1、第二章 蛋白質(zhì)翻譯后的加工、定位以及翻譯的調(diào)節(jié) 不論是原核還是真核生物，在細胞漿內(nèi)合成的蛋白質(zhì)需定位于細胞特定的區(qū)域，有些蛋白質(zhì)合成后要分泌到細胞外，這些蛋白質(zhì)叫做分泌蛋白。 在細菌細胞內(nèi)起作用的蛋白質(zhì)一般因靠擴散作用而分布到它們的目的地。如內(nèi)膜含有參與能量代謝和營養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)運的蛋白質(zhì)；外膜含有促進離子和營養(yǎng)物質(zhì)進入細胞的蛋白質(zhì)；在內(nèi)膜與外膜之間的間隙稱為周質(zhì)，其中含有各種水解酶以及營養(yǎng)物質(zhì)結(jié)合蛋白。 真核生物細胞結(jié)構更為復雜，而且有多種不同的細胞器，它們又具有各不相同的膜結(jié)構，因此合成好的蛋白質(zhì)還要面臨跨越不同的膜而到達細胞器，有些蛋白質(zhì)在翻譯完成后還要經(jīng)過多種共價修飾，這個過程叫做翻譯后處理

2、。第一節(jié)第一節(jié) 蛋白質(zhì)的分泌和加工修飾蛋白質(zhì)的分泌和加工修飾 一、蛋白質(zhì)的分泌1.1.細菌中蛋白質(zhì)的越膜細菌中蛋白質(zhì)的越膜 細胞的細胞的內(nèi)膜蛋白，外膜蛋白和周質(zhì)蛋白內(nèi)膜蛋白，外膜蛋白和周質(zhì)蛋白是怎樣越過內(nèi)膜而到是怎樣越過內(nèi)膜而到其目的地的呢？絕大多數(shù)越膜蛋白的其目的地的呢？絕大多數(shù)越膜蛋白的N N端都具有大約端都具有大約15-3015-30個以疏個以疏水氨基酸為主的水氨基酸為主的N N端信號序列或稱信號肽。端信號序列或稱信號肽。信號肽的信號肽的疏水段疏水段能形能形成一段成一段螺旋結(jié)構螺旋結(jié)構。在信號序列之后的一段氨基酸殘基也能。在信號序列之后的一段氨基酸殘基也能形成形成一段一段螺旋螺旋，兩段，

3、兩段螺旋以反平行方式組成一個發(fā)夾結(jié)構，很容螺旋以反平行方式組成一個發(fā)夾結(jié)構，很容易進入內(nèi)膜的易進入內(nèi)膜的脂雙層結(jié)構脂雙層結(jié)構，一旦分泌蛋白質(zhì)的，一旦分泌蛋白質(zhì)的N N端錨在膜內(nèi)，后端錨在膜內(nèi)，后續(xù)合成的其它肽段部分將順利通過膜。續(xù)合成的其它肽段部分將順利通過膜。疏水性信號肽疏水性信號肽對于新生肽對于新生肽鏈跨膜及把它固定的膜上起一個鏈跨膜及把它固定的膜上起一個拐棍作用拐棍作用。之后位于內(nèi)膜外表面。之后位于內(nèi)膜外表面的的信號肽酶信號肽酶將信號肽序列切除。當?shù)鞍踪|(zhì)全部翻譯出來后，羧端將信號肽序列切除。當?shù)鞍踪|(zhì)全部翻譯出來后，羧端穿過內(nèi)膜，在周質(zhì)中折疊成蛋白質(zhì)的最終構象（見下圖）。穿過內(nèi)膜，在周質(zhì)中

4、折疊成蛋白質(zhì)的最終構象（見下圖）。2.2.真核生物蛋白質(zhì)分泌 真核生物不但有細胞核、細胞質(zhì)和細胞膜，而且還有許多膜性結(jié)構的細胞器，在細胞須內(nèi)合成的蛋白質(zhì)怎樣的到達細胞的不同部位呢？了解比較清楚的是分泌性蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)運。 像原核細胞一要，真核細胞合成的蛋白質(zhì)N N端也有信號肽也能形成兩個-螺旋的發(fā)夾結(jié)構，這個結(jié)構可插入到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的膜中，將正在合成中的多肽鏈帶進內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)腔。 8080年代中期在胞漿中發(fā)現(xiàn)一種由小分子RNARNA和蛋白質(zhì)共同組成的復合物，它能特異地與信號肽識別而命名為信號肽識別顆粒。它的作用是識別信號肽與核糖體結(jié)合并暫時阻斷多肽鏈合成。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)外膜上有SRPSRP受體，當SRPSRP與受體

5、結(jié)合后，信號肽就可插入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)腔，被內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)膜上的信號肽酶水解除去SRPSRP與受體結(jié)合后，信號肽就可插入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)進入內(nèi)腔，被內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)腔上的信號肽酶水解除去，而信號肽后序肽段也進入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)腔，并開始繼續(xù)合成多肽鏈，SRPSRP對翻譯階段作用的重要生理意義在于：分泌蛋白及早進入細胞的膜性細胞，能正確折疊、進行必要的后加工與修飾并順利分泌出細胞（見下圖）。 現(xiàn)以哺乳動物的胰島素為例說明這種分泌過程。胰島素由5151個氨基酸殘基組成，但胰島素mRNAmRNA的翻譯產(chǎn)和在兔網(wǎng)織紅細胞無細胞翻譯體系中為8686個氨基酸殘基，稱為胰島素原，在麥胚無細胞翻譯系統(tǒng)中為110110個氨基酸殘基組成的前胰島素原，后

6、來證明，在前胰島素原的N N末端有一段富含疏水氨基酸的肽段做為信號肽，使前胰島素原能穿越內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜進入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)腔，在內(nèi)腔壁上信號肽被水解。所以在哺乳動物細胞內(nèi)，當多肽鏈合成完成時，前胰島素原已成為胰島素原。然后胰島素原被運到高爾基復合體，切去C C肽成為成熟的胰島素，最終排出胞外。像真核細胞的前清蛋白，免疫球白輕鏈，催乳素等都有相似的分必方式 。 從核糖體上釋放出來的多肽鏈，按照一級結(jié)構中氨基酸側(cè)鏈的性質(zhì)，自行卷曲，形成一定空間結(jié)構，過去一直認為，蛋白質(zhì)空間結(jié)構的形成是靠其一級結(jié)構決定，不需要另外的信息。近些年來發(fā)現(xiàn)許多細胞內(nèi)蛋白質(zhì)正確裝配都需要一類稱做“分了伴侶”的蛋白質(zhì)幫助才能完成，這一概念

7、的提出并未否定“氨基酸順序決定蛋白空間結(jié)構”這一原則。 而是對這一理論的補充，分子伴侶這一類蛋白質(zhì)能介導其它蛋白質(zhì)正確裝配成有功能活性的空間結(jié)構，而它本身并不參與最終裝配產(chǎn)物的組成。目前認為“分子伴侶”蛋白有兩類，第一類是一些酶，例如蛋白質(zhì)二硫鍵異構酶可以識別和水解非正確配對的二硫鍵，使它們在正確的半胱氨酸殘基位置上重新形成二硫鍵，第二類是一些蛋白質(zhì)分子，它們可以和部分折疊或沒有折疊的蛋白質(zhì)分子結(jié)合，穩(wěn)定它們的構象，免遭其它酶的水解或都促進蛋白質(zhì)折疊成正確的空間結(jié)構。 二、蛋白質(zhì)合成后的加工修飾二、蛋白質(zhì)合成后的加工修飾 前體蛋白是沒有活性的，常常要進行一系列翻譯后加工，才前體蛋白是沒有活性的

