第十二章—蛋白质的生物合成

1、 protein biosynthesis (translation) 蛋白质的生物合成蛋白质的生物合成(翻译) 第十二章第十二章 医学检验系医学检验系 李林梅李林梅 蛋白质的生物合成过程就是将蛋白质的生物合成过程就是将 mrna分子中由分子中由碱基序列碱基序列组成的遗传信组成的遗传信 息，通过息，通过遗传密码遗传密码破译的方式转变成为破译的方式转变成为 蛋白质中的蛋白质中的氨基酸排列顺序氨基酸排列顺序，因而称为，因而称为 翻译（翻译（translation)。 （1）氨基酸的活化）氨基酸的活化 （2）肽链的生物合成）肽链的生物合成 （3）肽链形成后的加工和靶向输送）肽链形成后的加工和靶向输送

2、 反应过程反应过程 （1）维持多种生命活动）维持多种生命活动 （2）适应环境的变化）适应环境的变化 （3）参与组织的更新和修复）参与组织的更新和修复 生物学意义生物学意义 第一节第一节 蛋白质合成体系蛋白质合成体系 protein biosynthesis system l 20种氨基酸作为原料种氨基酸作为原料 l 酶及蛋白因子，如酶及蛋白因子，如if、eif等等 l atp、gtp、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rna mrna rrna trna 1961年，年， nirenberg 证明了证明了 mrna的模板作用。的模板作

3、用。 一、翻译模板一、翻译模板mrna及遗传密码及遗传密码 细菌矾土颗粒细菌矾土颗粒 轻轻研磨轻轻研磨 细菌液细菌液 离心，去除细胞壁和膜离心，去除细胞壁和膜 提取液（提取液（dna、mrna、trna、 核糖体、酶、离子）核糖体、酶、离子） dna水解酶，水解酶，20种氨基酸等种氨基酸等 蛋白质蛋白质 dnase 蛋蛋 白白 质质 合合 成成 量量 时间时间 mrna是遗传信息的携带者是遗传信息的携带者 遗传学将编码一个多肽的遗传单位称为遗传学将编码一个多肽的遗传单位称为顺反子顺反子 （cistron）。）。 原核细胞中数个结构基因常串联为一个转录单原核细胞中数个结构基因常串联为一个转录单

4、位，转录生成的位，转录生成的mrna可编码几种功能相关的可编码几种功能相关的 蛋白质，为蛋白质，为多顺反子多顺反子（polycistron）。）。 真核生物一个真核生物一个mrna只编码一种蛋白质，为只编码一种蛋白质，为单单 顺反子顺反子（single cistron）。）。 5 “帽子帽子”polya 3 顺反子顺反子(cistron ) m7g-5 ppp-n-3 p aaaaaaa-oh 原核生物的原核生物的多顺反子多顺反子 真核生物的真核生物的单顺反子单顺反子 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 ppp5 3

5、蛋白质蛋白质 ppp mg - 5 3 蛋白质蛋白质 aaa mrna结构简图结构简图 l mrna上存在遗传密码上存在遗传密码 mrna分子上从分子上从5 至至3 方向，由方向，由aug开开 始，每始，每3个核苷酸为一组，决定肽链上某一个核苷酸为一组，决定肽链上某一 个氨基酸或蛋白质合成的起始、终止信号，个氨基酸或蛋白质合成的起始、终止信号， 称为称为三联体密码（三联体密码（triplet codon）。）。 53 m7gpppaaaan 3非翻译区 5非翻译区 编码区 auguaa orf 从从mrna 5 端起始密码子端起始密码子aug到到3 端终端终 止密码子之间的核苷酸序列，称为止密

6、码子之间的核苷酸序列，称为开放阅读开放阅读 框架框架(open reading frame, orf)。 保温保温 蛋白质合成停止蛋白质合成停止 poly u，atp，gtp，氨基酸氨基酸 多聚苯丙氨酸多聚苯丙氨酸（uuu是是phe的密码子）的密码子） 同样方法证明了同样方法证明了ccc是是pro的密码子，的密码子， aaa是是lys的密码子。的密码子。 提取液（提取液（dna、mrna、trna、核糖体、酶、离子）、核糖体、酶、离子） 遗传密码的破译遗传密码的破译 起始密码子起始密码子(initiation codon)：aug 终止密码子终止密码子(termination codon) ：

