十四章節(jié)蛋白質(zhì)生物合成第1頁/共61頁第十四章蛋白質(zhì)的生物合成

(ProteinBiosynthesis)第2頁/共61頁2006-83導(dǎo)學掌握參與蛋白質(zhì)生物合成的主要物質(zhì)及其作用；翻譯的基本過程。熟悉遺傳密碼的特點了解翻譯后加工，影響蛋白質(zhì)生物合成的物質(zhì)第3頁/共61頁2006-84教學內(nèi)容第一節(jié)參與蛋白質(zhì)生物合成的三種RNA

第二節(jié)蛋白質(zhì)生物合成的過程

第三節(jié)翻譯后加工

第四節(jié)翻譯后加工

第4頁/共61頁2006-85翻譯(Translation)蛋白質(zhì)的生物合成，即翻譯，就是將mRNA分子中4種核苷酸序列編碼的遺傳信息，通過遺傳密碼破譯的方式解讀為蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)中20種氨基酸的排列順序。第5頁/共61頁2006-86CAACUGCAGACAUAUAUGAUACAAUUUGAUCAGUAU5/3/-Gln-Leu-Gln-Thr-Tyr-Met-Ile-Gln-Phe-Asp-Gln-Tyr-mRNA多肽鏈翻譯第6頁/共61頁2006-87參與蛋白質(zhì)生物合成的物質(zhì)

三種RNAmRNA（messengerRNA,信使RNA）rRNA（ribosomalRNA,核蛋白體RNA）tRNA（transferRNA,轉(zhuǎn)移RNA）20種編碼氨基酸(AA)作為原料酶及眾多蛋白因子，如IF、eIFATP、GTP、無機離子第7頁/共61頁2006-88第一節(jié)

參與蛋白質(zhì)生物合成的三種RNA第8頁/共61頁2006-89一、mRNA與遺傳密碼（一）mRNA的作用

mRNA是遺傳信息的攜帶者,mRNA作為翻譯的直接模板。遺傳學將編碼一個多肽的遺傳單位稱為順反子(cistron)第9頁/共61頁2006-810一、mRNA與遺傳密碼（一）mRNA的作用

原核細胞中數(shù)個結(jié)構(gòu)基因常串聯(lián)為一個轉(zhuǎn)錄單位，轉(zhuǎn)錄生成的mRNA可編碼幾種功能相關(guān)的蛋白質(zhì)，為多順反子(polycistron)。真核mRNA只編碼一種蛋白質(zhì)，為單順反子(singlecistron)。第10頁/共61頁2006-811遺傳密碼（geneticcoden）

mRNA分子分子的信息區(qū)內(nèi)上從5至3方向，由AUG開始，每3個核苷酸為一組，決定肽鏈上某一個氨基酸或蛋白質(zhì)合成的起始、終止信號，稱為三聯(lián)體遺傳密碼。第11頁/共61頁2006-812（二）遺傳密碼種類

mRNA分子有4種核苷酸堿基：A、G、C、U，可組合成64個密碼子，其中61個分別代表20種不同氨基酸。起始密碼(initiationcoden):AUG

終止密碼(terminationcoden):UAA，UAG，UGA。第12頁/共61頁2006-813遺傳密碼表第一堿基（5/-端）第二堿基第三堿基（3/-端）終止終止**在mRNA起始部位的AUG為起始信號第13頁/共61頁2006-814（三）遺傳密碼的特點

遺傳密碼閱讀的方向性從mRNA5′端起始密碼子AUG到3′端終止密碼子之間的核苷酸序列，各個三聯(lián)體密碼子連續(xù)排列編碼一個蛋白質(zhì)的多肽鏈從N端到C端。第14頁/共61頁2006-815遺傳密碼的連續(xù)性（三）遺傳密碼的特點沿5/-3/方向連續(xù)閱讀插入堿基缺失堿基移碼突變酪酪酪蘇蘇蘇亮亮亮5’-U-A-C-U-A-C-U-A-C-U-A-C-3’5’-U-A-C-U-A-C-U-A-C-U-A-C-3’5’-U-A-C-U-A-C-U-A-C-U-A-C-3’第15頁/共61頁2006-816（三）遺傳密碼的特點遺傳密碼的簡并性20種編碼氨基酸中除色氨酸和甲硫氨酸各有一個密碼子外，其余每一種氨基酸都有2-6個密碼子。第16頁/共61頁2006-817第17頁/共61頁2006-818（三）遺傳密碼的特點遺傳密碼的通用性從原核生物到人類都共用同一套遺傳密碼，被稱為遺傳密碼的通用性。已發(fā)現(xiàn)少數(shù)例外，如動物細胞的線粒體、植物細胞的葉綠體。密碼的通用性進一步證明各種生物進化自同一祖先。

