《生物化學(xué)與分子生物學(xué)：第15章 蛋白質(zhì)的生物合成》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《生物化學(xué)與分子生物學(xué)：第15章 蛋白質(zhì)的生物合成（87頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。
1、基因工程研究所基因工程研究所1第十五章第十五章 蛋白質(zhì)的生物合成蛋白質(zhì)的生物合成第一節(jié)第一節(jié) 蛋白質(zhì)生物合成體系蛋白質(zhì)生物合成體系第二節(jié)第二節(jié) 氨基酸的活化氨基酸的活化第三節(jié)第三節(jié) 肽鏈的生物合成過程肽鏈的生物合成過程第四節(jié)第四節(jié) 蛋白質(zhì)翻譯后修飾和靶向輸送蛋白質(zhì)翻譯后修飾和靶向輸送第五節(jié)第五節(jié) 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基因工程研究所基因工程研究所2 細(xì)胞內(nèi)以細(xì)胞內(nèi)以mRNAmRNA為模板，將為模板，將mRNAmRNA上的上的4 4種核種核苷酸排列順序轉(zhuǎn)變?yōu)榈鞍踪|(zhì)上苷酸排列順序轉(zhuǎn)變?yōu)榈鞍踪|(zhì)上2020種氨基種氨基酸的排列順序的過程酸的排列順序的過程。 mRNAmRNA
2、是指導(dǎo)翻譯的直接模板，蛋白質(zhì)是是指導(dǎo)翻譯的直接模板，蛋白質(zhì)是基因表達(dá)的最終產(chǎn)物?；虮磉_(dá)的最終產(chǎn)物。翻譯翻譯(translation)的概念：的概念：基因工程研究所基因工程研究所3第一節(jié)第一節(jié) 蛋白質(zhì)生物合成體系蛋白質(zhì)生物合成體系 信使信使RNA（messenger RNA，mRNA) 核蛋白體（核蛋白體（ribosomes) 轉(zhuǎn)運轉(zhuǎn)運RNA（transfer RNA，tRNA) 酶（酶（Enzyme）及多種蛋白因子及多種蛋白因子 起始因子起始因子(initiation factors, IF)， 真核生物真核生物eIF 延長因子延長因子(elongation factors, EF) 釋放因
3、子釋放因子(release factors, RF) 氨基酸（氨基酸（amino acids） 能量（能量（ATP and GTP) 基因工程研究所基因工程研究所4一、一、mRNAmRNA是蛋白質(zhì)生物合成的直接模板是蛋白質(zhì)生物合成的直接模板 mRNAmRNA是遺傳信息的攜帶者是遺傳信息的攜帶者 遺傳學(xué)將編碼一個多肽的遺傳單位稱為遺傳學(xué)將編碼一個多肽的遺傳單位稱為順反子順反子(cistron)。 真核真核mRNA只編碼一種蛋白質(zhì)，為只編碼一種蛋白質(zhì)，為單順反子單順反子(single cistron) 。 原核細(xì)胞中數(shù)個結(jié)構(gòu)基因常串聯(lián)為一個轉(zhuǎn)錄單位，原核細(xì)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
4、生成的轉(zhuǎn)錄生成的mRNA可編碼幾種功能相關(guān)的蛋白質(zhì)，可編碼幾種功能相關(guān)的蛋白質(zhì)，為為多順反子多順反子(polycistron) 。原核生物的多順反子原核生物的多順反子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蛋白體結(jié)合位點核蛋白體結(jié)合位點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PPP5 3 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)PPPmG -5 3 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)基因工程研究所基因工程研究所6 mRNAmRNA上存在遺傳密碼上存在遺傳密碼mRNA分子上從分子上從5 至至3 方向，由方向，由AUG開始，開始，每相鄰每相鄰3個核苷酸為一組，編碼肽鏈上某一個氨個核苷酸為一組，編碼肽鏈上某一個氨基
