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1、蛋白质的生物合成蛋白质的生物合成（翻译（翻译）Protein BiosynthesisProtein Biosynthesis，TranslationTranslation第第 十十 二二 章章 蛋白质的生物合成蛋白质的生物合成，即，即翻译翻译，就是将，就是将核酸中由核酸中由 4 4 种种核苷酸序列核苷酸序列编码的遗传信息，编码的遗传信息，通过通过遗传密码遗传密码破译的方式解读为蛋白质一破译的方式解读为蛋白质一级结构中级结构中2020种种氨基酸的排列顺序氨基酸的排列顺序 。蛋白质合成体系蛋白质合成体系Protein Biosynthesis SystemProtein Biosynthesis
2、 System 第第 一一 节节 l2020种氨基酸种氨基酸(AA)AA)作为原料作为原料l酶及众多蛋白因子，如酶及众多蛋白因子，如IFIF、eIFeIF lATPATP、GTPGTP、无机离子无机离子参与蛋白质生物合成的物质包括参与蛋白质生物合成的物质包括l 三种三种RNARNAmRNAmRNA（messenger RNA,messenger RNA,信使信使RNARNA）rRNArRNA（ribosomal RNA,ribosomal RNA,核蛋白体核蛋白体RNARNA）tRNAtRNA（transfer RNA,transfer RNA,转移转移RNARNA）一、翻译模板一、翻译模板m
3、RNAmRNA及遗传密码及遗传密码l mRNAmRNA是遗传信息的携带者是遗传信息的携带者遗遗传传学学将将编编码码一一个个多多肽肽的的遗遗传传单单位位 称称 为为 顺顺 反反 子子(cistroncistron)。原核细胞中数个结构基因常串联为一个原核细胞中数个结构基因常串联为一个转录单位，转录生成的转录单位，转录生成的mRNAmRNA可编码几种功能可编码几种功能相关的蛋白质，为相关的蛋白质，为多顺反子多顺反子(polycistron)polycistron)。PPPPPP5 5 3 3 蛋白质蛋白质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
4、码序列编码序列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PPPPPPm mG G-5 5 3 3 蛋白质蛋白质 真真核核mRNAmRNA只只编编码码一一种种蛋蛋白白质质，为为单单顺顺反反子子(single cistron)single cistron)。l mRNAmRNA上存在遗传密码上存在遗传密码mRNAmRNA分分子子上上从从5 5 至至3 3 方方向向，由由AUGAUG开开始始，每每3 3个个核核苷苷酸酸为为一一组组，决决定定肽肽链链上上某某一一个个氨氨基基酸酸或或蛋蛋白白质质合合成成的的起起始始、终终止止信信号号，称称
5、为为三三联体密码联体密码(triplet triplet codencoden)。起始密码起始密码(initiation initiation codencoden):AUG):AUG 终止密码终止密码(termination termination codencoden):):UAAUAA，UAGUAG，UGA UGA 遗遗传传密密码码表表从从mRNA mRNA 5 5 端端起起始始密密码码子子AUGAUG到到3 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，各各个个三三联联体体密密码码连连续续排排列列编编码码一一个个蛋蛋白白质质多多肽肽链链，称称为为开开放放阅阅读读框架框架
6、(open reading frame,ORF)open reading frame,ORF)。1.1.连续性连续性(c co ommalessmmaless)l遗传密码的特点遗传密码的特点编码蛋白编码蛋白质氨基酸序列质氨基酸序列的各个三联体的各个三联体密码连续阅读，密码连续阅读，密码间既无间密码间既无间断也无交叉。断也无交叉。基因损伤引起基因损伤引起mRNAmRNA阅读框架内的碱基发生插阅读框架内的碱基发生插入或缺失，可能导致入或缺失，可能导致框移突变框移突变(frameshiftframeshift mutation)mutation)。2.2.简并性简并性(degeneracy)dege
