第四章-蛋白质的生物合成-翻译及翻译后加工-2012-(2)课件

蛋白质生物合成—翻译及翻译后加工金晶ProteinBiosynthesis—TranslationandPosttranslationalProcessing2024/4/1712024/4/172翻译（translation）：也称蛋白质的生物合成意思就是把核酸中由A、C、G、T四种符号组成的遗传信息，破读为蛋白质分子中的20种氨基酸排列顺序。翻译的模板：DNA----原始模板

RNA----直接模板翻译的场所：核蛋白体（细胞质）翻译过程：起始、延长、终止三个阶段Translation2024/4/173OutlineForChapter6Section1:GeneticCodeSection2:ProteinBiosynthesisSection3:PosttranslationalProcessingSection4:TransportofProteinSection5:ProgressofFunctionalProteinProteinBiosynthesis—TranslationandPosttranslationalProcessing2024/4/1741961年，Nirenberg证明了mRNA的模板作用。一、遗传密码及密码的破译2024/4/175细菌＋矾土颗粒轻轻研磨细菌液离心，去除细胞壁和膜提取液（DNA、mRNA、tRNA、核糖体、酶、离子）DNA水解酶，20种氨基酸等蛋白质mRNA的模板作用的证实2024/4/176mRNA的模板作用的证实2024/4/177

mRNA上存在遗传密码mRNA分子上从5

至3

方向，由AUG开始，每3个核苷酸为一组，决定肽链上某一个氨基酸或蛋白质合成的起始、终止信号，称为三联体密码（tripletcodon）。2024/4/178GeneticCode密码子codon：mRNA上每3个相邻核苷酸组成一个三联体triplet，编码一种氨基酸，三联体即称之为密码子。遗传密码（geneticcodon)：密码子的总和。它决定肽链上某一个氨基酸或蛋白质合成的起始、终止信号。2024/4/179理论值：

43=64

起始密码子startcodon

：

AUG，编码甲硫氨酸(真核)

甲酰甲硫氨酸(原核)

终止密码子stopcodon

：

UAA、UAG、UGA密码子（codon）2024/4/1710破译遗传密码，必须了解阅读密码的方式。遗传密码的阅读，可能有两种方式：一种是重叠阅读，一种是非重叠阅读。例如mRNA上的碱基排列是AUGCUACCG。若非重叠阅读为AUG、CUA、CCG、；若重叠阅读为AUG、UGC、GCU、CUA、UAC、ACC、CCG。两种不同的阅读方式，会产生不同的氨基酸排列。

密码阅读方式2024/4/1711研究发现：在编码区增加或删除一个碱基，便无法产生正常功能的蛋白质；增加或删除两个碱基，也无法产生正常功能的蛋白质。但是当增加或删除三个碱基时，却合成了具有正常功能的蛋白质。克里克通过实验证明了遗传密码中三个碱基编码一个氨基酸，阅读密码的方式是从一个固定的起点开始，以非重叠的方式进行，编码之间没有分隔符。密码阅读方式2024/4/17122024/4/1713遗传密码子的破译破译密码的实验研究先后由三个实验逐步发展了四种破译方法，于1965年完成。1)在体外无细胞蛋白质合成体系中加入人工合成的polyU。－苯丙氨酸，即polyPhe。2)混合共聚物(mixedcopolymers)实验对密码子中碱基组成的测定3)aa-tRNA与确定的三核苷酸序列(密码子)结合4)用重复共聚物(repeatingcopolymers)破译密码2024/4/1714RobertW.HolleyHarGobindKhoranaMarshallW.NirenbergCornellUniversity

Ithaca,NY,USAUniversityofWisconsin

Madison,WI,USANationalInstitutesofHealth

Bethesda,MD,USAb.1922

d.1993b.1922

(inRaipur,India)b.1927TheNobelPrizeinPhysiologyorMedicine1968"fortheirinterpretationofthegeneticcodeanditsfunctioninproteinsynthesis"2024/4/1715密码子codon2024/4/1716二、遗传密码的性质（一）密码子的简并现象（Degeneracyofcodon）

1、简并现象的概念：一种AA受两个以上codon编码的遗传现象遗传密码中，除色氨酸和甲硫氨酸仅有一个密码子外，其余氨基酸有2、3、4个或多至6个三联体为其编码。2024/4/1717密码子的简并现象2024/4/1718

2、简并现象的机理同工tRNA（isoacceptingtRNAs）密码子家族（codonfamily）:编码相同AA的几个密码子称为密码子家族,其成员互称为同义密码子(synonymouscodons)

★密码子的简并可把突变对生物体的影响降到最小密码子的简并现象2024/4/1719摆动性(wobble)转运氨基酸的tRNA的反密码需要通过碱基互补与mRNA上的遗传密码反向配对结合，但反密码与密码间不严格遵守常见的碱基配对规律，称为摆动配对。摆动配对2024/4/17202024/4/1721摇摆假说（Wobblehypothesis）

mRNA5’…CGU...CGC...CGA…CGG…AGA…AGG…3’摆动tRNAGCG3’→5’GCU5’UCU5’1961Crick提出又称“变偶假说”内容：codon的前两位碱基和反密码子配对时遵循

Watson—Crick原则，而第三位碱基有一定的灵活性即codon的3rd-Nt与anti-codon的1st-Nt（Nt34）2024/4/1722密码子、反密码子配对的摆动现象tRNA反密码子第1位碱基IUGACmRNA密码子第3位碱基U,C,AA,GU,CUGI-------次黄嘌呤2024/4/1723通用性(universal)除了动物细胞中的线粒体和植物细胞中的叶绿体外，从最简单的病毒、原核生物到人类都使用一套遗传密码。2024/4/1724连续性(commaless)编码蛋白质氨基酸序列的各个三联体密码连续阅读，密码间既无间断也无交叉基因损伤引起mRNA阅读框架内的碱基发生插入或缺失，可能导致框移突变(frameshiftmutation)

