1、1,第十二章 蛋白質(zhì)的生物合成PROTEIN BIOSYNTHESIS,2,本章主要內(nèi)容,蛋白質(zhì)生物合成體系 mRNA 直接模板 核糖體 合成場(chǎng)所 tRNA 氨基酸的運(yùn)載工具，蛋白質(zhì)合成的適配器 肽鏈的生物合成過程 原核 真核 蛋白質(zhì)翻譯后修飾和靶向輸送 翻譯后修飾 靶向輸送 蛋白質(zhì)生物合成的干擾和抑制 抗生素 毒素、干擾素,3,4,蛋白質(zhì)生物合成翻譯（translation）,以mRNA為模板、以氨基酸為原料，合成 特定多肽鏈的過程。這樣，mRNA分子中 的核苷酸序列就被翻譯為蛋白質(zhì)的氨基酸 序列。,5,第一節(jié) 蛋白質(zhì)生物合成體系THE MACHINERY OF PROTEIN SYNTHE

2、SIS,三種RNA： mRNA 模板 tRNA 特異的“搬運(yùn)工具” rRNA “裝配機(jī)” 20種-氨基酸 原料 酶與蛋白質(zhì)因子 氨基酰-tRNA合成酶，轉(zhuǎn)肽酶，轉(zhuǎn)位酶 IFeIF ，EF，RF 無(wú)機(jī)離子及能量：Mg2+ ，K+，ATP ，GTP,6,一 蛋白質(zhì)合成機(jī)制研究的三大成就,Zamecnik證明核糖體是蛋白質(zhì)合成的場(chǎng)所（1953年）,Three Advances for Deducing Protein Synthesis,Paul Zamecnik,Hoagland和Zamecnik發(fā)現(xiàn)了“活化”的氨基酸氨基酰-tRNA (1955年),Mahlon Hoagland,8,Franc

3、is Crick,Crick提出DNA與蛋白質(zhì)之間有轉(zhuǎn)換分子（1958年）,DNA mRNA 蛋白質(zhì),9,mRNA structure,open reading frame (ORF),二 mRNA與遺傳密碼 mRNA and Genetic Code,10,遺傳密碼,mRNA的作用：翻譯的直接模板,?,11,在mRNA分子的ORF區(qū)，從5端3端，每相鄰的3個(gè)核苷酸組成一組，在蛋白質(zhì)合成時(shí)，對(duì)應(yīng)某一種氨基酸，這就是遺傳密碼。相鄰的三個(gè)核苷酸稱為密碼子(codon)或三聯(lián)體密碼(triplet),遺傳密碼 mRNA上的密碼語(yǔ)言,（Genetic Code）,12,遺傳密碼表,P292,13,起始

4、密碼與終止密碼,initiation codon 促進(jìn)小亞基與mRNA結(jié)合 IF2: 促進(jìn)fmet-tRNAfmet與核糖體小亞基結(jié)合; GTP酶活性（GTP GDP+Pi） IF1: 輔助IF2、IF3,41,起始復(fù)合物的形成過程,核糖體大小亞基分離 mRNA在小亞基定位結(jié)合 起始氨基酰-tRNA結(jié)合 核糖體大亞基結(jié)合,42,IF-3,IF-1,1. 核糖體大小亞基分離,43,IF-3,IF-1,2. mRNA在小亞基定位結(jié)合,44,S-D序列 (Shine-Dalgarno sequence),45,IF-3,IF-1,3. 起始氨基酰tRNA( fMet-tRNAfMet )結(jié)合到小亞基

5、，形成30S起始復(fù)合物。,46,IF-3,IF-1,IF-2,GTP,GDP,Pi,4. 核糖體大亞基結(jié)合, 形成70S起始復(fù)合體,47,IF-3,IF-1,IF-2,-GTP,GDP,Pi,起始復(fù)合物的形成過程,48,二 肽鏈延長(zhǎng) Elongation in Ribosome Cycle,即核糖體自mRNA 5端向3端推進(jìn)翻譯過程，需延長(zhǎng)因子(EF)、GTP和無(wú)機(jī)離子,循環(huán)進(jìn)行 肽鏈延長(zhǎng),肽鏈延長(zhǎng)過程： 1. 進(jìn)位(entrance) 2. 成肽(peptide bond formation) 3. 轉(zhuǎn)位(translocation),49,肽鏈合成的延長(zhǎng)因子,(elongation fac

