蛋白质的生物合成——翻译文稿教学课件

蛋白质的生物合成翻译文稿演示蛋白质生物合成（蛋白质生物合成（protein biosynthesis）蛋蛋白白质质生生物物合合成成也也称称翻翻译译，是是将将mRNAmRNA分分子子中中A A、G G、C C、U U四四种种核核苷苷酸酸序序列列编编码码的的遗遗传传信信息息转转换换成成蛋蛋白白质质一一级级结结构构中中2020种种氨氨基基酸的排列顺序。酸的排列顺序。目录118115.1 蛋白质合成中三类蛋白质合成中三类RNA的作用的作用 15.1.1 mRNA是蛋白质合成的模板是蛋白质合成的模板 在遗传信息传递过程中，在遗传信息传递过程中，DNA转录生成转录生成mRNA，mRNA作为蛋白质合成的直接模板，作为蛋白质合成的直接模板，指导蛋白质多肽链的合成。指导蛋白质多肽链的合成。目录1182原核生物的多顺反子原核生物的多顺反子真核生物的单顺反子真核生物的单顺反子非编码序列非编码序列核糖体结合位点核糖体结合位点起始密码子起始密码子终止密码子终止密码子编码序列编码序列PPP5 3 蛋白质蛋白质PPPmG-5 3 蛋白质蛋白质AAA 目录1183mRNA包括包括5-非翻译区非翻译区(5-untranslated region,5-UTR)开放阅读框架区开放阅读框架区(open reading frame,ORF)3-非翻译区非翻译区(3-untranslated region,3-UTR)从从mRNA 5-端端起起始始密密码码子子AUG到到3-端端终终止止密密码码子子之之间间的的核核苷苷酸酸序序列列，称称为为开开放放阅阅读读框框架架(open reading frame,ORF)。目录1184原核生物的多顺反子原核生物的多顺反子真核生物的单顺反子真核生物的单顺反子非编码序列非编码序列核蛋白体结合位点核蛋白体结合位点起始密码子起始密码子终止密码子终止密码子编码序列编码序列PPP5 3 蛋白质蛋白质PPPmG-5 3 蛋白质蛋白质AAA 目录1185遗传密码遗传密码在在mRNAmRNA阅读框架内，每相邻三个核苷酸组成一个阅读框架内，每相邻三个核苷酸组成一个三联体的遗传密码（三联体的遗传密码（genetic codongenetic codon），编码一种氨基），编码一种氨基酸。酸。这种三联体形式的核苷酸序列称为密码子。这种三联体形式的核苷酸序列称为密码子。起始密码子：起始密码子：AUG。终止密码子：终止密码子：UAA、UAG、UGA。密码子（密码子（codon）起始密码子和终止密码子：起始密码子和终止密码子：目录1186遗传密码表遗传密码表 第一核苷酸第一核苷酸（5）第二核苷酸第二核苷酸第三核苷酸第三核苷酸（3）UCAGUUUU PheUUC PheUUA LeuUUG LeuUCU SerUCC SerUCA SerUCG SerUAU TyrUAC Tyr UAA Stop UAG StopUGU CysUGC Cys UGA StopUGG Trp UCAGCCUU LeuCUC LeuCUA LeuCUG LeuCCU ProCCC ProCCA ProCCG ProCAU HisCAC HisCAA GlnCAG GlnCGU ArgCGC ArgCGA ArgCGG ArgUCAGA AUU Ile AUC Ile AUA Ile AUG MetACU ThrACC ThrACA ThrACG ThrAAU AsnAAC AsnAAA LysAAG LysAGU SerAGC SerAGA ArgAGG ArgUCAGGGUU ValGUC ValGUA ValGUG ValGCU AlaGCC AlaGCA AlaGCG AlaGAU AspGAC AspGAA GluGAG GluGGU GlyGGC GlyGGA GlyGGG GlyUCAG目录1187遗传密码的特点遗传密码的特点（1）方向性方向性(directionality)翻译时遗传密码的阅读方向是翻译时遗传密码的阅读方向是53，即读码，即读码从从mRNA的起始密码子的起始密码子AUG开始，按开始，按53的方向的方向逐一阅读，直至终止密码子。逐一阅读，直至终止密码子。NC肽链延伸方向肽链延伸方向53读码方向读码方向目录1188（2）连续性）连续性（commalessness）编码蛋白质氨基酸序列的各个三联体密编码蛋白质氨基酸序列的各个三联体密码连续阅读，密码子及密码子的各碱基之间码连续阅读，密码子及密码子的各碱基之间既无间隔也无交叉。既无间隔也无交叉。5.5.A U GA U G G C AG C A G U AG U A C A UC A U U A AU A A 3 3AlaValHisMet终止密码终止密码目录1189基因损伤引起基因损伤引起mRNA阅读框内的碱基发生阅读框内的碱基发生插入或缺失，可能导致移码突变插入或缺失，可能导致移码突变(frameshift mutation)。缬缬 脯脯 苏苏 天冬天冬缬缬 丙丙 酪酪 甘甘缬缬 丙丙 丝丝 精精目录1190 多种生物基因转录后存在一种对多种生物基因转录后存在一种对mRNA外外显子加工过程，可通过特定碱基的插入、缺失显子加工过程，可通过特定碱基的插入、缺失或置换，导致或置换，导致mRNA的移码、错义突变或提前的移码、错义突变或提前终止。造成终止。