《生物化學(xué)：第14章 蛋白質(zhì)的生物合成》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《生物化學(xué)：第14章 蛋白質(zhì)的生物合成（102頁珍藏版）》請?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。
1、蛋白質(zhì)的生物合成蛋白質(zhì)的生物合成（翻譯（翻譯）Protein Biosynthesis，Translation第第 十十 四四 章章 其本質(zhì)是將其本質(zhì)是將mRNA分子中分子中A、G、C、U四種核苷酸序列編碼的遺傳信息（即四種核苷酸序列編碼的遺傳信息（即核苷核苷酸的排列順序酸的排列順序）轉(zhuǎn)換成蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)中）轉(zhuǎn)換成蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)中20種種氨基酸的排列順序氨基酸的排列順序。 蛋白質(zhì)的生物合成，即蛋白質(zhì)的生物合成，即翻譯翻譯，是指，是指DNA結(jié)構(gòu)基因中貯存的遺傳信息，通過轉(zhuǎn)錄生結(jié)構(gòu)基因中貯存的遺傳信息，通過轉(zhuǎn)錄生成成mRNA，再指導(dǎo)多肽鏈合成的過程，再指導(dǎo)多肽鏈合成的過程 。蛋白質(zhì)生物合成體系蛋白
2、質(zhì)生物合成體系Protein Biosynthesis System第第 一一 節(jié)節(jié) 參與蛋白質(zhì)生物合成的物質(zhì)包括參與蛋白質(zhì)生物合成的物質(zhì)包括 三種三種RNAmRNA（messenger RNA, 信使信使RNA）rRNA（ribosomal RNA, 核蛋白體核蛋白體RNA）tRNA（transfer RNA, 轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)移RNA） 合成原料合成原料 20種氨基酸種氨基酸 (AA) 參與的蛋白質(zhì)因子、酶及酶的輔助因子參與的蛋白質(zhì)因子、酶及酶的輔助因子 起始因子起始因子、延長因子延長因子、釋放因子釋放因子、轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)肽酶、氨基酰肽酶、氨基酰-tRNA合成酶合成酶 能源能源 ATP主要參與氨基酸的活化主
3、要參與氨基酸的活化 GTP提供翻譯起始、延長、終止階段提供翻譯起始、延長、終止階段 所需能量所需能量一、一、mRNA是蛋白質(zhì)合成的模板是蛋白質(zhì)合成的模板 mRNA是遺傳信息的攜帶者是遺傳信息的攜帶者 遺傳學(xué)將編碼一個(gè)多肽的遺傳單位稱為遺傳學(xué)將編碼一個(gè)多肽的遺傳單位稱為順反子順反子(cistron)。 原核細(xì)胞中數(shù)個(gè)結(jié)構(gòu)基因常串聯(lián)為一個(gè)原核細(xì)胞中數(shù)個(gè)結(jié)構(gòu)基因常串聯(lián)為一個(gè)轉(zhuǎn)錄單位，轉(zhuǎn)錄生成的轉(zhuǎn)錄單位，轉(zhuǎn)錄生成的mRNA可編碼幾可編碼幾種功能相關(guān)的蛋白質(zhì)，為種功能相關(guān)的蛋白質(zhì)，為多順反子多順反子(polycistron) 。 真核細(xì)胞真核細(xì)胞mRNA只編碼一種蛋白質(zhì)，為只編碼一種蛋白質(zhì)，為單順反子單
4、順反子(single cistron) 。原核生物的多順反子原核生物的多順反子PPP5 3 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)真核生物的單順反子真核生物的單順反子非編碼序列非編碼序列核糖體結(jié)合位點(diǎn)核糖體結(jié)合位點(diǎn)起始密碼子起始密碼子終止密碼子終止密碼子編碼序列編碼序列PPPmG -5 3 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì) mRNA上存在遺傳密碼上存在遺傳密碼mRNA分子上分子上從從5 至至3 方向，由方向，由AUG開始，每開始，每3個(gè)核苷酸為一組，決定肽鏈上個(gè)核苷酸為一組，決定肽鏈上某一個(gè)氨基酸或蛋白質(zhì)合成的起始、終某一個(gè)氨基酸或蛋白質(zhì)合成的起始、終止信號，稱為止信號，稱為三聯(lián)體密碼三聯(lián)體密碼(triplet code)。起始密碼起始密
5、碼 (initiation codon): AUG 終止密碼終止密碼(termination codon): UAA，UAG，UGA 遺遺傳傳密密碼碼表表從從mRNA 5 端端起始密碼子起始密碼子AUG到到3 端端終止密碼子之間的核苷酸序列，每個(gè)終止密碼子之間的核苷酸序列，每個(gè)三聯(lián)體密碼連續(xù)排列編碼一個(gè)蛋白質(zhì)多三聯(lián)體密碼連續(xù)排列編碼一個(gè)蛋白質(zhì)多肽鏈，稱為肽鏈，稱為開放閱讀框架開放閱讀框架(open reading frame, ORF)。 遺傳密碼的特點(diǎn)遺傳密碼的特點(diǎn)1. 方向性方向性翻譯時(shí)遺傳密碼的閱讀方向是翻譯時(shí)遺傳密碼的閱讀方向是5 3 ，即讀碼從即讀碼從mRNA的起始密碼子的起始密碼子
