第十一章蛋白质生物合成

1、第十一章蛋白质生物合成l遗传信息贮存于遗传信息贮存于DNADNA分子中，通过转录生成分子中，通过转录生成mRNAmRNA，由，由mRNAmRNA传递的遗传信息被蛋白质生物合成成为蛋白质的传递的遗传信息被蛋白质生物合成成为蛋白质的氨基酸排列顺序，因此蛋白质生物合成过程又称为翻氨基酸排列顺序，因此蛋白质生物合成过程又称为翻译。译。l蛋白质生物合成过程中需要蛋白质生物合成过程中需要200200多种生物大分子参加，多种生物大分子参加，其中最关键的是其中最关键的是mRNAmRNA、tRNAtRNA、rRNArRNA。l翻译包含起始、延长和终止三个阶段的连续过程。翻译包含起始、延长和终止三个阶段的连续过程

2、。l蛋白质生物合成的多肽链，要经过翻译后的加工，多蛋白质生物合成的多肽链，要经过翻译后的加工，多种蛋白质在胞液合成后还需要输送到适当部位发挥作种蛋白质在胞液合成后还需要输送到适当部位发挥作用。用。l氨基酸是蛋白质合成的原料，由氨基酸是蛋白质合成的原料，由mRNAmRNA编码的氨基编码的氨基酸只有酸只有2020种，它们是蛋白质合成的直接原料。种，它们是蛋白质合成的直接原料。l蛋白质分子中含有的一些特殊氨基酸是在肽链合蛋白质分子中含有的一些特殊氨基酸是在肽链合成后经修饰加工形成的。成后经修饰加工形成的。（一）（一）mRNAmRNA的作用的作用lmRNAmRNA是结构基因的转录产物，含有是结构基因的

3、转录产物，含有DNADNA传递的遗传信息。传递的遗传信息。lmRNAmRNA分子上以分子上以5 533方向，由方向，由AUGAUG开始到开始到3 3端终止端终止密码子之间的核苷酸序列，称为一个开放阅读框架。密码子之间的核苷酸序列，称为一个开放阅读框架。l在阅读框架内，每在阅读框架内，每3 3个连续的核苷酸组成一个三联体的个连续的核苷酸组成一个三联体的遗传密码解读蛋白质中遗传密码解读蛋白质中2020种氨基酸，称为遗传密码子。种氨基酸，称为遗传密码子。l方向性方向性起始密码子总是位于开放阅读框架起始密码子总是位于开放阅读框架5 5端，终止端，终止密码子位于密码子位于3 3- -末端，且密码子的三个

4、核苷酸也是按末端，且密码子的三个核苷酸也是按5 53 3方向阅读的。方向阅读的。l连续性连续性阅读阅读mRNAmRNA分子中遗传密码是从分子中遗传密码是从5 5端起始密码起端起始密码起始开始每始开始每3 3个核苷酸连续不断地向个核苷酸连续不断地向3 3端阅读，直至终止密端阅读，直至终止密码出现。码出现。l简并性简并性一个氨基酸具有两种或两种以上密码子（同义一个氨基酸具有两种或两种以上密码子（同义密码）的现象（除蛋氨酸和色氨酸外）。密码）的现象（除蛋氨酸和色氨酸外）。l摆动性摆动性密码子和反密码子配对，有时会出现不遵密码子和反密码子配对，有时会出现不遵循碱基配对规律的情况，称为遗传密码的摆动性。

5、循碱基配对规律的情况，称为遗传密码的摆动性。l通用性通用性是指所有生物体在蛋白质生物合成过程中是指所有生物体在蛋白质生物合成过程中使用的遗传密码相同。使用的遗传密码相同。tRNAtRNA反密码子第反密码子第1 1位碱基位碱基mRNAmRNA反密码子第反密码子第3 3位碱基位碱基I IU U、C C、A AU UA A、G GG GU U、C CA AU UC CG Gl一种氨基酸可以和一种氨基酸可以和2 26 6种种tRNAtRNA特异地结合，特异地结合，tRNAtRNA分子分子反密码环的反密码子与反密码环的反密码子与mNRAmNRA的密码子配对。的密码子配对。l反密码子与密码子配对有时不严格

