第十四章 蛋白质的生物合成

第十四章蛋白质的生物合成

(ProteinBiosynthesis)1导学掌握参与蛋白质生物合成的主要物质及其作用；翻译的基本过程。熟悉遗传密码的特点了解翻译后加工，影响蛋白质生物合成的物质2006-82第十四章蛋白质的生物合成教学内容第一节参与蛋白质生物合成的三种RNA

第二节蛋白质生物合成的过程

第三节翻译后加工

第四节翻译后加工

2006-83第十四章蛋白质的生物合成翻译(Translation)蛋白质的生物合成，即翻译，就是将mRNA分子中4种核苷酸序列编码的遗传信息，通过遗传密码破译的方式解读为蛋白质一级结构中20种氨基酸的排列顺序。2006-84第十四章蛋白质的生物合成CAACUGCAGACAUAUAUGAUACAAUUUGAUCAGUAU5/3/-Gln-Leu-Gln-Thr-Tyr-Met-Ile-Gln-Phe-Asp-Gln-Tyr-mRNA多肽链翻译2006-85第十四章蛋白质的生物合成参与蛋白质生物合成的物质

三种RNAmRNA（messengerRNA,信使RNA）rRNA（ribosomalRNA,核蛋白体RNA）tRNA（transferRNA,转移RNA）20种编码氨基酸(AA)作为原料酶及众多蛋白因子，如IF、eIF

ATP、GTP、无机离子2006-86第十四章蛋白质的生物合成第一节

参与蛋白质生物合成的三种RNA2006-87第十四章蛋白质的生物合成一、mRNA与遗传密码（一）mRNA的作用

mRNA是遗传信息的携带者,mRNA作为翻译的直接模板。遗传学将编码一个多肽的遗传单位称为顺反子(cistron)2006-88第十四章蛋白质的生物合成一、mRNA与遗传密码（一）mRNA的作用

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mRNA只编码一种蛋白质，为单顺反子(singlecistron)

。

2006-89第十四章蛋白质的生物合成2006-810第十四章蛋白质的生物合成遗传密码（geneticcoden）

mRNA分子分子的信息区内上从5至3方向，由AUG开始，每3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，称为三联体遗传密码。2006-811第十四章蛋白质的生物合成（二）遗传密码种类

mRNA分子有4种核苷酸碱基：A、G、C、U，可组合成64个密码子，其中61个分别代表20种不同氨基酸。起始密码(initiationcoden):AUG

终止密码(terminationcoden):UAA，UAG，UGA。2006-812第十四章蛋白质的生物合成遗传密码表第一碱基（5/-端）第二碱基第三碱基（3/-端）终止终止**在mRNA起始部位的AUG为起始信号2006-813第十四章蛋白质的生物合成（三）遗传密码的特点

遗传密码阅读的方向性从mRNA5′端起始密码子AUG到3′端终止密码子之间的核苷酸序列，各个三联体密码子连续排列编码一个蛋白质的多肽链从N端到C端。2006-814第十四章蛋白质的生物合成遗传密码的连续性（三）遗传密码的特点沿5/-3/方向连续阅读插入碱基缺失碱基移码突变酪酪酪苏苏苏亮亮亮5’-U-A-C-U-A-C-U-A-C-U-A-C-3’5’-U-A-C-U-A-C-U-A-C-U-A-C-3’5’-U-A-C-U-A-C-U-A-C-U-A-C-3’2006-815第十四章蛋白质的生物合成（三）遗传密码的特点遗传密码的简并性20种编码氨基酸中除色氨酸和甲硫氨酸各有一个密码子外，其余每一种氨基酸都有2-6个密码子。2006-816第十四章蛋白质的生物合成2006-817第十四章蛋白质的生物合成（三）遗传密码的特点遗传密码的通用性从原核生物到人类都共用同一套遗传密码，被称为遗传密码的通用性。已发现少数例外，如动物细胞的线粒体、植物细胞的叶绿体。密码的通用性进一步证明各种生物进化自同一祖先。

2006-818第十四章蛋白质的生物合成二、tRNA

与氨基酸的转运(一)tRNA

的作用Ser5’Tyr5’2006-819第十四章蛋白质的生物合成密码子与反密码子的摆动配对2006-820第十四章蛋白质的生物合成密码子与反密码子的摆动配对tRNA反密码子的mRNA密码子的第１个碱基第3个碱基

