1、第十三章蛋白質(zhì)的生物合成 第一節(jié) 遺傳密碼 第二節(jié) 與蛋白質(zhì)合成有關(guān)的細(xì)胞器和生物大分子 第三節(jié) 蛋白質(zhì)生物合成的機(jī)理 第四節(jié) 多肽鏈的折疊和加工 第五節(jié) 蛋白質(zhì)的投遞和降解蛋白質(zhì)是絕大多數(shù)信息途徑的終產(chǎn)物蛋白質(zhì)的合成機(jī)制是最復(fù)雜的生物合成機(jī)制盡管蛋白質(zhì)的合成具有極其復(fù)雜，但還是有相當(dāng)高的速率20世紀(jì)50年代蛋白質(zhì)生物合成研究的幾個重要進(jìn)展1.核糖體是蛋白質(zhì)合成的場所（Paul Zamecnic)2. tRNA的發(fā)現(xiàn)（Mahlon Hoagland and Zamecnik)3. tRNA充當(dāng)適配器的作用 （一）（二）、遺傳密碼詞典 一個蛋白質(zhì)的氨基酸序列是由連續(xù)的三聯(lián)體密碼子的線性順序決定的

2、，這個序列的第一個密碼子建立了一種閱讀框（reading frame)平均說來，每個閱讀框中的每20個密碼子就應(yīng)該有一個終止密碼子。如果一個閱讀框有50個以上的連續(xù)密碼子無一個終止密碼子，這段順序為開放閱讀框（open reading frame)（三）、（三）、Established the chemicalstructure oftRNAEstablished the in vitro system for revealing the genetic codesDevised methods to synthesize RNAs with definedsequencesCopolymer

3、 of alwayslead to synthesis of polypeptides of :ABABABABABABAB- aa1-aa2-aa1-aa2- （四）、通過生物化學(xué)方法破解遺傳密碼破解遺傳密碼的濾膜結(jié)合試驗1、均聚多核苷酸鏈指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成2、核糖體結(jié)合技術(shù)The for detecting the bindingof a trinucleotide to a specific aminoacyl-tRNAmolecule: about codons were assigned bythis simple and elegantmethod.（五）、第二遺傳密碼：氨酰tRNA

4、合成對底物的正確識別氨基酸一旦與tRNA形成氨酰-tRNA后，進(jìn)一步的去向就由tRNA來決定。Chapeville and Lipmann 實驗返回第二節(jié) 與蛋白質(zhì)合成有關(guān)的細(xì)胞器和生物大分子 一、核糖體和多核糖體 （一）、核糖體 1、核糖體的結(jié)構(gòu)與裝配 （1）、原核生物核糖體組件原核生物大腸桿菌核糖體的組成30S 核糖體亞基中16SRNA結(jié)構(gòu)圖E.coli 的7個rRNA操縱子（2）、真核生物核糖體組件（3）、原核及真核核糖體的組成與構(gòu)件圖示（4）、核糖體的自裝配（5）、tRNA與核糖體可能的結(jié)合位置圖 （二）、多核糖體 二、mRNA是蛋白質(zhì)合成的模板 1、 三、tRNA1、tRNA結(jié)構(gòu) 2

5、、tRNA三維結(jié)構(gòu)帶狀圖 （數(shù)字代表核苷酸序列）Class Arg Cys Gln Glu Ile Leu Met Trp Tyr ValClass Ala Asn Asp Gly His Lys Phe Pro Ser Thr1、 2、氨酰-tRNA合成酶反應(yīng)3、結(jié)合有tRNA底物的類型對類型氨酰-tRNA鏡像相互作用圖(a)E.coli glu-tRNA合成酶（類酶）(b)Thermus thermophilus gly-tRNA合成酶（類酶） 4、氨酰-tRNA合成酶對 tRNA的選擇性識別E.Coli Glu-tRNA合成酶tRNA識別位點一些氨酰-tRNA合成酶所識別的確定因素在存在

6、于反密碼子中酵母tRNAphe 的確定因素為五個不同的堿基共有的12個核苷酸確定t RNAser 家族單一G:U堿基對決定tRNAAla s四種tRNA主要確定因素（每個堿基由一圓環(huán)代表）(a)帶有tRNAGln 和ATP的E.coli glu-tRNAGln 復(fù)合酶復(fù)合物的溶劑可及圖(b) tRNAGln 結(jié)構(gòu)圖被氨酰-tRNAAla氨?；膖RNAAla微螺旋模型tRNA分子中相應(yīng)于3:70位置不同的堿基配對結(jié)構(gòu)五、密碼-反密碼子配對1、密碼-反密碼子配對示意圖ICIUGUIA六、起始因子1、原核生物蛋白質(zhì)合成中的起始因子2、真核生物蛋白質(zhì)合成中的起始因子 eIF1 功能與原核生物IF1相