造成mRNA与其与其DNA模板序列之间不匹模板序列之间不匹配，使同一配，使同一mRNA前体翻译出序列、功能不同前体翻译出序列、功能不同的蛋白质。这种基因表达的调节方式称为的蛋白质。这种基因表达的调节方式称为mRNA编辑（编辑（mRNA editing）。）。目录11913.简并性（简并性（degeneracy）一一种种氨氨基基酸酸可可由由2个个或或2个个以以上上的的密密码码子子为为其其编码，这一特性称为遗传密码的简并性。编码，这一特性称为遗传密码的简并性。除除色色氨氨酸酸和和甲甲硫硫氨氨酸酸仅仅有有1个个密密码码子子外外，其其余余氨氨基基酸酸有有2、3、4个个或或多多至至6个个三三联联体体为为其其编编码码。为为同同一一种种氨氨基基酸酸编编码码的的各各密密码码子子称称为为简简并并性性密密码码子，也称同义密码子子，也称同义密码子。目录1192各种氨基酸的密码子数目各种氨基酸的密码子数目目录1193（4）摆动性（摆动性（wobble）反密码子与密码子之间的配对有时并不反密码子与密码子之间的配对有时并不严格遵守常见的碱基配对规律，这种现象称严格遵守常见的碱基配对规律，这种现象称为摆动性为摆动性(wobble)。tRNA反密码子反密码子第第1位碱基位碱基IUGACmRNA密码子密码子第第3位碱基位碱基U，C，A A，GU，CUG目录1194U摆摆动动配配对对目录1195（5）通用性（）通用性（universal）从简单的病毒到高等的人类，几乎使用同从简单的病毒到高等的人类，几乎使用同一套遗传密码，因此，遗传密码表中的这套一套遗传密码，因此，遗传密码表中的这套“通用密码通用密码”基本上适用于生物界的所有物种，基本上适用于生物界的所有物种，具有通用性。具有通用性。密码的通用性进一步证明生物进化自同一密码的通用性进一步证明生物进化自同一祖先。祖先。目录1196已发现少数例外，如动物细胞的线粒体、已发现少数例外，如动物细胞的线粒体、植物细胞的叶绿体。植物细胞的叶绿体。通用密码通用密码 线粒体密码线粒体密码AUA Ile Met、起始起始AUU Ile 起始起始AGA Arg 终止终止AGG Arg 终止终止UGA 终止终止 Trp目录119715.1.2 tRNA是氨基酸的运载体是氨基酸的运载体u运运载载氨氨基基酸酸：氨氨基基酸酸各各由由其其特特异异的的tRNA携携带带，一一种种氨氨基基酸酸可可有有几几种种对对应应的的tRNA，氨氨基基酸酸结结合合在在tRNA 3/-CCA的位置，结合需要的位置，结合需要ATP供能。供能。u充充当当“适适配配器器”：每每种种tRNA的的反反密密码码子子决决定定了了所所携携带的氨基酸能准确地在带的氨基酸能准确地在mRNA上对号入座。上对号入座。目录1198反密码环反密码环氨基酸臂氨基酸臂目录1199tRNA的三级结构示意图的三级结构示意图目录120015.1.3 rRNA参与组成核糖体参与组成核糖体 核核糖糖体体又又称称核核蛋蛋白白体体，是是由由rRNA和和多多种种蛋蛋白白质质结结合合而而成成的的一一种种大大的的核核糖糖核核蛋蛋白白颗粒，是蛋白质生物合成的场所。颗粒，是蛋白质生物合成的场所。目录1201核糖体的组成核糖体的组成目录1202核糖体的组成核糖体的组成原原 核核 生生 物物真真 核核 生生 物物核糖体核糖体小亚基小亚基大亚基大亚基核糖体核糖体小亚基小亚基大亚基大亚基S值值70S30S50S 80S 40S60SrRNA16S rRNA23S rRNA18S rRNA28S rRNA5S rRNA5.8S rRNA5S rRNA蛋白质蛋白质21种种rpS36种种rpL33种种rpS49种种rpL目录1203原核生物核糖体结构模式原核生物核糖体结构模式 目录120415.1.4 蛋白质生物合成需要的酶类、蛋白质生物合成需要的酶类、蛋白质因子和其他辅助因子等蛋白质因子和其他辅助因子等15.1.4.1 重要的酶类重要的酶类 氨酰氨酰-tRNA合成酶：合成酶：催化氨基酸的活化。催化氨基酸的活化。转转肽肽酶酶：催催化化核核糖糖体体P位位上上的的肽肽酰酰基基转转移移至至A位位氨氨酰酰-tRNA的的氨氨基基上上，使使酰酰基基与与氨氨基基结结合合形形成成肽肽键键;受受释释放放因因子子的的作作用用后后发发生生变变构，表现出酯酶的水解活性，使构，表现出酯酶的水解活性，使P位上的肽链与位上的肽链与tRNA分离。分离。转转位位酶酶：催催化化核核糖糖体体向向mRNA3端端移移动动一一个个密密码码子子的的距距离离，使使下一个密码子定位于下一个密码子定位于A位。位。目录1205起始因子（起始因子（IF和和eIF)。延长因子（延长因子（EF和和eEF)。释放因子（释放因子（RF和和eRF)。15.1.4.2 蛋白质因子蛋白质因子 15.1.4.3 其他辅助因子其他辅助因子 蛋白质生物合成的能源物质为蛋白质生物合成的能源物质为ATP和和GTP。无机离。无机离子子Mg2+和和K+等也参与蛋白质生物合成。等也参与蛋白质生物合成。目录1206大肠杆菌蛋白质生物合成的化合物、酶、蛋白质因子和细胞成分等大肠杆菌蛋白质生物合成的化合物、酶、蛋白质因子和细胞成分等阶段阶段化合物和化合物和(或）复合物或）复合物酶和蛋白质因子酶和蛋白质因子能源和无机离子能源和无机离子1.氨基酸的活化氨基酸的活化20种氨基酸、种氨基酸、至少至少32种种tRNA20种氨基酰种氨基酰-tRNA合合成酶成酶ATP、Mg2+2.