蛋白质生物合成翻译及翻译后过程

关于蛋白质生物合成翻译及翻译后过程第1页，讲稿共60页，2023年5月2日，星期三

将存在于mRNA上代表一个多肽的核苷酸残基序列转换为多肽链氨基酸残基序列的过程n氨基酸蛋白质mRNA、tRNA、rRNA酶、蛋白质因子、ATP、GTP翻译（Translation）第2页，讲稿共60页，2023年5月2日，星期三参与蛋白质生物合成的物质

三种RNA—mRNA、rRNA、tRNA20种氨基酸（AA）作为原料酶及众多蛋白因子，如IF、eIFATP、GTP、无机离子第3页，讲稿共60页，2023年5月2日，星期三CAACUGCAGACAUAUAUGAUACAAUUUGAUCAGUAU5′3′-Gln-Leu-Gln-Thr-Tyr-Met-Ile-Gln-Phe-Asp-Gln-Tyr-一、生物合成的模板—mRNA遗传密码(geneticcode)——能编码蛋白质氨基酸序列的基因中的核苷酸体系第4页，讲稿共60页，2023年5月2日，星期三mRNA分子上从5′→3′方向，由起始密码子AUG开始，每3个核苷酸组成的三联体，决定肽链上某一个氨基酸或蛋白质合成的起始、终止信号，称为三联体密码。密码子起始密码：

AUG终止密码：

UAA、UAG、UGA第5页，讲稿共60页，2023年5月2日，星期三遗传密码的性质简并性：指一个氨基酸具有2个或2个以上的密码子摆动性：密码子与反密码子配对，有时会出现不遵从碱基配对规律的情况，称为遗传密码的摆动现象通用性：除个别细胞器的特殊密码子外，蛋白质生物合成的整套密码，从简单生物到人类都通用连续性：mRNA的读码方向从5‘→3’，两个密码子之间无任何核苷酸隔开偏爱性：密码子使用频率的差异第6页，讲稿共60页，2023年5月2日，星期三第7页，讲稿共60页，2023年5月2日，星期三阅读框架(readingframes)开放阅读框(openreadingframe,ORF):从起始密码AUG到终止密码处的正确可阅读序列第8页，讲稿共60页，2023年5月2日，星期三原核生物mRNA的特点S-D序列：原核生物mRNA起始密码AUG上游8~13核苷酸处，存在一段5′-UAAGGAGG-3′的保守序列，称为S-D序列。是mRNA与核蛋白体识别、结合的位点第9页，讲稿共60页，2023年5月2日，星期三真核生物mRNA的特点真核生物没有S-D序列，靠帽子结构识别核糖体真核生物的起始密码位于Kozak序列（CCACCAUGG）中，增加翻译起始的效率第10页，讲稿共60页，2023年5月2日，星期三二、生物合成的场所—核蛋白体(Ribosomes)第11页，讲稿共60页，2023年5月2日，星期三原核生物真核生物核蛋白体小亚基大亚基核蛋白体小亚基大亚基S70S30S50S80S40S60SrRNA16S-rRNA5S-rRNA23S-rRNA18S-rRNA28S-rRNA5S-rRNA5.8S-rRNA蛋白质rpS21种rpL34种rpS33种rpL49种核蛋白体蛋白及rRNA的组成特点第12页，讲稿共60页，2023年5月2日，星期三小亚基与mRNA的结合第13页，讲稿共60页，2023年5月2日，星期三大亚基P位(peptidylsite)

：结合肽酰tRNA的部位A位(aminoacylsite)

：结合氨基酰tRNA的部位E位(exitsite)

：排出位P位A位第14页，讲稿共60页，2023年5月2日，星期三三、氨基酸的活化与转运—tRNAACC氨基酸臂反密码环第15页，讲稿共60页，2023年5月2日，星期三氨基酸的活化氨基酰-tRNA合成酶(aminoacyl-tRNAsynthetase)氨基酸