5、酸或蛋白質(zhì)合成的起始、終止信號，稱為基酸或蛋白質(zhì)合成的起始、終止信號，稱為三聯(lián)三聯(lián)體密碼體密碼(triplet coden)。起始密碼起始密碼(initiation coden): AUG 終止密碼終止密碼(termination coden): UAA，UAG，UGA 基因工程研究所基因工程研究所7 密碼子密碼子(codon)： mRNA上每上每3個相鄰核苷酸組成個相鄰核苷酸組成一個三聯(lián)體一個三聯(lián)體(triplet)，編碼一種氨基酸，稱之為編碼一種氨基酸，稱之為。 遺傳密碼遺傳密碼(genetic code): mRNA中蘊藏遺傳信息的中蘊藏遺傳信息的堿基序列稱為堿基序列稱為，它是密碼子的總
6、和。，它是密碼子的總和。 mRNAmRNA上存在遺傳密碼上存在遺傳密碼基因工程研究所基因工程研究所9 很重要的概念！很重要的概念！ mRNA上從起始密碼子到終止密碼子之間的連上從起始密碼子到終止密碼子之間的連續(xù)編碼序列或是續(xù)編碼序列或是DNA上與之對應(yīng)的序列上與之對應(yīng)的序列。一個。一個ORF編碼一條完整的多肽鏈。編碼一條完整的多肽鏈。 A reading frame is uninterrupted by translation stop codons. 不是任何一段從不是任何一段從AUG到終止密碼子之間的序到終止密碼子之間的序列都能稱為列都能稱為ORF，通常要求的長度是至少，通常要求的長度是
7、至少50個密碼子。個密碼子。開放閱讀框架開放閱讀框架( (open reading frameopen reading frame，ORF)ORF)基因工程研究所基因工程研究所101. 方向性方向性(direction)遺傳密碼的特點遺傳密碼的特點密碼子及組成密碼子的各堿基在密碼子及組成密碼子的各堿基在mRNAmRNA序列中的閱讀方向只能是序列中的閱讀方向只能是55到到33。 基因工程研究所基因工程研究所112. 連續(xù)性連續(xù)性(commaless)編碼蛋白質(zhì)氨基酸序列的各個三聯(lián)體密編碼蛋白質(zhì)氨基酸序列的各個三聯(lián)體密碼連續(xù)閱讀，密碼間既無間斷也無交叉。碼連續(xù)閱讀，密碼間既無間斷也無交叉。 遺傳密
8、碼的特點遺傳密碼的特點基因工程研究所基因工程研究所12n 基因損傷引起基因損傷引起mRNA閱讀框架內(nèi)的堿基發(fā)生插入或閱讀框架內(nèi)的堿基發(fā)生插入或缺失，可能導(dǎo)致缺失，可能導(dǎo)致移框突變移框突變 (frameshift mutation)。 基因工程研究所基因工程研究所133. 3. 簡并性簡并性(degeneracy)(degeneracy)n遺傳密碼中，除遺傳密碼中，除色氨酸色氨酸和和甲硫氨酸甲硫氨酸僅有一個密碼子外，僅有一個密碼子外，其余氨基酸有其余氨基酸有2 2、3 3、4 4個或多至個或多至6 6個三聯(lián)體為其編碼。個三聯(lián)體為其編碼。n編碼同一種氨酸酸的不同密碼子第編碼同一種氨酸酸的不同密碼子
9、第1 1、2 2位堿基多相同，位堿基多相同，前前2 2位堿基決定編碼氨基酸的特異性，僅第位堿基決定編碼氨基酸的特異性，僅第3 3位堿基差位堿基差異。異。n密碼的密碼的“偏愛性偏愛性”：同一組密碼子的使用頻率不同：同一組密碼子的使用頻率不同 遺傳密碼的特點遺傳密碼的特點基因工程研究所基因工程研究所144. 4. 通用性通用性(universal)(universal) 蛋白質(zhì)生物合成的整套密碼，從原核生物到人蛋白質(zhì)生物合成的整套密碼，從原核生物到人類都通用。類都通用。 已發(fā)現(xiàn)少數(shù)例外，如動物細(xì)胞的線粒體、植物已發(fā)現(xiàn)少數(shù)例外，如動物細(xì)胞的線粒體、植物細(xì)胞的葉綠體。細(xì)胞的葉綠體。 密碼的通用性進(jìn)一步
10、證明各種生物進(jìn)化自同一密碼的通用性進(jìn)一步證明各種生物進(jìn)化自同一祖先。祖先。 遺傳密碼的特點遺傳密碼的特點線線粒粒體體密密碼碼子子基因工程研究所基因工程研究所165. 5. 擺動性擺動性(wobble)(wobble)tRNAtRNA上的反密碼與密碼間不嚴(yán)格遵守常見的堿基配上的反密碼與密碼間不嚴(yán)格遵守常見的堿基配對規(guī)律，稱為對規(guī)律，稱為擺動配對擺動配對。 擺動配對在反密碼子的第擺動配對在反密碼子的第1 1位和位和密碼子的第密碼子的第3 3位間常見。位間常見。遺傳密碼的特點遺傳密碼的特點擺動配對擺動配對基因工程研究所基因工程研究所18密碼子、反密碼子配對的擺動現(xiàn)密碼子、反密碼子配對的擺動現(xiàn)象象tR
