蛋白质生物合成修饰和分泌

1、关于蛋白质的生物合成修饰和分泌第一张，PPT共一百三十五页，创作于2022年6月本节课内容蛋白质的合成蛋白质翻译后修饰蛋白质的折叠蛋白质的靶向转运第二张，PPT共一百三十五页，创作于2022年6月DNA RNA ProteinNuclearmembraneTranscriptionRNA ProcessingTranslationDNAPre-mRNAmRNARibosomeProtein真核生物细胞一、蛋白质的合成（翻译）第三张，PPT共一百三十五页，创作于2022年6月 TranscriptionTranslationDNAmRNARibosomeProtein原核生物细胞DNA RNA

2、Protein第四张，PPT共一百三十五页，创作于2022年6月蛋白质生物合成的概念 利用某一特定核苷酸序列的mRNA作为模板，合成相应氨基酸序列的多肽链的过程。 因为该过程将遗传信息从mRNA传递给了新合成的蛋白质，mRNA的核苷酸序列被转换成了蛋白质中的氨基酸序列，所以该过程也被形象的称为翻译。第五张，PPT共一百三十五页，创作于2022年6月中心法则central dogma氨基端羧基端第六张，PPT共一百三十五页，创作于2022年6月DNA是遗传物质的携带者，并通过RNA控制蛋白质的合成。4种核苷酸 VS 20种氨基酸? 物理学家Gamov通过数学推算，认为3个核苷酸决定一个氨基酸，首

3、次提出“密码”概念。大量实验证明mRNA上相邻三个碱基编码一种氨基酸(AA)，因而被称为碱基三联体或密码子。四种核苷酸，能有43 =64组密码子。1966年已经完全查清了20种基本氨基酸所对应的61个密码子，其中有一个密码子也作为肽链合成的起始密码子, 另外还有三个终止密码子。 在遗传密码的破译中,美国科学家M.W.Nirenberg等人做出了重要贡献, 于1968年获得了诺贝尔生理医学奖.（一）遗传密码（genetic code）第七张，PPT共一百三十五页，创作于2022年6月第八张，PPT共一百三十五页，创作于2022年6月（1）密码子的方向性（directivity） 密码子的阅读方向

4、及它们在mRNA由起始信号到终止信号的排列方向均为5-3，与mRNA链合成时的延伸方向相同。（2）密码子的简并性（degeneracy） 64-3=61个代表20种氨基酸，仅甲硫氨酸、色氨酸只有一个密码子。一个氨基酸可以有几个不同的密码子，编码同一个氨基酸的一组密码子称为同义密码子。这种现象称为密码子的简并性，意义？遗传密码的特点第九张，PPT共一百三十五页，创作于2022年6月第十张，PPT共一百三十五页，创作于2022年6月（3）密码子的连续性（commaless）从正确起点开始至终止信号，密码子的排列是连续的。既不存在间隔（无标点），也无重叠。在mRNA分子上插入或删去一个碱基，会使该点

5、以后的读码发生错误，称为移码，由这种情况引起的突变称为移码突变。（4）密码子的通用性（universal） 各种低等和高等生物，包括病毒、细菌及真核生物，基本上共用同一套遗传密码。有例外：真核生物线粒体DNA的编码方式与通常遗传密码有所不同。3起始密码子5第十一张，PPT共一百三十五页，创作于2022年6月（5）密码子的摆动性（wobble ）如丙氨酸的密码子是GCU、GCC、GCA和GCG，前两位碱基相同，只第三位不同 ，显然密码子的专一性基本取决于前两位碱基，第三位碱基有较大灵活性。tRNA上的反密码子与mRNA上的密码子配对时，密码子的第一位、第二位碱基配对是严格的，第三位碱基可以有一定

6、变动，这种现象称为密码的摆动性（wobble）。在tRNA反密码子中除A、U、G、C四种碱基外，还经常在第一位出现稀有碱基次黄嘌呤（I），次黄嘌呤可以和A、U、C配对，也是常见的摆动现象。第十二张，PPT共一百三十五页，创作于2022年6月密码子前两位碱基中单个碱基的变化通常产生不同的氨基酸，但是具有相同的物理化学性质，如第二位碱基往往决定了氨基酸是极性还是非极性的，这种一个氨基酸被另一个具有相似化学性质的氨基酸所替代的现象，称为保守性替换。Asp和Glu相互替换，酸性氨基酸第十三张，PPT共一百三十五页，创作于2022年6月（6）密码子的偏爱性同一个氨基酸有多个密码子，但对原核、酵母及哺乳动

7、物细胞来说，其中有一两个是被优先选用的。基因工程中，人工合成靶基因时尤其要注意在不同表达系统中选择不同的密码子。第十四张，PPT共一百三十五页，创作于2022年6月（7）起始密码子和终止密码子 在64种密码子中，AUG为甲硫氨酸的密码子，又是肽链合成的起始密码子，UAA、UAG、UGA为终止密码子，不编码任何氨基酸，而成为肽链合成的终止部位（无义密码子）。AUG 肽链内部Met的密码子原核生物编码甲酰甲硫氨酸起始密码真核生物编码甲硫氨酸UAA，UGA ，UAG ：终止密码子第十五张，PPT共一百三十五页，创作于2022年6月（8）第二套密码系统 tRNA氨基酸臂有一辅密码区，可被氨基酰-tRN

8、A合成酶识别并决定tRNA的特异性。 取代tRNALeu中反密码子以外的12个碱基，能够使tRNALeu转变为tRNASer。 第十六张，PPT共一百三十五页，创作于2022年6月蛋白质合成概述1. 原料：氨基酸2. 模板：mRNA3. 运载工具：tRNA4. 装配场所：核糖体5. 能量：GTP，ATP6. 酶：氨基酰tRNA合成酶；转肽酶7. 蛋白因子：起始、延长、终止各阶段均有蛋白因子参与，如果是真核生物，则在这些因子前加“e” (eukaryotic)，如：eIF、eRF等。（二）蛋白质合成的分子基础总共需要大约200种生物大分子的参与第十七张，PPT共一百三十五页，创作于2022年6月

