蛋白质的生物合成(普通生物化学)

1、第十三章第十三章 蛋白质的生物合成（翻译）蛋白质的生物合成（翻译） Biosynthesis of Protein or Translation蛋白质生物合成的概况蛋白质生物合成的概况1.1. 概念：以概念：以mRNAmRNA为模板合成蛋白质的过程，又称翻为模板合成蛋白质的过程，又称翻译。译。2.2. 原料：原料：2020种氨基酸种氨基酸（19541954年年 Paul ZamecnikPaul Zamecnik等）等）3.3. 中介分子：中介分子：tRNAtRNA、mRNAmRNA、rRNA rRNA 分子分子(1958(1958年年M.B.HoaglandM.B.Hoagland等等) )

2、。 6464个遗传密码个遗传密码（196119611966Nirenberg1966Nirenberg等）等）4.4. 合成方向：从肽链的合成方向：从肽链的N N端到端到C C端端（19611961年年Howard Howard DintzisDintzis）5.5. 合成场所：核糖体合成场所：核糖体6.6. 合成体系建立：（合成体系建立：（1973197319761976年）年） 第一节第一节 蛋白质生物合成的基本条件蛋白质生物合成的基本条件20种种aamRNAtRNA核糖体核糖体氨酰氨酰tRNAtRNA合成酶合成酶肽酰转移酶肽酰转移酶 转位转位酶酶各种因子各种因子ATPATP、GTPGTP

3、 K K+ +、MgMg2+2+一、一、 mRNAmRNA是蛋白质合成的直接模板是蛋白质合成的直接模板多顺反子多顺反子：原核生物：原核生物mRNA常以多顺反子的常以多顺反子的形式存在，即形式存在，即一条一条mRNA链编码几种功能相链编码几种功能相关联的蛋白质关联的蛋白质。单顺反子单顺反子：真核生物：真核生物mRNA一般以单顺反子一般以单顺反子的形式存在，即一种的形式存在，即一种mRNA只编码一种蛋白只编码一种蛋白质。质。（一）（一）mRNAmRNA的一般特点：的一般特点：1.1.种类繁多种类繁多 2.2.大小不一：大小不一：50050060006000个碱基个碱基3.3.半衰期短：原核生物半衰

4、期短：原核生物1 13 3分钟，真核生物数分钟，真核生物数小时或几天小时或几天4.4.占细胞总占细胞总RNARNA：1%1%2%2%5.5.真核真核mRNAmRNA的的5 5 端有端有N N7 7- -甲基鸟苷的甲基鸟苷的“帽状帽状”结结构：具有稳定构：具有稳定mRNAmRNA及有及有助于翻译起始的作用助于翻译起始的作用 3 3 端有端有2020250250个个多聚腺苷酸（多聚腺苷酸（PolyAPolyA）的的“尾状尾状”结构：具有结构：具有维持维持mRNAmRNA翻译模板的活翻译模板的活性性 * *（组蛋白除外）（组蛋白除外）翻译时是从翻译时是从mRNAmRNA编码区的起始密码子开始至终止密

5、编码区的起始密码子开始至终止密码子结束。码子结束。遗传密码遗传密码(genetic code)(genetic code)：指指分子中从分子中从5 5 33 端记数，由端记数，由AUGAUG作为起始密码开始，作为起始密码开始，三个相邻三个相邻的核的核苷酸为一组，代表某中氨基酸或其它信息苷酸为一组，代表某中氨基酸或其它信息, ,这相邻这相邻的三个核苷酸称为一个的三个核苷酸称为一个遗传密码遗传密码，又称，又称密码子密码子或或三联体密码三联体密码。遗传密码供有多少个呢？遗传密码供有多少个呢？遗传密码类别遗传密码类别遗传密码遗传密码代表的信息代表的信息说明说明起始密码：起始密码：AUGAUG起始信号及

6、起始信号及氨基酸信息氨基酸信息（真核）代（真核）代表蛋氨酸表蛋氨酸（原核）代（原核）代表甲酰蛋氨表甲酰蛋氨酸酸终止密码：终止密码：UAAUAA、UAGUAG、UGAUGA终止信号终止信号UGAUGA还代表硒还代表硒代半胱氨酸代半胱氨酸余下的密码余下的密码只代表氨基只代表氨基酸信息酸信息开放阅读框开放阅读框含 有 密 码 子 信 息 的 区 域 称 为 开 放 阅 读 框含 有 密 码 子 信 息 的 区 域 称 为 开 放 阅 读 框（ORF）。）。从起始密码子到终止密码子的阅读框可编码完从起始密码子到终止密码子的阅读框可编码完整的多肽链，其间不存在使翻译中断的终止密整的多肽链，其间不存在使翻

7、译中断的终止密码子。码子。（二）遗传密码的特点（二）遗传密码的特点1. 方向性（方向性（directionality）2.2.连续性（连续性（commalessnesscommalessness）移码突变谷氨酰胺（谷氨酰胺（CAGCAG）插入插入精氨酸（精氨酸（AGUAGU）苏氨酸（苏氨酸（ACAACA）谷氨酰胺（谷氨酰胺（AACAAC）缺失缺失3 .简并性简并性(degeneracy)同义密码子：同义密码子：脯氨酸脯氨酸:CC:CCU U、CCCCC C、CCACCA、CCGCCG脯氨酸（脯氨酸（CCU）组氨酸（组氨酸（CAC） 除除Trp，Met外，其余外，其余Aa均有均有2-4个密个密码

