蛋白质的生物合成详解课件

1第四章第四章蛋白质的生物合成蛋白质的生物合成 biosynthesis of protein.1第四章 蛋白质的生物合成 biosynthesis o12第一节第一节 参与蛋白质生物合成的物质参与蛋白质生物合成的物质第二节第二节 蛋白质合成过程蛋白质合成过程第三节第三节 蛋白质合成后的分泌蛋白质合成后的分泌第第 四节四节 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第四章第四章蛋白质的生物合成蛋白质的生物合成.2第一节 参与蛋白质生物合成的物质第四章 蛋白质的生物合成23第一节第一节 参与蛋白质生物合成的物质参与蛋白质生物合成的物质n n蛋白质生物合成体系n 氨基酸氨基酸 蛋白质蛋白质mRNA、tRNA、rRNA酶、蛋白质因子、酶、蛋白质因子、ATP、GTP蛋白质因子：蛋白质因子：起始因子（起始因子（initiation factor，IF）真核生物写作）真核生物写作eIF延长因子（延长因子（elongation factor，EF）释放因子（释放因子（releasing factor，RF）核蛋白体释放因子（核蛋白体释放因子（ribosomal releasing factor，RRF）.3第一节 参与蛋白质生物合成的物质蛋白质生物合成体系n 氨基34n n合成原料n nmRNAn ntRNAn nrRNA蛋白质生物合成物质.4合成原料蛋白质生物合成物质.45合成原料合成原料自然界由mRNA 编码的氨基酸共有20 种羟脯氨酸、羟赖氨酸、-羧基谷氨酸等特殊氨基酸是在肽链合成后的加工修饰过程中形成.5合成原料自然界由mRNA 编码的氨基酸共有20 种.56n n合成原料n nmRNAn ntRNAn nrRNA蛋白质生物合成物质.6合成原料蛋白质生物合成物质.67mRNA翻译的模板翻译的模板CAACUGCAGACAUAUAUGAUACAAUUUGAUCAGUAU5/3/-Gln-Leu-Gln-Thr-Tyr-Met-Ile-Gln-Phe-Asp-Gln-Tyr-.7mRNA翻译的模板CAACUGCAGACAUAUAUG78 mRNA 分子的组成：分子的组成：n转录启动区转录启动区n5UTR AUG之前的之前的 5 端非编码区（前导序列）端非编码区（前导序列）n编码区编码区 起始码、阅读框、终止码起始码、阅读框、终止码起始码、阅读框、终止码起始码、阅读框、终止码n3UTR 终止密码子之后，不翻译的终止密码子之后，不翻译的 3 端端n n转录终止区转录终止区转录终止区转录终止区.8 mRNA 分子的组成：转录启动区.89遗传密码（Genetic code）mRNA 中蕴藏遗传信息的碱基顺序称为遗传密码。密码子(codon)mRNA 中每个相邻的三个核苷酸，这个三联体称为一个密码子。因此，密码是密码子的总和。.9遗传密码（Genetic code）.910 方向性方向性 通用性通用性 简并性简并性 连续性连续性遗传密码的特点遗传密码的特点.10 方向性遗传密码的特点.1011同一氨基酸具有多种密码子同一氨基酸具有多种密码子同义密码同义密码第第1、2位位第第3位位决定密码的特异性决定密码的特异性摆动摆动 方向性：方向性：5/3/通用性：通用性：（在线粒体或叶绿体中特殊）在线粒体或叶绿体中特殊）简并性：简并性：.11同一氨基酸具有多种密码子同义密码第1、2位第3位决定密码1112.12.1213沿沿5 5/-3-3/方向连续阅读方向连续阅读插入碱基插入碱基缺失碱基缺失碱基移码移码突变突变 连续性：连续性：.13沿5/-3/方向连续阅读插入碱基缺失碱基移码突变 连续1314共有共有6464种种6161种种代表代表2020中氨基酸中氨基酸3 3种种UAAUAA、UAGUAG、UGAUGA终止密码终止密码AUGAUG起始密码起始密码蛋氨酸蛋氨酸 密码子密码子:(codon).14共有64种61种代表20中氨基酸3种UAA、UAG、UG1415n n1)在体外无细胞蛋白质合成体系中加入人工合成的poly开创了破译遗传密码的先河n n2)混合共聚物(mixed copolymers)实验对密码子中碱基组成的测定n n3)aa-tRNA 与确定的三核苷酸序列(密码子)结合：n n4)用重复共聚物(repeating copolymers)破译密码：.151)在体外无细胞蛋白质合成体系中加入人工合成的poly15161961年，尼伦伯格和马太利用大肠杆菌的破碎年，尼伦伯格和马太利用大肠杆菌的破碎细胞溶液，建立了一种利用人工合成的细胞溶液，建立了一种利用人工合成的RNA在在试管里合成多肽链的实验系统，其中含有核糖体试管里合成多肽链的实验系统，其中含有核糖体等合成蛋白质所需的各种成分。利用这个实验系等合成蛋白质所需的各种成分。利用这个实验系统，尼伦伯格和马太设计了一个巧妙的实验，破统，尼伦伯格和马太设计了一个巧妙的实验，破译了第一个遗传密码，即译了第一个遗传密码，即UUU-苯丙氨酸。