高等教育蛋白质的生物合成翻译佘

1、本章主要内容： 8.18.1 遗传密码 8.2 tRNA8.2 tRNA的结构、功能与种类 8.3 8.3 核糖体的结构与功能 8.4 8.4 蛋白质合成的生物学机制 8.5 8.5 蛋白质前体的加工修饰 8.6 8.6 蛋白质生物合成抑制剂 8.7 8.7 蛋白质的运转机制 翻译：指将mRNAmRNA链上的核苷酸从一个特定的起始位点开始，按每三个核苷酸代 表一个氨基酸的原则，依次合成一条多肽链的过程。 蛋白质合成的场所是蛋白质合成的场所是核糖体核糖体 蛋白质合成的模板是蛋白质合成的模板是 mRNAmRNA 模板与氨基酸之间的模板与氨基酸之间的 接合体是接合体是 tRNAtRNA 蛋白质合成的

2、原料是蛋白质合成的原料是 2020种种a.aa.a 蛋白质的生物合成步骤 (1)(1)翻译的起始 核糖体与mRNAmRNA结合并与氨酰-tRNA-tRNA生成起始复合物。 (2)(2)肽链的延伸 核糖体沿mRNA 5mRNA 5端向33端移动，开始了从N N端向C C端的多肽合 成，这是蛋白质合成过程中速度最快的阶段。 (3)(3)肽链的终止及释放 核糖体从mRNAmRNA上解离，准备新一轮合成反应。 遗传密码三联子 Contents 1.11.1遗传密码遗传密码三联子三联子 三联子密码定义 mRNA mRNA链上每三个核苷酸翻译成蛋白质多肽链上的一个氨基酸，或肽链合成的起 始、终止信号，这三

3、个核苷酸就称为密码子或三联子密码(triplet codon) (triplet codon) 。 mRNA 5 CUA UGA ACU AGU CGG 3 方向 （一）三联子密码的破译 首先从数学的角度来考虑：mRNAmRNA中有4 4种核苷酸， 蛋白质中有2020种a.aa.a。 以一种核苷酸代表一种a.aa.a则蛋白质中只能有4 4种 氨基酸，不行。 n以两种核苷酸作为一个a.aa.a的密码，它们能代表 的a.aa.a只有4 42 21616种，不足2020种，也不行。 F以3 3个核苷酸代表一个a.aa.a，则可以有4 4 3 364 64种 密码，可以满足编码2020种a.aa.a的

4、需要。 三联子密码破译图解说明三联子密码破译图解说明 mRNA 5 AUCGACCUGAGC3 420() mRNA 5 AUCGACCUGAGC 3 42=1620() mRNA 5 AUCGACCUGAGC3 43=6420() 核甘酸序列核甘酸序列氨基酸序列氨基酸序列 CrickCrick等人首先从遗传学的角度证实此构想是正确的。 u在模板mRNAmRNA中插入或删除一个bpbp，会改变该密码子以后全部a.aa.a序列。 l 若同时对模板进行插入和删除试验，插入和删除的碱基数一样，后续密码子序列就 不会变化，翻译得到的蛋白质序列就保持不变( (除了发生突变的那个密码子所代表的 a.aa.

5、a之外) )。 F如果同时删去3个核苷酸，翻译产生少一个氨基酸的蛋白质，序列不发生变化。 1 1）Paul ZamecnikPaul Zamecnik等人证实细胞中蛋白质合成的场所。 50-60年代破译遗传密码方面的三项重要成果 他们把放射性标记的a.a注射到大鼠体 内，经过一段时间后取其肝脏，蔗糖梯 度沉淀并分析各种细胞成份中的放射性 蛋白质。 如果注射后数小时（或数天）取的肝脏，所有细胞成份中都带有放射性标记的蛋 白质; 如果注射后几分钟内即取其肝脏，那么，放射性标记的蛋白质只存在于含有核糖 体颗粒的细胞质成份中。 2）Francis Crick等人第一次证实只有用 三联子密码的形式才能把

6、包含在由AUGC 四个字母组成遗传信息（核酸）准确无误 地翻译成由20种不同a.a组成的蛋白质序 列，实现遗传信息的表达。 实验1: 用吖啶类试剂（诱导核苷酸插入或丢失）处理T4噬菌体rII位点上的两个基 因，使之发生移码突变（frame-shift），生成完全不同的、没有功能的蛋白质。 实验2: 研究烟草坏死卫星病毒发现，其外壳蛋白亚基由400个氨基酸组成，相应的 RNA片段长1200个核苷酸，与密码三联子体系正好相吻合。 实验3:3: 以均聚物为模板指导多肽的合成。 在含有tRNAtRNA、核糖体、AA-tRNAAA-tRNA合成酶 及其它蛋白质因子的细胞抽提物中加入mRNAmRNA或人工

