第16章蛋白质的生物合成

会计学1第第16章蛋白质的生物合成章蛋白质的生物合成第1页/共114页16.1 16.1 遗传密码遗传密码16.2 16.2 蛋白质合成体系蛋白质合成体系16.3 16.3 蛋白质的合成过程蛋白质的合成过程16.4 16.4 蛋白质合成后的加工修饰蛋白质合成后的加工修饰16.5 16.5 蛋白质的定向运输蛋白质的定向运输第2页/共114页 将将mRNA分子中由碱基序列组成的遗传信息，分子中由碱基序列组成的遗传信息，通过通过遗传密码遗传密码破译的方式转变成为破译的方式转变成为蛋白质蛋白质中的氨基中的氨基酸排列顺序，因而称为酸排列顺序，因而称为翻译翻译（translation)。第3页/共114页从从RNARNA到蛋白质到蛋白质第4页/共114页16.116.1 遗传密码遗传密码密码子密码子（codon ）：）：mRNA中的核苷酸序列与多肽链中中的核苷酸序列与多肽链中氨基酸序列之间的氨基酸序列之间的对应关系对应关系。 mRNA上每三个连续核苷酸对应一个氨基酸，这三个上每三个连续核苷酸对应一个氨基酸，这三个连续的核苷酸就称为一个连续的核苷酸就称为一个密码子密码子，或，或三联体密码三联体密码（triplet codons）。）。遗传密码和密码单位遗传密码和密码单位苯丙氨酸苯丙氨酸组氨酸组氨酸苏氨酸苏氨酸第5页/共114页遗传密码遗传密码（genetic codon)：密码子的总和。密码子的总和。mRNA4种碱基种碱基 1个碱基作为密码个碱基作为密码4个密码子个密码子 （41） 2个碱基作为密码个碱基作为密码16个密码子（个密码子（42） 3个碱基作为密码个碱基作为密码64个密码子（个密码子（43）64个密码子个密码子：其中其中61个代表个代表20种氨基酸种氨基酸，3个个代表终止密码子代表终止密码子。第6页/共114页保温保温蛋白质合成停止蛋白质合成停止poly U，ATP，GTP，氨基酸，氨基酸多聚苯丙氨酸（多聚苯丙氨酸（UUU是是Phe的密码子）的密码子）同样方法证明：同样方法证明：CCC是是Pro的密码子，的密码子， AAA是是Lys的密码子的密码子.提取液（提取液（DNA、mRNA、tRNA、核糖体、酶等）、核糖体、酶等）遗传密码的破译遗传密码的破译第7页/共114页1968年诺贝尔生理医学奖年诺贝尔生理医学奖第8页/共114页遗传密码字表遗传密码字表第9页/共114页起始密码起始密码（start codon ）：）：AUG（编码甲硫氨酸（编码甲硫氨酸、甲酰甲硫氨酸），少数情况、甲酰甲硫氨酸），少数情况 GUG；终止密码终止密码（stop codon ）：）：无义密码子无义密码子 (nonsense codons)，不编码氨基酸的密码子，它们单个或串联在，不编码氨基酸的密码子，它们单个或串联在一起用于多肽链翻译的结束，一起用于多肽链翻译的结束，没有相应的没有相应的tRNA存在存在，有有UAA、UAG、UGA。同义密码同义密码（synonymous codon）：）：编码相同氨基编码相同氨基酸的不同密码子。酸的不同密码子。第10页/共114页第11页/共114页遗传密码的基本特征遗传密码的基本特征方向性方向性连续性连续性不重叠性不重叠性简并性简并性摆动性摆动性通用性通用性第12页/共114页重叠密码重叠密码非重叠连续的密码非重叠连续的密码不连续的密码不连续的密码方向性方向性(directional) ：53，AUG。 连续性连续性（continuity）不重叠性（不重叠性（nonoverlapping）第13页/共114页基因损伤引起基因损伤引起mRNA阅读框架内的碱基发生插入或阅读框架内的碱基发生插入或缺失，可能导致移码突变。缺失，可能导致移码突变。 第14页/共114页简并性简并性（degeneracy）： 多个密码子编码同一种氨基酸的现象。在多个密码子编码同一种氨基酸的现象。在遗传密码中遗传密码中，除色氨酸和甲硫氨酸仅有一个密码子外，其余氨基酸有，除色氨酸和甲硫氨酸仅有一个密码子外，其余氨基酸有24个或多至个或多至6个密码子。个密码子。u密码的简并性往往表现在密码子的密码的简并性往往表现在密码子的第三位碱基第三位碱基上上。u密码的偏爱性：在不同生物中使用同义密码子的密码的偏爱性：在不同生物中使用同义密码子的频率是不相同的。频率是不相同的。u意义：减少有害突变，维持物种稳定。意义：减少有害突变，维持物种稳定。第15页/共114页摆动性（摆动性（wobble） tRNA上反密码子的第上反密码子的第1位碱基与位碱基与mRNA密码子的第密码子的第3位碱基配对时，并不严格位碱基配对时，并不严格遵循碱基配对规律，可以在遵循碱基配对规律，可以在一定范围内变动的现象，一定范围内变动的现象，又又称称变偶性变偶性。u其它两个碱基要严格配对其它两个碱基要严格配对。