7、neracy)遗传密码遗传密码中，除中，除色氨酸色氨酸和和甲硫氨酸甲硫氨酸仅仅有一个密码子有一个密码子外，其余氨基外，其余氨基酸有酸有2 2、3 3、4 4个个或多至或多至6 6个三联个三联体为其编码。体为其编码。3.3.通用性通用性(universal)universal)蛋白质生物合成的整套密码，从原核生物到蛋白质生物合成的整套密码，从原核生物到人类都通用。人类都通用。已发现少数例外，如动物细胞的线粒体、植已发现少数例外，如动物细胞的线粒体、植物细胞的叶绿体。物细胞的叶绿体。密码的通用性进一步证明各种生物进化自同密码的通用性进一步证明各种生物进化自同一祖先。一祖先。4.4.摆动性摆动性(w
8、obble)wobble)转转运运氨氨基基酸酸的的tRNAtRNA的的反反密密码码需需要要通通过过碱碱基基互互补补与与mRNAmRNA上上的的遗遗传传密密码码反反向向配配对对结结合合，但但反反密密码码与与密密码码间间不不严严格格遵遵守守常常见见的的碱碱基基配配对规律，称为摆动配对。对规律，称为摆动配对。U摆动配对摆动配对密码子、反密码子配对的摆动现象密码子、反密码子配对的摆动现象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二、核蛋白体是多肽链合成的装置二、核蛋白体是多肽链合成的装置核核蛋蛋白白体体的的组组成成原核生物翻译过
9、程中核蛋白体结构模式原核生物翻译过程中核蛋白体结构模式:A A位：氨基酰位位：氨基酰位(aminoacyl site)aminoacyl site)P P位：肽酰位位：肽酰位(peptidyl site)peptidyl site)E E位：排出位位：排出位(exit site)exit site)三、三、tRNAtRNA与氨基酸的活化与氨基酸的活化反反密码环密码环氨基酸臂氨基酸臂tRNAtRNA的三级结构示意图的三级结构示意图氨基酸氨基酸 +tRNAtRNA氨基酰氨基酰-tRNAtRNAATPATP AMPAMPPPiPPi氨基酰氨基酰-tRNAtRNA合成酶合成酶（一）（一）氨基酰氨基酰-
10、tRNAtRNA合成酶合成酶(aminoacyl-tRNA aminoacyl-tRNA synthetasesynthetase)l 氨基酸的活化氨基酸的活化两步反应两步反应氨基酸氨基酸 ATP-E ATP-E 氨基酰氨基酰-AMP-EAMP-E AMP AMP PPi PPi 氨基酰氨基酰-AMP-AMP-E E tRNA tRNA 氨基酰氨基酰-tRNAtRNAAMPAMPE El在在此此反反应应中中，特特异异的的tRNA3tRNA3端端CCACCA上上的的22或或33位位自自由由羟羟基基与与相相应应的的活活化化氨氨基基酸酸以以酯酯键键相相连连接接，形形成成氨氨基基酸酸tRNAtRNA，
11、从从而而使使活活化化氨氨基基酸酸能能够被搬运至核蛋白体上参与多肽链的合成。够被搬运至核蛋白体上参与多肽链的合成。l氨基酸氨基酸tRNAtRNA的合成，可使氨基酸的合成，可使氨基酸 活化活化；搬运搬运；定位定位。l氨基氨基酰酰-tRNAtRNA合成酶对底物氨基酸和合成酶对底物氨基酸和tRNAtRNA都有高都有高度特异性，这是保证度特异性，这是保证tRNAtRNA能够携带正确的氨基酸能够携带正确的氨基酸对号入座的必要条件对号入座的必要条件。l氨基酰氨基酰-tRNAtRNA合成酶具有校正活性。合成酶具有校正活性。目前认为，该酶对目前认为，该酶对tRNAtRNA的识别，是因为在的识别，是因为在tRNA
12、tRNA的氨基酸臂上存在特定的识别密码，即第二套遗传密码的氨基酸臂上存在特定的识别密码，即第二套遗传密码。l氨基酰氨基酰-tRNAtRNA的表示方法：的表示方法：AlaAla-tRNAtRNAAla Ala SerSer-tRNAtRNASer Ser MetMet-tRNAtRNAMetMet 真核生物真核生物：Met-Met-tRNAtRNAi iMetMet原核生物原核生物：fMet-tRNAfMet-tRNAi if fMetMet 原核生物起始密码子需要在原核生物起始密码子需要在Met-tRNAMet-tRNAmetmetf f上上进行甲酰化，而真核生物不需要。进行甲酰化，而真核生物