7、合成的均聚物作为模板以及 ATPATP、GTPGTP、a.aa.a等成分时又能合成新的肽链，新生肽链的a.aa.a顺序由外加的模 板来决定。19611961年，NirenbergNirenberg等以poly(U)poly(U)作模板时发现合成了多聚PhePhe ， 从而推出UUUUUU代表PhePhe。以poly(C)poly(C)及poly(A)poly(A)做模板分别得到多聚ProPro和多聚 LysLys。 实验4:4: 以特定序列的共聚物为模板指导多肽的合成。以多聚二核苷酸作模板可合成由 2 2个氨基酸组成的多肽， 5 5 UGUUGU GUGGUG UGUUGU GUGGUG UG

8、UUGU GUGGUG3,3,不管读码从U U开始还是从G G开始，都只 能有UGUUGU（CysCys）及GUGGUG（ValVal）两种密码子。 实验5:5: 以共聚三核苷酸作为模板可得到有3 3种a.aa.a 组成的多肽。如以多聚（UUCUUC）为模板，可能有 3 3种起读方式： 5UUC UUC UUC UUC UUC35UUC UUC UUC UUC UUC3或 5UCU UCU UCU UCU UCU35UCU UCU UCU UCU UCU3或 5CUU CUU CUU CUU CUU35CUU CUU CUU CUU CUU3分别产生UUCUUC （PhePhe）、UCUUCU

9、（SerSer）或CUUCUU（LeuLeu）. . 多聚三核苷酸为模板时也可能只合成2 2种多肽：5GUA GUA GUA GUA 5GUA GUA GUA GUA GUA3GUA3或5UAG UAG UAG UAG UAG35UAG UAG UAG UAG UAG3或5AGU AGU AGU AGU 5AGU AGU AGU AGU AGU3AGU3由第二种读码方式产生的密码子UAGUAG是终止密码，不编码任何a.aa.a，因 此，只产生GUAGUA（ValVal）或AGUAGU（SerSer）。 实验6:6: 以随机多聚物指导多肽合成。NirenbergNirenberg等Ochoa O

10、choa 等又用各种随机的多聚物作模 板合成多肽。 例如，以只含A A、C C的多聚核苷酸作模板，任意排列时可出现8 8种三联子，即CCCCCC、CCACCA、 CACCAC、ACCACC、CAACAA、ACAACA、AACAAC、AAAAAA，获得由AsnAsn、HisHis、ProPro、GlnGln、ThrThr、LysLys等6 6种氨 基酸组成的多肽。 3）氨基酸的“活化”与核糖体结合技术 人工合成的3bp如UUU、UCU等为模板， 在含核糖体、AA-tRNA的反应液中保温后通 过纤维素膜，游离的AA-tRNA因分子质量小 而通过滤膜，而核糖体或与核糖体结合的 AA-tRNA则留在滤

11、膜上，这样可把已结合与 未结合的AA-tRNA分开。 若用20种酶做20组同样的实验，每组都含有20种酶和各种3bp，但只有一种a.a 用14C标记，看那种AA-tRNA被留在滤膜上，再分析模板是那个3bp，从模板 3bp与a.a的关系测知该a.a的密码子。如模板是UUU时，PhetRNA结合于核 糖体上，可知UUU是Phe的密码子。 至1966年，20种a.a对应的61个密码子和三个终止密码子全部被查清。 翻译：指将mRNAmRNA链上的核苷酸从一个特定的 起始位点开始，按每三个核苷酸代表一个氨 基酸的原则，依次合成一条多肽链的过程。 1.2遗传密码的性质 1.密码的简并性 由一种以上密码子

12、编码同一个氨基酸的现象 称为简并（degeneracydegeneracy），对应于同一氨基 酸的密码子称为同义密码子(synonymous (synonymous codon)codon)。 同义密码子第一、二位核苷酸往往是相同的， 而第三位核苷酸的改变不一定影响所编码的 氨基酸。 一般说来，编码某一氨基酸的密码子越多，该氨基酸在蛋白质中出现的频率 也越高。精氨酸是个例外，因为在真核生物中CGCG双联子出现的频率较低，所以 尽管有6 6个同义密码子，蛋白质中精氨酸的出现频率仍然不高。 编码某一氨基酸的密码子越多，该氨基酸在编码某一氨基酸的密码子越多，该氨基酸在 蛋白质中出现的频率就越高。蛋白