7、似。 eIF2 引導(dǎo)結(jié)合Met-tRNA與核糖體小亞基結(jié)合 2 與GTP結(jié)合 2 功能尚不清楚 2 結(jié)合Met-tRNA eIF3 參與43S核糖體復(fù)合物的形成,與原核生物的IF3功能不同,它是第一個和小亞基結(jié)合因子。 eIF4 4A 促使eIF4E從mRNA帽子結(jié)構(gòu)上釋放出來 4B 促進(jìn)eIF4B與mRNA結(jié)合 4C 參與43S核糖體復(fù)合物的形成 4E 與P220一起和eIF4A, mRNA結(jié)合形成復(fù)合物 4F 是eIF4A-eIF4E-p220-mRNA復(fù)合物，特稱為帽子結(jié)構(gòu)結(jié)合蛋白復(fù)合物（CBPC），具ATP酶活力 P220 促使eIF4A在帽子結(jié)構(gòu)附近尋找結(jié)合位,引導(dǎo) eIF4F-mR

8、NA復(fù)合物的生成。 eIF5 促使eIF4E 、eIF2、 eIF3離開48S起始復(fù)合物,引導(dǎo)60S大亞基與40S小亞基結(jié)合,生成80S起始復(fù)合物。 eIF6 加速失活的80S解離。七、蛋白質(zhì)生物合成的延伸因子 1、原核生物蛋白質(zhì)生物合成的延伸因子 EFTu 形成AAtRNA-GTP-EFTU復(fù)合物，引導(dǎo)AAtRNA結(jié)合在核糖體的A位。 EFTs 協(xié)助EFTU形成AAtRNA-GTP-EFTu復(fù)合物。 EFG 移位因子，幫助移位過程的進(jìn)行。 2、真核生物蛋白質(zhì)生物合成的延伸因子 EF1 促進(jìn)AA-酰tRNA與核糖體結(jié)合 EF1 促使EF1 再循環(huán) EF2 作用與原核生物的EF-G相似八、蛋白質(zhì)

9、生物合成的終止和釋放因子 1、原核生物蛋白質(zhì)生物合成的終止和釋放因子 RF1 識別UAA、UAG終止密碼子 RF2 識別UAA、UGA終止密碼子 RF3 加強(qiáng)RF1 和RF2 的作用 2、真核生物蛋白質(zhì)生物合成的終止和釋放因子 RF 具有三種原核因子的功能返回第三節(jié)、蛋白質(zhì)生物合成的機(jī)理 多肽鏈合成的起始 多肽鏈的延伸 多肽鏈終止和釋放一、原核生物蛋白質(zhì)合成的分子機(jī)制1、起始事件（1）、70S核糖體的解聚（2）、30S核糖體IF1.3復(fù)合物的形成（3）、 30S核糖體起始復(fù)合物的形成（4）、 70S核糖體起始復(fù)合物的形成2、多肽鏈起始事件的順序過程起始RNA甲酰甲硫氨酸-tRNA轉(zhuǎn)移酶以N10

10、-甲?；臍淙~酸為甲基供體催化甲酰甲硫氨酸-tRNA的甲?；痬RNA識別與對準(zhǔn)可被E.coli 核糖體識別的不同S-D序列3、多肽鏈的延伸（1）、氨基酸的進(jìn)位（2）、轉(zhuǎn)肽（3）、移位（1）、氨基酸的進(jìn)位E.coli 核糖體中多肽鏈延伸事情的循環(huán)圖解（3）、移位使70S核糖體與mRNA復(fù)合物返回到延伸循環(huán)起點的三個步驟：脫酰基tRNA自P位點的脫離肽基-tRNA從A位點移到P位點23SRNA是實質(zhì)的肽基移位酶23SRNA的肽基轉(zhuǎn)移中心核糖體向后移動，使下一密子進(jìn) 入A位點該過程需要EFG的幫助結(jié)合狀態(tài)模型肽基轉(zhuǎn)移與移位中核糖體兩tRNA分子相對位置模型GTP水解刺激核糖體構(gòu)象的改變進(jìn)而實施其功能