9、mRNA（messenger RNA）的概念首先是由Jacob和Monod 1961年提出来的。mRNA的半衰期很短，极不稳定，一旦完成其使命后很快就被水解掉。原核生物和真核生物mRNA的结构差异较大，尤其是在5端。1. mRNA是蛋白质合成的模板第十八张，PPT共一百三十五页，创作于2022年6月（1）5端SD序列 起始密码子AUG上游9-13个核苷酸处，有一段可与核糖体16S rRNA配对结合的、富含嘌呤的3-9个核苷酸的共同序列，一般为AGGA，此序列称SD序列。它与核糖体小亚基内16S rRNA的3端一段富含嘧啶的序列（称反SD序列）互补，形成氢键，因此SD序列也称为核蛋白体结合位点，

10、SD序列使得结合于30S亚基上的起始tRNA能正确地定位于mRNA的起始密码子AUG。（2）原核mRNA分子，许多是多顺反子。原核生物一条连续的mRNA链往往为功能相关的几种蛋白质（例如一个酶系统）编码 。如E. coli中一个7000bp的mRNA编码5种与色氨酸合成有关的酶。原核生物mRNA的结构第十九张，PPT共一百三十五页，创作于2022年6月（1）真核生物mRNA 5端有m7GpppN帽子结构，无SD序列，3端有polyA尾巴。 帽子结构具有增强翻译效率的作用。若起始AUG与帽子结构间的距离太近（小于12个核苷酸），就不能有效利用这个AUG，而从下游适当的AUG起始翻译；当距离在17

11、-80个核苷酸之间时，离体翻译效率与距离成正比。真核生物mRNA的结构（2）真核生物mRNA通常是单顺反子。 真核mRNA具有“第一AUG规律”，即当5端具有数个AUG时，其中只有一个AUG作为开放阅读框架的翻译起点，起始AUG具有两个特点： AUG上游的 -3经常是嘌呤，尤其是A； 紧跟AUG的 +4常常是G。第二十张，PPT共一百三十五页，创作于2022年6月mRNA是遗传信息的携带者遗传学上将编码一种蛋白质或多肽的遗传单位称为顺反子(cistron)。原核细胞中数个结构基因常串联为一个转录单位，转录生成的mRNA可编码几种功能相关的蛋白质，为多顺反子(polycistron) 。真核mR

12、NA只编码一种蛋白质，为单顺反子(single cistron) 。 第二十一张，PPT共一百三十五页，创作于2022年6月原核生物的多顺反子真核生物的单顺反子非编码序列核蛋白体结合位点起始密码子终止密码子编码序列PPP53蛋白质PPPmG -53蛋白质第二十二张，PPT共一百三十五页，创作于2022年6月开放读码框架（open reading frame, ORF） mRNA链上，从5至3 ，以AUG为起点，每三个碱基作为一个密码子连续阅读，直至出现终止密码子，若编码的多肽链有功能活性，则该段密码子就称为ORF。ORF之外的序列并不组成密码子，称为非编码区，或者非翻译区（untranslat

13、ed region, UTR）.但UTR并不是无功能的，往往在翻译调控中具有重要的意义。第二十三张，PPT共一百三十五页，创作于2022年6月tRNA（transfer RNA）在蛋白质合成中，起着运载氨基酸的作用，按照mRNA链上的密码子所决定的氨基酸顺序将氨基酸转运到核糖体的特定部位。同功受体tRNA: 一种氨基酸可以有一种以上tRNA作为运载工具。把携带相同氨基酸而反密码子不同的一组tRNA称为同功受体tRNA。反密码子(anticodon)：tRNA分子上三个特定的碱基组成一个反密码子，位于反密码子环上。2.tRNA转运活化的氨基酸至mRNA模板上第二十四张，PPT共一百三十五页，创作

14、于2022年6月 tRNA有两个关键部位： 3端CCA：接受氨基酸，形成氨酰-tRNA，需ATP提供活化氨基酸所需的能量。 与mRNA结合部位-反密码子部位：tRNA的接头作用35ICCA-OH53CCA-OHG G CC C G密码子与反密码子的阅读方向均为53，两者反向平行配对。tRNA凭借自身的反密码子识别mRNA链上的密码子，把所带氨基酸放到肽链的一定位置。第二十五张，PPT共一百三十五页，创作于2022年6月tRNA 是密码子和氨基酸之间的中介第二十六张，PPT共一百三十五页，创作于2022年6月3. 核糖体是蛋白质合成的工厂核糖体又称核蛋白体，它是蛋白质合成的场所。存在方式：真核生

15、物：游离核糖体或与内质网结合原核生物：游离核糖体或与mRNA结合成串状的多核糖体（提高翻译效率）。不论原核细胞还是真核细胞，一条mRNA可以被同时几个核糖体阅读，把同时结合并翻译同一条mRNA的多个核糖体称为多核糖体。第二十七张，PPT共一百三十五页，创作于2022年6月 多核糖体一条mRNA链上同时具有许多个核糖体（每隔80核苷酸有一个核糖体）一条mRNA可同时合成多条多肽链第二十八张，PPT共一百三十五页，创作于2022年6月不同来源核糖体的大小和RNA组成 核糖体是由核糖核酸（称为核糖体核酸, rRNA）和几十种蛋白质分子（核糖体蛋白）组成的一个巨大的复合体。不同类型生物中核糖体的结构高

16、度保守，尽管其rRNA和核糖体蛋白的一级结构有所不同，但其三级结构却惊人的相似。第二十九张，PPT共一百三十五页，创作于2022年6月小亚基大亚基核糖体头颈体脊鼻柄mRNA结合位点，负责对模板mRNA序列特异性识别，如起始部位识别，密码子与反密码子相互作用负责肽键的形成，AA-tRNA和肽酰基-tRNA的结合等大小亚基缔合形成一个空腔，如隧道贯穿整个核糖体，蛋白质的合成就在其中进行大小亚基的结构第三十张，PPT共一百三十五页，创作于2022年6月结构：有大量的茎环结构，结构复杂，是核糖体的骨架。功能：（1）蛋白质合成的施工平台（骨架）；（2）催化肽键形成的转移酶活性存在于23S rRNA上：去