苯丙氨酸。.161961年，尼伦伯格和马太利用大肠杆菌的破碎细胞溶液，建16171966年科学家霍拉纳发明了一种新的年科学家霍拉纳发明了一种新的RNA合成方合成方法，通过这种方法合成的法，通过这种方法合成的RNA可以是可以是2个、个、3个或个或4个碱基为单位的重复序列，例如个碱基为单位的重复序列，例如:将将A、C两种核苷两种核苷酸缩合为酸缩合为ACACACACAC长链，以它作人工信长链，以它作人工信使进行蛋白质合成，结果发现产物是苏氨酸和组氨使进行蛋白质合成，结果发现产物是苏氨酸和组氨酸的多聚体，说明苏氨酸的密码子可能是酸的多聚体，说明苏氨酸的密码子可能是ACA，也，也可能是可能是CAC；同样，组氨酸的密码子可能是；同样，组氨酸的密码子可能是CAC，也可能是也可能是ACA。.171966年科学家霍拉纳发明了一种新的RNA合成方法，通过1718遗传密码表遗传密码表第一碱基第一碱基（5/-端）端）第第 二二 碱碱 基基第三碱基第三碱基（3/-端）端）终止终止终止终止*在在mRNA起始部位的起始部位的AUG为起始信号为起始信号.18遗传密码表第一碱基第 二 碱 1819n n合成原料n nmRNAn ntRNAn nrRNA蛋白质生物合成物质.19合成原料蛋白质生物合成物质.1920tRNA搬运氨基酸搬运氨基酸Ser5Tyr5.20tRNA搬运氨基酸Ser5Tyr5.2021 tRNA的结构的结构 tRNA在蛋白质生物合成过程中起关键作用。在蛋白质生物合成过程中起关键作用。最小的最小的 RNA，4S 70 80个个base，其中，其中22个碱基是恒定个碱基是恒定 含有含有10%的稀有碱基的稀有碱基.21 tRNA的结构 tRNA在蛋白质生物合成过程中起关键2122T T C C环环环环额外环额外环额外环额外环反密码子环反密码子环反密码子环反密码子环D D环环环环 aa接受臂接受臂.22TC环额外环反密码子环D环 aa接受臂.2223“L”形三级结构形三级结构 三叶草型的二级结构可折叠成倒三叶草型的二级结构可折叠成倒L型的三维结构。型的三维结构。.23“L”形三级结构.2324.24.2425tRNAtRNA反密反密码子子第一个碱基第一个碱基mRNAmRNA密密码子第三个碱基子第三个碱基反密码子的摆动性反密码子的摆动性n n反密码子：与反密码子：与反密码子：与反密码子：与mRNAmRNA相应的三联体密码子碱基互相应的三联体密码子碱基互相应的三联体密码子碱基互相应的三联体密码子碱基互补。补。补。补。摆动性摆动性：mRNA密码子的前两位碱基和密码子的前两位碱基和tRNA的反的反密码严格配对，而密码子第三位碱基与反密码子密码严格配对，而密码子第三位碱基与反密码子第一位碱基不严格遵守配对规则。第一位碱基不严格遵守配对规则。.25tRNA反密码子第一个碱基反密码子的摆动性摆动性：mRN2526tRNA的种类的种类 起始起始tRNA和延伸和延伸tRNA(起始起始tRNA:Prok：tRNAfmet，fMet-tRNAfmet Euk：tRNAimet，Met-tRNAimet 延伸延伸tRNA：tRNAmmet，m可省略可省略.26tRNA的种类 起始tRNA和延伸tRNA.2627同工同工tRNA（isoaccepting tRNAs）n n 携带携带携带携带AAAA相同而反密码子不同的一组相同而反密码子不同的一组相同而反密码子不同的一组相同而反密码子不同的一组tRNAtRNA；n n 不同的反密码子识别不同的反密码子识别不同的反密码子识别不同的反密码子识别AAAA的同义密码；的同义密码；的同义密码；的同义密码；n n 同工同工同工同工tRNAtRNA在细胞内合成量上有多和少的差别，分在细胞内合成量上有多和少的差别，分在细胞内合成量上有多和少的差别，分在细胞内合成量上有多和少的差别，分别称为别称为别称为别称为主要主要主要主要tRNAtRNA和次要和次要和次要和次要tRNAtRNA。n n主要主要主要主要tRNAtRNA中反密码子识别中反密码子识别中反密码子识别中反密码子识别tRNAtRNA中的高频密码子，中的高频密码子，中的高频密码子，中的高频密码子，而次要而次要而次要而次要tRNAtRNA中反密码子识别中反密码子识别中反密码子识别中反密码子识别mRNAmRNA中的低频密码中的低频密码中的低频密码中的低频密码子。子。子。子。.27同工tRNA（isoaccepting tRNAs2728Gly GGG AGG Arg。突变突变(mutation)移码突变移码突变:mRNA上上的编码顺序中插入的编码顺序中插入(或缺失或缺失)一个一个(或更多或更多)碱基，引起碱基，引起密码子密码子翻译读框改变。翻译读框改变。无义突变无义突变:指正常密码子改变为终止密码子，引起翻指正常密码子改变为终止密码子，引起翻译过程提早终止。译过程提早终止。蛋白质产物是截短的，一般没有功能。蛋白质产物是截短的，一般没有功能。错义突变：正常密码子变为另一种氨基酸的密码子。错义突变：正常密码子变为另一种氨基酸的密码子。新的氨基酸取代了蛋白质中某位点上原来的残基可能使蛋白质新的氨基酸取代了蛋白质中某位点上原来的残基可能使蛋白质失去功能。失去功能。Tyr UAC和UAU UAG。校正校正tRNA .28Gly GGG AGG Arg2829抑制突变抑制突变抑制突变抑制突变/校正突变校正突变校正突变校正突变 （suppressor mutationsuppressor mutation）：）：）：）：编码编码编码编码tRNAtRNA的基因发生某种突变，以的基因发生某种突变，以的基因发生某种突变，以的基因发生某种突变，以“代偿代偿代偿代偿”或校或校或校或校正正正正mRNAmRNA上密码子的原有突变所产生的不良后果。