2024/4/1725偏爱密码（codonbias)一个AA有多个密码子如：CCACCTCCG

CCC都代表Pro,人类基因CCACCT或

CCC，而大肠杆菌选择CCG2024/4/1726线粒体密码的特殊性真核细胞线粒体mRNA中的密码子与胞浆中mRNA的密码子有以下三点不同:线粒体中UGA不代表终止密码子，而是编码Trp;肽链内的Met由AUG和AUA二个密码子编码，起始部位的Met由AUG、AUA、AUU和AGG均为起始密码;AGA和AGG不是Arg的密码子，而是终止密码子，即UAA、UAG、AGA和AGG均为终止密码子。2024/4/1727ArgIle起始2024/4/1728三.阅读框架(readingframes)阅读框架(readingframes):

从特定的起始密码子开始由3个核苷酸一组组成的编码顺序。阅读框架15’UUAUGAGCGCUAAAU3’

Leu

stop

AlaLeuAsn阅读框架25’UUAUGAGCGCUAAAU3’

TyrGluArg

Stop阅读框架35’UUAUGAGCGCUAAAU3’

MetSerAlaLys

2024/4/1729ORF从mRNA5

端起始密码子AUG到3

端终止密码子之间的核苷酸序列，各个三联体密码连续排列编码一条多肽链，称为开放阅读框架(openreadingframe,ORF)。2024/4/1730OutlineForChapter6Section1:GeneticCodeSection2:ProteinBiosynthesisSection3:PosttranslationalProcessingSection4:TransportofProteinSection5:ProgressofFunctionalProteinProteinBiosynthesis—TranslationandPosttranslationalProcessing2024/4/1731Section2:

ProteinBiosynthesis2024/4/1732参与蛋白质生物合成的物质20种氨基酸(AA)作为原料酶及众多蛋白因子，如IF、eIFATP、GTP、无机离子三种RNAmRNA（messengerRNA,信使RNA）rRNA（ribosomalRNA,核蛋白体RNA）tRNA（transferRNA,转移RNA）2024/4/1733一、生物合成的模板——mRNA单顺反子mRNA（monocistronicmRNA）：

多顺反子mRNA（polycistronicmRNA）:

mRNA分子的组成：•

编码区起始AUG到终止密码子•

前导序列AUG之前的5’端非编码区（5’UTR）•

尾巴终止密码子之后，不翻译的3’端遗传学将编码一个多肽的遗传单位称为顺反子（cistron）。2024/4/1734（一）原核生物mRNA的特征

（1）大部分为多顺反子mRNA

spacer:各顺反子之间（基因之间）的非编码区长度变化很大

因此，多顺反子的mRNA翻译有两种情况：

a、spacer较长时，下一个基因的产物合成起始是独立的

b、spacer长度较短时,两个顺反子使用相同的核糖体或小亚基2024/4/1735Spacer较长时Spacer较短时2024/4/1736

(2)

其他特征b、

5’端有300个左右NT的leader（A/G－－－－AUG）c、

AUG作为起始密码子（GUG、UUG）d、

AUG前有S–D序列原核生物mRNA的特征a、半衰期短，仅几分钟时间2024/4/17372024/4/1738•可受核糖体结合并保护

•

与核糖体小亚基内16SrRNA的3’端富含嘧啶的序列3’------UCCUCC-----5’互补，使tRNA正确定位于起始codonS–D序列S–D序列（Shine-Dalgarnosequence）：位于AUG上游4~13个NT处的富含嘌呤的3~9个NT的共同序列，其一致序列为AGGAGG

2024/4/17392024/4/1740（二）真核生物mRNA的特征

（1）一般为单顺反子

（2）5’端的帽子对翻译有增强作用，且5’帽子和3’polyA尾对翻译效率的调节有协同作用

（3）“第一AUG规律”即-----绝大部分以AUG作为起始codon2024/4/1741

（4）起始AUG有如下特点

a、起始密码子常处于Kozak序列中

CCACCAUGG-3只有5~10％的情况下………+1+4

b、-3位的A和＋4位的G…..至关准确翻译真核生物mRNA的特征2024/4/1742mRNA结构简图2024/4/1743二、蛋白质合成的场所－核糖体（Ribosomes）●核糖体是细胞内一种核糖核蛋白颗粒(ribonucleoproteinparticle)，主要由rRNA和蛋白质构成，其惟一功能是按照mRNA的指令将氨基酸合成蛋白质多肽链，所以核糖体是细胞内蛋白质合成的分子机器。2024/4/17442024/4/1745核糖体的结构

（1）

ProkE.coli

小亚基16SRNA21种proteinsS1-------S21

大亚基23SRNA5SRNA34种proteinsL1----L34

（2）Euk

大亚基28SRNA5SRNA5.8SRNA49种proteins

小亚基18SRNA33种proteins原核生物真核生物核蛋白体小亚基大亚基核蛋白体小亚基大亚基S值70S30S50S80S40S60SrRNA16S-rRNA5S-rRNA23S-rRNA18S-rRNA28S-rRNA5S-rRNA5.8S-rRNA蛋白质rpS21种rpL34种rpS33种rpL49种2024/4/1746(一)核糖体RNA(rRNA)rRNAs的主要功能是结构。蛋白质和每种主要rRNA的特殊位点相结合，以特定的顺序装配成亚基。核糖体具有各种活性中心，每一活性中心都由特定的一组蛋白和rRNA的一定区域装配而成。这些活性中心要求结构中的rRNA的直接参与或者具有催化作用。2024/4/17472024/4/1748亚单位缔合与mRNA的SD序列互补结合肽酰tRNA被pre-tRNA保护A位点需要2024/4/1749