17、掉细菌核糖体的蛋白质组分，保持rRNA的相对完整性，发现蛋白质的合成仍可进行；（3）参与tRNA与mRNA的结合：mRNA先识别rRNA的特定序列并结合固定下来，然后tRNA再识别并固定到rRNA特定的部位，其反密码子与mRNA密码子配对，16S rRNA上有一段序列与原核mRNA上的SD序列相结合；（4）在大小亚基的聚合中起重要作用；（5）翻译的校正和调控（如结合调控因子）。rRNA的结构与功能RNA分子是整个核糖体的活性中心。第三十一张，PPT共一百三十五页，创作于2022年6月核糖体的主要功能部位小亚基 大亚基 P AE mRNA 氨基酸多肽链mRNA结合部位：位于小亚基，负责对mRNA

18、模板进行序列特异的识别与结合。第三十二张，PPT共一百三十五页，创作于2022年6月受位或氨基酰位（A位）：氨基酰-tRNA的结合部位给位或肽基部位（P位）：肽酰tRNA的结合部位排出位（E位）：与肽酰转移后空载的tRNA结合，A位 进入新的氨酰tRNA后E位空载tRNA脱落。真核无位，原核位于50S。转肽酶活性部位：位于大亚基，催化P位多肽链转移到A位上，与A位的氨基酸形成肽键。GTase位点：转移酶的结合位点。与蛋白质合成有关的其他起始因子、延长因子和终止因子的结合位点。第三十三张，PPT共一百三十五页，创作于2022年6月 原核生物（大肠杆菌）每秒钟可翻译20个氨基酸，比真核生物快得多，

19、而真核生物每分钟才大约50个氨基酸。真核生物和原核生物在蛋白质合成方面有许多共同之处。(三) 蛋白质的合成过程反应步骤： 氨基酸的活化 肽链合成的起始 肽链的延长 肽链的终止第三十四张，PPT共一百三十五页，创作于2022年6月氨基酸的活化和氨酰tRNA的合成是蛋白质生物合成的第一步，由氨酰tRNA合成酶催化。氨基酸活化活化氨基酸的转运活化氨基酸与核糖体结合（1）氨酰tRNA合成酶氨基酰-tRNA合成酶：既能识别氨基酸，又能识别tRNA。特异性强，催化特定的氨基酸与特异的tRNA结合，每种氨基酸都由特异的合成酶催化，此种特异性保证了遗传信息准确翻译。（2）催化过程 氨基酸+ATP+tRNA氨基

20、酰-tRNA+AMP+ppi（3）氨基酸一旦与tRNA形成氨酰tRNA后，进一步的去向就由tRNA来决定了，tRNA凭借自身的反密码子与mRNA上的密码子相识别，从而把所携带的氨基酸送到肽链的一定位置上。每一个密码子对应的肽链位置上都能掺入正确的氨基酸。1.氨基酸的活化和转运第三十五张，PPT共一百三十五页，创作于2022年6月翻译是从形成起始复合物开始的，在原核生物中该过程需要三个起始因子（initiation factor）参与，IF1，IF2，和IF3。（1）IF1, IF3首先结合在30S亚基上，IF1与A位结合，防止tRNA在起始阶段和A位的结合，IF3则可以防止30S亚基与50S亚

21、基缔合，促进30S亚基附着于mRNA的起始信号部位；（2）mRNA结合到30S亚基上。原核mRNA起始密码子上游的SD序列，与30S亚基上的16S rRNA 3端的一段互补序列配对结合，使mRNA处于核糖体上恰当位置，并使起始密码子AUG处于P位点。2. 翻译的起始（以原核生物为例）第三十六张，PPT共一百三十五页，创作于2022年6月（3）IF2 、fMet-tRNAifmet结合到30S亚基上 IF2是一个GTP结合蛋白，它先与30S亚基结合并促使起始氨酰tRNA的密码子与mRNA上的AUG结合（P位点）。原核生物的起始氨酰tRNA是N-甲酰甲硫氨酰tRNA（ fMet-tRNAifmet

22、 ）。（4）50S大亚基结合到30S小亚基上，形成起始复合物 GTP水解成GDP释放的能量引起30S亚基构象变化，50S亚基结合到30S亚基上，同时IF1，IF2和IF3释放。 因此，原核生物肽链合成的起始复合体由mRNA、70S核糖体、fMet-tRNA组成。第三十七张，PPT共一百三十五页，创作于2022年6月起始复合物的形成第三十八张，PPT共一百三十五页，创作于2022年6月 肽链延长在核蛋白体上连续性循环式进行，又称为核糖体循环(ribosomal cycle)，每次循环增加一个氨基酸，包括以下三步：（1）进位(entrance)：新的氨酰tRNA进入核糖体的A位点；（2）转肽(pe

23、ptide bond formation)：肽键形成；（3）转位(translocation)：核糖体移位。3.肽链的延伸指根据mRNA密码序列的指导，次序添加氨基酸从N端向C端延伸肽链，直到合成终止的过程。 第三十九张，PPT共一百三十五页，创作于2022年6月延伸过程所需蛋白因子称为延长因子(elongation factor, EF)原核生物：EF-T(EF-Tu、EF-Ts)，EF-G真核生物：EF-1、EF-2 原核延长因子生物功能对应真核延长因子EF-Tu促进氨基酰-tRNA进入A位，结合分解GTPEF-1-EF-Ts调节亚基EF-1-EFG有转位酶活性，促进mRNA-肽酰-tRN

24、A由A位前移到P位，促进卸载tRNA释放EF-2肽链合成的延长因子 第四十张，PPT共一百三十五页，创作于2022年6月又称注册(registration)（1）进位指根据mRNA下一组遗传密码指导，使相应氨基酰-tRNA进入核蛋白体A位。 第四十一张，PPT共一百三十五页，创作于2022年6月第四十二张，PPT共一百三十五页，创作于2022年6月（2）转肽P位和A位都被氨基酰tRNA结合（P位是氨基酰-tRNA/A位是肽酰-tRNA）；由转肽酶(transpeptidase)催化2个氨基酸残基间形成肽键；P位（给位）的tRNA脱酰基，氨（肽）酰基转移至A位（受位）。注意：肽键形成是转肽酶催化