7、uaa、uag、uga 起始密码子和终止密码子：起始密码子和终止密码子： 遗遗 传传 密密 码码 表表 1. 方向性方向性(directional) nc 肽链延伸方向肽链延伸方向 53 读码方向读码方向 l遗传密码的特点遗传密码的特点 连续连续 2. 连续性连续性（commaless） 编码蛋白质氨基酸序列的各个三联编码蛋白质氨基酸序列的各个三联 体密码连续阅读，密码间既无间隔也无体密码连续阅读，密码间既无间隔也无 重叠。重叠。 重叠密码重叠密码 非重叠连续的密码非重叠连续的密码 不连续的密码不连续的密码 基因损伤引起基因损伤引起mrna阅读框架内的碱阅读框架内的碱 基发生插入或缺失，可能导

8、致基发生插入或缺失，可能导致框移突变框移突变 (frameshift mutation)。 由于对由于对mrna外显子的加工，造成外显子的加工，造成 mrna与其与其dna模板序列之间不匹配，使模板序列之间不匹配，使 同一同一mrna前体翻译出序列、功能不同的前体翻译出序列、功能不同的 蛋白质。这种基因表达的调节方式称为蛋白质。这种基因表达的调节方式称为 mrna编辑（编辑（mrna editing)。 mrna编辑编辑 3. 简并性简并性（degeneracy） 遗传密码中，除色氨酸和甲硫氨酸仅有遗传密码中，除色氨酸和甲硫氨酸仅有 一个密码子外，其余氨基酸有一个密码子外，其余氨基酸有24个或

9、多至个或多至6 个密码子为之编码。个密码子为之编码。 一个一个aa有多个密码；密码上第一、二位上有多个密码；密码上第一、二位上 碱基不变，第三位碱基可改变。如：碱基不变，第三位碱基可改变。如：ucu ucc uca ucg 都代表都代表ser。 遗传密码的简并性遗传密码的简并性 密码子简并性的生物学意义：减少有密码子简并性的生物学意义：减少有 害突变。害突变。 遗传密码的特异性主要取决于前两位遗传密码的特异性主要取决于前两位 碱基。碱基。 gcu acu gcc acc gca aca gcg acg alathr 4. 通用性通用性（universal） 蛋白质生物合成的整套密码，从原核生蛋

10、白质生物合成的整套密码，从原核生 物到人类都通用。物到人类都通用。 密码的通用性进一步证明各种生物进化密码的通用性进一步证明各种生物进化 来自同一祖先。来自同一祖先。 已发现少数例外，如动物细胞的已发现少数例外，如动物细胞的线粒线粒 体体、植物细胞的、植物细胞的叶绿体叶绿体。 通用密码通用密码 线粒体密码线粒体密码 aua 异亮异亮 蛋、起始蛋、起始 aga 精精 终止终止 agg 精精 终止终止 uga 终止终止 色色 5. 摆动性摆动性（wobble） trna上反密码子的上反密码子的第第1位位碱基与碱基与 mrna密码子的密码子的第第3位位碱基配对时，可以碱基配对时，可以 在一定范围内变

11、动，即并不严格遵循碱基在一定范围内变动，即并不严格遵循碱基 配对规律，这一现象称为配对规律，这一现象称为摆动性摆动性。 密码子、反密码子配对的摆动现密码子、反密码子配对的摆动现象象 trna反密码子反密码子 第第1位碱基位碱基 iugac mrna密码子密码子 第第3位碱基位碱基 u, c, aa, gu, cug 摆动配对摆动配对 u 二、核蛋白体是蛋白质合成的场所二、核蛋白体是蛋白质合成的场所 核蛋白体核蛋白体又称又称核糖体核糖体，是由，是由rrna和多种蛋和多种蛋 白质结合而成的一种大的核糖核蛋白颗粒，是白质结合而成的一种大的核糖核蛋白颗粒，是 蛋白质生物合成的场所。蛋白质生物合成的场所

12、。 核蛋白体的组成核蛋白体的组成 核蛋核蛋 白体白体 原核生物原核生物真核生物真核生物 蛋白质蛋白质s值值rrna 蛋白质蛋白质s值值rrna 小亚基小亚基21种种30s16s33种种40s18s 大亚基大亚基34种种50s 23s 5s 49种种60s 28s 5.8s 5s 核蛋白核蛋白 体体 70s80s 原核生物翻译过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位：氨基酰位位：氨基酰位 (aminoacyl site) p位：肽酰位位：肽酰位 (peptidyl site) e位：排出位位：排出位 (exit site) 目目 录录 30s小亚基：有小亚基：有mrn

