生物化学蛋白质生物合成d131

l第一节第一节 遗传密码遗传密码l第二节第二节 与蛋白质合成有关的细胞与蛋白质合成有关的细胞器和生物大分子器和生物大分子l第三节第三节 蛋白质生物合成的机理蛋白质生物合成的机理l第四节第四节 多肽链的折叠和加工多肽链的折叠和加工l第五节第五节 蛋白质的投递和降解蛋白质的投递和降解蛋白质是绝大多数信息途径的终产物蛋白质是绝大多数信息途径的终产物蛋白质的合成机制是最复杂的生物合成机蛋白质的合成机制是最复杂的生物合成机制制尽管蛋白质的合成具有极其复杂，但还是尽管蛋白质的合成具有极其复杂，但还是有相当高的速率有相当高的速率1.核糖体是蛋白质合成的场所（核糖体是蛋白质合成的场所（Paul Zamecnic)2. tRNA的发现（的发现（Mahlon Hoagland and Zamecnik)3. tRNA充当适配器的作用充当适配器的作用 （一）（一）平均说来，每个阅读框中的每平均说来，每个阅读框中的每20个密码个密码子就应该有一个终止密码子。如果一个子就应该有一个终止密码子。如果一个阅读框有阅读框有50个以上的连续密码子无一个个以上的连续密码子无一个终止密码子，这段顺序为开放阅读框终止密码子，这段顺序为开放阅读框（open reading frame)（三）、（三）、Established the chemicalstructure oftRNAEstablished the in vitro system for revealing the genetic codesDevised methods to synthesize RNAs with definedsequencesCopolymer of alwayslead to synthesis of polypeptides of :ABABABABABABAB- aa1-aa2-aa1-aa2- 破解遗传密破解遗传密码的滤膜结码的滤膜结合试验合试验1、均聚多核苷、均聚多核苷酸链指导蛋白酸链指导蛋白质的合成质的合成2、核糖体结合、核糖体结合技术技术The for detecting the bindingof a trinucleotide to a specific aminoacyl-tRNAmolecule: about codons were assigned bythis simple and elegantmethod.氨基酸一旦与氨基酸一旦与tRNA形成氨酰形成氨酰-tRNA后，进后，进一步的去向就由一步的去向就由tRNA来决定。来决定。Chapeville and Lipmann 实验实验返回l一、核糖体和多核糖体一、核糖体和多核糖体l（一）、核糖体（一）、核糖体l 1、核糖体的结构与装配、核糖体的结构与装配l （1）、原核生物核糖体组件）、原核生物核糖体组件原核生物大肠杆菌核糖体的组成原核生物大肠杆菌核糖体的组成30S 核糖体亚基中16SRNA结构图E.coli 的7个rRNA操纵子（3）、原核及真核核糖体的组成）、原核及真核核糖体的组成与构件图示与构件图示 （二）、多核糖体（二）、多核糖体 1、1、tRNA结构结构 Class Arg Cys Gln Glu Ile Leu Met Trp Tyr ValClass Ala Asn Asp Gly His Lys Phe Pro Ser Thr1、E.Coli Glu-tRNA合成酶合成酶tRNA识别位点识别位点一些氨酰一些氨酰-tRNA合成酶所识别的确定因素在存在于合成酶所识别的确定因素在存在于反密码子中反密码子中酵母酵母tRNAphe 的确定因素为五个不同的碱基的确定因素为五个不同的碱基共有的共有的12个核苷酸确定个核苷酸确定t RNAser 家族家族单一单一G:U碱基对决定碱基对决定tRNAAla s）ICIUGUIA1、原核生物蛋白质合成中的起始因子、原核生物蛋白质合成中的起始因子2、真核生物蛋白质合成中的起始因、真核生物蛋白质合成中的起始因子子leIF1 功能与原核生物功能与原核生物IF1相似。