6、遵守碱基配对原则，反密码子与密码子配对有时不严格遵守碱基配对原则，出现摆动配对。出现摆动配对。l各种细胞核蛋白体都有大、小两个亚基构成，每个亚各种细胞核蛋白体都有大、小两个亚基构成，每个亚基都由多种基都由多种rRNArRNA和核蛋白质组成。和核蛋白质组成。l胞质中的核蛋白体分为两类：一类附着于粗面内质网；胞质中的核蛋白体分为两类：一类附着于粗面内质网；另一类游离于胞质。另一类游离于胞质。l核蛋白体小亚基上有核蛋白体小亚基上有mRNAmRNA结合的部位，使结合的部位，使mRNAmRNA附着于附着于核蛋白体上；核蛋白体上；l大亚基不仅有转肽酶活性，还有结合氨基酰的大亚基不仅有转肽酶活性，还有结合氨

7、基酰的A A位和结位和结合肽酰的合肽酰的P P位（在原核生物还有位（在原核生物还有E E位）。位）。1.1.氨基酰氨基酰-tRNA-tRNA合成酶合成酶在在ATPATP存在时，催化生成氨基存在时，催化生成氨基酰酰-tRNA-tRNA，具有绝对专一性和校正活性；，具有绝对专一性和校正活性；2.2.转肽酶转肽酶位于核蛋白体大亚基（核酶），其作用是位于核蛋白体大亚基（核酶），其作用是使大亚基使大亚基P P位上的肽酰基转移到位上的肽酰基转移到A A位上氨基酰基的氨基位上氨基酰基的氨基上生成肽键；上生成肽键；3.3.转位酶转位酶其活性存在于其活性存在于EF-GEF-G，其作用是使核蛋白体，其作用是使核蛋

8、白体向向mRNAmRNA的的3 3- -端移动一个密码子的距离。端移动一个密码子的距离。氨基酸氨基酸 + + tRNA + ATPtRNA + ATP氨基酰氨基酰- -tRNA + AMP + PPitRNA + AMP + PPi氨基酰氨基酰- -tRNAtRNA合成酶合成酶MnMn2+2+或或MgMg2+2+l其他蛋白质因子，如起始因子（其他蛋白质因子，如起始因子（IFIF/ /eIFeIF）、延长）、延长因子（因子（EFEF/eEF/eEF）、释放因子（）、释放因子（RFRF/ /eRFeRF）等；）等；l无机离子，如无机离子，如MgMg2+2+、K K+ +等；等；l供能物质，如供能物

9、质，如ATPATP、GTPGTP等。等。l“L L”形的形的tRNAtRNA具有两个功能端：一端是反密码子，能识具有两个功能端：一端是反密码子，能识别别mRNAmRNA中的密码子并与它配对结合；另一端能与氨基中的密码子并与它配对结合；另一端能与氨基酸共价结合。酸共价结合。ltRNAtRNA携带的氨基酸是由氨基酰携带的氨基酸是由氨基酰- -tRNAtRNA合成酶催化的，该合成酶催化的，该酶具有绝对专一性，能特异地识别氨基酸和酶具有绝对专一性，能特异地识别氨基酸和tRNAtRNA，并，并利用利用ATPATP释放的能量完成氨基酰释放的能量完成氨基酰- -tRNAtRNA的合成。的合成。氨基酸氨基酸

10、+ + ATP-EATP-E氨基酰氨基酰- -AMP-E + PPiAMP-E + PPi氨基酰氨基酰- -tRNA + AMP + EtRNA + AMP + E氨基酰氨基酰- -AMP-E + tRNAAMP-E + tRNAl密码子密码子AUGAUG可编码蛋氨酸（可编码蛋氨酸（MetMet），同时还是起始密码。），同时还是起始密码。l在蛋白质合成过程中特异识别在蛋白质合成过程中特异识别mRNAmRNA上起始密码子上起始密码子AUGAUG的的tRNAtRNA称为起始称为起始tRNAtRNA，用，用tRNAtRNAi i或者或者tRNAtRNAi imetmet表示；在多肽表示；在多肽链延伸