13、质中出现的频率就越高。Arg例外例外 2.2.密码的普遍性与特殊性 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 人类人类都通用都通用。 F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。 线粒体与核线粒体与核DNADNA密码子使用情况的比较密码子使用情况的比较 生物生物密码子密码子 线粒体线粒体DNADNA编编 码的氨基酸码的氨基酸 核核DNADNA编码的编码的 氨基酸氨基酸 所有所有UGAUGA色氨酸色氨酸终止子终止子 酵母酵母CUACUA苏氨酸苏氨酸亮氨酸亮氨酸 果蝇果蝇AGAAGA丝氨酸丝氨酸

14、精氨酸精氨酸 哺乳类哺乳类AGA/GAGA/G终止子终止子精氨酸精氨酸 哺乳类哺乳类AUAAUA甲硫氨酸甲硫氨酸异亮氨酸异亮氨酸 3.3.密码的连续性 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。 移码突变(frame-shiftmutation)：在mRNA中，若插入或删去一个核苷酸， 就会使读码发生错误，称为移码，由于移码而造成的突变、称移码突变。 开放阅读框架概念 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个蛋白质多肽链，称为开放阅读框架(openreading frame,ORF)。 转运氨基酸的tRN

15、AtRNA上的反密码子需要通过 碱基互补与mRNAmRNA上的遗传密码子反向配对结合， 在密码子与反密码子的配对中，前两对严格遵 守碱基配对原则，第三对碱基有一定的自由度， 可以“摆动”，这种现象称为密码子的摆动性。 4. 4. 密码的摆动性 U 摆动配对 摆动假说(Wobble hypothesis)(Wobble hypothesis) 任意一个密码子的前两位碱基都与tRNA tRNA anticodonanticodon中的相应碱基形成Watson-CrickWatson-Crick 碱基配对。 反密码子第一位是A A或C C时，只能识别一个 密码子。当反密码子第一位是U U或G G时，

16、能识 别两个密码子。当InosineInosine（次黄嘌呤核苷 ， I I）作为反密码子第一位时，能识别三个密 码子。 如果数个密码子同时编码一个氨基酸，凡是第一、二位碱基不相同的密码子都 对应于各自的tRNAtRNA。 根据上述规则，至少需要3232种不同的tRNAtRNA才能翻译6161个密码子。 原核生物中有3045种tRNA。 真核细胞中存在50种左右tRNA。 小结 1、密码子三联子密码 2、遗传密码的性质 （1）简并性 （2）普遍性与特殊性 （3）连续性 （4）摆动性 思考题 1遗传密码是如何破译的?概念是什么？ 2遗传密码有什么特点? 3翻译；密码子；密码的简并性；移码突变；开

17、放阅读框架。 8.2 tRNA8.2 tRNA的结构、功能与种类 Contents 8.2 tRNA8.2 tRNA tRNAtRNA在蛋白质合成中为每个三联密码子翻译成氨基酸提供了接合体，为准确 无误地将所需氨基酸运送到核糖体上提供了运送载体，它又被称为第二遗传密 码。 8.2.1 tRNA8.2.1 tRNA的结构 二级结构：三叶草形二级结构：三叶草形 受体臂：链两端碱基序列互补形成的杆状结构；33端有未配对的3 34 4个碱基； 33端的CCACCA，最后一个碱基22或33烃基(-OH)(-OH)可被氨酰化。 l TCTC臂：其中表示拟尿嘧啶，是tRNAtRNA分子所拥有的不常见核苷酸。

18、 u反密码子臂：位于套索中央有三联反密码子。 D D臂：含有二氢尿嘧啶（DihydrouracilDihydrouracil）。 三级结构:L 形 tRNA的三级结构，都呈L形折叠式，而这种结构是靠二级结构中未配对碱基 间所形成的氢键来维持的。tRNA的三级结构与氨酰-tRNA合成酶对tRNA的 识别有关。 受体臂和TCTC臂的杆状区域构成了第一个 双螺旋，D D臂和反密码子臂的杆状区域形 成了第二个双螺旋。TCTC臂和D D臂的套索 状结构位于LL的转折点。所以，受体臂 顶端的碱基位于LL的一个端点，反密码 子臂的套索状结构生成了LL的另一个端 点。 3 A C C anticodon lo

19、op 5 TYC loop acceptor arm D loop V loop tRNtRNtRN A A A Up to 50 (eukaryotes), or 30-35 (bacteria) different tRNAs Cloverleaf structure Unusual bases - covalent modification after transcription but before tRNAs leave nucleus Acceptor arm: 7 base pairs followed by xCCA-3 aa attached to 2 or 3-OH of

