蛋白质合成及转运

1、蛋白质合成及转运,将mRNA中核苷酸顺序转变为蛋白质分子中氨基酸顺序的过程，即将mRNA中4种核苷酸的语言解读为蛋白质中20种氨基酸的语言翻译（Translation,蛋白质的生物合成,以mRNA为模板合成蛋白质的过程,一、蛋白质合成的分子体系,一) mRNA：蛋白质合成的模板,辨认起始密码子(AUG)： 翻译（蛋白质合成）起始的必须步骤确定阅读框架 按照不重叠的三联体密码子翻译产生对应的AA并形成肽键 终止密码子，合成结束，肽链释放（终止密码连续出现23个,5,3,AUG,UAA、UGA、UAG,编码区,3端非编码区,5端非编码区,mRNA分子中每三个相邻碱基组成一个密码子 真核生物mRNA

2、的成熟需要经过剪切修饰，只编码一条肽链，转录和翻译发生在不同的空间和时间 原核生物mRNA转录和翻译几乎同时进行，可以编码多条肽链,mRNA：蛋白质合成的模板,1、引导氨基酸进入核糖体 2、将mRNA的碱基序列翻译为氨基酸序列 3、tRNA的反密码子与mRNA的密码子碱基互补,二）tRNA：转运活化的AA至mRNA模板,7090个核苷酸，分子较小 三叶草形结构,1）含稀有碱基 2）反密码环有三个反密码子 3）氨基酸臂有CCA结构,一种tRNA只与一种AA结合 一种AA可与几种tRNA结合 tRNA约50余种 密码子第三位核苷酸摆动 配对,tRNA的关键部位： 氨基酸臂：AA结合部位 反密码环：

3、mRNA结合部位,核糖体：无界膜，颗粒状， 大、小亚基组成 亚基：含不同的Pr、rRNA， 原核和真核生物不同,1.核糖体的组成,三) 核糖体是蛋白质合成的工厂,多聚核糖体（polgsome,mRNA和多个核蛋白体的聚合物，一般间隔40个核苷酸结合一个核糖体。 （一个mRNA分子同时有多个核蛋白体在进行蛋白质的合成,原核生物的转录翻译同步进行,多聚核糖体的电镜照片,rRNA与蛋白质构成核糖体,细菌核糖体：3种rRNA、57个Pr，Mw 270万 真核生物核糖体：4种rRNA、约82个Pr，Mw 420万,原核生物5S rRNA可与tRNA互补，与23S rRNA互补 16S rRNA的3端AC

4、CUCCUUA与mRNA的SD序列互补，翻译起始定位；与23S rRNA互补，大小亚基结合 23S rRNA与起始tRNA互补,2、核糖体的结构与功能,1、P位点（肽酰基位点） 结合肽基-tRNA的位点 2、A位点（氨酰基位点） 结合氨基酰-tRNA的位点 3、转肽酶活性 催化肽键的形成 4、识别mRNA的位点 小亚基上，可容纳2个密码,3、核糖体存在场所,粗面内质网（主要） 细胞质 线粒体、叶绿体,细菌细胞：约20，000个核糖体 真核细胞：106个 未成熟蟾蜍卵细胞：1012个,密码子的特点,连续性：两个密码之间没有任何碱基隔开。 简并性：64个密码子对应20个氨基酸，同一种氨基酸有两个或

5、多个密码子的现象为密码子的简并性。 变偶性：专一性取决于头两个碱基，tRNA上的反密码子与mRNA密码子匹配时，第一二碱基严格配对，第三碱基可以变动。反密码子第一位可为I，可识别更多简并密码子。这样32种tRNA即可识别61个编码氨基酸的密码子。 通用性：共用一套遗传密码。线粒体编码方式有所不同,4种碱基，编码20个氨基酸,5个阶段 合成方向：NC端 翻译方向：53,二、翻译的步骤,在核糖体上进行，且是一个循环过程，因此也成为核糖体循环,一）氨基酸的活化,1、氨基酰-tRNA合成酶：使AA结合到特定的tRNA上,AA活化（能量） tRNA携带AA到mRNA指定部位（专一性,2、每个氨酰-tRN

6、A合成酶可识别一个特定的AA和与此AA对应的多个tRNA的特定部位,氨酰-tRNA合成酶具有校对功能，如果产物不对应，则启动校对活性，水解非正确组合的氨基酸和tRNA之间形成的共价联系,原核生物能将tRNAiMet的氨基酸甲酰化,二）起始阶段,1、所有蛋白质翻译起始为甲硫氨酸 一个特殊的tRNA启动了蛋白质的合成,1）转运Met的tRNA：2种,1）tRNAiMet（原核： tRNAifMet）： 被起始因子识别，与起始密码AUG配对，在肽链N端掺入Met，启动蛋白质合成,2）tRNAMet：被延伸因子识别，与mRNA之间AUG配对，掺入Met（延伸,2）Met的活化产物,1）起始位置：Met