6、AUG開始，開始，按按5 3 的方向逐一閱讀，直至終止密碼子的方向逐一閱讀，直至終止密碼子 NC肽鏈延伸方向肽鏈延伸方向5 3 讀碼方向讀碼方向2. 連續(xù)性連續(xù)性編碼蛋白質(zhì)氨基酸序列的各個(gè)編碼蛋白質(zhì)氨基酸序列的各個(gè)三聯(lián)體密碼連續(xù)閱讀，密碼間既三聯(lián)體密碼連續(xù)閱讀，密碼間既無間斷也無交叉無間斷也無交叉。 基因轉(zhuǎn)錄后存在一種對基因轉(zhuǎn)錄后存在一種對mRNA外顯子外顯子加工過程，通過特定堿基的插入、缺失加工過程，通過特定堿基的插入、缺失或置換，導(dǎo)致或置換，導(dǎo)致mRNA的移碼、錯(cuò)義突變的移碼、錯(cuò)義突變或提前終止，使得同一或提前終止，使得同一mRNA前體翻譯前體翻譯出序列、功能不同的蛋白質(zhì)。這種基因出序列、
7、功能不同的蛋白質(zhì)。這種基因表達(dá)的調(diào)節(jié)方式稱為表達(dá)的調(diào)節(jié)方式稱為mRNA編輯編輯 (mRNA editing)。 基因損傷引起基因損傷引起mRNA閱讀框架內(nèi)的堿基閱讀框架內(nèi)的堿基發(fā)生插入或缺失，可能導(dǎo)致發(fā)生插入或缺失，可能導(dǎo)致框移突變框移突變(frameshift mutation)。 纈纈 脯脯 蘇蘇 天冬天冬纈纈 丙丙 酪酪 甘甘纈纈 丙丙 絲絲 精精纈纈 脯脯 蘇蘇 天冬天冬 纈纈 丙丙 酪酪 甘甘纈纈 丙丙 絲絲 精精3. 簡并性簡并性 遺傳密碼中，除遺傳密碼中，除Met、Trp外，其余外，其余氨基酸均由氨基酸均由2個(gè)以上個(gè)以上密碼子為其編碼。密碼子為其編碼。同同義密碼子義密碼子 但每一
8、個(gè)密碼子僅對應(yīng)一個(gè)氨基酸但每一個(gè)密碼子僅對應(yīng)一個(gè)氨基酸。不同物種對密碼子有不同物種對密碼子有“偏愛性偏愛性”。4. 通用性通用性v 蛋白質(zhì)生物合成的整套密碼，從原核蛋白質(zhì)生物合成的整套密碼，從原核 生物到人類都通用。生物到人類都通用。 v 已發(fā)現(xiàn)少數(shù)例外，如動(dòng)物細(xì)胞的線粒已發(fā)現(xiàn)少數(shù)例外，如動(dòng)物細(xì)胞的線粒 體體( (起始密碼子可以是起始密碼子可以是AUG，也可以，也可以 是是AUA和和AUU) )、植物細(xì)胞的葉綠體。、植物細(xì)胞的葉綠體。v 密碼的通用性進(jìn)一步證明各種生物進(jìn)密碼的通用性進(jìn)一步證明各種生物進(jìn) 化自同一祖先。化自同一祖先。 5. 擺動(dòng)性擺動(dòng)性轉(zhuǎn)運(yùn)氨基酸的轉(zhuǎn)運(yùn)氨基酸的tRNA的的反密碼子
9、反密碼子需要需要通過堿基互補(bǔ)與通過堿基互補(bǔ)與mRNA上的上的遺傳密碼遺傳密碼反反向配對向配對結(jié)合，但反密碼子與密碼子間的結(jié)合，但反密碼子與密碼子間的配對不嚴(yán)格遵守常見的堿基配對規(guī)律，配對不嚴(yán)格遵守常見的堿基配對規(guī)律，稱為擺動(dòng)配對。稱為擺動(dòng)配對。 UU擺擺動(dòng)動(dòng)配配對對密碼子、反密碼子配對的擺動(dòng)現(xiàn)象密碼子、反密碼子配對的擺動(dòng)現(xiàn)象tRNA反密碼子反密碼子第第1位堿基位堿基IUGACmRNA密碼子密碼子第第3位堿基位堿基U, C, AA, GU, CUG二、二、核糖體是蛋白質(zhì)生物合成的場所核糖體是蛋白質(zhì)生物合成的場所12/56 組成、結(jié)構(gòu)與功能特點(diǎn)：組成、結(jié)構(gòu)與功能特點(diǎn)： 結(jié)構(gòu)復(fù)雜而精密結(jié)構(gòu)復(fù)雜而精密
10、 由數(shù)種由數(shù)種rRNA（占（占60%左右）及多種左右）及多種蛋蛋白質(zhì)白質(zhì)組成。組成。 rRNA起著起著主導(dǎo)主導(dǎo)的作用，的作用，蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)協(xié)助維協(xié)助維 持持rRNA的功能區(qū)域。的功能區(qū)域。12/56核核糖糖體體的的組組成成原核生物核糖體的功能部位原核生物核糖體的功能部位A位：氨基酰位位：氨基酰位(aminoacyl site)P位：肽酰位位：肽酰位(peptidyl site)E位：排出位位：排出位(exit site)三、三、tRNA是蛋白質(zhì)合成的搬運(yùn)工具是蛋白質(zhì)合成的搬運(yùn)工具tRNA的三級結(jié)構(gòu)的三級結(jié)構(gòu)15/56如：如：密碼子密碼子GGU-攜帶反密碼子攜帶反密碼子ACC的的tRNA-Gly