上密码子的原有突变所产生的不良后果。上密码子的原有突变所产生的不良后果。上密码子的原有突变所产生的不良后果。无义抑制无义抑制无义抑制无义抑制错义抑制错义抑制错义抑制错义抑制.29抑制突变/校正突变（suppressor mutati29301）无义抑制（nonsense suppressor）n n无义抑制或无义校正：通过抑制无义抑制或无义校正：通过抑制无义抑制或无义校正：通过抑制无义抑制或无义校正：通过抑制tRNAtRNA识别无义突识别无义突识别无义突识别无义突变位点，将某种氨基酸插入该位点，使得多肽链继变位点，将某种氨基酸插入该位点，使得多肽链继变位点，将某种氨基酸插入该位点，使得多肽链继变位点，将某种氨基酸插入该位点，使得多肽链继续延伸，而不中途停止。续延伸，而不中途停止。续延伸，而不中途停止。续延伸，而不中途停止。n n无义抑制通过三个不同的途径进行：无义抑制通过三个不同的途径进行：无义抑制通过三个不同的途径进行：无义抑制通过三个不同的途径进行：n n（1 1）tRNAtRNA反义密码子的突变；反义密码子的突变；反义密码子的突变；反义密码子的突变；n n（2 2）tRNAtRNA其它结构的改变；其它结构的改变；其它结构的改变；其它结构的改变；n n（3 3）tRNAtRNA反密码子化学修饰。反密码子化学修饰。反密码子化学修饰。反密码子化学修饰。.301）无义抑制（nonsense suppressor）无3031AUCAUG.31AUCAUG.3132.32.32332）错义抑制抑制抑制抑制抑制tRNAtRNA识别识别识别识别错义突变错义突变错义突变错义突变位点，通过插入原来的位点，通过插入原来的位点，通过插入原来的位点，通过插入原来的氨基酸或其它的氨基酸而抑制错义突变，从而能氨基酸或其它的氨基酸而抑制错义突变，从而能氨基酸或其它的氨基酸而抑制错义突变，从而能氨基酸或其它的氨基酸而抑制错义突变，从而能完全恢复或部分恢复蛋白质活性完全恢复或部分恢复蛋白质活性完全恢复或部分恢复蛋白质活性完全恢复或部分恢复蛋白质活性。两种方式可以形成抑制型两种方式可以形成抑制型两种方式可以形成抑制型两种方式可以形成抑制型tRNAtRNA：1 1）tRNAtRNA反密码子发生突变，反密码子发生突变，反密码子发生突变，反密码子发生突变，2 2）tRNAtRNA其其其其他他他他的的的的结结结结构构构构变变变变化化化化或或或或是是是是氨氨氨氨酰酰酰酰tRNAtRNA合合合合成成成成酶酶酶酶的的的的突变而改变了其荷载氨基酸的变化。突变而改变了其荷载氨基酸的变化。突变而改变了其荷载氨基酸的变化。突变而改变了其荷载氨基酸的变化。.332）错义抑制抑制tRNA识别错义突变位点，通过插入原来3334.34.34353）抑制突变的特点：1 1）不是所有终止密码子的抑制基因都产生有功能）不是所有终止密码子的抑制基因都产生有功能）不是所有终止密码子的抑制基因都产生有功能）不是所有终止密码子的抑制基因都产生有功能的蛋白质，起到抑制或校正的作用，关键是要看的蛋白质，起到抑制或校正的作用，关键是要看的蛋白质，起到抑制或校正的作用，关键是要看的蛋白质，起到抑制或校正的作用，关键是要看氨基酸取代的情况。氨基酸取代的情况。氨基酸取代的情况。氨基酸取代的情况。2 2）校正的作用不可能是完全的，抑制基因的效率校正的作用不可能是完全的，抑制基因的效率校正的作用不可能是完全的，抑制基因的效率校正的作用不可能是完全的，抑制基因的效率很低，通常为很低，通常为很低，通常为很低，通常为15%15%。.353）抑制突变的特点：1）不是所有终止密码子的抑制基因都产3536氨基酸的活化氨基酸的活化氨基酸与氨基酸与tRNA的结合的结合氨基酸氨基酸 +ATP+tRNA+ATP+tRNA氨基酰氨基酰-tRNA-tRNA合成酶合成酶氨基酰氨基酰-tRNA+AMP+PPi-tRNA+AMP+PPi.36氨基酸的活化氨基酸与tRNA的结合氨基酸+ATP3637n n合成原料n nmRNAn ntRNAn nrRNA蛋白质生物合成物质.37合成原料蛋白质生物合成物质.3738核糖体核糖体蛋白质合成的场所蛋白质合成的场所rRNA+蛋白质蛋白质核糖体（核蛋白体）核糖体（核蛋白体）大亚基大亚基 小亚基小亚基.38核糖体蛋白质合成的场所rRNA+蛋白质核糖体（核3839真核细胞：真核细胞：5S5S、5.8S 5.8S、28S28S18S18S蛋白质蛋白质大亚基（大亚基（大亚基（大亚基（60S60S60S60S）小亚基（小亚基（小亚基（小亚基（40S40S40S40S）原核细胞：原核细胞：5S5S、23S23S16S16S蛋白质蛋白质大亚基（大亚基（大亚基（大亚基（50S50S50S50S）小亚基（小亚基（小亚基（小亚基（30S30S30S30S）核糖体大小亚基的组成核糖体大小亚基的组成80S70S.39真核细胞：5S、5.8S、28S18S蛋白质大亚基（3940核蛋白体的组成.40核蛋白体的组成.4041小亚基与小亚基与mRNA的结合的结合S-D序列序列53小亚基小亚基.41小亚基与mRNA的结合S-D序列53小亚基.4142核糖体的活性位点：.42核糖体的活性位点：.4243P位：结合肽酰位：结合肽酰tRNA的部位的部位A位：结合氨基酰位：结合氨基酰tRNA的部位的部位P位位 