16SrRNA2024/4/1750Assemblyofthe30Sribosomalsubunitandmaturationof16SrRNAinE.coli.2024/4/1751(二)核糖体蛋白质

50S34个蛋白质23SrRNA原核生物

30S21个蛋白质16SrRNA60S49个蛋白质28SrRNA真核生物

40S33个蛋白质18SrRNA2024/4/175270S核糖体30S小亚基50S大亚基2024/4/1753平台2024/4/1754鼻脊谷茎2024/4/17552024/4/1756

•两者之间形成一个mRNA通道

•

根据功能将核糖体上的活性部位分为两类

♪翻译区域7个活性位点占2/3♪逐出位点2个位点（多肽的逐出）占1/3

(1)mRNA结合位点

a、位于30S亚基的头部核糖体的活性位点b、16SrRNA3’端是mRNA与小亚基初始结合不可缺少的2024/4/1757

（2）

P位点：肽酰－tRNA位点

a、大部分在小亚基内，小部分在大亚基内

16SrRNA的3‘末端、L2等蛋白

b、能够与起始tRNA（fMet--tRNAf）相结合，且P

位点会影响A位点的活性核糖体的活性位点（3）A位点：氨酰基tRNA位点

a、主要在大亚基上

b、

A位点内mRNA表面只对特定的aa—tRNA分子表现出特异性，且A位点结合aa—tRNA要求在P

位点上必须有肽酰tRNA存在2024/4/1758（4）肽基转移酶活性位点

活性中心在大亚基上，位于P位点和A位点的连接处靠近tRNA的接受臂核糖体的活性位点

（5）

5srRNA位点（与tRNA进入有关）（6）EF—Tu位点

位于大亚基内，与氨酰基tRNA的结合有关

（7）EF—G转位因子结合位点

大亚基靠近小亚基的界面处2024/4/1759（8）

E位点（包括两个：脱酰基tRNA和多肽的逐出位点）

•E1为脱酰基tRNA离开核糖体提供出口

•E1对蛋白质合成的准确性起重要作用

•E2为多肽离开核糖体提供出口（占核糖体1／3）核糖体的活性位点2024/4/1760E位点：排出位(exitsite),供已卸去氨基现tRNA暂短停留后离去。P位点：肽酰位(peptidylsite),供肽酰基－tRNA结合A位点:氨基酰位(aminoacylsite),氨基酰－tRNA结合30s2024/4/17612024/4/17622024/4/1763PolysomesEachmRNAtranscriptisreadsimultaneouslybymorethanoneribosome.

Asecond,third,fourth,etc.ribosomestartstoreadthemRNAtranscriptbeforethefirstribosomehascompletedthesynthesisofonepolypeptidechain.MultipleribosomesonasinglemRNAtranscriptarecalledpolyribosomesorpolysomes.

Multipleribosomescannotbepositionedcloserthan80nt.2024/4/1764Polysomes2024/4/1765Electronmicrographsofribosomesactivelyengagedinproteinsynthesisrevealedby"beadsonastring"appearance.

2024/4/1766三、蛋白质合成的机制（一）合成元件——tRNA、rRNA和蛋白质因子1、tRNA——最小的RNA，4S，70~80个basetRNA在蛋白质翻译中起接合的作用。tRNA的氨基酸臂上携带氨基酸。tRNA分子的反密码环与mRNA上的密码配对。密码-反密码-氨基酸三联体保证了翻译的准确性2024/4/1767TψC环附加环反密码子环DHU环结合氨基酸部位二级结构(1)各种tRNA均含有70~80个碱基，其中22个碱基是恒定的。2024/4/1768(2)5’端和3’端配对（常为7bp）形成茎区，称为受体臂（acceptorarm）或称氨基酸臂。在3’端永远是4个碱基（XCCA）的单链区，在其末端有2’-OH或3’-OH，是被氨基酰化位点。此臂负责携带特异的氨基酸。2024/4/1769（3）TψC常由5bp的茎和7nt和环组成。此臂负责和核糖体上的rRNA识别结合；(碱基ψ-假尿嘧啶）。2024/4/1770(4)反密码子臂(anticodonarm)常由5bp的茎区和环区组成，它负责对密码子的识别与配对。2024/4/1771(5)D环(Darm)的茎区长度常为4bp，也称双氢尿嘧啶环。负责和氨基酰tRNA聚合酶结合;2024/4/1772(6)额外环(extraarm)可变性大，从4Nt到21Nt不等，其功能是在tRNA的L型三维结构中负责连接两个区域（D环－反密码子环和TψC-受体臂）。2024/4/1773（2）“L”形三级结构---anti-codonarm位于”L”另一端，与结合在核糖体小亚基上的codonofmRNA配对b、“L”结构域的功能---aaacceptarm位于“L”的一端，契合于核糖体的肽基转移酶结合位点PA,以利肽键的形成

a、“L”构型的结构力

•二级结构中的碱基堆积力和氢键

•二级结构中未配对碱基形成的氢键tRNA的高级结构2024/4/1774tRNA三维结构2024/4/1775tRNA的三级结构示意图2024/4/1776---TΨCloop&DHUloop

