蛋白质的生物合成

中 心 法 则 蛋 白 质翻 译 ?转 录 逆 转 录 复 制复 制 DNARNA第 十 章 蛋 白 质 的 生 物 合 成翻 译 (translation)：以 mRNA为 模 板 合 成 蛋 白质 的 过 程 。原 料 ： 氨 基 酸涉 及 到 细 胞 内 所 有 种 类的 RNA和 几 十 种 蛋 白 质 因子能 量 ： ATP和 GTP提 供 。场 所 ： 在 核 糖 体 第 十 章 蛋 白 质 的 生 物 合 成第 一 节 蛋 白 质 的 合 成 体 系第 二 节 蛋 白 质 的 生 物 合 成 过 程第 三 节 肽 链 合 成 后 的 折 叠 与 修 饰第 四 节 蛋 白 质 合 成 后 的 定 向 转 运 第 一 节 蛋 白 质 的 合 成 体 系n 蛋 白 质 的 合 成 要 求 100多 种 大 分 子 物 质 参 与 和相 互 协 作 ， 这 些 大 分 子 物 质 包 括 mRNA、 许 多tRNA、 核 糖 体 、 多 种 活 化 酶 和 各 种 蛋 白 质 因子 。 mRNA与 遗 传 密 码tRNA 核 糖 体 辅 助 因 子 一 、 mRNA与 遗 传 密 码（ 一 ） mRNA (messenger RNA)l携 带 DNA的 遗 传 信 息 ， 作 为 模 板 通 过 翻 译 将 遗 传 信息 传 递 给 蛋 白 质 ， 直 接 决 定 多 肽 链 中 AA的 顺 序 。lmRNA分 子 中 四 种 不 同 碱 基 构 成 特 定 顺 序 决 定 蛋 白 质分 子 中 20种 AA所 构 成 的 序 列 。 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PPP5 3蛋 白 质PPP mG -5 3蛋 白 质 mRNA的 碱 基 序 列 是 如 何 翻 译 成 蛋 白 质 的 氨 基 酸 序列 ？遗 传 密 码 ： DNA（ 或 其 转 录 的 mRNA） 中 的 碱 基 序列 和 蛋 白 质 序 列 之 间 的 对 应 关 系 。（ 二 ） 遗 传 密 码 （ genetic code）DNA: ATGCATGCATGCRNA: TUCGUACGUACG PROTEIN: aa 1 aa2 aa3 aa4 n1954年 物 理 学 家 G. Gamov首 先 对 遗 传 密 码 进 行 探 讨 。4种 核 苷 酸 构 成 序 列 ( mRNA) 20种 基 本 aa构 成 序 列 (蛋 白质 ) ？一 对 一 的 对 应 关 系 ， 42=16， 43=64， 足 够n1961年 Francis Crick及 其 同 事 的 遗 传 实 验 进 一 步 肯 定mRNA上 相 邻 三 个 碱 基 编 码 一 个 氨 基 酸 ， 此 三 联 体 碱基 称 为 密 码 子 （ codon） 。 l遗 传 密 码 的 发 现1961年 ， M.Nirenberg等 人 提 出 。 43 =64大 肠 杆 菌 中 ， 以 多 聚 U做 为 mRNA， 即 polyU+20种 放射 性 同 位 素 标 记 的 氨 基 酸 ， 大 肠 杆 菌 合 成 体 系 ， 在 外界 环 境 合 适 下 ， 合 成 了 一 条 多 聚 苯 丙 氨 酸 （ phe） 肽链 。UUU为 phe的 三 联 体 密 码 。确 立 了 polyA为 Lys, polyC为 Pro等 。发 现 具 有 密 码 子 功 能 的 最 短 链 为 三 个 核 苷 酸 ， 并 且含 3 -OH和 5 -磷 酸 基 的 三 核 苷 酸 最 有 效 。阅 读 方 向 为 5-3 。 至 1966年 ， 20中 氨 基 酸 对 应 的61个 密 码 子 和 三 个 终 止 密 码 子 全 部 破 译 。 全 部 被 查 清 。 遗 传 密 码阅 读 方 向 为 5 -3 2、 遗 传 密 码 的 特 点 密 码 子 的 方 向 性 密 码 子 的 阅 读 方 向 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 延 伸 方 向 相 同 。 n 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 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 。（ RNA的 编 辑 ）（ ） 密 码 子 的 读 码 连 续 性 （ 无 标 点 ， 不 重 叠 ）A B C D E F G H I J K Laa 1 aa2 aa3 aa4 密 码 子 的 简 并 性 :指 大 多 数 氨 基 酸 都 是 由 几 个 不同 的 密 码 子 编 码 的 现 象 如 UCU， UCC， UCA，UCG， AGU及 AGC 6个 密 码 子 都 编 码 丝 氨 酸 。