第16页/共114页反密码子第反密码子第1位碱基位碱基IUGAC密码子第密码子第3位碱基位碱基U, C, AA, GU, CUGu密码子的表示法：密码子的表示法：u密码子的专一性基本取决于前两位碱基，第三位碱基起密码子的专一性基本取决于前两位碱基，第三位碱基起的作用有限（有较大灵活性）。的作用有限（有较大灵活性）。第17页/共114页通用性（通用性（universal）：）： 指各种低等和高等生物，包括病毒、细菌及真核生指各种低等和高等生物，包括病毒、细菌及真核生物基本上物基本上共用一套遗传密码共用一套遗传密码。u密码的密码的变异性变异性：目前已知线粒体目前已知线粒体DNA(mtDNA)和叶和叶绿体的编码方式与通用遗传密码子有所不同，如在一绿体的编码方式与通用遗传密码子有所不同，如在一些线粒体中些线粒体中UGA不是终止密码子，而是色氨酸的密码不是终止密码子，而是色氨酸的密码子。子。u密码的通用性进一步证明各种生物进化自同一祖先密码的通用性进一步证明各种生物进化自同一祖先。 第18页/共114页密码的防错系统密码的防错系统： 密码子的碱基顺序与其相应密码子的碱基顺序与其相应AA的物理化学性质之间的物理化学性质之间存在巧妙的关系。存在巧妙的关系。中间是中间是U，AA是非极性、疏水性的；是非极性、疏水性的；中间是中间是C，AA是非极性的或具有不带电荷的极性是非极性的或具有不带电荷的极性侧链；侧链；中间是中间是A或或G，AA是亲水性的；是亲水性的；第一位是第一位是A或或G，第二位是，第二位是A或或G，AA具有可解离具有可解离的亲水侧链并具碱性；的亲水侧链并具碱性；前二位是前二位是AG，AA具酸性亲水侧链。具酸性亲水侧链。 第19页/共114页阅读框阅读框一个蛋白质的氨基酸序列是由连续的三联体密码子的一个蛋白质的氨基酸序列是由连续的三联体密码子的线性线性顺序顺序决定的，这个序列的第一个密码子建立了一种决定的，这个序列的第一个密码子建立了一种阅读框阅读框（reading frame)。从从mRNA 5端起始密码子端起始密码子AUG到到3端终止密码子之间的端终止密码子之间的核苷酸序列，称为核苷酸序列，称为开放阅读框架开放阅读框架(open reading frame，ORF)。第20页/共114页16.216.2 蛋白质合成体系蛋白质合成体系第21页/共114页l 20 20种氨基酸作为原料种氨基酸作为原料l 酶及蛋白因子，如酶及蛋白因子，如IFIF、eIFeIF、EFEF、RFRF等等l ATPATP、GTPGTP、无机离子、无机离子参与蛋白质生物合成的物质包括：参与蛋白质生物合成的物质包括：l 三种三种RNARNA mRNA mRNA rRNArRNA（核糖体）（核糖体） tRNAtRNA第22页/共114页翻译的直接翻译的直接模板模板。mRNAmRNA是遗传信息的携带者。是遗传信息的携带者。编码序列编码序列(codon sequence，CDS)：一条多肽链对应一条多肽链对应的的mRNA序列，即位于起始密码子和终止密码子之间的核序列，即位于起始密码子和终止密码子之间的核苷酸序列。苷酸序列。5CTGTCATAAAGATGTCACGGCCGAGACTTATAGTCGCT. .CATGAAAGCCGCTCTGGGGCTGAAATAAAACCGCGCCCGG3第23页/共114页原核生物原核生物mRNAS-D序列序列：mRNA起始密码起始密码AUG上游约上游约813个核个核苷酸处，有苷酸处，有49个核苷酸组成的富含嘌呤的一段序列个核苷酸组成的富含嘌呤的一段序列，以，以AGGA为核心，为核心，因发现者是因发现者是Shine-Dalgamo而得名为而得名为S-D序列，又称为核序列，又称为核糖体结合位点糖体结合位点（ribosomal binding site，RBS）。）。 第24页/共114页真核生物真核生物mRNA帽子结构：结合核糖体，增加稳定性；帽子结构：结合核糖体，增加稳定性；poly(A) 尾：增加稳定性，提高翻译效率。尾：增加稳定性，提高翻译效率。第25页/共114页第26页/共114页核糖体核糖体（ribosome） 由由rRNA和多种蛋白质结合而成的一种较大的核糖和多种蛋白质结合而成的一种较大的核糖核蛋白颗粒（核蛋白颗粒（核糖体核糖体），是蛋白质），是蛋白质生物合成的场所生物合成的场所（装（装置）。置）。第27页/共114页原核生物原核生物真核生物真核生物核蛋核蛋白体白体原核生物原核生物真核生物真核生物蛋白质蛋白质 S S值值rRNArRNA蛋白质蛋白质S S值值rRNArRNA小亚基小亚基2121种种30S30S16S16S3333种种40S40S18S18S大亚基大亚基3434种种50S50S23S23S5S5S4949种种60S60S28S28S5.8S5.8S5S5S核糖体核糖体70S70S80S80S第28页/共114页第29页/共114页核糖体的功能部位核糖体的功能部位A位位：氨酰氨酰-tRNA结合结合位点（位点（aminoacyl-tRNA binding site，受位受位）；）；P位位：肽酰基肽酰基-tRNA结结合位点（合位点（peptidyl-tRNA binding site，给位给位）；）； E位位：空位空位(exit site)，专供，专供tRNA离开（真核离开（真核生物没有）；生物没有）；mRNA结合位点：结合位点：核核糖体小亚基；糖体小亚基；P位和位和A位紧密连位紧密连接，各占一个密接，各占一个密码子的距离。