20、terminal A by ClassI and ClassII aa-tRNA synthetases, respectively TYC arm forms one continuous helix with acceptor arm D arm (dihydro-uridine) interacts with TYC loop via unusual H-bonds V loop short in Class I tRNAs, long in Class II. Anticodon arm contains base triplet that pairs with mRNA codon

21、3 5 TYC D V tRNAtRNA高级结构上的特点是研究其生物学功能的重要线索：tRNAtRNA上所运载的氨基 酸必须靠近位于核糖体大亚基上的多肽合成位点，而反密码子必须与小亚基上的 mRNAmRNA相配对，所以分子中两个不同的功能基团是最大限度分离的。这个结构形式满 足了蛋白质合成过程中对tRNAtRNA的各种要求而成为tRNAtRNA的通式，研究证实tRNAtRNA的性 质是由反密码子而不是它所携带的氨基酸所决定的。 8.2.2tRNA的功能 1 1、解读、解读mRNAmRNA的遗传信息的遗传信息 2 2、运输的工具，运载氨基酸、运输的工具，运载氨基酸 tRNAtRNA有两个关键部位

22、：有两个关键部位： 与与mRNAmRNA结合部位结合部位-反密码子部位反密码子部位。 3 3端端CCACCA：接受氨基酸，形成氨酰：接受氨基酸，形成氨酰-tRNA-tRNA。 tRNA凭借自身的反密码子与mRNA链上的密码子 相识别，把所带氨基酸放到肽链的一定位置。 1、起始tRNA和延伸tRNA 有一类能特异地识别mRNA模板上起始密码子的tRNA叫起始tRNA，其 他tRNA统称为延伸tRNA。 8.2.3 tRNA的种类 u真核生物：起始密码子AUGAUG 所编码的氨基 酸是MetMet，起始AA-tRNAAA-tRNA为Met-tRNAMet-tRNAMet Met。 原核生物：起始密

23、码子AUGAUG 所编码的氨基 酸并不是甲硫氨酸本身, , 而是甲酰甲硫氨酸， 起始AA-tRNAAA-tRNA为fMet-tRNAfMet-tRNAfMet fMet 2 2、同工tRNAtRNA u一种氨基酸可能有多个密码子，代表一种 氨基酸的多个tRNAtRNA以不同的反密码子为特征， 从而可以识别mRNAmRNA上代表一种氨基酸的多个 密码子。 F 代表同一种氨基酸的tRNAtRNA称为同工tRNAtRNA。 在一个同工tRNAtRNA组内，所有tRNAtRNA均专一于相同的氨酰-tRNA-tRNA合成酶，即在一个同 工tRNAtRNA组内tRNAtRNA只专一地结合上一种氨基酸。 A

24、 同工tRNAtRNA既要有不同的反密码子以识别该氨基酸的各种同义密码，又要有某种结 构上的共同性，能被相同的AAAAtRNAtRNA合成酶识别。同工tRNAtRNA组内具备了区分其他 tRNAtRNA组的特异构造，保证合成酶准确无误进行选择。tRNAtRNA的二级和三级结构对它 的专一性起了重要作用。 无义突变：在蛋白质的结构基因中，一个核苷酸的改变可能使代表某个氨基酸 的密码子变成终止密码子（UAGUAG、UGAUGA、UAAUAA），使蛋白质合成提前终止，合成无 功能的或无意义的多肽，这种突变就称为无义突变。 3 3、校正tRNAtRNA 无义突变无义突变 无义突变的校正tRNA会与释放

25、因子 竞争识别密码子； 错义突变：由于结构基因中某个核苷酸的变化 使一种氨基酸的密码子变为另一种氨基酸的密 码子，这种基因突变叫错义突变。 GGA（甘氨酸） AGA（精氨酸） 错义突变 错义突变的校正tRNA则与该密码的正常tRNA竞争 4 4 氨酰-tRNA-tRNA合成酶 氨酰-tRNA-tRNA合成酶是一类催化氨基酸与tRNAtRNA结合的特异性酶。其反应包括两步: : u第一步是氨基酸活化生成酶- -氨酰腺苷酸复合物。 AA+ATP+AA+ATP+酶(E) E(E) EAAAAAMP+PPiAMP+PPi 第二步是氨酰基转移到tRNA3tRNA3末端腺苷残基的2 2 或3 3 羟基上。

26、 E EAAAAAMP+tRNAAAAMP+tRNAAAtRNA+E+AMPtRNA+E+AMP 蛋白质合成的真实性主要决定于tRNAtRNA能否把正确的氨基酸放到新生多肽链的正确 位置上，而这一步主要决定于AAAAtRNAtRNA合成酶是否使氨基酸与对应的tRNAtRNA相结 合。 uAA-tRNAAA-tRNA合成酶既要能识别tRNAtRNA，又要能识别氨基酸，它对两者都具有高度的专 一性。 小结 1、tRNA的结构 （1）三叶草型的二级结构 （2）L型的三级结构 2、tRNA的功能 （1）解读mRNA的遗传信息 （2）运输的工具，运载氨基酸 3、tRNA的种类 （1）起始tRNA和延伸t