11、 tRNA的功能的功能 活化氨基酸活化氨基酸 搬運(yùn)氨基酸搬運(yùn)氨基酸 在在密碼子密碼子與對應(yīng)與對應(yīng)氨基酸氨基酸之間起適配器之間起適配器 (adaptor) 的作用的作用。 密碼子密碼子tRNA反密碼子反密碼子氨基酸是對號入座氨基酸是對號入座。氨基酸氨基酸 + tRNA氨基酰氨基酰- tRNAATP AMPPPi氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶(aminoacyl-tRNA synthetase)（一）氨基酸的活化與氨基酰（一）氨基酸的活化與氨基酰-tRNA合成酶合成酶第一步反應(yīng)：第一步反應(yīng)：酶找相應(yīng)的氨基酸酶找相應(yīng)的氨基酸氨基酸氨基酸 ATP-E 氨基酰氨基酰-AMP-E AMP PPi第二步
12、反應(yīng)：第二步反應(yīng)：酶找相應(yīng)的酶找相應(yīng)的tRNA氨基酰氨基酰-AMP-E tRNA 氨基酰氨基酰-tRNA AMP E 氨基酰氨基酰tRNA合成酶合成酶有有20種，分別特種，分別特 異性識別相應(yīng)的異性識別相應(yīng)的20種種氨基酸氨基酸和相應(yīng)的和相應(yīng)的 tRNA。 氨基酰氨基酰tRNA合成酶合成酶的活性是絕對專的活性是絕對專 一性的，酶同時(shí)對氨基酸和一性的，酶同時(shí)對氨基酸和tRNA高高 度特異地識別。度特異地識別。氨基酰氨基酰-tRNA合成酶具有校正活性合成酶具有校正活性(proofreading activity) 。氨基酰氨基酰-tRNA的表示方法的表示方法：Ala-tRNAAla Ser-tRN
13、ASerMet-tRNAMet真核生物真核生物： Met-tRNAiMet原核生物原核生物： fMet-tRNAifMet（二）起始氨基酰（二）起始氨基酰-tRNA的表示方法的表示方法CH3SCH2CH2CHH2NCOOtRNAfMet轉(zhuǎn)甲?；皋D(zhuǎn)甲?；窷10-CHO-FH4CH3SCH2CH2CHH-C-HNCOOtRNAfMetO20/56大腸桿菌大腸桿菌起始密碼子編碼的起始密碼子編碼的met須甲?；毤柞；婧苏婧思?xì)胞細(xì)胞起始密碼子編碼的起始密碼子編碼的met不須不須甲?；柞；鞍踪|(zhì)生物合成過程蛋白質(zhì)生物合成過程 The Process of Protein Biosynthesis
14、 第第 二二 節(jié)節(jié)整個(gè)翻譯過程可分為整個(gè)翻譯過程可分為翻譯過程從閱讀框架的翻譯過程從閱讀框架的5 -AUG開始，開始，按按mRNA模板三聯(lián)體密碼的順序延長肽模板三聯(lián)體密碼的順序延長肽鏈，多肽鏈的合成是從鏈，多肽鏈的合成是從N端向端向C端端，直至，直至終止密碼終止密碼出現(xiàn)。出現(xiàn)。 翻譯的起始翻譯的起始(initiation)翻譯的延長翻譯的延長(elongation)翻譯的終止翻譯的終止(termination )一、翻譯的起始一、翻譯的起始指指mRNA和起始氨基酰和起始氨基酰-tRNA分別分別與核糖體結(jié)合而形成與核糖體結(jié)合而形成翻譯起始復(fù)合物翻譯起始復(fù)合物 (translational ini
15、tiation complex)。參與這一過程的多種蛋白質(zhì)因子，參與這一過程的多種蛋白質(zhì)因子，稱為起始因子稱為起始因子(initiation factor,IF)。核糖體大小亞基分離核糖體大小亞基分離mRNA在在小亞基上定位結(jié)合小亞基上定位結(jié)合起始氨基酰起始氨基酰-tRNA的結(jié)合的結(jié)合 70S起始復(fù)合物形成起始復(fù)合物形成（一）原核生物的翻譯起始過程（一）原核生物的翻譯起始過程IF-3IF-11. 核蛋白體大小亞基分離核蛋白體大小亞基分離A U G53IF-3IF-12. mRNA在小亞基定位結(jié)合在小亞基定位結(jié)合 原核生物原核生物mRNA在核糖體小亞基上的準(zhǔn)確在核糖體小亞基上的準(zhǔn)確定位和結(jié)合涉及
16、兩種機(jī)制：定位和結(jié)合涉及兩種機(jī)制： 起始起始AUG上游約上游約813核苷酸部位，存核苷酸部位，存在一段由在一段由49個(gè)核苷酸組成的一致序列，個(gè)核苷酸組成的一致序列，富含嘌呤堿基，如富含嘌呤堿基，如-AGGAGG-，稱為，稱為Shine-Dalgarno序列序列(S-D序列序列)，又稱，又稱核糖體結(jié)合核糖體結(jié)合位點(diǎn)位點(diǎn)(ribosomal binding site, RBS) S-D序列序列 小亞基中的小亞基中的16S-rRNA 3 端有一富含嘧啶端有一富含嘧啶堿基的短序列，如堿基的短序列，如-CCUCCU-，通過與，通過與S-D序列堿基互補(bǔ)而使序列堿基互補(bǔ)而使mRNA與小亞基結(jié)合與小亞基結(jié)合