A位位.43P位：结合肽酰tRNA的部位P位 4344核糖体的活性位点核糖体的活性位点.44核糖体的活性位点.4445第一节第一节 参与蛋白质生物合成的物质参与蛋白质生物合成的物质第二节第二节 蛋白质合成过程蛋白质合成过程第三节第三节 蛋白质合成后的分泌蛋白质合成后的分泌第四章第四章蛋白质的生物合成蛋白质的生物合成.45第一节 参与蛋白质生物合成的物质第四章 蛋白质的生物合4546第二节第二节第二节第二节蛋白质合成过程蛋白质合成过程蛋白质合成过程蛋白质合成过程 The Process of Protein Biosynthesis The Process of Protein Biosynthesis mRNAmRNA中中碱基碱基的排列顺序的排列顺序蛋白质中的蛋白质中的AAAA的排列顺序的排列顺序翻译翻译起始起始延长延长终止终止注册注册成肽成肽转位转位.46第二节 蛋白质合成过程 The Process of46n n翻译的起始(initiation)n n翻译的延长(elongation)n n翻译的终止(termination).翻译的起始(initiation).47一、肽链合成起始一、肽链合成起始指mRNA和起始氨基酰-tRNA分 别与核蛋白体结合而形成 翻译起始复合物 (translational initiation complex)。.一、肽链合成起始指mRNA和起始氨基酰-tRNA分别与核蛋白48原核、真核生物各种起始因子的生物功能.原核、真核生物各种起始因子的生物功能.49（一）原核生物翻译起始复合物形成（一）原核生物翻译起始复合物形成n n核蛋白体大小亚基分离；核蛋白体大小亚基分离；n nmRNA在小亚基定位结合；在小亚基定位结合；n n起始氨基酰起始氨基酰-tRNA的结合；的结合；n n核蛋白体大亚基结合。核蛋白体大亚基结合。.（一）原核生物翻译起始复合物形成核蛋白体大小亚基分离；.50IF-3IF-11.核蛋白体大小亚基分离.IF-3IF-11.核蛋白体大小亚基分离.51A U G53IF-3IF-12.mRNA在小亚基定位结合.AUG53IF-3IF-12.mRNA在小亚基定位结合52S-D序列序列.S-D序列.53IF-3IF-1IF-2GTP3.起始氨基酰起始氨基酰tRNA(fMet-tRNAimet)结合到结合到小亚基小亚基A U G53.IF-3IF-1IF-2GTP3.起始氨基酰tRNA(f54IF-3IF-1IF-2GTPGDPPi4.核蛋白体大亚基结合，起始复合物形成A U G53.IF-3IF-1IF-2GTPGDPPi4.核蛋白体大亚基55IF-3IF-1A U G53IF-2GTPIF-2-GTPGDPPi.IF-3IF-1AUG53IF-2GTPIF-2-GTP56（二）真核生物翻译起始复合物形成（二）真核生物翻译起始复合物形成l核蛋白体大小亚基分离；核蛋白体大小亚基分离；l起始氨基酰起始氨基酰-tRNA结合；结合；lmRNA在核蛋白体小亚基就位；在核蛋白体小亚基就位；l核蛋白体大亚基结合。核蛋白体大亚基结合。.（二）真核生物翻译起始复合物形成核蛋白体大小亚基分离；.57metmet40S40S60S60SMetMetMetMet40S40S60S60SmRNAeIF-2BeIF-2B、eIF-3eIF-3、eIF-6 elF-3elF-3GDP+Pi各种各种elFelF释放释放elF-5ATPADP+PielF4E,elF4G,elF4A,elF4B,PABMetMet-tRNAiMet-elF-2-GTP真核生物翻译起始复合物形成过程.met40S60SMetMet40S60SmRNAeIF-258n n翻译的起始(initiation)n n翻译的延长(elongation)n n翻译的终止(termination).翻译的起始(initiation).59二、肽链合成延长二、肽链合成延长指指根根据据mRNAmRNA密密码码序序列列的的指指导导，次次序序添添加加氨氨基基酸酸从从N N端端向向C C端端延延伸伸肽肽链链，直直到到合合成成终终止止的过程。的过程。l肽链延长在核蛋白体上连续性循环式进行，又肽链延长在核蛋白体上连续性循环式进行，又称为称为核蛋白体循环核蛋白体循环(ribosomal cycle)，每次循，每次循环增加一个氨基酸，包括以下三步：环增加一个氨基酸，包括以下三步：进位进位(entrance)成肽成肽(peptide bond formation)转位转位(translocation).二、肽链合成延长指根据mRNA密码序列的指导，次序添加氨基酸60n n延伸过程所需蛋白因子称为延长因子延伸过程所需蛋白因子称为延长因子(elongation elongation factor,EF)factor,EF)原核生物：原核生物：EF-T(EF-Tu,EF-Ts)EF-T(EF-Tu,EF-Ts)EF-G EF-G 真核生物：真核生物：EF-1 EF-1、EF-2 EF-2.