相似。leIF2 引导结合引导结合Met-tRNA与核糖体小亚基与核糖体小亚基结合结合l 2 与与GTP结合结合l 2 功能尚不清楚功能尚不清楚l 2 结合结合Met-tRNAleIF3 参与参与43S核糖体复合物的形成核糖体复合物的形成,与原与原核生物的核生物的IF3功能不同功能不同,它是第一个和小亚基结它是第一个和小亚基结合因子。合因子。leIF4l 4A 促使促使eIF4E从从mRNA帽子结构上释放出来帽子结构上释放出来 l 4B 促进促进eIF4B与与mRNA结合结合 l 4C 参与参与43S核糖体复合物的形成核糖体复合物的形成l 4E 与与P220一起和一起和eIF4A, mRNA结合形成复结合形成复合物合物l 4F 是是eIF4A-eIF4E-p220-mRNA复合物，特复合物，特称为帽子结构结合蛋白复合物（称为帽子结构结合蛋白复合物（CBPC），具），具ATP酶活力酶活力lP220 促使促使eIF4A在帽子结构附近寻找在帽子结构附近寻找结合位结合位,引导引导 eIF4F-mRNA复合物的生成。复合物的生成。leIF5 促使促使eIF4E 、eIF2、 eIF3离开离开48S起起始复合物始复合物,引导引导60S大亚基与大亚基与40S小亚基结小亚基结合合,生成生成80S起始复合物。起始复合物。leIF6 加速失活的加速失活的80S解离。解离。l1、原核生物蛋白质生物合成的延伸因子、原核生物蛋白质生物合成的延伸因子l EFTu 形成形成AAtRNA-GTP-EFTU复合物，引导复合物，引导AAtRNA结合在核糖体结合在核糖体的的A位。位。l EFTs 协助协助EFTU形成形成AAtRNA-GTP-EFTu复合物。复合物。l EFG 移位因子，帮助移位过程的进移位因子，帮助移位过程的进行。行。 lEF1 促进促进AA-酰酰tRNA与核糖体结合与核糖体结合lEF1 促使促使EF1 再循环再循环lEF2 作用与原核生物的作用与原核生物的EF-G相似相似l1、原核生物蛋白质生物合成的终止和释、原核生物蛋白质生物合成的终止和释放因子放因子lRF1 识别识别UAA、UAG终止密码子终止密码子lRF2 识别识别UAA、UGA终止密码子终止密码子lRF3 加强加强RF1 和和RF2 的作用的作用l2、真核生物蛋白质生物合成的终止和释、真核生物蛋白质生物合成的终止和释放因子放因子lRF 具有三种原核因子的功能具有三种原核因子的功能返回 多肽链合成的起始多肽链合成的起始 多肽链的延伸多肽链的延伸 多肽链终止和释放多肽链终止和释放一、原核生物蛋白质合成的分子机制一、原核生物蛋白质合成的分子机制（1）、）、70S核糖体的解聚核糖体的解聚（2）、）、30S核糖体核糖体IF1.3复合物的形成复合物的形成（3）、）、 30S核糖体起始复合物的形成核糖体起始复合物的形成（4）、）、 70S核糖体起始复合物的形成核糖体起始复合物的形成起始起始RNA可被可被E.coli 核糖体识别的不同核糖体识别的不同S-D序列序列（1）、氨基酸的进位）、氨基酸的进位（2）、转肽）、转肽（3）、移位）、移位E.coli 