8、子，最多的达码子，最多的达6个（亮氨酸密码子）。个（亮氨酸密码子）。这种密码子称为这种密码子称为同义密码子同义密码子。 同义密码子（同义密码子（2-4）：前两个碱基相同，）：前两个碱基相同，只是第三个碱基不同。只是第三个碱基不同。4.通用性（通用性（universality）遗传密码的特点遗传密码的特点1.1. 通用性通用性（universality）5.摆动性（摆动性（wobble）密码子与反密码子的摆动配对现象密码子与反密码子的摆动配对现象tRNA反密码子的第反密码子的第1位碱基位碱基IUGACmRNA密码子的第密码子的第3位碱基位碱基U,C,AA,GU,CUG二、核糖体是蛋白质合成的场所

9、二、核糖体是蛋白质合成的场所( (一一)rRNA)rRNA的特点的特点1.1. 种类：原核生物种类：原核生物有有5S 5S 、 23S23S、16S rRNA16S rRNA；真核；真核生物有生物有28S28S、18S18S、5.8S5.8S、5S rRNA5S rRNA2.2. 含量最多：占细含量最多：占细胞总胞总RNA 80%RNA 80%90%90%3.3. rRNArRNA与蛋白质构与蛋白质构成核糖体成核糖体50SPA50SE转转肽肽酶酶（二）核糖体上的主要功能部位（二）核糖体上的主要功能部位肽酰位肽酰位(P)(P)：结合肽酰结合肽酰-tRNA-tRNA氨酰位氨酰位(A)(A)：结合氨

10、酰结合氨酰-tRNA-tRNA催化肽键生成，催化肽键生成，兼有酯酶活性兼有酯酶活性空载空载tRNAtRNA排除位排除位（真核无（真核无E E位）位）553mRNA3mRNA三、三、tRNAtRNA是运输氨基酸的工具是运输氨基酸的工具tRNAtRNA的特点：的特点：分子量最小：分子量最小：60609090个碱基个碱基1.1.含有较多的稀有含有较多的稀有碱基碱基2.2.5 5 端大多为端大多为pG, pG, 3 3 端均为端均为-CCA-CCA3.3.反密码子的反密码子的第一第一位碱基常出现次位碱基常出现次黄嘌呤（黄嘌呤（I I）4.4.细菌中有细菌中有30304040种种tRNAtRNA；真核细

11、；真核细胞中有胞中有40 40 5050种种tRNAtRNA。氨基酸臂：氨基酸臂：与氨基酸结合与氨基酸结合TC环（臂）：环（臂）：与核蛋白体与核蛋白体rRNA结合结合反密码子：反密码子：识别并结合识别并结合mRNA密码子密码子D臂：臂：氨酰氨酰-tRNA合成合成识别位点识别位点（一）氨基酰一）氨基酰-tRNA-tRNA合成酶合成酶催化催化氨基酰氨基酰-tRNA-tRNA的合成，兼有酯酶活性。具有的合成，兼有酯酶活性。具有校正校正功能（误差功能（误差1010-4-4）氨基酰氨基酰tRNAtRNA合成酶使合成酶使tRNAtRNA识别特异的氨基酸识别特异的氨基酸。四、参与蛋白质合成的酶类四、参与蛋白

12、质合成的酶类氨基酸的活化形式：氨基酸的活化形式：氨基酰氨基酰-tRNA-tRNA 氨基酸的活化部位：氨基酸的活化部位：是羧基是羧基氨基酸与氨基酸与tRNAtRNA连接部位：酯键连接部位：酯键反应消耗反应消耗ATPATP，消耗两个高能磷酸键。，消耗两个高能磷酸键。原核生物肽链的原核生物肽链的起始氨酰起始氨酰-tRNA-tRNA为为甲酰甲硫氨酰甲酰甲硫氨酰-tRNA-tRNA ; ;而真核生物肽链为而真核生物肽链为甲硫氨酰甲硫氨酰-tRNA-tRNAH2N CHCCH2tRNAfMetOCH2SCH3Met-tRNAfMetfMet-tRNAfMetHN CHCCH2tRNAfMetOCH2SCH

13、3O=CH转甲酰基酶THFA-CHOFH4氨基酰-tRNA的书写形式起始氨基酰-tRNA的书写形式（二）（二）肽酰转移酶肽酰转移酶(peptidyl transferase)（核酶）（核酶）催化肽键生成，兼有酯酶活性催化肽键生成，兼有酯酶活性 -原核原核23SrRNA；真核；真核28SrRNA肽链合成方向：肽链合成方向：NCNCA U G G G C553mRNA3mRNAU A CC C GHNHCH2COOHCOH3C-S-CH2CH2-CH-C NH（三）转位酶催化核糖体移位（三）转位酶催化核糖体移位原核生物由延长因子原核生物由延长因子G(80kD)催化催化真核生物由延长因子真核生物由延