8、，常常要進行一系列翻譯后加工，才能成為有功能的成熟蛋白。能成為有功能的成熟蛋白。而而“分子伴侶分子伴侶”蛋白質(zhì)合成后折疊成蛋白質(zhì)合成后折疊成正確空間結(jié)構中起重要作用，對于大多數(shù)蛋白質(zhì)來說多肽鏈翻譯正確空間結(jié)構中起重要作用，對于大多數(shù)蛋白質(zhì)來說多肽鏈翻譯后還要進行下列不同方式的加工修飾才具有生理功能。后還要進行下列不同方式的加工修飾才具有生理功能。 1.氨基端和羧基端的修飾及信號肽去除氨基端和羧基端的修飾及信號肽去除 在原核生物中幾乎所有蛋白都是從在原核生物中幾乎所有蛋白都是從N-甲酰蛋氨酸開始，真核甲酰蛋氨酸開始，真核生物從蛋氨酸開始。甲酰基經(jīng)酶水解而除去，蛋氨酸或者氨基端生物從蛋氨酸開始。甲

9、?；?jīng)酶水解而除去，蛋氨酸或者氨基端的一些氨基酸殘基常由氨肽酶催化而水解除去。因此，成熟的蛋的一些氨基酸殘基常由氨肽酶催化而水解除去。因此，成熟的蛋白質(zhì)分子的白質(zhì)分子的N-端沒有甲?；?，或沒有蛋氨酸。同時，某些蛋白質(zhì)端沒有甲?；驔]有蛋氨酸。同時，某些蛋白質(zhì)分子氨基端要進行分子氨基端要進行乙?；阴；?，在羧基端也要進行修飾。，在羧基端也要進行修飾。 某些蛋白氨基端有一段某些蛋白氨基端有一段15153030個氨基酸殘基的順序，這段順個氨基酸殘基的順序，這段順序稱序稱信號肽信號肽，與蛋白質(zhì)傳送到特定的細胞器、膜，或分泌出細胞，與蛋白質(zhì)傳送到特定的細胞器、膜，或分泌出細胞外有關。信號肽在運送過程中

10、通常由專一的酶催化而水解除去。外有關。信號肽在運送過程中通常由專一的酶催化而水解除去。2.氨基酸殘基的修飾(1)甲基化修飾 某些蛋白質(zhì)中的賴氨酸殘基需要甲基化，某些谷氨酸殘基的羧基也要甲基化，以除去負電荷。(2)羧化修飾 某些蛋白質(zhì)，如凝血酶等凝血因子，含有多個r羧基Glu，這一羧基是由需Vit K的酶催化下進行的。(3)加輔基 蛋白質(zhì)與輔基的結(jié)合也是在翻譯之后進行的，如乙酰CoA羥化酶的輔基，生物素和細胞色素C的血紅素。3.3.共價修飾 許多的蛋白質(zhì)可以進行不同的類型化學基團的共價修飾，修飾后可以表現(xiàn)為激活狀態(tài)，也可以表現(xiàn)為失活狀態(tài)。 （1 1）磷酸化 磷酸化多發(fā)生在多肽鏈絲氨酸、蘇氨酸的羥

11、基上，偶爾也發(fā)生在酪氨酸殘基上（磷酸化分子式如下圖），這種磷酸化的過程受細胞內(nèi)一種蛋白激酶催化，磷酸化后的蛋白質(zhì)可以增加或降低它們的活性，例如：促進糖原分解的磷酸化酶，無活性的磷酸化酶b b經(jīng)磷酸化以后，變居有活性的磷酸化酶a a。而有活性的糖原合成酶I I經(jīng)磷酸化以后變成無活性的糖原合成酶D D，共同調(diào)節(jié)糖元的合成與分介。（2 2）糖基化 糖蛋白的糖鏈是蛋白質(zhì)合成之后，在通過高爾基體時，經(jīng)過糖化而形成的。質(zhì)膜蛋白質(zhì)和許多分泌性蛋白質(zhì)都具有糖鏈，這些寡糖鏈結(jié)合在絲氨酸或蘇氨酸的羥基上，例如紅細胞膜上的ABOABO血型決定簇。也可以與天門冬酰胺連接。這些寡糖鏈是在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)或高爾基氏體中加入的（見下

12、圖）。 （3 3）羥基化 膠原蛋白前鏈上的脯氨酸和賴氨酸殘基在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中受羥化酶、分子氧和維生素C C作用產(chǎn)生羥脯氨酸和羥賴氨酸，如果此過程受障礙膠原纖維不能進行交聯(lián)，極大地降低了它的張力強度。（4 4）二硫鍵的形成 真核細胞合成的某些蛋白質(zhì)，往往能自發(fā)地折疊形成其天然構像，分子內(nèi)的半胱氨酸的巰基之間形成共價鍵二硫鍵。 二硫鍵在穩(wěn)定蛋白質(zhì)空間構型中起著重要作用。例如胰島素分子的成熟是借核糖體上釋放的前胰島素原經(jīng)自發(fā)折疊、形成二硫鍵，然后再切除C C肽而形成的。4.4.亞基的聚合 有許多蛋白質(zhì)是由二個以上亞基構成的，這就需這些多肽鏈通過非共價鍵聚合成多聚體才能表現(xiàn)生物活性。例如成人血紅蛋白由兩條鏈

13、，兩條鏈及四分子血紅素所組成，大致過程如下：鏈在多聚核糖體合成后自行釋下，并與尚未從多聚核糖體上釋下的鏈相連，然后一并從多聚核糖體上脫下來，變成二聚體。此二聚體再與線粒體內(nèi)生成的兩個血紅素結(jié)合，最后形成一個由四條肽鏈和四個血紅素構成的有功能的血紅蛋白分子。 5.5.水解斷鏈 一般真核細胞中一個基因?qū)粋€mRNAmRNA，一個mRNAmRNA對應一條多肽鏈，但也有少數(shù)的情況，即一種三思而行翻譯后的多肽鏈經(jīng)水解后產(chǎn)生幾種不同的蛋白質(zhì)或多肽。例如哺乳動物的鴉片樣促黑皮激素原初翻譯產(chǎn)物為265265個氨基酸，它在腦下垂體前葉細胞中，POMCPOMC初切割成為N-N-端片斷和C C端片段的-促脂解激素

14、。然后N N端片段又被切割成較小的N N端片斷和工9 9肽的促腎上腺皮質(zhì)激素。而在腦下垂體中葉細胞中，-促脂解激素再次被切割產(chǎn)生-內(nèi)啡肽；ACTHACTH也被切割產(chǎn)生1313肽的促黑激素（-melanotropin-melanotropin）。 6.6.蛋白質(zhì)自我剪接 19901990年，HirataHirata等首次報道一種新的蛋白質(zhì)加工方式蛋白質(zhì)自我剪接。他們發(fā)現(xiàn)，釀酒酵母基因TFP1TFP1表達成兩種蛋白，較大的（696910103 3）是液泡H HATPaseATPase的催化亞基，它來自TFP1TFP1基因55編碼區(qū)和33編碼區(qū)，較小的（505010103 3）是由該基因中央?yún)^(qū)編碼。