码子的距离。第30页/共114页转肽酶部位转肽酶部位：形成肽形成肽键，位于核糖体大亚基。键，位于核糖体大亚基。第31页/共114页核糖体在细胞内的存在形态：核糖体在细胞内的存在形态： 核糖体亚基、单核糖体和多核糖体。核糖体亚基、单核糖体和多核糖体。多核糖体多核糖体：一定数目的单个核糖体一定数目的单个核糖体与一个与一个mRNA分子结合而成的念珠状分子结合而成的念珠状结构；结构；大约每隔大约每隔40个核苷酸结合一个个核苷酸结合一个核糖体核糖体。每个核糖体独立完成一条肽链的每个核糖体独立完成一条肽链的合成，在多核糖体上可同时进行多合成，在多核糖体上可同时进行多条条肽链的合成，肽链的合成，提高翻译效率提高翻译效率。第32页/共114页氨基酸的搬运工具，氨基酸的搬运工具， tRNA在翻译过程中起接合体在翻译过程中起接合体（adaptor）作用。）作用。第33页/共114页tRNA的关键部位：的关键部位： 3端端CCA接受氨基酸，形成氨酰接受氨基酸，形成氨酰-tRNA；反密码子部位与反密码子部位与mRNA结合（结合（tRNA接头作用）接头作用）；氨酰氨酰tRNA合成酶的识别位点；合成酶的识别位点；核糖体识别位点。核糖体识别位点。翻译精确性的保证：翻译精确性的保证： 密码子密码子-反密码子反密码子-氨基酸氨基酸tRNA的表示方法：的表示方法：第34页/共114页tRNA的种类的种类起始起始tRNA：真核生物真核生物tRNAMet，原核生物，原核生物tRNAfMet（N-甲酰甲硫氨酰甲酰甲硫氨酰tRNA）。）。同工同工tRNA：携带相同氨基酸而反密码子不同的一组携带相同氨基酸而反密码子不同的一组tRNA。校正校正tRNA：生物体发生突变后，校正机制之一是通过生物体发生突变后，校正机制之一是通过校正基因合成一类校正基因合成一类tRNA，经过其反密码子上发生某种突，经过其反密码子上发生某种突变，以变，以“代偿代偿”或校正原有突变所产生的不良后果，以或校正原有突变所产生的不良后果，以维持翻译作用译码的相对正确性，从而翻译出正常蛋白维持翻译作用译码的相对正确性，从而翻译出正常蛋白质，这类质，这类tRNA称为校正称为校正tRNA 。可有多种校正。可有多种校正tRNA携带携带同一种氨基酸。同一种氨基酸。 第35页/共114页氨氨酰酰-tRNA合成酶合成酶（aminoacyl-tRNA synthetase）氨基酸氨基酸 + tRNA氨酰氨酰- tRNAATP AMPPPi氨酰氨酰-tRNA合成酶合成酶共分两步反应。共分两步反应。第36页/共114页反应机理反应机理第一步反应：第一步反应： 氨基酸氨基酸ATP 氨基酰氨基酰-AMPAMP PPi消耗两个高能键消耗两个高能键PPi第37页/共114页第二步反应：第二步反应：氨基酰氨基酰-AMP -AMP tRNA tRNA 氨基酰氨基酰-tRNA -tRNA AMP AMP 氨基酸活化部位为氨基酸活化部位为-羧基；羧基；氨基酸与氨基酸与tRNA连接方式为酯键连接方式为酯键，为高能键。，为高能键。-羧基羧基第38页/共114页第39页/共114页tRNA与酶的结合模与酶的结合模型型第40页/共114页氨酰氨酰-tRNA合成酶的特点合成酶的特点专一性专一性u对氨基酸有极高的专一性，每种氨基酸都有专对氨基酸有极高的专一性，每种氨基酸都有专一的酶；只作用于一的酶；只作用于L-氨基酸，不作用于氨基酸，不作用于D-氨基酸氨基酸；消耗；消耗2个高能磷酸键。（个高能磷酸键。（20种氨酰种氨酰-tRNA合成酶合成酶） u对对tRNA 具有极高专一性（第二遗传密码系统）具有极高专一性（第二遗传密码系统），能识别与此氨基酸相对应的一个或多个，能识别与此氨基酸相对应的一个或多个tRNA 分子。分子。校对作用校对作用：氨酰氨酰-tRNA合成酶的水解部位可以水解合成酶的水解部位可以水解错误活化的氨基酸。错误活化的氨基酸。翻译过程的错误频率翻译过程的错误频率10-4。