27、RNA （2）同功tRNA （3）校正tRNA 4、氨酰-tRNA合成酶 思考题 1蛋白质合成中如何保证其翻译的正确性? tRNAtRNA的结构、功能与种类 核糖体的结构与功能 蛋白质合成的生物学机制 蛋白质的运转机制 Contents 8.3 8.3 核糖体 n 生物细胞内，核糖体像一个能沿mRNAmRNA模板移动的工厂，执行着蛋白质合成的功 能。 核糖体是由几十种蛋白质和几种核糖体RNARNA（ribosomal RNAribosomal RNA，rRNA)rRNA)组成的亚 细胞颗粒。 l 一个细菌细胞内约有2000020000个核糖体，真核细胞内可达10106 6个。 组分组分占细胞总

28、量占细胞总量细胞内数量细胞内数量 细胞壁细胞壁101 细胞膜细胞膜10 2 DNA2 1 mRNA2 3.5103 tRNA3 1.6105 rRNA21 8105 核糖体蛋白核糖体蛋白9 2104 可溶性蛋白可溶性蛋白40 106 小分子小分子3 7.5106 核糖体蛋白及其他组分在大肠杆菌细胞内的分布 8.3.1核糖体的结 构 n 核糖体是一个致密的核糖 核蛋白颗粒，可以解离为大 小两个亚基，大亚基约为小 亚基相对分子质量的二倍。 每个亚基都含有一个分子质 量较大的rRNArRNA和许多蛋白质 分子。这些大分子rRNArRNA能在 特定位点与蛋白质结合，从 而完成核糖体不同亚基的组 装。

29、IF3 was originally most studied initiation factor. Was identified as a dissociation factor, because it binds the 30S subunit with high affinity and thereby prevents the formation of 70S ribosome. This binding results in a shift in the equilibrium toward the dissociation of 70S ribosomes into 50S and

30、 30S subunits. Cryo-EM studies from the Frank laboratory provided a first structural picture for the location of IF3 (McCutcheon et al., PNAS 1999) The crystal structure of IF3 alone had been determined before and was fitted to cryo-EM difference maps 来源来源核糖体核糖体大亚基大亚基小亚基小亚基 脊椎动脊椎动 物物 80S 沉降系沉降系 数数 r

31、RNA沉降系数沉降系数rRNA 60S 2029S 40S18S5S 5.8S 无脊椎无脊椎 动物、动物、 植物植物 80S60S 25S 40S1618S5S 5.8S 细菌细菌70S50S 23S 30S16S 5S 几种不同生物核糖体及rRNA的组成 沉降系数（sedimentationcoefficient，s）根据1924年Svedberg对沉降系 数下的定义：颗粒在单位离心力场中粒子移动的速度。 大肠杆菌核糖体小亚基由2121种蛋白质组成, ,大亚基由3636种蛋白质组成。真 核细胞核糖体小亚基有3333种蛋白质, ,大亚基含有4949种蛋白质。 核糖体蛋白质的空间结构。 在高倍电

32、镜下得到的原核生物70S核糖体 大、小亚基相结合的模型，核糖体分子可 容纳两个tRNA和约40bp长的mRNA。 mRNA tRNA 大亚基 小亚基 8.3.2 8.3.2 核糖体的功能 F核糖体存在于每个细胞中进行蛋白质的合成。尽管在不同生物体内其大 小有别，但组织结构基本相同，而且执行的功能完全相同。 I在单个核糖体上，可化分多个功能活性中心， 在蛋白质合成过程中各有专一的识别作用和 功能。 mRNAmRNA结合部位小亚基 结合或接受AA-tRNAAA-tRNA部位（A A位）大亚基 结合或接受肽基tRNAtRNA的部位大亚基 肽基转移部位（P P位）大亚基 形成肽键的部位（转肽酶中心）大

33、亚基 由若干核蛋白体结合在一条mRNA上同时进 行多肽链的翻译所形成的念球状结构称为多 聚核糖体。 小结 1、核糖体的结构 2、核糖体的功能 8.4 8.4 蛋白质合成的生物学机制 ;转肽(transpeptidation)，肽 键的生成; ; C 移位(translocation)(translocation)。 原核生物：EF-T (EF-Tu, EF-Ts) EF-G 真核生物：EF-1 、EF-2 延伸因子 (elongation factor, EF) 原核延原核延 长因子长因子 生物功能生物功能 真核延长真核延长 因子因子 EF-TuEF-Tu 促进氨基酰促进氨基酰-tRNA-tR