13、a结合位点结合位点 50s大亚基：大亚基： e位位：排出位排出位（exit site） 转肽酶活性转肽酶活性 大小亚基共同组成：大小亚基共同组成： a位位：氨基酰位氨基酰位 (aminoacyl site) p位位：肽酰位肽酰位 (peptidyl site) 三、三、trna 反密码环反密码环 氨基酸臂氨基酸臂 trna在翻译过程在翻译过程 中起中起接合体接合体（adaptor） 作用，又是作用，又是氨基酸的运氨基酸的运 载体。载体。 三、三、trna 运载氨基酸运载氨基酸：一种氨基酸可有几种对应的：一种氨基酸可有几种对应的trna， 氨基酸结合在氨基酸结合在trna 3 -cca的位置；的

14、位置； 充当充当“适配器适配器”：每种：每种trna的反密码子决定了的反密码子决定了 所携带的氨基酸能准确地在所携带的氨基酸能准确地在mrna上对号入座。上对号入座。 二级结构二级结构 三级结构三级结构 反密码环反密码环 氨基酸臂氨基酸臂 trna的构象的构象 四、酶类、蛋白质因子等四、酶类、蛋白质因子等 （一）重要的酶类（一）重要的酶类 氨基酰氨基酰-trna合成酶合成酶 转肽酶转肽酶 转位酶转位酶 （二）蛋白质因子（二）蛋白质因子 起始因子（起始因子（initiation factor，if） 延长因子（延长因子（elongation factor，ef） 释放因子（释放因子（releas

15、e factor，rf） 蛋白质生物合成的能源物质为蛋白质生物合成的能源物质为atp和和gtp; 参与蛋白质生物合成的无机离子有参与蛋白质生物合成的无机离子有mg2+、 k+ 等。等。 （三）能源物质及离子（三）能源物质及离子 第二节第二节 氨基酸的活化氨基酸的活化 activation of amino acids 氨基酸氨基酸 + trna氨基酰氨基酰- trna atp ampppi 氨基酰氨基酰-trna合成酶合成酶 （一）氨基酰（一）氨基酰-trna合成酶合成酶 (aminoacyl-trna synthetase) l 氨基酸的活化氨基酸的活化 第一步反应第一步反应 氨基酸氨基酸a

16、tpe 氨基酰氨基酰-amp-eamp ppi 第二步反应第二步反应 氨基酰氨基酰-amp-e trna 氨基酰氨基酰-trna amp e trna与酶与酶 结合的模型结合的模型 trna 氨基酰氨基酰-trna合成酶合成酶 atp 氨基酰氨基酰-trna合成酶合成酶对氨基酸和对氨基酸和trna都有都有高度特异高度特异 性性。 氨基酰氨基酰-trna合成酶具有合成酶具有校正活性校正活性(proof-reading activity) 。 氨基酰氨基酰-trna的表示方法：的表示方法： 丙氨酰丙氨酰-trna：ala-trnaala 丝氨酰丝氨酰-trna：ser-trnaser 蛋氨酰蛋氨酰

17、-trna：met-trnamet trna 氨基酸的活化形式：氨基酸的活化形式：氨基酰氨基酰trna 氨基酸的活化部位：氨基酸的活化部位：羧基羧基 氨基酸与氨基酸与trna连接方式：连接方式：酯键酯键 氨基酸活化耗能：氨基酸活化耗能：2个个p 真核生物真核生物： met-trnaimet 原核生物原核生物： fmet-trnaifmet （二）起始肽链合成的氨基酰（二）起始肽链合成的氨基酰-trna fmet-trnaifmet的生成的生成： met-trnaifmetfmet-trnaifmet 转甲酰基酶 n10-cho fh4 第三节第三节 蛋白质生物合成过程蛋白质生物合成过程 the

18、 process of protein biosynthesis 蛋白质合成中蛋白质合成中 mrna模板的方向：模板的方向：5 3； 蛋白质的合成方向：蛋白质的合成方向：n端端 c端端。 蛋白质合成过程：蛋白质合成过程： 起始起始 延长延长 终止终止 起始起始(initiation) 延长延长(elongation) 终止终止(termination ) 一、原核生物的肽链合成过程一、原核生物的肽链合成过程 （一）肽链合成起始（一）肽链合成起始 指指mrna和起始氨基酰和起始氨基酰-trna分别与分别与 核蛋白体结合而形成核蛋白体结合而形成翻译起始复合物翻译起始复合物 (translation