延伸过程所需蛋白因子称为延长因子(elongation fa61原核延长原核延长因子因子生物功能生物功能对应真核延对应真核延长因子长因子EF-Tu促进氨基酰促进氨基酰-tRNA进入进入A位，位，结合分解结合分解GTPEF-1-EF-Ts调节亚基调节亚基EF-1-EFG有转位酶活性，促进有转位酶活性，促进mRNA-肽肽酰酰-tRNA由由A位前移到位前移到P位，促位，促进卸载进卸载tRNA释放释放EF-2肽链合成的延长因子.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-t62又称注册又称注册又称注册又称注册(registration)(registration)（一）进位（一）进位指根据指根据mRNA下一组遗传密码指下一组遗传密码指导，使相应氨基酰导，使相应氨基酰-tRNA进入核蛋白进入核蛋白体体A位。位。.又称注册(registration)（一）进位指根据mRNA63延长因子延长因子EF-T催化催化进位（原核生物）进位（原核生物）.延长因子EF-T催化进位（原核生物）.64.65Tu TsGTPGDPA U G53TuTsGTP.TuTsGTPGDPAUG53TuTsGTP.66（二）成肽（二）成肽是由转肽酶是由转肽酶(transpeptidase)催化的肽催化的肽键形成过程。键形成过程。.（二）成肽是由转肽酶(transpeptidase)催化的肽67（三）转位（三）转位延长因子延长因子延长因子延长因子EF-GEF-G有转位酶有转位酶有转位酶有转位酶(translocase translocase)活性，可结合并水解活性，可结合并水解活性，可结合并水解活性，可结合并水解1 1分子分子分子分子GTPGTP，促进核蛋，促进核蛋，促进核蛋，促进核蛋白体向白体向白体向白体向mRNAmRNA的的的的33侧移动侧移动侧移动侧移动。.（三）转位延长因子EF-G有转位酶(translocase68fMetA U G53fMetTuGTP.fMetAUG53fMetTuGTP.69进位转位成肽.进位转位成肽.70真核生物肽链合成的延长过程与原核基本相似，但有不同的反应体系和延长因子。另外，真核细胞核蛋白体没有E位，转位时卸载的tRNA直接从P位脱落。（四）真核生物延长过程.真核生物肽链合成的延长过程与原核基本相似，但有不同的反应体系71n n翻译的起始(initiation)n n翻译的延长(elongation)n n翻译的终止(termination).翻译的起始(initiation).72 三、肽链合成的终止当mRNA上终止密码出现后，多肽链合成停止，肽链从肽酰-tRNA中释出，mRNA、核蛋白体等分离，这些过程称为肽链合成终止。.三、肽链合成的终止当mRNA上终止密码出现后，多肽链合成73终止相关的蛋白因子称为释放因子(release factor,RF)一是识别终止密码，如RF-1特异识别UAA、UAG；而RF-2可识别UAA、UGA。二是诱导转肽酶改变为酯酶活性，相当于催化肽酰基转移到水分子-OH上，使肽链从核蛋白体上释放。释放因子的功能：原核生物释放因子：RF-1，RF-2，RF-3 真核生物释放因子：eRF.终止相关的蛋白因子称为释放因子一是识别终止密码，如RF-1特74原核肽链合成终止过程.原核肽链合成终止过程.75U A G53RFCOO-.UAG53RFCOO-.76多聚核蛋白体多聚核蛋白体(polysome)使蛋白质合成高速、使蛋白质合成高速、高效进行。高效进行。.多聚核蛋白体(polysome)使蛋白质合成高速、高效进77电镜下的多聚核蛋白体现象.电镜下的多聚核蛋白体现象.78第第 三三 节节蛋白质合成后加工和输送蛋白质合成后加工和输送Posttranslational Processing&Protein Transportation.第 三 节蛋白质合成后加工和输送Posttranslati79从核蛋白体释放出的新生多肽链不具备蛋白质从核蛋白体释放出的新生多肽链不具备蛋白质从核蛋白体释放出的新生多肽链不具备蛋白质从核蛋白体释放出的新生多肽链不具备蛋白质生物活性，必需经过不同的翻译后复杂加工过程才生物活性，必需经过不同的翻译后复杂加工过程才生物活性，必需经过不同的翻译后复杂加工过程才生物活性，必需经过不同的翻译后复杂加工过程才转变为天然构象的功能蛋白。转变为天然构象的功能蛋白。转变为天然构象的功能蛋白。转变为天然构象的功能蛋白。主要包括主要包括:l多肽链折叠为天然的三维结构多肽链折叠为天然的三维结构 l肽链一级结构的修饰肽链一级结构的修饰l高级结构修饰高级结构修饰.从核蛋白体释放出的新生多肽链不具备蛋白质生物活性，必需经过不80一、多肽链折叠为天然功能构象的蛋白质一、多肽链折叠为天然功能构象的蛋白质n n新生肽链的折叠在肽链合成中、合成后完成，新新生肽链的折叠在肽链合成中、合成后完成，新新生肽链的折叠在肽链合成中、合成后完成，新新生肽链的折叠在肽链合成中、合成后完成，新生肽链生肽链生肽链生肽链N N端在核蛋白体上一出现，肽链的折叠即端在核蛋白体上一出现，肽链的折叠即端在核蛋白体上一出现，肽链的折叠即端在核蛋白体上一出现，肽链的折叠即开始。可能随着序列的不断延伸肽链逐步折叠，开始。可能随着序列的不断延伸肽链逐步折叠，开始。可能随着序列的不断延伸肽链逐步折叠，开始。