6、tor, EF),EF-G,50,又稱注冊(cè)(registration),1.進(jìn)位 (entrance),根據(jù)mRNA下一組遺傳密碼指導(dǎo)，使相應(yīng)氨基酰-tRNA進(jìn)入核糖體A位,51,延長(zhǎng)因子EF-Tu 促進(jìn)氨基酰tRNA 與核糖體A位結(jié)合 延長(zhǎng)因子EF-Ts 促進(jìn)EF-Tu的再利用,52,Tu,Ts,GTP,GDP,Tu,Ts,GDP,進(jìn)位 (entrance),53,2. 成肽 (peptide bond formation),由轉(zhuǎn)肽酶催化肽鍵生成,54,3. 轉(zhuǎn)位(Translocation),EF-G有轉(zhuǎn)位酶活性，通過水解1分子GTP， 促進(jìn)核糖體向mRNA的3側(cè)移動(dòng)。,55,fMet,f

7、Met,成肽與轉(zhuǎn)位,56,57,每一循環(huán)生成一個(gè)肽鍵 每生成一個(gè)肽鍵平均消耗5個(gè)高能磷酸鍵 （活化: 2；進(jìn)位: 1；轉(zhuǎn)位: 1；校正：1） 密碼子閱讀方向：5 3 多肽鏈延長(zhǎng)方向：N端C端,肽鏈延長(zhǎng)過程特點(diǎn)：,58,三 肽鏈合成的終止Termination in Ribosome Cycle,當(dāng)翻譯至mRNA終止密碼時(shí)，多肽鏈合成停止，肽鏈從肽酰-tRNA中釋出，mRNA、核糖體等分離。,59,終止因子辨認(rèn)終止密碼（UAA、UGA、UAG） 轉(zhuǎn)肽酶轉(zhuǎn)變?yōu)樗饷?肽鏈釋放 mRNA釋放 大小亞基分離,終止因子（或稱釋放因子, release factor, RF） 辨認(rèn)終止密碼，使轉(zhuǎn)肽酶變?yōu)樗?/p>

8、解酶，水解肽鏈與tRNA 的連接，促進(jìn)肽鏈從核糖體釋放。,終止過程：,RF1, RF2, RF3,60,原核肽鏈合成終止過程,61,RF,肽鏈合成終止過程,62,核糖體循環(huán) Ribosome Cycle,蛋白質(zhì)翻譯過程中，核糖體大小亞基聚合，完成肽鏈合成的起始、延長(zhǎng)及終止過程后解離，然后再聚合成完整的核糖體，開始新的肽鏈合成，循環(huán)往復(fù)。,63,真核與原核生物蛋白質(zhì)合成的異同：,相同點(diǎn)： 遺傳密碼相同 組分相似：核糖體，tRNA，各種蛋白質(zhì)因子 合成途徑相似,不同點(diǎn)： （見下表）,四 真核生物蛋白質(zhì)合成的特點(diǎn)Characteristics of Protein Synthesis in Euka

9、ryotes,64,原核 真核 mRNA 多順反子(polycistron) 單順反子(monocistron) 無(wú)“帽、尾”結(jié)構(gòu)， 有“帽、尾”結(jié)構(gòu) 5起動(dòng)信號(hào)上游有SD序列 無(wú)SD序列 核糖體 30S+50S=70S 40S+60S=80S 起始AA fMet-tRNAfMet Met-tRNAiMet IF、EF IF 3種 eIF 10多種 及RF EF-Tu、EF-Ts、EF-G eEF1、eEF2 RF1、RF2、RF3 eRF 轉(zhuǎn)錄與翻譯 轉(zhuǎn)錄翻譯偶聯(lián) 不偶聯(lián)（分隔進(jìn)行） 的關(guān)系 （幾乎同時(shí)進(jìn)行） 抑制劑 抗生素 白喉毒素、植物毒素等,65,真核生物線粒體存在獨(dú)立的蛋白質(zhì)合成體系