14、长因子2（100kD）起作用）起作用A U G G G C553mRNA3mRNAU A CC C GHNHCH2COOHCOH3C-S-CH2CH2-CH-C NH1. 起始因子（起始因子（initiation factor,IF）（真核）（真核起始因子，起始因子，eukaryotic initiation factor,eIF）：参与翻译的起始）：参与翻译的起始2. 延长因子延长因子（elongation factor,EF）：）：参与参与肽链的延长肽链的延长终止释放因子（终止释放因子（releasing factor,RF）及）及核蛋白体释放因子（核蛋白体释放因子（ribosomal r

15、eleasing factor, RRF）：参与肽链合成的终止）：参与肽链合成的终止五、主要的蛋白因子五、主要的蛋白因子第二节第二节 肽链的生物合成过程肽链的生物合成过程一、原核生物的一、原核生物的肽链合成过程肽链合成过程原核生物翻译过程的各种蛋白质因子及其功能原核生物翻译过程的各种蛋白质因子及其功能种类种类功能功能起始因子起始因子IF-1占据氨基酰位（占据氨基酰位（A A位），防止防止氨酰位），防止防止氨酰-tRNA-tRNA过早地结合到过早地结合到A A位位IF-2促进促进fMet-tRNAifMet-tRNAifMetfMet与核糖体与核糖体30S30S小亚基结合小亚基结合IF-3结合结

16、合核糖体核糖体30S30S小亚基，小亚基，促进大促进大、小亚基分离，提高肽小亚基分离，提高肽酰位酰位（P P位）位）对对fMet-tRNAifMet的敏感性的敏感性延长因子延长因子EF-Tu促进氨基酰促进氨基酰-tRNA-tRNA进入进入A A位，结合并水解位，结合并水解GTPGTPEF-Ts调节调节亚基亚基EF-G转位酶，使转位酶，使肽肽酰酰tRNA有有A位转至位转至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RF-1识别终止密码子识别终止密码子UAA和和UAG，诱导肽，诱导肽酰酰转移酶转变为酯酶转移酶转变为酯酶RF-2识别终止密码子识别终止密码子UAA和和UGA，诱导肽，

17、诱导肽酰酰转移酶转变为酯酶转移酶转变为酯酶RF-3与核糖体结合，具有与核糖体结合，具有GTP酶活性，介导酶活性，介导RF-1及及RF-2与核糖体与核糖体的相互作用的相互作用（一）翻译的起始阶段（一）翻译的起始阶段在 起 始 因 子 的 作 用 下 ，在 起 始 因 子 的 作 用 下 ，fMet-tRNAifMet-tRNAifMetfMet、mRNAmRNA与与核糖体核糖体结合，形成结合，形成70S70S起起始复合物始复合物的过程。此阶的过程。此阶段需要段需要GTPGTP及及MgMg2+2+参加参加起始阶段包括四个小事件的起始阶段包括四个小事件的发生发生1.1. 核蛋白体大小亚基分离核蛋白体

18、大小亚基分离2.2. mRNAmRNA在小亚基上定位结在小亚基上定位结合合3.3. fMet-tRNAifMet-tRNAifMetfMet的结合的结合4.4. 核蛋白体大亚基的结合核蛋白体大亚基的结合起始因子起始因子 功能功能IF-1占据氨基酰位（占据氨基酰位（A A位），位），防止防止tRNA过早地结合到过早地结合到A位位IF-2促进促进fMet-tRNAifMet结合结合到到30S小亚基小亚基IF-3 结合结合30S小亚基，小亚基，促进促进大大、小亚基分离，并提小亚基分离，并提高高P位对位对fMet-tRNAifMet的敏感性的敏感性1.核蛋白体大小亚基分离核蛋白体大小亚基分离50SIF

19、-1IF-1促进大小亚基分离促进大小亚基分离防止氨酰防止氨酰tRNA过早进位过早进位IF-3IF-3可防止核糖体的亚基过早聚合可防止核糖体的亚基过早聚合50SE2.mRNA2.mRNA在小亚基上定位结合在小亚基上定位结合mRNA定位基础是定位基础是S-D序列序列S-D序列（核糖体结合位点）是指序列（核糖体结合位点）是指位于位于mRNA起始密码起始密码（AUG）的上游约）的上游约813核苷酸部位存在有核苷酸部位存在有49个核苷个核苷酸组成的一致序列，如酸组成的一致序列，如AGGAGG。小亚基上小亚基上16S rRNA 的的3 端存在有与端存在有与S-D序列互补的序列序列互补的序列UCCUCCIF

20、-1IF-33516S rRNAmRNAmRNA在小亚基上定位结合在小亚基上定位结合IF3IF-3促进促进mRNA在小亚基定位结在小亚基定位结合合AUG53IF-1IF-3AUG533. 3. fMet-tRNAif M e t结合到小亚基结合到小亚基- -首先占据首先占据P P位位IF-2GTPIF-2促进促进fMet-tRNAifMet与小亚基结合与小亚基结合同时同时tRNAtRNA的反密码的反密码子与子与mRNAmRNA的密码子的密码子配对结合配对结合4.核蛋白体大亚基的结合核蛋白体大亚基的结合IF2自复合物解离的同时发自复合物解离的同时发生生GTP水解水解（消耗一个（消耗一个高能磷酸键