第18頁/共61頁2006-819二、tRNA與氨基酸的轉(zhuǎn)運(一)tRNA的作用Ser5’Tyr5’第19頁/共61頁2006-820密碼子與反密碼子的擺動配對第20頁/共61頁2006-821密碼子與反密碼子的擺動配對tRNA反密碼子的mRNA密碼子的第１個堿基第3個堿基

IA、C、UUA、G

GC、G第21頁/共61頁2006-822氨基酸的活化氨基酰-tRNA合成酶(aminoacyl-tRNAsynthetase)氨基酸的－羧基與tRNA的3′－CCA的腺苷酸3′－OH以酯鍵相連形成氨基酰-tRNA

氨基酸+tRNA氨基酰-tRNAATP

AMP＋PPi氨基酰-tRNA合成酶第22頁/共61頁2006-823（二）氨基酰-tRNA表示法

氨基酰-tRNA的表示方法：Ala-tRNAAla

Ser-tRNASerMet-tRNAMet起始肽鏈合成的氨基酰-tRNA：真核生物：Met-tRNAiMet原核生物：fMet-tRNAifMet第23頁/共61頁2006-824三、核糖體與蛋白質(zhì)合成場所（一）核糖體的組成與結(jié)構(gòu)核糖體是蛋白質(zhì)生物合成的場所。核糖體是由幾種rRNA與數(shù)十種蛋白質(zhì)共同構(gòu)成的超分子復(fù)合體。細胞質(zhì)中的的核糖體有兩類:一類附著于粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng),分泌性蛋白質(zhì)的合成，一類游離于胞質(zhì)內(nèi),細胞固有蛋白質(zhì)的合成。第24頁/共61頁2006-825原核生物與真核生物的核糖體組成核糖體大亞基小亞基rRNA蛋白質(zhì)rRNA蛋白質(zhì)原核生物70S23S，5S36種16S21種真核生物80S28S，5.8S，5S,49種18S33種第25頁/共61頁2006-826原核生物翻譯過程中核糖體結(jié)構(gòu)模式:第26頁/共61頁2006-827（二）核糖體的主要功能部位

氨基酰部位（aminoacylsite），簡稱A位肽酰部位（peptidylsite），簡稱P位；排出部位（exitsite），簡稱E位轉(zhuǎn)肽酶（transpeptidase）活性部位；

mRNA結(jié)合部位；蛋白因子（IF，EF，RF）結(jié)合部位。第27頁/共61頁2006-828S-D序列

第28頁/共61頁2006-829第二節(jié)

蛋白質(zhì)生物合成的過程第29頁/共61頁2006-830翻譯過程：

核糖體大小亞基聚合在mRNA5′端AUG部位開始，沿著mRNA模板鏈5′3′方向移動，由tRNA閱讀mRNA三聯(lián)體遺傳密碼并攜帶特定氨基酸在核糖體上“對號入座”，將氨基酸從N端C端方向連接起來構(gòu)成多肽鏈，直至核糖體在mRNA3′端遇到終止信號而使大小亞基解體為止。

第30頁/共61頁2006-831整個翻譯過程可分為：翻譯的起始(initiation)翻譯的延長(elongation)翻譯的終止(termination)第31頁/共61頁2006-832一、起始階段原核生物翻譯的起始參與的物質(zhì)：核糖體50S和30S大小兩類亞基

mRNA起始作用的fMet-tRNAiMet

GTP供能起始因子（initiationfactor,IF1、IF2、IF3）第32頁/共61頁2006-83370S起始復(fù)合物的形成三大步驟：

30S小亞基與mRNA結(jié)合

fMet-tRNAiMet與mRNA起始密碼子AUG結(jié)合

70S起始復(fù)合物的形成第33頁/共61頁2006-834二、延長階段根據(jù)mRNA密碼序列的指導(dǎo)，次序添加氨基酸從N端向C端延伸肽鏈，直到合成終止的過程。第34頁/共61頁2006-835二、延長階段肽鏈延長在核蛋白體上連續(xù)性循環(huán)式進行，又稱為核糖體循環(huán)(ribosomalcycle)，每次循環(huán)增加一個氨基酸，包括以下三步：進位(entrance)成肽(peptidebondformation)轉(zhuǎn)位(translocation）第35頁/共61頁2006-836延伸過程所需蛋白因子稱為延長因子

(elongationfactor,EF)原核生物的延長因子

EF-Tu：促進氨基酰-tRNA進入A位，結(jié)合分解GTP

EF-Ts：調(diào)節(jié)亞基

EFG：有轉(zhuǎn)位酶活性，促進mRNA-肽酰-tRNA由A位前移到P位，促進卸載tRNA釋放

第36頁/共61頁2006-837進位

又稱注冊(registration)第37頁/共61頁2006-838延長因子EF-T催化進位（原核生物）第38頁/共61頁2006-839第39頁/共61頁2006-840成肽