位于“L”两臂的交界处，利于“L”结构的稳定---“L”结构中碱基堆积力大使其拓扑结构趋于稳定

wobblebase

位于“L”结构末端堆积力小自由度大使碱基配对摇摆2024/4/1777tRNA的种类（2）同工tRNA（isoacceptingtRNAs）

（1）起始tRNA和延伸tRNA

起始tRNA:Prok中，携带甲酰甲硫氨酸（fMet）

Euk中，携带甲硫氨酸（Met）延伸tRNA：其他tRNA携带AA相同而反密码子不同的一组tRNA

•不同的反密码子识别AA的同义密码

•结构上能被AA–tRNA合成酶识别的共性2024/4/1778

(3)校正tRNA

2024/4/1779氨基酸+tRNA氨基酰-tRNAATP

AMP＋PPi氨基酰-tRNA合成酶氨基酰-tRNA合成酶(aminoacyl-tRNAsynthetase)氨基酸的活化2024/4/1780第一步反应氨基酸＋ATP-E—→氨基酰-AMP-E

＋PPi

2024/4/1781第二步反应氨基酰-AMP-E＋

tRNA↓氨基酰-tRNA＋AMP

＋

E2024/4/17822024/4/1783tRNA氨基酰-tRNA合成酶ATP

tRNA与酶结合的模型2024/4/1784氨基酰-tRNA合成酶对底物氨基酸和tRNA都有高度特异性。氨基酰-tRNA合成酶具有校正活性(proofreadingactivity)。氨基酰-tRNA的表示方法：Ala-tRNAAla

Ser-tRNASerMet-tRNAMet氨基酸的活化2024/4/1785氨基酸的活化形式：氨基酰－tRNA氨基酸的活化部位：α－羧基氨基酸与tRNA连接方式：酯键氨基酸活化耗能：2个~P2024/4/1786真核生物：

Met-tRNAiMet原核生物：fMet-tRNAifMet起始肽链合成的氨基酰-tRNA2024/4/17873、翻译辅助因子起始因子initiationfactorsIFeukaryoteinitiationfactorseIF延伸因子elongationfactorsEFeukaryoteelongationfactorseEF终止因子releasefactorsRF能量与酶

ATP、GTP,多种酶2024/4/1788三、蛋白质合成的机制（二）合成过程——起始、延伸、终止1、肽链合成起始（initiation）肽链合成起始阶段，是指mRNA和起始氨基酰-tRNA分别与核蛋白体结合而形成翻译起始复合物的过程。需要起始因子（IF或eIF）和ATP、GTP参与。翻译的起始是mRNA能忠实翻译的关键步骤，也是调节蛋白质合成的部位。翻译过程分为起始、延长和终止三个阶段。2024/4/1789翻译起始参与起始过程的蛋白质因子称起始因子（initiationfactor，IF）原核生物起始因子有三种：IF-1：占据A位防止结合其他tRNA。IF-2：促进起始tRNA与小亚基结合。IF-3：促进大小亚基分离，提高P位对结合起始tRNA敏感性。2024/4/1790原核生物的翻译起始复合物的形成（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。2024/4/1791IF-3IF-1（1）核蛋白体大小亚基分离2024/4/1792AUG5'3'IF-3IF-1（2）mRNA在小亚基定位结合mRNA借助SD序列使起始密码子对准P点2024/4/1793在原核生物mRNA起始密码AUG上游，存在4~9个富含嘌呤碱的一致性序列，如-AGGAGG-，称为S-D序列。又称为核蛋白体结合位点（ribosomalbindingsite，RBS)

S-D序列2024/4/1794S-D序列2024/4/1795IF-3IF-1IF-2GTPAUG5'3'（3）起始氨基酰tRNA与小亚基结合2024/4/1796IF-3IF-1IF-2GTPGDPPiAUG5'3'（4）

核蛋白体大亚基结合2024/4/1797IF-3IF-1AUG5'3'IF-2GTPIF-2-GTPGDPPi起始过程消耗1个GTP小结：起始复合物的形成过程2024/4/1798关于起始的几个问题:SD(Shine-Dalgarno)顺序的作用：有助于mRNA的翻译从起始密码子处开始。 小亚基上16SrRNA3’端的六核苷酸和Shine-Dalgarno顺序互补，相互结合，使下游的AUG起始密码子定位在P位上。

16SrRNA3’端：3’-UCCUCC-5’S-D顺序：5’-AAACAGGAGG-3’翻译时的第一个密码子是怎样被识别的呢？2024/4/1799fMet-tRNAi

Met

识别起始AUG携带Met-tRNAMet

只能携带Met进入正在延伸的肽链中

f：甲酰化

i：起始如何正确选择起始密码子？2024/4/17100fMet-tRNA与Met-tRNA有什么不同?甲基化和非甲基化原核生物和真核生物2024/4/17101真核生物翻译起始复合物形成核蛋白体大小亚基分离；起始氨基酰-tRNA结合；mRNA在核蛋白体小亚基就位；核蛋白体大亚基结合。2024/4/17102真核生物翻译起始因子起始因子生物功能eIF-2促进起始tRNA与小亚基结合eIF-2B,eIF-3促进大小亚基分离eIF-4AeIF-4F复合物成分，有解螺旋酶活性，促进mRNA结合小亚基eIF-4B促进mRNA扫描定位起始AUGeIF-4EeIF-4F复合物成分，结合mRNA5’帽子eIF-4GeIF-4F复合物成分，结合eIF-4E和PABeIF-5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2024/4/17103Met40SMetMet40S60SmRNAeIF-2B、eIF-3、

eIF-6

①elF-2②GDP+Pi各种elF释放elF-5④ATPADP+PielF4E,elF4G,elF4A,elF4B,PAB③真核生物翻译起始复合物形成过程Met-tRNAiMet-elF-2-GTPMet60S43S48S80S2024/4/17104核蛋白体是80S；起始因子种类多；起始tRNA的Met不需甲酰化；mRNA的5’帽子和3’polyA尾结构与mRNA在核蛋白体就位有关；起始tRNA先与核蛋白体小亚基结合，然后再结合mRNA真核生物翻译起始的特点2024/4/17105真核细胞与原核细胞