25、的，转肽酶是大亚基中的23S rRNA（具有催化能力的RNA-核酶）;转肽过程不消耗ATP或GTP。第四十三张，PPT共一百三十五页，创作于2022年6月 P位是脱酰基的tRNA，A位是二肽酰-tRNA（或肽酰-tRNA）; 移位因子EF-G-GTP结合到核糖体; GTP水解提供能量，核糖体向3方向移动一个密码子位置; 同时EF-G-GTP水解成GDP，EF-G与GTP结合后再生。（3）移位第四十四张，PPT共一百三十五页，创作于2022年6月核糖体循环第四十五张，PPT共一百三十五页，创作于2022年6月 4、肽链合成的终止 当mRNA上终止密码出现后，多肽链合成停止，肽链从肽酰-tRNA中

26、释出，mRNA、核蛋白体等分离，这些过程称为肽链合成终止。 释放因子：与终止相关的蛋白因子称为释放因子(release factor, RF) 原核生物释放因子：RF-1，RF-2，RF-3 真核生物释放因子：eRF 释放因子的功能： 识别终止密码 使肽链从核蛋白体上释放 第四十六张，PPT共一百三十五页，创作于2022年6月多肽链合成的终止过程肽链终止阶段：核蛋白体沿mRNA链滑动，不断使多肽链延长，直到终止信号进入受位。1、识别：RF识别终止密码，进入核蛋白体的受位。2、水解：RF使转肽酶变为水解酶，多肽链与tRNA之间的酯键被水解，多肽链释放。3、解离：通过水解GTP，使核蛋白体与mRN

27、A分离，tRNA、RF脱落，核蛋白体解离为大、小亚基。 第四十七张，PPT共一百三十五页，创作于2022年6月消耗的高能键(原核细胞)甲酰-甲硫氨酰-tRNA合成：ATP AMP 2起始（IF-2）：GTP GDP 1第二个aa-tRNA合成：ATP AMP 2第二个aa-tRNA进入核糖体（EF-TU）：GTP GDP 1核糖体移位（EF-G）：GTP GDP 1终止：GTP GDP 1合成二肽（形成一个肽链）需8个高能键，其后每加一个aa需4个高能键。例：合成200个aa残基的多肽8+4(n-2)=8+1984=800 (n表示氨基酸个数)（真核生物：起始多1个ATP和1个GTP）5.蛋白

28、质合成中的能量计算第四十八张，PPT共一百三十五页，创作于2022年6月6.真核与原核蛋白质合成的异同真核生物原核生物遗传密码相同相同翻译体系相似相似转录与翻译不偶联，转录和翻译的间隔约15min，mRNA前体需加工，从细胞核转运到细胞质偶联起始因子多，起始复杂少mRNA需剪接，加5帽子和3尾巴，单顺反子无SD序列，代谢慢，哺乳动物46h无需加工，多顺反子，有SD序列，细菌13min核糖体80S70S起始tRNAMet-tRNAiMetfMet-tRNAiMet起始阶段需ATP，910种起始因子，eIF小亚基先与Met-tRNAiMet结合需ATP，GTP,3种起始因子，eIF小亚基先与mRN

29、A结合延长阶段没有E位，空载tRNA直接从P位脱离空载tRNA从位脱落终止阶段种识别种终止密码子种第四十九张，PPT共一百三十五页，创作于2022年6月1、抗生素四环素族：包括土霉素、金霉素、四环素，能抑制氨基酰-tRNA与原核细胞的核蛋白体结合，从而抑制细菌的蛋白质合成。氯霉素：能与原核生物70S核糖体结合，高浓度时对真核生物内线粒体的蛋白合成也有阻断作用；链霉素和卡那霉素：与原核细胞30S亚基结合，改变其构象，引起读码错误。对结核杆菌敏感。嘌呤霉素：结构与酪氨酰-tRNA相似，从而取代一些氨基酰-tRNA进入翻译中的核蛋白体A位，当延伸中的肽转入此异常A位时，容易脱落，终止肽链合成。对原核

30、和真核细胞的蛋白合成均有影响。放线菌酮：抑制核蛋白体转肽酶，只对真核生物有特异性作用，多用于研究。（四）蛋白质合成的抑制剂第五十张，PPT共一百三十五页，创作于2022年6月（1） 干扰素（interferon） 干扰素真核细胞感染病毒后分泌的具有抗病毒作用的蛋白质，抑制病毒的繁殖。干扰素（白细胞干扰素），干扰素（成纤维细胞干扰素），干扰素（淋巴细胞干扰素）蛋白激酶2、阻断蛋白质合成的其他蛋白类物质 干扰素的抗病毒机制： 抑制蛋白质合成干扰素+双链RNA诱导寡核苷酸2-5A合成酶eIF2eIF2-P诱导病毒mRNA ATP转化为多聚腺苷酸核酸内切酶RNaseL降解激活第五十一张，PPT共一百三

31、十五页，创作于2022年6月(2)白喉毒素 可以与真核生物的延伸因子eEF-2结合，导致核糖体循环终止（无法移位），因此白喉菌素是剧毒的，几微克即能致人于死地。白喉杆菌产生的毒蛋白，由A、B两条链组成。本质：A链-修饰酶 B链识别受体，协助A链作用机制: eEF2 A链 eEF2- 腺苷二磷酸核糖衍生物 (无活性) 共价修饰第五十二张，PPT共一百三十五页，创作于2022年6月1.mRNA向细胞质的运输 核膜创造的转录与翻译的隔离为基因的表达提供了一个重要的调控机制。mRNA的加工（内含子切除）、mRNA向细胞质的运输都是调控方式，后者是一个非常重要的调控过程，并且它至少需要mRNA5端的帽子