13、不需要。（二）（二）起始肽链合成的氨基酰起始肽链合成的氨基酰-tRNAtRNA蛋白质生物合成过程蛋白质生物合成过程 The Process of Protein BiosynthesisThe Process of Protein Biosynthesis 第第 二二 节节 l翻译的起始翻译的起始(initiation)initiation)l翻译的延长翻译的延长(elongation)elongation)l翻译的终止翻译的终止(termination)termination)整个翻译过程可分为整个翻译过程可分为 ：翻翻译译过过程程从从阅阅读读框框架架的的5 5-AUGAUG开开始始，按按m
14、RNAmRNA模模板板三三联联体体密密码码的的顺顺序序延延长长肽肽链链，直直至至终止密码出现。终止密码出现。一、肽链合成起始一、肽链合成起始指指mRNAmRNA和起始氨基酰和起始氨基酰-tRNAtRNA分别与核蛋白分别与核蛋白体结合而形成体结合而形成翻译起始复合物翻译起始复合物 (translational initiation complex)translational initiation complex)。多种蛋白质因子参与这个过程，称为起多种蛋白质因子参与这个过程，称为起始因子（始因子（initiation factor,IFinitiation factor,IF）原核、真核生物各种
15、起始因子的生物功能原核、真核生物各种起始因子的生物功能 （一）原核生物翻译起始复合物形成（一）原核生物翻译起始复合物形成l核蛋白体大小亚基分离；核蛋白体大小亚基分离；lmRNAmRNA在小亚基定位结合；在小亚基定位结合；l起始氨基酰起始氨基酰-tRNAtRNA的结合；的结合；l核蛋白体大亚基结合。核蛋白体大亚基结合。IF-3IF-11.核蛋白体大小亚基分离核蛋白体大小亚基分离IF-1：占据占据A位防止结合其他位防止结合其他tRNAIF-3：促使大小亚基分离，并提高促使大小亚基分离，并提高P位对起始位对起始tRNA的敏感性的敏感性A U G53IF-3IF-12.mRNA在小亚基定位结合在小亚基
16、定位结合 在原核生物在原核生物mRNAmRNA的起始密码前的起始密码前8 81313核苷酸的核苷酸的位置，有一非常保守的序列：位置，有一非常保守的序列：AGGAGG-AGGAGG-1 1、S-DS-D序列序列（核糖体结合序列）核糖体结合序列）mRNA在核蛋白体上定位的机制：在核蛋白体上定位的机制：S-DS-D序列序列：在原核生物：在原核生物mRNAmRNA的起始密码前的起始密码前8 81313核苷酸的位置，有一非常保守的序列，核苷酸的位置，有一非常保守的序列，与核糖与核糖体小亚基上的体小亚基上的1616S-rRNAS-rRNA结合结合，引导，引导mRNAmRNA进入核进入核糖体，这样的序列称为
17、糖体，这样的序列称为S-DS-D序列序列。2 2、S-DS-D序列后的小核苷酸序列，可以被核蛋白体序列后的小核苷酸序列，可以被核蛋白体小亚基蛋白小亚基蛋白rpSrpS1 1识别结合识别结合 RNA-RNA RNA-RNA与与RNA-RNA-蛋白质相互作用使得蛋白质相互作用使得mRNAmRNA在核蛋白体小亚基上精确定位在核蛋白体小亚基上精确定位IF-3IF-1IF-2GTP3.起始氨基酰起始氨基酰tRNA(fMet-tRNAimet)结合到小结合到小亚基亚基A U G53IF-2：常与常与GTP结合，促进起始结合，促进起始tRNA与小亚基与小亚基结合结合IF-3IF-1IF-2GTPGDPPi4
18、.核蛋白体大亚基结合，起始复合物形成核蛋白体大亚基结合，起始复合物形成A U G53同时同时IF-2结合的结合的GTP水解放能，促使三种水解放能，促使三种IF因子释放因子释放IF-3IF-1IF-2A U G53IF-3IF-1IF-2同时同时IF-2结合的结合的GTP水解放能，促使三种水解放能，促使三种IF因子释放因子释放（二）真核生物翻译起始复合物形成（二）真核生物翻译起始复合物形成l核蛋白体大小亚基分离；核蛋白体大小亚基分离；l起始氨基酰起始氨基酰-tRNAtRNA结合；结合；lmRNAmRNA在核蛋白体小亚基就位；在核蛋白体小亚基就位；l核蛋白体大亚基结合。核蛋白体大亚基结合。metm