第41页/共114页氨基酸的活化形式：氨基酸的活化形式：氨基酰氨基酰tRNAtRNA氨基酸的活化部位：氨基酸的活化部位：羧基羧基氨基酸与氨基酸与tRNAtRNA连接方式：连接方式：酯键酯键氨基酸活化耗能：氨基酸活化耗能：2 2个个PiPi第42页/共114页起始起始氨基酰氨基酰-tRNA-tRNA真核生物：真核生物： Met-tRNAMet-tRNAi iMet Met （i-initiationi-initiation）原核生物：原核生物： fMet-tRNAfMet-tRNAi if fMetMetMet-tRNAMet-tRNAf fMetMet甲硫氨酰甲硫氨酰-tRNA-tRNAfMet-tRNAfMet-tRNAf fMetMetN-N-甲酰甲酰- -甲硫氨酰甲硫氨酰-tRNA-tRNA甲酰四氢叶酸甲酰四氢叶酸第43页/共114页l 20 20种氨基酸作为原料种氨基酸作为原料l 酶及蛋白因子，如酶及蛋白因子，如IFIF、eIFeIF、EFEF、RFRF等等l ATPATP、GTPGTP、无机离子、无机离子参与蛋白质生物合成的物质包括：参与蛋白质生物合成的物质包括：l 三种三种RNARNA mRNA mRNA rRNArRNA（核糖体）（核糖体） tRNA tRNA（氨酰（氨酰-tRNA-tRNA合成酶）合成酶） 第44页/共114页16.3 16.3 蛋白质的合成过程蛋白质的合成过程方向：方向：mRNAmRNA模板的方向：模板的方向：5 35 3；蛋白质的合成方向：蛋白质的合成方向：N N端端 C C端；端；翻译过程从阅读框架的翻译过程从阅读框架的5 5 -AUG-AUG开始，按开始，按mRNAmRNA模板三联体密码的顺序延长肽链，直至终止模板三联体密码的顺序延长肽链，直至终止密码出现。密码出现。 第45页/共114页翻译的起始翻译的起始 (initiation)翻译的延长翻译的延长 (elongation)翻译的终止翻译的终止 (termination )整个翻译过程可分为整个翻译过程可分为 ：第46页/共114页翻译的起始翻译的起始 (initiation)指指mRNAmRNA和和起始氨酰起始氨酰-tRNA-tRNA分别与分别与核糖体核糖体结合而形成结合而形成翻译起始复合物翻译起始复合物 (translational (translational initiation complex)initiation complex)。起始起始氨酰氨酰-tRNA-tRNA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第47页/共114页参与起始过程的蛋白质因子称参与起始过程的蛋白质因子称起始因子起始因子（initiation factorinitiation factor，IFIF）。）。原核生物的起始因子：原核生物的起始因子： IF1、IF2和和IF3。IF-1：占据：占据A位防止结合其他位防止结合其他tRNA。IF-2：促进：促进fMet-tRNAi与小亚基结合。与小亚基结合。IF-3：促进大小亚基分离，提高：促进大小亚基分离，提高P位对结合起始位对结合起始tRNA敏感性。敏感性。第48页/共114页真核生物真核生物各种起始因子的生物功能各种起始因子的生物功能（eukaryotic initiation factor，eIF） 起始因子起始因子生物功能生物功能eIF-2促进起始促进起始tRNA与小亚基结合与小亚基结合eIF-2B, eIF-3促进大小亚基分离促进大小亚基分离eIF-4AeIF-4F复合物成分，有解螺旋酶活性，促进复合物成分，有解螺旋酶活性，促进mRNA结合小亚基结合小亚基eIF-4B促进促进mRNA扫描定位起始扫描定位起始AUGeIF-4EeIF-4F复合物成分，结合复合物成分，结合mRNA 5帽子帽子eIF-4GeIF-4F复合物成分，结合复合物成分，结合eIF-4E和和PABeIF-5促进各种起始因子从小亚基解离，进而结合大促进各种起始因子从小亚基解离，进而结合大亚基亚基eIF-6促进核糖体分离成大小亚基促进核糖体分离成大小亚基第49页/共114页原核生物原核生物翻译起始复合物形成翻译起始复合物形成1、核糖体大小亚基分离；、核糖体大小亚基分离；2、mRNA在小亚基定位结合；在小亚基定位结合；3、起始氨基酰起始氨基酰-tRNA的结合；的结合； 4、核糖体大亚基结合。、核糖体大亚基结合。第50页/共114页IF-3IF-11 1、核糖体大小亚基分离、核糖体大小亚基分离第51页/共114页A U G53IF-3IF-12 2、mRNAmRNA在小亚基定位结合在小亚基定位结合mRNA的的S-D序列序列第52页/共114页IF-3IF-1IF-2GTPA U G533 3、起始氨基酰、起始氨基酰tRNAtRNA与小亚基结合与小亚基结合fMet-tRNAfMet-tRNAi if fMetMet是唯一一个结合到是唯一一个结合到P P位位的的氨酰氨酰-tRNA-tRNA，其他的都是先与，其他的都是先与A A位结合。位结合。第53页/共114页IF-3IF-1IF-2GTPGDPPiA U G534 4、核糖体大亚基结合、核糖体大亚基结合第54页/共114页IF-3IF-1A U G53IF-2GTPIF-2-GTPGDPPi起始过程消耗起始过程消耗1 1个个GTPGTP。第55页/共114页基本过程同原核生物翻译的起始过程，也分基本过程同原核生物翻译的起始过程，也分4个步骤。个步骤。