二、核蛋白体是蛋白质生物合成的场所n核蛋白体的组成核蛋白体的组成核核蛋蛋白白体体又又称称核核糖糖体体，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。第21页/共130页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70S
11、30S50S80S40S60SrRNA16S-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第22页/共130页核蛋白体核蛋白体的组成的组成第23页/共130页n原核生物核蛋白体结构模式 第24页/共130页三、tRNAtRNA是氨基酸的运载工具及蛋白质生物合成的适配器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tRN
12、A，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。第25页/共130页第26页/共130页二级结构三级结构反密码环氨基酸臂ntRNA的构象的构象第27页/共130页四、蛋白质生物合成需要酶类、蛋白质因子等（一）重要的酶类氨氨基基酰酰-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
13、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。第28页/共130页（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（elonga
14、tion factor，EF）释放因子（释放因子（release factor，RF）第29页/共130页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-t
15、RNA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UAA、UGA，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第30页/共130页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
16、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，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
17、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的功能的功能第31页/共130页蛋白质
18、生物合成的能源物质为蛋白质生物合成的能源物质为ATP和和GTP;参参与与蛋蛋白白质质生生物物合合成成的的无无机机离离子子有有Mg2+、K+等。等。（三）能源物质及离子第32页/共130页第二节氨基酸的活化Activation of Amino Acids第33页/共130页氨基酸与特异的tRNA结合形成氨基酰-tRNA的过程称为氨基酸的活化。参与氨基酸的活化的酶：氨基酰-tRNA合成酶。第34页/共130页n反应过程反应过程一、氨基酸活化形成氨基酰-tRNA氨基酸氨基酸+tRNA氨基酰氨基酰-tRNAATP AMPPPi氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶第35页/共130页氨基酸氨基酸 ATP
19、-E 氨基酰氨基酰-AMP-E PPi 第一步反应第一步反应第36页/共130页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第37页/共130页n氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶结构结构氨基酰氨基酰tRNA合成酶的合成酶的3个结合位点个结合位点氨基酸和氨基酸和ATP形成氨基酰腺苷形成氨基酰腺苷氨基酰转移到氨基酰转移到tRNA上上tRNA负载了氨基酸负载了氨基酸第38页/共130页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。特性特性tRNA氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶ATP第39页/共
20、130页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第40页/共130页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：第41页/共130页tRNA第42页/共130页二、真核生物起始氨基酰-tR
21、NA是Met-tRNAiMettRNAiMet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-tRNA:Met-tRNAiMet 参与肽链延长的甲硫氨酰-tRNA：Met-tRNAMetn真核生物第43页/共130页具具有有起
22、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原核生物起始氨基酰-tRNA:fMet-tRNAfMet 第44页/共130页fMet-tRNAfMet的的生生成成是是一一碳碳化化合