同 义 密 码 子 （ synonymous codon） ： 编 码 相 同氨 基 酸 的 密 码 子 。 只 有 Met(AUG)和 Trp(UGG)仅 有 一 个 密 码 子 。 （ 3） 密 码 子 简 并 性 （ degeneracy） 一 是 可 以 减 少 有 害 的 突 变 。 假 如 每 种 氨 基 酸 只 有 一 个 密 码 子 ， 那 么 剩 下 的44个 密 码 子 都 成 了 终 止 密 码 子 ， 一 旦 某 氨 基 酸 的 密码 子 发 生 单 碱 基 的 点 突 变 ， 则 很 可 能 造 成 肽 链 合 成的 过 早 终 止 。二 是 既 使 DNA上 碱 基 组 成 有 变 化 ， 仍 可 保 持 由 此DNA编 码 的 多 肽 链 上 氨 基 酸 序 列 不 变 。 如 GCN编码 Ala， 由 于 简 并 性 的 存 在 ， 不 论 第 三 位 的N(A/G/C/U)变 成 什 么 ， 都 仍 然 编 码 Ala简 并 性 的 生 物 学 意 义 ？ 如 丙 氨 酸 ： GCU， GCC， GCA， GCG， 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 。 发 现 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 变 动 ， 这 种 现 象 称 为密 码 的 摆 动 性 或 变 偶 性 （ wobble） 。 IA、 U、 C配 对 。（ 4） 密 码 子 的 变 偶 性 （ 摆 动 性 ）密 码 子 阅 读 时 的 摆 动 性 反 密 码 子第 一 位 碱 基 密 码 子第 三 位 碱 基A UC GG UCU AGI UCA (5) 起 始 密 码 子 和 终 止 密 码 子 n 64个 密 码 子 中 ， 有 1个 密 码 子 AUG既 是 甲 硫 氨酸 的 密 码 子 ， 又 是 肽 链 合 成 的 起 始 密 码 子（ initiation codon） 。n 另 外 3个 密 码 子 UAG， UAA， UGA不 编 码 任 何氨 基 酸 ， 而 是 多 肽 合 成 的 终 止 密 码 子（ termination codon） 。 u密 码 子 在 高 等 、 低 等 生 物 中 基 本 是 完 全 通 用 的 。u但 有 例 外 情 况 ，如 哺 乳 动 物 的 线 粒 体 中 ， UGA不 再 是 终 止 密 码 子 ， 而编 码 色 氨 酸 ； AGA、 AGG为 终 止 密 码 ， 而 不 编 码 精 氨酸 。支 原 体 中 UGA不 作 终 止 密 码 ， 而 是 编 码 色 氨 酸 。原 生 动 物 鞭 毛 虫 把 终 止 密 码 子 UAA和 UAG 读 成 谷 氨酰 胺（ 6） 密 码 子 的 基 本 通 用 性 二 、 tRNA （ transfer RNA） n 在 蛋 白 质 合 成 中 ， 氨 基 酸 本 身 不 能 识 别 mRNA上 的 密 码 子 ， 它 需 要 由 特 异 的 tRNA分 子 携 带到 核 糖 体 上 并 由 tRNA上 的 反 密 码 子 去 识 别 在mRNA上 的 密 码 子 。n 位 于 tRNA的 反 密 码 子 环 上 ， 由 3个 特 定 的 碱 基组 成 ， 称 为 反 密 码 子 （ anticodon）tRNA是 多 肽 链 和 mRNA之 间 的 接 合 器 。 tRNA的 几 个 关 键 部 位一 个 是 氨 基 酸 结 合 部 位 ： 3 端CCAOH另 一 个 是 与 mRNA的 结 合 部 位 ： 反 密 码 子 部 位3 5 I CCA-OH5 3CCA-AA G G CC C G密 码 子 与 反 密 码 子 的阅 读 方 向 均 为 5 3 ，两 者 反 向 平 行 配 对 。 n 识 别 氨 酰 tRNA合 成 酶 的 位 点n 核 糖 体 识 别 位 点在 蛋 白 质 合 成 过 程 中 ,根 据 功 能 将 分 成 三 类 : 起 始 tRNA 延 伸 tRNA 校 正 tRNA n tRNA分 子 的 突 变 与 校 正 基 因 （ RNA再 编 辑 ）GAG（ Gln) UAGH3N Gln COO- 有 活 力H3N COO- 无 活 力基 因 突 变H 3N Tyr COO- 有 活 力3AUGTyr U A C AUCtRNA突 变 n 氨 基 酸 羧 基 与 tRNA3末 端 腺 苷 的 核 糖 3-OH连 接 ， 形 成氨 酰 -tRNA（ 由 特 异 的 氨 酰 -tRNA合 成 酶 催 化 ） 。