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1、第十四章蛋白质的生物合成-翻译(translation)翻译（蛋白质的生物合成）:ll以氨基酸为原料ll以mRNA为模板ll以tRNA为运载工具ll以核糖体为合成场所ll起始、延长、终止各阶段蛋白因子参与ll合成后加工成为有活性蛋白质第一节 参与蛋白质生物合成的物质ll氨基酸llmRNAlltRNAll核糖体ll酶及蛋白质因子llATP、GTP一一、mRNA与遗传密码ll遗传密码（genetic code)-共64个遗传密码（DNA）mRNA 5AUG UCC ACC GUA UAA 3 蛋白质 Ser Thr Valll三联体=一个密码子/暗码子 一个氨基酸ll起始密码-AUGll终止密码-
2、UAA/UGA/UAG*遗传密码的基本特点ll方向性与无间隔性ll简并性l l 连续 连续阅读从 阅读从mRNA mRNA5 5 3 3 肽链合成 肽链合成N N端 端 C C端 端l l 阅读框移位（阅读框移位（frame frame shift shift），蛋白功能丧失，蛋白功能丧失 l l 一个 一个A.A A.A有多个密码 有多个密码l l 密码上 密码上第一、二位上碱基 第一、二位上碱基不变 不变，第三位碱基可改变 第三位碱基可改变l l 如：如：UC UCU U UC UCC C UC UCA A UC UCG G 都代表 都代表Ser Serl l兼职性兼职性l l通用性通用性
3、 l lAUGAUG：起始信号起始信号 Met Met的密码子的密码子 l l从最简单的生物（病毒）到人类，从最简单的生物（病毒）到人类，使用同一套遗传密码使用同一套遗传密码二.氨基酸的“搬运工具”-tRNAl l作用作用 l l是氨基酸的是氨基酸的 特异特异“搬运工具搬运工具”1A.A-26 1A.A-26特异特异 tRNA tRNAl l起起“接合器接合器”作用作用l l和和 mRNA mRNA摆动配对摆动配对1、密码子与反密码子的摆动配对ll反密码子与密码子的相互作用 前二对 严格碱基配对第三对 摆动配对密码 密码 mRNA mRNA5 53 33 3 5 5反密码 反密码 tRNA t
4、RNAG CUC G IC AtRNAtRNA的反密码子与的反密码子与mRNAmRNA分子上的密码子摆动配对分子上的密码子摆动配对1 1 2 2 3 31 1 2 2 3 3自由度的大自由度的大小由小由tRNAtRNA反反密码子第一密码子第一位碱基的种位碱基的种类决定类决定l l种类种类 l l起始起始tRNA-tRNAtRNA-tRNAiimetmetl l只能识别翻译只能识别翻译起始起始信号信号AUGAUGl l只能结合于核糖体的只能结合于核糖体的肽位肽位l l普通普通tRNA-tRNAtRNA-tRNAmetmetl l在翻译在翻译延长延长中发挥作用中发挥作用l l只能结合于核糖体的只能
5、结合于核糖体的氨基酰位氨基酰位2、起始tRNA与普通tRNAl l原核生物原核生物l l起始起始tRNAtRNAl l延长延长tRNAtRNAl l真核生物真核生物l l起始起始tRNAtRNAl l延长延长tRNAtRNAl l 起始密码只能辨认 起始密码只能辨认 甲酰甲硫氨酸（甲酰甲硫氨酸（fMet)fMet)l l fMet-fMet-tRNA tRNAi imet metl l 延长识别 延长识别 Met Met时为 时为Met-tRNA Met-tRNAmet metl l 起始密码只能辨认甲硫氨（起始密码只能辨认甲硫氨（Met)Met)l l Met-Met-tRNA tRNAi
6、imet metl l 延长识别 延长识别Met Met时为 时为Met-tRNA Met-tRNAe emet met三、肽链合成的“装配机”-核糖体l l核糖体核糖体结构结构l l核糖体种类核糖体种类(胞质中胞质中)l l 由大小二亚基组成 由大小二亚基组成 l l 给位（给位（P P位，肽位）位，肽位）：起始 起始时，时，tRNA tRNAi imet met结合于核糖体的肽位 结合于核糖体的肽位 延长 延长成肽后，肽链转到此位。成肽后，肽链转到此位。l l 受位（受位（A A位，氨基酰位）：位，氨基酰位）：延长 延长成肽时，氨基酰 成肽时，氨基酰tRNA tRNA就加入此位。就加入此位