17、mRNA上緊接上緊接SD序列之后的一小段核苷序列之后的一小段核苷酸序列，又可被核糖體小亞基蛋白酸序列，又可被核糖體小亞基蛋白-1 (rpS-1)辨認(rèn)結(jié)合辨認(rèn)結(jié)合IF-3IF-1IF-2GTP3. 起始氨基酰起始氨基酰tRNA( fMet-tRNAimet )結(jié)合到結(jié)合到小亞基小亞基A U G53IF-3IF-1IF-2GTPGDPPi4. 核蛋白體大亞基結(jié)合，起始復(fù)合物形成核蛋白體大亞基結(jié)合，起始復(fù)合物形成A U G53原核生物各種起始因子原核生物各種起始因子(IF)的生物功能的生物功能IF-3 結(jié)合結(jié)合30S小亞基，促進(jìn)大小亞基分離；小亞基，促進(jìn)大小亞基分離； 提高提高P位對結(jié)合起始位對結(jié)合
18、起始tRNA敏感性敏感性IF-2 促進(jìn)起始促進(jìn)起始tRNA與與30S小亞基結(jié)合小亞基結(jié)合IF-1 占據(jù)占據(jù)A位防止結(jié)合其他位防止結(jié)合其他tRNA；阻止大；阻止大 小亞基的結(jié)合小亞基的結(jié)合生物功能生物功能起始因子起始因子（二）真核生物的翻譯起始過程（二）真核生物的翻譯起始過程核糖體大小亞基分離核糖體大小亞基分離起始氨基酰起始氨基酰-tRNA結(jié)合結(jié)合；mRNA與核糖體小亞基結(jié)合與核糖體小亞基結(jié)合小亞基沿小亞基沿mRNA掃描查找起始點(diǎn)掃描查找起始點(diǎn)80S起始復(fù)合物形成起始復(fù)合物形成mRNA eIF-6 elF-3GDP+PielF-5ATPADP+PielF4E, elF4G, elF4A, elF
19、4B, PABMetMet-tRNAiMet-elF-2 -GTP真核生物翻譯起始真核生物翻譯起始復(fù)合物形成過程復(fù)合物形成過程二、肽鏈延長二、肽鏈延長指根據(jù)指根據(jù)mRNA密碼序列的指導(dǎo)，次密碼序列的指導(dǎo)，次序添加氨基酸序添加氨基酸從從N端向端向C端端延伸肽鏈，延伸肽鏈，直到合成終止的過程。直到合成終止的過程。 每次循環(huán)包括以下三步：每次循環(huán)包括以下三步： 進(jìn)位進(jìn)位(entrance) 成肽成肽(peptide bond formation) 轉(zhuǎn)位轉(zhuǎn)位(translocation)肽鏈延長在核糖體上連續(xù)性循環(huán)式進(jìn)行，肽鏈延長在核糖體上連續(xù)性循環(huán)式進(jìn)行，稱為稱為核糖體循環(huán)核糖體循環(huán)(ribosom
20、al cycle)，每次，每次循環(huán)增加一個(gè)氨基酸。循環(huán)增加一個(gè)氨基酸。延伸過程所需蛋白因子稱為延伸過程所需蛋白因子稱為延長因子延長因子(elongation factor, EF)原核生物：原核生物：EF-T (EF-Tu, EF-Ts) EF-G真核生物：真核生物：eEF-1 、eEF-2又稱注冊又稱注冊(registration)（一）進(jìn)位（一）進(jìn)位指根據(jù)指根據(jù)mRNA下下一組遺傳密碼指導(dǎo)，一組遺傳密碼指導(dǎo)，使相應(yīng)氨基酰使相應(yīng)氨基酰-tRNA進(jìn)入核糖體進(jìn)入核糖體A位。位。延長因子延長因子EF-T催化催化進(jìn)位（原核生物）進(jìn)位（原核生物）Tu TsGTPGDPA U G53TuTsGTP目目
21、錄錄（二）成肽（二）成肽指在指在肽基轉(zhuǎn)移酶肽基轉(zhuǎn)移酶的作用下，將的作用下，將P位點(diǎn)位點(diǎn)的的肽?；孽；D(zhuǎn)移到轉(zhuǎn)移到A位點(diǎn)位點(diǎn)的的氨基酰氨基酰-tRNA上，上，在在A位形成位形成肽鍵肽鍵，使肽鏈延長。，使肽鏈延長。（三）轉(zhuǎn)位（三）轉(zhuǎn)位延長因子延長因子EF-G有有轉(zhuǎn)位酶轉(zhuǎn)位酶(translocase )活性，可結(jié)合并水解活性，可結(jié)合并水解1分子分子GTP，促進(jìn)核，促進(jìn)核糖體向糖體向mRNA的的3側(cè)移動(dòng)。側(cè)移動(dòng)。目目 錄錄fMetA U G53fMetTuGTP進(jìn)進(jìn)位位轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)位位成肽成肽真核生物肽鏈合成的延長過程與原真核生物肽鏈合成的延長過程與原核核基本相似基本相似，但有，但有不同的反應(yīng)體系和延不同的
22、反應(yīng)體系和延長因子長因子。另外，真核細(xì)胞核糖體沒有另外，真核細(xì)胞核糖體沒有E位，轉(zhuǎn)位，轉(zhuǎn)位時(shí)卸載的位時(shí)卸載的tRNA直接從直接從P位脫落。位脫落。（四）真核生物延長過程（四）真核生物延長過程 三、翻譯的終止三、翻譯的終止當(dāng)核糖體當(dāng)核糖體A位出現(xiàn)位出現(xiàn)mRNA的終止密碼的終止密碼后，多肽鏈合成停止，肽鏈從肽酰后，多肽鏈合成停止，肽鏈從肽酰-tRNA中釋出，中釋出，mRNA、核糖體大、小亞基等分、核糖體大、小亞基等分離，這些過程稱為離，這些過程稱為肽鏈合成終止肽鏈合成終止。34/56RF-3：促進(jìn)促進(jìn)RF-1或或RF-2與核糖體結(jié)合，誘導(dǎo)與核糖體結(jié)合，誘導(dǎo) 肽基轉(zhuǎn)移酶變?yōu)轷ッ富钚裕怆孽ｋ幕D(zhuǎn)移
