11 蛋白質(zhì)的生物合成-課件

第十二章蛋白質(zhì)的生物合成

（翻譯）

ProteinBiosynthesis，Translation第十二章蛋白質(zhì)的生物合成

（翻譯）

1主要內(nèi)容第一節(jié)蛋白質(zhì)合成體系第二節(jié)蛋白質(zhì)生物合成過程第三節(jié)蛋白質(zhì)合成后加工和輸送第四節(jié)蛋白質(zhì)生物合成的干擾和抑制主要內(nèi)容第一節(jié)蛋白質(zhì)合成體系2蛋白質(zhì)的生物合成，即翻譯，就是將核酸中由4種核苷酸序列編碼的遺傳信息，通過遺傳密碼破譯的方式解讀為蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)中20種氨基酸的排列順序。核苷酸三聯(lián)體決定氨基酸的對應(yīng)關(guān)系參見P391蛋白質(zhì)的生物合成，即翻譯，就是將核酸中由4種核苷酸序列編3蛋白質(zhì)合成體系

ProteinBiosynthesisSystem

第一節(jié)

蛋白質(zhì)合成體系

ProteinBiosynthesisS4蛋白質(zhì)生物合成（proteinbiosynthesis）過程十分復(fù)雜，幾乎涉及細(xì)胞內(nèi)所有種類的RNA分子和幾十種蛋白質(zhì)因子。蛋白質(zhì)生物合成（proteinbiosynthesis）過520種氨基酸(AA)作為原料酶及眾多蛋白因子如IF、eIFATP、GTP----供能物質(zhì)無機(jī)離子，如Mg2+參與蛋白質(zhì)生物合成的物質(zhì)：

三種RNAmRNA（messengerRNA）rRNA（ribosomalRNA）tRNA（transferRNA）20種氨基酸(AA)作為原料參與蛋白質(zhì)生物合成的物質(zhì)：三種611蛋白質(zhì)的生物合成_課件711蛋白質(zhì)的生物合成_課件8

mRNA上存在遺傳密碼mRNA分子上從5

至3

方向，由AUG開始，每3個(gè)核苷酸為一組，決定肽鏈上某一個(gè)氨基酸或蛋白質(zhì)合成的起始、終止信號，稱為三聯(lián)體密碼(tripletcoden)。起始密碼(initiationcoden):AUG

終止密碼(terminationcoden):UAA，UAG，UGA

參見P392mRNA上存在遺傳密碼mRNA分子上從5至3方向，由A9遺傳密碼表遺傳密碼表10從mRNA5

端起始密碼子AUG到3

端終止密碼子之間的核苷酸序列，各個(gè)三聯(lián)體密碼連續(xù)排列編碼一個(gè)蛋白質(zhì)多肽鏈，稱為開放閱讀框架(openreadingframe,ORF)。從mRNA5端起始密碼子AUG到3端終止密碼子之間的核111.連續(xù)性(commaless)遺傳密碼的特點(diǎn)編碼蛋白質(zhì)氨基酸序列的各個(gè)三聯(lián)體密碼連續(xù)閱讀，密碼間既無間斷也無交叉。

1.連續(xù)性(commaless)遺傳密碼的特點(diǎn)編碼蛋白質(zhì)12基因損傷引起mRNA閱讀框架內(nèi)的堿基發(fā)生插入或缺失，可能導(dǎo)致框移突變(frameshiftmutation)。

TyrGlySerArgProThrAsp基因損傷引起mRNA閱讀框架內(nèi)的堿基發(fā)生插入或缺失，可能導(dǎo)致132.簡并性(degeneracy)遺傳密碼中，除色氨酸和甲硫氨酸僅有一個(gè)密碼子外，其余氨基酸有2、3、4個(gè)或多至6個(gè)三聯(lián)體為其編碼。2.簡并性(degeneracy)遺傳密碼中，除色氨酸和甲143.通用性(universal)蛋白質(zhì)生物合成的整套密碼，從原核生物到人類都通用。少數(shù)例外，如動(dòng)物細(xì)胞的線粒體、植物細(xì)胞的葉綠體。3.通用性(universal)蛋白質(zhì)生物合成的整套密碼154.擺動(dòng)性(wobble)轉(zhuǎn)運(yùn)氨基酸的tRNA的反密碼需要通過堿基互補(bǔ)與mRNA上的遺傳密碼反向配對結(jié)合，但反密碼與密碼間不嚴(yán)格遵守常見的堿基配對規(guī)律，稱為擺動(dòng)配對。4.擺動(dòng)性(wobble)轉(zhuǎn)運(yùn)氨基酸的tRNA的反密碼需16U擺動(dòng)配對U擺動(dòng)配對17密碼子、反密碼子配對的擺動(dòng)現(xiàn)象tRNA反密碼子第1位堿基IUGACmRNA密碼子第3位堿基U,C,AA,GU,CUG參見P395密碼子、反密碼子配對的擺動(dòng)現(xiàn)象tRNA反密碼子IUGACmR18二、核蛋白體是多肽鏈合成的裝置參見P396二、核蛋白體是多肽鏈合成的裝置參見P39619原核生物真核生物核蛋白體小亞基大亞基核蛋白體小亞基大亞基S值70S30S50S80S40S60SrRNA16S-rRNA5S-rRNA23S-rRNA18S-rRNA28S-rRNA5S-rRNA5.8S-rRNA蛋白質(zhì)rpS21種rpL34種rpS33種rpL49種