核糖体中多肽链延伸事情的循环图解核糖体中多肽链延伸事情的循环图解使使70S核糖体与核糖体与mRNA复合物返回到延伸循复合物返回到延伸循环起点的三个步骤：环起点的三个步骤：脱酰基脱酰基tRNA自自P位点的脱离位点的脱离肽基肽基-tRNA从从A位点移到位点移到P位点位点23SRNA的肽基转的肽基转移中心移中心核糖体向后移动，核糖体向后移动，使下一密子进使下一密子进 入入A位点位点该过程需要该过程需要EFG的帮助的帮助结合状态模型肽基转移与移位中核糖体两tRNA分子相对位置模型蛋白质合成的能量消耗为每个氨基酸至少需四蛋白质合成的能量消耗为每个氨基酸至少需四个高能磷酸键，此外还需两个个高能磷酸键，此外还需两个GTP，运于氨酰，运于氨酰-tRNA合成中氨基酸的活化合成中氨基酸的活化肽链终止事件肽链终止事件核糖体的生活周期多聚核糖体是蛋白质合成的活跃结构多核糖体的电子显微图多核糖体的电子显微图E.coli色氨酸操纵子色氨酸操纵子真核真核mRNA的特征结构的特征结构43S前起始复合物的形成前起始复合物的形成 43S起始复合物与起始复合物与mRNA的结合的结合及及40S核糖体亚基迁移至正确的核糖体亚基迁移至正确的起始密码子起始密码子AUG 80S起始复合物的形成起始复合物的形成 真核生物中，延伸循环与原核生真核生物中，延伸循环与原核生物中非常相似。三个真核延伸因子物中非常相似。三个真核延伸因子称作称作eIF1、eIF、eIF2,它们具有它们具有与相应的细菌延伸因子与相应的细菌延伸因子EF-Tu、EF-Ts、EF-G 类似的功能。类似的功能。真核生物中一个称为真核生物中一个称为eIF的释放的释放因子识别所有的三个终止密码子因子识别所有的三个终止密码子真核细胞中转译起始的三个步骤示意图eIF2通过通过亚基的亚基的ser残基可逆磷酸残基可逆磷酸化作用对其功能进行调节化作用对其功能进行调节链霉素链霉素嘌呤霉素嘌呤霉素白喉毒素白喉毒素蓖麻毒蛋白蓖麻毒蛋白蛋白折叠途径蛋白折叠途径GroEL-GroES复合物（E.coli分子伴侣）的结构与功能多肽链的蛋白酶切割多肽链的蛋白酶切割蛋白转运蛋白转运原核蛋白转运原核蛋白转运真核蛋白分类与转运真核蛋白分类与转运分泌性蛋白和许多膜蛋白的合成与穿分泌性蛋白和许多膜蛋白的合成与穿过内质网膜的转运相偶联过内质网膜的转运相偶联线粒体蛋白的输入线粒体蛋白的输入E.coli转运蛋白N末端信号序列一般特征真核分泌性蛋白的合成及通过内质网的转运蛋白质的降解真核中蛋白降解的通用途径蛋白酶体泛素与蛋白质的连接酶反应具酸性N末端的蛋白降解对tRNA需求图解T.acidophilum20S蛋白酶体结构泛素-蛋白酶体降解途径图解返回l一、氨基末端和羧基末端的修饰一、氨基末端和羧基末端的修饰l氨基末端氨基末端fMet 和和 Met被切除被切除,在在50%的真核生的真核生物蛋白中物蛋白中,其翻译后氨基末端的氨基都要乙酰化其翻译后氨基末端的氨基都要乙酰化,羧基末端也被修饰。羧基末端也被修饰。l二、信号肽的切除二、信号肽的切除1530AAl三、氨基酸残基的修饰三、氨基酸残基的修饰l1、苏、丝、酪氨酸被磷酸化、苏、丝、酪氨酸被磷酸化l2、天冬、谷氨酸被羧化、天冬、谷氨酸被羧化l3、赖氨基酸被甲基化、赖氨基酸被甲基化l四、糖侧链的连接四、糖侧链的连接l1、氮连寡糖、氮连寡糖 糖和糖和Asn的氨相接的氨相接l2、氧连寡糖、氧连寡糖 糖和糖和Ser The羟基相接羟基相接 l五、异戊二烯基团的附加五、异戊二烯基团的附加l六、附基的附加六、附基的附加l七、蛋白酶水解修饰七、蛋白酶水解修饰l八、二硫键的形成八、二硫键的形成返回 蛋白质的投递蛋白质的投递 蛋白质分类并转运到蛋白质分类并转运到它们正确的位置的过程。