起始起始mRNA上的起始密码子（上的起始密码子（AUG或或GUG）、）、N-甲酰甲硫氨酰甲酰甲硫氨酰tRNAifMet（fMet-tRNAifMet）、）、30S核蛋白体亚基、核蛋白体亚基、50S核蛋核蛋白体亚基白体亚基起始因子（起始因子（IF-1、IF-2和和IF-3）GTP、Mg2+3.延长延长70S核蛋白体与核蛋白体与mRNA（起始复合物）（起始复合物）、密码子特异的氨酰、密码子特异的氨酰-tRNA延长因子（延长因子（EF-Tu、EF-Ts和和EF-G）GTP、Mg2+4.终止终止mRNA上的终止密码子上的终止密码子（UAG或或UGA或或UAA）释放因子（释放因子（RF-1或或RF-2和和RF-3）5.翻译后加工翻译后加工结合到蛋白质上的磷酸、甲基、结合到蛋白质上的磷酸、甲基、羧基、糖类等基团或辅基羧基、糖类等基团或辅基用于蛋白质加工修饰用于蛋白质加工修饰和折叠的特异酶、辅和折叠的特异酶、辅助因子和伴侣分子等助因子和伴侣分子等目录120715.2 蛋白质的生物合成过程蛋白质的生物合成过程 翻译过程从开放阅读框的翻译过程从开放阅读框的5-AUG开始向开始向3 方方向阅读向阅读，按，按mRNA上三联体密码的顺序指导蛋白质上三联体密码的顺序指导蛋白质从从N端向端向C端合成，直至终止密码。端合成，直至终止密码。整个翻译过程可分为整个翻译过程可分为4 4个阶段个阶段 ：u氨基酸的活化。氨基酸的活化。u肽链合成的起始。肽链合成的起始。u肽链的延长。肽链的延长。u肽链合成的终止及释放。肽链合成的终止及释放。目录120815.2.1 氨基酸的活化与搬运氨基酸的活化与搬运 u氨基酸与特异的氨基酸与特异的tRNA结合形成氨酰结合形成氨酰-tRNA的过程的过程称为称为氨基酸的活化氨基酸的活化。u参与氨基酸的活化的酶：参与氨基酸的活化的酶：氨酰氨酰-tRNA合成酶合成酶。15.2.1.1 氨基酸的活化与氨酰氨基酸的活化与氨酰-tRNA合成酶合成酶目录1209u反应过程反应过程（1）氨基酸活化形成氨酰氨基酸活化形成氨酰-tRNA氨基酸氨基酸+tRNA氨酰氨酰-tRNAATP AMPPPi氨酰氨酰-tRNA合成酶合成酶目录1210氨基酸氨基酸 ATP-E 氨酰氨酰-AMP-E PPi 第一步反应第一步反应目录1211第二步反应第二步反应氨酰氨酰-AMP-E tRNA氨酰氨酰-tRNA AMP E目录1212（2）氨酰）氨酰-tRNA合成酶合成酶结构结构氨酰氨酰tRNA合成酶的合成酶的3个结合位点个结合位点氨基酸和氨基酸和ATP形成氨酰腺苷形成氨酰腺苷氨酰转移到氨酰转移到tRNA上上tRNA负载了氨基酸负载了氨基酸目录1213l氨酰氨酰-tRNA合成酶对底物氨基酸和合成酶对底物氨基酸和tRNA都有高度特异性。都有高度特异性。特性特性tRNA氨酰氨酰-tRNA合成酶合成酶ATPl氨酰氨酰-tRNA合成酶具有校正活性合成酶具有校正活性。目录121415.2.1.2 氨酰氨酰-tRNA的表示方法的表示方法丙氨酰丙氨酰-tRNA：Ala-tRNAAla。精氨酰精氨酰-tRNA：Arg-tRNAArg。甲硫氨酰甲硫氨酰-tRNA：Met-tRNAMet。各种氨基酸和对应的各种氨基酸和对应的tRNA结合后形成的结合后形成的氨酰氨酰-tRNA表示为：表示为：氨基酸的三字母缩写氨基酸的三字母缩写-tRNA氨基酸的三字母缩写氨基酸的三字母缩写 例如：例如：目录1215起始氨酰起始氨酰-tRNA的表示方法：的表示方法：真核生物真核生物起始氨酰起始氨酰-tRNA:Met-tRNAiMet。原核生物原核生物起始氨酰起始氨酰-tRNA:fMet-tRNAifMet。目录121615.2.2 核糖体循环（广义）核糖体循环（广义）蛋白质的生物合成是最复杂的生物化学过程之蛋白质的生物合成是最复杂的生物化学过程之一，它需要上百种不同的蛋白质及数十种一，它需要上百种不同的蛋白质及数十种RNA分子分子的参与。为了便于叙述，人们常将整个翻译过程分的参与。为了便于叙述，人们常将整个翻译过程分为起始（为起始（initiation）、延长（）、延长（elongation）和终止）和终止（termination）三个阶段，这三个阶段都是在核糖）三个阶段，这三个阶段都是在核糖体上完成的，即广义上的核糖体循环。体上完成的，即广义上的核糖体循环。目录1217起始因子起始因子生物功能生物功能原核生物原核生物IF-1IF-1占据占据A A位，防止结合其他氨酰位，防止结合其他氨酰-tRNA-tRNA，并阻止大小亚基的结合，并阻止大小亚基的结合IF-2IF-2是是GTPGTP连接蛋白，促进起始连接蛋白，促进起始fMet-tRNAfMet-tRNAi ifMetfMet与与30S30S小亚基结合小亚基结合IF-3IF-3结合结合30S30S小亚基，使之与小亚基，使之与50S50S大亚基分开；提高大亚基分开；提高P P位对起始位对起始tRNAtRNA的特异性的特异性真核生物真核生物eIF-1eIF-1多功能因子，参与多个翻译步骤多功能因子，参与多个翻译步骤eIF-2eIF-2单体单体GTPGTP结合蛋白，促进起始结合蛋白，促进起始Met-tRNAMet-tRNAi