蛋白质生物合成起始的特点比较特点真核原核核糖体80S(40S+60S)70S(30S+50S)起始因子种类eIF多IF少起始tRNA携带的Met不需甲酰化甲酰化mRNA上起始识别的结构5’-帽子结构3’-polyA尾S-D序列2024/4/171062、肽链的延伸（elongation）指按照mRNA密码序列的指导，依次添加氨基酸从N端向C端延伸肽链，直到合成终止的过程。2024/4/17107肽链的延长是在核蛋白体上连续性循环式进行，又称为核蛋白体循环（ribosomalcycle)，每次循环增加一个氨基酸分为以下三步：进位（entrance）成肽（peptidebondformation）转位（translocation）肽链的延伸（elongation）2024/4/17108原核延长因子生物功能对应真核延长因子EF-Tu促进氨基酰-tRNA进入A位，结合分解GTPEF-1-αEF-Ts调节亚基EF-1-βγEFG有转位酶活性，促进mRNA-肽酰-tRNA由A位前移到P位，促进卸载tRNA释放EF-2肽链合成的延长因子2024/4/17109（1）进位指根据mRNA下一组遗传密码指导，使相应氨基酰-tRNA进入核蛋白体A位。2024/4/17110延长因子EF-T催化进位（原核生物）2024/4/17111肽链延伸过程中EF-Tu和EF-Ts循环2024/4/17112TuTsGTPGDPAUG5'3'TuTsGTP肽链延伸过程中EF-Tu和EF-Ts循环2024/4/17113（2）成肽是由转肽酶（transpeptidase）催化的肽键形成过程。2024/4/17114（3）转位（translocation）延长因子EF-G有转位酶（translocase）活性，可结合并水解1分子GTP，促进核蛋白体向mRNA的3’侧移动。2024/4/171152024/4/17116fMetAUG5'3'fMetTuGTP转位（translocation）2024/4/17117进位转位成肽延伸过程演示图2024/4/17118真核生物肽链合成的延长过程与原核基本相似，但有不同的反应体系和延长因子。另外，真核细胞核蛋白体没有E位，转位时卸载的tRNA直接从P位脱落。真核生物延长过程2024/4/17119（3）肽链合成的终止当mRNA上终止密码出现后，多肽链合成停止，肽链从肽酰-tRNA中释出，mRNA、核蛋白体等分离，这些过程称为肽链合成终止。2024/4/17120终止相关的蛋白因子称为释放因子(releasefactor,RF)识别终止密码:RF-1特异识别UAA、UAG；RF-2可识别UAA、UGA。RF-3----刺激RF-1和RF-2的活性诱导转肽酶改变为酯酶活性，使肽链从核蛋白体上释放。释放因子的功能原核生物释放因子：RF-1，RF-2，RF-3真核生物释放因子：eRF2024/4/17121原核肽链合成终止过程2024/4/17122UAG5'3'RFCOO-肽链合成的终止2024/4/17123多核糖体（polyribosome)在蛋白质合成时，一条mRNA链上同时具有许多个核糖体（每隔80核苷酸有一个核糖体）一条mRNA可同时合成多条多肽链2024/4/17124核糖体循环原核生物中：复制、转录、翻译同步，多肽合成后，进入大亚基的管腔内，经滑面内质网进高尔基体，进行后加工。2024/4/17125IF-3IF-1AUG5'3'IF-2GTPIF-2-GTPGDPPi1、合成起始翻译全过程2024/4/17126翻译全过程TuTsGTPGDPAUG5'3'TuTsGTP肽链延伸过程中EF-Tu和EF-Ts循环2、延伸过程2024/4/17127翻译全过程fMetAUG5'3'fMetTuGTP转位（translocation）2、延伸过程2024/4/171283、合成终止UAG5'3'RFCOO-翻译全过程2024/4/17129四、蛋白质生物合成的调节转录水平调节转录后水平调节翻译水平调节2024/4/17130实验证明，翻译效率与起始密码前的5′-非编码区的AUG有关，该AUG称5′-AUG，去掉5′-AUG，翻译效率就提高。正常情况下，含5′-AUG的基因在哺乳类基因中仅占10%，而在原癌基因中表达65%，可见原癌基因受到严密的调控，这是一种调控机制。（一）5′-AUG的作用2024/4/17131（二）氨酰－tRNA合成酶结合tRNA的校正化学校正动力学校正增加了负载前水解掉的机会2024/4/17132真核mRNA转录不久即在其5’端加上m7GPPPN的帽子和3’端加上50-150个多聚腺苷酸(polyA)n尾。戴“帽”（capping)：①防止降解，延长寿命；②与核糖小亚基结合；③为翻译起始因子识别polyA功能：①为mRNA进入细胞质所必需②保持mRNA稳定性，延长寿命polyA尾对mRNA稳定性及翻译效率有调控作用,polyA对mRNA具有转运和稳定性作用。（三）polyA尾的调节2024/4/17133蛋白质的合成受到许多抗生素和毒素的抑制抗生素一般是细菌或真菌所产生的具有抑制其它生物生长的物质。许多微生物可以生产抗生素，它们利用这些抗生素作为化学防御武器抵御竞争者和来犯之敌。某些抗生素通过抑制肽键的形成防止细菌的生长。抗生素因具有杀菌或抑制细菌生长的作用而被广泛用于临床，部分用于科研。（四）蛋白质生物合成的阻断剂2024/4/17134抗生素嘌呤霉素的结构非常类似于氨酰-tRNA的3’末端的结构。因为结构上的相似，嘌呤霉素可以进入核糖体的A位。肽酰转移酶催化新生成的多肽转移至嘌呤霉素的游离的氨基上。由于肽酰－嘌呤霉素在A位处的结合弱，很快就从核糖体上解离，因此就可终止蛋白质的合成。尽管嘌呤霉素可以有效地阻止原核生物的蛋白质合成，但它不能用于临床，因为嘌呤霉素同样也阻止真核生物中的蛋白质合成，所以嘌呤霉素对人是有毒的。临床上可用的抗生素应当是对细菌的蛋白质合成是特异的，而对人是没有作用的抑制剂。抗生素类阻断剂2024/4/17135嘌呤霉素的作用机制2024/4/17136抗生素作用点作用原理应用四环素族（金霉素新霉素、土霉素）链霉素、卡那霉素氯霉素、林可霉素红霉素梭链孢酸