19、et40S40S60S60SMeMet tMetMet40S40S60S60SmRNAeIF-2BeIF-2B、eIF-3eIF-3、eIF-6 elF-3elF-3GDP+Pi各种各种各种各种elFelF释放释放释放释放elF-5ATPADP+PielF4E,elF4G,elF4A,elF4B,PABMetMet-tRNAiMet-elF-2-GTP真核生物翻译起始真核生物翻译起始复合物形成过程复合物形成过程二、肽链合成延长二、肽链合成延长指指根根据据mRNAmRNA密密码码序序列列的的指指导导，依依次次添添加加氨氨基基酸从酸从N N端向端向C C端延伸肽链，直到合成终止的过程。端延伸肽链，
20、直到合成终止的过程。l肽链延长在核蛋白体上连续性循环式进行，又肽链延长在核蛋白体上连续性循环式进行，又称为称为核蛋白体循环核蛋白体循环(ribosomal cycle)ribosomal cycle)，每次循每次循环增加一个氨基酸，包括以下三步：环增加一个氨基酸，包括以下三步：进位进位(entrance)entrance)成肽成肽(peptide bond formation)peptide bond formation)转位转位(translocation)translocation)l延伸过程所需蛋白因子称为延长因子延伸过程所需蛋白因子称为延长因子(elongation elongatio
21、n factor,EF)factor,EF)原核生物：原核生物：EF-T(EF-EF-T(EF-TuTu,EF-Ts),EF-Ts)EF-GEF-G真核生物：真核生物：EF-1 EF-1、EF-2 EF-2 原核延长因原核延长因子子生物功能生物功能对应真核延长对应真核延长因子因子EF-Tu促进氨基酰促进氨基酰-tRNA进入进入A位，结合分位，结合分解解GTPEF-1-EF-Ts调节亚基调节亚基EF-1-EFG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位前移到位前移到P位，促进卸载位，促进卸载tRNA释放释放EF-2肽链合成的延长因子肽链合成的延长因子 （一）进位（一
22、）进位指根据指根据mRNAmRNA下一下一组遗传密码指导，使组遗传密码指导，使相应氨基酰相应氨基酰-tRNAtRNA进进入核蛋白体入核蛋白体A A位。位。又称注册又称注册(registration)registration)延长因子延长因子EF-TEF-T催化催化进位（原核生物）进位（原核生物）EF-TuEF-Tu促进氨基酰促进氨基酰tRNAtRNA进入进入A A位位(失活失活)(活性活性)TuTu有有两种形式两种形式:Tu-GTP Tu-GTP 和和 Tu-GDPTu-GDPTsTs为为调节亚基调节亚基（二）成肽（二）成肽是由是由转肽酶转肽酶(transpeptidasetranspepti
23、dase)催化的肽催化的肽键形成过程。键形成过程。（三）转位（三）转位延长因子延长因子EF-GEF-G有有转位酶活性转位酶活性，可结合并水解，可结合并水解1 1分分子子GTPGTP，促进核蛋白体向促进核蛋白体向mRNAmRNA的的33侧移动侧移动 。N N端端进进位位转转位位成肽成肽肽链的延长在核蛋白体上连续循环进行，每肽链的延长在核蛋白体上连续循环进行，每加上一个氨基酸需要三步反应：加上一个氨基酸需要三步反应：进位进位成肽成肽转位转位核蛋白体循环核蛋白体循环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基基本本相相似，但有不同的反应体系和延长因子。似，但有不同的反应体系和延
24、长因子。另另外外，真真核核细细胞胞核核蛋蛋白白体体没没有有E E位位，转转位位时时卸载的卸载的tRNAtRNA直接从直接从P P位脱落。位脱落。（四）真核生物延长过程（四）真核生物延长过程 三、肽链合成的终止当当mRNAmRNA上终止密码出现后，多肽链合成停止，上终止密码出现后，多肽链合成停止，肽链从肽酰肽链从肽酰-tRNAtRNA中释出，中释出，mRNAmRNA、核蛋白体等分离，核蛋白体等分离，这些过程称为肽链合成终止。这些过程称为肽链合成终止。U A G53RFCOO-终止相关的蛋白因子称为释放因子终止相关的蛋白因子称为释放因子 (release factor,RF)release fac