19、al initiation complex)。 参与起始过程的蛋白质因子称起始因参与起始过程的蛋白质因子称起始因 子（子（initiation factor，if）。）。 参与起始过程的蛋白质因子称起始因子参与起始过程的蛋白质因子称起始因子 （initiation factor，if）。原核生物起始因）。原核生物起始因 子有三种：子有三种： if-1：占据：占据a位防止结合其他位防止结合其他trna。 if-2：促进起始：促进起始trna与小亚基结合。与小亚基结合。 if-3：促进大小亚基分离，提高：促进大小亚基分离，提高p位对结位对结 合起始合起始trna敏感性。敏感性。 原核生物各种起始因

20、子的生物功能原核生物各种起始因子的生物功能 种类种类生物学功能生物学功能 起始因子起始因子if-1 占据占据a位防止结合其他位防止结合其他trna if-2促进起始促进起始trna与小亚基结合与小亚基结合 if-3促进大小亚基分离，提高促进大小亚基分离，提高p位对结合起始位对结合起始trna的的 敏感性敏感性 延长因子延长因子ef-tu 促进氨基酰促进氨基酰-trna进入进入a位，结合并分解位，结合并分解gtp ef-ts调节亚基调节亚基 ef-g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位移位移 至至p位，促进位，促进trna卸载与释放卸载与释放 释放因子释放因子

21、rf-1特异识别特异识别uaa、uag，诱导转肽酶转变为酯酶，诱导转肽酶转变为酯酶 rf-2特异识别特异识别uaa、uga，诱导转肽酶转变为酯酶，诱导转肽酶转变为酯酶 rf-3可与核蛋白体其他部位结合，有可与核蛋白体其他部位结合，有gtp酶活性，能酶活性，能 介导介导rf-1及及rf-2与核蛋白体的相互作用与核蛋白体的相互作用 原核生物翻译起始复合物形成原核生物翻译起始复合物形成 核蛋白体大小亚基分离；核蛋白体大小亚基分离； mrna在小亚基定位结合；在小亚基定位结合； 起始氨基酰起始氨基酰-trna的结合；的结合； 核蛋白体大亚基结合。核蛋白体大亚基结合。 if-3 if-1 1. 核蛋白体

22、大小亚基分离核蛋白体大小亚基分离 a u g53 if-3 if-1 2. mrna在小亚基定位结合在小亚基定位结合 s-d序列序列： 在原核生物在原核生物mrna起始密码起始密码aug上上 游，存在游，存在49个富含嘌呤碱的一致性序列，个富含嘌呤碱的一致性序列， 如如-aggagg-，称为，称为s-d序列。又称为核序列。又称为核 蛋白体结合位点（蛋白体结合位点（ribosomal binding site， rbs) s-d序列序列 小亚基中的小亚基中的16s-rrna 3-端有一富含嘧啶碱基的端有一富含嘧啶碱基的 短序列，如短序列，如-uccucc-，通过，通过与与s-d序列碱基互补序列碱

23、基互补 而使而使mrna与小亚基结合。与小亚基结合。 mrna序列上序列上紧接紧接s-d序列后的小核苷酸序列后的小核苷酸序列，序列， 可被核蛋白体小亚基蛋白可被核蛋白体小亚基蛋白rps-1识别识别并结合并结合。 if-3 if-1 if-2 gtp a u g53 3. 起始氨基酰起始氨基酰trna与小亚基结合与小亚基结合 if-3 if-1 if-2 gtp gdppi a u g53 4. 核蛋白体大亚基结合核蛋白体大亚基结合 if-3 if-1 a u g 53 if-2 gtpif-2-gtp gdp pi 起始过程消耗起始过程消耗1个个gtp。 （二）肽链的延长（二）肽链的延长 指按

24、照指按照mrna密码序列的指导，依次添密码序列的指导，依次添 加氨基酸加氨基酸从从n端向端向c端端延伸肽链，直到合成延伸肽链，直到合成 终止的过程。终止的过程。 肽链的延长是在核蛋白体上连续性循环式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（进行，又称为核蛋白体循环（ribosomal cycle)，每次循环增加一个氨基酸，分为，每次循环增加一个氨基酸，分为 以下三步：以下三步： 进位进位（entrance） 成肽成肽（peptide bond formation） 转位转位（translocation） 原核延原核延 长因子长因子 生物功能生物功能 对应真核对应真核 延长