11、蛋白質(zhì)合成的能量消耗為每個氨基酸至少需四個高能磷酸鍵，此外還需兩個GTP，運(yùn)于氨酰-tRNA合成中氨基酸的活化4、肽鏈的終止肽鏈終止事件核糖體的生活周期多聚核糖體是蛋白質(zhì)合成的活躍結(jié)構(gòu)多核糖體的電子顯微圖原核生物中轉(zhuǎn)錄與轉(zhuǎn)譯間的關(guān)系E.coli色氨酸操縱子二、真核細(xì)胞的蛋白質(zhì)合成真核mRNA的特征結(jié)構(gòu)1、真核蛋白質(zhì)起始的過程43S前起始復(fù)合物的形成 43S起始復(fù)合物與mRNA的結(jié)合及40S核糖體亞基遷移至正確的起始密碼子AUG 80S起始復(fù)合物的形成2、真核生物中肽鏈的延伸 真核生物中，延伸循環(huán)與原核生物中非常相似。三個真核延伸因子稱作eIF1、eIF、eIF2,它們具有與相應(yīng)的細(xì)菌延伸因子E

12、F-Tu、EF-Ts、EF-G類似的功能。3、真核肽鏈的終止真核生物中一個稱為eIF的釋放因子識別所有的三個終止密碼子真核細(xì)胞中轉(zhuǎn)譯起始的三個步驟示意圖真核肽鏈起始的調(diào)節(jié)eIF2通過亞基的ser殘基可逆磷酸化作用對其功能進(jìn)行調(diào)節(jié)三、蛋白質(zhì)合成的抑制劑鏈霉素嘌呤霉素白喉毒素蓖麻毒蛋白四、蛋白質(zhì)的折疊蛋白折疊途徑GroEL-GroES復(fù)合物（E.coli分子伴侶）的結(jié)構(gòu)與功能五、蛋白質(zhì)的翻譯后加工多肽鏈的蛋白酶切割蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)原核蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)真核蛋白分類與轉(zhuǎn)運(yùn)分泌性蛋白和許多膜蛋白的合成與穿過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜的轉(zhuǎn)運(yùn)相偶聯(lián)線粒體蛋白的輸入E.coli轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白N末端信號序列一般特征真核分泌性蛋白的合成及通過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的轉(zhuǎn)

13、運(yùn)蛋白質(zhì)的降解真核中蛋白降解的通用途徑蛋白酶體泛素與蛋白質(zhì)的連接酶反應(yīng)具酸性N末端的蛋白降解對tRNA需求圖解T.acidophilum20S蛋白酶體結(jié)構(gòu)泛素-蛋白酶體降解途徑圖解返回第四節(jié) 多肽鏈的折疊和加工 一、氨基末端和羧基末端的修飾 氨基末端fMet 和 Met被切除,在50%的真核生物蛋白中,其翻譯后氨基末端的氨基都要乙?；?羧基末端也被修飾。 二、信號肽的切除1530AA 三、氨基酸殘基的修飾 1、蘇、絲、酪氨酸被磷酸化 2、天冬、谷氨酸被羧化 3、賴氨基酸被甲基化 四、糖側(cè)鏈的連接 1、氮連寡糖 糖和Asn的氨相接 2、氧連寡糖 糖和Ser The羥基相接 五、異戊二烯基團(tuán)的附加

14、 六、附基的附加 七、蛋白酶水解修飾 八、二硫鍵的形成返回第五節(jié) 蛋白質(zhì)的投遞和降解 蛋白質(zhì)的投遞 蛋白質(zhì)分類并轉(zhuǎn)運(yùn)到它們正確的位置的過程。一、分泌到胞外的蛋白質(zhì)、整合到質(zhì)膜和進(jìn)入溶酶體的蛋白質(zhì)，運(yùn)轉(zhuǎn)的前幾步是相同的，起源于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)。二、進(jìn)入線粒體、葉綠體和細(xì)胞核有三種獨特的運(yùn)轉(zhuǎn)過程。三、細(xì)胞質(zhì)蛋白質(zhì)仍然存在于細(xì)胞質(zhì)一、許多真核蛋白翻譯后修飾開始于內(nèi)質(zhì)網(wǎng) 分泌到胞外的蛋白質(zhì)、整和到質(zhì)膜和進(jìn)入溶酶體的蛋白質(zhì)，運(yùn)轉(zhuǎn)的前幾步是相同的，起源于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，在氨基末端的信號肽的引導(dǎo)下進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔。 信號肽的特點： 1、含有1015個疏水氨基酸 2、疏水氨基酸前端近氨基末端有一個或多個正電荷的氨基酸 3、在羧基一