11、过程中运载氨基酸的链延伸过程中运载氨基酸的tRNAtRNA统称为普通统称为普通tRNA tRNA ，用，用tRNAtRNA或者或者tRNAtRNAmetmet表示。表示。l真核生物：真核生物：Met-tRNAMet-tRNAi iMetMet 原核生物：原核生物：fMet-tRNAfMet-tRNAi if fMetMet（一）肽链生物合成的起始（一）肽链生物合成的起始l原核蛋白质生物合成起始是指大、小亚基、原核蛋白质生物合成起始是指大、小亚基、mRNAmRNA和具和具有启动作用的氨基酰有启动作用的氨基酰-tRNA-tRNA聚合为起始复合物的过程。聚合为起始复合物的过程。l参与起始复合物形成的

12、物质有核蛋白体大亚基、核蛋参与起始复合物形成的物质有核蛋白体大亚基、核蛋白体小亚基、白体小亚基、mRNAmRNA、起始氨基酰（甲酰蛋氨酰）、起始氨基酰（甲酰蛋氨酰）-tRNA-tRNA和各种起始因子（和各种起始因子（IFIF或或eIFeIF）等。）等。l核蛋白体亚基的拆离核蛋白体亚基的拆离l30S30S前起始复合物的形成前起始复合物的形成l70S70S起始复合物的形成起始复合物的形成IF3IF3IF1IF1IF1IF1IF3IF3mRNAmRNAAUGAUG2 26 63 34 45 5S-DS-DGTPGTP，MgMg2+2+IF3IF3IF1IF1mRNAmRNAAUGAUG2 26 63

13、 34 45 5S-DS-DmRNAmRNAAUGAUG2 26 63 34 45 5S-DS-DfMet-tRNAfMet-tRNAfMetfMetIF2IF2IF1,2,3IF1,2,3mRNAmRNAAUGAUG2 26 63 34 45 5S-DS-DfMet-tRNAfMet-tRNAfMetfMetIF3IF3IF1IF1IF1IF1IF2IF2IF3IF3GDP+PiGDP+PimRNAmRNAAUGAUG2 26 63 34 45 5S-DS-DIF1,2,3IF1,2,3mRNAmRNAAUGAUG2 26 63 34 45 5S-DS-DfMet-tRNAfMet-tRNA

14、fMetfMetfMet-tRNAfMet-tRNAfMetfMetl肽链延长阶段是指根据肽链延长阶段是指根据mRNAmRNA密码序列的指导，依次添密码序列的指导，依次添加氨基酸，从加氨基酸，从N N端向端向C C端延伸肽链，直到合成终止的过端延伸肽链，直到合成终止的过程。程。l原核和真核生物翻译延长过程基本相同，可分为进位、原核和真核生物翻译延长过程基本相同，可分为进位、成肽和转位三个步骤，每循环一次延长一个氨基酸。成肽和转位三个步骤，每循环一次延长一个氨基酸。l延长阶段需要的蛋白质因子称为延长因子（延长阶段需要的蛋白质因子称为延长因子（EFEF），还），还需要需要GTPGTP、MgMg2+

15、2+和和K K+ +等参与。等参与。l根据根据A A位上对应的位上对应的mRNAmRNA遗传密码，相应的氨基酰遗传密码，相应的氨基酰-tRNA-tRNA进入核蛋白体进入核蛋白体A A位，称为进位（又称为注册）。位，称为进位（又称为注册）。l在进位前需要延长因子在进位前需要延长因子EF-TEF-T（包括（包括TuTu、TsTs两个亚基）两个亚基）和和EF-GEF-G的作用。的作用。进位进位成肽成肽转位转位l参与肽链终止的蛋白质因子称为释放因子（参与肽链终止的蛋白质因子称为释放因子（RFRF）：）：RF-1RF-1（识别（识别UAAUAA、UAGUAG）、）、RF-2RF-2（识别（识别UAAUA