iMetMet与与40S40S小亚基结合小亚基结合eIF-2BeIF-2B鸟苷酸交换因子（鸟苷酸交换因子（GEFGEF），将），将eIF-2eIF-2上的上的GDPGDP交换成交换成GTPGTPeIF-3eIF-3最先与最先与40S40S小亚基结合，促进大、小亚基分离小亚基结合，促进大、小亚基分离eIF-4AeIF-4AeIF-4FeIF-4F复合物成分，有解旋酶活性，有利于复合物成分，有解旋酶活性，有利于mRNAmRNA扫描扫描eIF-4BeIF-4B结合结合mRNAmRNA，促进，促进mRNAmRNA扫描、定位起始扫描、定位起始AUGAUGeIF-4EeIF-4EeIF-4FeIF-4F复合物成分，结合复合物成分，结合mRNAmRNA的的55端帽子结构端帽子结构eIF-4GeIF-4GeIF-4FeIF-4F复合物成分，连接复合物成分，连接eIF-4EeIF-4E、eIF-3eIF-3和和PABPPABP等组分等组分eIF-5eIF-5水解水解GTPGTP，促进各种起始因子从核糖体释放，进而结合大亚基，促进各种起始因子从核糖体释放，进而结合大亚基eIF-6eIF-6促进无活性的促进无活性的80S80S核糖体解聚生成核糖体解聚生成40S40S小亚基和小亚基和60S60S大亚基大亚基 翻译的重要起始因子及生物学功能翻译的重要起始因子及生物学功能 15.2.2.1 起始起始 目录1218（1）原核生物的翻译起始过程）原核生物的翻译起始过程 指指mRNA和起始氨酰和起始氨酰-tRNA分别与核蛋白分别与核蛋白体结合而形成翻译起始复合物的过程。体结合而形成翻译起始复合物的过程。u核蛋白体大、小亚基分离。核蛋白体大、小亚基分离。umRNA在小亚基定位结合。在小亚基定位结合。u起始氨酰起始氨酰-tRNA的结合。的结合。u 核糖体大亚基结合。核糖体大亚基结合。目录1219IF-3IF-1（1）核糖体大小亚基分离）核糖体大小亚基分离目录1220A U G53IF-3IF-1（2）mRNA在小亚基定位结合在小亚基定位结合目录1221 原核生物原核生物mRNA在核糖体小亚基上的准确定位和结在核糖体小亚基上的准确定位和结合涉及两种机制：合涉及两种机制：在在各各种种mRNA起起始始AUG上上游游约约813核核苷苷酸酸部部位位，存存在在一一段段由由49个个核核苷苷酸酸组组成成的的一一致致序序列列，富富含含嘌嘌呤呤碱碱基基，如如-AGGAGG-，称称为为Shine-Dalgarno序序列列（S-D序序列列），又又称称核核糖糖体体结结合合位位点点（RBS）。一一条条多多顺顺反反子子mRNA序序列列上上的的每每个个基基因因编编码码序序列列均均拥拥有有各各自自的的S-D序序列列和和起起始始AUG。小小亚亚基基中中的的16S-rRNA 3/端端有有一一富富含含嘧嘧啶啶碱碱基基的的短短序序列列，如如-UCCUCC-，通通过过与与S-D序序列列碱碱基基互互补补而而使使mRNA与小亚基结合。与小亚基结合。uS-D序列序列目录1222urpS-1识别序列识别序列 mRNA序列上紧接序列上紧接S-D序列后的小核苷酸序列，序列后的小核苷酸序列，可被核糖体小亚基蛋白可被核糖体小亚基蛋白rpS-1识别并结合。识别并结合。目录1223IF-3IF-1IF-2GTP（3）起始氨酰）起始氨酰tRNA(fMet-tRNAfMet)结合到小亚基上结合到小亚基上A U G53目录1224IF-3IF-1IF-2GTPGDPPi（4）核糖体大亚基结合，起始复合物形成）核糖体大亚基结合，起始复合物形成A U G53目录1225IF-3IF-1A U G53IF-2GTPIF-2-GTPGDPPi起始复合物形成过程起始复合物形成过程目录1226（2）真核生物的翻译起始过程）真核生物的翻译起始过程 1）核蛋白体大小亚基分离。核蛋白体大小亚基分离。2）起始氨酰）起始氨酰-tRNA的结合。的结合。3）mRNA在小亚基定位结合。在小亚基定位结合。4）核糖体大亚基结合。）核糖体大亚基结合。目录1227目录1228 指指在在mRNA模模板板的的指指导导下下，氨氨基基酸酸依依次次进进入入核核糖糖体体并并聚聚合合成成多多肽肽链链的的过过程程。肽肽链链延延长长在在核核糖糖体体上上连连续续循循环环式式进进行行，又又称称为为核核糖糖体体循循环环（ribosomal cycle），包括以下三步：），包括以下三步：u进位（进位（entrance)/注册注册(registration）。）。u成肽（成肽（peptide bond formation）。）。u转位（转位（translocation）。）。15.2.2.2 延长延长 每轮循环使多肽链增加一个氨基酸残基。每轮循环使多肽链增加一个氨基酸残基。目录1229真真核核生生物物肽肽链链合合成成的的延延长长过过程程和和原原核核生生物物基基本本相相似似。但但真真核核生生物物有有不不同同的的反反应应体体系系和和延延长长因因子子，核核糖糖体体没没有有E位位，转位时卸载的转位时卸载的tRNA直接从直接从P位脱落。位脱落。肽链合成的延长因子肽链合成的延长因子原核延长因子原核延长因子生物学功能生物学功能对应真核对应真核延长因子延长因子EF-Tu结合分解结合分解GTP，促进氨酰，促进氨酰-tRNA进入进入A位位eEF-1EF-Ts调节亚基，使调节亚基，使EF-Tu上的上的GDP交换成交换成GTPeEF-1EF-G具有具有GTPase活性，水解活性，水解GTP，有转位酶作，有转位酶作用，促进肽酰用，促进肽酰-tRNA由由A位移至位移至P位，促进位，促进tRNA卸载与释放卸载与释放eEF-2目录1230（1）进位进位 又称注册（又称注册（registration），），指一个氨指一个氨酰酰-tRNA按照按照mRNA模板的指令进入并结模板的指令进入并结合到核糖体合到核糖体A位的过程。