15、 他們證明，這兩種蛋白是同一條多肽鏈經(jīng)過自我剪接產(chǎn)生的，較小的蛋白是被切割下來的部分，較大的蛋白由切除較小蛋白后再連接而成（見圖2-12-1）。圖2-1 2-1 蛋白質(zhì)自我剪接切除連接 1994 1994年，PerlerPerler等將蛋白質(zhì)自我剪接中被切除的肽段命名為蛋白內(nèi)含肽（inteinintein），也稱蛋白內(nèi)含子或內(nèi)蛋白子，將位于蛋白內(nèi)含肽兩側(cè)、切除部位再連接形成的產(chǎn)生蛋白稱為蛋白外顯肽（esteinestein），又稱蛋白外顯子或外蛋白子。 蛋白內(nèi)含肽的基因不是單獨的開放閱讀框，它插入在蛋白外顯肽的基因中，和內(nèi)含子的區(qū)別在于它可以和蛋白外顯肽的基因一起表達，而不是在mRNAmRNA

16、階段被切除。 蛋白質(zhì)自我剪接在原核生物和單細胞真核生物中均已發(fā)現(xiàn)。迄今已在2020多種生物的近3030種蛋白質(zhì)分子中發(fā)現(xiàn)蛋白內(nèi)含肽，這些蛋白質(zhì)大約一半?yún)⑴c核酸代謝。 蛋白內(nèi)含肽常具有一定的生物活性，如核酸內(nèi)切酶的活性。此外，許多蛋白內(nèi)含肽插入至蛋白質(zhì)高度保守區(qū)（如活性中心附近），其作用是一方面迫使蛋白質(zhì)前體必須經(jīng)過剪接才能成熟，另一方面也有利于蛋白內(nèi)含肽自我保護。第二節(jié)第二節(jié) 新合成蛋白的定位及折疊新合成蛋白的定位及折疊 細胞內(nèi)合成的蛋白質(zhì)，有些被簡單地傳送到細胞質(zhì)，有細胞內(nèi)合成的蛋白質(zhì)，有些被簡單地傳送到細胞質(zhì)，有些被轉(zhuǎn)運到各種細胞器，有些被分泌到細胞外，有些是要插些被轉(zhuǎn)運到各種細胞器，有些

17、被分泌到細胞外，有些是要插入到細胞膜或其它生物膜。入到細胞膜或其它生物膜。 那么，在核糖體上新合成的蛋白質(zhì)是如何識別并達到它特那么，在核糖體上新合成的蛋白質(zhì)是如何識別并達到它特定的部位呢？定的部位呢？一、一、新合成蛋白的定位新合成蛋白的定位1.1.分泌蛋白質(zhì)分泌蛋白質(zhì) 核糖體上合成的分泌蛋白位于真核細胞的粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上核糖體上合成的分泌蛋白位于真核細胞的粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上或在原核細胞的細胞內(nèi)膜上?；蛟谠思毎募毎麅?nèi)膜上。 真核細胞合成的分泌蛋白最終將被轉(zhuǎn)移至分泌小泡中。這真核細胞合成的分泌蛋白最終將被轉(zhuǎn)移至分泌小泡中。這些分泌過程的化學基礎是分泌蛋白的前體大都有些分泌過程的化學基礎是分泌蛋白的前

18、體大都有“信號肽信號肽”。 信號肽位于成熟蛋白的氨基端，約信號肽位于成熟蛋白的氨基端，約15153030個氨基酸殘基，個氨基酸殘基，多數(shù)具有疏水側(cè)鏈。多數(shù)具有疏水側(cè)鏈。 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)表面的核糖體受體能識別80S80S核糖體，使80S80S核糖體結(jié)合于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)表面的信號肽受體識別信號肽，因而正在生長著的肽鏈就憑借信號肽的疏水性穿透膜，進入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)。 這樣，肽鏈就在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)不斷地延長，并且信號肽將被肽酶水解除去。然后，多肽鏈被傳遞至高爾基體，生成分泌泡，再分泌出細胞外。 還有一種分泌蛋白，合成后先到溶酶體，然后再分泌出去發(fā)揮作用，這類蛋白也需要信號肽。2.2.膜蛋白膜蛋白 膜蛋白也是由附著在粗面內(nèi)

19、質(zhì)網(wǎng)上的核糖體合成的。膜蛋白也是由附著在粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的核糖體合成的。膜蛋白的信號肽起著引導作用，其羧基端的疏水順序使它膜蛋白的信號肽起著引導作用，其羧基端的疏水順序使它能附著于膜質(zhì)結(jié)構的雙脂層。能附著于膜質(zhì)結(jié)構的雙脂層。3.3.細胞器蛋白細胞器蛋白 在胞漿中合成的線粒體蛋白，要運輸?shù)骄€粒體的各個在胞漿中合成的線粒體蛋白，要運輸?shù)骄€粒體的各個部位，如外膜、膜間隙、內(nèi)膜及基質(zhì)。部位，如外膜、膜間隙、內(nèi)膜及基質(zhì)。 這類蛋白質(zhì)需要氨基端的延伸肽（這類蛋白質(zhì)需要氨基端的延伸肽（extension extension peptidepeptide），延伸肽是疏水性的，線粒體上存在著識別它的），延伸肽是疏水

20、性的，線粒體上存在著識別它的受體，可幫助線粒體蛋白的正確定位。受體，可幫助線粒體蛋白的正確定位。二、蛋白質(zhì)的折疊1.新生肽段折疊研究中的新觀點 長期以來關于蛋白質(zhì)折疊，形成了自組裝的主導學說，因此，在研究新生肽段折疊時，就很自然的把在體外蛋白質(zhì)折疊研究中得到的規(guī)律推廣到體內(nèi)，用變性蛋白的復性作為新生肽段折疊的模型，并認為細胞中新合成的多肽鏈，不需要別的分子幫助，不需要額外能量的補充，就應該能自發(fā)的折疊而形成它的功能狀態(tài)。 19881988年，鄒承魯指出新生肽段折疊在合成早期已開始，而不是合成完后才開始，隨著肽段的延伸同時折疊，又不斷進行構象調(diào)整，先形成的結(jié)構會作用于后合成肽段的折疊，而后合成的

21、結(jié)構又會影響前面已形成的結(jié)構調(diào)整。因此，在肽段延伸過程中形成的結(jié)構往往不一定是最終功能蛋白中的結(jié)構。這樣，三維結(jié)構的形成是一個同時進行著的，協(xié)調(diào)的動態(tài)過程。九十年代一類具有新生物功能的蛋白，分子伴侶的發(fā)現(xiàn)，以及更廣泛意義上說幫助蛋白質(zhì)折疊的輔助蛋白的提出，說明細胞內(nèi)新生肽段折疊一般說需要幫助，而不是自發(fā)進行。 2.分子伴侶在蛋白折疊中的作用 蛋白質(zhì)分子的三維結(jié)構，除了共價的肽鍵和二硫鍵，還靠大量極其復雜的弱次級鍵共同作用。因此新生肽段在一邊合成一邊折疊過程中有可能暫時形成在最終成熟蛋白中不存在不該有的結(jié)構，他們常常是一些疏水表面，它們之間很可能發(fā)生本不應該有的錯誤的相互作用而形成的非功能的分子

22、，甚至造成分子的聚集和沉淀。按照自組裝學說，每一步折疊都是正確、充分、必要的。 實際上折疊過程是一個正確途徑和錯誤途徑相互競爭的過程，為了提高蛋白質(zhì)生物合成的效率的，應該有幫助正確途徑的競爭機制，分子伴侶就是這樣通過進化應運而生的。它們的功能是識別新生肽段折疊過程中暫時暴露的錯誤結(jié)構的，與之結(jié)合，生成復和物，從而防止這些表面之間過早的相互作用，阻止不正確的非功能的折疊途徑，抑制不可逆聚合物產(chǎn)生，這樣必然促進折疊向正確方向進行。 分子伴侶的兩個主要的特點： Hsp70Hsp70 系統(tǒng)包括Hsp70Hsp70、Hsp40Hsp40 和GrpEGrpE。它們能作用于新合成的蛋白質(zhì)、跨膜運輸?shù)牡鞍踪|(zhì)和