可能随着序列的不断延伸肽链逐步折叠，产生正确的二级结构、模序、结构域到形成完整产生正确的二级结构、模序、结构域到形成完整产生正确的二级结构、模序、结构域到形成完整产生正确的二级结构、模序、结构域到形成完整空间构象。空间构象。空间构象。空间构象。n n一般认为，多肽链自身氨基酸顺序储存着蛋白质一般认为，多肽链自身氨基酸顺序储存着蛋白质一般认为，多肽链自身氨基酸顺序储存着蛋白质一般认为，多肽链自身氨基酸顺序储存着蛋白质折叠的信息，即一级结构是空间构象的基础。折叠的信息，即一级结构是空间构象的基础。折叠的信息，即一级结构是空间构象的基础。折叠的信息，即一级结构是空间构象的基础。n n细胞中大多数天然蛋白质折叠都不是自动完成，细胞中大多数天然蛋白质折叠都不是自动完成，细胞中大多数天然蛋白质折叠都不是自动完成，细胞中大多数天然蛋白质折叠都不是自动完成，而需要其他酶、蛋白辅助。而需要其他酶、蛋白辅助。而需要其他酶、蛋白辅助。而需要其他酶、蛋白辅助。.一、多肽链折叠为天然功能构象的蛋白质新生肽链的折叠在肽链合成81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蛋白二硫键异构酶蛋白二硫键异构酶 (protein disulfide isomerase,PDI)(protein disulfide isomerase,PDI)3.3.肽肽肽肽-脯氨酰顺反异构酶脯氨酰顺反异构酶脯氨酰顺反异构酶脯氨酰顺反异构酶 (peptide prolyl cis-trans isomerase,PPI)(peptide prolyl cis-trans isomerase,PPI).几种有促进蛋白折叠功能的大分子 1.分子伴侣(molecu821.热休克蛋白热休克蛋白(heat shock protein,HSP)HSP70、HSP40和和GreE族族2.伴侣素伴侣素(chaperonins)GroEL和和GroES家族家族分子伴侣分子伴侣是细胞一类保守蛋白质，可识别分子伴侣是细胞一类保守蛋白质，可识别肽链的非天然构象，促进各功能域和整体蛋白肽链的非天然构象，促进各功能域和整体蛋白质的正确折叠。质的正确折叠。.1.热休克蛋白(heat shock protein,H83热休克蛋白促进蛋白质折叠的基本作用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，再释放该片段进结合保护待折叠多肽片段，再释放该片段进行折叠。形成行折叠。形成HSP70和多肽片段依次结合、解离和多肽片段依次结合、解离的循环。的循环。HSP40结合待结合待折叠多肽片段折叠多肽片段 HSP70-ATP复合物复合物 HSP40-HSP70-ADP-多肽复合物多肽复合物 ATP水解水解GrpE ATPADP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.热休克蛋白促进蛋白质折叠的基本作用HSP40结合待折叠多84伴侣素伴侣素GroEL/GroES系统促进蛋白质折叠过程系统促进蛋白质折叠过程 伴侣素的主要作用伴侣素的主要作用 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然空间构象的微环境。.伴侣素GroEL/GroES系统促进蛋白质折叠过程 伴侣素的85蛋白二硫键异构酶蛋白二硫键异构酶 多肽链内或肽链之间二硫键的正确形成对稳多肽链内或肽链之间二硫键的正确形成对稳定分泌蛋白、膜蛋白等的天然构象十分重要，这定分泌蛋白、膜蛋白等的天然构象十分重要，这一过程主要在细胞内质网进行。一过程主要在细胞内质网进行。二硫键异构酶在内质网腔活性很高，可在较二硫键异构酶在内质网腔活性很高，可在较大区段肽链中催化错配二硫键断裂并形成正确二大区段肽链中催化错配二硫键断裂并形成正确二硫键连接，最终使蛋白质形成热力学最稳定的天硫键连接，最终使蛋白质形成热力学最稳定的天然构象。然构象。.蛋白二硫键异构酶 多肽链内或肽链之间二硫键的正确形成对稳定分86肽肽-脯氨酰顺反异构酶脯氨酰顺反异构酶 多肽链中肽酰多肽链中肽酰-脯氨酸间形成的肽键有顺反两脯氨酸间形成的肽键有顺反两种异构体，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顺反两种脯氨酰顺反异构酶可促进上述顺反两种异构体之间的转换。异构体之间的转换。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限速酶，在肽链合成需形成顺式构型时，可成的限速酶，在肽链合成需形成顺式构型时，可使多肽在各脯氨酸弯折处形成准确折叠。使多肽在各脯氨酸弯折处形成准确折叠。.肽-脯氨酰顺反异构酶 多肽链中肽酰-脯氨酸间形成的肽键有顺反87二、一级结构的修饰二、一级结构的修饰1、肽链、肽链N端的修饰端的修饰2、个别氨基酸的修饰、个别氨基酸的修饰3、多肽链的水解修饰、多肽链的水解修饰4、糖基化修饰、糖基化修饰5、水解修饰、水解修饰.二、一级结构的修饰1、肽链N端的修饰.881 1N N端甲酰蛋氨酸或蛋氨酸的切除：端甲酰蛋氨酸或蛋氨酸的切除：端甲酰蛋氨酸或蛋氨酸的切除：端甲酰蛋氨酸或蛋氨酸的切除：n nN N端端端端甲甲甲甲酰酰酰酰蛋蛋蛋蛋氨氨氨氨酸酸酸酸，必必必必须须须须在在在在多多多多肽肽肽肽链链链链折折折折迭迭迭迭成成成成一一一一定定定定的的的的空间结构之前被切除。