同 功 受 体 tRNA（ isoaccepting tRNA） ： 携 带 相 同 氨 基 酸而 反 密 码 子 不 同 的 一 组 tRNA（ 大 多 数 氨 基 酸 都 有 几 种tRNA运 载 ）在 书 写 时 ， 将 所 运 氨 基 酸 写 在 tRNA的 右 上 角 ， 如tRNAAla及 tRNAcys分 别 表 示 转 运 Ala和 cys的 tRNA一 种 氨 酰 -tRNA合 成 酶 可 以 识 别 一 组 同 功 受 体 tRNA。 3末 端 的 氨 基 酸结 合 部 位 是 蛋 白 质 合 成 的 场 所 。 标 记 各 种 aa， 注 入 大 鼠 体 内 ， 在 不 同 时 间 取 出肝 脏 ， 匀 浆 ， 离 心 分 离 各 种 亚 细 胞 器 ， 分 析 放 射 性蛋 白 的 分 布 ， 证 实 蛋 白 质 的 合 成 是 在 核 糖 体 上 进 行的 。n 真 核 生 物 ： 游 离 核 糖 体 或 与 内 质 网 结 合n 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 )。三 、 核 糖 体 核 糖 体 是 由 核 糖 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 。 每 个 核 糖 体 是 由 大 小 两 个 亚 基 组 成 ， 每 个 亚 基 都 有自 己 不 同 的 rRNA和 蛋 白 质 分 子1、 核 糖 体 的 组 成来 源 核 糖 体 亚 基 rRNA 蛋 白 质 分 子数 目原 核 细 胞 70S 50S 5S， 23S 3430S 16S 21真 核 细 胞 80S 60S 5S， 28S 5040S 18S 30 大 肠 杆 菌 中 30S的 亚 基 能 单 独 与mRNA结 合 成 30S核 糖 体 -mRNA复合 体 ， 后 者 与 tRNA可 以 专 一 性结 合 (起 始 AA进 入 )。 50S亚 基 不能 单 独 与 mRNA结 合 ， 但 可 以 非专 一 地 与 tRNA结 合 。 核 糖 体 上有 两 个 tRNA结 合 位 点 （ 主 要 占据 大 亚 基 ） ： 氨 酰 基 位 点 -A；肽 酰 基 位 点 -P。 还 有 一 个 GTP结合 位 点 。P A 2. E.Coli核 糖 体 存 在 两 个 重 要 的 tRNA的 结 合 部 位P位 和 A位 ， 二 者 紧 密 连 接 ， 各 占 一 个 密 码 子 的 距 离 。P： 结 合 起 始 的 氨 酰 -tRNA和 肽 基 -tRNA，A： 结 合 新 掺 入 的 氨 酰 - tRNA。P A5 3 四 、 辅 助 因 子 n 蛋 白 质 的 合 成 除 了 需 要 mRNA、 tRNA、 核 糖体 外 ， 在 起 始 、 延 伸 和 终 止 阶 段 还 需 要 一 系 列蛋 白 辅 助 因 子 即 起 始 因 子 （ initiation factor） 、延 伸 因 子 （ elongation factor） 释 放 因 子（ release factor） 等 的 参 与 。 蛋 白 质 生 物 合 成 所 需 的 辅 助 因 子生 物 种 类 辅 助 因 子 功 能原核生物 起 始 因 子IF-1IF-2IF-3延 伸 因 子EF-TuEF-TsEF-G释 放 因 子RF-1RF-2 RF-3 促 进 IF-2和 IF-3的 活 性促 使 起 始 tRNA与 30S小 亚 基 结 合 ， 需 GTP促 进 核 糖 体 解 离 成 亚 基 ； 促 使 30S小 亚 基 与 mRNA起 始 部 位 结 合促 使 氨 酰 -tRNA进 入 A位 与 mRNA结 合促 进 EF-TuGDP再 生 为 EF-TuGTP水 解 GTP， 使 核 糖 体 按 53方 向 沿 mRNA移 动 一 个 密 码 子 的 距 离识 别 终 止 密 码 子 UAA， UAG识 别 终 止 密 码 子 UAA， UGA促 进 RF-1， RF-2的 活 性真核生物 起 始 因 子包 括 eIF-1，eIF-2， eIF-3， eIF-4等 至 少 9种 延 伸 因 子EF-1EF-2释 放 因 子RF 参 与 真 核 细 胞 蛋 白 质 合 成 起 始 复 合 物 的 组 装相 当 于 EF-Tu和 EF-Ts的 功 能相 当 于 EF-G的 功 能识 别 终 止 密 码 子 UAA， UAG， UGA 第 二 节 蛋 白 质 的 生 物 合 成 过 程 u原 核 生 物 蛋 白 质 的 生 物 合 成 过 程u真 核 生 物 蛋 白 质 的 生 物 合 成 特 点u蛋 白 质 合 成 的 抑 制 剂 u氨 基 酸 的 活 化u多 肽 链 合 成 的 起 始u多 肽 链 的 延 伸 u多 肽 链 合 成 的 终 止 与 释 放 一 、 原 核 生 物 蛋 白 质 的 生 物 合 成 过 程 （ 大 肠 杆 菌 ） 游 离 氨 基 酸 掺 入 多 肽 链 以 前 必 须 活 化 即 氨 基 酸 与 特 异tRNA形 成 氨 酰 -tRNA,在 胞 液 中 进 行 。