由轉(zhuǎn)肽酶(transpeptidase)催化的肽鍵形成過程第40頁/共61頁2006-841轉(zhuǎn)位：指核糖體沿著mRNA5′3′方向移動

一個密碼子

第41頁/共61頁2006-842進位成肽轉(zhuǎn)位第42頁/共61頁2006-843三、終止階段當終止密碼子UAA、UAG或UGA出現(xiàn)在核糖體的A位時，沒有相應(yīng)的氨基酰-tRNA能與之結(jié)合，此時即轉(zhuǎn)入了終止階段。起終止作用的蛋白質(zhì)因子-釋放因子（releasefactor，RF）原核生物的RF有三種RF1能識別UAG和UAA，RF2能識別UGA和UAA；RF3可與GTP結(jié)合，促進RF1與RF2的作用。

第43頁/共61頁2006-844原核生物肽鏈合成終止過程第44頁/共61頁2006-845多聚核糖體（polysome）在蛋白質(zhì)生物合成過程中，一條mRNA同時與多個核糖體結(jié)合所形成的念珠狀聚合物。

使蛋白質(zhì)合成高速、高效進行。第45頁/共61頁2006-846第46頁/共61頁2006-847第三節(jié)翻譯后加工第47頁/共61頁2006-848從核糖體釋放出的新生多肽鏈不具有生物活性，必須經(jīng)過翻譯后加工才能轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂幸欢?gòu)象和功能的蛋白質(zhì)。主要包括：一級結(jié)構(gòu)的修飾高級結(jié)構(gòu)的修飾靶向輸送第48頁/共61頁2006-849一、一級結(jié)構(gòu)的修飾(一)N端fMet或Met的切除

由氨基肽酶或脫甲?；复呋?，除去N端第一個甲硫氨酸或甲酰甲硫氨酸殘基。第49頁/共61頁2006-850(二)肽鏈的剪接一些多肽鏈合成后需要在特異蛋白水解酶的作用下，去除某些肽段或氨基酸殘基，才能變?yōu)榛钚苑肿?。如血纖維蛋白原、胰蛋白酶原等，需剪去部分肽段才能成為有活性的血纖維蛋白和胰蛋白酶。第50頁/共61頁2006-851(三)個別氨基酸的修飾某些蛋白質(zhì)肽鏈合成后，其氨基酸殘基的側(cè)鏈需經(jīng)一定的化學修飾。蛋白質(zhì)的側(cè)鏈修飾包括：磷酸化，羥基化，甲基化，糖基化，羧基化，乙酰化等。如:膠原蛋白內(nèi)出現(xiàn)羥脯氨酸和羥賴氨酸,多肽鏈內(nèi)或肽鏈間還可由兩個半胱氨酸的-SH形成二硫鍵等。

第51頁/共61頁2006-852二、高級結(jié)構(gòu)的修飾

(一)輔基或輔酶的結(jié)合各種結(jié)合蛋白合成后都需要結(jié)合相應(yīng)輔基或輔酶，才能成為具有特定功能的蛋白質(zhì)。(二)亞基聚合四級結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)由兩條或兩條以上肽鏈通過非共價鍵聚合如：血紅蛋白是四聚體（α2β2）。第52頁/共61頁2006-853三、靶向輸送靶向輸送（proteintargeting）：蛋白質(zhì)合成后，經(jīng)過復(fù)雜機制，定向輸送到最終發(fā)揮生物學功能的目標部位。分泌性蛋白：有些蛋白質(zhì)合成后不在本細胞內(nèi)使用，而是分泌到血液循環(huán)中再到達靶細胞而發(fā)揮功能，這類蛋白質(zhì)稱為分泌性蛋白。信號肽（signalpeptide）：分泌性蛋白結(jié)構(gòu)中存在特異信號，主要是N末端特異氨基酸序列，可引導(dǎo)蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)移到細胞的適當靶部位，這一氨基酸序列稱之。第53頁/共61頁2006-854分泌性蛋白的靶向輸送靠信號肽與胞漿中的信號識別顆粒（signalrecognitionparticles,SRP）識別并特異結(jié)合，然后再通過SRP與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上的停靠蛋白（dockingprotein,DP）識別并結(jié)合后，肽鏈合成繼續(xù)，并將蛋白質(zhì)多肽鏈引導(dǎo)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔，切除信號肽，多肽鏈在腔內(nèi)形成小泡并與高爾基體融合，再在高爾基體加工、濃縮、包裝，被進一步轉(zhuǎn)運出細胞或定位于特定的亞細胞部位。第54頁/共61頁2006-855第55頁/共61頁2006-856第四節(jié)影響蛋白質(zhì)生物合成的物質(zhì)蛋白質(zhì)生物合成是很多天然抗生素和某些毒素的作用靶點。它們通過阻斷真核、原核生物蛋白質(zhì)合成體系某組分功能，干擾和抑制蛋白質(zhì)生物合成過程而起作用?？?/p>