25、tor,RF)一一是是识识别别终终止止密密码码，如如RF-1RF-1特特异异识识别别UAAUAA、UAGUAG；而而RF-2RF-2可识别可识别UAAUAA、UGAUGA。二二是是诱诱导导转转肽肽酶酶改改变变为为酯酯酶酶活活性性，相相当当于于催催化化肽肽酰酰基基转转移移到到水水分分子子-OHOH上上，使使肽肽链链从从核核蛋蛋白白体上释放。体上释放。释放因子的功能释放因子的功能原核生物释放因子：原核生物释放因子：RF-1RF-1，RF-2RF-2，RF-3RF-3 真核生物释放因子：真核生物释放因子：eRF eRF 原原核核肽肽链链合合成成终终止止过过程程 l核蛋白体沿核蛋白体沿mRNAmRNA
26、链滑动，链滑动，不断使多肽链延长，直不断使多肽链延长，直到终止信号进入受位。到终止信号进入受位。1 1识别：识别：RFRF识别终识别终止密码，进入核蛋白体止密码，进入核蛋白体的的A A位。位。2 2水解：水解：RFRF使转肽使转肽酶变为酯酶活性，多肽酶变为酯酶活性，多肽链与链与tRNAtRNA之间的酯键被之间的酯键被水解，多肽链释放。水解，多肽链释放。3 3解离：解离：通过水解通过水解GTPGTP，使核蛋白体与使核蛋白体与mRNAmRNA分离，分离，tRNAtRNA、RFRF脱落，脱落，核蛋白体解离为大、小核蛋白体解离为大、小亚基。亚基。多聚核蛋白体多聚核蛋白体(polysomepolysom
27、e)使蛋白质合成高速、使蛋白质合成高速、高效进行。高效进行。电镜下的多聚核蛋白体现象电镜下的多聚核蛋白体现象蛋白质合成后加工和输送蛋白质合成后加工和输送Posttranslational Processing&Posttranslational Processing&Protein TransportationProtein Transportation第第 三三 节节从核蛋白体释放出的新生多肽链不具备蛋从核蛋白体释放出的新生多肽链不具备蛋白质生物活性，必需经过不同的翻译后复杂加白质生物活性，必需经过不同的翻译后复杂加工过程才转变为天然构象的功能蛋白。工过程才转变为天然构象的功能蛋白。主要包括
28、主要包括l多肽链折叠为天然的三维结构多肽链折叠为天然的三维结构 l肽链一级结构的修饰肽链一级结构的修饰l高级结构修饰高级结构修饰 一、多肽链折叠为天然功能构象的蛋白质一、多肽链折叠为天然功能构象的蛋白质l新生肽链的折叠在肽链合成中、合成后完成，新新生肽链的折叠在肽链合成中、合成后完成，新生肽链生肽链N N端在核蛋白体上一出现，肽链的折叠即开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生正确的二级结构、模序、结构域到形成完整空间构象。间构象。l一般认为，多肽链自身氨基酸顺序储存着
29、蛋白质一般认为，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。折叠的信息，即一级结构是空间构象的基础。l细胞中大多数天然蛋白质折叠都不是自动完成，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、蛋白辅助。而需要其他酶、蛋白辅助。几种有促进蛋白折叠功能的大分子几种有促进蛋白折叠功能的大分子1.1.分子伴侣分子伴侣 (molecular chaperon)molecular chaperon)2.2.蛋白二硫键异构酶蛋白二硫键异构酶 (protein disulfide protein disulfide isomeraseisomerase,PDI),PDI)3
30、.3.肽肽-脯氨酰顺反异构酶脯氨酰顺反异构酶 (peptide peptide prolylprolyl ciscis-trans-trans isomeraseisomerase,PPI),PPI)1.1.热休克蛋白热休克蛋白(heat shock protein,HSP)heat shock protein,HSP)HSP70HSP70、HSP40HSP40和和GreEGreE族族 2.2.伴侣素伴侣素(chaperoninschaperonins)GroELGroEL和和GroESGroES家族家族分子伴侣分子伴侣 molecular chaperonmolecular chaperon