23、在脅迫下變性的蛋白質(zhì)。這個系統(tǒng)的名字反應了Hsp70Hsp70蛋白質(zhì)最初是通過熱激(Heatshock)(Heatshock)作用的誘導發(fā)現(xiàn)的。Hsp70Hsp70 和Hsp40Hsp40 蛋白質(zhì)都能獨立地與其結(jié)合底物。 分子伴侶系統(tǒng)由一個很大的寡聚復合體組成。這種寡聚復合體形成的結(jié)構可使未折疊的蛋白質(zhì)插入( (溫度升高會使熱激蛋白質(zhì)的產(chǎn)生增加，這些蛋白質(zhì)的作用是減小蛋白質(zhì)在熱變性中被破壞的程度；很多熱激蛋白質(zhì)都是分子伴侶) )。 3.3.分子伴侶的作用機制 實際上就是它如何與靶蛋白識別，結(jié)合，又解離的機制。有的分子伴侶 具高度專一性，如一些分子內(nèi)分子伴侶，還有細菌Pseudomonas ce

24、paciaPseudomonas cepacia的酯酶，有它自己的“私有分子伴侶”。它是由基因limAlimA編碼的，與酯酶的基因LipALipA只隔3 3個堿基，可能是進化過程中發(fā)生的基因分裂造成的。而一般分子伴侶識別特異性不高，它是怎樣識別需要它幫助的對象的呢？現(xiàn)在只能說分子伴侶識別非天然構象，而不去理會天然的構象。 由于在天然分子中，疏水殘基多半位于分子的內(nèi)部而形成疏水核，去折疊后就可能暴露出來，或者在新生肽段的折疊過程中，會暫時形成在天然構象中本應該存在于分子內(nèi)部的疏水表面，因此認為分子伴侶最有可能是與疏水表面相結(jié)合，如硫氰酸酶（RhodaneseRhodanese）分子-helix-

25、helix的疏水側(cè)面。但是只有-sheetsheet結(jié)構的蛋白質(zhì)才可為分子伴侶識別。 最近關于識別機制有較大的進展。BipBip是內(nèi)質(zhì)網(wǎng)管腔內(nèi)的分子伴侶，用一種affinity panningaffinity panning的方法檢查BipBip與有隨機序列的十二肽結(jié)合的特異性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，Hy-(W/X)-Hy-Hy-(W/X)-Hy-X-Hy-X-Hy motifX-Hy-X-Hy motif與Bip jBip j結(jié)合最強，HyHy最多的是TrpTrp、LeuLeu、PhePhe，即較大的疏水殘基。一般來說，2-42-4個疏水殘基就足夠進行結(jié)合。還有一種較普遍的說法是分子伴侶識別所謂熔球體結(jié)

26、構（moltenglobulemoltenglobule）。另一方面，分子伴侶本身與肽結(jié)合部位的結(jié)構分析最近也有些進展。譬如，PapDPapD的晶體結(jié)構表明，多肽結(jié)合在它的 -sheet-sheet區(qū)。GroELGroEL中，約40kD40kD的153-531153-531結(jié)構域是核苷酸的結(jié)合區(qū)。 分子伴侶作用的第二步是與靶蛋白形成復合物。非常盛行的一種模型認為分子伴侶常常以多聚體形式而形成中心空洞的結(jié)構，用電子顯微鏡已經(jīng)觀察到由二圈層圓面包圈形組成的十四體GroELGroEL分子和一個一層圓面包圈的七體GroESGroES分子協(xié)同作用形成中空的非對稱籠狀結(jié)構，推測靶蛋白可以在與周圍環(huán)境隔離的

27、中間空腔內(nèi)不受干擾的進一步折疊。但是不久前一個日本實驗室發(fā)現(xiàn)GroELGroEL的一個亞基，甚至其N N端去除7878個氨基酸殘基的50kD50kD片段，已經(jīng)不能再組裝成十四體結(jié)構，都有確定的分子伴侶功能。 由此，也許環(huán)狀分子伴侶并非每個部位都是有效的結(jié)合部位，也就是說，該二層圓面包圈組成的十四體GroELGroEL分子只有一個或若干個部位能夠與疏水殘基或所謂的熔球體結(jié)構結(jié)合，而其余部位起識別作用，就像一個探測器一樣，整個十四體GroELGroEL分子以圈層或籠狀結(jié)構”包裹”在多肽鏈的主鏈上，以旋進方式再多肽鏈的鏈體上運動，一旦環(huán)狀多聚體的某一識別部位發(fā)現(xiàn)疏水結(jié)構或所謂的熔球體結(jié)構等新生肽鏈折

28、疊過程中暫時暴露的錯誤結(jié)構，經(jīng)信號轉(zhuǎn)導，多聚體的結(jié)合部位便與之結(jié)合，生成復合物，抑制不正確的折疊 以上談的都是蛋白質(zhì)的分子伴侶。不久前又出現(xiàn)了一個新名詞“DNA chaperones”DNA chaperones”，DNADNA分子伴侶，這種分子伴侶是與DNADNA相結(jié)合并幫助DNADNA折疊的。在這種復合物中，DNADNA分子包圍在蛋白質(zhì)分子的表面，既是高度有序的，又是在一定程度上結(jié)構已有所改變的。DNADNA與蛋白的這種相互作用對DNADNA的轉(zhuǎn)錄，復制以及重組都十分重要; ;或如在核小體中，對DNADNA的包裝是必須的。DNADNA在溶液中的結(jié)構有相當?shù)膭傂?，必須克服一個能障才能轉(zhuǎn)變成它

29、的蛋白復合物中的結(jié)構，分子伴侶的作用就是幫助DNADNA分子進行折疊和扭曲，從而把DNADNA穩(wěn)定在一個適合于和蛋白結(jié)構的特定構型中。這種結(jié)合是協(xié)同的，可逆的在形成復合物之后便解離下來。因此，不論是DNADNA分子伴侶還是蛋白分子伴侶，都與DNADNA和蛋白的相互作用有關，與基因調(diào)控有關，看來，分子伴侶確實與最終闡明中心法則當前主要問題有密切關系。4.4.分子伴侶和酶的區(qū)別 與分子伴侶不同，以確定為幫助蛋白質(zhì)折疊的酶目前只有兩個，一個是蛋白質(zhì)二硫鍵異構酶(PDI);(PDI); 另一個是肽基脯氨酸順反異構酶(PPI)(PPI)。以PDIPDI為例，眾所周知，蛋白質(zhì)分子中的二硫鍵與新生肽段的折疊

30、密切相關，對維系蛋白質(zhì)分子的結(jié)構穩(wěn)定性和功能發(fā)揮也有重要作用。PDIPDI定位在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)管腔內(nèi)，含量豐富，催化蛋白質(zhì)分子內(nèi)巰基與二硫鍵之間的交換反應。同時，它是目前發(fā)現(xiàn)的最為突出的多功能蛋白，除了二硫鍵的異構酶的基本功能外，它還是脯氨酸-4-4-羥化酶的亞基; ;又是微粒體內(nèi)甘油三酯轉(zhuǎn)移蛋白復合物的小亞基，還是一種糖基化位點結(jié)合蛋白等。其中，最引人注目的還是它有與多肽結(jié)合的能力，可以結(jié)合具有不同序列，長度和電荷分布的肽，特異性較低，主要是與肽的主鏈相作用，但對巰基尚有一些偏愛。按照分子伴侶的定義，一般認為PDIPDI和分子伴侶是兩類不同的幫助蛋白，但是我國上海生物物理研究所最近提出不同的看法，認