21、），高能磷酸键），大亚基大亚基随之与小亚基结合，并随之与小亚基结合，并释放各种起始因子，形释放各种起始因子，形成成70S起始复合物，为起始复合物，为延伸作好了准备。延伸作好了准备。IF-1IF-350SAUG53IF-2GTPGDP+PiGTP（二）翻译的延长阶段（二）翻译的延长阶段肽链的延长是在核蛋白体上连续性循环式进行，肽链的延长是在核蛋白体上连续性循环式进行，每循环一次，形成一个肽键，即增加一个每循环一次，形成一个肽键，即增加一个氨基酸残基氨基酸残基，故又称为故又称为核蛋白体循环核蛋白体循环每次核蛋白体循环包括三个步骤：每次核蛋白体循环包括三个步骤：v 进位（进位（entrance）v

22、成肽成肽 (peptide bond formation)v 转位转位 (translocation)1.1.进位：氨基酰进位：氨基酰-tRNA-tRNA进到核糖体的进到核糖体的A A位位50SA A AA U G53aa2UUU原核延长因子原核延长因子EF-T主主要是促进氨基酰要是促进氨基酰-tRNA进到进到A位位（消耗（消耗一个高能磷酸键）一个高能磷酸键）。包括包括Tu（40kD）和）和Ts (28kD）两个亚基。）两个亚基。50SA A AA U G5350SA A AA U G5aa2UUU50SA A AA U G532.2.成肽：成肽：肽酰转移酶肽酰转移酶催化肽键的生成催化肽键的生

23、成原核生物的肽酰转移酶为原核生物的肽酰转移酶为核糖体大亚基的核糖体大亚基的23S rRNA以及其他以及其他核酶核酶。aa2U U UfMetfMet1 反应需要反应需要Mg2+，K+2 无需额外能量，能量来自高能酯键的水解无需额外能量，能量来自高能酯键的水解3 肽基转移酶肽基转移酶每次移动一个遗传密码的距离，转位耗能每次移动一个遗传密码的距离，转位耗能（消耗（消耗GTP的一个高能磷酸键）。的一个高能磷酸键）。原核生物由原核生物由转位酶转位酶是是EF-G(80kD)，真核为，真核为延长因子延长因子2（EF-2）3.3.转位转位- -核糖体与核糖体与mRNAmRNA相对移动相对移动 同时有同时有肽

24、酰肽酰-tRNA-tRNA由由A A位位移向移向P P位位50SEaa2U U UfMetA A AA U G53小结小结进位，成肽，转位重复进行，肽链不断延长。进位，成肽，转位重复进行，肽链不断延长。在肽链延长的过程中，除了第一个肽键形成在肽链延长的过程中，除了第一个肽键形成时，时，P位上为位上为甲酰甲硫氨酰甲酰甲硫氨酰tRNA外，以后外，以后P位总是位总是肽酰肽酰tRNA。A为总是新进的为总是新进的氨基酰氨基酰tRNA。（三）翻译的终止阶段（三）翻译的终止阶段当当mRNAmRNA上终止密码上终止密码出现后，多肽链合出现后，多肽链合成停止，肽链从肽成停止，肽链从肽酰酰-tRNA-tRNA中释

25、出，中释出，mRNAmRNA、核蛋白体等、核蛋白体等分离。终止过程需分离。终止过程需要释放因子参加。要释放因子参加。终止过程需终止过程需消耗消耗1 1个个GTPGTP。释放因子释放因子功能功能RF-1RF-1辨认辨认UAAUAA、UAGUAG激活转肽酶的酯酶活性而水解酯键激活转肽酶的酯酶活性而水解酯键RF-2RF-2辨认辨认UAAUAA、UGAUGA激活转肽酶的酯酶活性而水解酯键激活转肽酶的酯酶活性而水解酯键RF-3RF-3促进促进RF-1RF-1或或RF-2RF-2进入进入A A位，位，具具GTPGTP酶活性，帮助肽链的释放酶活性，帮助肽链的释放50SEPAUGAAA53RF-1RF-1RF

26、-1：辨认：辨认UAAUAA、UAGUAGRF-2RF-2：辨认：辨认UAAUAA、UGAUGA激活激活转肽酶转肽酶的酯酶活性的酯酶活性而而水解酯键水解酯键RF-3RF-3RF-3：促进：促进RF-1RF-1或或RF-2RF-2进入进入A A位，位，具具GTPGTP酶活性，帮助肽链的释放酶活性，帮助肽链的释放fMetaa2aa3aa4aa5aa aa aa aa aa aan aaaaaaaaaaaa aa aa aa aa aan 原核生物蛋白质合成的能量消耗原核生物蛋白质合成的能量消耗 Aa 活化活化 2个个P ATP 起始起始 1个个P GTP 延长延长 2个个P GTP 终止终止 1个

27、个P GTP每合成一个肽键，至少消耗每合成一个肽键，至少消耗4个个P。（除一。（除一次起始，一次终止）次起始，一次终止）（二）真核生物的肽链合成过程（二）真核生物的肽链合成过程真核生物翻译过程的蛋白质因子及其功能真核生物翻译过程的蛋白质因子及其功能 起始因子起始因子功能功能eIF-1多功能因子，参与多个翻译步骤多功能因子，参与多个翻译步骤eIF-2促进起始促进起始Met-tRNAiMet与核糖体与核糖体40S小亚基结合小亚基结合eIF-2B与与40S小亚基结合小亚基结合,促进大、促进大、小亚基分离小亚基分离eIF-3与与40S小亚基结合小亚基结合,促进大、促进大、小亚基分离小亚基分离;介导介导