不同細(xì)胞核蛋白體的組成參見P397原核生物真核生物核蛋白體小亞基大亞基核蛋白體小亞基大亞基S值20核蛋白體的組成核蛋白體的組成21原核生物翻譯過程中核蛋白體結(jié)構(gòu)模式:A位：氨基酰位(aminoacylsite)原核生物翻譯過程中核蛋白體結(jié)構(gòu)模式:A位：氨基酰位22三、tRNA與氨基酸的活化反密碼環(huán)氨基酸臂參見P398三、tRNA與氨基酸的活化反密碼環(huán)氨基酸臂參見P39823tRNA的三級結(jié)構(gòu)示意圖tRNA的三級結(jié)構(gòu)示意圖24氨基酸+tRNA氨基酰-tRNAATP

AMP＋PPi氨基酰-tRNA合成酶（一）氨基酰-tRNA合成酶(aminoacyl-tRNAsynthetase)

氨基酸的活化參見P399氨基酸+tRNA氨基酰-tRNAATPAMP＋PP25tRNA與酶結(jié)合模型tRNA氨基酰-tRNA合成酶ATPtRNA與酶結(jié)合模型tRNA氨基酰-tRNA合成酶ATP26第一步反應(yīng)氨基酸＋ATP-E—→氨基酰-AMP-E

＋PPi

第一步反應(yīng)氨基酸＋ATP-E—→氨基酰-AMP-E＋27第二步反應(yīng)氨基酰-AMP-E＋tRNA↓

氨基酰-tRNA＋AMP＋E第二步反應(yīng)氨基酰-AMP-E28氨基酰-tRNA合成酶對底物氨基酸和tRNA都有高度特異性。氨基酰-tRNA合成酶具有校正活性(proofreadingactivity)。氨基酰-tRNA的表示方法：Ala-tRNAAla

Ser-tRNASerMet-tRNAMet

氨基酰-tRNA合成酶對底物氨基酸和tRNA都有高度特異性。29真核生物：Met-tRNAiMet(initiator-tRNA)原核生物：fMet-tRNAifMet(N-formylmethionine)（二）起始肽鏈合成的氨基酰-tRNA參見P400真核生物：Met-tRNAiMet(initiator-t30蛋白質(zhì)生物合成過程

TheProcessofProteinBiosynthesis

第二節(jié)

蛋白質(zhì)生物合成過程

TheProcessofPr31翻譯的起始(initiation)翻譯的延長(elongation)翻譯的終止(termination)整個(gè)翻譯過程可分為：參見P400翻譯的起始(initiation)整個(gè)翻譯過程可分為：參見32一、肽鏈合成起始指mRNA和起始氨基酰-tRNA分別與核蛋白體結(jié)合而形成翻譯起始復(fù)合物(translationalinitiationcomplex)。一、肽鏈合成起始指mRNA和起始氨基酰-tRNA分別與核蛋白33（一）原核生物翻譯起始復(fù)合物形成1.核蛋白體大小亞基分離；2.mRNA在小亞基定位結(jié)合；3.起始氨基酰-tRNA的結(jié)合；4.核蛋白體大亞基結(jié)合。（一）原核生物翻譯起始復(fù)合物形成1.核蛋白體大小亞基分離；34IF-3IF-11.核蛋白體大小亞基分離參見P401IF-3IF-11.核蛋白體大小亞基分離參見P40135AUG5'3'IF-3IF-12.mRNA在小亞基定位結(jié)合AUG5'3'IF-3IF-12.mRNA在小亞基定位結(jié)合36S-D序列：mRNA起始密碼前的一段富含嘌呤核苷酸的序列,可與核糖體小亞基16S-rRNA上富含嘧啶序列相結(jié)合。