1、核糖体大小亚基分离；、核糖体大小亚基分离；2、mRNA在小亚基定位结合；在小亚基定位结合；3、起始氨基酰起始氨基酰-tRNA的结合；的结合； 4、核糖体大亚基结合。、核糖体大亚基结合。第56页/共114页mRNA eIF-6 GDP+PielF-5ATPADP+PielF4E, elF4G, elF4A, elF4B,PAB真核生物翻译起始真核生物翻译起始复合物形成过程复合物形成过程Met-tRNAiMet-elF-2 -GTP第57页/共114页 真核生物翻译起始的特点真核生物翻译起始的特点第58页/共114页翻译的延长翻译的延长 (elongation)指按照指按照mRNAmRNA密码序列的指导，依次添加氨密码序列的指导，依次添加氨基酸基酸从从N N端向端向C C端端延伸肽链，直到合成终止的过程延伸肽链，直到合成终止的过程。 第59页/共114页 肽链的延长是在核糖体上连续性循环式进行肽链的延长是在核糖体上连续性循环式进行，又称为，又称为核糖体循环核糖体循环（ribosomal cycle)ribosomal cycle)，每次，每次循环增加一个氨基酸，分为以下三步：循环增加一个氨基酸，分为以下三步：1 1、进位、进位（entranceentrance）2 2、成肽、成肽（peptide bond formationpeptide bond formation）3 3、转位、转位（translocationtranslocation）第60页/共114页原核延长原核延长因子因子生物功能生物功能对应真核对应真核延长因子延长因子EF-EF-TuTu促进氨基酰促进氨基酰- -tRNAtRNA进入进入A A位，位，结合分解结合分解GTPGTPEF-1-EF-1-EF-TsEF-Ts调节亚基调节亚基EF-1-EF-1-EF-GEF-G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位前移到位前移到P P位，位，促进卸载促进卸载tRNAtRNA释放释放EF-2EF-2肽链合成的延长因子肽链合成的延长因子 第61页/共114页1 1、进位、进位指根据指根据mRNAmRNA下下一组遗传密码指导，一组遗传密码指导，使相应氨基酰使相应氨基酰-tRNA-tRNA进入核糖体进入核糖体A A位。位。第62页/共114页延长因子延长因子EF-TEF-T催化催化进位（原核生物）进位（原核生物）消耗消耗1个个GTP第63页/共114页TuTsGTPGDPA U G53TuTsGTP第64页/共114页由由转肽酶转肽酶（transpeptidasetranspeptidase）催化的肽键）催化的肽键形成过程。形成过程。第65页/共114页第66页/共114页消耗消耗1个个GTP第67页/共114页fMetA U G53fMetTu GTP第68页/共114页重复进行重复进行，直至肽，直至肽链延长到链延长到一定长度一定长度为止。为止。进位进位成肽成肽转位转位第69页/共114页真核生物肽链合成的延长过程与原核真核生物肽链合成的延长过程与原核基本基本相似相似，但有不同的反应体系和延长因子。，但有不同的反应体系和延长因子。另外，真核细胞核糖体另外，真核细胞核糖体没有没有E E位位，转位时，转位时卸载的卸载的tRNAtRNA直接从直接从P P位脱落。位脱落。真核真核生物生物延长延长过程过程第70页/共114页翻译的终止翻译的终止 (termination )(termination )当当mRNAmRNA上终止密码出现后，多肽链合成上终止密码出现后，多肽链合成停止，肽链从肽酰停止，肽链从肽酰-tRNA-tRNA中释出，中释出，mRNAmRNA、核糖、核糖体等分离，这些过程称为肽链合成终止。体等分离，这些过程称为肽链合成终止。第71页/共114页释放因子释放因子（release factor，RF）终止相关的蛋白因子。终止相关的蛋白因子。 识别终止密码识别终止密码，如，如RF-1RF-1特异识别特异识别UAAUAA、UAGUAG；而而RF-2RF-2可识别可识别UAAUAA、UGAUGA； 诱导诱导转肽酶转肽酶改变为酯酶活性，相当于催化肽改变为酯酶活性，相当于催化肽酰基转移到水分子酰基转移到水分子-OH-OH上，使肽上，使肽链从核糖体链从核糖体上释放。上释放。 释放因子的功能释放因子的功能 原核生物释放因子：原核生物释放因子：RF-1RF-1，RF-2RF-2，RF-3RF-3； 真核生物释放因子：真核生物释放因子：eRF eRF 第72页/共114页原原核核肽肽链链合合成成终终止止过过程程 GTPGTPGDP消耗消耗1个个GTP第73页/共114页U A G53RFCOO-第74页/共114页原核生物蛋白质合成的原核生物蛋白质合成的能量计算能量计算第75页/共114页 起始复合物形成所参与的起始复合物形成所参与的因子不同因子不同 原核：原核：IF1、IF2、IF3、70S核糖体；核糖体； 真核：真核：9种起始因子参与种起始因子参与 eIF1，eIF2，eIF3，EIF4（a、b、c、d、e、f）eIF5，eEIF6 和和 80S核糖体核糖体。 