25、因子延长因子 ef-tu促进氨基酰促进氨基酰-trna进入进入a位，位， 结合分解结合分解gtp ef-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，位， 促进卸载促进卸载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 1、进位进位 指根据指根据mrna 下一组遗传密码指下一组遗传密码指 导，使相应氨基酰导，使相应氨基酰 -trna进入核蛋白进入核蛋白 体体a位。位。 延长因子延长因子ef-t催化催化 进位（原核生物）进位（原核生物） tu ts gtp gdp a u g53

26、tu ts gtp 成肽是在成肽是在转肽酶转肽酶(peptidase)的催化下，核蛋的催化下，核蛋 白体白体p位上起始氨基酰位上起始氨基酰-trna的的n-甲酰甲硫氨酰甲酰甲硫氨酰 基或肽酰基或肽酰-trna的肽酰基转移到的肽酰基转移到a位并与位并与a位位上上 氨基酰氨基酰-trna的的-氨基结合形成肽键的过程。氨基结合形成肽键的过程。 2、成肽成肽 n成肽的反应过程成肽的反应过程 转位是在转位是在转位酶转位酶的催化下，核蛋白体向的催化下，核蛋白体向 mrna的的3 -端移动一个密码子的距离，使端移动一个密码子的距离，使 mrna序列上的序列上的下一个密码子下一个密码子进入核蛋白体进入核蛋白体

27、 的的a位、而占据位、而占据a位的肽酰位的肽酰-trna移入移入p位的位的 过程。过程。 转位需要延长因子转位需要延长因子ef-g参与。参与。 3、转位转位 ef-g有有转位酶转位酶（translocase）活性，可结）活性，可结 合并水解合并水解1分子分子gtp，促进核蛋白体向，促进核蛋白体向mrna 的的3侧移动，使起始二肽酰侧移动，使起始二肽酰-trna-mrna相对相对 位移进入核蛋白体位移进入核蛋白体p位位，而卸载的，而卸载的trna则移则移 入入e位位。 fmet a u g 53 fmet tugtp 成肽成肽转位转位下一轮进位下一轮进位 进进 位位 转转 位位 成肽成肽 n肽链

28、合成延长肽链合成延长( (核蛋白体循环核蛋白体循环) )过程过程 （三）肽链合成的终止三）肽链合成的终止 当当mrna上终止密码出现后，多肽链上终止密码出现后，多肽链 合成停止，肽链从肽酰合成停止，肽链从肽酰-trna中释出，中释出， mrna、核蛋白体等分离，这些过程称、核蛋白体等分离，这些过程称 为肽链合成终止。为肽链合成终止。 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) 识别终止密码，如识别终止密码，如rf-1特异识别特异识别uaa、uag； 而而rf-2可识别可识别uaa、uga。 诱导转肽酶改变为酯酶活性，使肽链从核蛋诱导转

29、肽酶改变为酯酶活性，使肽链从核蛋 白体上释放。白体上释放。 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-1，rf-2，rf-3 原原 核核 肽肽 链链 合合 成成 终终 止止 过过 程程 u a g53 rf coo- 原核生物蛋白质合成的原核生物蛋白质合成的能量计算能量计算 氨基酸活化：氨基酸活化：2个个patp 起始：起始： 1个个gtp 延长：延长： 2个个gtp 终止：终止： 1个个gtp 结论：结论：每合成一个肽键至少消耗每合成一个肽键至少消耗5个个p。 二、真核生物的肽链合成过程二、真核生物的肽链合成过程 （一）起始（一）起始 核蛋白体大小亚基分离；核蛋

30、白体大小亚基分离； 起始氨基酰起始氨基酰-trna的结合；的结合； mrna在小亚基定位结合；在小亚基定位结合； 核蛋白体大亚基结合。核蛋白体大亚基结合。 mrna eif-6 gdp+pi elf-5 atp adp+pi elf4e, elf4g, elf4a, elf4b,pab 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 met-trnaimet-elf-2 -gtp 真核生物肽链合成的延长过程与原核生物真核生物肽链合成的延长过程与原核生物 基本相似，但有不同的反应体系和延长因子。基本相似，但有不同的反应体系和延长因子。 另外，真核细胞核蛋白体另外，真核细胞核蛋白体