參見P395-396S-D序列：mRNA起始密碼前的一段富含嘌呤核苷酸的序列,37IF-3IF-1IF-2GTP3.起始氨基酰tRNA(fMet-tRNAimet)結(jié)合到小亞基AUG5'3'IF-3IF-1IF-2GTP3.起始氨基酰tRNA(f38IF-3IF-1IF-2GTPGDPPi4.核蛋白體大亞基結(jié)合，起始復(fù)合物形成AUG5'3'IF-3IF-1IF-2GTPGDPPi4.核蛋白體大亞基39IF-3IF-1AUG5'3'IF-2GTPIF-2-GTPGDPPiIF-3IF-1AUG5'3'IF-2GTPIF-2-GTP40（二）真核生物翻譯起始復(fù)合物形成(自學(xué))核蛋白體大小亞基分離；起始氨基酰-tRNA結(jié)合；mRNA在核蛋白體小亞基準(zhǔn)確就位；核蛋白體大亞基結(jié)合。（二）真核生物翻譯起始復(fù)合物形成(自學(xué))核蛋白體大小亞基分4111蛋白質(zhì)的生物合成_課件42met40S60SMetMet40S60SmRNAeIF-2B、eIF-3、eIF-6①elF-3②GDP+Pi各種elF釋放elF-5④ATPADP+PielF4E,elF4G,elF4A,elF4B,PAB③MetMet-tRNAiMet-elF-2

-GTP真核生物翻譯起始復(fù)合物形成過程met40S60SMetMet40S60SmRNAeIF-243二、肽鏈合成延長指根據(jù)mRNA密碼序列的指導(dǎo)，次序添加氨基酸從N端向C端延伸肽鏈，直到合成終止的過程。又稱為核蛋白體循環(huán)(ribosomalcycle)包括以下三步：進(jìn)位(entrance)成肽(peptidebondformation)轉(zhuǎn)位(translocation)二、肽鏈合成延長指根據(jù)mRNA密碼序列的指導(dǎo)，次序添加氨基酸44延伸過程所需蛋白因子稱為延長因子(elongationfactor,EF)原核生物：EF-T(EF-Tu,EF-Ts)EF-G真核生物：EF-1、EF-2延伸過程所需蛋白因子稱為延長因子(elongationfa45原核延長因子生物功能對應(yīng)真核延長因子EF-Tu促進(jìn)氨基酰-tRNA進(jìn)入A位，結(jié)合分解GTPEF-1-αEF-Ts調(diào)節(jié)亞基EF-1-βγEF-G有轉(zhuǎn)位酶活性，促進(jìn)mRNA-肽酰-tRNA由A位前移到P位，促進(jìn)卸載tRNA釋放EF-2肽鏈合成的延長因子原核延長因子生物功能對應(yīng)真核延長因子EF-Tu促進(jìn)氨基酰-t46又稱注冊(registration)（一）進(jìn)位指根據(jù)mRNA下一組遺傳密碼指導(dǎo)，使相應(yīng)氨基酰-tRNA進(jìn)入核蛋白體A位。

又稱注冊(registration)（一）進(jìn)位指根據(jù)mRNA47延長因子EF-T催化進(jìn)位（原核生物）

參見P402延長因子EF-T催化進(jìn)位（原核生物）參見P40248參見P402參見P40249TuTsGTPGDPAUG5'3'TuTsGTPTuTsGTPGDPAUG5'3'TuTsGTP50（二）成肽是由轉(zhuǎn)肽酶(transpeptidase)催化的肽鍵形成過程。參見P403（二）成肽是由轉(zhuǎn)肽酶(transpeptidase)催化的肽51（三）轉(zhuǎn)位延長因子EF-G有轉(zhuǎn)位酶(translocase)活性，可結(jié)合并水解1分子GTP，促進(jìn)核蛋白體向mRNA的3'側(cè)移動(dòng)。參見P403（三）轉(zhuǎn)位延長因子EF-G有轉(zhuǎn)位酶(translocase52fMetAUG5'3'fMetTuGTP參見P403fMetAUG5'3'fMetTuGTP參見P40353進(jìn)位轉(zhuǎn)位成肽進(jìn)位轉(zhuǎn)位成肽54

三、肽鏈合成的終止當(dāng)mRNA上終止密碼出現(xiàn)后，多肽鏈合成停止，肽鏈從肽酰-tRNA中釋出，mRNA、核蛋白體等分離，這些過程稱為肽鏈合成終止。

參見P404三、肽鏈合成的終止當(dāng)mRNA上終止密碼出現(xiàn)后，多肽鏈合成55終止相關(guān)的蛋白因子稱為釋放因子(releasefactor,RF)