氨 基 酸 的 活 化 由 氨 酰 tRNA合 成 酶 催 化 。每 一 种 氨 酰 tRNA合 成 酶 既 能 识 别 自 己 的 配 体 氨 基 酸 ，又 能 识 别 对 应 的 tRNA。1、 氨 基 酸 的 活 化 第 一 步 反 应氨 基 酸 ATP-E 氨 基 酰 -AMP-E AMP PPi 第 二 步 反 应氨 基 酰 -AMP-E tRNA 氨 基 酰 -tRNA AMP E 攻 击 位 点2-OH连 接 AA，影 响 下 一 步肽 键 形 成 v氨 基 酸 活 化 的 总 反 应 式 是 ： 氨 基 酸 +ATP+tRNA +H2O 氨 酰 -tRNA+AMP+PPiv20种 氨 基 酸 中 每 一 种 都 有 各 自 特 异 的 氨 酰 -tRNA合 成酶 。 氨 酰 -tRNA合 成 酶 具 有 高 度 的 专 一 性 ， 它 既 能 识别 相 应 的 氨 基 酸 （ L-构 型 ） ， 又 能 识 别 与 此 氨 基 酸相 对 应 的 一 个 或 多 个 tRNA 分 子 ； 即 使 AA识 别 出 现 错误 ， 此 酶 具 有 水 解 功 能 ， 可 以 将 其 水 解 掉 。 这 种 高度 的 专 一 性 保 证 了 氨 基 酸 与 其 特 定 的 tRNA准 确 匹 配 ，从 而 使 蛋 白 质 的 合 成 具 有 一 定 的 保 真 性 。氨 酰 -tRNA 合 成 酶氨 酰 -tRNA合 成 酶 和 之 相 对 应 的 tRNA分 子 被 称 为 遗 传 密 码 第 二 tRNA与 多 肽 合 成 的 有 关 位 点n 3端 -CCA上 AA接 受 位 点n 识 别 氨 酰 -tRNA合 成 酶 位 点n 核 糖 体 识 别 位 点n 反 密 码 子 位 点 （ 识 别 mRNA上 的 密 码 子 ） 2、 肽 链 合 成 的 起 始n起 始 密 码 子 的 识 别 ： （ 30S复 合 物 形 成 ） 起 始 AUG一 般 位 于 距 5 端 25个 核 苷 酸 以 后 ， 并 在 其 上游 （ 5 端 ） 约 10个 核 苷 酸 处 有 一 段 富 含 嘌 呤 的 序 列（ SD序 列 ） ， 原 核 生 物 核 糖 体 30S小 亚 基 上 的 16SrRNA3端 富 含 嘧 啶 的 序 列 能 与 之 互 补 配 对 ， 这 样 30S亚 基 能 与mRNA结 合 (IF3参 加 ， 识 别 起 始 密 码 子 AUG,使 上 次 循 环 中的 大 小 亚 基 分 离 ） ， 在 IF1 IF 参 与 下 ， 30S-mRNA-IF3进 一 步 与 fMet-tRNA i、 GTP结 合 ， 形 成 30S复 合 物 ：30S-mRNA- fMet-tRNAi (tRNAifMet) 5 3 AUG AUG AUG l现 在 已 经 知 道 作 为 多 肽 合 成 起 始 信 号 的 密 码 子有 两 个 ， 即 甲 硫 氨 酸 的 密 码 子 (AUG)和 缬 氨 酸的 密 码 子 (GUG)(极 少 出 现 )。 在 大 肠 杆 菌 中 , 起 始 密 码 子 AUG 所 编 码 的 氨 基 酸 并 不 是 甲 硫 氨酸 本 身 , 而 是 甲 酰 甲 硫 氨 酸 。fMet-tRNAi的 形 成Met-tRNAi+ N10-甲 酰 FH4 fMet-tRNAi+ FH4甲 酰 化 酶真 核 生 物 ： Met-tRNAMet。 真 核 生 物 无 甲 基 化 过 程 ， 起 始氨 基 酸 是 Met,起 始 tRNA为 Met-tRNA i(tRNAi Met)肽 链 中 间 的 Met携 带 者 是 tRNAm tRNAMet 延 长 因 子 识 别起 始 因 子 识 别 n 原 核 生 物 核 糖 体 30S小 亚 基 上 的 16SrRNA3 端 富含 嘧 啶 的 序 列 能 与 SD序 列 互 补 配 对 ， 这 样 30S亚 基能 与 mRNA结 合n 并 且 在 mRNA上 结 合 的 位 置 正 使 30S亚 基 上 的 P位对 准 起 始 密 码 子 AUG， 以 便 使 fMet-tRNAif Met进 入 P位 。 IF-2促 进 fMet-tRNAifMet进 入 P位 点与 核 糖 体 30S亚 基 结 合 ， 从 而 形 成30S起 始 复 合 物 ， 此 时 起 始 密 码 子AUG可 与 fMet-tRNAifMet上 的 反 密 码子 配 对 。GTP水 解 释 放 能 量 促 使 大 亚 基 结合 ， 形 成 70S起 始 复 合 物 ， IF-1、IF-2和 IF-3释 放 。 IF-1起 促 进 IF-2和 IF-3的 活 性 的 作 用 30S起始 复 合物 消 炎 药 ： 链 霉 素 、 新 霉 素 、 卡 那 霉 素 与 原 核细 胞 30S核 糖 体 结 合 ， 阻 止 50S核 糖 体 亚 基 与之 结 合 ， 从 而 抑 制 其 蛋 白 质 合 成 。