7、。l l 游离的核糖体 游离的核糖体-合成 合成细胞固有蛋白 细胞固有蛋白 l l 与粗面内质网结合的核糖体 与粗面内质网结合的核糖体-合成带有 合成带有信号肽 信号肽的 的分泌性蛋白质 分泌性蛋白质l l多核糖体多核糖体 l l一条一条mRNAmRNA链上链上同时具有同时具有许多个核糖体许多个核糖体（每隔（每隔8080核苷酸有一个核糖体）核苷酸有一个核糖体）l l一条一条mRNAmRNA可同时合成可同时合成多条多肽链多条多肽链四、可溶性蛋白质因子l l起始因子起始因子l l延长因子延长因子l l释放因子释放因子l linitiation factorsinitiation factors I
8、F IFl leukaryote initiation factors eukaryote initiation factors eIFeIFl lelongation factors elongation factors EF EFl leukaryote elongation factors eukaryote elongation factors eEFeEFl lrelease factors release factors RFRF五、能量与酶 ATP、GTP,多种酶第二节 蛋白质合成的过程ll原核生物ll氨基酸的活化与转运ll肽链合成的起始ll肽链的延长“核糖体循环”ll肽链合成的
9、终止ll蛋白质的加工、修饰一、氨基酸的活化与转运l l酶酶 l l催化反应催化反应l l氨基酰氨基酰tRNAtRNA合成酶合成酶l l绝对专一性绝对专一性 11个个A.AA.A11个氨基酰个氨基酰tRNAtRNA合成酶合成酶l l活化活化A.A-A.A-活化活化“-COOH”“-COOH”消耗消耗22个个ATPATPl l活化活化A.A+tRNA A.A+tRNA 氨基酰氨基酰tRNAtRNAl l酶的两个位点酶的两个位点 l l结合位点结合位点l l结合正确的结合正确的A.A A.A 活化活化l l水解位点水解位点l l保证保证A.AA.A序列的正确性序列的正确性第一步反应第二步反应消耗2A
10、TP3-CCA-OH第二步反应二、肽链合成的起始 所需的条件所需的条件 l l游离的核糖体大小亚基游离的核糖体大小亚基l lmRNA 5mRNA 5端的起始信号端的起始信号l l起始起始tRNA-tRNAtRNA-tRNAiimetmetl lGTPGTPl l三种可溶性起始因子三种可溶性起始因子(IF)(IF)三种起始因子三种起始因子l lIFIF11l lIFIF22 l lIFIF33l l辅助辅助IFIF33l l有有GTPGTP酶活性酶活性l l特异识别特异识别fmet-tRNAfmet-tRNAiimetmetl l形成形成fmet-tRNAfmet-tRNAiimetmet-IF
11、-IF22-GTP-GTPl l促进促进30S30S小亚基结合小亚基结合mRNAmRNAl l终止时：促使核糖体解离终止时：促使核糖体解离 3030ss起始复合物形成起始复合物形成1.1.核糖体亚基的拆离核糖体亚基的拆离2.2.mRNAmRNA在小亚基上就位在小亚基上就位3.3.fmetfmet-tRNAtRNAffmetmet的结合的结合 l l起始序列（起始序列（SD SD 序列）序列）l l30S30S小亚基与小亚基与mRNAmRNA识别、识别、结合结合l lIFIF11、IFIF33协助协助 l lfmet-tRNAfmet-tRNAffmetmet-IF-IF22-GTP-GTP 通
12、过其反密码与通过其反密码与mRNAmRNA上上的起始密码的起始密码AUGAUG相配对相配对SD序列(shine-Dalgarnoshine-Dalgarno序列):-原核生物1.位于起始密码上游25个核苷酸，2.序列富含嘌呤(如AGGA/GAGG）的一段序列。3.能和原核生物16s rRNA相应的富含嘧啶序列 互补。4.在IF3、IF1促进下和30S亚基结合。起始密码SD序列 7070ss起始复合物起始复合物形成形成1.1.IFIF33脱落脱落2.502.50SS大亚基结合大亚基结合3.3.GTP GDP+PiGTP GDP+Pi 4.IF4.IF22、IFIF11脱落脱落 7070ss起始复