31、没有没有e位位，转位，转位 时卸载的时卸载的trna直接从直接从p位脱落。位脱落。 （二）延长（二）延长 （三）终止（三）终止 真核生物翻译终止过程与原核生物相似，真核生物翻译终止过程与原核生物相似， 但但只有只有1个释放因子个释放因子erf，可识别所有终止密码，可识别所有终止密码 子，完成原核生物各类子，完成原核生物各类rf的功能。的功能。 原核生物与真核生物肽链合成过程的主要差别原核生物与真核生物肽链合成过程的主要差别 原核生物原核生物真核生物真核生物 mrna一条一条mrna编码几种蛋白质（多顺反子）编码几种蛋白质（多顺反子） 一条一条mrna编码一种蛋白质（单顺反子）编码一种蛋白质（单

32、顺反子） 转录后很少加工转录后很少加工 转录后进行首尾修饰及剪接转录后进行首尾修饰及剪接 转录、翻译和转录、翻译和mrna的降解可同时发生的降解可同时发生mrna在核内合成，加工后进入胞液，再在核内合成，加工后进入胞液，再 作为模板指导翻译作为模板指导翻译 核蛋白体核蛋白体30s小亚基小亚基50s大亚基大亚基 70s核蛋白体核蛋白体40s小亚基小亚基60s大亚基大亚基 80s核蛋白体核蛋白体 起始阶段起始阶段起始氨基酰起始氨基酰-trna为为fmet-trnafmet起始氨基酰起始氨基酰-trna为为met-trnaimet 核蛋白体小亚基先与核蛋白体小亚基先与mrna结合结合,再与再与 fm

33、et-trnafmet结合结合 核蛋白体小亚基先与核蛋白体小亚基先与met-trnaimet结合，结合， 再与再与mrna结合结合 mrna中的中的s-d序列与序列与16s rrna 3 -端的端的 一段序列结合一段序列结合 mrna中的帽子结构与帽子结合蛋白复合中的帽子结构与帽子结合蛋白复合 物结合物结合 有有3种种if参与起始复合物的形成参与起始复合物的形成有至少有至少10种种eif参与起始复合物的形成参与起始复合物的形成 延长阶段延长阶段延长因子为延长因子为ef-tu、ef-ts和和ef-g延长因子为延长因子为eef-1、eef-1和和eef-2 终止阶段终止阶段释放因子为释放因子为rf

34、-1、rf-2和和rf-3释放因子为释放因子为erf 真核生物翻译起始的特点真核生物翻译起始的特点 核蛋白体是核蛋白体是80s； 起始因子种类多；起始因子种类多； 起始起始trna的的met不需甲酰化；不需甲酰化； mrna的的5帽子和帽子和3poly a尾结构与尾结构与mrna 在核蛋白体就位有关；在核蛋白体就位有关； 起始起始trna先与核蛋白体小亚基结合，然后先与核蛋白体小亚基结合，然后 再结合再结合mrna。 （四）多聚核蛋白体（四）多聚核蛋白体 （polysome) 一个一个mrna分子可同分子可同 时有多个核蛋白体在进行同时有多个核蛋白体在进行同 一种蛋白质的合成，这种一种蛋白质的

35、合成，这种 mrna和多个核蛋白体的聚和多个核蛋白体的聚 合物称为多聚核蛋白体。合物称为多聚核蛋白体。 电镜下的多聚核蛋白体现象电镜下的多聚核蛋白体现象 第第 四四 节节 蛋白质翻译后修饰和靶向输送蛋白质翻译后修饰和靶向输送 posttranslational modification and targeting transfer of protein 从核蛋白体释放出的新生多肽链不具备蛋白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。程才转变为天然构象的功能蛋白。 主要包括主要包括

36、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 肽链一级结构的修饰肽链一级结构的修饰 空间结构修饰空间结构修饰 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 新生肽链的折叠在肽链合成中、合成后进行，新生肽链的折叠在肽链合成中、合成后进行， 新生肽链新生肽链n端在核蛋白体上一出现，肽链的折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。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大

37、多数天然蛋白质折叠都需要其他酶和蛋白 质的辅助。质的辅助。 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. 分子伴侣分子伴侣 (molecular chaperon) 2. 蛋白二硫键异构酶蛋白二硫键异构酶 (protein disulfide isomerase, pdi) 3. 肽肽-脯氨酰顺反异构酶脯氨酰顺反异构酶 (peptide prolyl cis-trans isomerase, ppi) （1）热休克蛋白）热休克蛋白(heat shock protein, hsp) hsp70、hsp40和和gree族族 （2）伴侣蛋白）伴侣蛋白(chaperonins)