蛋 白 质 合 成 抑 制 剂 3、 多 肽 链 的 延 伸 分 三 步 进 行 (1) 进 位 所 有 氨 酰 -tRNA必 须 与 EF-Tu-GTP结 合 才 可 进 入 70S核 糖 体 ，除 了 fMet-tRNAi 在 大 亚 基 上 肽 酰 转 移 酶（ 23SrRNA） （ peptidyl transferase） 的 作 用 下 ， A位点 氨 基 酸 的 -NH2亲 核 攻 击P位 点 氨 基 酸 的 -COOH并 形成 肽 键 ， P位 点 tRNA卸 载 ，结 果 A位 点 tRNA上 携 带 一 个二 肽 。核 糖 体 的 自 身 催 化 完 成 了 肽键 的 形 成 ！（ 2） 转 肽 嘌 呤 霉 素 （ 与 AMP相 似 ） 与AA反 应 生 成 氨 酰 嘌 呤 霉 素 ，容 易 从 核 糖 体 上 脱 落 ， 中 断蛋 白 质 的 合 成 反 应 。 在 EF-G（ 移 位 酶 或 移 位 因 子 ） 的 作 用 下 ， 核 糖 体 沿 mRNA5 3方 向 移 动 一 个 密 码 子 的 距 离 ， 使 原 来 在 A上 的 肽 酰 -tRNA移 到 了 P位 点 ， 原 来 在 P位 点 的 无 负 载 的 tRNA离 开 核 糖 体 ， 同 时 一 个 新 的密 码 子 进 入 空 的 A位 ， EF-G 催 化 的 移 位 过 程 需 水 解 GTP提 供 能 量 。（ 3） 移 位 移位进位 转 肽三 步 为 一 个 延 伸 循 环 ， 肽 链 每 掺 入 一 个 氨 基 酸 就 重 复 一 次 延 伸循 环 ， 消 耗 2个 肽 链 合 成 从 N-C GTPGDP Pi核 蛋 白 体 大 亚 基 结 合 ， 起 始 复 合 物 形 成A U G5 3IF-3 IF-1IF-2 IF1/IF2/IF3 TuTs循 环 移位进位 成 肽三 步 为 一 个 延 伸 循 环 ， 肽 链 每 掺 入 一 个 氨 基 酸 就 重 复一 次 延 伸 循 环 ， 肽 链 合 成 从 N-C每 添 加 一 个 氨 基 酸 需 消 耗 4个 高 能 键 回 顾 v当 终 止 密 码 子 出 现 在 A位 时 ， 终 止 因 子 结 合 在 A位 ， 肽 链 合 成 终 止 。 v终 止 因 子 的 结 合 使 肽 酰 转 移 酶 活 性 变 为 水 解酶 活 性 ， 肽 基 不 转 移 给 A位 tRNA， 而 转 移 给 H2O，并 把 已 合 成 的 多 肽 链 从 核 糖 体 和 tRNA上 释 放 出来 。4、 多 肽 链 合 成 的 终 止 与 释 放 （ 1） 释 放 因 子 RF1或RF2进 入 核 糖 体 A位 。 （ 2） 多 肽 链 的 释 放（ 3） 70S核 糖 体 解 离 tRNARF整 个 过 程 需要 消 耗 GTP v蛋 白 质 的 合 成 是 一 个 高 耗 能 过 程 AA活 化 2个 高 能 磷 酸 键 （ ATP） 肽 链 起 始 1个 （ 70S复 合 物 形 成 ， GTP） 进 位 1个 （ GTP） 移 位 1个 （ GTP） 终 止 1个 GTP GDP 第 一 个 氨 基 酸 加 入 需 消 耗 3个 （ 活 化 2+起 始 1 ）以 后 每 加 入 一 个 AA（ 形 成 一 个 肽 键 ） 需 要 消 耗 4个 （ 活 化 2 +进 位 1个 +移 位 1个 ） 。 终 止 GTP GDP 消 耗 1个例 ： 合 成 200个 a.a残 基 的 多 肽 ：8+198 4=800 氨 基 酸 与 tRNA的 特 异性 结 合 依 靠 氨 酰 tRNA合 成酶 的 特 异 识 别 作 用 。 密 码 子 与 反 密 码 子特 异 结 合 ， 依 靠 互 补 碱 基配 对 结 合 实 现 ， 也 有 赖 于核 糖 体 的 构 象 正 常 而 实 现正 常 的 装 配 功 能 。保 证 准 确 翻 译 的 关 键 是 什 么 ？ n 种 瓜 得 瓜 种 豆 得 豆 的 生 化 机 制 ? 二 、 真 核 生 物 蛋 白 质 的 生 物 合 成核 糖 体 更 大 ， 80S 40S+60S起 始 tRNA和 氨 基 酸 起 始 氨 基 酸 为 甲 硫 氨 酸 ， 而 不 是 甲 酰 甲 硫氨 酸 ， 起 始 氨 酰 -tRNA为 tRNAiMet起 始 密 码 子 为 AUG， 它 的 上 游 5 端 无 富 含 嘌 呤 序 列 （ SD） ， 一般 在 mRNA5 -末 端 的 AUG为 起 点 。 真 核 生 物 mRNA通 常 只 有 一 个 AUG密 码 子 ， 每 种 mRNA只 转 译 出 一 种 多 肽 。对 抑 制 剂 敏 感 性 不 同 ， 如 亚 胺 环 己 酮 只 作 用 于 80S核 糖 体 ， 只 抑制 真 核 生 物 的 翻 译 ,白 喉 毒 素 与 eEF2结 合 ， 抑 制 肽 链 移 位 。