起始复合物起始复合物形成的形成的次序次序差异差异 原核：原核：30S+mRNA+fMet-tRNAfMet-tRNAi if fMetMet+50S，最终形成，最终形成70S起始复合物；起始复合物； 真核：真核：40S+Met-tRNAMet-tRNAi iMetMet+mRNA+60S，最终形成，最终形成80S起始复合物。起始复合物。真核生物真核生物与原核生物蛋白质合成的差异与原核生物蛋白质合成的差异第76页/共114页 延长和终止的差异延长和终止的差异 过程基本相似，但参与因子不同；过程基本相似，但参与因子不同； 原核：原核：EF-Tu 、EF-Ts、EF-G； RF1、RF2、RF3。 真核：真核： EF1、EF1、EF2；RF。 起始氨基酸：起始氨基酸： fMet 、 Met 合成速度：合成速度： 原核快，原核快，10-15个肽键个肽键/核糖体核糖体/秒；秒； 真核慢，真核慢，1-3个肽键个肽键/核糖体核糖体/秒。秒。第77页/共114页抗生素抗生素作用点作用点作用原理作用原理四环素族（金霉素四环素族（金霉素 新新霉素、土霉素）霉素、土霉素）链霉素、卡那霉素、链霉素、卡那霉素、新霉素新霉素氯霉素、林可霉素氯霉素、林可霉素红霉素红霉素梭链孢酸梭链孢酸 放线菌酮放线菌酮嘌呤霉素嘌呤霉素原核核糖体原核核糖体小亚基小亚基原核核糖体原核核糖体小亚基小亚基原核核糖体原核核糖体大亚基大亚基原核核糖体原核核糖体大亚基大亚基原核核糖体原核核糖体大亚基大亚基真核核糖体大真核核糖体大亚基亚基真核、原核真核、原核核糖体核糖体 抑制氨基酰抑制氨基酰- -tRNAtRNA与小亚基结合与小亚基结合改变构象引起读码错误、抑制起改变构象引起读码错误、抑制起始始抑制转肽酶、阻断延长抑制转肽酶、阻断延长抑制转肽酶、妨碍转位抑制转肽酶、妨碍转位与与EFG-GTPEFG-GTP结合，抑制肽链延长结合，抑制肽链延长抑制转肽酶、阻断延长抑制转肽酶、阻断延长氨基酰氨基酰- -tRNAtRNA类似物，进位后引起类似物，进位后引起未成熟肽链脱落未成熟肽链脱落蛋白质生物合成的抑制剂蛋白质生物合成的抑制剂第78页/共114页四四环环素素族族氯霉素氯霉素链霉素和卡那霉素链霉素和卡那霉素嘌呤霉素嘌呤霉素放线菌酮放线菌酮第79页/共114页16.416.4 蛋白质合成后蛋白质合成后的加工修饰的加工修饰 肽链从核糖体释放后，经过细胞内各种加工修肽链从核糖体释放后，经过细胞内各种加工修饰处理，成为有饰处理，成为有活性的成熟蛋白质活性的成熟蛋白质的过程。的过程。加工修饰类型加工修饰类型一级结构的修饰一级结构的修饰高级结构的修饰高级结构的修饰多肽链折叠多肽链折叠第80页/共114页蛋白质前体的加工蛋白质前体的加工一级结构一级结构的加工修饰的加工修饰氨基端和羧基端的修饰氨基端和羧基端的修饰：N端甲酰甲硫氨酸的端甲酰甲硫氨酸的甲酰甲酰基基经酶水解而除去；某些蛋白质分子氨基端要进行经酶水解而除去；某些蛋白质分子氨基端要进行乙酰乙酰化化，羧基端也要进行修饰。，羧基端也要进行修饰。二硫键二硫键的形成：的形成：真核细胞合成的某些蛋白质，往往真核细胞合成的某些蛋白质，往往能自发地折叠形成其天然构像，分子内的半胱氨酸的巯能自发地折叠形成其天然构像，分子内的半胱氨酸的巯基之间形成共价键（二硫键）。二硫键在稳定蛋白质空基之间形成共价键（二硫键）。二硫键在稳定蛋白质空间构型中起着重要作用。间构型中起着重要作用。第81页/共114页第82页/共114页蛋白质自我剪接蛋白质自我剪接：切除切除蛋白蛋白内含肽内含肽的过程的过程。第83页/共114页氨基酸的修饰：氨基酸的修饰：磷酸化磷酸化修饰：修饰：某些蛋白质分子中的丝氨酸、苏氨酸、某些蛋白质分子中的丝氨酸、苏氨酸、酪氨酸残基在酶催化下被酪氨酸残基在酶催化下被ATP磷酸化；磷酸化；糖基化糖基化修饰：修饰：糖蛋白的糖链是蛋白质合成之后，在通糖蛋白的糖链是蛋白质合成之后，在通过高尔基体时，经过糖化而形成的；过高尔基体时，经过糖化而形成的；羟基化羟基化反应：反应： 胶原蛋白中的脯氨酸与赖氨酸的羟基胶原蛋白中的脯氨酸与赖氨酸的羟基化，由相应的羟基化酶催化完成；化，由相应的羟基化酶催化完成；甲基化甲基化反应：反应：某些蛋白质中的赖氨酸残基需要甲基化某些蛋白质中的赖氨酸残基需要甲基化，某些谷氨酸残基的羧基也要甲基化，以除去负电荷，某些谷氨酸残基的羧基也要甲基化，以除去负电荷。第84页/共114页高级结构的修饰：高级结构的修饰：亚基聚合；亚基聚合；辅基连接；辅基连接；疏水脂链的共价连接等。疏水脂链的共价连接等。 第85页/共114页蛋白质的折叠蛋白质的折叠第86页/共114页蛋白质折叠过程中存在蛋白质折叠过程中存在中间体中间体第87页/共114页大多数蛋白质的折叠都需要大多数蛋白质的折叠都需要其他酶和蛋白质的辅助其他酶和蛋白质的辅助。