进位需要延长因位的过程。进位需要延长因子子EF-Tu与与EF-Ts参与。参与。目录1231目录1232Tu TsGTPGDPA U G53TuTsGTP进位的反应过程：进位的反应过程：目录1233（2）成肽）成肽 成肽是在转肽酶（成肽是在转肽酶（peptidyl transferase）的）的催化下，核糖体催化下，核糖体P位上起始氨酰位上起始氨酰-tRNA的的N-甲酰甲酰甲硫氨酰基或肽酰甲硫氨酰基或肽酰-tRNA的肽酰基转移到的肽酰基转移到A位并位并与与A位上氨酰位上氨酰-tRNA的的-氨基结合形成肽键的过氨基结合形成肽键的过程。程。目录1234成肽的反应过程成肽的反应过程目录1235（3）转位转位 转位是在转位酶的催化下，核糖体向转位是在转位酶的催化下，核糖体向mRNA的的3-端移动一个密码子的距离，使端移动一个密码子的距离，使mRNA序列上的下一个密码子进入核糖体的序列上的下一个密码子进入核糖体的A位、而占据位、而占据A位的肽酰位的肽酰-tRNA移入移入P位的过位的过程。程。转位需要延长因子转位需要延长因子EF-G或或eEF-2参与。参与。目录1236EF-G/eEF-2有转位酶（有转位酶（translocase）活性，）活性，可结合并水解可结合并水解1分子分子GTP，释放的能量促进核糖体向，释放的能量促进核糖体向mRNA的的3侧移动，使起始二肽酰侧移动，使起始二肽酰-tRNA-mRNA相相对位移进入核糖体对位移进入核糖体P位，原核生物卸载的位，原核生物卸载的tRNA则移则移入入E位。位。转位酶转位酶目录1237目录1238fMetA U G53fMetTuGTP成肽成肽转位转位下一轮进位下一轮进位目录1239进进位位转转位位成肽成肽肽链合成延长（核糖体循环）过程肽链合成延长（核糖体循环）过程目录124015.2.2.3 终止终止 指核糖体指核糖体A位出现位出现mRNA的终止密码的终止密码子后，多肽链合成停止，肽链从肽酰子后，多肽链合成停止，肽链从肽酰-tRNA中释出，中释出，mRNA、核糖体大、小亚、核糖体大、小亚基等分离的过程。基等分离的过程。终止阶段需要终止阶段需要释放因子参与，原核生释放因子参与，原核生物有物有RF-1、RF-2和和 RF-3，而真核生物只，而真核生物只有有eRF。目录1241RF-3具有具有GTP酶活性酶活性：可结合并水解：可结合并水解1分子分子GTP，促进，促进RF-1和和RF-2与核糖体的结合，并帮助多肽从核糖体释放。与核糖体的结合，并帮助多肽从核糖体释放。释放因子的功能：释放因子的功能：识别终止密码子：识别终止密码子：RF-1特异识别特异识别UAA、UAG；RF-2特异识别特异识别UAA、UGA。诱导转肽酶转变为酯酶活性：诱导转肽酶转变为酯酶活性：催化新生肽链与结合在催化新生肽链与结合在P位的位的tRNA之间的酯键水解，使肽链从核糖体上释放。之间的酯键水解，使肽链从核糖体上释放。eRF：能识别三种终止密码子的单体蛋白质；没有与能识别三种终止密码子的单体蛋白质；没有与GTP结结合的位点，不能帮助完成合成的多肽从合的位点，不能帮助完成合成的多肽从P位点的位点的tRNA释放释放。目录1242原原核核肽肽链链合合成成终终止止过过程程 目录1243U A G53RFCOO-目录1244真核生物与原核生物肽链合成过程的主要差别真核生物与原核生物肽链合成过程的主要差别原核生物原核生物真核生物真核生物起始起始阶段阶段起始氨酰起始氨酰-tRNA：fMet-tRNAifMet。核糖体小亚基先与核糖体小亚基先与mRNA结合，再结合，再 与与fMet-tRNAifMet结合。结合。mRNA的的SD序列和小核苷酸序列分别序列和小核苷酸序列分别与与16S rRNA 3端的互补序列和端的互补序列和rpS-1结合。结合。有有3种种IF参与起始复合物的形成。参与起始复合物的形成。起始氨酰起始氨酰-tRNA：Met-tRNAiMet。核糖体小亚基先与核糖体小亚基先与Met-tRNAiMet结合，再结合，再与与mRNA结合。结合。mRNA的帽子结构和的帽子结构和3-poly A尾分别与尾分别与帽子结合蛋白复合物（帽子结合蛋白复合物（Eif-4F复合物）和复合物）和poly A结合蛋白（结合蛋白（PABP）结合。）结合。至少至少10种种eIF参与起始复合物的形成。参与起始复合物的形成。延长延长阶段阶段延长因子：延长因子：EF-Tu、EF-Ts和和EF-G。延长因子：延长因子：eEF-1、eEF-1和和eEF-2。终止终止阶段阶段释放因子：释放因子：RF-1、RF-2和和RF-3。释放因子：释放因子：eRF。目录1245多聚核糖体（多聚核糖体（polysome）1条条mRNA模板链可附着模板链可附着10100个核糖体，个核糖体，这些核糖体依次结合起始密码子并沿这些核糖体依次结合起始密码子并沿53方向读方向读码移动，同时进行肽链合成，这种码移动，同时进行肽链合成，这种mRNA与多个与多个核糖体形成的聚合物称为多聚核蛋白体核糖体形成的聚合物称为多聚核蛋白体（polysome）。多聚核糖体的形成可以使蛋白质生物合成以多聚核糖体的形成可以使蛋白质生物合成以高速度、高效率进行。