23、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。第45页/共130页第三节肽链的生物合成过程The Biosynthesis Process of Peptide Chain第46页/共130页肽链的生物合成过程是翻译的中心环节。翻译时，从mRNA的起始密码子AUG开始，按53方向逐一读码，直至终止密码子。于是，合成中的肽链从起始甲硫氨酸开始，从N-端C-端延长，直至终止密码子前一位密码子所编码的氨基酸。第47页/共130页起始(initiation)延长
24、(elongation)终止(termination)n整个过程可分为：一、原核生物的肽链合成过程第48页/共130页（一）起始 指指mRNA和起始氨基酰和起始氨基酰-tRNA分别与核蛋分别与核蛋白体结合而形成翻译起始复合物的过程。白体结合而形成翻译起始复合物的过程。1.核蛋白体大小亚基分离；2.mRNA在小亚基定位结合；3.起始氨基酰-tRNA的结合；4.核蛋白体大亚基结合。第49页/共130页IF-3IF-11.1.核蛋白体大小亚基分离第50页/共130页A U G53IF-3IF-12.mRNA2.mRNA在小亚基定位结合第51页/共130页n原核生物mRNA在核蛋白体小亚基上的准确定位
25、和结合涉及两种机制：在各种mRNA起始AUG上游约813核苷酸部位，存在一段由49个核苷酸组成的一致序列，富含嘌呤碱基，如-AGGAGG-，称为Shine-Dalgarno序列(S-D序列)，又称核蛋白体结合位点(ribosomal binding site,RBS)。一条多顺反子mRNA序列上的每个基因编码序列均拥有各自的S-D序列和起始AUG。第52页/共130页S-D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序序列列碱碱基互补而使基互补而使mRNA与小亚基结合。与小亚基结合。第53页/共13
26、0页mRNA序列上紧接S-D序列后的小核苷酸序列，可被核蛋白体小亚基蛋白rpS-1识别并结合。第54页/共130页IF-3IF-1IF-2GTP3.起始氨基酰tRNA(fMet-tRNAfMet)结合到小亚基A U G53第55页/共130页IF-3IF-1IF-2GTPGDPPi4.4.核蛋白体大亚基结合，起始复合物形成A U G53第56页/共130页IF-3IF-1A U G53IF-2GTPIF-2-GTPGDPPi起始复合物形成过程第57页/共130页指在mRNA模板的指导下，氨基酸依次进入核蛋白体并聚合成多肽链的过程。1.进位(positioning)/注册(registratio
27、n)2.成肽(peptide bond formation)3.转位(translocation)（二）延长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)，包包括括以以下三步：下三步：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。第58页/共130页1.进位 又称又称注册注册(registration)，是是指一个氨基酰指一个氨基酰-tRNA按照按照mRNA模板的指令进入并结模板的指令进入并结合到核蛋白体合到核蛋白体A位的过程。位的过程。第59页/共130页 进位需要延长因子
28、进位需要延长因子EF-Tu与与EF-Ts参与。参与。第60页/共130页第61页/共130页Tu TsGTPGDPA U G53TuTsGTPn进位的反应过程：第62页/共130页2.成肽 成肽是在成肽是在转肽酶转肽酶(peptidase)的催化下，核蛋的催化下，核蛋白体白体P位上起始氨基酰位上起始氨基酰-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位上位上氨基酰氨基酰-tRNA的的-氨基结合形成肽键的过程。氨基结合形成肽键的过程。第63页/共130页n成肽的反应过程第64页/共130页3.转位 转位是在转位酶的催化下，核蛋白体
29、向转位是在转位酶的催化下，核蛋白体向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序列上的下一个密码子进入核蛋白体序列上的下一个密码子进入核蛋白体的的A位、而占据位、而占据A位的肽酰位的肽酰-tRNA移入移入P位的位的过程。过程。转位需要延长因子转位需要延长因子EF-G参与。参与。第65页/共130页EF-G有转位酶（translocase）活性，可结合并水解1分子GTP，释放的能量促进核蛋白体向mRNA的3侧移动，使起始二肽酰-tRNA-mRNA相对位移进入核蛋白体P位，而卸载的tRNA则移入E位。n转位第66页/共130页第67页/共130页fMetA U G
30、53fMetTuGTP成肽转位下一轮进位第68页/共130页进进位位转转位位成肽成肽n肽链合成延长(核蛋白体循环)过程第69页/共130页（三）终止 指核蛋白体指核蛋白体A位出现位出现mRNA的终止密码子的终止密码子后，多肽链合成停止，肽链从肽酰后，多肽链合成停止，肽链从肽酰-tRNA中释中释出，出，mRNA、核蛋白体大、小亚基等分离的、核蛋白体大、小亚基等分离的过程。过程。终止阶段需要终止阶段需要释放因子释放因子RF-1、RF-2和和 RF-3参与参与。第70页/共130页RF-3可结合核蛋白体其他部位，有可结合核蛋白体其他部位，有GTP酶活性，酶活性，能介导能介导RF-1、RF-2与核蛋白