7、-tRNAiMet 原核：fMet-tRNAMet,2）中间位置：Met-tRNAMet,2、翻译开始于mRNA与核糖体的结合,原核生物的mRNA存在富含嘌呤碱基的SD序列 核糖体小亚基上的16S rRNA3端的富含嘧啶序列可与SD序列 配对结合,形成起始复合体,原核生物,起始因子IF-3、IF-1结合于小亚基 （IF-3：促进上一轮蛋白质合成的核糖 体大小亚基解聚） 小亚基16S rRNA序列与mRNA的SD序列互补配对使 小亚基结合于SD序列（真核生物无SD序列） fMet-tRNAfMet与起始密码AUG配对结合，与GTP结合 的起始因子IF-2同时结合,形成五元起始复合物 GTP水解释

8、放能量，促使大亚基结合成完 整的核糖体,IF-1、IF-2、IF-3脱离复合体 mRNA、fMet-tRNAfMet和核糖体构成三元起始复合物,真核生物起始阶段与原核生物的不同点,无SD序列，但有5帽子、3polyA尾巴 帽子结合蛋白促使小亚基与mRNA结合 起始因子eIF，有10种以上 小亚基先与Met-tRNAMet结合，再与mRNA的AUG结合 （与原核相反,注意： 启动过程消耗GTP 复合体含3种RNA、蛋白质和Met，无DNA,三）在肽链延长过程中有3个重复的延伸反应,注册,成肽,转位,核糖体的四个活性部位,转肽酶中心-E位,核糖核蛋白体循环注册,核糖核蛋白体循环成肽,核糖核蛋白体循

9、环转位,四) 翻译的终止需要释放因子和终止密码子的参加,释放因子包括：RF1识别UAA和UAG，RF2识别UAA和UGA，RF3刺激二者活性,肽链通过注册、成肽、转位3个步骤的循环延长肽链 当遇到终止密码时，肽链延长结束 肽链释放，大小亚基自mRNA脱落,RRF,一）肽链的翻译后的加工修饰：一级结构的修饰、多肽链的折叠、三维结构的修饰等,1.肽链的N端切割： 去除N端fMet残基,四、肽链翻译后的加工修饰与转运,信号肽及部分肽段的切除,蛋白质完成跨膜运输，信号肽酶切除信号肽 往往还含有一段与活性无关的其他肽段，切除后才能形 成有活性的蛋白质,2.个别氨基酸的共价修饰,二硫键的形成：2个Cys-

10、SH间脱氢氧化,辅助因子的连接： 与糖、脂类、血红素等结合形成结合蛋白质,亚基聚合：Hb的4个亚基聚合成四级结构,个别氨基酸的化学修饰,编码氨基酸：20种；蛋白质AA：100种编码AA化学修饰,磷酸化：Ser、Thr、Tyr 羟基化：Pro、Lys 酰基化：His 甲基化：Trp 核糖基化：Arg,蛋白质的生物活性：氨基酸顺序，空间结构 新生肽链：必须经过严格而复杂的折叠，才能形成正确空间结 构、活性蛋白质 多肽链的氨基酸顺序如何决定蛋白质的空间结构 第二遗传密码,3. 肽链的折叠,新生肽链折叠：分子伴侣、折叠酶,分子伴侣（Molecular chaperone） 帮助新生肽链进行非共价折叠的

11、一类蛋白质 热休克蛋白、伴侣素等,折叠酶（Foldase）类 催化与折叠有关的化学反应的酶 目前已知：2个 二硫键异构酶（PDI）、脯氨酸异构酶（PPI,分子伴侣帮助新生肽链的正确折叠,蛋白质的合成部位：核糖体,合成后的去向,1）保留在胞浆 2）进入细胞核、线粒体或其它细胞器 3）分泌至体液（胞外） 运输到靶器官和靶细胞,靶向运输（Protein targeting,蛋白质合成后，定向到达其执行功能的目标地点,跨膜运输：蛋白质运输需通过膜性结构,二）肽链翻译后的转运,蛋白质通过其信号肽引导到目的地,氨基端碱性区 中部疏水核心区 羧基端加工区,信号肽（signal peptide）： 每个需要转运的肽链都含有一段特异性的氨基酸序列，引导该肽链被输送到不同转运系统中。这一段氨基酸序列称信号肽,1040个AA残基组成；三个区段,信号肽的共同结构,1）N端带正电荷的氨基酸：Lys、Arg等碱性AA 2）中间：1015或更多的疏水AA区段：Leu、Ile等 利于分泌性蛋白进入膜结构 3）C端能被信号肽酶裂解的部位：Ala、Gly、Ser、Cys； 跨膜运输完成，信号肽酶识别并切割信号肽,游离核糖体：只合成线粒体或叶绿体的蛋白质,粗面内质网结合的核糖体：溶酶体蛋白，分泌蛋白质和构成质膜骨架的蛋白质,1）蛋白质在核糖体合成，首先合成出信号肽 2）信号肽被信号识别体（SRP）蛋白结合，肽链延