38、groel和和groes家族家族 1. 1. 分子伴侣分子伴侣 分子伴侣是细胞中一类保守蛋白质，可识别分子伴侣是细胞中一类保守蛋白质，可识别 肽链的非天然构象，促进各功能域和整体蛋白质肽链的非天然构象，促进各功能域和整体蛋白质 的正确折叠。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，再释放该片结合保护待折叠多肽片段，再释放该片 段进行折叠。形成段进行折叠。形成hsp70和多肽片段依次和多肽片段依次 结合、解离的循环。结合、解离的循环。 hsp40结合待结合待 折叠多肽片段折叠多肽片段 hsp70-atp复合物复合物 hsp40

39、- hsp70-adp-多肽复合物多肽复合物 atp水解水解 grpe atp adp 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 大肠杆菌中的大肠杆菌中的hsp70 反应循环反应循环 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。成天然空间构象的微环境。 当待折叠肽链进入当待折叠肽链进入gro el的桶状空腔后，的桶状空腔后，gro es可作为可作为“盖子盖子”瞬时封闭瞬时封闭gro el空腔出口。封空腔出口。封 闭后的桶状空腔提供了能完成该肽链折叠的微环境。闭后的桶状空腔提

40、供了能完成该肽链折叠的微环境。 gro el-gro es复合物复合物 伴侣素系统促进蛋白质折叠过程伴侣素系统促进蛋白质折叠过程 2. 蛋白二硫键异构酶蛋白二硫键异构酶（pdi） 二硫键异构酶在内质网腔活性很高，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。成热力学最稳定的天然构象。 3. 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脯氨酸间形成的肽键有顺反 两种异构体，空间构象明

41、显差别。两种异构体，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、蛋白质一级结构修饰主要是肽键二、蛋白质一级结构修饰主要是肽键 水解和化学修饰水解和化学修饰 （一）肽链末端的修饰（一）肽链末端的修饰 （二）个别氨基酸的共价修饰（二）个别氨基酸的共价修饰 1

42、糖基化糖基化 2羟基化羟基化 3甲基化甲基化 4磷酸化磷酸化 5二硫键形成二硫键形成 6亲脂性修饰亲脂性修饰 鸦片促黑皮质素原鸦片促黑皮质素原(pomc)的水解修饰的水解修饰 nc 信号肽信号肽 pmoc krkr 103肽肽 ( ？) acth -lt -msh -msh endophin （三）多肽链的水解修饰（三）多肽链的水解修饰 三、三、空间结构的修饰空间结构的修饰 （一）亚基聚合（一）亚基聚合 （二）辅基连接（二）辅基连接 蛋白质合成后需要经过复杂机制，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

43、输送。部位，这一过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（蛋白质的靶向输送（protein targeting） 所有靶向输送的蛋白质结构中存在分选信号，所有靶向输送的蛋白质结构中存在分选信号， 主要是主要是n末端特异氨基酸序列，可引导蛋白质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，这类序列称为转移到细胞的适当靶部位，这类序列称为信号信号 序列序列(signal sequence)。 （一）靶向输送的蛋白质（一）靶向输送的蛋白质n-端存在信号序列端存在信号序列 n-端端含含1个或几个带正电荷的个或几个带正电荷的碱性氨基酸

44、残基碱性氨基酸残基，如，如 赖氨酸、精氨酸；赖氨酸、精氨酸； 中段中段为疏水核心区，主要含疏水的为疏水核心区，主要含疏水的中性氨基酸中性氨基酸， 如亮氨酸、异亮氨酸等；如亮氨酸、异亮氨酸等； c-端端加工区由一些加工区由一些极性极性相对较大、侧链较短的相对较大、侧链较短的氨氨 基酸基酸（如甘氨酸、丙氨酸、丝氨酸）组成，紧接（如甘氨酸、丙氨酸、丝氨酸）组成，紧接 着是被信号肽酶着是被信号肽酶(signal peptidase)裂解的位点裂解的位点 。 n信号肽有以下共性：信号肽有以下共性： 信号肽的一级结构信号肽的一级结构 n端侧碱性区端侧碱性区 疏水核心区疏水核心区 c端加工区端加工区 靶向输