真 核 中 涉 及 的 蛋 白 因 子 较 多 ， 有 约 13种 起 始 因 子 、 两 种 延 伸 因子 (eEF-l/ eEF-2)、 一 种 终 止 因 子 被 称 为 信 号 释 放 因 子（ eRF） 。蛋 白 质 激 酶 参 与 真 核 生 物 蛋 白 质 合 成 的 调 节 。 真 核 中 线 粒 体 、 叶 绿 体 能 进 行 蛋 白 质 合 成 ， 其 抑 制 剂 与 原 核 相似 。 三 、 蛋 白 质 合 成 的 抑 制 剂 原 核 氯 霉 素 与 50S亚 基 结 合 ， 抑 制 原 核 肽 转 移 酶四 环 素 与 30S亚 基 结 合 ， 干 扰 氨 酰 tRNA的 结 合红 霉 素 抑 制 肽 链 延 伸链 霉 素 、卡 那 霉 素 与 原 核 生 物 核 糖 体 小 亚 基 结 合 ， 改 变 其 构 象 ，阻 止 大 亚 基 结 合 .结 核 杆 菌 对 这 两 种 抗 生 素 特别 敏 感 。真 核 亚 胺 环 已酮 抑 制 真 核 肽 转 移 酶 活 性白 喉 毒 素 与 eEF2结 合 ， 抑 制 肽 链 的 移 位 作 用 。 第 三 节 肽 链 合 成 后 的 折 叠 与 修 饰 一 、 多 肽 链 的 折 叠 二 、 多 肽 链 的 修 饰翻 译 后 的 加 工 使 蛋 白 质 组 成 更 加多 样 化 ， 使 得 蛋 白 质 在 结 构 上 呈 现更 大 的 复 杂 化 。 DNA转 录 初 产 物RNAmRNA蛋 白 质 前 体 mRNA降 解 物 活 性 蛋 白 质 DNA水 平 调 节转 录 水 平 调 节转 录 后 加 工的 调 节 翻 译 调 节 mRNA降 解 调 节翻 译 后 加 工的 调 节核细 胞 质 v多 肽 链 的 折 叠 新 生 肽 链 在 细 胞 内 特 定 的 部 位 ， 在 多种 蛋 白 质 的 帮 助 下 卷 曲 成 正 确 构 象 .v肽 链 的 折 叠 从 核 糖 体 出 现 新 生 的 多 肽 链 即 可 开 始 。至 少 有 两 类 因 子 参 与 折 叠 ：酶 ： 二 硫 键 异 构 酶 加 速 蛋 白 质 正 确 二 硫 键 的 形 成 肽 基 脯 氨 酸 异 构 酶 加 速 脯 氨 酸 亚 氨 基 肽 键的 顺 -反 异 构 化 分 子 伴 侣一 、 多 肽 链 的 折 叠 分 子 伴 侣 (molecular chaperon )： 由 若 干 在 结 构 上不 相 关 的 蛋 白 质 家 族 组 成 ， 具 有 共 同 的 功 能 ，在 细 胞 内 帮 助 其 他 多 肽 链 的 结 构 完 成 正 确 的 组装 ， 而 且 在 组 装 完 毕 后 与 之 分 离 ， 不 构 成 这 些蛋 白 质 在 执 行 功 能 时 的 结 构 组 分 。1.热 休 克 蛋 白 (heat shock protein, HSP) HSP70、 HSP60 、 HSP40和 GreE族 2.伴 侣 素 (chaperonins) GroEL和 GroES家 族 n 热 休 克 蛋 白 促 进 蛋 白 质 折 叠 的 基 本 作 用 : 结 合 保 护 待 折 叠 多 肽 片 段 ， 再 释 放 该 片 段 进 行 折 叠 。形 成 HSP和 多 肽 片 段 依 次 结 合 、 解 离 的 循 环 。 HSP40结 合 待折 叠 多 肽 片 段 HSP70-ATP复 合 物 HSP40- HSP70-ADP-多 肽 复 合 物 ATP水 解GrpE ATPADP复 合 物 解 离 ， 释 出 多 肽 链 片 段 进 行 正 确 折 叠 n 伴 侣 素 的 主 要 作 用 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 。 二 、 多 肽 链 的 修 饰n 多 肽 链 的 修 饰 可 以 在 肽 链 折 叠 前 、 折 叠 期 间 或折 叠 后 进 行 ， 也 可 以 在 肽 链 延 伸 期 间 或 终 止 后进 行 。n 有 些 修 饰 对 多 肽 链 的 正 确 折 叠 是 重 要 的 ， 有 些修 饰 与 蛋 白 质 在 细 胞 内 的 转 移 或 分 泌 有 关 。 1、 N末 端 的 (甲 酰 )甲 硫 氨 酸 的 切 除 . 在 去 甲 酰 酶 催 化 下 将 肽 链 合 成 的 起 始 氨 基 酸 -甲 酰甲 硫 氨 酸 水 解 脱 掉 甲 酰 基 ， 以 便 肽 链 形 成 所 需 的 构象 . 在 氨 肽 酶 催 化 下 切 去 N末 端 一 个 或 几 个 氨 基 酸 （ 包括 信 号 肽 的 切 除 ）2、 氨 基 酸 侧 链 的 修 饰 脯 氨 酸 、 赖 氨 酸 侧 链 发 生 羟 基 化 作 用 。 