空间结构之前被切除。空间结构之前被切除。空间结构之前被切除。去甲酰化：去甲酰化：去甲酰化：去甲酰化：甲酰化酶甲酰化酶甲酰化酶甲酰化酶甲酰蛋氨酸甲酰蛋氨酸甲酰蛋氨酸甲酰蛋氨酸-肽肽肽肽甲酸甲酸甲酸甲酸 +蛋氨酸蛋氨酸蛋氨酸蛋氨酸-肽肽肽肽 去蛋氨酰基：去蛋氨酰基：去蛋氨酰基：去蛋氨酰基：蛋氨酸氨基肽酶蛋氨酸氨基肽酶蛋氨酸氨基肽酶蛋氨酸氨基肽酶蛋氨酰蛋氨酰蛋氨酰蛋氨酰-肽肽肽肽蛋氨酸蛋氨酸蛋氨酸蛋氨酸 +肽肽肽肽 .1N端甲酰蛋氨酸或蛋氨酸的切除：.892 2氨基酸的修饰：氨基酸的修饰：氨基酸的修饰：氨基酸的修饰：由由由由专专专专一一一一性性性性的的的的酶酶酶酶催催催催化化化化进进进进行行行行修修修修饰饰饰饰，包包包包括括括括糖糖糖糖基基基基化化化化、羟基化、磷酸化、甲酰化等。羟基化、磷酸化、甲酰化等。羟基化、磷酸化、甲酰化等。羟基化、磷酸化、甲酰化等。3 3二硫键的形成：二硫键的形成：二硫键的形成：二硫键的形成：由由由由专专专专一一一一性性性性的的的的氧氧氧氧化化化化酶酶酶酶催催催催化化化化，将将将将-SH-SH氧氧氧氧化化化化为为为为-S-S-S-S-。4 4肽段的切除：肽段的切除：肽段的切除：肽段的切除：由专一性的蛋白酶催化，将部分肽段切除。由专一性的蛋白酶催化，将部分肽段切除。由专一性的蛋白酶催化，将部分肽段切除。由专一性的蛋白酶催化，将部分肽段切除。.2氨基酸的修饰：.90鸦片促黑皮质素原鸦片促黑皮质素原(POMC)的水解修饰的水解修饰.鸦片促黑皮质素原(POMC)的水解修饰.91三、高级结构的修饰三、高级结构的修饰（一）亚基聚合（一）亚基聚合 （二）辅基连接（二）辅基连接（三）疏水脂链的共价连接（三）疏水脂链的共价连接.三、高级结构的修饰（一）亚基聚合.92蛋白质合成后需要经过复杂机制，定向输蛋白质合成后需要经过复杂机制，定向输蛋白质合成后需要经过复杂机制，定向输蛋白质合成后需要经过复杂机制，定向输送到最终发挥生物功能的细胞靶部位，这一过送到最终发挥生物功能的细胞靶部位，这一过送到最终发挥生物功能的细胞靶部位，这一过送到最终发挥生物功能的细胞靶部位，这一过程称为蛋白质的靶向输送。程称为蛋白质的靶向输送。程称为蛋白质的靶向输送。程称为蛋白质的靶向输送。四、蛋白质合成后的靶向输送四、蛋白质合成后的靶向输送 蛋白质的靶向输送蛋白质的靶向输送(protein targeting).蛋白质合成后需要经过复杂机制，定向输送到最终发挥生物功能的细93所所所所有有有有靶靶靶靶向向向向输输输输送送送送的的的的蛋蛋蛋蛋白白白白质质质质结结结结构构构构中中中中存存存存在在在在分分分分选选选选信信信信号号号号，主主主主要要要要为为为为N N末末末末端端端端特特特特异异异异氨氨氨氨基基基基酸酸酸酸序序序序列列列列，可可可可引引引引导导导导蛋蛋蛋蛋白白白白质质质质转转转转移移移移到到到到细细细细胞胞胞胞的的的的适适适适当当当当靶靶靶靶部部部部位位位位，这这这这一一一一序序序序列列列列称称称称为为为为信号序列信号序列信号序列信号序列 。信号序列信号序列(signal sequence).所有靶向输送的蛋白质结构中存在分选信号，主要为N末端特异氨基94靶向靶向输送蛋白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信号肽内内质网腔蛋白网腔蛋白信号信号肽，C端端-Lys-Asp-Glu-Leu-COO-(KDEL序列序列)线粒体蛋白粒体蛋白N端靶向序列（端靶向序列（2035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-Val-，SV40 T抗原）抗原）过氧化体蛋白氧化体蛋白-Ser-Lys-Leu-（PST序列）序列）溶溶酶酶体蛋白体蛋白Man-6-P（甘露糖（甘露糖-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.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，95（一）分泌蛋白的靶向输送（一）分泌蛋白的靶向输送真核细胞分泌蛋白等前体合成后靶向真核细胞分泌蛋白等前体合成后靶向输送过程首先要进入内质网。输送过程首先要进入内质网。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端有保守的氨端有保守的氨基酸序列称信号肽。基酸序列称信号肽。.（一）分泌蛋白的靶向输送真核细胞分泌蛋白等前体合成后靶向输送96信号肽的一级结构信号肽的一级结构:.信号肽的一级结构:.97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.98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.信号肽引导真核分泌蛋白进入内质网.99（二）线粒体蛋白的靶向输送（二）线粒体蛋白的靶向输送.（二）线粒体蛋白的靶向输送.100（三）细胞核蛋白的靶向输送（三）细胞核蛋白的靶向输送.（三）细胞核蛋白的靶向输送.101第第 四四 节节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Interference&Inhibition of Protein Biosynthesis.