新生肽链的体内折叠新生肽链的体内折叠合成后折叠合成后折叠边合成边折叠边合成边折叠第88页/共114页几种有促进蛋白折叠功能的大分子几种有促进蛋白折叠功能的大分子1 1、分子伴侣分子伴侣 (molecular chaperon) (molecular chaperon) 2 2、蛋白二硫键异构酶、蛋白二硫键异构酶 (protein disulfide (protein disulfide isomerase, isomerase, PDIPDI) )3 3、肽、肽- -脯氨酰顺反异构酶脯氨酰顺反异构酶 (peptide prolyl (peptide prolyl cis-trans isomerase, cis-trans isomerase, PPIPPI) )第89页/共114页1、分子伴侣、分子伴侣 (molecular chaperon)： 细胞内一类保守蛋白质，可识别肽链的非天然构象细胞内一类保守蛋白质，可识别肽链的非天然构象，促进各功能结构域和整体蛋白质的正确折叠。，促进各功能结构域和整体蛋白质的正确折叠。热休克蛋白热休克蛋白(heat shock protein, HSP)： HSP70、HSP40和和GreE家族；家族； 伴侣素伴侣素(chaperonins)： 包括包括 GroEL/GroES家族，为非自发性折叠家族，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。蛋白质提供能折叠形成天然空间构象的微环境。第90页/共114页热休克蛋白热休克蛋白促进蛋白质折叠的基本促进蛋白质折叠的基本作用作用：与待折叠的多肽链结合，诱发多肽链折叠成正确与待折叠的多肽链结合，诱发多肽链折叠成正确构象，防止多肽链间相互聚合或错误折叠。构象，防止多肽链间相互聚合或错误折叠。HSP40HSP40结合待折结合待折叠多肽片段叠多肽片段 HSP70HSP70-ATP-ATP复合物复合物 HSP40- HSP70-ADP-HSP40- HSP70-ADP-多肽复合物多肽复合物 ATPATP水解水解GrpE GrpE ATPATPADPADP复合物解离，释出多肽链片段进行正确折叠复合物解离，释出多肽链片段进行正确折叠 第91页/共114页伴侣素的主要作用伴侣素的主要作用:为为非自发性非自发性折叠蛋白质提供能折叠形成天折叠蛋白质提供能折叠形成天然空间构象的微环境。然空间构象的微环境。 第92页/共114页伴侣素伴侣素GroEL/GroESGroEL/GroES系统促进蛋白质折叠过程系统促进蛋白质折叠过程 第93页/共114页2、蛋白二硫键异构酶、蛋白二硫键异构酶 (protein disulfide isomerase, PDI) 二硫键异构酶在内质网腔活性很高，可二硫键异构酶在内质网腔活性很高，可在较大在较大区段肽链中催化区段肽链中催化错配错配二硫键二硫键断裂并形成正确断裂并形成正确二硫键二硫键连接，最终使蛋白质形成热力学最稳定的天然构象连接，最终使蛋白质形成热力学最稳定的天然构象。第94页/共114页3、肽、肽-脯氨酰顺反异构酶脯氨酰顺反异构酶 (peptide prolyl cis-trans isomerase, PPI)多肽链中多肽链中肽酰肽酰- -脯氨酸脯氨酸间形成的间形成的肽键肽键有顺反两有顺反两种异构体，空间构象明显差别。种异构体，空间构象明显差别。 肽酰肽酰- -脯氨酰顺反异构酶可促进上述脯氨酰顺反异构酶可促进上述顺反顺反两种两种异构体之间的异构体之间的转换转换。 肽酰肽酰- -脯氨酰顺反异构酶是蛋白质三维构象形脯氨酰顺反异构酶是蛋白质三维构象形成的成的限速酶限速酶，在肽链合成需形成顺式构型时，可使，在肽链合成需形成顺式构型时，可使多肽在各脯氨酸多肽在各脯氨酸弯折处弯折处形成形成准确折叠准确折叠。 第95页/共114页16.516.5 蛋白质蛋白质的定向运输的定向运输靶向输送靶向输送（protein targeting） 蛋白质在合成以后，蛋白质在合成以后，定向到达其执行功能定向到达其执行功能的的目标地点目标地点的过程。的过程。