它们正确的位置的过程。一、分泌到胞外的蛋白质、整合到质膜一、分泌到胞外的蛋白质、整合到质膜和进入溶酶体的蛋白质，运转的前几步和进入溶酶体的蛋白质，运转的前几步是相同的，起源于内质网。是相同的，起源于内质网。二、进入线粒体、叶绿体和细胞核有三二、进入线粒体、叶绿体和细胞核有三种独特的运转过程。种独特的运转过程。三、细胞质蛋白质仍然存在于细胞质三、细胞质蛋白质仍然存在于细胞质l 分泌到胞外的蛋白质、整和到质膜和进入溶分泌到胞外的蛋白质、整和到质膜和进入溶酶体的蛋白质，运转的前几步是相同的，起源酶体的蛋白质，运转的前几步是相同的，起源于内质网，在氨基末端的信号肽的引导下进入于内质网，在氨基末端的信号肽的引导下进入内质网腔。内质网腔。l信号肽的特点：信号肽的特点：l1、含有、含有1015个疏水氨基酸个疏水氨基酸l2、疏水氨基酸前端近氨基末端有一个或多个、疏水氨基酸前端近氨基末端有一个或多个正电荷的氨基酸正电荷的氨基酸l3、在羧基一端有一个极性的短序列氨基酸。、在羧基一端有一个极性的短序列氨基酸。Proteins are translocated to the ER lumenvia the guidance of their N-terminal signalsequences,which share three similar structural features.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l1、糖基化蛋白是通过、糖基化蛋白是通过Asn与寡糖相连与寡糖相连,首先在首先在内质网内形成核心寡糖内质网内形成核心寡糖,核心寡糖和蛋白质结合核心寡糖和蛋白质结合后后,在内质网和高尔基体内被进一步修饰在内质网和高尔基体内被进一步修饰,其修其修饰的程度和蛋白质的投递有关。饰的程度和蛋白质的投递有关。l2、蛋白质通过运输小泡进入高尔基体，在高、蛋白质通过运输小泡进入高尔基体，在高尔基体中加上尔基体中加上O-连接寡糖，且对连接寡糖，且对N连接寡糖连接寡糖进一步修饰。蛋白质被重新分类送至最终的目进一步修饰。蛋白质被重新分类送至最终的目的地。的地。l3、在高尔基体内，区分分泌到胞外的蛋白质、在高尔基体内，区分分泌到胞外的蛋白质、整和到质膜和进入溶酶体的蛋白质的过程，不整和到质膜和进入溶酶体的蛋白质的过程，不依赖信号肽而是依赖其结构。依赖信号肽而是依赖其结构。l 在高尔基体内，磷酸转移酶可以识别寡糖链在高尔基体内，磷酸转移酶可以识别寡糖链上的甘露糖并使之磷酸化，（磷酸转移酶磷酸上的甘露糖并使之磷酸化，（磷酸转移酶磷酸化甘露糖的基础是它可以识别水解酶中的特征化甘露糖的基础是它可以识别水解酶中的特征性结构性结构“信号补丁信号补丁”）。磷酸化甘露糖酶可）。磷酸化甘露糖酶可以被高尔基体膜上的受体识别，含有这种受体以被高尔基体膜上的受体识别，含有这种受体-磷酸化甘露糖酶复合体的小泡在高尔基体的磷酸化甘露糖酶复合体的小泡在高尔基体的背面出芽，并使它进入小泡，小泡内的低背面出芽，并使它进入小泡，小泡内的低PH使受体使受体-磷酸化甘露糖酶复合体解体，由泡内磷酸化甘露糖酶复合体解体，由泡内的磷酸酯酶水解磷酸基团，受体重新回到高尔的磷酸酯酶水解磷酸基团，受体重新回到高尔基体，含有水解酶的小泡从分类小泡中出芽并基体，含有水解酶的小泡从分类小泡中出芽并被送进溶酶体。被送进溶酶体。