一是識別終止密碼，如RF-1特異識別UAA、UAG；而RF-2可識別UAA、UGA。二是誘導(dǎo)轉(zhuǎn)肽酶變?yōu)轷ッ富钚?，使肽鏈從核蛋白體上釋放。釋放因子的功能:原核生物釋放因子：RF-1，RF-2，RF-3

真核生物釋放因子：eRF終止相關(guān)的蛋白因子稱為釋放因子(releasefactor56原核肽鏈合成終止過程原核肽鏈合成終止過程57UAG5'3'RFCOO-UAG5'3'RFCOO-58多聚核蛋白體(polysome)——使蛋白質(zhì)合成高速、高效進(jìn)行。參見P405多聚核蛋白體(polysome)——使蛋白質(zhì)合成高速、高效進(jìn)59電鏡下的多聚核蛋白體現(xiàn)象電鏡下的多聚核蛋白體現(xiàn)象60原核生物蛋白質(zhì)合成的能量計(jì)算氨基酸活化：2個(gè)~PATP起始：1個(gè)GTP延長：2個(gè)GTP終止：1個(gè)GTP結(jié)論：每合成一個(gè)肽鍵至少消耗4個(gè)~P。參見P406原核生物蛋白質(zhì)合成的能量計(jì)算氨基酸活化：2個(gè)~PATP參見61蛋白質(zhì)合成后加工和輸送PosttranslationalProcessing&ProteinTransportation

提一下，自學(xué)第三節(jié)參見P405蛋白質(zhì)合成后加工和輸送Posttranslational62主要包括一、多肽鏈折疊為天然三維結(jié)構(gòu)二、肽鏈一級結(jié)構(gòu)的修飾三、空間結(jié)構(gòu)的修飾主要包括一、多肽鏈折疊為天然三維結(jié)構(gòu)63一、多肽鏈折疊為天然功能構(gòu)象蛋白質(zhì)新生肽鏈N端在核蛋白體上一出現(xiàn)，肽鏈的折疊即開始。一般認(rèn)為，多肽鏈自身氨基酸順序儲(chǔ)存著蛋白質(zhì)折疊的信息，即一級結(jié)構(gòu)是空間構(gòu)象的基礎(chǔ)。一、多肽鏈折疊為天然功能構(gòu)象蛋白質(zhì)新生肽鏈N端在核蛋白體上一64促進(jìn)蛋白折疊功能的大分子:1.分子伴侶(molecularchaperon)2.蛋白二硫鍵異構(gòu)酶(proteindisulfideisomerase,PDI)3.肽-脯氨酰順反異構(gòu)酶(peptideprolylcis-transisomerase,PPI)促進(jìn)蛋白折疊功能的大分子:1.分子伴侶(molecula65熱休克蛋白(heatshockprotein,HSP)是指細(xì)胞在應(yīng)激原特別是環(huán)境高溫誘導(dǎo)下所生成的一組蛋白質(zhì)。HSP70、HSP40和GrpE族2)伴侶素(chaperonins)

具有獨(dú)特的雙層7-9元環(huán)狀結(jié)構(gòu)的寡聚蛋白,它們以依賴ATP的方式促進(jìn)體內(nèi)正常和應(yīng)急條件下的蛋白質(zhì)折疊。

GroEL和GroES家族1.分子伴侶分子伴侶是細(xì)胞中一類保守蛋白質(zhì)，可識別肽鏈的非天然構(gòu)象并與之結(jié)合，幫助多肽在體內(nèi)折疊、組裝、轉(zhuǎn)運(yùn)或降解等，完成功能后與之分離，不構(gòu)成這些蛋白質(zhì)執(zhí)行功能時(shí)的組份。熱休克蛋白(heatshockprotein,HSP)66HSP促進(jìn)蛋白質(zhì)折疊基本作用——結(jié)合保護(hù)待折疊多肽片段，再釋放該片段進(jìn)行折疊，形成HSP70和多肽片段依次結(jié)合、解離的循環(huán)。