+tRNA氨基酰-tRNAATP

AMP＋PPi氨基酰-tRNA合成酶第16页，讲稿共60页，2023年5月2日，星期三氨基酸＋ATP-E→氨基酰-AMP-E＋PPi氨基酰-AMP-E＋tRNA→

氨基酰-tRNA＋AMP＋E第17页，讲稿共60页，2023年5月2日，星期三蛋白质的生物合成的过程氨基酸的活化多肽链合成的起始肽链的延长肽链的终止和释放蛋白质合成后的加工修饰第18页，讲稿共60页，2023年5月2日，星期三一、肽链合成起始(initiation)甲硫氨酰tRNA与mRNA结合到核蛋白体上，生成翻译起始复合物第19页，讲稿共60页，2023年5月2日，星期三（一）原核生物翻译起始核蛋白体大小亚基分离—起始因子IF3

、IF1介导，利于小亚基与mRNA，fMet-tRNAfMet结合mRNA在小亚基定位结合—通过5’端S-D序列(AGGA)配对结合到核蛋白体小亚基上的16S-rRNA近3’-末端处(UCCU)起始氨基酰-tRNA的结合—fMet-tRNAifMet和IF-2及GTP形成复合物核蛋白体大亚基结合—70S起始复合物形成第20页，讲稿共60页，2023年5月2日，星期三起始氨基酰tRNA(fMet-tRNAfmet)结合到小亚基上核蛋白体大亚基结合第21页，讲稿共60页，2023年5月2日，星期三起始因子IF和eIF

原核：起始因子——

三种；IF-l、2和3

真核：起始因子——

十种；eIF

翻译起始：

1）IF-3—结合核蛋白体30S亚基，使大、小亚基拆离

2）IF-1协助IF-3结合和亚基拆离

3）单独的30S亚基易于与mRNA及起始tRNA结合

4）IF-2促进fMet-tRNA结合mRNA及核蛋白体第22页，讲稿共60页，2023年5月2日，星期三（二）真核生物翻译起始复合物形成起始因子eIF3结合到核糖体（80S）的小亚基（40S）上，使大亚基（60S）与小亚基解离甲硫酰tRNA（Met-tRNAimet）结合

mRNA结合（需帽结合蛋白CBP）第23页，讲稿共60页，2023年5月2日，星期三met40S60SMetMet40S60SmRNAeIF-2B、eIF-3、

eIF-6

①elF-3②GDP+Pi各种elF释放elF-5④ATPADP+PielF4E,elF4G,elF4A,elF4B,PAB③MetMet-tRNAiMet-elF-2

-GTP真核生物翻译起始复合物形成过程第24页，讲稿共60页，2023年5月2日，星期三二、肽链合成延长

根据mRNA密码序列的指导，顺序添加的氨基酸从N端向C端延伸肽链，直到合成终止的过程第25页，讲稿共60页，2023年5月2日，星期三肽链延长在核蛋白体上连续性循环式进行，又称为核蛋白体循环(ribosomalcycle)，每次循环增加一个氨基酸进位(entrance)/注册（registration）成肽(peptidebondformation)转位(translocation)第26页，讲稿共60页，2023年5月2日，星期三延伸过程所需蛋白因子——延长因子(elongationfactor,EF)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-αEF-Ts调节亚基EF-1-βγEFG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EF-2第27页，讲稿共60页，2023年5月2日，星期三又称注册(registration)（一）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28页，讲稿共60页，2023年5月2日，星期三延长因子EF-T催化进位（原核生物）