31、為蛋白質(zhì)二硫鍵異構酶也具有分子伴侶的功能。 蛋白質(zhì)分子中天然二硫鍵的形成要求這些在肽鏈上往往處于不相鄰位置的巰基，首先通過肽鏈一定程度的折疊，才能相互接近到可以正確形成二硫鍵的位置。肽鏈的自身折疊是一個慢過程，而蛋白質(zhì)二硫鍵異構酶催化蛋白質(zhì)天然二硫鍵的形成卻是一個快過程。另一方面，蛋白質(zhì)二硫鍵異構酶具有低特異性的與各種不同肽鏈相結(jié)合的能力，在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中以極高的濃度存在，又是是一個鈣結(jié)合蛋白，是一個能被磷酸化的蛋白，這些都已經(jīng)符合了分子伴侶的條件。因此他們推測蛋白質(zhì)二硫鍵異構酶很可能首先通過它與伸展的，或部分折疊的肽段的結(jié)合，阻止錯誤的折疊途徑，促進正確的中間物生成，幫助肽鏈折疊是相應的巰基配對，

32、從而是正確的二硫鍵得以形成;然后催化巰基的氧化或二硫鍵的異構而形成天然二硫鍵。他們認為蛋白質(zhì)二硫鍵異構酶的酶活性與它的分子伴侶功能不是相互排斥，而是密切相關，協(xié)調(diào)統(tǒng)一的。 分子伴侶與幫助新生肽鏈折疊的酶之間，大概不應該、也不能夠劃一條絕對的分界線。酶最主要特性就是催化生化反應，分子伴侶的主要作用是與新生肽段的錯誤構象結(jié)合，從而阻止肽鏈不正確的非功能的折疊途徑，促使其向正確的折疊方向反應，這可理解成間接的催化肽鏈的折疊。從表觀上看，抑制不正確的折疊途徑等于加快了正確反應的速度。 最近的試驗已經(jīng)為這一假說提供了很好的證據(jù)。PDIPDI明顯抑制變性的甘油醛-3-3-磷酸脫氫酶在復性股過程中的嚴重聚合

33、，有效的提高它的復性效率，與典型的分子伴侶GroEGroE系統(tǒng)對甘油醛3-3-磷酸脫氫酶復性的效應極其相似。 三、組蛋白密碼 遺傳特異性由基因組堿基序列決定，序列變化導致細胞行為改變。但是科學發(fā)展到今天，這已不是問題的全部。有人提出 表觀遺傳學 概念，表觀遺傳學的一個典型例子就是抑瘤基因異常甲基化與腫瘤相關。隨著轉(zhuǎn)錄調(diào)控研究的深入，一種新的調(diào)節(jié)機制 -組蛋白密碼 日益被科研工作者重視，組蛋白密碼信息存在于轉(zhuǎn)錄后組蛋白修飾等過程中。 在真核細胞的細胞核中，核小體是染色質(zhì)的主要結(jié)構元件。核小體主要由四種組蛋白（H2A,H2B,H3H2A,H2B,H3和H4H4）構成。這四種組蛋白和纏繞于組蛋白的D

34、NADNA共同組成了核小體。每個組蛋白都有進化上保守的N N端拖尾伸出核小體外。這些拖尾是許多信號傳導通路的靶位點，從而導致轉(zhuǎn)錄后修飾。該類修飾包括組蛋白磷酸化、乙?；?、甲基化、ADP-ADP-核糖基化等過程。尤其是組蛋白乙?；?、甲基化修飾能為相關調(diào)控蛋白提供其在組蛋白上的附著位點，改變?nèi)旧|(zhì)結(jié)構和活性。 一般來說，組蛋白乙?；苓x擇性的使某些染色質(zhì)區(qū)域的結(jié)構從緊密變得松散，開放某些基因的轉(zhuǎn)錄，增強其表達水平。而組蛋白甲基化既可抑制也可增強基因表達。乙酰化修飾和甲基化修飾往往是相互排斥的。在細胞有絲分裂和凋亡過程中， 細胞對外在刺激作出的每一個反應幾乎都會涉及到染色質(zhì)活性的改變，這一改變就是通

35、過修飾組蛋白，變換組蛋白密碼實現(xiàn)的。既然幾乎每一種生物學過程都有特定的組蛋白修飾標記，那么特定的組蛋白修飾標記就能反應相應的特定生物學過程。因此通過組蛋白修飾系列抗體特異性地識別靶蛋白修飾形式，就能簡化對組蛋白修飾的研究。 染色質(zhì)的轉(zhuǎn)錄活性與組蛋白修飾相伴（見下表）?？傮w上來說，組蛋白乙酰化水平增加與轉(zhuǎn)錄活性增強有關，而組蛋白甲基化修飾的結(jié)果則相對復雜，它可以是轉(zhuǎn)錄增強或轉(zhuǎn)錄抑制。組蛋白修飾與轉(zhuǎn)錄狀態(tài)表轉(zhuǎn)錄激活 轉(zhuǎn)錄抑制 乙酰化 增加 降低 賴氨酸甲基化 組蛋白H3 K4 組蛋白H3 K9，K27,K79 精氨酸甲基化 組蛋白H3 R2,R17,R26 降低 組蛋白H3 R4 有絲分裂過程也與

36、特異性組蛋白修飾有顯著的相關性。在有絲分裂過程中，有數(shù)個組蛋白磷酸化反應，其中大多數(shù)由Aurora B激酶催化。特異性組蛋白修飾可在有絲分裂的不同階段檢測到，在細胞核分裂中發(fā)揮多種功能（見表2）。 組蛋白修飾于有絲分裂表 分裂間期 G2/M 分裂早期 分裂晚期 H3 S10 Phos +/- + + + H3 S28 + + + + CENP-A Ser 7 Phos - - + + H4 K20 Me + + + + 組蛋白修飾還參與DNADNA損傷和凋亡。在凋亡的級聯(lián)反應中，激酶（包括CHK1CHK1和CHK2CHK2）的主要底物之一是組蛋白衍生物H2A.X H2A.X ，H2A.XH2A

37、.X的磷酸化是凋亡早期最早標志之一。在凋亡后期，CaspaseCaspase激活蛋白激酶Mst1, Mst1Mst1, Mst1使組蛋白H2BH2B的1414位絲氨酸磷酸化。這一修飾在染色質(zhì)濃縮步驟中可檢測到，是凋亡途徑良好的標記物。也有報道稱在凋亡過程中發(fā)現(xiàn)組蛋白H2BH2B的3232位絲氨酸磷酸化。 隨著組蛋白密碼學說的進一步完善，研究者將能: : 1.1.更好地開發(fā)新藥。研究組蛋白密碼對藥物開發(fā)具有戰(zhàn)略意義，多種組蛋白修飾酶已成為相關疾病治療的靶目標。比如，組蛋白去乙酰酶（HDACsHDACs）抑制劑已應用于臨床治療多種腫瘤；2 2. .深入探討遺傳調(diào)控和表觀遺傳調(diào)控相互作用的網(wǎng)絡與不同