HSP40結(jié)合待折疊多肽片段

HSP70-ATP復(fù)合物

HSP40-HSP70-ADP-多肽復(fù)合物

ATP水解GrpE

ATPADP復(fù)合物解離，釋出多肽鏈片段進(jìn)行正確折疊

HSP促進(jìn)蛋白質(zhì)折疊基本作用——HSP40結(jié)合待折疊多肽片段67伴侶素的主要作用——為非自發(fā)性折疊蛋白質(zhì)提供能折疊形成天然空間構(gòu)象的微環(huán)境。伴侶素的主要作用——682、蛋白二硫鍵異構(gòu)酶二硫鍵異構(gòu)酶可催化錯(cuò)配二硫鍵斷裂并形成正確二硫鍵連接，最終使蛋白質(zhì)形成熱力學(xué)最穩(wěn)定的天然構(gòu)象。2、蛋白二硫鍵異構(gòu)酶二硫鍵異構(gòu)酶可催化錯(cuò)配二硫鍵斷裂并形成693、肽-脯氨酰順反異構(gòu)酶多肽鏈中肽酰-脯氨酸間的肽鍵有順反兩種異構(gòu)體，空間構(gòu)象明顯差別。肽酰-脯氨酰順反異構(gòu)酶可促進(jìn)上述順反兩種異構(gòu)體之間的轉(zhuǎn)換。3、肽-脯氨酰順反異構(gòu)酶多肽鏈中肽酰-脯氨酸間的肽鍵有順反70二、一級結(jié)構(gòu)的修飾（一）肽鏈N端的修飾（二）個(gè)別氨基酸的修飾（三）多肽鏈的水解修飾二、一級結(jié)構(gòu)的修飾（一）肽鏈N端的修飾71鴉片促黑皮質(zhì)素原(POMC)的水解修飾NC信號肽PMOCKRKR103肽(？)ACTH

-LT-MSH

-MSHEndophin鴉片促黑皮質(zhì)素原(POMC)的水解修飾NC信號肽PMOCKR72三、空間結(jié)構(gòu)的修飾（一）亞基聚合

（二）輔基連接（三）疏水脂鏈的共價(jià)連接三、空間結(jié)構(gòu)的修飾（一）亞基聚合73蛋白質(zhì)合成后經(jīng)過復(fù)雜機(jī)制，定向輸送到最終發(fā)揮生物功能的細(xì)胞靶部位的過程稱為蛋白質(zhì)的靶向輸送。

四、蛋白質(zhì)合成后的靶向輸送?蛋白質(zhì)的靶向輸送(proteintargeting)蛋白質(zhì)合成后經(jīng)過復(fù)雜機(jī)制，定向輸送到最終發(fā)揮生物功能的細(xì)胞靶74所有靶向輸送的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)中存在分選信號，主要為N末端特異氨基酸序列，可引導(dǎo)蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)移到細(xì)胞的適當(dāng)靶部位，這一序列稱為信號序列。

?信號序列(signalsequence)所有靶向輸送的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)中存在分選信號，主要為N末端特異氨基75靶向輸送蛋白信號序列或成分分泌蛋白信號肽內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔蛋白信號肽，C端-Lys-Asp-Glu-Leu-COO-(KDEL序列)線粒體蛋白N端靶向序列（20～35氨基酸殘基）核蛋白核定位序列（-Pro-Pro-Lys-Lys-Lys-Arg-Lys-Val-，SV40T抗原）過氧化體蛋白-Ser-Lys-Leu-（PST序列）溶酶體蛋白Man-6-P（甘露糖-6-磷酸）靶向輸送蛋白的信號序列或成分靶向輸送蛋白信號序列或成分分泌蛋白信號肽內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔蛋白信號肽，76（一）分泌蛋白的靶向輸送真核細(xì)胞分泌蛋白等前體合成后靶向輸送過程首先要進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)。

信號肽(signalpeptide)新生分泌蛋白N端的保守氨基酸序列稱信號肽。

（一）分泌蛋白的靶向輸送真核細(xì)胞分泌蛋白等前體合成后靶向輸送77信號肽的一級結(jié)構(gòu)信號肽的一級結(jié)構(gòu)78信號肽引導(dǎo)真核分泌蛋白進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)信號肽引導(dǎo)真核分泌蛋白進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)79（二）線粒體蛋白的靶向輸送（二）線粒體蛋白的靶向輸送80（三）細(xì)胞核蛋白的靶向輸送（三）細(xì)胞核蛋白的靶向輸送81蛋白質(zhì)生物合成的干擾和抑制

Interference&InhibitionofProteinBiosynthesis

自學(xué)第四節(jié)蛋白質(zhì)生物合成的干擾和抑制

Interference&I82抗生素(antibiotics)是微生物產(chǎn)生的能夠殺滅或抑制細(xì)菌的一類藥物?？勾x藥物指能干擾生物代謝過程，從而抑制細(xì)胞過度生長的藥物，如：6-MP。

某些毒素也作用于基因信息傳遞過程?？股?antibiotics)抗代謝藥物某些毒素也作用于83一、抗生素類抗生素作用點(diǎn)作用原理應(yīng)