放线菌酮嘌呤霉素原核小亚基原核小亚基原核大亚基原核大亚基原核大亚基真核大亚基真核、原核核蛋白体抑制氨基酰-tRNA与小亚基结合改变构象引起读码错误、抑制起始抑制转肽酶、阻断延长抑制转肽酶、妨碍转位与EFG-GTP结合，抑制肽链延长抑制转肽酶、阻断延长氨基酰-tRNA类似物，进位后引起未成熟肽链脱落抗菌药抗菌药抗菌药抗菌药抗菌药医学研究抗肿瘤药抗生素抑制蛋白质生物合成的原理2024/4/17137四环素可以和原核生物核糖体的30S亚基结合，就是说，封住了A位点，阻止氨酰-tRNA进入A位。在体外，四环素也可以作用于真核生物的核糖体，但由于它不能跨细胞质膜转运，所以它不能抑制真核生物蛋白质的合成。氯霉素可以与50S的核糖体亚基相互作用，抑制肽酰转移酶，所以可以广泛用作治疗细菌感染的药物。抗生素类阻断剂2024/4/17138链霉素、卡那霉素、新霉素等，主要抑制革兰氏阴性细菌蛋白质合成的三个阶段：①50S起始复合物的形成，使氨基酰tRNA从复合物中脱落；②在肽链延伸阶段，使氨基酰tRNA与mRNA错配；③在终止阶段，阻碍终止因了与核蛋白体结合，使已合成的多肽链无法释放，而且还抑制70S核糖体的介离。抗生素类阻断剂2024/4/17139放线菌酮（cycloheximide）能抑制真核生物80S核糖体的肽酰基转移酶，而不抑制细菌70S核糖体（以及线粒体和叶绿体中）中的肽酰基转移酶。红霉素(erythromycin)与50S大亚基结合，并阻断移位作用因而将肽酰-tRNA“冻结”在A位点上。对红霉素产生抗性是由于50S大亚基中某一个蛋白质产生突变之故。抗生素类阻断剂2024/4/171402024/4/17141其他干扰蛋白质生物合成的物质毒素(toxin)干扰素(interferon)2024/4/17142OutlineForChapter6Section1:GeneticCodeSection2:ProteinBiosynthesisSection3:PosttranslationalProcessingSection4:TransportofProteinSection5:ProgressofFunctionalProteinProteinBiosynthesis—TranslationandPosttranslationalProcessing2024/4/17143第三节蛋白质合成后的折叠与修饰加工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工过程才转变为天然构象的功能蛋白。主要包括多肽链折叠为天然的三维结构肽链一级结构的修饰高级结构修饰2024/4/17144一、多肽链折叠为天然功能构象的蛋白质新生肽链的折叠在肽链合成中、合成后进行，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、模体、结构域到形成完整的空间构象。大多数天然蛋白质折叠都需要其他酶和蛋白质的辅助。folding2024/4/17145几种有促进蛋白折叠功能的大分子1.分子伴侣(molecularchaperon)2.蛋白二硫键异构酶(proteindisulfideisomerase,PDI)3.肽-脯氨酰顺反异构酶(peptideprolylcis-transisomerase,PPI)2024/4/171461.分子伴侣(molecularchaperon)细胞中的一类保守蛋白，在细胞内帮助新生肽链正确组装成为成熟蛋白质，而本身却不是最终功能蛋白质分子的组成成分的分子，分两类：热休克蛋白（heatshockprotein）伴侣素（chaperonin）2024/4/17147热休克蛋白（heatshockprotein）热休克蛋白（heatshockprotein）

：对某些能自发折叠的蛋白质，可促进需要折叠的多肽折叠为有空间构象的蛋白质HSP70、HSP40和GrpE族

2024/4/17148热休克蛋白(heatshockprotein,HSP)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，再释放该片段进行折叠。形成HSP70和多肽片段依次结合、解离的循环。参与蛋白质折叠、组装、跨膜、分泌与降解2024/4/17149HSP40结合待折叠片段，并将多肽导向HSP70－ATP复合物HSP40激活HSP70-ATP的ATPase活性，形成稳定的HSP40-HSP70-ADP-多肽复合物GrpE与HSP40作用，促进ATP交换ADP，复合物解离热休克蛋白（heatshockprotein）2024/4/17150伴侣素（chaperonin）伴侣素（chaperonin）：由一大的寡聚体装配组成。装配形成一未折叠蛋白插入的结构。为非自发折叠蛋白质提供能折叠形成天然空间构象的微环境GroEL和GroES家族2024/4/17151Chaperonesbindtointeractiveregionsofproteinsastheyaresynthesizedtopreventrandomaggregation.Regionsoftheproteinarereleasedtointeractinanorderlymannertogivetheproperconformation.2024/4/17152伴侣素（chaperonin）Hsp60由14个亚基形成两个7聚体环，以相反方向垛叠在一起。2024/4/17153近端远端空心环（圆桶结构）与Hsp10（E.coli中为GroES）亚基形成的7聚体连接；单个GroES七聚体形成一“屋顶”盖在空穴外。2024/4/17154底物和ATP结合在同一环；GroES盖住该环，近端环的中央空腔增大；