23、酶變?yōu)轷ッ富钚裕怆孽? tRNA的酯鍵的酯鍵 ，使肽鏈從核糖體上釋，使肽鏈從核糖體上釋 放，并水解放，并水解GTP。 真核生物的真核生物的釋放因子釋放因子：eRF；eRF可識別三種終止密碼子可識別三種終止密碼子, 并需并需GTP供能。供能。RF-1：UAA，UAGRF-2：UAA，UGA 翻譯終止相關(guān)的蛋白質(zhì)因子稱為翻譯終止相關(guān)的蛋白質(zhì)因子稱為釋放因子釋放因子 （release factor，RF）U A G53RFCOO-原核肽鏈合成終止過程原核肽鏈合成終止過程39/56多聚核糖體多聚核糖體(polysome) 使蛋白質(zhì)合成使蛋白質(zhì)合成高速、高效進(jìn)行高速、高效進(jìn)行39/56蛋白質(zhì)合成能量
24、消耗情況蛋白質(zhì)合成能量消耗情況1. 氨基酸活化：氨基酸活化：2個(gè)個(gè)ATP2. 翻譯起始：原核生物翻譯起始：原核生物1個(gè)個(gè)GTP 真核生物真核生物1個(gè)個(gè)GTP， 1個(gè)個(gè)ATP3. 翻譯延長：每形成一個(gè)肽鍵需翻譯延長：每形成一個(gè)肽鍵需2個(gè)個(gè)GTP4. 翻譯終止：翻譯終止：1個(gè)個(gè)GTPATP總消耗數(shù)：總消耗數(shù)：2n+2(n-1)+2(真核真核3) n為多肽鏈氨基酸殘基的數(shù)目為多肽鏈氨基酸殘基的數(shù)目第第 三三 節(jié)節(jié)翻譯后加工及蛋白質(zhì)輸送翻譯后加工及蛋白質(zhì)輸送Posttranslational Processing & Protein Transportation主要包括主要包括:多肽鏈折疊為天然的三維
25、結(jié)構(gòu)多肽鏈折疊為天然的三維結(jié)構(gòu) 肽鏈一級結(jié)構(gòu)的修飾肽鏈一級結(jié)構(gòu)的修飾高級結(jié)構(gòu)修飾高級結(jié)構(gòu)修飾 從核糖體釋放出的新生多肽鏈不具備蛋從核糖體釋放出的新生多肽鏈不具備蛋白質(zhì)生物活性，必需經(jīng)過不同的翻譯后復(fù)雜白質(zhì)生物活性，必需經(jīng)過不同的翻譯后復(fù)雜加工過程才轉(zhuǎn)變?yōu)樘烊粯?gòu)象的功能蛋白。加工過程才轉(zhuǎn)變?yōu)樘烊粯?gòu)象的功能蛋白。一、多肽鏈折疊為天然功能構(gòu)象的蛋白質(zhì)一、多肽鏈折疊為天然功能構(gòu)象的蛋白質(zhì)新生肽鏈的折疊在肽鏈合成中、合成后新生肽鏈的折疊在肽鏈合成中、合成后完成，新完成，新生肽鏈生肽鏈N端在核糖體上一出現(xiàn)，端在核糖體上一出現(xiàn)，肽鏈的折疊即肽鏈的折疊即開始?？赡茈S著序列的不開始。可能隨著序列的不斷延伸肽鏈逐
26、步折疊，產(chǎn)生正確的二級斷延伸肽鏈逐步折疊，產(chǎn)生正確的二級結(jié)構(gòu)、模體、結(jié)構(gòu)域到形成完整空間結(jié)結(jié)構(gòu)、模體、結(jié)構(gòu)域到形成完整空間結(jié)構(gòu)。構(gòu)。 一般認(rèn)為，多肽鏈自身氨基酸順序儲(chǔ)存一般認(rèn)為，多肽鏈自身氨基酸順序儲(chǔ)存著蛋白質(zhì)折疊的信息，即一級結(jié)構(gòu)是空著蛋白質(zhì)折疊的信息，即一級結(jié)構(gòu)是空間結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。間結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。細(xì)胞中大多數(shù)天然蛋白質(zhì)折疊都不是自細(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、蛋白質(zhì)輔助。動(dòng)完成，而需要其他酶、蛋白質(zhì)輔助。 幾種有促進(jìn)蛋白折疊功能的大分子幾種有促進(jìn)蛋白折疊功能的大分子1. 分子伴侶分子伴侶 (molecular chaperon) 2. 蛋白二硫鍵異構(gòu)酶蛋白二硫鍵異構(gòu)酶
27、 (protein disulfide isomerase, PDI)3. 肽肽-脯氨酰順反異構(gòu)酶脯氨酰順反異構(gòu)酶 (peptide prolyl cis-trans isomerase, PPI)(1) 熱激蛋白熱激蛋白70 (heat shock protein, HSP70)家族家族 HSP70、HSP40和和GrpE成員成員 (2) 熱激蛋白熱激蛋白60 (HSP60)家族家族/伴侶素伴侶素 HSP60和和HSP10/GroEL和和GroES1. 分子伴侶分子伴侶 (molecular chaperon) 分子伴侶是細(xì)胞一類保守蛋白質(zhì)，可識別分子伴侶是細(xì)胞一類保守蛋白質(zhì)，可識別肽鏈的非