32、和3端的poly A尾巴。（五）真核生物的翻译调控2.mRNA的稳定性调控 mRNA的半衰期从20分钟到24小时。mRNA上有一些稳定序列，还有一些去稳定序列，后者的二级结构是核酸酶的底物；特定蛋白与mRNA上特定序列的结合能影响它的稳定性；3端的腺苷化和去腺苷化会影响mRNA的稳定性和翻译活性；在核中，mRNA被加工后运输到细胞质时含有100200个polyA尾巴，当polyA缩减到30个以下时整个mRNA就会被降解。第五十三张，PPT共一百三十五页，创作于2022年6月3.翻译的负调控 一些阻遏蛋白能结合在特定mRNA的5端阻止翻译的进行，如铁蛋白的合成。铁蛋白是储铁的蛋白，主要发现于肝细

33、胞中。铁蛋白mRNA上有铁应答元件（IRE），阻遏蛋白可以与其结合，当细胞中铁浓度高时，那么大量的铁原子就结合到阻遏蛋白上，使它从IRE上解离，铁蛋白mRNA就可以被翻译。4.起始因子的磷酸化调控 当遭遇热休克、病毒感染、生长因子缺乏等逆境时，真核细胞eIF-2就发生磷酸化，大部分蛋白质的合成降低，而一些hsp和其它蛋白的翻译增强，以应付热休克和其他胁迫条件，但其机理还不清楚。第五十四张，PPT共一百三十五页，创作于2022年6月5.真核生物双功能 mRNA 极少数真核mRNA上，可能从两个不同AUG起始合成蛋白质。若两个AUG属于同一阅读框，则形成两个长短不同的蛋白质，其中有部分多肽完全相同

34、。若两个AUG处于不同的阅读框中，则合成两个序列完全不同的蛋白质。一条mRNA可合成两种蛋白质，称双功能mRNA。（p73 和 N73）6.只有最后一个终止密码子的多基因mRNA的翻译 如真核生物的泛素蛋白基因。酵母有5个泛素基因，人类有9个泛素基因，每个基因编码76个aa的泛素。这些重复的基因组成基因簇。泛素羧基端水解酶可识别泛素的空间构象，当翻译进行到一个单位时，泛素的空间构象形成，这种酶可切下泛素单位。第五十五张，PPT共一百三十五页，创作于2022年6月（六）蛋白质合成障碍与疾病缺铁性贫血：缺铁 血红素合成减少 eIF2蛋白激酶激活 eIF2与GEF亲和力增加 催化-eIF2-GDP中

35、蛋白的磷酸化抑制GEF功能 eIF2-GDP不能转换为eIF2-GTP贫血 包括血红蛋白在内的所有蛋白质合成停止 GEF：鸟苷酸交换因子，促进eIF2上的GDP被GTP取代第五十六张，PPT共一百三十五页，创作于2022年6月小儿麻痹症： 脊髓灰质炎病毒是RNA病毒，其mRNA病毒无帽子结构，翻译不需要eIF4F的存在，因此阻止宿主细胞翻译可以更加有效的利用宿主细胞的能量进行自身蛋白合成。 脊髓灰质炎病毒感染，促使翻译起始因子eIF4F的一个亚基降解，mRNA 5端帽子结构不能解旋，翻译不能够进行。第五十七张，PPT共一百三十五页，创作于2022年6月研究发现，人类基因大约有3万-5万个，这仅

36、仅是线虫和果蝇染色体基因数的3-5倍。而生命体内复杂生命过程的调控，仅仅靠这样小数目的基因远不能满足需要。人类生命过程的复杂性不单是基因直接表达的结果，正是蛋白质翻译后修饰，使得一个基因并不只对应一个蛋白质，从而赋予人类生命过程更多的复杂性。蛋白质翻译后修饰过程尤为重要。它使蛋白质的结构更为复杂，功能更为完善，调节更为精细，作用更为专一。二、蛋白质的翻译后修饰第五十八张，PPT共一百三十五页，创作于2022年6月细胞的许多生理功能，例如细胞对外界环境的应答以及细胞内诸多蛋白质的功能，都是通过动态的蛋白质翻译后修饰来实现的。从核蛋白体释放的多肽链，不一定具备生物活性。肽链从核蛋白体释放后，经过细

37、胞内各种修饰处理过程，成为有活性的成熟蛋白质的过程，称为翻译后加工（post-translational processing）。翻译后加工分为： 高级结构的修饰 一级结构的修饰 靶向运输第五十九张，PPT共一百三十五页，创作于2022年6月1.亚基聚合 具有四级结构的蛋白质需进行亚基之间的聚合，形成寡聚体。如血红蛋白4个亚基的聚合。膜上的镶嵌蛋白、跨膜蛋白也多为寡聚体，各亚基自有独立功能，但又必须互相依存，才得以发挥作用。（一）高级结构的修饰第六十张，PPT共一百三十五页，创作于2022年6月 蛋白质分为单纯蛋白及结合蛋白两大类。蛋白质与糖、脂类、核酸、血红素等结合形成糖蛋白、脂蛋白、核蛋白

38、、血红蛋白等结合蛋白质。2.辅基连接 第六十一张，PPT共一百三十五页，创作于2022年6月 真核生物翻译后调控较复杂，合成后的多肽需经过一定的加工，修饰或互相聚合才有活性。 N端和C端的修饰：N端（甲酰）甲硫氨酸切除，乙酰化切除加工：前体蛋白 二硫键的形成：2个Cys的巯基之间的脱氢氧化形成二硫键多肽链中个别氨基酸侧链的化学修饰：磷酸化：丝氨酸、苏氨酸、酪氨酸羟基化：脯氨酸、赖氨酸乙酰化：赖氨酸甲基化：色氨酸泛素化、sumolytion和Nedd：赖氨酸核糖基化：谷氨酸（二）一级结构的修饰 第六十二张，PPT共一百三十五页，创作于2022年6月 典型的情况包括切除N-端甲硫氨酸、信号肽序列和

39、切除部分肽段将无活性的前体转变成活性形式。 1.切除加工 原核生物 脱甲 酰基酶 Met-fMet-氨基肽酶 真核细胞N-端甲硫氨酸切除第六十三张，PPT共一百三十五页，创作于2022年6月一些酶的前体（称为前体酶proenzyme，或酶原zymegen）只有切除特定的肽段后才能从无活性形式转变成活性形式,活性中心形成或暴露的过程。酶原激活-胰凝乳蛋白酶的成熟需要两个部位的切除第六十四张，PPT共一百三十五页，创作于2022年6月 多肽类激素均以“前原”形式合成，含有的信号序列（前）和附加序列（原）在成熟过程中被切除掉。通常单一前体顺序可能包含两个或者多个不同激素，通过累加切割释放出每个激素多