34、NA进入进入A A位，位， 结合分解结合分解GTPGTP EF-1-EF-1- EF-TsEF-Ts调节亚基调节亚基EF-1-EF-1- EF-GEF-G 有转位酶活性，促进有转位酶活性，促进mRNA-mRNA-肽肽 酰酰-tRNA-tRNA由由A A位前移到位前移到P P位，促位，促 进卸载进卸载tRNAtRNA释放释放 EF-2EF-2 肽链合成的延长因子 1、进位（entrance）；AA-tRNA与核糖体A 位点的结合 需要消耗GTPGTP，并需EF-TuEF-Tu、EF-TsEF-Ts两种延 伸因子 F起始复合物形成以后，第二个AA-tRNA在 延伸因子EF-Tu及GTP的作用下，生

35、成AA- tRNAEF-TuGTP复合物，然后结合到核糖 体的A位上。 通过延伸因子EF-Ts再生GTP, 形成EF-TuGTP复合物 重新参与下一轮循环 EF-Tu-GTP+ EF-Ts EF-Tu-Ts + GDP EF-Tu-GDP+ EF-Ts EF-Tu-Ts + GTP TuTs GTP GDP A U G53 Tu Ts GTP 由转肽酶/肽基转移酶催化 2、转肽(transpeptidation) ；肽键形成 核糖体向mRNA3端方向移动一个密码子。 需要消耗GTP，并需EF-G参与 3、移位 (translocation) fMet A U G53 fMet TuGTP mR

36、NA 真核生物-只有一个终止因子（eRF） 8.4.4 8.4.4 8.4.4 8.4.4 8.4.4 8.4.4 肽链的终止肽链的终止肽链的终止 终止因子 原核生物 RF1：识别终止密码子UAA和UAG RF2：识别终止密码子UAA和UGA RF3：具有GTP酶活性，刺激RF1和 RF2 活性，协助 肽链的释放 原 核 肽 链 合 成 终 止 过 程 U A G53 RF COO- 49/33+3/131/21+2/1 8.5 8.5 蛋白质前体的加工 新生多肽链大多数是没有功能的，必须经过 加工修饰才能转变为有活性的蛋白质。 F1、N端fMet或Met的切除 细菌蛋白质N端的甲酰基能被脱甲

37、酰化酶 水解，原核生物和真核生物N端的甲硫氨酸在 多肽链合成完毕之前被切除。 新生蛋白质在去掉N端一部 分残基后变成有功能的蛋白 质 新生蛋白质经蛋白酶切后变成有功能的成熟蛋白质 F2、二硫键的形成 mRNAmRNA中没有胱氨酸的密码子，而不少蛋白质都 含有二硫键？ 两个半胱氨酸-SH-SH二硫键 氧化 氨基酸侧链的修饰包括磷酸化( (如核糖体蛋白质) )、糖基化( (如各种糖蛋白) )、 甲基化( (如组蛋白、肌肉蛋白质) )、乙基化( (如组蛋白) )、羟基化( (如胶原蛋白) )和羧 基化等。糖蛋白是通过蛋白质中天冬氨酸、丝氨酸、苏氨酸残基侧链上加上糖基 形成的，胶原蛋白上的脯氨酸和赖氨

38、酸为羟基化的。内质网是蛋白质N-N-糖基化的 主要场所。 F3、特定氨基酸的修饰 F4、切除新生链中非功能片段 不少多肽类激素和酶的前体要经过加工才能 变为活性分子。 G 新合成得到前胰岛素原，切去信号肽变成胰岛素 原，再切去C-C-肽变成有活性的胰岛素。 8.6 8.6 蛋白质生物合成抑制剂 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（金四环素族（金 霉素霉素 新霉素、新霉素、 土霉素）土霉素） 原核核蛋白体原核核蛋白体 小亚基小亚基 抑制氨基酰抑制氨基酰-tRNA-tRNA 与小亚基结合与小亚基结合 抗菌抗菌 药药 链霉素、卡那链霉素、卡那 霉素、新霉素霉素、新霉素 原核核