38、生物學表型之間的關系；3 3. .在控制真核基因選擇性表達的網(wǎng)絡體系內(nèi)進一步深入理解染色質(zhì)結(jié)構、調(diào)控序列以及調(diào)控蛋白之間交互作用的內(nèi)在機制；4.4.建立基因表達的調(diào)控網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫及其分析系統(tǒng)?？傊?，隨著越來越多組蛋白核心結(jié)構區(qū)域和修飾方式的確定，組蛋白密碼在基因調(diào)控過程中的作用會越來越明確。 第三節(jié)第三節(jié) 其它蛋白質(zhì)合成系統(tǒng)其它蛋白質(zhì)合成系統(tǒng)1. 原細菌原細菌 以上討論了真核生物及一般原核生物（真細菌）的蛋以上討論了真核生物及一般原核生物（真細菌）的蛋白質(zhì)生物合成過程，事實上還有少數(shù)生物的蛋白質(zhì)合成過程白質(zhì)生物合成過程，事實上還有少數(shù)生物的蛋白質(zhì)合成過程與上述的不完全相同。原核生物有兩類：真細菌

39、（與上述的不完全相同。原核生物有兩類：真細菌（eub-eub-bacteriabacteria）及原細菌（）及原細菌（archaebacteriaarchaebacteria）。）。 原細菌的蛋白合成過程與真細菌及真核細胞的蛋白合成原細菌的蛋白合成過程與真細菌及真核細胞的蛋白合成過程均存在一些相同之處，但也有其獨特的方面。主要區(qū)別過程均存在一些相同之處，但也有其獨特的方面。主要區(qū)別在于參與的大分子、合成過程都不同。在于參與的大分子、合成過程都不同。2.2.線粒體 線粒體的大多數(shù)蛋白質(zhì)是由核染色體轉(zhuǎn)錄的mRNAmRNA在細胞漿中翻譯的，并且被轉(zhuǎn)運至特定部位。然而，線粒體本身也有其獨立的基因組，它

40、編碼線粒體的rRNArRNA和tRNAtRNA及電子傳遞氧化磷酸化的某些蛋白質(zhì)。 線粒體有它們自己特有的蛋白合成裝置, ,而且以細菌合成蛋白質(zhì)的相似方式生產(chǎn)蛋白質(zhì)。在線粒體中存在特異的fMet-fMet-tRNAtRNA用于蛋白質(zhì)合成起始。起始因子( (IFs)IFs)也和細菌中的十分相似。在很多的情況下線粒體蛋白質(zhì)合成體系的成分和細菌的相關成分在體外可以互換。例如鏈孢霉的核糖體能識別、結(jié)合和翻譯E.coliE.coli的AUGAUG，而且E.coliE.coli的 IFsIFs來催化蛋白合成的起始。 線粒體蛋白合成系統(tǒng)最引人注目的是其密碼的獨特性。例如，AUAAUA是MetMet的而不是Il

41、eIle的密碼子；UGAUGA不是終止密碼，而成為TrpTrp密碼子；AGAAGA和AGGAGG不是ArgArg的密碼，而變成終止密碼。起始密碼除AUGAUG外，尚可兼用AUAAUA以及AUUAUU。3.3.葉綠體 葉綠體的蛋白質(zhì)合成系統(tǒng)與細菌相近。葉綠體基因組除編碼其蛋白合成系統(tǒng)的蛋白外，還編碼光合作用及能量轉(zhuǎn)移作用的蛋白質(zhì)。 19621962年從葉綠體中成功分離出核糖體，當時發(fā)現(xiàn)植物細胞中有兩類核糖體：70S70S與80S80S。70S70S核糖體位于葉綠體中；80S80S核糖體位于細胞質(zhì)中。在堿基成份方面，葉綠體核糖體RNARNA與細胞質(zhì)核糖體RNARNA也不同。對于抗生素的作用，兩種核

42、糖體也表現(xiàn)出特異的反應。例如，氯霉素可抑止70S70S核糖體中蛋白質(zhì)的合成卻無礙于80S80S核糖體。相反，環(huán)己胺抑止80S80S核糖體蛋白質(zhì)的合成卻無妨于70S70S核糖體。 葉綠體核糖體RNARNA是由葉綠體DNADNA編碼的；同一細胞的細胞質(zhì)核糖體RNARNA，則是由核DNADNA編碼的。除rRNArRNA以外，葉綠體也具有自己的mRNAmRNA及tRNAtRNA，且各自具有轉(zhuǎn)錄、翻譯功能。葉綠體mRNAmRNA的功能可以通過離體葉綠體合成蛋白質(zhì)來鑒定，已經(jīng)證明，豌豆的離體葉綠體能將S35S35標記的放射性甲硫氨酸摻入到五個不同的與膜結(jié)合的蛋白質(zhì)中；菠菜離體葉綠體至少有九種與膜結(jié)合的蛋白

43、質(zhì)被體外標記。 有充分的證據(jù)表明：葉綠體DNADNA是在葉綠體中翻譯，而核DNADNA則是在細胞質(zhì)中翻譯。葉綠體中含有tRNAtRNA，同細胞質(zhì)中所含的不同。除相應于普通氨基酸的tRNAtRNA分子外，已經(jīng)在葉綠體中發(fā)現(xiàn)有不同的、可以接受同一氨基酸的tRNA(tRNA(稱為同功tRNA)tRNA)以及葉綠體特異的氨酰-tRNA-tRNA合成酶。 葉綠體編碼的蛋白質(zhì)，文獻中報道的涉及若干種。但是，比較肯定的只有兩種：組分蛋白質(zhì)大亞基及光系統(tǒng)葉綠素蛋白質(zhì)。 組分蛋白質(zhì)又稱雙磷酸核酮糖羧化酶( (簡寫作RuBPCRuBPC酶) )最近幾年利用煙草屬的不同種進行了許多研究，采用等電聚焦電泳可以把這種酶

44、的大、小亞基分離：大亞基被分為分子量相同等電點不同的三種多肽，小亞基被分為兩種多肽。由于大亞基多肽是葉綠體DNADNA編碼的，小亞基是由核DNADNA編碼的，種間雜交的雜種F1F1永遠具有母本種的大亞基并兼有父母本的小亞基。根據(jù)這一原理，就可將任何葉綠體DNADNA控制的性狀，通過雜交再用F1F1同親本之一回交的方法，重新創(chuàng)造出大亞基相同小亞基不同或小亞基相同而大亞基不同的組分蛋白質(zhì)，并通過等電聚焦技術對所得結(jié)果進行鑒定比較。 光系統(tǒng)葉綠素蛋白質(zhì)，又稱P700-P700-葉綠素a a蛋白質(zhì)。它是研究質(zhì)體基因突變的一個最常用的指標，是一種重要的色素- -蛋白質(zhì)復合體。任何色素的突變，均常常在這里

45、反應出來。 第四節(jié)第四節(jié) 蛋白質(zhì)合成的抑制劑蛋白質(zhì)合成的抑制劑1.1.抗生素對蛋白質(zhì)合成的抑制抗生素對蛋白質(zhì)合成的抑制 嘌呤霉素嘌呤霉素能有效能抑制各種細胞的生長，因為它的結(jié)構很能有效能抑制各種細胞的生長，因為它的結(jié)構很象象氨基酰氨基酰-tRNA-tRNA，故能進入核糖體的，故能進入核糖體的A A位點，競爭性地抑制正常位點，競爭性地抑制正常氨基酰氨基酰-tRNA-tRNA進入進入A A位點。位點。 如果轉(zhuǎn)肽酶將肽鏈轉(zhuǎn)移到嘌呤霉素上，由于嘌呤霉素與如果轉(zhuǎn)肽酶將肽鏈轉(zhuǎn)移到嘌呤霉素上，由于嘌呤霉素與A A位位點結(jié)合力很弱，嘌呤霉素結(jié)尾的肽鏈從核糖體上脫落下來，肽點結(jié)合力很弱，嘌呤霉素結(jié)尾的肽鏈從核糖