GroEL的疏水残基参与与GroES的结合；底物残基暴露在亲水环境，构象随之改变。2024/4/171552024/4/171562.蛋白二硫键异构酶（PDI）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硫键连接，最终使蛋白质形成热力学最稳定的天然构象。(proteindisulfideisomerase,PDI)2024/4/171573.肽-脯氨酰顺反异构酶多肽链中肽酰-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。肽酰-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。肽酰-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，可使多肽在各脯氨酸弯折处形成准确折叠。(peptideprolylcis-transisomerase,PPI)2024/4/17158二、蛋白质的一级结构修饰1.N端改造

fMet的切除2.氨基酸侧链的修饰3.多肽链的水解修饰2024/4/17159所有的多肽都是以N-甲酰甲硫氨酸（原核生物）或甲硫氨酸（真核生物）开始的。但是，甲酰基、氨基末端的甲硫氨酸残基以及其他额外的氨基末端和羧基末端的一些残基最终可能被酶法除去，因此不存在于最后的功能性蛋白质中。原核生物修饰时是由肽甲酰基酶除去甲酰基，多数情况甲硫氨酸也被氨肽酶除去，真核生物中甲硫氨酸则全部被切除。1.新生肽链N端fMet或Met的切除（N—端修饰

）2024/4/17160氨基酸侧链的修饰包括：二硫链的形成羟化、羧化、甲基化等化学修饰2.氨基酸侧链的修饰2024/4/17161mRNA中没有胱氨酸密码子，而不少蛋白质含有二硫键．这是蛋白质合成后通过两个半胱氨酸的氧化作用生成的。肽链内或两条肽链间的二硫键是在肽链形成后-SH基被氧化而形成的。二硫键在形成蛋白质的空间结构中起着重要作用，有助于保护蛋白质分子的天然构象。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硫键连接，最终使蛋白质形成热力学最稳定的天然构象。二硫键的形成和正确配对2024/4/17162氨基酸的修饰1、糖基化在多肽链合成过程中或在合成之后常以共价键与单糖或寡糖侧链连接，生成糖蛋白。糖蛋白是一类重要的蛋白，许多膜蛋白和分泌蛋白均是糖蛋白。糖基化是在酶催化反应下进行的。在蛋白质合成中多种氨基酸均可发生修饰，包括羟基化、糖基化、磷酸化、酰基化、羧化作用、甲基化。2024/4/17163糖基化糖可连接在天冬酰胺的酰胺上(N-连接寡糖)或连接在丝氨酸、苏氨酸或羟赖氨酸的羟基上(O-连接寡糖)，糖基化是多种多样的，可以在同一条肽链上的同一位点连接上不同的寡糖，也可以在不同位点上连接上寡糖。2024/4/17164寡糖的两种链接方式连接方式N-连接：O-连接：2024/4/17165氨基酸残基的修饰2、酰基化：蛋白质的乙酰化普遍存在于原核生物和真核生物中。3、羟基化：肽链中某些氨基酸的侧链被修饰，这都是在翻译后的加工过程中被专一的酶催化而形成的。例如脯氨酸的羟化有助于胶原蛋白螺旋的稳定2024/4/171664、磷酸化：由各种蛋白质激酶催化，将磷酸基团连接于丝氨酸、苏氨酸和酪氨酸的羟基上。5、羧化作用：一些蛋白质的谷氨酸和天冬氨酸可发生羧化作用。例如血液凝固蛋白酶原的谷氨酸在翻译后羧化成γ-羧基谷氨酸，后者可以与Ca2+螯合。这依赖于维生素K的羧化酶的催化作用。6、甲基化：在一些蛋白质中赖氨酸被甲基化。如肌肉蛋白和细胞色素c中含有一甲二甲基赖氨酸。氨基酸残基的修饰2024/4/17167OutlineForChapter6Section1:GeneticCodeSection2:ProteinBiosynthesisSection3:PosttranslationalProcessingSection4:TransportofProteinSection5:ProgressofFunctionalProteinProteinBiosynthesis—TranslationandPosttranslationalProcessing2024/4/17168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，这一过程称为蛋白质的靶向输送。蛋白质的靶向输送（proteintargeting）要实现蛋白的定向运输，细胞首先得面临这样的一个问题，即如何选择和区分不同去向的蛋白，再把它们运往特定的地方？？？这就是分选(sorting)2024/4/17169蛋白质是由核糖体合成的，合成之后必须准确无误地运送到细胞的各个部位。在进化过程中每种蛋白形成了一个明确的地址签(addresstarget),细胞通过对蛋白质地址签的识别进行运送,这就是蛋白质的分选(proteinsorting)。分选(sorting)2024/4/17170分选分选信号决定其去向并最终定位核糖体存在部位也影响其去向运输概念意义通过连续的内膜系统运送蛋白质到达其最终目的地的过程运送到特定部位执行其特定功能蛋白质的分选和运输2024/4/17171真核细胞膜结合区室的主要功能细胞器(区室)主要功能胞质溶胶代谢的主要场所；蛋白质合成部位细胞核基因组存在的场所，DNA和RNA的合成地内质网大多数脂的合成场所，蛋白质合成和集散地高尔基体蛋白质和脂的修饰、分选和包装溶酶体细胞内的降解作用内体内吞物质的分选线粒体通过氧化磷酸化合成ATP叶绿体进行光合作用过氧化物酶体毒性分子的氧化2024/4/17172细胞质中蛋白质合成和空间定位路线2024/4/17173蛋白质的运输目的地1、细胞质蛋白质仍然存在于细胞质。2、分泌到胞外的蛋白质、整合到质膜和进入溶酶体的蛋白质，运转的前几步是相同的，起源于内质网。3、进入线粒体、叶绿体和细胞核有三种独特的运转过程：核孔转运、跨膜转运、靠小泡转运2024/4/17174核孔运输(transportthroughnuclearpore)：胞质溶胶中合成的蛋白质穿过细胞核内外膜形成的核孔进入细胞核，被运输的蛋白需要有核定位信号。跨膜运输(acrossmembranetransport)：胞质溶胶中合成的蛋白质进入到内质网、线粒体、叶绿体和过氧化物酶体等则是通过跨膜机制进行运输的，需要膜上运输蛋白(proteintranslocators)的帮助，被运输的蛋白要有信号肽或导肽。小泡运输(transportbyvesicles)：蛋白质从内质网转运到高尔基体以及从高尔基体转运到溶酶体、分泌泡、细胞质膜、细胞外等则是由小泡介导的，这种小泡称为运输小泡(transportvesicles)。合成的蛋白质通过三种不同方式进行运输定位2024/4/17175膜被细胞器输入蛋白质的三种主要机制2024/4/17176蛋白质合成场所---游离的核糖体