28、天然構(gòu)象，促進(jìn)各功能域和整體蛋白肽鏈的非天然構(gòu)象，促進(jìn)各功能域和整體蛋白質(zhì)的正確折疊。包括兩大家族：質(zhì)的正確折疊。包括兩大家族： 結(jié)合保護(hù)待折疊多肽片段，再釋放該片段進(jìn)行折疊，結(jié)合保護(hù)待折疊多肽片段，再釋放該片段進(jìn)行折疊，形成形成HSP70和多肽片段依次結(jié)合、解離的循環(huán)。和多肽片段依次結(jié)合、解離的循環(huán)。 HSP70家族家族促進(jìn)蛋白質(zhì)折疊的基本作用促進(jìn)蛋白質(zhì)折疊的基本作用伴侶素伴侶素GroEL/GroES系統(tǒng)促進(jìn)蛋白質(zhì)折疊過程系統(tǒng)促進(jìn)蛋白質(zhì)折疊過程 為非自發(fā)性折疊蛋白質(zhì)提供能折疊形成天然為非自發(fā)性折疊蛋白質(zhì)提供能折疊形成天然空間構(gòu)象的微環(huán)境空間構(gòu)象的微環(huán)境 HSP60家族家族的主要作用的主要作用
29、2. 蛋白質(zhì)二硫鍵異構(gòu)酶蛋白質(zhì)二硫鍵異構(gòu)酶 (protein disulfide isomerase, PDI) 多肽鏈內(nèi)或肽鏈之間二硫鍵的正確形成對多肽鏈內(nèi)或肽鏈之間二硫鍵的正確形成對穩(wěn)定分泌蛋白、膜蛋白等的天然構(gòu)象十分重要，穩(wěn)定分泌蛋白、膜蛋白等的天然構(gòu)象十分重要，這一過程主要在細(xì)胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)進(jìn)行。這一過程主要在細(xì)胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)進(jìn)行。 二硫鍵異構(gòu)酶在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔活性很高，可在二硫鍵異構(gòu)酶在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔活性很高，可在較大區(qū)段肽鏈中催化錯(cuò)配二硫鍵斷裂并形成正較大區(qū)段肽鏈中催化錯(cuò)配二硫鍵斷裂并形成正確二硫鍵連接，最終使蛋白質(zhì)形成熱力學(xué)最穩(wěn)確二硫鍵連接，最終使蛋白質(zhì)形成熱力學(xué)最穩(wěn)定的天然構(gòu)象。定的天然構(gòu)象。3. 肽
30、肽- -脯氨酰順反異構(gòu)酶脯氨酰順反異構(gòu)酶 (peptide prolyl cis-trans isomerase, PPI) 多肽鏈中肽酰多肽鏈中肽酰- -脯氨酸間形成的肽鍵有順反脯氨酸間形成的肽鍵有順反兩種異構(gòu)體，空間構(gòu)象明顯差別。兩種異構(gòu)體，空間構(gòu)象明顯差別。 肽酰肽酰- -脯氨酰順反異構(gòu)酶可促進(jìn)上述順反兩脯氨酰順反異構(gòu)酶可促進(jìn)上述順反兩種異構(gòu)體之間的轉(zhuǎn)換。種異構(gòu)體之間的轉(zhuǎn)換。 肽酰肽酰- -脯氨酰順反異構(gòu)酶是蛋白質(zhì)三維構(gòu)象脯氨酰順反異構(gòu)酶是蛋白質(zhì)三維構(gòu)象形成的限速酶，在肽鏈合成需形成順式構(gòu)型時(shí)，形成的限速酶，在肽鏈合成需形成順式構(gòu)型時(shí)，可使多肽在各脯氨酸彎折處形成準(zhǔn)確折疊?？墒苟嚯脑诟鞲?/p>
31、氨酸彎折處形成準(zhǔn)確折疊。 原核生物原核生物（一）（一） 去除去除N末端蛋氨酸殘基末端蛋氨酸殘基脫甲脫甲?；铬；窶et-fMet-氨基肽酶氨基肽酶真核細(xì)胞真核細(xì)胞二、一級結(jié)構(gòu)的修飾二、一級結(jié)構(gòu)的修飾（二）個(gè)別氨基酸的共價(jià)修飾（二）個(gè)別氨基酸的共價(jià)修飾磷酸化：磷酸化：絲氨酸，蘇氨酸，酪氨酸絲氨酸，蘇氨酸，酪氨酸羥基化：羥基化：脯氨酸，賴氨酸脯氨酸，賴氨酸?；乎；航M氨酸組氨酸甲基化：甲基化：色氨酸色氨酸核糖基化：核糖基化：精氨酸精氨酸意義：意義： 調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能。與功能。兩個(gè)兩個(gè)Cys的的-SH脫脫H氧化而成氧化而成（三）二硫鍵的形成（三）二硫鍵的形成-SH HS-S
32、-S-鴉片促黑皮質(zhì)素原鴉片促黑皮質(zhì)素原(POMC)的水解修飾的水解修飾NC信號肽信號肽PMOCKRKR103肽肽 ( ？)ACTH -LT -MSH -MSHEndophin（四）多蛋白的加工（四）多蛋白的加工（五）蛋白質(zhì)前體中不必要肽段的切除（五）蛋白質(zhì)前體中不必要肽段的切除無活性的酶原轉(zhuǎn)變?yōu)橛谢钚缘拿?，常需要無活性的酶原轉(zhuǎn)變?yōu)橛谢钚缘拿?，常需要去掉一部分肽鏈，如胰蛋白酶原酶解生成去掉一部分肽鏈，如胰蛋白酶原酶解生成胰蛋白酶，分泌型蛋白質(zhì)胰蛋白酶，分泌型蛋白質(zhì)“信號肽信號肽”的切除。的切除。 某些新生蛋白質(zhì)含有部分間隔順序等待某些新生蛋白質(zhì)含有部分間隔順序等待剪切，其意義類似于剪切，其意義類