高速度、高效率进行。目录1246多聚核糖体多聚核糖体目录1247电镜下观察的多聚核糖体（左为原核生物，右为真核生物）电镜下观察的多聚核糖体（左为原核生物，右为真核生物）目录124815.3 翻译后加工翻译后加工 从核糖体释放出的新生多肽链一般不具备蛋从核糖体释放出的新生多肽链一般不具备蛋白质生物活性，必须经过分子折叠及不同的加工白质生物活性，必须经过分子折叠及不同的加工修饰过程才转变为具有天然构象的功能蛋白，该修饰过程才转变为具有天然构象的功能蛋白，该过程称为翻译后加工（过程称为翻译后加工（post-translation processing）。主要包括多肽链折叠为天然的三维构象、肽主要包括多肽链折叠为天然的三维构象、肽链一级结构的修饰、肽链空间结构的修饰等。链一级结构的修饰、肽链空间结构的修饰等。目录124915.3.1.1 肽链肽链N端端Met或或fMet的切除的切除15.3.1.2 特定氨基酸的共价修饰特定氨基酸的共价修饰 糖基化糖基化、羟基化、羟基化、甲基化、磷酸化、甲基化、磷酸化、二硫键形成、亲脂性修饰。、二硫键形成、亲脂性修饰。15.3.1.3 二硫键的形成二硫键的形成15.3.1 新生多肽链的加工修饰新生多肽链的加工修饰目录125015.3.2 新生多肽链中非功能性片段的切除新生多肽链中非功能性片段的切除 15.3.2.1 信号肽和内含肽等的切除信号肽和内含肽等的切除 15.3.2.2 多肽链的剪切多肽链的剪切目录1251POMC及其剪切的多肽产物及其剪切的多肽产物 目录E125215.3.3 多肽链折叠形成高级结构多肽链折叠形成高级结构u少数蛋白质自动折叠：自我组装（少数蛋白质自动折叠：自我组装（self-assembly），如核），如核糖核酸酶能自动完成。糖核酸酶能自动完成。u大多数天然蛋白质折叠不能自动完成，需要其他酶和蛋白大多数天然蛋白质折叠不能自动完成，需要其他酶和蛋白质的协助。质的协助。分子伴侣分子伴侣：核糖体结合的分子伴侣；核糖体结合的分子伴侣；非核糖体结合的非核糖体结合的分子伴侣：分子伴侣：70kD/40kD Hsp家族、家族、60kD/10kD Hsp家族。家族。蛋白质二硫键异构酶，肽蛋白质二硫键异构酶，肽-脯氨酰顺反异构酶。脯氨酰顺反异构酶。有关蛋白质折叠的具体过程和机制参阅前面的蛋白质相有关蛋白质折叠的具体过程和机制参阅前面的蛋白质相关知识。关知识。目录125315.3.4 空间结构的修饰空间结构的修饰 15.3.4.1 亚基的聚合亚基的聚合 具有四级结构的蛋白质由两条以上的肽链通具有四级结构的蛋白质由两条以上的肽链通过非共价键聚合，形成寡聚体过非共价键聚合，形成寡聚体(oligomer)。15.3.4.2 辅基连接辅基连接 结合蛋白质合成后都需要结合相应辅基，才结合蛋白质合成后都需要结合相应辅基，才能成为具有功能活性的天然蛋白质。能成为具有功能活性的天然蛋白质。目录125415.4 翻译的调控翻译的调控 15.4.1 原核生物翻译水平的调控原核生物翻译水平的调控 15.4.1.1 mRNA的的S-D序列序列（1 1）S-D序列的碱基序列影响翻译起始的效率。序列的碱基序列影响翻译起始的效率。（2 2）S-D序列的定位影响翻译起始的效率。序列的定位影响翻译起始的效率。目录125515.4.1.2 mRNA的稳定性的稳定性15.4.1.3 稀有密码子稀有密码子 15.4.1.4 调节蛋白调节蛋白（1）核糖体蛋白质的自我调节。）核糖体蛋白质的自我调节。（2）翻译释放因子）翻译释放因子RF-2的自我调节。的自我调节。15.4.1.5 反义反义RNA 目录1256核糖体蛋白质合成的自我调节核糖体蛋白质合成的自我调节 目录 r-r-r-r-r-蛋白r-翻译阻谒翻译阻谒抑制抑制r-蛋白的合成蛋白的合成1257原核生物反义原核生物反义RNA的翻译调控的翻译调控 目录125815.4.2 真核生物翻译水平的调控真核生物翻译水平的调控15.4.2.1 mRNA自身结构自身结构（1 1）5端非翻译区（端非翻译区（UTR）和）和5帽子结构（帽子结构（m7G）。）。（2 2）mRNA 的的3端非翻译区（端非翻译区（UTR）3端的端的poly A （3 3）mRNA的起始密码子的起始密码子AUG。目录125915.4.2.2 翻译起始因子活性的调节翻译起始因子活性的调节 eIF-2启动蛋白翻译的循环利用及其磷酸化调节机制启动蛋白翻译的循环利用及其磷酸化调节机制 目录126015.4.2.3 mRNA与蛋白质相互作用的调控效应与蛋白质相互作用的调控效应 IRE-BP对铁蛋白和对铁蛋白和TfR蛋白翻译的调节蛋白翻译的调节（A：铁蛋白翻译的负性调节；：铁蛋白翻译的负性调节；B：TfR蛋白翻译的正性调节）蛋白翻译的正性调节）目录126115.5 蛋白质生物合成的干扰和抑制蛋白质生物合成的干扰和抑制 蛋白质生物合成是很多天然抗生素和某些毒素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。抗生素等就是通过阻断真核、原核生的作用靶点。抗生素等就是通过阻断真核、原核生物蛋白质翻译体系某组分功能、干扰和抑制蛋白质物蛋白质翻译体系某组分功能、干扰和抑制蛋白质生物合成过程而起作用的。生物合成过程而起作用的。可将蛋白质生物合成必需的关键组分作为研究可将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。