46、體上脫落下來，肽鏈就不能完全合成（見圖鏈就不能完全合成（見圖2-22-2）。）。圖2-2 2-2 嘌呤霉素的結(jié)構與氨?；鵷RNAtRNA結(jié)構相似 稀疏霉素和林可霉素可特異地結(jié)合到50S50S亞基，抑制轉(zhuǎn)肽酶。 呼霉素抑制EF-GEF-G的轉(zhuǎn)位作用，鏈霉素則能結(jié)合30S30S亞基，強烈地抑制肽鏈合成的起始（見表2-12-1）。表2-1 2-1 抗生素對蛋白質(zhì)合成的抑制作用2.2.干擾素對病毒蛋白合成的干擾 干擾素能增強哺乳動物細胞抵抗許多病毒侵擾。 在細胞感染病毒后，感染病毒的細胞合成和分泌一類稱之為干擾素的小分子蛋白質(zhì)，雙鏈RNARNA（dsRNAdsRNA）能促進干擾素的生成。 干擾素結(jié)合到

47、未感染病毒的細胞膜上，誘導這些細胞變成抗病毒狀態(tài)，從而獲得了抗各種病毒感染的能力。 干擾素的作用很強，10-11mol/L10-11mol/L就有顯著的抗病毒作用。 干擾素抗病毒作用的機制是促進寡核苷酸合成酶、核酸內(nèi)切酶和蛋白激酶的合成。未被感染時，細胞不合成這三種酶；一旦細胞被病毒感染，在干擾素或dsRNAdsRNA存在的條件下，這些酶就被合成和激活，并以兩種不同方式阻斷病毒蛋白質(zhì)的合成。 干擾素和dsRNAdsRNA激活蛋白激酶，蛋白激酶使蛋白質(zhì)合成的起始因子磷酸化，使之失活；另一種抗病毒的方式是促進mRNAmRNA的降解：干擾素和dsRNAdsRNA激活2,5A2,5A寡核苷酸合成酶的合

48、成，后者激活核酸酶，核酸酶水解mRNAmRNA（見圖2-32-3） 。圖2-3 2-3 干擾素的dsRNAdsRNA促進mRNAmRNA的降解和抑制蛋白質(zhì)合成的起始第五節(jié)第五節(jié) 蛋白質(zhì)合成的調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)合成的調(diào)節(jié) 在高度進化的哺乳動物中，每一種類型的細胞中都合成在高度進化的哺乳動物中，每一種類型的細胞中都合成一些特異的蛋白質(zhì)，各種蛋白質(zhì)合成的速率受多種因素的調(diào)一些特異的蛋白質(zhì)，各種蛋白質(zhì)合成的速率受多種因素的調(diào)節(jié)，在不同環(huán)境條件下其蛋白質(zhì)合成速率是不一樣的。節(jié)，在不同環(huán)境條件下其蛋白質(zhì)合成速率是不一樣的。 原核生物蛋白質(zhì)合成的調(diào)節(jié)，主要是原核生物蛋白質(zhì)合成的調(diào)節(jié)，主要是轉(zhuǎn)錄的調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄的調(diào)節(jié)。真核

49、。真核生物的轉(zhuǎn)錄位于細胞核，而翻譯在胞漿，其轉(zhuǎn)錄生成的各種生物的轉(zhuǎn)錄位于細胞核，而翻譯在胞漿，其轉(zhuǎn)錄生成的各種RNARNA前體，特別是前體，特別是mRNAmRNA的前體要經(jīng)過十分復雜的加工修飾才的前體要經(jīng)過十分復雜的加工修飾才能成熟，故能成熟，故轉(zhuǎn)錄及轉(zhuǎn)錄后的修飾加工轉(zhuǎn)錄及轉(zhuǎn)錄后的修飾加工是真核基因表達的重要是真核基因表達的重要環(huán)節(jié)。環(huán)節(jié)。一、原核生物翻譯水平的調(diào)節(jié)1.1.重疊核苷酸 在原核生物中常出現(xiàn)操縱子中相鄰的基因有少量的DNADNA序列發(fā)生重疊，這種重疊有時可以起到調(diào)控的作用。 如在色氨酸操縱子的5 5個基因中，E E和D D之間，B B和A A之間，存在著翻譯偶聯(lián)效應，即trpEtr

50、pE的終止密碼子和trpDtrpD的起始密碼子相互重疊，trpBtrpB的終止密碼子和trpAtrpA的起始密碼子相互重疊。 當trpEtrpE或trpBtrpB翻譯終止時，核糖體尚未解離就已處在trpDtrpD或trpAtrpA的起始密碼子上，使翻譯偶聯(lián)起來。 兩個基因表達的彼此協(xié)調(diào)，使得蛋白的產(chǎn)量保持一致。trpE-Thr-Phe-trpE-Thr-Phe-終止密碼 trpB-Glu-Ile-trpB-Glu-Ile-終止密碼 ACU UUC UGACU UUC UGAUGAUG GCU GAA AUC UG GCU GAA AUC UGAUGAUG GAA GAA Met MetAlaA

51、la trpD MettrpD MetGluGlutrpA trpA 2.2.阻遏蛋白 某些操縱子編碼的蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)生物合成有關，其特征是利用阻遏蛋白在翻譯水平上進行調(diào)節(jié)。阻遏蛋白結(jié)合于mRNAmRNA的特定位點，阻止核糖體識別翻譯起始區(qū)。 如RNARNA噬菌體R17R17的外殼蛋白兼任阻遏蛋白，能特異地結(jié)合于噬菌體mRNAmRNA的發(fā)夾結(jié)構，其中包括核糖體結(jié)合位點。3.mRNA3.mRNA的二級結(jié)構 mRNAmRNA的二級結(jié)構可以調(diào)節(jié)翻譯能力。例如，某些RNARNA噬菌體的順反子總是按順序翻譯，因為只有第一個順反子的翻譯起始位點可以利用，第二個順反子的翻譯起始區(qū)由于和另一區(qū)域形成堿基配對而

52、被封閉。 然而，第一個順反子的翻譯破壞了mRNAmRNA原來的二級結(jié)構，使核糖體能夠結(jié)合于第二個順反子翻譯的起始位點。4.4.自我調(diào)節(jié) 在同一個操縱子內(nèi)，一個基因表達產(chǎn)物（蛋白）的積累，能夠抑制另一個基因（或其本身）的進一步表達。這種翻譯水平上負的自我調(diào)節(jié)，經(jīng)常出現(xiàn)于多順反子mRNAmRNA的翻譯過程。 strstr、spcspc、S10S10、rifrif和L11L11操縱子都能編碼核糖體蛋白，它們的調(diào)節(jié)蛋白也都是核糖體蛋白，后者能結(jié)合于編碼自己的mRNAmRNA，其結(jié)合位點或與翻譯起始區(qū)重疊，或者通過誘導構象改變而影響核糖體接近翻譯起始位點。這種調(diào)節(jié)方式可以達到兩個目的：（1 1）核糖體蛋