39、蛋白体原核核蛋白体 小亚基小亚基 改变构象引起读码改变构象引起读码 错误、抑制起始错误、抑制起始 抗菌抗菌 药药 氯霉素、林可氯霉素、林可 霉素霉素 原核核蛋白体原核核蛋白体 大亚基大亚基 抑制转肽酶、阻断抑制转肽酶、阻断 延长延长 抗菌抗菌 药药 8.6 8.6 蛋白质生物合成抑制剂 抗生素抗生素作用点作用点作用原理作用原理应用应用 红霉素红霉素 原核核蛋白原核核蛋白 体大亚基体大亚基 抑制转肽酶、妨碍转抑制转肽酶、妨碍转 位位 抗菌抗菌 药药 梭链孢酸梭链孢酸 原核核蛋白原核核蛋白 体大亚基体大亚基 与与EFG-GTPEFG-GTP结合，抑结合，抑 制肽链延长制肽链延长 抗菌抗菌 药药 放

40、线菌酮放线菌酮 真核核蛋白真核核蛋白 体大亚基体大亚基 抑制转肽酶、阻断延抑制转肽酶、阻断延 长长 医学医学 研究研究 嘌呤霉素嘌呤霉素 真核、原核真核、原核 核蛋白体核蛋白体 氨基酰氨基酰-tRNA-tRNA类似物类似物 ，进位后引起未成熟，进位后引起未成熟 肽链脱落肽链脱落 抗肿抗肿 瘤药瘤药 四四 环环 素素 族族 氯霉素氯霉素 链霉素和卡那霉素链霉素和卡那霉素 嘌呤霉素嘌呤霉素 放线菌酮放线菌酮 嘌呤霉素是一类AA-tRNAAA-tRNA的结构类似物，能 够结合在核糖体的A A位上，抑制AA-tRNAAA-tRNA的进 入。它所带的氨基与AA-tRNAAA-tRNA上的氨基一样， 能与

41、生长中的肽链上的羧基反应生成肽链， 这个反应的产物是一条3 3羧基端挂了一个嘌 呤霉素残基的小肽，肽酰嘌呤霉素随后从核 糖体上解离下来，所以嘌呤霉素是通过提前 释放肽链来抑制蛋白质的合成的。 嘌呤霉素作用示意 图 小结 6、蛋白质合成的抑制剂 （1）AA-tRNA与核糖体A位点结合 （2）肽键的形成 （3）移位 1、氨基酸的活化 2、翻译的起始 3、肽链的延伸 4、肽链的终止 5、蛋白质前体的加工 （1）N端fMet或Met的切割 （2）二硫键的形成 （3）特定氨基酸的修饰 （4）切除新生链中非功能片段 思考题 l1 1、真核细胞与原核细胞核糖体组成有什么不同? ? 如何证明核糖体是蛋白质的合

42、成场所? ? l2 2、氨基酸在蛋白质合成过程中是怎样被活化的? ? l3 3、简述蛋白质生物合成过程。 l4 4、原核细胞和真核细胞在合成蛋白质的起始过 程有什么区别? ? l5 5、蛋白质合成后的加工修饰有哪些内容? ? 8.7 8.7 蛋白质运转机制 蛋白质的合成位点与功能位点常常被细胞内的膜所隔开，蛋白质需要运转。核 糖体是真核生物细胞内合成蛋白质的场所，任何时候都有许多蛋白质被输送到 细胞质、细胞核、线粒体和内质网等各个部分，补充和更新细胞功能。细胞各 部分都有特定的蛋白质组分，蛋白质必须准确无误地定向运送才能保证生命活 动的正常进行。 蛋白质运转可分为两大类: 1、翻译运转同步机制

43、：蛋白质的合成和 运转同时发生 2、翻译后运转机制：蛋白质从核糖体上 释放后才发生运转。 蛋白性质蛋白性质 运转机制运转机制 主要类型主要类型 分泌分泌 蛋白质在结合核糖蛋白质在结合核糖 体上合成，并以体上合成，并以翻翻 译译- -运转运转同步机制同步机制 运输运输 免疫球蛋白、卵蛋白、免疫球蛋白、卵蛋白、 水解酶、激素等水解酶、激素等 细胞器发细胞器发 育育 蛋白质在游离核糖蛋白质在游离核糖 体上合成，以体上合成，以翻译翻译 后运转后运转机制运输机制运输 核、叶绿体、线粒体、核、叶绿体、线粒体、 乙醛酸循环体、过氧乙醛酸循环体、过氧 化物酶体等细胞器中化物酶体等细胞器中 的蛋白质的蛋白质 膜