15、端有一個極性的短序列氨基酸。Proteins are translocated to the ER lumenvia the guidance of their N-terminal signalsequences,which share three similar structural features.信號肽指導(dǎo)真核蛋白進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)二、糖基化在蛋白質(zhì)投遞過程中起重要作用 1、糖基化蛋白是通過Asn與寡糖相連,首先在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)形成核心寡糖,核心寡糖和蛋白質(zhì)結(jié)合后,在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體內(nèi)被進(jìn)一步修飾,其修飾的程度和蛋白質(zhì)的投遞有關(guān)。 2、蛋白質(zhì)通過運(yùn)輸小泡進(jìn)入高爾基體，在高爾基體中加上O-連接寡糖，

16、且對N連接寡糖進(jìn)一步修飾。蛋白質(zhì)被重新分類送至最終的目的地。 3、在高爾基體內(nèi)，區(qū)分分泌到胞外的蛋白質(zhì)、整和到質(zhì)膜和進(jìn)入溶酶體的蛋白質(zhì)的過程，不依賴信號肽而是依賴其結(jié)構(gòu)。4、溶酶體中水解酶類的投遞 在高爾基體內(nèi)，磷酸轉(zhuǎn)移酶可以識別寡糖鏈上的甘露糖并使之磷酸化，（磷酸轉(zhuǎn)移酶磷酸化甘露糖的基礎(chǔ)是它可以識別水解酶中的特征性結(jié)構(gòu)“信號補(bǔ)丁”）。磷酸化甘露糖酶可以被高爾基體膜上的受體識別，含有這種受體-磷酸化甘露糖酶復(fù)合體的小泡在高爾基體的背面出芽，并使它進(jìn)入小泡，小泡內(nèi)的低PH使受體-磷酸化甘露糖酶復(fù)合體解體，由泡內(nèi)的磷酸酯酶水解磷酸基團(tuán)，受體重新回到高爾基體，含有水解酶的小泡從分類小泡中出芽并被送進(jìn)

17、溶酶體。An UDP-GlcNAc analog三、線粒體、葉綠體蛋白的投遞 1、蛋白質(zhì)的氨基末端有信號肽序列 2、分子伴侶（伴侶蛋白）可以識別 3、前體蛋白和細(xì)胞器膜上的受體識別，通過蛋白通道進(jìn)入細(xì)胞器，在細(xì)胞器中被出去信號肽序列，在分子伴侶的幫助下形成空間結(jié)構(gòu)。 4、前體蛋白進(jìn)入細(xì)胞器時，可以被ATP、GTP水解促進(jìn)，也可以是通過跨膜的電化學(xué)勢促進(jìn)。四、通往細(xì)胞核的信號傳遞 1、核糖體是在細(xì)胞核中組裝的 2、真核生物細(xì)胞分裂期間，核膜破裂，一旦細(xì)胞分裂完成，核膜被重新建立，分散的核蛋白必須被重新輸入進(jìn)核中，為了重新輸入，使蛋白進(jìn)入核的信號順序（核定位順序 NLS）是不被切除的。核定位順序

18、可以在蛋白質(zhì)的任何部位。四、通往細(xì)胞核的信號傳遞 3、對核的輸入是由一批再細(xì)胞核和細(xì)胞質(zhì)之間循環(huán)的蛋白質(zhì)介導(dǎo)的。 4、蛋白質(zhì)包括：輸入蛋白、和Ran(GTPase)。 5、輸入蛋白、形成一個雜二聚體，作為輸核蛋白的可溶性受體， 亞基在細(xì)胞質(zhì)中結(jié)合帶有核定位順序 NLS的蛋白質(zhì)，這種核定位順序 NLS的蛋白復(fù)合物錨泊在核孔處，然后在Ran(GTPase)的幫助下進(jìn)入核內(nèi)，結(jié)合帶有核定位順序 NLS的蛋白質(zhì)解離，輸入蛋白、被運(yùn)出細(xì)胞核。五、細(xì)菌蛋白質(zhì)投遞途徑的信號序列 1、細(xì)菌可將一些蛋白質(zhì)投遞到膜內(nèi)、膜外、膜之間的外周空間和細(xì)胞外部介質(zhì)。 2、投遞過程所需信號肽和真核生物的基本相似。 3、蛋白質(zhì)的“轉(zhuǎn)運(yùn)感受態(tài)”構(gòu)象和“功能”構(gòu)象。 4、觸發(fā)因子 膜蛋白的投遞六、細(xì)胞通過受體介導(dǎo)的胞飲作用輸入蛋白質(zhì) 1、某些蛋白質(zhì)是由環(huán)境介質(zhì)中輸入進(jìn)細(xì)胞的，如：LDL