28、eIF-4F复合物复合物- mRNA与与小亚基结合小亚基结合eIF-4A具有具有RNA解旋酶的活性，能解除解旋酶的活性，能解除mRNA 5 端的发夹结构，使其与端的发夹结构，使其与40S小亚基结合。小亚基结合。是是eIF-4F复合物的组成成分复合物的组成成分。eIF-4B与与mRNA结合，促进结合，促进mRNA扫描并定位起始扫描并定位起始AUGeIF-4E结合结合mRNA的的5 端帽结构，端帽结构，是是eIF-4F复合物的组成成分复合物的组成成分eIF-4G与与eIF-4E、eIF-3和和polyA结合蛋白（结合蛋白（PAB）结合。）结合。是是eIF-4F复合物的复合物的组成成分组成成分eIF

29、-5促进上述起始因子从促进上述起始因子从40S小亚基脱落，以便小亚基脱落，以便40S小亚基与小亚基与60S大亚基结大亚基结合形成合形成80S起始复合物起始复合物eIF-6促进无活性的促进无活性的80S核糖体解聚生成核糖体解聚生成40S小亚基和小亚基和60S大亚基大亚基真核生物翻译过程的蛋白质因子及其功能（续）真核生物翻译过程的蛋白质因子及其功能（续） 延长因子延长因子功能功能eEF1促进氨基酰促进氨基酰-tRNA进入进入A位，结合水解位，结合水解GTP（相当于原核（相当于原核EF-Tu）eEF1调节亚基（相当于原核调节亚基（相当于原核EF-Ts ）eEF-2有转位酶活性（相当于原核有转位酶活性

30、（相当于原核EF-G）释放因子释放因子功能功能eRF识别所有终止密码子（具有原核各种识别所有终止密码子（具有原核各种RF的功能的功能( (一一) )真核生物翻译的起始阶段真核生物翻译的起始阶段在真核起始因子的作用下，在真核起始因子的作用下， Met-tRNAiMet-tRNAiMetMet 、mRNAmRNA与核糖体与核糖体结合，形成结合，形成80S80S起始复合物的过程。起始复合物的过程。起始阶段也包括四个小事件的发生起始阶段也包括四个小事件的发生核蛋白体大小亚基分离核蛋白体大小亚基分离Met-tRNAiMet-tRNAifMetfMet与核糖体小亚基结合与核糖体小亚基结合mRNAmRNA在

31、小亚基上定位结合在小亚基上定位结合核蛋白体大亚基的结合核蛋白体大亚基的结合原核生物与真核生物翻译的起始步骤比较原核生物与真核生物翻译的起始步骤比较原核生物原核生物（70S起始复合物形成）起始复合物形成）真核生物真核生物（80S起始复合物）起始复合物）1.核蛋白体大小亚基分离核蛋白体大小亚基分离1.核蛋白体大小亚基分离核蛋白体大小亚基分离2.mRNA在小亚基上定位结合在小亚基上定位结合（借助于（借助于S-D序列）序列）2.起始蛋氨酰起始蛋氨酰tRNA与核糖体小亚基结合与核糖体小亚基结合（43S前起始复合物）前起始复合物）（肽链的第一个氨基酸为蛋氨酸）（肽链的第一个氨基酸为蛋氨酸）3.起始甲酰蛋氨

32、酰起始甲酰蛋氨酰tRNA的结合的结合（肽链的第一个氨基酸为甲酰（肽链的第一个氨基酸为甲酰蛋氨酸）蛋氨酸）3.mRNA与与43S前起始复合物定位结合前起始复合物定位结合（48S复合物）复合物）（真核（真核mRNA不含不含S-D序列，但在序列，但在mRNA5 端端有有Kozak共有序列共有序列CCPuCCAUGG借助于借助于5 帽子结构和帽子结构和3 polyA结构结构和帽子结合和帽子结合蛋白，即蛋白，即 eIF-4F（eIF-4E与与eIF-4G复合物）、复合物）、 eIF-4A、 eIF-4B 和和poly结合蛋白完成）结合蛋白完成）4.核蛋白体大亚基的结合核蛋白体大亚基的结合（70S起始复合

33、物形成）起始复合物形成）4.大亚基与大亚基与48S复合物结合复合物结合（80S起始复合物）起始复合物）40S50S40S40S1.核蛋白体大小亚基分离核蛋白体大小亚基分离60SE eIF-3eIF-2B促进核糖体的大、小亚基分离促进核糖体的大、小亚基分离 eIF-640SeIF-3eIF-2B2. 2. Met-tRNAiMet结合到小亚基结合到小亚基- -首先占据首先占据P P位位eIF-2GTP3.mRNA3.mRNA在小亚基上定位结合在小亚基上定位结合eIF-3eIF-2BUACOH3C-S-CH2CH2-CH-CNH2eIF-2GTPAAAAUG UAA4.核蛋白体大亚基的结合核蛋白体

34、大亚基的结合AAAeIF-3eIF-2BAUG UAA60SE60sU A COH3C-S-CH2CH2-CH-CNH2eIF-2GTP（二）（二）真核生物翻译的真核生物翻译的延长阶段延长阶段肽链的延长是在核蛋白体上连续性循环式进行，肽链的延长是在核蛋白体上连续性循环式进行，每循环一次，每循环一次，形成一个肽键，即增加一个氨基酸残基，故又称为核蛋形成一个肽键，即增加一个氨基酸残基，故又称为核蛋白体循环白体循环每次核蛋白体循环包括三个步骤：每次核蛋白体循环包括三个步骤：v进位（进位（entrance）（注册）（注册）v成肽成肽(peptide bond formation)v转位转位(trans