第29页，讲稿共60页，2023年5月2日，星期三（二）成肽转肽酶(transpeptidase)催化形成肽键第30页，讲稿共60页，2023年5月2日，星期三（三）转位（Translocation）延长因子EF-G有转位酶活性，结合并水解GTP，使核蛋白体向mRNA的3'侧移动第31页，讲稿共60页，2023年5月2日，星期三进位转位成肽第32页，讲稿共60页，2023年5月2日，星期三三、肽链合成终止（Termination）终止密码的辨认及肽链从肽酰-tRNA水解出。

mRNA从核蛋白体中分离及大小亚基的拆开终止过程需释放因子(RF）。第33页，讲稿共60页，2023年5月2日，星期三释放因子(releasefactor,RF)：与肽链合成终止相关的蛋白因子识别终止密码，如RF-1特异识别UAA、UAG；而RF-2可识别UAA、UGA诱导转肽酶改变为酯酶活性，催化肽酰基转移到-OH上，使肽链从核蛋白体上释放。原核生物释放因子：RF-1，RF-2，RF-3真核生物释放因子：eRF第34页，讲稿共60页，2023年5月2日，星期三四、核蛋白体循环—多聚核蛋白体(polysome)细胞内一条mRNA链上结合着多个核糖体每个核糖体都独立完成一条多肽链的合成蛋白质合成高速、高效进行第35页，讲稿共60页，2023年5月2日，星期三蛋白质生物合成的调节阅读框架的漂移、重叠和5’-AUG的作用翻译错误：氨基酰合成酶校正RNA的结构：帽子、poly(A)尾、空间结构蛋白质生物合成阻断剂：抗生素类—大环内酯类、氯霉素、氨基糖苷类、四环素抗代谢药物—抗肿瘤药其他生物活性物质—白喉毒素、干扰素第36页，讲稿共60页，2023年5月2日，星期三氨基糖苷类抗生素放线菌酮氯霉素四环素族嘌呤霉素第37页，讲稿共60页，2023年5月2日，星期三第38页，讲稿共60页，2023年5月2日，星期三干扰素的作用机理干扰素诱导的蛋白激酶dsRNA1.干扰素诱导eIF2磷酸化而失活ATPeIF2ADPeIF2-P（失活）Pi磷酸酶第39页，讲稿共60页，2023年5月2日，星期三2.干扰素诱导病毒RNA降解降解mRNAdsRNA干扰素AAPAPPPP252552-5AAPPPATP2-5A合成酶RNaseLRNaseL活化第40页，讲稿共60页，2023年5月2日，星期三蛋白质合成后的折叠折叠(folding):蛋白质可凭借相互作用在细胞环境（特定的酸碱度、温度等）下，进行自我组装蛋白质自发获得成熟的构型——自我装配需要辅助蛋白协助——分子伴侣第41页，讲稿共60页，2023年5月2日，星期三分子伴侣

（molecularchaperones）一类在序列上没有相关性但有共同功能的蛋白质。在细胞内帮助其他含多肽的结构完成正确的组装，且在组装完毕后与之分离，不构成这些蛋白质结构执行功能时的组份作用蛋白合成开始时，防止新生肽链在未完成折叠之前相互聚合，帮助蛋白质获得最初的正确结构封闭所暴露出来的疏水区段，为蛋白质折叠创造无干扰的隔离环境识别错误折叠的变性新蛋白，帮助复性或使其降解第42页，讲稿共60页，2023年5月2日，星期三应激蛋白70家族（heat-shockprotein70）：参与蛋白质的从头折叠、跨膜运输、错误折叠多肽的降解及其调控过程伴侣素系统（chaperoninsystem）:具有独特的双层环状结构的寡聚蛋白，以依赖ATP的方式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分子伴侣的分类及作用第43页，讲稿共60页，2023年5月2日，星期三翻译后的加工修饰新和成的多肽只有经过细胞内各种修饰处理后才能成为有活性的成熟蛋白质——翻译后加工蛋白质氨基酸侧链的微小改变特定氨基酸残基上添加体积较大的基团剪切—从新生肽链上去除不等的氨基酸残基第44页，讲稿共60页，2023年5月2日，星期三常见的加工修饰方式（一）侧链氨基酸的微小修饰：二硫键的形成和正确配对—蛋白质合成后通过两个半胱氨酸的氧化作用生成甲基化、糖基化、磷酸化及乙酰化等化学修饰第45页，讲稿共60页，2023年5月2日，星期三（二）剪切和剪接加工新生肽链N端fMet或Met的切除剪切—直接从新生肽链上除去不等的氨基酸残基分泌型蛋白的信号肽的切除前体蛋白加工：切除前体蛋白的一端肽段；去除蛋白内含子活性肽的剪切释放：一条已合成的多肽链经翻译加工后生成不同活性的蛋白质或多肽剪接—蛋白质前体通过多肽剪除某些氨基酸片段，再以一定的顺序结合起来生成成熟有活性的蛋白质第46页，讲稿共60页，2023年5月2日，星期三NC信号肽PMOCKRKR103肽