45、送蛋白靶向输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肽信号肽 内质网腔蛋白内质网腔蛋白信号肽，信号肽，c端端-lys-asp-glu-leu-coo-(kdel 序列序列) 线粒体蛋白线粒体蛋白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） 过氧化体蛋白过氧化体蛋白-ser-lys-leu-（pst序列）序列） 溶酶体蛋白溶酶体蛋白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

46、 靶向输送到细胞核的蛋白质其多肽链内含有特异信号靶向输送到细胞核的蛋白质其多肽链内含有特异信号 序列，称为序列，称为核定位序列核定位序列(nuclear localization sequence, nls) 。 nls为含为含48个氨基酸残基的短序列，富含带正电荷个氨基酸残基的短序列，富含带正电荷 的赖氨酸、精氨酸和脯氨酸，可位于肽链的不同部位，的赖氨酸、精氨酸和脯氨酸，可位于肽链的不同部位， 而不只在而不只在n末端。末端。 n核定位序列核定位序列 核蛋白体上合成的肽链先由信号肽引导进入核蛋白体上合成的肽链先由信号肽引导进入内质内质 网腔网腔并被折叠成为具有一定功能构象的蛋白质，并被折叠成为

47、具有一定功能构象的蛋白质， 在高尔基复合体中被包装进在高尔基复合体中被包装进分泌小泡分泌小泡，转移至细，转移至细 胞膜，再分泌到细胞外。胞膜，再分泌到细胞外。 （二）分泌型蛋白质由分泌小泡靶向输送至胞外（二）分泌型蛋白质由分泌小泡靶向输送至胞外 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 （三）蛋白质（三）蛋白质6-磷酸甘露糖基化是靶向输送至磷酸甘露糖基化是靶向输送至 溶酶体的信号溶酶体的信号 内质网蛋白质多肽链的内质网蛋白质多肽链的c-端含有滞留信号序列，端含有滞留信号序列， 可与相应受体结合。在高尔基复合体上，内质可与相应受体结合。在高尔基复合体上，内质 网蛋白质通过

48、其滞留信号序列与受体结合后，网蛋白质通过其滞留信号序列与受体结合后， 随囊泡输送回内质网。随囊泡输送回内质网。 （四）靶向输送至内质网的蛋白质（四）靶向输送至内质网的蛋白质c-端含有端含有 滞留信号序列滞留信号序列 （五）质膜蛋白质的靶向输送由囊泡转移到（五）质膜蛋白质的靶向输送由囊泡转移到 细胞膜细胞膜 机制与分泌型蛋白质的跨膜机制相似，但质机制与分泌型蛋白质的跨膜机制相似，但质 膜蛋白质的肽链并不完全进入内质网腔，而膜蛋白质的肽链并不完全进入内质网腔，而 是是锚定在内质网膜锚定在内质网膜上。上。 不同类型的跨膜蛋白质以不同的形式锚定于不同类型的跨膜蛋白质以不同的形式锚定于 膜上。膜上。 （

49、六）线粒体蛋白质以其前体形式在胞液合（六）线粒体蛋白质以其前体形式在胞液合 成后靶向输入线粒体成后靶向输入线粒体 绝大部分线粒体蛋白质是由核基因组绝大部分线粒体蛋白质是由核基因组 编码、在胞液中的游离核蛋白体上合编码、在胞液中的游离核蛋白体上合 成后释放、靶向输送到线粒体中的。成后释放、靶向输送到线粒体中的。 线粒体蛋白的靶向输送线粒体蛋白的靶向输送 （七）细胞核蛋白质在胞液中合成后经核孔靶向输（七）细胞核蛋白质在胞液中合成后经核孔靶向输 送入核送入核 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 interference & inhibition of protein biosynt

50、hesis 第第 四四 节节 蛋白质生物合成是很多天然抗生素蛋白质生物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、原核生物蛋白质翻译体系某阻断真核、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物合成组分功能，干扰和抑制蛋白质生物合成 过程而起作用的。过程而起作用的。 抗生素抗生素(antibiotics) 是微生物产生的能够杀灭或抑制细菌是微生物产生的能够杀灭或抑制细菌 的一类药物。的一类药物。 一、抗生素类一、抗生素类 影响翻译起始的抗生影响翻译起始的抗生 素素 影响翻译延长的抗生影响翻译延长的抗生 素素 干扰进位的抗生素干扰进位的抗生素 引起读码错误的抗生素引起读码错误的抗生素 影响肽键形成的抗生素影响肽键形成的抗生素 影响转位的抗生素影响转位的抗生素 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 抗生素抗生素作用点作用点作用