35、location)真核细胞核糖体没有真核细胞核糖体没有E位，转位时卸载的位，转位时卸载的tRNA直接从直接从P位脱位脱落。落。60SU A AA U G5340S40SMet1.1.进位：氨基酰进位：氨基酰-tRNA-tRNA进到核糖体的进到核糖体的A A位位aa2AUU50SU A AA U G53MetMet40S40S2.2.成肽：成肽：肽酰转移酶肽酰转移酶催化肽键的生成催化肽键的生成真核生物的肽酰转移酶为真核生物的肽酰转移酶为核糖体大亚基的为核糖体大亚基的为28S rRNAaa2A U UMetMet50SE40S每次移动一个遗传密码的距离，转位耗能每次移动一个遗传密码的距离，转位耗能

36、（消耗（消耗GTP的一个的一个高能磷酸键）。高能磷酸键）。原核生物由转位酶是原核生物由转位酶是EF-G(80kD)，真核为延长因子，真核为延长因子23.3.转位转位- -核糖体与核糖体与mRNAmRNA相对移动相对移动 同时有肽酰同时有肽酰-tRNA-tRNA由由A A位移向位移向P P位位aa2A U UMetU A AA U G5350SEP（三）（三）真核生物翻译的真核生物翻译的终止阶段终止阶段当当mRNAmRNA上终止密码出现后，多肽链合成停止，肽链从肽酰上终止密码出现后，多肽链合成停止，肽链从肽酰- -tRNAtRNA中释出，中释出，mRNAmRNA、核蛋白体等分离。终止过程需要、核

37、蛋白体等分离。终止过程需要eRFeRF参加参加。终止过程需消耗终止过程需消耗GTPGTP。AUGUAA53eRFfMetaa2aa3aa4aa5aa aa aa aa aa aan aaaaaaaaaaaa aa aa aa aa aan 多聚核糖体多聚核糖体：指多：指多个核蛋白体（个核蛋白体（1010100100个）以相同的距个）以相同的距离、以相同的离、以相同的 速度、速度、沿着同一条沿着同一条mRNAmRNA翻翻译出多条相同的肽译出多条相同的肽链。链。当第一个核蛋白体当第一个核蛋白体移动约移动约8080个核苷酸个核苷酸时，第二个核蛋白时，第二个核蛋白体启动，以此类推。体启动，以此类推。蛋

38、白质生物合成总结蛋白质生物合成总结成分成分作用作用细胞内定位细胞内定位细胞浆细胞浆合成的场所合成的场所核糖体核糖体mRNA的作用的作用合成的模板（密码子）合成的模板（密码子）原核有序列，真核没有原核有序列，真核没有tRNA的作用的作用搬运氨基酸（氨基酸臂），并与密码子结合搬运氨基酸（氨基酸臂），并与密码子结合rRNA的作用的作用与蛋白质构成核糖体与蛋白质构成核糖体核糖体上的功能位点核糖体上的功能位点 氨酰位（氨酰位（P位）：结合肽酰位）：结合肽酰tRNA肽酰位（肽酰位（A位）：结合氨酰位）：结合氨酰tRNA原核有位，真核没有原核有位，真核没有肽酰转移酶肽酰转移酶本质为核酶。原核为本质为核酶。原

39、核为23SrRNA；真核为；真核为28SrRNA。催化肽键生成，兼有酯酶活性。催化肽键生成，兼有酯酶活性。氨基酰氨基酰tRNA合成酶合成酶催化氨基酰催化氨基酰-tRNA生成，兼有酯酶活性生成，兼有酯酶活性蛋白质生物合成总结蛋白质生物合成总结成分成分作用作用转位酶转位酶催化核糖体沿催化核糖体沿mRNA 的的5 向向3 移动，每次移移动，每次移动一个密码的距离。动一个密码的距离。原核为原核为延长因子延长因子G，真核为延长因子，真核为延长因子2核糖体循环步骤核糖体循环步骤进位：氨酰进位：氨酰tRNA 进到进到A位位成肽：肽酰转移酶催化肽键生成成肽：肽酰转移酶催化肽键生成移位：转位酶催化核糖体移位移位

40、：转位酶催化核糖体移位能量消耗能量消耗每形成一个肽键至少消耗每形成一个肽键至少消耗4个高能磷酸键。个高能磷酸键。肽链第一个氨基酸肽链第一个氨基酸 原核为原核为甲酰蛋氨酸甲酰蛋氨酸真核为蛋氨酸真核为蛋氨酸有一有一DNADNA单链：单链：5 5 AGCCCGAGTTATAGCCCGAGTTAT3 3 。试写出它的互补链？若以该互补链试写出它的互补链？若以该互补链为转录模板，写出它的转录产物？为转录模板，写出它的转录产物？若以该转录产物为翻译的模板，写若以该转录产物为翻译的模板，写出它的肽段氨基酸顺序？标出每个出它的肽段氨基酸顺序？标出每个产物的方向。产物的方向。第三节第三节 肽链合成的加工修饰肽链