13、合物起始复合物组成组成1.1.大小亚基大小亚基2.2.mRNAmRNA3.3.fmetfmet-tRNAtRNAiimetmet（结合于核糖体的结合于核糖体的 给位给位）30S50S 三.肽链的延长（进位、成肽、移位）所需的条件所需的条件 l l7070SS起始复合物起始复合物l l延长延长tRNAtRNA转运氨基酸转运氨基酸l l延长因子延长因子(EF)EF)l lGTPGTP1.进位 氨基酰-tRNA根据遗传密码的指引，进入核糖体的受位。l l参与的延长因子参与的延长因子l lEF-TuEF-Tul lEF-TsEF-Tsl l协助协助AA-tRNAAA-tRNA进入受位进入受位 具有具有
14、GTPGTP酶酶活性活性l l促进促进EF-TuEF-Tu的再利用的再利用2.转肽l l酶酶l l肽键肽键l l位置位置l l转肽酶（大亚基）催化形成肽键转肽酶（大亚基）催化形成肽键l l给给位：位：f-met-f-met-（肽酰）的（肽酰）的-COO-COO-+受位：受位：氨基酰氨基酰的的-NH-NH44+形成肽键形成肽键l l受位：反应在此位上进行受位：反应在此位上进行（给位上的（给位上的f-metf-met退至受位）退至受位）生成的二肽在受位上。生成的二肽在受位上。l l给位：给位：无负载无负载tRNAtRNA3.移位 在受位的二肽链连同mRNA从受位进入给位l l酶酶l l位置位置l
15、l方向方向l l转位酶转位酶-EFG-EFGl l有有GTPGTP酶活性酶活性l l协助协助mRNAmRNA前移前移,游离游离tRNAtRNA释放释放l l给位：肽给位：肽-tRNA-mRNA-tRNA-mRNAl l受位：空留受位：空留,下一个下一个AAAA进入进入 l lmRNAmRNA：从从5 3 5 3 移移动动l l11个带有肽链的个带有肽链的tRNAtRNA：从受位：从受位 给位给位l l肽链合成：肽链合成：从从NN端端 C C端延长端延长4.脱落：给位上无负载的tRNA在肽键形成前从E位脱落。5.延长的特点：l l“摇摆前进摇摆前进”l l延长时的能量延长时的能量l l保证蛋白质
16、合成的连续性。保证蛋白质合成的连续性。l l防止肽酰防止肽酰tRNAtRNA脱落形成无活脱落形成无活性的未成熟蛋白质性的未成熟蛋白质。l l每合成一个肽键，每合成一个肽键，消耗消耗44个高能磷酸键个高能磷酸键l l活化：活化：22个个ATPATPl l进位：进位：11个个GTPGTPl l移位：移位：11个个GTPGTP四.肽链合成的终止l l终止密码的辨认终止密码的辨认l l肽链从肽酰肽链从肽酰-tRNA-tRNA水水解出解出l lmRNAmRNA从核糖体中分离从核糖体中分离及大小亚基的拆开及大小亚基的拆开l l蛋白质因子的参与蛋白质因子的参与l lUAAUAA、UAGUAG、UGAUGAl
17、 lGTP GDP+PiGTP GDP+Pil lIFIF33结合结合3030小亚基小亚基l lRFRF11：作用于作用于UAAUAA、UAGUAGl lRFRF22：作用于：作用于UGA UGA l lRFRF33：促进释放：促进释放 结合结合GTP/GTPGTP/GTP酶活性酶活性五.真核生物翻译的特点：l l遗传密码遗传密码l l转录与翻转录与翻译译l l起始因子起始因子l lmRNAmRNAl l原核生物原核生物l l相同相同l l偶联偶联l l少少l l无需加工无需加工l l多顺反子多顺反子l l55端：端：SDSD序序列列l l真核生物真核生物l l相同相同 l l不偶联，不偶联，
18、mRNAmRNA的的前体要前体要加工加工l l多、多、起始复杂起始复杂l l55端：帽子端：帽子l l33端：尾巴端：尾巴l l单顺反子单顺反子五.真核生物翻译的特点：l l核糖体核糖体l l起始起始tRNAtRNAl l合成过程合成过程l l线粒体线粒体l l原核生物原核生物l l简单简单l lfmet-tRNAfmet-tRNAiimetmetl l需需ATPATP、GTPGTPl lIFIF11、IFIF22、IFIF33l lEF-TUEF-TU、EF-TSEF-TS、EFGEFGl lRFRF11、RFRF22、RFRF33l l真核生物真核生物l l大而复杂大而复杂 l lMet-