31、体的相互作用。与核蛋白体的相互作用。n释放因子的功能：识别终止密码子识别终止密码子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，使肽链从核蛋白体上释放。的酯键水解，使肽链从核蛋白体上释放。第71页/共130页原核肽链合成终止过程 第72页/共130页n原核肽链合成终止过程：第73页/共130页 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。（四）多聚核蛋白体(po
32、lysome)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，这些核蛋白体依次结合起始密码子蛋白体，这些核蛋白体依次结合起始密码子并沿并沿53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与多个核蛋白体形成的聚合物称与多个核蛋白体形成的聚合物称为多聚核蛋白体为多聚核蛋白体(polysome)。第74页/共130页多聚核蛋白体第75页/共130页电镜下的多聚核蛋白体第76页/共130页二、真核生物的肽链合成过程（一）起始1.核蛋白体大小亚基分离；2.起始氨基酰-tRNA的结合；3.mRNA在小亚基定位结合；4.核蛋白体大亚基结合。第77页/共
33、130页MetMet40S40S60S60SMeMet tMetMet40S40S60S60SmRNAeIF-2BeIF-2B、eIF-3eIF-3、eIF-6 elF-3elF-3GDP+Pi各种各种elFelF释放释放elF-5ATPADP+PielF4E,elF4G,elF4A,elF4B,PABMetMet-tRNAiMet-elF-2-GTP真核生物翻译起始复合物形成过程第78页/共130页真真核核生生物物肽肽链链合合成成的的延延长长过过程程与与原原核核生生物物基本相似，但有不同的反应体系和延长因子。基本相似，但有不同的反应体系和延长因子。另另外外，真真核核细细胞胞核核蛋蛋白白体体没
34、没有有E位位，转转位位时卸载的时卸载的tRNA直接从直接从P位脱落。位脱落。（二）延长第79页/共130页（三）终止 真核生物翻译终止过程与原核生物相似，真核生物翻译终止过程与原核生物相似，但只有但只有1个释放因子个释放因子eRF，可识别所有终止密码，可识别所有终止密码子，完成原核生物各类子，完成原核生物各类RF的功能。的功能。第80页/共130页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
35、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,再与再与fMet-tRNAfMet结合结合核蛋白体小亚基先与核蛋白体小
36、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-端端的一段序列结合的一段序列结合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和和RF-3释放因子为释放因子为eRF第81页/共130页第四节
37、蛋白质翻译后修饰和靶向输送Posttranslational Modification and Targeting Transfer of Protein第82页/共130页新生多肽链不具备蛋白质的生物学活性，必须经过复杂的加工过程才能转变为 具 有 天 然 构 象 的 功 能 蛋 白 质，这 一 加 工 过 程 称 为 翻 译 后 修 饰(posttranslational modification)。翻译后修饰包括多肽链折叠为天然的三维构象及对肽链一级结构的修饰、空间结构的修饰等。翻译后修饰使得蛋白质组成更加多样化，从而使蛋白质结构上呈现更大的复杂性。第83页/共130页蛋白质合成后被定向
38、输送到其发挥作用的靶位点的过程称为蛋白质的靶向输送(protein targeting)。第84页/共130页一、多肽链折叠为天然构象的蛋白质新生肽链的折叠在肽链合成中、合成后完成，新生肽链N-端在核蛋白体上一出现，肽链的折叠即开始。可能随着序列的不断延伸肽链逐步折叠，产生正确的二级结构、模序、结构域到形成完整空间构象。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不是自动完成，而需要其他酶和蛋白质辅助。第85页/共130页n几种有促进蛋白质折叠功能的大分子:1.分子伴侣(molecular chaperon)2.蛋白质二硫键异构
39、酶(protein disulfide isomerase,PDI)3.肽-脯氨酰顺反异构酶(peptide prolyl-cis-trans isomerase,PPI)第86页/共130页1.分子伴侣:分子伴侣是细胞内一类可识别肽链的非天分子伴侣是细胞内一类可识别肽链的非天然构象、促进各功能域和整体蛋白质的正确折然构象、促进各功能域和整体蛋白质的正确折叠的保守蛋白质。叠的保守蛋白质。n分子伴侣有以下功能：封闭待折叠蛋白质的暴露的疏水区段；封闭待折叠蛋白质的暴露的疏水区段；创建一个隔离的环境，可以使蛋白质的折叠创建一个隔离的环境，可以使蛋白质的折叠互不干扰；互不干扰；促进蛋白质折叠和去聚集；