40、肽类激素的水解产生第六十五张，PPT共一百三十五页，创作于2022年6月蛋白质剪接原核生物 和低等真核生物的一些基因含有一个在阅读框内的编码一个内在域的可读框，该内在域随后从蛋白质上切下来，形成新的蛋白质，称为内蛋白子（intein）。第六十六张，PPT共一百三十五页，创作于2022年6月2.二硫键的形成 二硫键通常只发现于分泌蛋白（如胰岛素）和某些膜蛋白中，在细胞质中由于有各种还原性物质（如谷胱甘肽glutathione和硫氧还蛋白thioredoxin）所以细胞质蛋白没有二硫键。因为内质网腔是一个非还原性环境，所以粗糙内质网上的新生肽只暂时形成二硫键。当新生肽进入内质网腔时，一些肽链可能会

41、按氨基酸次序依次暂时形成二硫键，但最终会通过交换二硫键位置的形式形成正确的结构，内质网中可能还有一种二硫键异构酶（disulfide isomerase）催化该过程。二硫键的形成对蛋白质的功能活性具有重要意义。第六十七张，PPT共一百三十五页，创作于2022年6月3.糖基化 糖基化是蛋白质的一种重要的翻译后修饰。蛋白质的糖基化是低聚糖以糖苷的形式与蛋白上特定的氨基酸残基共价结合的过程。 蛋白质糖基化可以按照氨基酸和糖的连接方式分为四类：O位糖基化、N位糖基化、C位甘露糖化以及糖基磷脂酰肌醇GPI (glycophosphatidlyinositol)锚定连接。第六十八张，PPT共一百三十五页，

42、创作于2022年6月O位糖基化多发生在临近脯氨酸的丝氨酸或苏氨酸残基上。O位多聚糖以逐步加接单糖的形式形成低聚糖。目前没有发现特异的蛋白序列作为糖基化位点。O位糖基化反应发生在细胞内两个部位，一是发生在高尔基体上，一是发生在细胞核或细胞质中。 发生在高尔基体上的糖基化, 起始于丝氨酸和苏氨酸羟基上连接N-乙酰半乳糖胺、N-乙酰葡萄糖胺、甘露糖、海藻糖等的还原端。分泌蛋白和膜结合蛋白O位糖基化发生在N位糖基化及蛋白折叠之后，在高尔基体顺面上完成。 发生在细胞核和细胞质中的糖基化是在丝氨酸或苏氨酸残基上连接一个单糖：N-乙酰葡萄糖胺。第六十九张，PPT共一百三十五页，创作于2022年6月N位糖基化

43、是在内质网上由糖基转移酶催化，在内分泌蛋白和膜结合蛋白的天冬酰氨残基的氨基上结合寡糖的过程。普遍认为N位糖基化发生在蛋白Asn-Xaa-Ser/Thr(Xaa为除脯氨酸外的所有氨基酸残基)序列上，少数情况下Asn-Xaa-Cys 序列也作为糖基化位点。C位甘露糖化是将一分子-mannopyranosyl 残基通过CC键连接到色氨酸吲哚环C-2上，这种糖基化方式多发生在模体W-X-X-W，W-X-X-C 或者W-X-X-F的第一个色氨酸残基上。GPI锚定连接指的是磷脂酰-纤维糖组在靠近蛋白C端部位结合，将蛋白连接到细胞膜上。第七十张，PPT共一百三十五页，创作于2022年6月蛋白糖基化修饰的功能

44、（1）糖基化影响蛋白质分子的生物活性对于某些蛋白质分子如人绒毛膜促性腺激素(hCG)而言，糖基化是其发挥生物学活性必需的。改变蛋白质的糖基化还可以使蛋白分子产生新的生物学活性。（2）糖基化增加蛋白质的稳定性糖基化可增加蛋白质对于各种变性条件(如变性剂、热等) 的稳定性，防止蛋白质的相互聚集。同时，蛋白质表面的糖链还可覆盖蛋白质分子中的某些蛋白酶降解位点，从而增加蛋白质对于蛋白酶的抗性。第七十一张，PPT共一百三十五页，创作于2022年6月（3）糖基化与蛋白质的免疫原性一方面，蛋白质表面的糖链可诱发特定的免疫反应，另一方面，糖链又可遮盖蛋白质表面的某些抗原表位从而降低其免疫原性。（4）糖基化与分

45、子识别细胞表面的糖链被认为是“分子天线”参与细胞识别，糖链还参与抗原与抗体及抗体Fc段与其受体FcR的相互识别。第七十二张，PPT共一百三十五页，创作于2022年6月（5）糖基化与蛋白质的可溶性蛋白质表面的糖链可增加蛋白质分子的溶解性。（6）糖基化影响蛋白质的转运蛋白质表面的糖链可作为蛋白分子的胞内定位信号，如糖蛋白N2糖链经修饰，带有甘露糖，这些糖蛋白(多数是水解酶)就被分拣和投递到溶酶体中。糖基化还可增加糖蛋白的分泌效率。（7）糖基化影响治疗用蛋白的疗效对于治疗用蛋白，糖基化还可影响蛋白药物在体内的半衰期和靶向性。第七十三张，PPT共一百三十五页，创作于2022年6月4. 脂基化修饰 蛋白

46、质脂基化为长脂肪链通过O或者S原子与蛋白质缀合得到蛋白缀合物的过程，通常是蛋白质分子中半胱氨酸残基的S键被棕榈酰基乙酰化，或者被法呢基烷基化。这两种脂肪链通常共同修饰同一个蛋白质分子，通过脂肪链与生物磷脂膜良好的相溶性，将蛋白质固定在细胞膜上。 最常见的亲脂修饰是酰化和异戊二烯化。尽管豆蔻酸在真核细胞中很罕见，但是豆蔻酰化却是最常见的酰化形式之一。N-豆蔻酰化（豆蔻酸以酰氨键形式共价连在肽链N端的残基上）能增加特定G蛋白的亚基对膜结合的、亚基的亲和力。第七十四张，PPT共一百三十五页，创作于2022年6月蛋白质亲脂修饰后可以改变膜结合能力和特定的蛋白与蛋白之间的相互作用。脂蛋白是一类膜结合蛋白