(？)ACTH-LT-MSH-MSHEndophin鸦片促黑皮质素原(POMC)的水解修饰第47页，讲稿共60页，2023年5月2日，星期三（三）添加化学基团（化学编辑）蛋白质的脂酰化——酰基转移酶催化脂肪酸与肽链中的Ser的羟基以酯键结合，使新生的蛋白脂酰化蛋白质的糖基化——①使蛋白质能够抵抗消化酶的作用②赋予蛋白质传导信号的功能③某些蛋白只有在糖基化之后才能正确折叠第48页，讲稿共60页，2023年5月2日，星期三蛋白质的转运核孔运输—胞质中合成的蛋白质穿过胞核内外膜形成的核孔进入细胞核跨膜运输—胞质中合成的蛋白质进入到内质网、线粒体、叶绿体和过氧化物酶体等通过跨膜机制进行运输的。需要消耗能量小泡运输—蛋白质从内质网转运到高尔基体以及从高尔基体转运到溶酶体、分泌泡、细胞质膜、细胞外等是由小泡介导的第49页，讲稿共60页，2023年5月2日，星期三细胞中蛋白质运输的方式翻译中运输:由与内质网结合的核糖体完成。新生肽链在合成过程中，插入到内质网上的特殊通道，然后转移入内腔翻译后运输:由游离核糖体完成。在多肽链合成后，将蛋白质从细胞质转移到线粒体或叶绿体等细胞器和细胞核中第50页，讲稿共60页，2023年5月2日，星期三靶向输送蛋白信号序列或成分分泌蛋白信号肽内质网腔蛋白信号肽，C端-Lys-Asp-Glu-Leu-COO-(KDEL序列)线粒体蛋白N端靶向序列（20～35氨基酸残基）核蛋白核定位序列（-Pro-Pro-Lys-Lys-Lys-Arg-Lys-Val-，SV40T抗原）过氧化体蛋白-Ser-Lys-Leu-（PST序列）溶酶体蛋白Man-6-P（甘露糖-6-磷酸）靶向输送蛋白的信号序列或成分第51页，讲稿共60页，2023年5月2日，星期三翻译中运输过程

（信号肽假说）信号肽(Signalsequence)—能启动蛋白质运转的任何一段多肽使核蛋白体与内质网上的受体结合，合成的肽链进入内质网内腔运至靶器官，信号肽酶切除信号肽，使成熟的蛋白质释放至胞外第52页，讲稿共60页，2023年5月2日，星期三结构：约10-40多个氨基酸构成，分三个区：N端为亲水区含碱性氨基酸,提供正电荷

中性或疏水性氨基酸，能够形成一段α螺旋结构，是信号肽的主要功能区

带负电荷的C末端，含小分子氨基酸，是信号肽酶切割信号肽的部位第53页，讲稿共60页，2023年5月2日，星期三信号肽识别粒子（Signalrecognitionparticles-SRP）：6种蛋白质与7S-RNA组成复合体

[SRP的作用]：