16、A、UGAUGA）和）和RF-3RF-3（转肽（转肽酶变构、激活其酯酶活性）。酶变构、激活其酯酶活性）。l解聚后的大小亚基又可重新聚合形成起始复合物，开始另解聚后的大小亚基又可重新聚合形成起始复合物，开始另一条肽链的合成，此过程即核蛋白体循环。一条肽链的合成，此过程即核蛋白体循环。（一）参与蛋白质生物合成的蛋白质因子（一）参与蛋白质生物合成的蛋白质因子l参与翻译的起始因子较多参与翻译的起始因子较多l原核细胞延长因子原核细胞延长因子EF-TuEF-Tu和和EF-GEF-G对应的真核细胞延长因对应的真核细胞延长因子子eIF-1eIF-1和和eIF-2eIF-2，tRNAtRNA释放方式不同释放方式

17、不同l真核细胞释放因子只有一种，具有真核细胞释放因子只有一种，具有GTPGTP酶活性酶活性（二）起始的氨基酰（二）起始的氨基酰-tRNA-tRNA生成起始复合物生成起始复合物IFIF大小亚基分离大小亚基分离起始起始tRNAtRNA结合结合mRNAmRNA就位就位IF-3IF-3、IF-1IF-1核酸核酸- -核酸、核酸核酸、核酸- -蛋白质蛋白质的辨认结合的辨认结合eIF-3eIF-3、3A3A、4C4CeIFeIFIF-2IF-2、IF-1IF-1eIF-2eIF-2、2B2B、3 3、4C4CeIF-3eIF-3、1 1、4A4A、4B4B、4E4E、4F4F大亚基结合大亚基结合GTPGT

18、P水解、各种水解、各种IFIF脱落脱落eIF-5eIF-5原核生物原核生物真核生物真核生物功功 能能EF-TuEF-TuEF-TsEF-TsEF-GEF-G促进氨基酰促进氨基酰- -tRNAtRNA进入进入A A位，结合位，结合GTPGTP调节亚基，从调节亚基，从EF-TuEF-Tu中置换出中置换出GDP GDP 有转位酶活性，促进有转位酶活性，促进mRNA-mRNA-肽酰肽酰- -tRNAtRNA由由A A位位进至进至P P位，促进卸载位，促进卸载tRNAtRNA的释放的释放EF1-EF1-EF1-EF1-、EF2EF2l真核生物的真核生物的mRNAmRNA含有含有7-7-甲基鸟苷三磷酸形成

19、的帽子结甲基鸟苷三磷酸形成的帽子结构（与核蛋白体结合）和多聚腺苷酸的尾（跨核膜转构（与核蛋白体结合）和多聚腺苷酸的尾（跨核膜转运）的单顺反子。运）的单顺反子。l真核生物真核生物mRNAmRNA代谢较慢，无代谢较慢，无SDSD序列，其前体常含有插序列，其前体常含有插入序列，需要在加工时切除。入序列，需要在加工时切除。l某些可感染哺乳动物的某些可感染哺乳动物的RNARNA病毒，其病毒，其RNARNA部分呈部分呈mRNAmRNA活活性，性，RNARNA内含有核蛋白体进入位点（类似内含有核蛋白体进入位点（类似SDSD序列）。序列）。l核蛋白体大、小亚基分离核蛋白体大、小亚基分离l起始氨基酰起始氨基酰-

20、 -tRNAtRNA的结合的结合lmRNAmRNA在核蛋白体小亚基的准确就位（扫描）在核蛋白体小亚基的准确就位（扫描）l核蛋白体大亚基结合核蛋白体大亚基结合Met-GTP-eIF2Met-GTP-eIF2eIF3eIF3eIF4CeIF4CmRNAmRNAMetMetMetMetATPATPADP+PiADP+PiGDP+PiGDP+PieIF2,3,4,C,5eIF2,3,4,C,5eIF4A,4B,4E,4FeIF4A,4B,4E,4FeIF5eIF5MetMet（五）转录和蛋白质生物合成的不同步性（五）转录和蛋白质生物合成的不同步性（六）核糖体结构（六）核糖体结构（七）抑制剂（七）抑制剂