47、，其特定的脂肪链修饰，帮助这类蛋白在细胞膜上定位，并进一步协助该蛋白发挥生物功能。近年来生物物理学研究发现，脂蛋白只有固定在膜上之后，才有参与生物功能的活性。脂基化对于生物体内的信号转导过程起着非常关键的作用，脂基化蛋白相当于细胞信号转导的开关。在人体信号转导过程中，从生长因子到基因表达的调控需要经过一系列的过程。信号从生长因子受体转导到含有SH2结构域的接头蛋白，再继续转导到鸟苷酸交换因子，然后转导到Ras蛋白，Ras蛋白与GTP的结合，对整个信号转导过程起到开关的作用。第七十五张，PPT共一百三十五页，创作于2022年6月 真核细胞是一个被蛋白磷酸化和去磷酸化所控制的实体，蛋白磷酸化参与代

48、谢调控和信号转导以及蛋白与蛋白之间的相互作用，包括细胞的增殖、发育和分化、神经活动、肌肉收缩、新陈代谢及肿瘤的发生、发展等生命活动。 非活性蛋白和活性蛋白之间的转换是通过变构效应和共价修饰机理来实现，其中蛋白质磷酸化和去磷酸化是一种通过可逆共价修饰调节蛋白质的方式。涉及的两种酶：激酶和磷酸酶5.磷酸化和去磷酸化第七十六张，PPT共一百三十五页，创作于2022年6月1992年诺贝尔医学与生理学奖得主 美国科学家费希尔与克雷布斯共同发现可逆的蛋白质磷酸化作用是生物的最基本功能之一理论而获奖。他们发现和描述了细胞中蛋白质的调控活动机制，直到现在，细胞生化反应机制仍是当今最热门、研究最广泛的一个领域。

49、第七十七张，PPT共一百三十五页，创作于2022年6月（1）蛋白激酶 蛋白激酶是目前已知的最大的蛋白家族，所有激酶都有一个非常保守的催化核心和多样的调控模式，这些催化核心的一级结构都有很高的同源性，但每一类都有其特性。 催化核心由250300个氨基酸组成，分子量大约为30kDa。 对大多数单亚基的激酶，其催化结构域都位于羧基端，而氨基端的大都起调节作用。多亚基PK，通常其催化结构域构成一个单独的亚基。第七十八张，PPT共一百三十五页，创作于2022年6月蛋白质磷酸化修饰的特点及功能可逆性：蛋白质磷酸化后可被磷酸酶水解而恢复原状。快速高效：但若磷酸化涉及转录因子及基因表达则效应产生较慢但较持久。

50、级联式反应：物质代谢途径和信号转导途径中往往有有一连串的蛋白质磷酸化，构成级联反应，从而产生放大效应，同时各级反应都有可调控性。变构效应和易位：磷酸化修饰后的蛋白有些能够变构或易位。变构能调控酶的活性，而易位又能使酶能到达底物分布的亚细胞区域发挥其催化作用。广泛存在与时空分布：蛋白质磷酸化存在于一切生命活动中，但某些蛋白质的磷酸化修饰有细胞周期特异性、发育阶段异性、组织特异性而呈现时空特异的分布。第七十九张，PPT共一百三十五页，创作于2022年6月蛋白激酶的分类：根据底物的磷酸化位点区分：激酶对靶蛋白的选择主要是激酶对靶蛋白中特定位点的识别。磷酸化位点附近的氨基酸序列区分专一性。如PKA底物

51、中靠近磷酸化位点S/T残基有Arg（精氨酸）。分为三类： 对丝氨酸（Ser）/苏氨酸（Thr）磷酸化专一的激酶家族； 对酪氨酸（Tyr）磷酸化专一的激酶家族； 双专一性蛋白激酶（DSPK），如Weel激酶，可以自身磷酸化两种氨基酸残基，产生等量的P-Ser和P-Tyr。第八十张，PPT共一百三十五页，创作于2022年6月蛋白磷酸酯酶(1) Ser/Thr磷酸酯酶PP1、PP2A、PP2B、PP2C、PPX(2) 酪氨酸磷酸酯酶跨膜的酪氨酸磷酸酯酶非受体型酪氨酸磷酸酯酶第八十一张，PPT共一百三十五页，创作于2022年6月磷酸化蛋白激酶与酯酶的抑制剂研究蛋白质磷酸化修饰的一个非常有力的工具。（1

52、）天然化合物 内源性蛋白和肽抑制物 细胞、真菌和昆虫的二级代谢产物（2）人工合成的化合物天然抑制剂的衍生物第八十二张，PPT共一百三十五页，创作于2022年6月 泛素（ubiquitin或Ub）是由76个氨基酸组成的一种高度保守的多肽，分子量为8.5kDa，通常以单体或与其它蛋白结合的形式广泛存在于各种细胞（又称遍在蛋白）。真核细胞内参与蛋白质的泛素化修饰的酶有：泛素激活酶（E1或UBA）、泛素结合酶（E2s或UBC）、泛素连接酶（E3s），修饰蛋白质的lys残基。6.泛素化修饰第八十三张，PPT共一百三十五页，创作于2022年6月蛋白质的泛素化修饰过程可分为三步：（1）被E1激活的泛素C末端

53、甘氨酸残基和E1酶分子内的半胱氨酸残基形成一个具高能硫酯键的复合物E1-Ub，这一过程需要水解ATP提供能量；（2）通过转酯作用，E1-Ub连接的Ub分子转移到E2酶分子内的半胱氨酸残基上，形成E2-Ub复合物；（3）在E3的参与下Ub与靶蛋白Lys残基的-氨基形成异肽键，生成单泛素化的靶蛋白（一些待降解的靶蛋白含有组成性的降解信号如D-box；一些需要磷酸化等其它方式的共价修饰；一些需要与某些辅助蛋白形成多亚基复合物来识别、降解特异的底物）。第八十四张，PPT共一百三十五页，创作于2022年6月7、SUMO修饰SUMO（small ubiquitin-related modifier）是一种