10、，與真核細(xì)胞質(zhì)合成體系不同，與原核體系類似。,抗生素有一定的副作用,66,第四節(jié) 翻譯后修飾與靶向輸送POSTTRANSLATIONAL MODIFICATION AND TARGETING,折疊為天然構(gòu)象的蛋白質(zhì) 氨基酸殘基的化學(xué)修飾 亞基聚合、輔基連接 定向輸送至特定位點(diǎn),從核糖體釋放出的新生多肽鏈，需經(jīng)過各種翻譯后 加工才轉(zhuǎn)變?yōu)樘烊粯?gòu)象的功能蛋白。,主要包括：,67,一 多肽鏈折疊為天然構(gòu)象的蛋白質(zhì),細(xì)胞中大多數(shù)天然蛋白質(zhì)折疊都不是自動(dòng)完成，而需要其他酶或蛋白蛋白因子的輔助。,分子伴侶 (molecular chaperon),是細(xì)胞內(nèi)一類保守蛋白質(zhì)，可識(shí)別肽鏈的非天然構(gòu)象，促進(jìn)各功能域

11、和整體蛋白質(zhì)的正確折疊,熱休克蛋白 (heat shock protein, HSP) 伴侶素 (chaperonin),68,伴侶素作用示意圖,69,二 翻譯后加工與修飾的主要方式 Posttranslational Processing and Modification,(一) 二硫鍵的形成 S S,兩個(gè)Cys殘基形成二硫鍵（鏈內(nèi)或鏈間）,胰島素(insulin),核糖核酸酶(ribonuclease),70,(二) 氨基酸殘基的化學(xué)修飾,磷酸化(Phosphorylation) Ser、Thr、Tyr 乙酰化(Acetylation) Lys 甲基化(Methylation) Lys，A

12、rg 羥基化(Hydroxylation) Pro，Lys 糖基化（glycosylation） Asn, Ser, Thr,71,磷酸化絲氨酸,磷酸化蘇氨酸,磷酸化酪氨酸,72,糖原分解,73,(三) 蛋白質(zhì)前體中肽段的切除,在核糖體合成的肽鏈大多數(shù)是蛋白質(zhì)前體(precursor)，需水解切除部分肽段，才能形成有活性的蛋白質(zhì),胰島素的加工,74,三 亞基聚合、輔基連接,75,（一）亞基聚合,鏈,鏈,Hb,含多個(gè)亞基的蛋白質(zhì)聚合成有生物活性的蛋白質(zhì),76,四 蛋白質(zhì)的靶向輸送 PROTEIN TARGETING,1. 保留在細(xì)胞質(zhì) 2. 進(jìn)入細(xì)胞器 3. 分泌到細(xì)胞外,信號(hào)肽,(signal

13、 peptide),蛋白質(zhì)合成后的去向：,信號(hào)肽的特點(diǎn)： 位于多肽鏈的N端 序列保守,77,信號(hào)肽的一級(jí)結(jié)構(gòu),信號(hào)肽酶 裂解位點(diǎn),78,分泌型蛋白質(zhì)合成后輸送至細(xì)胞外,粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng),高爾基體,分泌小泡,79,作用,由6種蛋白質(zhì)與7S-RNA組成的復(fù)合體,既與分泌蛋白的信號(hào)肽結(jié)合， 又與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的SRP受體結(jié)合， 有助于信號(hào)肽找到粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng),信號(hào)肽識(shí)別顆粒 （Signal Recognition Particles ，SRP ）,80,分泌型蛋白質(zhì)進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的過程,81,The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1999,Gnter Blobel,for

14、the discovery that proteins have intrinsic signals that govern their transport and localization in the cell,82,細(xì)胞核蛋白的靶向輸送,細(xì)胞質(zhì)內(nèi)合成 帶有核定位信號(hào)（ nuclear localization sequence, NLS） 由核孔進(jìn)人核內(nèi),83,第五節(jié) 蛋白質(zhì)合成的干擾和抑制INTERFERENCE AND INHIBITION OF PROTEIN SYSTHESIS,作用于不同環(huán)節(jié)： 復(fù)制過程：多數(shù)抗腫瘤藥物 轉(zhuǎn)錄過程：利福平等 翻譯過程：多數(shù)抗生素 作用于不同生物： 原核生物：抗生素 真核生物：毒素,84,（一）抗生素類阻斷劑 與核糖體結(jié)合，直接作用于翻譯過程,85,（二）毒素,白喉毒素：作用于eE