第 四 节蛋白质生物合成的干扰和抑制Interferen102n n蛋白质生物合成是很多天然抗生素和某些毒素的蛋白质生物合成是很多天然抗生素和某些毒素的蛋白质生物合成是很多天然抗生素和某些毒素的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。它们就是通过阻断真核、原核生物蛋作用靶点。它们就是通过阻断真核、原核生物蛋作用靶点。它们就是通过阻断真核、原核生物蛋作用靶点。它们就是通过阻断真核、原核生物蛋白质翻译体系某组分功能，干扰和抑制蛋白质生白质翻译体系某组分功能，干扰和抑制蛋白质生白质翻译体系某组分功能，干扰和抑制蛋白质生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。物合成过程而起作用的。物合成过程而起作用的。物合成过程而起作用的。n n可针对蛋白质生物合成必需的关键组分作为研究可针对蛋白质生物合成必需的关键组分作为研究可针对蛋白质生物合成必需的关键组分作为研究可针对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、原新抗菌药物的作用靶点。同时尽量利用真核、原新抗菌药物的作用靶点。同时尽量利用真核、原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、筛核生物蛋白质合成体系的任何差异，以设计、筛核生物蛋白质合成体系的任何差异，以设计、筛核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。选仅对病原微生物特效而不损害人体的药物。选仅对病原微生物特效而不损害人体的药物。选仅对病原微生物特效而不损害人体的药物。.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。它们就是103l抗生素抗生素(antibiotics)是微生物产生的能够杀灭或抑制细菌的是微生物产生的能够杀灭或抑制细菌的一类药物。一类药物。l抗代谢药物抗代谢药物指能干扰生物代谢过程，从而抑制指能干扰生物代谢过程，从而抑制细胞过度生长的药物，如细胞过度生长的药物，如：6-MP。l 某些毒素也作用于基因信息传递过程某些毒素也作用于基因信息传递过程。.抗生素(antibiotics)抗代谢药物 某些毒素也作用于104一、抗生素类抗生素抗生素作用点作用点作用原理作用原理应用应用四环素族（金霉素四环素族（金霉素 新霉素、土霉素）新霉素、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蛋白原核核蛋白体小亚基体小亚基原核核蛋白原核核蛋白体小亚基体小亚基原核核蛋白原核核蛋白体大亚基体大亚基原核核蛋白原核核蛋白体大亚基体大亚基原核核蛋白原核核蛋白体大亚基体大亚基真核核蛋白真核核蛋白体大亚基体大亚基真核、原核真核、原核核蛋白体核蛋白体 抑制氨基酰抑制氨基酰-tRNA与小亚基与小亚基结合结合改变构象引起读码错误、抑改变构象引起读码错误、抑制起始制起始抑制转肽酶、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-GTP结合，抑制肽结合，抑制肽链延长链延长抑制转肽酶、阻断延长抑制转肽酶、阻断延长氨基酰氨基酰-tRNA类似物，进位类似物，进位后引起未成熟肽链脱落后引起未成熟肽链脱落抗菌药抗菌药抗菌药抗菌药抗菌药抗菌药抗菌药抗菌药抗菌药抗菌药医学研究医学研究抗肿瘤药抗肿瘤药抗生素抑制蛋白质生物合成的原理.一、抗生素类抗生素作用点作用原理应用四环素族（金霉素 新霉素105 嘌呤霉素嘌呤霉素嘌呤霉素嘌呤霉素作用示意图作用示意图作用示意图作用示意图.嘌呤霉素作用示意图.106四环素族氯霉素链霉素和卡那霉素链霉素和卡那霉素嘌呤霉素放线菌酮.四环素族氯霉素链霉素和卡那霉素嘌呤霉素放线菌酮.107二、其他干扰蛋白质生物合成的物质二、其他干扰蛋白质生物合成的物质n n毒素毒素(toxin)n n干扰素干扰素(interferon).二、其他干扰蛋白质生物合成的物质毒素(toxin).108白喉毒素白喉毒素(diphtheria toxin)的作用机理的作用机理白喉毒素+延长因子延长因子-2-2（有活性）延长因子延长因子-2-2（无活性）.白喉毒素(diphtheria toxin)的作用机理白喉毒109干扰素的作用机理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.干扰素的作用机理干扰素诱导的蛋白激酶dsRNA1.干扰素1102.干扰素诱导病毒干扰素诱导病毒RNA降解降解降解mRNAdsRNA干扰素AAPAPPPP252552-5AAPPPATP2-5A合成酶RNaseLRNaseL活化.2.干扰素诱导病毒RNA降解降解mRNAdsRNA干扰素111小小结结n n蛋白质生物合成体系蛋白质生物合成体系n n密码子密码子n n翻译过程翻译过程n n翻译后加工翻译后加工n n蛋白质生物合成抑制剂蛋白质生物合成抑制剂.小 结蛋白质生物合成体系.112