苏 氨 酸 、 丝 氨 酸 、 酪 氨 酸 羟 基 磷 酸 化 。 如 糖 原 磷酸 化 酶 。 糖 基 化 作 用 使 蛋 白 质 多 肽 链 转 变 成 糖 蛋 白 （ N-糖苷 键 和 O-糖 苷 键 ） 。 3、 二 硫 键 的 形 成 两 个 半 胱 氨 酸 -SH氧 化4、 多 肽 链 的 水 解 断 裂 许 多 具 有 一 定 功 能 的 蛋 白 质 如 酶 、 激 素 蛋 白 ， 在体 内 常 以 无 活 性 的 前 体 肽 的 形 式 产 生 ， 这 些 前 体在 一 定 情 况 下 经 体 内 蛋 白 酶 的 水 解 切 去 部 分 肽 段 ，才 能 变 成 有 活 性 的 蛋 白 质 ， 如 胰 岛 素 原 变 成 胰 岛素 ， 胰 蛋 白 酶 原 变 为 胰 蛋 白 酶 等 。 5、 加 辅 基 结 合 上 辅 基 （ 酶 ） 才 具 生 物 活 性 ， 如 乙 酰 辅 酶 A羧 化酶 与 生 物 素 的 结 合 。 胰 岛 素 原 的 加 工A链 区 B链 区间 插 序 列 （ C肽 区 ）HS SH SH SHHSHS 信 号 肽 NC 核 糖 体 上 合 成 出 无 规则 卷 曲 的 前 胰 岛 素 原 切 除 C肽 后 ， 形 成成 熟 的 胰 岛 素 分 子切 除 信 号 肽 后折 叠 成 稳 定 构象 的 胰 岛 素 原 SSSSNN CC A链 B链胰 岛 素 CN S S SS胰 岛 素 原SSC肽 分 子 内 伴 侣 第 四 节 蛋 白 质 定 位翻 译 转 运 同 步 机 制 （ 共 翻 译 转 移 ） -分 泌 蛋 白 信 号 肽 假 说 分 泌 蛋 白 质 转 运 机 制翻 译 后 转 运 机 制 （ 翻 译 后 转 移 ） -线 粒 体 与 叶 绿 体 蛋 白 蛋 白 质 向 线 粒 体 的 定 位 机 制第 四 节 蛋 白 质 合 成 后 的 定 向 转 运 分 泌 蛋 白 、 质 膜 蛋 白 、 溶 酶 体 蛋 白 、 内 质 网 和 高 尔 基体 滞 留 蛋 白 等 。 需 要 在 内 质 网 腔 中 进 行 初 步 加 工 。首 先 在 游 离 核 糖 体 上 合 成 含 信 号 肽 的 部 分 肽 段 后 就结 合 到 内 质 网 上 ， 然 后 边 合 成 边 进 入 内 质 网 腔 ， 经初 步 加 工 和 修 饰 后 （ 信 号 肽 切 除 、 二 硫 键 形 成 、 初步 糖 基 化 、 呈 现 一 定 空 间 结 构 等 ） 。部 分 多 肽 以 芽 泡 形 式 被 运 往 高 尔 基 体 ， 再 经 进 一 步的 加 工 和 修 饰 后 （ 主 要 发 生 糖 基 化 ） 被 运 往 质 膜 、溶 酶 体 或 被 分 泌 到 胞 外 。（ 一 ） 翻 译 转 运 同 步 机 制（ cotranslational transfer） 信 号 肽 是 Gunter Blobel1975年 提 出 的 ， 用 以 解 释 多肽 向 内 质 网 的 跨 膜 转 运 。信 号 肽 通 常 在 被 转 运 的 多 肽 链 的 N端 ， 长 度 为 1040个 氨 基 酸 残 基 不 等 ， 氨 基 端 至 少 含 有 一 个 带 正 电 荷 的氨 基 酸 ， 序 列 中 心 为 含 有 10 15高 度 疏 水 的 氨 基 酸（ 对 跨 膜 很 重 要 ） 残 基 ， 如 丙 氨 酸 、 亮 氨 酸 、 缬 氨 酸 、异 亮 氨 酸 和 苯 丙 氨 酸 。新 生 肽 的 命 运 就 取 决 于 信 号 肽 和 其 他 的 信 号 序 列 。信 号 肽 的 C末 端 有 一 个 可 被 信 号 肽 酶 识 别 的 位 点 ， 当蛋 白 质 进 入 内 质 网 腔 后 ， 信 号 肽 即 被 信 号 肽 酶 切 去 。 信 号 肽 假 说 当 包 含 信 号 肽 的 多 肽被 合 成 一 部 分 时 ， 信号 肽 识 别 体 （ SRP） 就识 别 信 号 肽 并 结 合 到核 糖 体 上 ， 翻 译 暂 时停 止 ， SRP与 内 质 网 膜上 的 受 体 （ 停 泊 蛋 白 ）结 合 ， 核 糖 体 与 内 质网 结 合 ， SRP离 开 ， 新生 肽 链 恢 复 延 长 ， 延伸 的 肽 链 在 信 号 肽 的引 导 下 ， 穿 过 由 转 运蛋 白 在 内 质 网 膜 上 形成 的 孔 进 入 腔 中 ， 进行 初 步 的 翻 译 后 修 饰 （ 信号 肽 被 切 除 ） 。含 信 号 肽 的 多 肽 进 入 内 质 网 的 过 程 ： u被 转 运 到 内 质 网 中 的 多 肽 多 数 还 要 运 往 它 处 。 经 过 初 步 的翻 译 后 修 饰 ， 可 溶 性 蛋 白 和 膜 结 合 蛋 白 被 运 输 到 高 尔 基 体 ，这 种 运 输 是 经 过 运 输 泡 进 行 的u在 高 尔 基 体 中 ， 多 肽 进 一 步 被 修 饰 ， 如 N-糖 苷 键 型 寡 糖 链进 一 步 被 处 理 ， 特 定 Ser和 Thr残 基 进 行 O-糖 苷 键 型 糖 基 化修 饰 。 