InEuk.---核糖体附着在粗糙内质网(roughendoplasmicreticulumRER)蛋白质合成扩散在细胞质内进入顺式高尔基体部分停留选择，加工，分泌，扩散反式高尔基体合成蛋白质

InProk.

---核糖体附着在细胞内膜（innermembrane）合成蛋白质通过外膜扩散到细胞外2024/4/17177两种途径（Euk.）：翻译后转运(post-translationaltransport)翻译时转运（co-translationaltransport

）蛋白质运送方式2024/4/17178分泌泡共翻译转运翻译后转运2024/4/17179所有靶向输送的蛋白质结构中存在分选信号，主要为N末端特异氨基酸序列，可引导蛋白质转移到细胞的适当靶部位，这一序列称为信号序列。信号序列(signalsequence)2024/4/17180根据信号序列运输方向的不同分为三种类型，即入核信号、引导肽和信号肽。入核信号指导核蛋白的运输，引导肽指导线粒体、叶绿体和过氧化物酶体蛋白的运输，信号肽则指导内膜系统的蛋白质运输。信号序列的类型2024/4/17181细胞内某些典型蛋白运输信号及功能功能信号序列组成输入内质网

+H3N-Met-Met-Ser-Phe-Val-Ser-Leu-Leu-Leu-Val-Gly-Ile-Leu-Phe-Trp-Ala-Thr-Glu-Ala-Glu-Gln-Leu-Thr-Lys-Cys-Glu-Val-Phe-Gln滞留内质网

-Lys-Asp-Glu-Leu-COO—输入线粒体

+H3N-Met-Leu-Ser-Leu-Arg-Gln-Ser-Ile-Arg-Phe-Phe-Lys-Pro-Ala-Thr-Arg-Thr-Leu-Cys-Ser-Ser-Arg-Tyr-Leu-Leu-输入细胞核

-Pro-Pro-Lys-Lys-Lys-Arg-Lys-Val-输入过氧化物酶体

-Ser-Lys-Leu-说明:+H3N代表氨基端;COO—代表羧基端。2024/4/17182（一）信号肽假设（signalhypothesis）信号识别颗粒（SRP）细胞质基质中的核蛋白复合体，SRP有三个重要的功能：(1)它能和新生的分泌蛋白的信号肽相结合；(2)还能和位于膜上的蛋白受体相结合；(3)延伸制动。信号肽(signalpeptide)——分选的信号各种新生分泌蛋白的N端有保守的氨基酸序列称信号肽。2024/4/17183信号肽的一级结构2024/4/17184SRP组成6个多肽亚单位小的RNA(7S,300个核苷酸)能识别核糖体外信号肽与核糖体A位结合识别内质网膜上SRP受体SRPRNA与核糖体A位点结合区域识别SRP受体区域SRP识别信号肽区域信号识别颗粒(signalrecognitionparticle,SRP)2024/4/17185发现蛋白质有内部信号决定蛋白质在细胞内的转移和定位TheNobelPrizeinPhysiologyorMedicine1999"forthediscoverythatproteinshaveintrinsicsignalsthatgoverntheirtransportandlocalizationinthecell"GünterBlobelUSARockefellerUniversity

NewYork,NY,USA;HowardHughesMedicalInstituteb.1936

(inWaltersdorf/Silesia,Germany)2024/4/17186信号肽与SRP结合→肽链延伸暂时终止→SRP与内质网膜上受体结合，SRP解体→肽链在内质网上继续合成，同时信号肽引导新生肽链进入内质网腔→信号肽切除→肽链延伸至终止。蛋白质转入内质网合成的过程2024/4/17187

Thesignalhypothesis2024/4/171882024/4/17189◆引导肽(leadingpeptide)将游离核糖体上合成的蛋白质的N-端信号称为导向信号，或导向序列，由于这一段序列是氨基酸组成的肽，所以又称为转运肽。（翻译后转运）◆信号肽(signalpeptide)（翻译时转运）将膜结合核糖体上合成的蛋白质的N-端的序列称为信号序列，将组成该序列的肽称为信号肽。（二）引导肽假设（leadingpeptide）-自学内容2024/4/17190靶向输送蛋白信号序列或成分分泌蛋白信号肽内质网腔蛋白信号肽，C端-Lys-Asp-Glu-Leu-COO-(KDEL序列)线粒体蛋白N端靶向序列（20～35氨基酸残基）核蛋白核定位序列（-Pro-Pro-L