41、合成的加工修饰 及蛋白质的靶向输送及蛋白质的靶向输送新生肽新生肽：从核糖体上释放出的多肽链不一定就是具有：从核糖体上释放出的多肽链不一定就是具有生物学功能的蛋白质，这种新合成的多肽链称为新生物学功能的蛋白质，这种新合成的多肽链称为新生肽（或初级翻译产物）生肽（或初级翻译产物）加工修饰加工修饰：对新生肽进行水解、剪裁、添加糖链、羟：对新生肽进行水解、剪裁、添加糖链、羟化、二硫键形成、亚基聚合等过程，并使其折叠成化、二硫键形成、亚基聚合等过程，并使其折叠成正确的三维构象才能成为具有生物学功能的蛋白质正确的三维构象才能成为具有生物学功能的蛋白质分子的过程。分子的过程。靶向输送靶向输送：指蛋白质合成后

42、经过复杂机制、定向转运：指蛋白质合成后经过复杂机制、定向转运到最终发挥功能场所的过程。到最终发挥功能场所的过程。一、多肽链的折叠一、多肽链的折叠几种有促进蛋白质折叠功能的分子几种有促进蛋白质折叠功能的分子 分子伴侣分子伴侣 (molecular chaperon) 蛋白质二硫键异构酶蛋白质二硫键异构酶 (protein disulfide isomerase, PDI) 肽肽-脯氨酰顺反异构酶脯氨酰顺反异构酶 (peptide prolyl-cis-trans isomerase, PPI)（一）（一）分子伴侣分子伴侣1.分子伴侣分子伴侣(molecular chaperon)：分子伴侣是指：

43、分子伴侣是指促进、帮助、监视和加速蛋白质进行正确折叠促进、帮助、监视和加速蛋白质进行正确折叠的一类蛋白质分子。的一类蛋白质分子。2.分子伴侣主要有：分子伴侣主要有： 热休克蛋白热休克蛋白(heat shock protein,HSP)家族家族（Hsp70、Hsp40、GrpE） 伴侣蛋白（伴侣素）伴侣蛋白（伴侣素）(chaperonin)家族家族(E.coli：GroEL、 GroES;真核：真核：Hsp60、Hsp10)。3.3.分子伴侣的功能分子伴侣的功能 封闭待折叠蛋白质的暴露的疏水区段封闭待折叠蛋白质的暴露的疏水区段 创建一个隔离的环境，可以使蛋白质的折叠创建一个隔离的环境，可以使蛋白

44、质的折叠互不干扰互不干扰 促进蛋白质折叠和去聚集促进蛋白质折叠和去聚集 遇到应激刺激，使已折叠的蛋白质去折叠遇到应激刺激，使已折叠的蛋白质去折叠（E.coli）热休克蛋白（）热休克蛋白（HSP）HSP70（Dna K）：由基因）：由基因dna K 编码。编码。N端有结合与水解端有结合与水解ATP的的ATP酶结构域，酶结构域，C端有结合肽链的结构域。端有结合肽链的结构域。HSP70的作用需要的作用需要HSP40和和GrpE两个辅助因子的参与。两个辅助因子的参与。A.HSP40（Dna J）：由基因）：由基因dna J 编码。在编码。在ATP存在时，存在时， HSP40与与HSP70的相互作用，激

45、活的相互作用，激活HSP70的的ATP酶活性，酶活性，抑制蛋白质的聚集。抑制蛋白质的聚集。B.GrpE：核苷酸交换因子，促进：核苷酸交换因子，促进ATP交换交换ADP。通过与。通过与HSP40作用，改变作用，改变HSP70的构象而抑制其的构象而抑制其ATP酶活性。酶活性。热休克蛋白（热休克蛋白（HSP）作用机制）作用机制（E.coli）伴侣蛋白作用机制）伴侣蛋白作用机制（二）（二）蛋白质二硫键异构酶蛋白质二硫键异构酶蛋白质二硫键异构酶：催化错配二硫键的断裂并形成正确的蛋白质二硫键异构酶：催化错配二硫键的断裂并形成正确的二硫键二硫键（三）肽肽- -脯氨酰顺反异构酶脯氨酰顺反异构酶肽肽- -脯氨酰

46、顺反异构酶催化肽脯氨酰顺反异构酶催化肽- -脯氨酰顺反异构体间脯氨酰顺反异构体间的转变的转变二、一级结构的修饰二、一级结构的修饰（一）一级结构的加工修饰一级结构的加工修饰1.1.切除切除N-N-甲酰基或蛋氨酸或切除信号肽甲酰基或蛋氨酸或切除信号肽（1 1）脱甲酰基酶：去除甲酰基）脱甲酰基酶：去除甲酰基（2 2）氨基肽酶：去除蛋氨酸）氨基肽酶：去除蛋氨酸（3 3）信号肽酶：去除信号肽）信号肽酶：去除信号肽OH3C-S-CH2CH2-CH-CNH2H-COaa2aa3aa4aa5aa6aa7aa8aa9aa10aan（二）肽链中个别氨基酸残基的共价修饰（二）肽链中个别氨基酸残基的共价修饰1.糖基化