31、分子伴侣是细胞一类保守蛋白质，可识别分子伴侣是细胞一类保守蛋白质，可识别肽链的非天然构象，促进各功能域和整体蛋白肽链的非天然构象，促进各功能域和整体蛋白质的正确折叠。质的正确折叠。热休克蛋白促进蛋白质折叠的基本作用热休克蛋白促进蛋白质折叠的基本作用结合保护待折叠多肽片段，再释放该片段进结合保护待折叠多肽片段，再释放该片段进行折叠。形成行折叠。形成HSP70HSP70和多肽片段依次结合、解离的和多肽片段依次结合、解离的循环。循环。HSP40HSP40结合待折结合待折叠多肽片段叠多肽片段 HSP70-ATPHSP70-ATP复合物复合物 HSP40-HSP70-ADP-HSP40-HSP70-AD
32、P-多肽复合物多肽复合物 ATPATP水解水解GrpE GrpE ATPATPADPADP复合物解离，释出多肽链片段进行正确折叠复合物解离，释出多肽链片段进行正确折叠 伴侣素伴侣素GroEL/GroESGroEL/GroES系统促进蛋白质折叠过程系统促进蛋白质折叠过程 伴侣素的主要作用伴侣素的主要作用为非自发性折叠蛋白质提供能折叠形成天然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空间构象的微环境。ChaperonChaperon是指欧洲中世纪少女成年后初次参加社会是指欧洲中世纪少女成年后初次参加社会交际活动中陪伴她的年长妇女，这里借用来形容伴交际活动中陪伴她的年长妇女，这里借用来形
33、容伴随新生肽链并帮助它折叠和成熟为具有完整结构和随新生肽链并帮助它折叠和成熟为具有完整结构和功能的蛋白质功能的蛋白质,显然十分贴切显然十分贴切l实际上，实际上，分子伴侣并未加快折叠反应速度，而分子伴侣并未加快折叠反应速度，而是通过消除不正确的折叠，增强功能性蛋白质是通过消除不正确的折叠，增强功能性蛋白质折叠的产率促进天然蛋白质折叠折叠的产率促进天然蛋白质折叠蛋白二硫键异构酶蛋白二硫键异构酶 多肽链内或肽链之间二硫键的正确形成对稳多肽链内或肽链之间二硫键的正确形成对稳定分泌蛋白、膜蛋白等的天然构象十分重要，这定分泌蛋白、膜蛋白等的天然构象十分重要，这一过程主要在细胞内质网进行。一过程主要在细胞内
34、质网进行。二硫键异构酶在内质网腔活性很高，可在较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大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天硫键连接，最终使蛋白质形成热力学最稳定的天然构象。然构象。肽肽-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脯氨酸间形成的肽键有顺反两种异构体，空间构象明显差别。种异构体，空间构象明显差别。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。异构体之间的转换。肽酰肽酰-脯氨酰顺反异构酶是蛋白质三维构象
35、形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，可成的限速酶，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。二、一级结构的修饰二、一级结构的修饰（一）肽链（一）肽链N N端的修饰端的修饰 天然蛋白质并不一定都以甲硫氨酸为天然蛋白质并不一定都以甲硫氨酸为N N端第端第一个氨基酸，需进行修饰，而修饰可以在肽链一个氨基酸，需进行修饰，而修饰可以在肽链合成过程中进行合成过程中进行（二）个别氨基酸的修饰（二）个别氨基酸的修饰 天然蛋白质中除了基本氨基酸外还有各种天然蛋白质中除了基本氨基酸外还有各种其他的修饰氨基酸，如羟脯
36、氨酸、羟赖氨酸等等，其他的修饰氨基酸，如羟脯氨酸、羟赖氨酸等等，有的蛋白需要磷酸化，或者二硫键的形成过程等有的蛋白需要磷酸化，或者二硫键的形成过程等NC信号肽信号肽PMOCKRKR103肽肽(？)ACTH-LT-MSH-MSHEndophin（三）多肽链的水解修饰（三）多肽链的水解修饰鸦片促黑皮质素原鸦片促黑皮质素原(POMC)POMC)的水解修饰的水解修饰三、高级结构的修饰三、高级结构的修饰（一（一）亚基聚合）亚基聚合 只有形成最高级结构才有蛋白质的功能只有形成最高级结构才有蛋白质的功能 （二）辅基连接（二）辅基连接 天然蛋白质通常为结合型蛋白，含有金属离子、糖类天然蛋白质通常为结合型蛋白，