53、白的表達水平和細胞生長條件相適應；（2 2）這些操縱子編碼的其它蛋白質(zhì)均以自己的速率合成，不受核糖體蛋白翻譯的任何影響。 5.5.核糖體蛋白合成的自動調(diào)節(jié)核糖體蛋白合成的自動調(diào)節(jié) 各種核糖體蛋白的合成彼此協(xié)調(diào)，它們和各種核糖體蛋白的合成彼此協(xié)調(diào)，它們和rRNArRNA之間也相之間也相互協(xié)調(diào)，這種調(diào)節(jié)發(fā)生在翻譯水平，涉及蛋白質(zhì)和互協(xié)調(diào)，這種調(diào)節(jié)發(fā)生在翻譯水平，涉及蛋白質(zhì)和mRNAmRNA間的間的相互作用，也可能與相互作用，也可能與mRNAmRNA的二級結(jié)構有關。的二級結(jié)構有關。 例如，若不供給細菌（如大腸桿菌）生長必需的氨基酸，例如，若不供給細菌（如大腸桿菌）生長必需的氨基酸，則該細菌的蛋白質(zhì)合

54、成減少，則該細菌的蛋白質(zhì)合成減少，RNARNA的合成也減少，這種現(xiàn)象稱的合成也減少，這種現(xiàn)象稱為為“緊急反應緊急反應（stringent responsestringent response）”。 在緊急反應時，RNARNA合成的減少是有選擇性的，只有rRNArRNA和tRNAtRNA合成被抑制，而mRNAmRNA的合成一部分受抑制，另一部分則反而增加。 該現(xiàn)象表明在“緊急反應”時，為節(jié)省寶貴的氨基酸原料，細胞減少合成核糖體。 同樣，為保證合成必需的蛋白質(zhì)，也減少了其它蛋白質(zhì)的合成。 Cashel Cashel和GallantGallant觀察到，不供給氨基酸時，細菌會產(chǎn)生三種異常的核苷酸，即

55、ppGppppGpp、pppGpppppGpp及ppGpppGp，這些核苷酸（尤其是ppGppppGpp）的出現(xiàn)正好與RNARNA合成的抑制相關，因此認為這些核苷酸在緊急反應中起著關鍵的作用。 氨酰基tRNAtRNA合成酶的缺乏可以引起緊急反應，因為去?；膖RNAtRNA是緊急反應的誘導物。 編碼核糖體蛋白的5252個基因，分別處于2525個轉(zhuǎn)錄單位（或稱操縱子）。一些轉(zhuǎn)錄單位中含有好幾種核糖體蛋白基因，而另一些僅含一種核糖體蛋白基因。 最初的體內(nèi)實驗證明了這些轉(zhuǎn)錄單位的翻譯受到反饋調(diào)節(jié)，用專門的轉(zhuǎn)導噬菌體將一些轉(zhuǎn)錄單位引進大腸桿菌，使一些核糖體蛋白基因有多個拷貝，結(jié)果發(fā)現(xiàn)雖有相應的mRNA

56、mRNA增加，但無相應的蛋白增加。后來有人用重組DNADNA技術表達多個的核糖體蛋白基因，證明了在每個轉(zhuǎn)錄單位中只有一種蛋白能阻遏其它蛋白的合成。 必須指出的是，包含EF-TuEF-Tu和RNARNA聚合酶及的轉(zhuǎn)錄單位不受此反饋調(diào)節(jié)。 這類反饋調(diào)節(jié)的機制是蛋白質(zhì)和mRNAmRNA相互作用。負責反饋調(diào)節(jié)的蛋白質(zhì)能和rRNArRNA結(jié)合，以組裝成核糖體大分子。 這些蛋白也能識別那些多順反子mRNAmRNA中的位點，這些位點和rRNArRNA相似。蛋白質(zhì)和mRNAmRNA結(jié)合后導致翻譯的阻斷。 當然，蛋白質(zhì)和mRNAmRNA的親和力要比蛋白質(zhì)和rRNArRNA的親和力弱，這樣就不會影響核糖體的組裝。

57、 6.6.密碼子的利用與翻譯調(diào)節(jié) 密碼子有兼并性，但氨基酸的多種密碼（即同義密碼）使用的頻率并不一樣。 大腸桿菌的一些高度表達基因中很少出現(xiàn)的密碼子，在另一些弱表達的基因中出現(xiàn)的頻率卻很高，提示了密碼的使用與翻譯的調(diào)控有一定的關系。 解釋密碼子調(diào)控蛋白質(zhì)翻譯的作用有兩種模式。 一是同義密碼子被翻譯的速度與相應的同工tRNAtRNA的富有程度相關； 二是針對那些可被同一tRNAtRNA識別的同義密碼子，這類同義密碼的前兩個堿基相同，只是第三個堿基不一樣。由于tRNAtRNA中反密碼子的堿基搖擺性，所以它們?nèi)匀荒鼙幌嗤膖RNAtRNA識別。在高度表達的基因中，很少出現(xiàn)密碼子反密碼子相互作用的高能

58、密碼子（如CGCCGC）和能量最低的密碼子（如AUUAUU），而更多是呈中間能量的密碼子（如CGU,AUCCGU,AUC）。 二. .真核生物翻譯水平的調(diào)節(jié)1.mRNA1.mRNA運輸控制 運輸控制是對轉(zhuǎn)錄過程中從細胞核運送到細胞質(zhì)中的數(shù)量進行調(diào)節(jié)。mRNAmRNA都要通過核孔進行轉(zhuǎn)運，因此真核生物的核膜是基因表達的一個控制點。關于mRNAmRNA運輸控制的機制，有人提出了剪接體滯留模型：剪接體的裝配與mRNAmRNA的輸出相競爭，當前體mRNAmRNA在剪接體加工的過程中，RNARNA滯留在核中，不能與核孔相互作用。 當加工完成后，內(nèi)含子被切除了，mRNAmRNA從剪接體上解離下來，通過核孔

59、進入細胞質(zhì)。 2.mRNA2.mRNA的降解 mRNAmRNA的降解是翻譯水平的一個重要控制點。通常核糖體內(nèi)rRNArRNA和tRNAtRNA是很穩(wěn)定的，mRNAmRNA的穩(wěn)定性則差別很大，有的mRNAmRNA的壽命可延續(xù)好幾個月，有的只有幾分鐘。 mRNAmRNA降解的速率與其結(jié)構特點有關，特別是mRNAmRNA的選擇性降解在很大程度上是由于核酸酶和mRNAmRNA內(nèi)部結(jié)構相互作用的結(jié)果。 例如很多短壽命的mRNA 3mRNA 3端非翻譯區(qū)中的一組富含AUAU的序列（UUAAUUUAUUUAAUUUAU）是和它們的不穩(wěn)定性有關系的，可能和去除poly(A)poly(A)有關，也可能與80S8

60、0S復合物形成過程中某種因子的結(jié)合有關。3.mRNA3.mRNA的結(jié)構 mRNA 5mRNA 5端帽子結(jié)構是否存在和是否易于接近eIF-4FeIF-4F對翻譯有著明顯的影響。 起始密碼子AUGAUG的位置和其側(cè)翼的序列對翻譯的效率也有影響，這些因素主要是通過與調(diào)控蛋白、核糖體、RNARNA等的親和性改變影響到起始復合物的形成，并影響到翻譯的效率。翻譯的效率還與55端非翻譯區(qū)的長度有關，當此區(qū)的長度在171780nt80nt時，翻譯的效率與長度成正比。此區(qū)的高級結(jié)構和高G-CG-C含量對翻譯的起始有妨礙。 33端poly(A)poly(A)的有無及長度對mRNAmRNA的穩(wěn)定性和翻譯效率也有影響