对病原微生物特效而不损害人体的药物。目录126215.5.1 抗生素对蛋白质生物合成的抑制抗生素对蛋白质生物合成的抑制 抗抗生生素素（antibiotics）是是微微生生物物产产生生的的能能杀杀灭灭细细菌菌或或抑抑制制细细菌菌的的药药物物，很很多多抗抗生生素素能能专专一一抑抑制制原原核核生生物物翻翻译译体体系系，能能杀杀灭灭细细菌菌但但对对真真核核细细胞胞无无害害，而而有有些些物物质质则则仅仅干干扰扰真真核核生生物物翻翻译译过过程程。对对宿宿主主无无毒毒性性的的抗抗生生素素可可用用于于预预防防和和治疗人、动物和植物的感染性疾病。治疗人、动物和植物的感染性疾病。目录1263常用抗生素抑制蛋白质生物合成的原理与应用常用抗生素抑制蛋白质生物合成的原理与应用 抗抗 生生 素素 作作 用用 点点 作作 用用 原原 理理 应应 用用四环素族（金霉四环素族（金霉素、新霉素、土素、新霉素、土霉素）霉素）原核核糖体小亚基原核核糖体小亚基抑制氨酰抑制氨酰-tRNA与小亚基结合与小亚基结合抗菌药抗菌药链霉素、卡那霉链霉素、卡那霉素素原核核糖体小亚基原核核糖体小亚基改变构象引起读码错误，抑制起始改变构象引起读码错误，抑制起始抗菌药抗菌药氯霉素、林可霉氯霉素、林可霉素素原核核糖体大亚基原核核糖体大亚基抑制转肽酶，阻断肽链延长抑制转肽酶，阻断肽链延长抗菌药抗菌药红霉素红霉素原核核糖体大亚基原核核糖体大亚基抑制转肽酶，妨碍转位抑制转肽酶，妨碍转位抗菌药抗菌药梭链孢酸梭链孢酸原核核糖体大亚基原核核糖体大亚基与与EFG-GTP结合，抑制肽链延长结合，抑制肽链延长抗菌药抗菌药放线菌酮放线菌酮真核核糖体大亚基真核核糖体大亚基抑制转肽酶，阻断肽链延长抑制转肽酶，阻断肽链延长医学研究医学研究嘌呤霉素嘌呤霉素真核、原核核糖体真核、原核核糖体氨酰氨酰-tRNA类似物，进位后使肽酰类似物，进位后使肽酰基转移到它的氨基上后脱落基转移到它的氨基上后脱落抗肿瘤药抗肿瘤药目录1264嘌嘌呤呤霉霉素素作作用用示示意意图图目录1265目录126615.5.2 其他干扰蛋白质生物合成的物质其他干扰蛋白质生物合成的物质 白白喉喉毒毒素素是是真真核核细细胞胞蛋蛋白白质质合合成成的的抑抑制制剂剂，它它作作为为一一种种修修饰饰酶酶，可可使使eEF-2发发生生ADP糖糖基基化化共共价价修修饰饰，生生成成eEF-2腺腺苷苷二磷酸核糖衍生物，使二磷酸核糖衍生物，使eEF-2失活。失活。15.5.2.1 白喉毒素白喉毒素目录1267 白喉毒素的作用机制白喉毒素的作用机制 目录126815.5.2.2 植物毒素植物毒素 某某些些植植物物毒毒蛋蛋白白（foxoprotein）也也是是肽肽链链合合成成的的阻阻断断剂剂。比如，蓖麻籽所含的蓖麻蛋白（比如，蓖麻籽所含的蓖麻蛋白（ricin）。）。蓖蓖麻麻蛋蛋白白是是蓖蓖麻麻籽籽中中所所含含的的植植物物糖糖蛋蛋白白，由由A、B两两条条多多肽肽链链组组成成。A链链是是一一种种蛋蛋白白酶酶，可可作作用用于于真真核核生生物物核核糖糖体体大大亚亚基基的的28S rRNA，催催化化其其中中特特异异腺腺苷苷酸酸发发生生脱脱嘌嘌呤呤基基反反应应，使使28S rRNA降降解解，使使核核糖糖体体大大亚亚基基失失活活；B链链对对A链链发发挥挥毒毒性性具具有有重重要要的的促促进进作作用用，且且B链链上上的的半半乳乳糖糖结结合合位位点点也也是毒素发挥毒性作用的活性部位。是毒素发挥毒性作用的活性部位。目录126915.5.2.3 干扰素干扰素u干干扰扰素素(interferon,IFN)是是真真核核细细胞胞被被病病毒毒感感染染后后分分泌泌的的一一类类具具有有抗抗病病毒毒作作用用的的蛋蛋白白质质，可可抑抑制病毒的繁殖，保护宿主细胞。制病毒的繁殖，保护宿主细胞。u干干扰扰素素分分为为-（白白细细胞胞）型型、-（成成纤纤维维细细胞胞）型型和和-（淋淋巴巴细细胞胞）型型三三大大类类，每每类类各各有有亚亚型型，分别具有其特异作用。分别具有其特异作用。目录1270干扰素抑制病毒的作用机制干扰素抑制病毒的作用机制（1）激激活活蛋蛋白白激激酶酶：在在某某些些病病毒毒双双链链RNA存存在在时时，能能诱诱导导特特异异的的蛋蛋白白激激酶酶活活化化，该该活活化化的的蛋蛋白白激激酶酶使使eIF-2磷酸化而失活，从而抑制病毒蛋白质合成。磷酸化而失活，从而抑制病毒蛋白质合成。（2）间间接接活活化化核核酸酸内内切切酶酶：与与双双链链RNA共共同同活活化化特特殊殊的的2-5寡寡聚聚腺腺苷苷酸酸（2-5A）合合成成酶酶，催催化化ATP聚聚合合，生生成成以以2-5磷磷酸酸二二酯酯键键连连接接的的2-5A，2-5A活活化化核核酸酸内内切切酶酶RNase L，后后者者可可降降解解病病毒毒mRNA，从而阻断病毒蛋白质合成。从而阻断病毒蛋白质合成。目录1271干扰素抗病毒作用的分子机制干扰素抗病毒作用的分子机制（A：干扰素诱导：干扰素诱导eIF-2磷酸化而失活；磷酸化而失活；B：干扰素诱导病毒：干扰素诱导病毒RNA降解）降解）目录i127215.6 蛋白质在细胞中的分选和定位蛋白质在细胞中的分选和定位 蛋蛋白白质质在在核核糖糖体体上上合合成成后后，必必须须分分选选出出来来，定定向向输输送送到到一一个个合合适适的的部部位位才才能能行行使使各各自自的的生生物物学学功功能能。