33、似于hnRNA中的內(nèi)含子，中的內(nèi)含子，此片段稱為此片段稱為內(nèi)蛋白子內(nèi)蛋白子(intein)。 三、高級結(jié)構(gòu)的修飾三、高級結(jié)構(gòu)的修飾（一）亞基聚合（一）亞基聚合 蛋白質(zhì)與糖、脂類、核酸、血紅素蛋白質(zhì)與糖、脂類、核酸、血紅素等結(jié)合形成糖蛋白、脂蛋白、核蛋白、等結(jié)合形成糖蛋白、脂蛋白、核蛋白、血紅蛋白等結(jié)合蛋白質(zhì)。血紅蛋白等結(jié)合蛋白質(zhì)。 具有四級結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)需進(jìn)行亞基之間具有四級結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)需進(jìn)行亞基之間的聚合。如血紅蛋白的聚合。如血紅蛋白4個(gè)亞基通過鹽鍵聚合。個(gè)亞基通過鹽鍵聚合。（二）輔基連接（二）輔基連接 （三）脂肪酰化（三）脂肪?；鞍踪|(zhì)合成后需要經(jīng)過復(fù)雜機(jī)制，蛋白質(zhì)合成后需要經(jīng)過復(fù)雜機(jī)制，定
34、向輸送到最終發(fā)揮生物功能的細(xì)胞定向輸送到最終發(fā)揮生物功能的細(xì)胞靶部位，這一過程稱為靶部位，這一過程稱為蛋白質(zhì)的靶向蛋白質(zhì)的靶向輸送輸送 (protein targeting) 。四、蛋白質(zhì)合成后的靶向輸送四、蛋白質(zhì)合成后的靶向輸送所有靶向輸送的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)中存在分選所有靶向輸送的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)中存在分選信號，主要為信號，主要為N末端特異氨基酸序列，可引末端特異氨基酸序列，可引導(dǎo)蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)移到細(xì)胞的適當(dāng)靶部位，這一導(dǎo)蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)移到細(xì)胞的適當(dāng)靶部位，這一序列稱為信號序列序列稱為信號序列 。 信號序列信號序列(signal sequence)G.Blobel 70 年代提出了年代提出了“信號假說信號假說”,
35、1999年獲諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)年獲諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎(jiǎng) （一）分泌蛋白的靶向輸送（一）分泌蛋白的靶向輸送真核細(xì)胞分泌蛋白等前體合成后真核細(xì)胞分泌蛋白等前體合成后靶向輸送過程首先要進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)。靶向輸送過程首先要進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)。 信號肽信號肽(signal peptide) 各種新生分泌蛋白的各種新生分泌蛋白的N端有端有保守的氨基酸序列稱信號肽。保守的氨基酸序列稱信號肽。 需要多種蛋白成分協(xié)同作用需要多種蛋白成分協(xié)同作用: :（1）信號肽識別顆粒（）信號肽識別顆粒（SRP） （2）SRP受體受體 （3）核糖體受體）核糖體受體 （4）肽轉(zhuǎn)位復(fù)合物）肽轉(zhuǎn)位復(fù)合物 信號肽引導(dǎo)真核分泌蛋白進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)信號肽引導(dǎo)真核分
36、泌蛋白進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng) （二）線粒體蛋白的靶向輸送（二）線粒體蛋白的靶向輸送 （三）細(xì)胞核蛋白的靶向輸送（三）細(xì)胞核蛋白的靶向輸送蛋白質(zhì)生物合成的干擾和抑制蛋白質(zhì)生物合成的干擾和抑制Interference & Inhibition of Protein Biosynthesis第第 四節(jié)四節(jié) 蛋白質(zhì)生物合成是很多天然抗生素和某些毒蛋白質(zhì)生物合成是很多天然抗生素和某些毒素的作用靶點(diǎn)。它們可通過阻斷真核、原核生素的作用靶點(diǎn)。它們可通過阻斷真核、原核生物蛋白質(zhì)翻譯體系某組分功能，干擾和抑制蛋物蛋白質(zhì)翻譯體系某組分功能，干擾和抑制蛋白質(zhì)生物合成過程。白質(zhì)生物合成過程。 可針對蛋白質(zhì)生物合成必需的關(guān)鍵組分作