第96页/共114页细胞质细胞质基质基质细胞核细胞核溶酶体溶酶体 高尔基体高尔基体 内质网内质网 线粒体线粒体过氧化物酶体过氧化物酶体分泌颗分泌颗粒粒内体内体细胞表面细胞表面核糖体核糖体膜结合核糖体膜结合核糖体游离核糖游离核糖体体第97页/共114页信号序列信号序列(signal sequence)第98页/共114页靶向输送蛋白靶向输送蛋白信号序列或成分信号序列或成分分泌蛋白分泌蛋白信号肽信号肽内质网腔蛋白内质网腔蛋白信号肽，信号肽，C C端端-Lys-Asp-Lys-Asp-GluGlu- -LeuLeu-COO-COO- -(KDEL(KDEL序列序列) )线粒体蛋白线粒体蛋白N N端靶向序列（端靶向序列（20203535氨基酸残基）氨基酸残基）核蛋白核蛋白核定位序列（核定位序列（-Pro-Pro-Lys-Lys-Lys-Arg-Lys-Pro-Pro-Lys-Lys-Lys-Arg-Lys-Val-Val-，SV40 TSV40 T抗原）抗原）过氧化体蛋白过氧化体蛋白-Ser-Lys-Leu-Ser-Lys-Leu-（PSTPST序列）序列）溶酶体蛋白溶酶体蛋白Man-6-PMan-6-P（甘露糖（甘露糖-6-6-磷酸）磷酸）靶向输送蛋白的信号序列或成分靶向输送蛋白的信号序列或成分 第99页/共114页细胞内蛋白质的运输方式细胞内蛋白质的运输方式细胞核细胞核叶绿体叶绿体线粒体线粒体过氧化物酶体过氧化物酶体内内质质网网高尔基体高尔基体溶酶体溶酶体内体内体穿膜运输穿膜运输：细胞质：细胞质基质基质- -细胞细胞器器，分选信号，分选信号- -细胞器膜上相应转细胞器膜上相应转运子；运子；门控运输门控运输：细胞质细胞质基质基质- -细胞核细胞核，分选信号分选信号- -核孔复合体上相应受体；核孔复合体上相应受体；小泡运输小泡运输：细胞器细胞器- -细胞器细胞器（细（细胞膜），分选信号胞膜），分选信号- -运输小泡膜上运输小泡膜上相应受体。相应受体。第100页/共114页分泌蛋白的靶向输送分泌蛋白的靶向输送真核细胞分泌蛋白等前真核细胞分泌蛋白等前体合成后靶向输送过程首体合成后靶向输送过程首先先要进入要进入内质网内质网，再分别被包，再分别被包装成装成分泌小泡分泌小泡而分泌出细胞而分泌出细胞。 第101页/共114页信号肽（信号肽（signal peptide）： 各种新生分泌蛋白的各种新生分泌蛋白的N N端有保守的氨基酸序列。端有保守的氨基酸序列。 信号斑（信号斑（plaque signal ）：）： 位于多肽链不同部位的几个特定氨基酸序列经位于多肽链不同部位的几个特定氨基酸序列经折叠后形成的折叠后形成的斑块区斑块区，具有，具有分选信号分选信号的功能。的功能。 信号斑是一种信号斑是一种三维结构三维结构； 完成分选任务后仍然存在。完成分选任务后仍然存在。第102页/共114页N N端侧碱性区端侧碱性区 疏水核心区疏水核心区 C C端加工区端加工区 第103页/共114页可溶性蛋白质到内质网腔的运输过程可溶性蛋白质到内质网腔的运输过程 信号肽引导多肽链通过内质网膜上蛋白质转运信号肽引导多肽链通过内质网膜上蛋白质转运子进入内质网，子进入内质网，转运子的中央孔与核糖体大亚基的转运子的中央孔与核糖体大亚基的中央中央通道对齐通道对齐，供多肽链穿入。，供多肽链穿入。第104页/共114页35内质网腔内质网腔停泊蛋白停泊蛋白信号肽酶信号肽酶核糖体受体核糖体受体信号肽序列的合成信号肽序列的合成SRP识别信号肽，翻译暂停识别信号肽，翻译暂停SRP与停泊蛋白结合，信号肽插入内质网膜与停泊蛋白结合，信号肽插入内质网膜蛋白质合成恢复，多肽链被引入内质网腔，信号肽被切除蛋白质合成恢复，多肽链被引入内质网腔，信号肽被切除蛋白质释入内质网腔内，核糖体再循环蛋白质释入内质网腔内，核糖体再循环SRP被释放被释放信号肽指导真核蛋白进入内质网信号肽指导真核蛋白进入内质网SPR（signal recognition particle）：信号识别蛋白）：信号识别蛋白第105页/共114页信号肽引导真核分泌蛋白进入内质网信号肽引导真核分泌蛋白进入内质网 第106页/共114页翻译翻译-运转同步运转同步第107页/共114页 前体蛋白和细胞器前体蛋白和细胞器膜上膜上的的受体识别受体识别，通过蛋，通过蛋白白通道通道进入线粒体（叶绿体和过氧化物酶体进入线粒体（叶绿体和过氧化物酶体等类似），在线粒体中等类似），在线粒体中去除前导肽去除前导肽（信号肽（信号肽）序列，在）序列，在分子伴侣分子伴侣的帮助下形成空间结构的帮助下形成空间结构。第108页/共114页翻译翻译后后运转运转第109页/共114页在在核定位顺序核定位顺序（NLS）的帮助下进入细胞核的帮助下进入细胞核翻译翻译后后运转运转第110页/共114页门控运输门控运输第111页/共114页第112页/共114页遗传密码：遗传密码：概念、概念、起始密码和终止密码、遗传密起始密码和终止密码、遗传密码的特点。码的特点。参与蛋白质生物合成的物质：参与蛋白质生物合成的物质：核糖体、核糖体、mRNAmRNA和和tRNAtRNA的结构特点和功能、氨酰的结构特点和功能、氨酰-tRNA-tRNA合成酶的特点合成酶的特点、蛋白因子的作用。、蛋白因子的作用。蛋白质生物合成的过程：蛋白质生物合成的过程：蛋白质合成的过程及其蛋白质合成的过程及其忠实性、真核生物与原核生物蛋白质合成的差异、忠实性、真核生物与原核生物蛋白质合成的差异、合成过程的合成过程的能量变化。能量变化。翻译后的加工修饰和定向运输：翻译后的加工修饰和定向运输：加工修饰类型、加工修饰类型、定向运输的相关概念。定向运输的相关概念。第113页/共114页