IA、C、UUA、G

GC、G2006-821第十四章蛋白质的生物合成氨基酸的活化氨基酰-tRNA合成酶(aminoacyl-tRNA

synthetase)氨基酸的－羧基与tRNA的3´－CCA的腺苷酸3´－OH以酯键相连形成氨基酰-tRNA

氨基酸+tRNA氨基酰-tRNAATP

AMP＋PPi氨基酰-tRNA合成酶2006-822第十四章蛋白质的生物合成（二）氨基酰-tRNA表示法

氨基酰-tRNA的表示方法：Ala-tRNAAla

Ser-tRNASerMet-tRNAMet起始肽链合成的氨基酰-tRNA：真核生物：Met-tRNAiMet原核生物：fMet-tRNAifMet2006-823第十四章蛋白质的生物合成三、核糖体与蛋白质合成场所（一）核糖体的组成与结构核糖体是蛋白质生物合成的场所。核糖体是由几种rRNA与数十种蛋白质共同构成的超分子复合体。细胞质中的的核糖体有两类:一类附着于粗面内质网,分泌性蛋白质的合成，一类游离于胞质内,细胞固有蛋白质的合成。2006-824第十四章蛋白质的生物合成原核生物与真核生物的核糖体组成核糖体大亚基小亚基rRNA蛋白质rRNA蛋白质原核生物70S23S，5S36种16S21种真核生物80S28S，5.8S，5S,49种18S33种2006-825第十四章蛋白质的生物合成2006-826第十四章蛋白质的生物合成原核生物翻译过程中核糖体结构模式:2006-827第十四章蛋白质的生物合成（二）核糖体的主要功能部位

氨基酰部位（aminoacylsite），简称A位肽酰部位（peptidylsite），简称P位；排出部位（exitsite），简称E位转肽酶（transpeptidase）活性部位；

mRNA结合部位；蛋白因子（IF，EF，RF）结合部位。2006-828第十四章蛋白质的生物合成S-D序列

2006-829第十四章蛋白质的生物合成第二节

蛋白质生物合成的过程2006-830第十四章蛋白质的生物合成翻译过程：

核糖体大小亚基聚合在mRNA5´端AUG部位开始，沿着mRNA模板链5´3´方向移动，由tRNA阅读mRNA三联体遗传密码并携带特定氨基酸在核糖体上“对号入座”，将氨基酸从N端C端方向连接起来构成多肽链，直至核糖体在mRNA3´端遇到终止信号而使大小亚基解体为止。

2006-831第十四章蛋白质的生物合成整个翻译过程可分为：翻译的起始(initiation)翻译的延长(elongation)翻译的终止(termination)2006-832第十四章蛋白质的生物合成一、起始阶段原核生物翻译的起始参与的物质：核糖体50S和30S大小两类亚基

mRNA起始作用的fMet-tRNAiMet

GTP供能起始因子（initiationfactor,IF1、IF2、IF3）2006-833第十四章蛋白质的生物合成70S起始复合物的形成三大步骤：

30S小亚基与mRNA结合

fMet-tRNAiMet与mRNA起始密码子AUG结合

70S起始复合物的形成2006-834第十四章蛋白质的生物合成30S小亚基与mRNA结合AUG5'3'IF-3IF-12006-835第十四章蛋白质的生物合成fMet-tRNAiMet与mRNA起始密码子AUG结合AUG5'3'IF-3IF-1IF-2GTP2006-836第十四章蛋白质的生物合成70S起始复合物的形成AUG5'3'Pi-GDP-GTPIF-3IF-2IF-12006-837第十四章蛋白质的生物合成70S起始复合物的形成2006-838第十四章蛋白质的生物合成二、延长阶段根据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。2006-839第十四章蛋白质的生物合成二、延长阶段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(ribosomalcycle)，每次循环增加一个氨基酸，包括以下三步：进位(entrance)成肽(peptidebondformation)转位(translocation）2006-840第十四章蛋白质的生物合成2006-841第十四章蛋白质的生物合成延伸过程所需蛋白因子称为延长因子

(elongationfactor,EF)原核生物的延长因子

EF-Tu：促进氨基酰-tRNA进入A位，结合分解GTP

EF-Ts：调节亚基

EFG：有转位酶活性，促进mRNA-肽酰-tRNA由A位前移到P位，促进卸载tRNA释放

2006-842第十四章蛋白质的生物合成进位

又称注册(registration)2006-843第十四章蛋白质的生物合成延长因子EF-T催化进位（原核生物）2006-844第十四章蛋白质的生物合成2006-845第十四章蛋白质的生物合成成肽