21、l细胞内合成蛋白质时常细胞内合成蛋白质时常常一条常一条mRNAmRNA链上结合着链上结合着多个核蛋白体同时进行多个核蛋白体同时进行肽链的合成，形成多聚肽链的合成，形成多聚核蛋白体循环；核蛋白体循环；l核蛋白体在核蛋白体在mRNAmRNA上最大上最大密度为相隔密度为相隔8080个核苷酸个核苷酸有一个核蛋白体。有一个核蛋白体。（一）新生肽链的折叠（一）新生肽链的折叠l蛋白质二硫键异构酶蛋白质二硫键异构酶l肽链脯氨酸异构酶肽链脯氨酸异构酶l分子伴侣分子伴侣GroELGroEL（Hsp60Hsp60）折叠蛋白质的过程折叠蛋白质的过程1.1.起始蛋氨酸的去除起始蛋氨酸的去除2.2.剪接修饰剪接修饰3.3

22、.部分氨基酸的共价修饰部分氨基酸的共价修饰 磷酸化修饰；磷酸化修饰； 糖基化修饰；糖基化修饰； 羟基化修饰；羟基化修饰； 二硫键形成。二硫键形成。KRKR：赖氨酸和精氨酸残基：赖氨酸和精氨酸残基MSHMSH：促黑激素：促黑激素LTLT：脂酸释放激素：脂酸释放激素ACTHACTH：促肾上腺皮质激素：促肾上腺皮质激素信号肽信号肽KRKRKRKRKRKRKRKR103103肽肽ACTHACTH-LT-LT-MSH-MSH-MSH-MSH内啡肽内啡肽POMCPOMCPOMCPOMC：阿黑皮素原：阿黑皮素原l 亚基的聚合亚基的聚合l 辅基的连接辅基的连接l 疏水脂键的连接疏水脂键的连接l 糖链的添加糖链

23、的添加l不论是原核生物还是真核生物，细胞内合成的蛋白质不论是原核生物还是真核生物，细胞内合成的蛋白质都需要定位于细胞的特定区域才能发挥其作用，蛋白都需要定位于细胞的特定区域才能发挥其作用，蛋白质合成后定向输送到其执行功能的区域的现象称为蛋质合成后定向输送到其执行功能的区域的现象称为蛋白质的靶向转运（又称为蛋白分送）。白质的靶向转运（又称为蛋白分送）。l蛋白质靶向转运去向：保留在胞质；进入线粒体、蛋白质靶向转运去向：保留在胞质；进入线粒体、细胞核或其他细胞器；分泌入体液，再输送到其应细胞核或其他细胞器；分泌入体液，再输送到其应发挥作用的靶器官和靶细胞。发挥作用的靶器官和靶细胞。l原核生物细胞外膜

24、、内膜和周质膜间隙所含的蛋白质原核生物细胞外膜、内膜和周质膜间隙所含的蛋白质几乎都是分泌蛋白，其中绝大多数含有信号肽。几乎都是分泌蛋白，其中绝大多数含有信号肽。l信号肽（也称为信号序列）是指分泌性蛋白质其信号肽（也称为信号序列）是指分泌性蛋白质其N N端端14143636个以疏水氨基酸为主的保守性序列。个以疏水氨基酸为主的保守性序列。l信号肽的作用是将合成的蛋白质移向内质网膜，与之信号肽的作用是将合成的蛋白质移向内质网膜，与之结合最终穿过胞膜送出细胞外。结合最终穿过胞膜送出细胞外。l在真核细胞中，蛋白质的生物合成与分泌是同时时行在真核细胞中，蛋白质的生物合成与分泌是同时时行的，真核细胞合成的蛋白质的的，真核细胞合成的蛋白质的N N端也有信号肽，也能形端也有信号肽，也能形成两个成两个- -螺旋发夹结构，插入到内质网膜，将正在合成螺旋发夹结构，插入到内质网膜，将正在合成中的多肽链带入内质网腔。中的多肽链带入内质网腔。l在内质网腔中由粗面内质网向滑面内质网移行，最后在内质网腔中由粗面内质网向滑面内质网移行，最后进入高尔基体；在高尔基复合体中进一步加工后，贮进入高尔基体；在高尔基复合体中进一步加工后，贮存于分泌泡，泡膜与质膜融合，即可排出细胞外。存于分泌泡，泡膜与质膜融合，即可排出细胞外。l