37、含有金属离子、糖类等等的辅基等等的辅基（三）疏水脂链的共价连接（三）疏水脂链的共价连接 某些蛋白质，如某些蛋白质，如G G蛋白、蛋白、RasRas蛋白等，需要部分嵌入膜蛋白等，需要部分嵌入膜内发挥作用，所以需要在肽链特点位点共价连接一个或者内发挥作用，所以需要在肽链特点位点共价连接一个或者多个疏水性强的脂链多个疏水性强的脂链蛋白质合成后需要经过复杂机制，定向输蛋白质合成后需要经过复杂机制，定向输送到最终发挥生物功能的细胞靶部位，这一过送到最终发挥生物功能的细胞靶部位，这一过程称为蛋白质的靶向输送。程称为蛋白质的靶向输送。四、蛋白质合成后的靶向输送四、蛋白质合成后的靶向输送 蛋白质的靶向输送蛋白
38、质的靶向输送(protein targeting)protein targeting)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，主主要要为为N 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，这这一一序序列列称称为为信号序列信号序列 。信号序列信号序列(signal sequence)signal sequence)靶向靶向输输送蛋白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信号肽肽内内质质网腔蛋白网腔蛋白信号信号肽肽，C端端-Lys-Asp-Glu-Leu-COO-(KDEL序列序列
39、)线线粒体蛋白粒体蛋白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）过过氧化体蛋白氧化体蛋白-Ser-Lys-Leu-（PST序列）序列）溶溶酶酶体蛋白体蛋白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 （一）分泌蛋白的靶向输送（一）分泌蛋白的靶向输送真核细胞分泌蛋白等前体合成后靶向真核细胞分泌蛋白等前体合成后靶向输送过程首先要进入内质网。输送过程首先要进入内质网。信号肽信号肽(signal pep
40、tide)signal peptide)各种新生分泌蛋白的各种新生分泌蛋白的N N端有保守的氨端有保守的氨基酸序列称信号肽。基酸序列称信号肽。信号肽的一级结构信号肽的一级结构信号肽识别颗粒信号肽识别颗粒lsignal recognition particles,signal recognition particles,SRPSRPlSRPSRP与新生肽链的与新生肽链的N N端的信号肽（端的信号肽（GTP)GTP)结合，结合，并结合到核蛋白体上，使得翻译的延长暂时停并结合到核蛋白体上，使得翻译的延长暂时停止止lSRPSRP存在于真核细胞的胞液中，内质网膜上有存在于真核细胞的胞液中，内质网膜上有一
41、种一种SRPSRP受体，可结合受体，可结合SRPSRP，所以又称为所以又称为SRPSRP对对接蛋白（接蛋白（DPDP）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 （二）线粒体蛋白的靶向输送（二）线粒体蛋白的靶向输送 （三）细胞核蛋白的靶向输送（三）细胞核蛋白的靶向输送蛋白质生物合成的干扰和抑制蛋白质生物合成的干扰和抑制I Interferencenterference&Inhibition of Protein&Inhibition of Protein BiosynthesisBiosynthesis第第 四四 节节l蛋白质生物合成是很多天然抗生素和某些毒素的蛋白质生物