最 后 将 蛋 白 以 囊 泡 的 形 式 运 往 溶 酶 体 或 运 到 质 膜 或分 泌 到 胞 外 。 蛋 白 质 的 去 向 由 本 身 的空 间 结 构 确 定 的 ！ ！ 高 尔 基 体 将 各 种 蛋 白进 行 分 类 （ 二 ） 翻 译 后 转 运 机 制（ posttranslational translocation）叶 绿 体 蛋 白 和 线 粒 体 蛋 白 。在 细 胞 质 游 离 核 糖 体 上 被 完 全 合 成 后 通 过 新生 肽 的 信 号 序 列 （ 引 导 肽 Leader peptide）直 接 运 往 目 的 地 并 被 加 工 。 带 有 导 肽 的 线 粒 体 蛋 白 质前 体 跨 膜 运 送 过 程 示 意 图 结 束 70S复 合 物 的 形 成 ：AUGGTP、 IF1、 IF2fMetUAC5 + 50S核 糖 体 AUGfMetUAC5P位 点 A位 点GDP+Pi、 IF1、 IF2 30S亚 基 mRNA IF3- IF1复 合 物30S mRNA GTP- fMet tRNA- IF2- IF1复 合 物70S起 始 复 合 物 mRNA +30S亚 基 -IF3 IF-3IF2GTPIF3 IF2 IF1IF2-GTP-fMet-tRNAIF350S亚 基IF2+ IF1+GDP+Pi IF-1IF1 70S起 始复 合 物 三 、 肽 链 的 延 伸分 为 三 步 ：1、 进 位 新 的 氨 酰 - tRNA进 入 A位 。 需 要 消 耗 GTP， 并 需 EF-Tu（ 热 不 稳定 ） ,EF-Ts（ 热 稳 定 ） 两 种 延 伸 因 子 。 EF-Tu-GTP+下 一 个 要 进 入 的 氨 酰 -tRNA 形 成 复 合 物 ， 将 这 个 氨酰 -tRNA 送 入 核 糖 体 A位 ， 同 时 GTP GDP + Pi， EFTu-GDP释 放 。 v EF-Tu-GDP+ EF-Ts EF-Tu-Ts + GDP EF-Tu-Ts + GTP EF-Tu-GTP + EF-Ts重 新 参 与 下 一 轮 循 环促 进 氨 酰 -tRNA 进 入A位 与 mRNA结 合所 有 氨 酰 -tRNA必 须 与 EF-Tu-GTP结 合 才 可 进 入 70S核 糖 体 ， 除 了fMet-tRNAi f 2、 转 肽 肽 酰 转 移 酶在 肽 酰 转 移 酶 的 作 用 下 P位 点 上 fMet-tRNAi的 甲 酰 甲硫 氨 酸 从 相 应 的 tRNA上 解 离 下 来 ， 其 -COOH（ 高 能 酯键 ） 与 刚 进 入 A位 的 氨 酰 -tRNA上 的 -NH2形 成 肽 键（ 实 质 是 A位 点 氨 酰 -tRNA氨 基 亲 核 攻 击 酯 键 羰 基 ） ，无 负 荷 的 tRNA留 在 P位 ， 此 时 A位 点 携 带 一 个 二 肽 。5 353嘌 呤 霉 素 （ 与 AMP相 似 ） 与 AA反 应 生 成氨 酰 嘌 呤 霉 素 ， 中 断 蛋 白 质 的 合 成 反 应 。AAAPfMet P AAA-fMet P A5 33、 移 位在 EF-G（ 移 位 酶 ） 的 作 用 下 ， 核 糖 体 沿 mRNA53 方 向 移 动 ， 每 次移 动 一 个 密 码 子 的 距 离 ， 结 果 使 原 来 在 A上 的 肽 酰 -tRNA移 到 了 P位点 ， 原 来 在 P位 点 的 无 负 载 的 tRNA离 开 核 糖 体 ， 同 时 一 个 新 的 密 码子 进 入 空 的 A位 ， EF-G 催 化 的 移 位 过 程 需 水 解 GTP提 供 能 量 。 肽 链合 成 从 N-C。 P A5 3P APPA 当 终 止 密 码 子 UAA， UAG， UGA中 任 何 一 个 出 现 在 核 糖体 的 A位 点 ， 没 有 相 应 的 氨酰 -tRNA能 识 别 ， 这 时 释 放因 子 便 识 别 并 结 合 上 去 （ RF-1, RF-2, RF-3） 。RF1识 别 UAA和 UAG， RF2识别 UAA与 UGA， RF3可 能 刺 激RF1与 RF2的 活 性 。 4、 多 肽 链 合 成 的 终 止 与 释 放 vRF的 识 别 过 程 需 要 GTP， 它的 结 合 改 变 了 核 糖 体 的 构 象 ，使 肽 酰 转 移 酶 的 功 能 发 生 瞬时 变 化 ， 转 变 成 酯 酶 功 能 ，并 将 连 接 肽 链 与 P位 点 tRNA的 肽 酰 酯 键 水 解 开 ， 肽 链 从核 糖 体 上 释 放 ， tRNA、 mRNA也 从 核 糖 体 上 释 放 ，70S核 糖 体 解 体 。GTP GDP