An UDP-GlcNAc analogl1、蛋白质的氨基末端有信号肽序列、蛋白质的氨基末端有信号肽序列l2、分子伴侣（伴侣蛋白）可以识别、分子伴侣（伴侣蛋白）可以识别l3、前体蛋白和细胞器膜上的受体识别，通过、前体蛋白和细胞器膜上的受体识别，通过蛋白通道进入细胞器，在细胞器中被出去信号蛋白通道进入细胞器，在细胞器中被出去信号肽序列，在分子伴侣的帮助下形成空间结构。肽序列，在分子伴侣的帮助下形成空间结构。l4、前体蛋白进入细胞器时，可以被、前体蛋白进入细胞器时，可以被ATP、GTP水解促进，也可以是通过跨膜的电化学势水解促进，也可以是通过跨膜的电化学势促进。促进。l1、核糖体是在细胞核中组装的、核糖体是在细胞核中组装的l2、真核生物细胞分裂期间，核膜破裂，、真核生物细胞分裂期间，核膜破裂，一旦细胞分裂完成，核膜被重新建立，一旦细胞分裂完成，核膜被重新建立，分散的核蛋白必须被重新输入进核中，分散的核蛋白必须被重新输入进核中，为了重新输入，使蛋白进入核的信号顺为了重新输入，使蛋白进入核的信号顺序（核定位顺序序（核定位顺序 NLS）是不被切除的。）是不被切除的。核定位顺序核定位顺序 可以在蛋白质的任何部位。可以在蛋白质的任何部位。l3、对核的输入是由一批再细胞核和细胞质之、对核的输入是由一批再细胞核和细胞质之间循环的蛋白质介导的。间循环的蛋白质介导的。l4、蛋白质包括：输入蛋白、蛋白质包括：输入蛋白、和和Ran(GTPase)。l5、输入蛋白、输入蛋白、形成一个杂二聚体，作为输形成一个杂二聚体，作为输核蛋白的可溶性受体，核蛋白的可溶性受体， 亚基在细胞质中结合亚基在细胞质中结合带有核定位顺序带有核定位顺序 NLS的蛋白质，这种核定位的蛋白质，这种核定位顺序顺序 NLS的蛋白复合物锚泊在核孔处，然后的蛋白复合物锚泊在核孔处，然后在在Ran(GTPase)的帮助下进入核内，结合带有的帮助下进入核内，结合带有核定位顺序核定位顺序 NLS的蛋白质解离，输入蛋白的蛋白质解离，输入蛋白、被运出细胞核。被运出细胞核。l1、细菌可将一些蛋白质投递到膜内、膜、细菌可将一些蛋白质投递到膜内、膜外、膜之间的外周空间和细胞外部介质。外、膜之间的外周空间和细胞外部介质。l2、投递过程所需信号肽和真核生物的基、投递过程所需信号肽和真核生物的基本相似。本相似。l3、蛋白质的、蛋白质的“转运感受态转运感受态”构象和构象和“功功能能”构象。构象。l4、触发因子、触发因子 膜蛋白的投递膜蛋白的投递l1、某些蛋白质是由环境介质中输入进细胞的，、某些蛋白质是由环境介质中输入进细胞的，如：如：LDL、转铁蛋白、多肽激素和最后要被降、转铁蛋白、多肽激素和最后要被降解的循环蛋白。解的循环蛋白。l2、这些蛋白的输入需要受体，而受体集中存、这些蛋白的输入需要受体，而受体集中存在于内吞小窝的内隔膜中。在于内吞小窝的内隔膜中。l3、内吞小窝用笼状蛋白组成的网格把它们包、内吞小窝用笼状蛋白组成的网格把它们包裹在细胞内侧。裹在细胞内侧。l4、笼状蛋白形成紧密的多面体结构，当越来、笼状蛋白形成紧密的多面体结构，当越来越多的靶蛋白结合后，笼状蛋白形成的网格也越多的靶蛋白结合后，笼状蛋白形成的网格也随之长大，直至内吞小泡出芽进入细胞质。随之长大，直至内吞小泡出芽进入细胞质。l5、笼状蛋白很快被解外套酶除去、笼状蛋白很快被解外套酶除去 ，小泡，小泡和核内体融合和核内体融合l6、核内体的、核内体的PH被膜中的被膜中的V-型型ATPase活活性降低，使受体易于和靶蛋白解离。性降低，使受体易于和靶蛋白解离。l7、一些病毒和毒素可以利用受体介导的、一些病毒和毒素可以利用受体介导的内吞作用进入细胞，如：白喉毒素、霍内吞作用进入细胞，如：白喉毒素、霍乱毒素和流感病毒和乱毒素和流感病毒和HIV。返回