42、合成是很多天然抗生素和某些毒素的作用靶点。它们就是通过阻断真核、原核生物蛋作用靶点。它们就是通过阻断真核、原核生物蛋白质翻译体系某组分功能，干扰和抑制蛋白质生白质翻译体系某组分功能，干扰和抑制蛋白质生物合成过程而起作用的。物合成过程而起作用的。l可针对蛋白质生物合成必需的关键组分作为研究可针对蛋白质生物合成必需的关键组分作为研究新抗菌药物的作用靶点。同时尽量利用真核、原新抗菌药物的作用靶点。同时尽量利用真核、原核生物蛋白质合成体系的任何差异，以设计、筛核生物蛋白质合成体系的任何差异，以设计、筛选仅对病原微生物特效而不损害人体的药物。选仅对病原微生物特效而不损害人体的药物。l抗生素抗生素(ant
43、ibiotics)antibiotics)是微生物产生的能够杀灭或抑制细菌的是微生物产生的能够杀灭或抑制细菌的一类药物。一类药物。l抗代谢药物抗代谢药物指能干扰生物代谢过程，从而抑制细胞过指能干扰生物代谢过程，从而抑制细胞过度生长的药物，如：度生长的药物，如：6-6-MPMP。l 某些毒素也作用于基因信息传递过程某些毒素也作用于基因信息传递过程。一、抗生素类l是微生物产生的能够杀灭或抑制细菌的一类药物是微生物产生的能够杀灭或抑制细菌的一类药物四环素族四环素族氯霉素氯霉素链霉素链霉素嘌呤毒素嘌呤毒素放线菌酮放线菌酮抗生素抗生素作用点作用点作用原理作用原理应用应用四环素族（金霉素四环素族（金霉素
44、新霉新霉素、土霉素）素、土霉素）链霉素、卡那霉素、新链霉素、卡那霉素、新霉素霉素氯霉素、林可霉素氯霉素、林可霉素红霉素红霉素梭链孢酸梭链孢酸 放线菌酮放线菌酮嘌呤霉素嘌呤霉素原核核蛋白体原核核蛋白体小亚基小亚基原核核蛋白体原核核蛋白体小亚基小亚基原核核蛋白体原核核蛋白体大亚基大亚基原核核蛋白体原核核蛋白体大亚基大亚基原核核蛋白体原核核蛋白体大亚基大亚基真核核蛋白体真核核蛋白体大亚基大亚基真核、原核核真核、原核核蛋白体蛋白体 抑制氨基酰抑制氨基酰-tRNA与小亚基结与小亚基结合合改变构象引起读码错误、抑制改变构象引起读码错误、抑制起始起始抑制转肽酶、阻断延长抑制转肽酶、阻断延长抑制转肽酶、妨碍转
45、位抑制转肽酶、妨碍转位与与EFG-GTP结合，抑制肽链延结合，抑制肽链延长长抑制转肽酶、阻断延长抑制转肽酶、阻断延长氨基酰氨基酰-tRNA类似物，进位后类似物，进位后引起未成熟肽链脱落引起未成熟肽链脱落抗菌药抗菌药抗菌药抗菌药抗菌药抗菌药抗菌药抗菌药抗菌药抗菌药医学研究医学研究抗肿瘤药抗肿瘤药抗生素抑制蛋白质生物合成的原理抗生素抑制蛋白质生物合成的原理 嘌呤霉素作用示意图嘌呤霉素作用示意图嘌呤霉素与嘌呤霉素与Tyr-Tyr-tRNAtRNATyrTyr相似相似,竞争性掺竞争性掺入肽链的延长过程，入肽链的延长过程，中断肽链的合成中断肽链的合成作用于真核及原核生作用于真核及原核生物，物，无特异性无
46、特异性，难作，难作为抗菌药，而是试用为抗菌药，而是试用于肿瘤治疗于肿瘤治疗氯霉素氯霉素与大亚基结合与大亚基结合链霉素和卡那霉素结合于小亚基链霉素和卡那霉素结合于小亚基嘌呤霉素嘌呤霉素放线菌酮放线菌酮抑制转肽作用抑制转肽作用四环素族四环素族 -抑制抑制tRNA进入进入A位位二、其他干扰蛋白质生物合成的物质二、其他干扰蛋白质生物合成的物质l毒素毒素(toxintoxin)在肽链的延长过程中阻断蛋白质合成在肽链的延长过程中阻断蛋白质合成而引起毒性而引起毒性l干扰素干扰素(interferoninterferon)真核细胞感染病毒后分泌的一类有抗真核细胞感染病毒后分泌的一类有抗病毒作用的蛋白质，它能抑
47、制病毒繁殖病毒作用的蛋白质，它能抑制病毒繁殖白喉毒素白喉毒素(diphtheria toxin)diphtheria toxin)的作用机理的作用机理白白喉喉毒毒素素+延长因子延长因子延长因子延长因子-2-2（有活性有活性）延长因子延长因子延长因子延长因子-2-2（无活性无活性）白喉毒素使得延长因子白喉毒素使得延长因子-2-2发生发生ADPADP糖基化糖基化失活失活干扰素的作用机理干扰素的作用机理干扰素诱导的蛋白激酶干扰素诱导的蛋白激酶病毒等病毒等dsRNAdsRNA1.1.干扰素诱导干扰素诱导eIFeIF2 2磷酸化而失活磷酸化而失活ATPATPeIFeIF2 2ADPADPeIFeIF2 2-P-P（失活）失活）PiPi磷酸酶磷酸酶抑制病毒蛋白抑制病毒蛋白质的合成质的合成2.2.干扰素诱导病毒干扰素诱导病毒RNARNA降解降解降解降解mRNAdsRNA干扰素干扰素AAPAPPPP2 5 2 5 5 2-5 A（2-5寡聚腺苷酸）寡聚腺苷酸）APPPATP2-5A合成酶合成酶RNaseLRNaseL活化活化