蛋蛋白白质质的的靶靶向向输输送送与与翻翻译译后后修修饰饰过过程程同同步步进进行行。蛋蛋白白质质合合成成后后经经过过复复杂杂机机制制，定定向向输输送送到到最最终终发发挥挥生生物物功功能能的的目目标标地地点点，称称为为蛋蛋白白质质的的靶靶向向输输送送（protein targeting）。）。目录127315.6.1 蛋白质定向输送的两种机制蛋白质定向输送的两种机制 u翻译运转同步机制：翻译运转同步机制：在内质网膜结合核糖体上合成的蛋白质，在内质网膜结合核糖体上合成的蛋白质，其合成与运转同时发生，包括细胞分泌蛋白、膜整合蛋白、滞其合成与运转同时发生，包括细胞分泌蛋白、膜整合蛋白、滞留在内膜系统（内质网、高尔基复合体、内体、溶酶体和小泡留在内膜系统（内质网、高尔基复合体、内体、溶酶体和小泡等）的可溶性蛋白；等）的可溶性蛋白；u翻译后运转机制：翻译后运转机制：在细胞质游离核糖体上合成的蛋白质，其在细胞质游离核糖体上合成的蛋白质，其蛋白从核糖体释放后才发生转运，包括预定滞留在细胞质基质蛋白从核糖体释放后才发生转运，包括预定滞留在细胞质基质中的蛋白质、质膜内表面的外周蛋白质、核蛋白以及参入到其中的蛋白质、质膜内表面的外周蛋白质、核蛋白以及参入到其他细胞器（线粒体、过氧化物酶体、叶绿体）的蛋白质等。他细胞器（线粒体、过氧化物酶体、叶绿体）的蛋白质等。目录1274 所所有有靶靶向向输输送送的的蛋蛋白白质质结结构构中中存存在在分分选选信信号号，主主要要是是N末末端端特特异异氨氨基基酸酸序序列列，可可引引导导蛋蛋白白质质转转移移到到细细胞胞的的适适当当靶靶部部位位，这这类类序序列列称称为为信信号号序序列列(signal sequence)，是是决决定定蛋蛋白白靶靶向向输输送送特特性性的的最最重重要要元元件件，指指导导蛋蛋白白质质靶靶向向输输送送的的信信息息存存在在于于蛋蛋白质自身的一级结构中。白质自身的一级结构中。信号序列信号序列目录1275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N端信号肽，端信号肽，1336个氨基酸残基个氨基酸残基内质网腔驻留蛋白内质网腔驻留蛋白N端信号肽，端信号肽，C端端-Lys-Asp-Glu-Leu-COO-（KDEL序列）序列）内质网膜蛋白内质网膜蛋白N端信号肽，端信号肽，C端端KKXX序列（序列（X为任意氨基酸）为任意氨基酸）线粒体蛋白线粒体蛋白N端信号序列，两性螺旋，端信号序列，两性螺旋，2035个残基，富含个残基，富含Arg、Lys核蛋白核蛋白核定位序列（核定位序列（-Pro-Pro-Lys-Lys-Lys-Arg-Lys-Val-，SV40T抗抗原）原）过氧化物酶体蛋白过氧化物酶体蛋白C端端-Ser-Lys-Leu-（SKL序列）序列）溶酶体蛋白溶酶体蛋白Man-6-P（甘露糖（甘露糖-6-磷酸）磷酸）目录1276 信号肽有以下共性：信号肽有以下共性：N端端含含1个个或或几几个个带带正正电电荷荷的的碱碱性性氨氨基基酸酸残残基基，如如赖赖氨氨酸、精氨酸；酸、精氨酸；中中段段为为疏疏水水核核心心区区，主主要要含含疏疏水水的的中中性性氨氨基基酸酸，如如亮亮氨酸、异亮氨酸等；氨酸、异亮氨酸等；C端端加加工工区区由由一一些些极极性性相相对对较较大大、侧侧链链较较短短的的氨氨基基酸酸（如如甘甘氨氨酸酸、丙丙氨氨酸酸、丝丝氨氨酸酸）组组成成，紧紧接接着着是是被被信信号号肽酶肽酶(signal peptidase)裂解的位点裂解的位点。15.6.2 分泌性蛋白质的靶向输送分泌性蛋白质的靶向输送15.6.2.1 信号肽信号肽 目录1277目录1278 真核细胞分泌型蛋白质的靶向输送过程真核细胞分泌型蛋白质的靶向输送过程为：核糖体上合成的肽链先由信号肽引导进为：核糖体上合成的肽链先由信号肽引导进入内质网腔并被折叠成为具有一定功能构象入内质网腔并被折叠成为具有一定功能构象的蛋白质，在高尔基复合体中被包装进分泌的蛋白质，在高尔基复合体中被包装进分泌小泡，转移至细胞膜，再分泌到细胞外。小泡，转移至细胞膜，再分泌到细胞外。15.6.2.2 分泌蛋白的运输机制分泌蛋白的运输机制 目录1279信号肽引导蛋白质进入内质网信号肽引导蛋白质进入内质网目录128015.6.3 线粒体蛋白的靶向输送线粒体蛋白的靶向输送 绝大部分线粒体蛋白质是由核基因绝大部分线粒体蛋白质是由核基因组编码，在胞液中的游离核糖体上合成后组编码，在胞液中的游离核糖体上合成后释放，靶向输送到线粒体中的。释放，靶向输送到线粒体中的。目录1281真核细胞线粒体蛋白质的靶向输送真核细胞线粒体蛋白质的靶向输送目录1282靶向输送到细胞核的蛋白质其多肽链内含有特异信靶向输送到细胞核的蛋白质其多肽链内含有特异信号序列，称为号序列，称为核定位序列核定位序列(nuclear localization sequence,NLS)。NLS为含为含48个氨基酸残基的短序列，富含带正电个氨基酸残基的短序列，富含带正电荷的赖氨酸、精氨酸和脯氨酸，可位于肽链的不同荷的赖氨酸、精氨酸和脯氨酸，可位于肽链的不同部位，而不只在部位，而不只在N末端。末端。不同的不同的NLS间未发现共有序列；间未发现共有序列；在蛋白质进核定位在蛋白质进核定位后，后，NLS不被切除。不被切除。15.6.4 细胞核蛋白质的靶向输送细胞核蛋白质的靶向输送目录1283核核蛋蛋白白的的靶靶向向输输送送目录1284