40、促进蛋白质折叠和去聚集；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。第87页/共130页(1)热休克蛋白热休克蛋白(heat shock protein,HSP)(2)伴侣蛋白伴侣蛋白(chaperonin)n分子伴侣主要有：分子伴侣主要有：第88页/共130页(1)热休克蛋白(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
41、休克蛋白包括热休克蛋白包括HSP70、HSP40和和GrpE三族。三族。第89页/共130页它有两个主要功能域：一个是存在于N-端的高度保守的ATP酶结构域，能结合和水解ATP；另一个是存在于C-端的多肽链结合结构域。蛋白质的折叠需要这两个结构域的相互作用。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结合部位结合部位第90页/共130页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
42、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，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。第91页/共130页大肠杆菌中的HSP70 反应循环第92页
43、/共130页人类细胞中HSP蛋白质家族可存在于胞浆、内质网腔、线粒体、胞核等部位，涉及多种细胞保护功能：如使线粒体和内质网蛋白质保持未折叠状态而转运、跨膜，再折叠成功能构象；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，以利于清除变性或错误折叠的多肽中间物等。第93页/共130页(2)伴侣蛋白(chaperonin)伴侣蛋白是分子伴侣的另一家族，如大肠伴侣蛋白是分子伴侣的另一家族，如大肠杆菌的杆菌的Gro EL和和Gro ES（真核细胞中同源（真核细胞中同源物为物为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
44、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。第94页/共130页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复合物第95页/共130页nGro EL-Gro ES反应循环反应循环 第96页/共130页2.蛋白质二硫键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
45、然构象十分重分泌型蛋白质、膜蛋白质等的天然构象十分重要，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。第97页/共130页3.肽-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
46、顺反两种异脯氨酰顺反异构酶可促进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。第98页/共130页二、蛋白质一级结构修饰主要是肽键水解和化学修饰（一）肽链末端的修饰（二）个别氨基酸的共价修饰 1糖基化 2羟基化 3甲基化 4磷酸化 5二硫键形成 6亲脂性修饰第99页/共130页例：鸦片促黑皮质素原(POMC)的水解修饰（三）多肽链的水解修饰第100页/共130页三
47、、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结构的蛋白质（二）辅基连接后形成完整的结合蛋白质第101页/共130页四、合成后蛋白质可被靶向输送至细胞特定部位 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
48、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。第102页/共130页新生蛋白质的去向：第103页/共130页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(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
49、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N-端存在信号序列第104页/共130页N-端端含含1个个或或几几个个带带正正电电荷荷的的碱碱性性氨氨基基酸酸残残基基，如赖氨酸、精氨酸；如赖氨酸、精氨酸；中中段段为为疏疏水水核核心心区区，主主要要含含疏疏水水的的中中性性氨氨基基酸酸，如亮氨酸、异亮氨酸等；如亮氨酸、异亮氨酸等；C-端端加加工工区区由由一一些些极极性性相相对对较较大大、侧侧链链较较短短的的氨氨基基酸酸（如如甘甘氨氨酸酸、丙丙氨氨酸酸、丝丝氨氨酸酸）组组成成，紧紧接接着着是是被被信信号号肽肽酶酶(signal peptidase)裂裂解解的的位点位
50、点。n信号肽有以下共性：第105页/共130页第106页/共130页靶向输送到细胞核的蛋白质其多肽链内含有特异靶向输送到细胞核的蛋白质其多肽链内含有特异信号序列，称为信号序列，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；间未发现共有序列；在蛋白质进核定在蛋白质进核定位后，位后，NLS不被切除。不被切