54、类似ubiquitin的小分子多肽，在真核细胞内遍在表达，与ubiquitin虽只有18的同源性，但两者的空间结构很相似。新合成的SUMO含有101个氨基酸，C端水解后生成97个氨基酸的成熟多肽，共价修饰目的蛋白的Lys残基。Sumoylation属蛋白质的翻译后修饰。Sumoylation和泛素化修饰过程相似，首先sumo激活酶（E1）激活sumo，一部分激活的sumo直接在sumo结合酶（E2）介导下，识别底物蛋白，形成异肽键共价修饰目的蛋白；另一部分结合E2后，还需有sumo连接酶（E3）的参与完成修饰过程，这种底物的选择性是由E3酶决定的。 第八十五张，PPT共一百三十五页，创作于20

55、22年6月SUMO修饰的功能 目前，可以发生Sumoylation的蛋白根据功能可分为：有关基因组结构和稳定性的蛋白，如PCNA；转录因子；转录辅助因子；核孔复合体组成蛋白；信号转导分子；胞质蛋白；病毒蛋白。 蛋白质的定位 转录因子的活性 抑制或激活 Sumo与基因组稳定性的关系第八十六张，PPT共一百三十五页，创作于2022年6月8 Nedd化修饰类泛素化修饰NEDD化与泛素化相似，都是通过异肽键将一个蛋白分子的C 端结合到靶蛋白Lys 残基的-NH2上。NEDD化结合的是一种类泛素蛋白NEDD8，它的C末端为甘氨酸。如NEDD8 结合到p53 的Lys370、Lys372/373 位点。M

56、DM2 能够和NEDD8 结合并增加p53 的NEDD化，该修饰抑制p53 的转录活性。去NEDD 化作用尚无报道。第八十七张，PPT共一百三十五页，创作于2022年6月9.乙酰化和去乙酰化修饰 蛋白质的乙酰化修饰是蛋白的翻译后修饰，功能各异。组蛋白乙酰转移酶（HAT）和组蛋白去乙酰化酶（HDAC） 参与决定组蛋白乙酰化状态。HAT 通常作为多亚基辅激活物复合体的一部分，催化组蛋白乙酰化，导致染色质结构的松散，激活转录；而HDAC 是多亚基辅抑制物复合体的一部分，使组蛋白去乙酰化，导致染色质集缩，并抑制基因的转录。编码这些酶的基因发生染色体易位则容易导致急性白血病的发生。第八十八张，PPT共一

57、百三十五页，创作于2022年6月HAT的主要功能是对核心组蛋白分子N端2540个氨基酸范围内的赖氨酸残基进行乙酰化修饰。HAT将乙酰辅酶A上的乙酰基转移到组蛋白N端赖氨酸的2氨基上, 从而中和了其正电荷, 增加了疏水性, 削弱了DNA与组蛋白的相互作用, 有利于转录因子与DNA的结合, 促进转录。一些转录因子如E2F1、MyoD等转录因子的乙酰化修饰发生在DNA结合区，从而导致结合DNA的能力增强；另外一些蛋白的乙酰化修饰影响蛋白蛋白之间的相互作用及其稳定性，如p53、E2F1、dTCF等。p53的Lys残基发生乙酰化修饰后，一方面通过竞争泛素化修饰的Lys残基而保护p53免受proteaso

58、me降解；一方面通过改变p53的空间构象提高p53的稳定性。（1）乙酰化修饰第八十九张，PPT共一百三十五页，创作于2022年6月当组蛋白去乙酰化酶（HDAC）过量时, 组蛋白乙酰化的平衡将偏向去乙酰化, 从而导致基因表达的调节异常;HDAC1,2,3和HDAC7定位于染色体上易于断裂, 或者易于通过突变、易位、缺失而发生改变的区域, 这可能导致乙酰化状态失衡, 从而致病;自20世纪90年代以来, 越来越多的HDAC抑制剂被发现和验证, 这些抑制剂能够诱导很多转化细胞生长停滞、分化或细胞凋亡;HDAC抑制剂对于基因表达的作用有高度的选择性, 可以激活某些基因的表达而抑制另一些基因的表达。HDA

59、C抑制剂不仅导致组蛋白的乙酰化, 而且可使转录因子乙酰化。（2）去乙酰化修饰第九十张，PPT共一百三十五页，创作于2022年6月结缔组织中的胶原蛋白和弹性蛋白中pro和lys是经过羟基化的。在乙酰胆碱酯酶（降解神经递质乙酰胆碱）和补体系统都发现有4-羟脯氨酸（Hyp）。位于粗糙内质网（RER）上的三种氧化酶（脯氨酰-4-羟化酶，脯氨酰-3-羟化酶和赖氨酰羟化酶）负责特定脯氨酸和赖氨酸残基的羟化。脯氨酰-4-羟化酶只羟化-Gly-x-pro-，脯氨酰-3-羟化酶羟化Gly-pro-4-Hyp，赖氨酸羟化酶只作用于-Gly-X-lys-。胶原蛋白的脯氨酸残基和赖氨酸残基羟化需要Vc，饮食中Vc不足

60、时就易患坏血症（血管脆弱，伤口难愈），原因就是胶原纤维的结构不力。10.羟基化第九十一张，PPT共一百三十五页，创作于2022年6月通过甲基转移酶进行；天冬氨酸的甲基化能促进已破坏蛋白的修复或降解，而在2，3-二磷酸核酮糖羧化酶（rihilose-2,3-biosphosphate carboxylase）、钙调蛋白（calmodulin）、组氨酸（histone）、某些核糖体蛋白和细胞色素C中都有甲基化的赖氨酸残基；其它可甲基化的氨基酸残基还有His（如组蛋白、视紫红质、eEF-2）、Arg（如休克蛋白、核糖体蛋白）。甲基化增加了立体阻力，并且取代了氨基的氢，影响了氢键的形成。因此，甲基化可