37、為研可針對蛋白質(zhì)生物合成必需的關(guān)鍵組分作為研究新抗菌藥物的作用靶點(diǎn)。同時(shí)盡量利用真核、究新抗菌藥物的作用靶點(diǎn)。同時(shí)盡量利用真核、原核生物蛋白質(zhì)合成體系的任何差異，以設(shè)計(jì)、原核生物蛋白質(zhì)合成體系的任何差異，以設(shè)計(jì)、篩選僅對病原微生物特效而不損害人體的藥物。篩選僅對病原微生物特效而不損害人體的藥物。 抗生素抗生素(antibiotics)是微生物產(chǎn)生的能夠殺滅或抑是微生物產(chǎn)生的能夠殺滅或抑制細(xì)菌的一類藥物。制細(xì)菌的一類藥物。某些毒素某些毒素也作用于基因信息傳遞過程也作用于基因信息傳遞過程。一、許多抗生素通過抑制蛋白一、許多抗生素通過抑制蛋白質(zhì)生物合成發(fā)揮作用質(zhì)生物合成發(fā)揮作用抗抗 生生 素素作作
38、用用 點(diǎn)點(diǎn)作作 用用 原原 理理應(yīng)應(yīng) 用用四環(huán)素族四環(huán)素族原核核糖體原核核糖體小亞基小亞基抑制氨基酰抑制氨基酰-tRNA與小亞基結(jié)與小亞基結(jié)合合抗菌藥抗菌藥鏈霉素、鏈霉素、卡那霉素卡那霉素原核核糖體原核核糖體小亞基小亞基改變構(gòu)象引起讀碼錯(cuò)誤、抑制改變構(gòu)象引起讀碼錯(cuò)誤、抑制起始起始抗菌藥抗菌藥氯霉素、氯霉素、林可霉素林可霉素原核核糖體原核核糖體大亞基大亞基抑制肽基轉(zhuǎn)移酶、阻斷肽鏈延抑制肽基轉(zhuǎn)移酶、阻斷肽鏈延長長抗菌藥抗菌藥紅霉素紅霉素原核核糖體原核核糖體大亞基大亞基抑制轉(zhuǎn)位酶（抑制轉(zhuǎn)位酶（EF-G）、妨礙）、妨礙轉(zhuǎn)位轉(zhuǎn)位抗菌藥抗菌藥梭鏈孢酸梭鏈孢酸原核核糖體原核核糖體大亞基大亞基與與EFG-GT
39、P結(jié)合，抑制肽鏈結(jié)合，抑制肽鏈延長延長抗菌藥抗菌藥放線菌酮放線菌酮真核核糖體真核核糖體大亞基大亞基抑制肽基轉(zhuǎn)移酶、阻斷肽鏈延抑制肽基轉(zhuǎn)移酶、阻斷肽鏈延長長實(shí)驗(yàn)研究實(shí)驗(yàn)研究嘌呤霉素嘌呤霉素真核、原核真核、原核核糖體核糖體氨基酰氨基酰-tRNA類似物，進(jìn)位后類似物，進(jìn)位后引起未成熟肽鏈脫落引起未成熟肽鏈脫落抗腫瘤藥抗腫瘤藥常用抗生素抑制蛋白質(zhì)生物合成的原理常用抗生素抑制蛋白質(zhì)生物合成的原理 嘌呤霉素嘌呤霉素（與酪氨（與酪氨酰酰-tRNA結(jié)構(gòu)相似）結(jié)構(gòu)相似）的作用的作用二、其他干擾蛋白質(zhì)生物合成的物質(zhì)二、其他干擾蛋白質(zhì)生物合成的物質(zhì)白喉毒素是真核細(xì)胞蛋白質(zhì)合成的抑制劑，白喉毒素是真核細(xì)胞蛋白質(zhì)合成的
40、抑制劑，它作為一種修飾酶，可使它作為一種修飾酶，可使eEF-2發(fā)生發(fā)生ADP糖基化共價(jià)修飾，生成糖基化共價(jià)修飾，生成eEF-2腺苷二磷酸腺苷二磷酸核糖衍生物，使核糖衍生物，使eEF-2失活。失活。（一）毒素（一）毒素 某些毒素能在肽鏈延長階段阻斷蛋白質(zhì)合某些毒素能在肽鏈延長階段阻斷蛋白質(zhì)合成而呈現(xiàn)毒性。成而呈現(xiàn)毒性。1白喉毒素白喉毒素(diphtheria toxin) 1. 白喉毒素白喉毒素 (diphtheria toxin)的作用機(jī)理的作用機(jī)理NCONH2N+OCH2OOHOHADPCONH2白白喉喉毒毒素素（有活性有活性）OCH2OOHOHADP（無活性無活性）2. 植物毒素植物毒素
41、某些植物毒蛋白也是肽鏈合成的阻斷劑。某些植物毒蛋白也是肽鏈合成的阻斷劑。 比如，南方紅豆所含的紅豆堿與蓖麻籽比如，南方紅豆所含的紅豆堿與蓖麻籽所含的蓖麻蛋白都可與真核生物核糖體所含的蓖麻蛋白都可與真核生物核糖體60S大亞基結(jié)合，抑制肽鏈延長。大亞基結(jié)合，抑制肽鏈延長。（二）（二） 干擾素干擾素 (interferon)干擾素誘導(dǎo)的蛋白激酶干擾素誘導(dǎo)的蛋白激酶dsRNA（1）干擾素誘導(dǎo)）干擾素誘導(dǎo)eIF2磷酸化而失活磷酸化而失活A(yù)TPeIF2ADPeIF2-P（失活）（失活）Pi磷酸酶磷酸酶（2）干擾素誘導(dǎo)病毒）干擾素誘導(dǎo)病毒RNA降解降解降解降解mRNAdsRNA干擾素干擾素AAPAPPPP2
42、 5 2 5 5 2- 5AAPPPATP2-5 寡聚寡聚A合成酶合成酶RNaseLRNaseL活化活化本章要求掌握的內(nèi)容本章要求掌握的內(nèi)容1. 遺傳密碼的特點(diǎn)、組成及其相關(guān)概念遺傳密碼的特點(diǎn)、組成及其相關(guān)概念2. 蛋白質(zhì)生物合成中蛋白質(zhì)生物合成中mRNA、tRNA和和rRNA的作用，氨的作用，氨 基酸的活化過程和關(guān)鍵酶基酸的活化過程和關(guān)鍵酶3. 翻譯、核糖體循環(huán)、多聚核糖體的概念翻譯、核糖體循環(huán)、多聚核糖體的概念4. 原核、真核生物翻譯起始復(fù)合物形成的異同原核、真核生物翻譯起始復(fù)合物形成的異同5. 原核生物肽鏈合成的延長過程（核糖體循環(huán)）原核生物肽鏈合成的延長過程（核糖體循環(huán)）6. 翻譯后加工、新生肽鏈折疊、蛋白質(zhì)靶向輸送等概念翻譯后加工、新生肽鏈折疊、蛋白質(zhì)靶向輸送等概念
生物化學(xué)：第14章 蛋白質(zhì)的生物合成