44、的形成膜的形成 两种机制兼有两种机制兼有 质膜、内质网、类囊质膜、内质网、类囊 体中的蛋白质体中的蛋白质 几类主要蛋白质的运转机制 8.7.1 8.7.1 翻译- -运转同步机 制 信号肽(signal peptide)：常指新合成多肽 链中用于指导蛋白质跨膜转移的N-末端氨基 酸序列（有时不一定在N端）。 信号肽假说 （1 1）一般带有10-1510-15个疏水氨基酸； （2 2）在靠近该序列N-N-端常常有1 1个或数个带 正电荷的氨基酸； （3 3）在其C-C-末端靠近蛋白酶切割位点处常 常带有数个极性氨基酸，离切割位点最近 的那个氨基酸往往带有很短的侧链（丙氨 酸或甘氨酸）。 信号序列

45、特点：信号序列特点：信号序列特点： 图428 蛋白质通过其N端的信号肽在内织网中运转到不同的细胞器 信号肽假说内容： 核糖体分泌蛋白5070个氨基酸残基后 露出大亚基 被内质网膜上的受 体识别 并与之结合 信号肽过膜 信号肽酶水解 新生肽通过蛋白孔道穿越疏水的内质网双层磷脂 结合信号识别颗粒SRP 翻译暂时停止 核糖体与内质网结合 翻译重新开始 翻译继续进行蛋白质合成结束 SRP: 信号识别颗粒(signalrecognitionparticle,SRP)是普遍存在于具有细胞形态的所 有生物细胞质中的一种由RNA和蛋白质组成的复合物。它的主要功能是通过SRP循环识 别并结合核糖体上新生分泌性蛋

46、白质的信号肽序列,介导此类蛋白质穿过内质网膜,被定 向地运输到体内的合适部位 8.7.2 8.7.2 翻译后运转机制 有形成两亲(既有亲水又有疏水部分)-螺旋结构的能力。 线粒体有内、外两层膜，前导肽的不同部 位可能在蛋白质的跨膜运转过程中发挥不同 的作用。有些前导肽含有“止运入”肽段， 当该肽段被跨膜通道中的受体识别时，所运 输的多肽将定位在膜上。 线粒体膜蛋白来源 8.7.3 8.7.3 核定位蛋白的运转机制 C在多细胞真核生物中，每当细胞发生分裂 时，核膜被破坏，等到细胞分裂完成后， 核膜被重新建成，分散在细胞内的核蛋白 必须被重新运入核内，因此，为了核蛋白 的重复定位，这些蛋白质中的信

47、号肽 被称为核定位序列(nuclear localization (nuclear localization sequence, NLS)sequence, NLS)一般都不被切除。NLSNLS可以 位于核蛋白的任何部位。 真核生物核内蛋白质的运转 蛋白质向核内运输过程需要核运转因子、 和一个GTPGTP酶(Ran)(Ran)。和组成的异源二 聚体是核定位蛋白的可溶性受体，与核定位 序列相结合的是亚基。由上述3 3个蛋白组 成的复合物停靠在核孔处，依靠Ran GTPRan GTP酶 水解GTPGTP提供的能量进入细胞核，和亚 基解离，核蛋白与亚基解离，和分别 通过核孔复合体回到细胞质中，起始新

48、一轮 蛋白质运转。 8.7.4 8.7.4 蛋白质的降 解 如在大肠杆菌中，许多蛋白质的降解是通过一个依赖于ATPATP的蛋白酶（称为LonLon） 来实现的。当细胞中存在有错误或半衰期很短的蛋白质时，该蛋白酶就被激活。每 切除一个肽键要消耗两分子ATPATP。 1、原核生物中 蛋白质的降解依赖于泛素UbiquitinUbiquitin，一 个有7676个氨基酸残基组成极为保守的蛋白参 与。与UbiquitinUbiquitin相连的蛋白将被送到一个 依赖于ATPATP的蛋白质降解系统直到完全降解。 这个过程需有E1E1、E2E2、E3E3三个降解因子参与。 2、在真核生物中 E1泛素活化酶 E2泛素携带蛋白 E3泛素蛋白连接酶 C 成熟蛋白N N端的第一个氨基酸( (除已被切除的N N端甲硫氨酸之外，但包括翻译后修 饰产物) )在蛋白的降解中的影响很大。当某个蛋白质的N N端是甲硫氨酸、甘氨酸、 丙氨酸、丝氨酸、苏氨酸和缬氨酸时，表现稳定。其N N端为赖氨酸、精氨酸时， 表现最不稳定，平均2-3min2-3min就被降解了。 N端第一个氨基酸对蛋白质降解的作用 N N端残基端残基半衰期半衰期 稳定型残基稳定型残基 甲硫氨酸、甘氨酸、丙氨酸、丝氨酸、甲硫氨酸、甘氨酸、丙氨酸、丝氨酸、 苏氨酸、缬氨酸苏氨酸、缬氨酸 20h20h 不稳定型残基不稳定型残基 异亮氨酸、谷氨酰