19、Met-tRNAtRNAiimetmetl l需需ATPATPl l起始因子多起始因子多l l延长因子少延长因子少（EFTEFT11、EFTEFT22）l l一种释放因子一种释放因子l l独立的蛋白质合独立的蛋白质合成系统成系统第三节 翻译后加工一级结构的修饰一级结构的修饰:l lN-N-端端Met(fMet)Met(fMet)去除去除l l二硫键的形成二硫键的形成l l个别氨基酸的修饰个别氨基酸的修饰l l蛋白质前体中不必要蛋白质前体中不必要肽段的切除肽段的切除l l多蛋白的加工多蛋白的加工 羟化作用 羟化作用:羟脯氨酸 羟脯氨酸 羟赖氨酸 羟赖氨酸 酶活性中心的磷酸化 酶活性中心的磷酸化
20、分泌性蛋白 分泌性蛋白 一条合成后的多肽链经加工产 一条合成后的多肽链经加工产生多种不同活性的蛋白质 生多种不同活性的蛋白质/多肽 多肽分泌性蛋白的加工分泌性蛋白合成时带有“信号肽”（signal peptide)有些蛋白质前体在合成结束后仍需切除其他肽段 例如：胰岛素的加工信号肽(signal peptide):(1)在真核生物未成熟分泌性蛋白质中,可被 细胞转运系统识别的特征性氨基酸序列,约15-30 AA(含疏水AA较多)。(2)作用：把合成的蛋白质移向粗面内质网膜 与粗面内质网膜结合(信号肽颗粒信号肽颗粒识别、结合识别、结合)把合成的蛋白质送入粗面内质网膜(3)信号肽对靶向输送有决定作
21、用。信号肽颗粒信号肽颗粒识别、结合识别、结合胞浆胞浆 带有带有信号肽信号肽的分泌蛋白的分泌蛋白粗面内质网粗面内质网通道识别通道识别信号肽酶信号肽酶切除信号肽切除信号肽肽链合并肽链合并高尔基体高尔基体进一步加工进一步加工分泌出胞外分泌出胞外带有信号肽的分泌性蛋白的加工、分泌的过程胰岛素的加工过程多蛋白的加工多蛋白的加工 一条合成后的一条合成后的多肽链经加工多肽链经加工产生多种不同产生多种不同活性的蛋白质活性的蛋白质/多肽多肽高级结构的修饰高级结构的修饰:l l亚基的聚合亚基的聚合l l结合蛋白质的合成结合蛋白质的合成l l辅基连接辅基连接l lHbAHbA亚单位聚合亚单位聚合l l糖蛋白的合成糖
22、蛋白的合成l l辅基辅基(辅酶辅酶)与肽链的结合与肽链的结合第四节 蛋白质合成与医学一、分子病：ll蛋白质分子中氨基酸序列异常的遗传病。ll例如：镰刀红细胞贫血ll原因：DNA中出现了一个碱基突变。正常人正常人Hb(HbA)Hb(HbA)：链链NN端第端第66个个氨基酸为氨基酸为GluGluHbSHbS：链链NN端第端第66个个氨基酸为氨基酸为ValVal导致：导致：HbSHbS携氧能力携氧能力下降下降,缺氧时缺氧时RBCRBC呈呈镰刀状，脆性增加，镰刀状，脆性增加，溶血溶血二、蛋白质生物合成的阻断剂1、抗菌素类阻断剂（表14-5）2、作为蛋白质合成阻断剂的毒素ll 细菌毒素-白喉毒素 对真核
23、生物有剧毒的毒素，抑制蛋白质的合成。白喉毒素l l白喉杆菌产生的毒蛋白，白喉杆菌产生的毒蛋白，AA、BB两条链组成。两条链组成。l l本质：本质：A A链链-修饰酶修饰酶 B B链链识别受体，协助识别受体，协助AA链链l l作用机制作用机制:eEF eEF22 AA链链 eEF eEF22-腺苷二磷酸衍生物腺苷二磷酸衍生物(无活性无活性)酶（eEF2的作用相当于EFG）(无活性)（11）干扰素（干扰素（interferoninterferon）干扰素干扰素 真核细胞感染病毒后分泌的具有抗病毒作用的真核细胞感染病毒后分泌的具有抗病毒作用的蛋白质，抑制病毒的繁殖。蛋白质，抑制病毒的繁殖。干扰素的抗
24、病毒机制：干扰素的抗病毒机制：干扰素干扰素 eIFeIF22-P-P（-）蛋白质合成）蛋白质合成+双链双链RNA RNA 2-5A2-5A合成酶合成酶（-）蛋白质合）蛋白质合成成(诱导产生 诱导产生)3、作为蛋白质合成阻断剂的其他蛋白质类物质12（22）eIFeIF22蛋白激酶蛋白激酶缺铁性贫血是网织红细胞蛋白合成障碍缺铁性贫血是网织红细胞蛋白合成障碍机制：机制：eIF eIF22蛋白激酶活化蛋白激酶活化 eIF eIF22磷酸化磷酸化 缺铁性贫血缺铁性贫血 血红素不足时血红素不足时 eIFeIF22蛋白激酶活化蛋白激酶活化 eIFeIF22磷酸化磷酸化 eIF eIF22活性下降活性下降 Hb Hb合成减少合成减少 GEF正常时：eIF2-GDP eIF2-GTP 缺铁性贫血：本章结束了！