47、：糖蛋白分子中天冬酰胺残基，丝氨酸残基或苏氨糖基化：糖蛋白分子中天冬酰胺残基，丝氨酸残基或苏氨酸残基的糖基化。酸残基的糖基化。HMG CoA还原酶无糖链时，活性下降还原酶无糖链时，活性下降90%。2.羟基化：胶原蛋白分子中的羟赖氨酸残基和羟脯氨酸残基羟基化：胶原蛋白分子中的羟赖氨酸残基和羟脯氨酸残基是由于赖氨酸残基和脯氨酸残基的羟基化。是由于赖氨酸残基和脯氨酸残基的羟基化。3.甲基化：组蛋白分子中精氨酸糖基化的甲基化甲基化：组蛋白分子中精氨酸糖基化的甲基化4.磷酸化：蛋白质分子中丝氨酸残基、苏氨酸残基或酪氨酸磷酸化：蛋白质分子中丝氨酸残基、苏氨酸残基或酪氨酸残基的磷酸化残基的磷酸化5.5.亲脂

48、性修饰亲脂性修饰（三）多肽链的水解加工（三）多肽链的水解加工胰岛素原的水解修饰胰岛素原的水解修饰阿黑皮质素原（阿黑皮质素原（POMCPOMC）水解剪裁）水解剪裁前清蛋白原的水解剪裁前清蛋白原的水解剪裁酶原的激活酶原的激活胰蛋白酶胰蛋白酶三、空间结构的修饰（一）亚基的聚合（一）亚基的聚合（二）辅基的连接（二）辅基的连接 四、蛋白质的靶向输送四、蛋白质的靶向输送（一）靶向转运的概念：指蛋白质合成后经过复杂（一）靶向转运的概念：指蛋白质合成后经过复杂机制、定向输送到最终发挥功能的场所的过程。机制、定向输送到最终发挥功能的场所的过程。（二）蛋白质合成后的去向：（二）蛋白质合成后的去向：（1 1）留在胞

49、液）留在胞液（2 2）进入细胞器）进入细胞器（3 3）分泌到胞外）分泌到胞外（三）信号序列：靶向转运的蛋白质在其一级结构上存（三）信号序列：靶向转运的蛋白质在其一级结构上存在分选信号（在分选信号（主要是主要是N N末端的特异序列末端的特异序列），可引导蛋白），可引导蛋白质转运到靶部位，这类分选信号序列称为质转运到靶部位，这类分选信号序列称为信号序列信号序列。细胞液内的蛋白质细胞液内的蛋白质通常缺乏特殊信号序列通常缺乏特殊信号序列。分泌性蛋白质分泌性蛋白质的特殊信号序列称为的特殊信号序列称为信号肽信号肽定位在细胞核内蛋白质的特殊信号序列称为定位在细胞核内蛋白质的特殊信号序列称为核定位序核定位序列

50、列靶向输送蛋白质的信号序列或成分靶向输送蛋白质的信号序列或成分靶向输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N N端信号肽端信号肽内质网腔蛋白内质网腔蛋白N N端信号肽。端信号肽。C C端端-Lys-Asp-Glu-Leu-Lys-Asp-Glu-Leu线粒体蛋白线粒体蛋白N N端信号序列（端信号序列（2035aa2035aa）核蛋白核蛋白核定位序列核定位序列（-Pro-Pro-Lys-Lys-Lys-Arg-Pro-Pro-Lys-Lys-Lys-Arg-Lys-Val-Lys-Val-，SV40SV40抗原）抗原）过氧化物酶体过氧化物酶体C C端端- Ser-Lys-

51、Leu- Ser-Lys-Leu- -溶酶体蛋白溶酶体蛋白Man-6-PMan-6-P（四）分拣支路（四）分拣支路细胞根据蛋白质的特殊信号序列分拣。细胞根据蛋白质的特殊信号序列分拣。1.1.胞质分拣支路：留在胞液、进入细胞器胞质分拣支路：留在胞液、进入细胞器保留在细胞质内的蛋白质缺乏特殊信号序列。进入细胞器的蛋保留在细胞质内的蛋白质缺乏特殊信号序列。进入细胞器的蛋白质存在特殊信号特征。白质存在特殊信号特征。2.2.粗面内质网分拣支路粗面内质网分拣支路多肽链借助于其多肽链借助于其信号肽信号肽的引导、经过内质网膜，进入内质网后折叠，的引导、经过内质网膜，进入内质网后折叠，在高尔基复合体中被包装成分

52、泌小泡，转行至细胞膜而分泌出在高尔基复合体中被包装成分泌小泡，转行至细胞膜而分泌出胞。胞。（五）分泌性蛋白质的靶向输送五）分泌性蛋白质的靶向输送蛋白质通过内质网膜需具备三个条件：蛋白质通过内质网膜需具备三个条件： N N端的信号肽端的信号肽 蛋白质的自身结构特点蛋白质的自身结构特点 输送机制输送机制（1 1）信号肽）信号肽信号信号肽概念肽概念：信号肽：信号肽(signal peptide)是指未成熟蛋白质是指未成熟蛋白质中有一段可被细胞转运系统识别、并把后续肽链引向膜中有一段可被细胞转运系统识别、并把后续肽链引向膜性结构的特征性的氨基酸序列。性结构的特征性的氨基酸序列。信号信号肽的序列特点：肽的序列特点：A.通常位于通常位于氨基端氨基端，一般由，一般由1336多个氨基酸残基组成。多个氨基酸残基组成。B.氨