由转肽酶(transpeptidase)催化的肽键形成过程2006-846第十四章蛋白质的生物合成转位：指核糖体沿着mRNA5´3´方向移动

一个密码子

2006-847第十四章蛋白质的生物合成进位成肽转位2006-848第十四章蛋白质的生物合成三、终止阶段当终止密码子UAA、UAG或UGA出现在核糖体的A位时，没有相应的氨基酰-tRNA

能与之结合，此时即转入了终止阶段。起终止作用的蛋白质因子-释放因子（releasefactor，RF）原核生物的RF有三种RF1能识别UAG和UAA，RF2能识别UGA和UAA；RF3可与GTP结合，促进RF1与RF2的作用。

2006-849第十四章蛋白质的生物合成原核生物肽链合成终止过程2006-850第十四章蛋白质的生物合成多聚核糖体（polysome）在蛋白质生物合成过程中，一条mRNA同时与多个核糖体结合所形成的念珠状聚合物。

使蛋白质合成高速、高效进行。2006-851第十四章蛋白质的生物合成2006-852第十四章蛋白质的生物合成第三节翻译后加工2006-853第十四章蛋白质的生物合成从核糖体释放出的新生多肽链不具有生物活性，必须经过翻译后加工才能转变为具有一定构象和功能的蛋白质。主要包括：一级结构的修饰高级结构的修饰靶向输送2006-854第十四章蛋白质的生物合成一、一级结构的修饰(一)N端fMet

或Met的切除

由氨基肽酶或脱甲酰基酶催化水解，除去N端第一个甲硫氨酸或甲酰甲硫氨酸残基。2006-855第十四章蛋白质的生物合成(二)肽链的剪接一些多肽链合成后需要在特异蛋白水解酶的作用下，去除某些肽段或氨基酸残基，才能变为活性分子。如血纤维蛋白原、胰蛋白酶原等，需剪去部分肽段才能成为有活性的血纤维蛋白和胰蛋白酶。2006-856第十四章蛋白质的生物合成(三)个别氨基酸的修饰某些蛋白质肽链合成后，其氨基酸残基的侧链需经一定的化学修饰。蛋白质的侧链修饰包括：磷酸化，羟基化，甲基化，糖基化，羧基化，乙酰化等。如:胶原蛋白内出现羟脯氨酸和羟赖氨酸,多肽链内或肽链间还可由两个半胱氨酸的-SH形成二硫键等。

2006-857第十四章蛋白质的生物合成二、高级结构的修饰

(一)辅基或辅酶的结合各种结合蛋白合成后都需要结合相应辅基或辅酶，才能成为具有特定功能的蛋白质。(二)亚基聚合四级结构的蛋白质由两条或两条以上肽链通过非共价键聚合如：血红蛋白是四聚体（α2β2）。2006-858第十四章蛋白质的生物合成三、靶向输送靶向输送（proteintargeting）：蛋白质合成后，经过复杂机制，定向输送到最终发挥生物学功能的目标部位。分泌性蛋白：有些蛋白质合成后不在本细胞内使用，而是分泌到血液循环中再到达靶细胞而发挥功能，这类蛋白质称为分泌性蛋白。信号肽（signalpeptide）：分泌性蛋白结构中存在特异信号，主要是N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，这一氨基酸序列称之。2006-859第十四章蛋白质的生物合成2006-860第十四章蛋白质的生物合成分泌性蛋白的靶向输送靠信号肽与胞浆中的信号识别颗粒（signalrecognitionparticles,SRP）识别并特异结合，然后再通过SRP与内质网膜上的停靠蛋白（dockingprotein,DP）识别并结合后，肽链合成继续，并将蛋白质多肽链引导入内质网腔，切除信号肽，多肽链在腔内形成小泡并与高尔基体融合，再在高尔基体加工、浓缩、包装，被进一步转运出细胞或定位于特定的亚细胞部位。2006-861第十四章蛋白质的生物合成2006-862第十四章蛋白质的生物合成第四节影响蛋白质生物合成的物质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。它们通过阻断真核、原核生物蛋白质合成体系某组分功能，干扰和抑制蛋白质生物合成过程而起作用。可针对蛋白质生物合成必需的关键组分作为研究新抗菌药物的作用靶点。同时尽量利用真核、原核生物蛋白质合成体系的任何差异，以设计、筛选仅对病原微生物特效而不损害人体的药物。2006-863第十四章蛋白质的生物合成影响蛋白质生物合成的物质抗生素（antibio