11、NA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基因工程研究所基因工程研究所19二、核糖體是多肽鏈合成的裝置二、核糖體是多肽鏈合成的裝置基因工程研究所基因工程研究所20原核生物原核生物真核生物真核生物核蛋核蛋白體白體小亞基小亞基大亞基大亞基核蛋核蛋白體白體小亞基小亞基大亞基大亞基S70S30S50S80S40S60SrRNA16S-rRNA5S-rRNA23S-rRNA18S-rRNA28S-rRNA5S-rRNA5.8S-rRNA蛋白蛋白質(zhì)質(zhì)rpS 21種種rpL 36種種rpS 33種種rpL 49種種原核、真核生物核
12、蛋白體的組成原核、真核生物核蛋白體的組成 原核生物翻譯過程中核蛋白體結(jié)構(gòu)模式原核生物翻譯過程中核蛋白體結(jié)構(gòu)模式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)基因工程研究所基因工程研究所22三、三、 tRNAtRNA是氨基酸的運載工具是氨基酸的運載工具反密碼環(huán)反密碼環(huán)氨基酸臂氨基酸臂T環(huán)環(huán)DH環(huán)環(huán) 基因工程研究所基因工程研究所23tRNAtRNA的三級結(jié)構(gòu)示意圖的三級結(jié)構(gòu)示意圖基因工程研究所基因工程研究所24四、蛋白質(zhì)生物合成需要的酶類、蛋白質(zhì)因四、蛋白質(zhì)生物合成需要的酶類、蛋白質(zhì)因子等子
13、等 重要的重要的酶酶： 氨基酰氨基酰-tRNA合成酶，轉(zhuǎn)肽酶，轉(zhuǎn)位酶合成酶，轉(zhuǎn)肽酶，轉(zhuǎn)位酶 蛋白質(zhì)因子蛋白質(zhì)因子： 起始因子起始因子(initiation factors, IF)， 真核生真核生物物eIF 延長因子延長因子(elongation factors, EF)，真核，真核eEF 釋放因子釋放因子(release factors, RF) , 真核真核eRF 能源物質(zhì)及離子能源物質(zhì)及離子： ATP，GTP，Mg2+,K+基因工程研究所基因工程研究所25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 第二節(jié)第二節(jié) 氨基酸的活化氨
14、基酸的活化氨基酸活化過程氨基酸活化過程即氨基酸與特異即氨基酸與特異tRNA結(jié)結(jié)合形成氨基酰合形成氨基酰-tRNA的過程。的過程。氨基酸氨基酸ATP-E 氨基酰氨基酰-AMP-E PPi第一步反應(yīng)第一步反應(yīng)第二步反應(yīng)第二步反應(yīng)基因工程研究所基因工程研究所28氨基酰氨基酰-tRNA-tRNA合成酶合成酶 氨基酰氨基酰- -tRNAtRNA合成酶合成酶( (aminoacyl-tRNA synthetase, aminoacyl-tRNA synthetase, aaRSaaRS) )具有絕對專一性，及校正活性具有絕對專一性，及校正活性( (editing editing activity)acti
15、vity)。只有只有2020種種. . 一種一種tRNAtRNA只能結(jié)合一種氨基酸，一種氨基酸可結(jié)合只能結(jié)合一種氨基酸，一種氨基酸可結(jié)合多種多種tRNA(tRNA(稱為稱為同功同功tRNAtRNA) )?；蚬こ萄芯克蚬こ萄芯克?9舉例：舉例： Ala-tRNAAla Met-tRNAMet真核生物真核生物起始者起始者tRNA(initiator-tRNA): tRNAtRNA(initiator-tRNA): tRNAi iMetMet肽鏈延長中攜帶肽鏈延長中攜帶MetMet的的tRNAtRNA： tRNA tRNAe eMetMet原核生物原核生物起始者起始者tRNA: tRNAtRN
16、A: tRNAfMetfMetfMetfMet： N-N-甲酰甲硫氨酸甲酰甲硫氨酸氨基酰氨基酰- -tRNAtRNA的表示法的表示法基因工程研究所基因工程研究所30第三節(jié)第三節(jié) 肽鏈的生物合成過程肽鏈的生物合成過程是翻譯的中心環(huán)節(jié)，是活化氨基酸在核蛋白是翻譯的中心環(huán)節(jié)，是活化氨基酸在核蛋白體上的縮合過程體上的縮合過程( (核蛋白體循環(huán)，核蛋白體循環(huán)，ribosomal ribosomal cyclecycle) )核蛋白體循環(huán)（廣義）核蛋白體循環(huán)（廣義）： 起始、延伸、終止三個階段起始、延伸、終止三個階段 從從5 5AUGAUG開始直至終止密碼子開始直至終止密碼子 核蛋白體沿著核蛋白體沿著mR
17、NAmRNA從從5 5向向3 3方向方向移動移動 肽鏈的合成是從肽鏈的合成是從N N端到端到C C末端末端基因工程研究所基因工程研究所31一、原核生物的肽鏈合成過程一、原核生物的肽鏈合成過程（一）（一） 起始起始1.1. 核蛋白體大、小亞基的分離核蛋白體大、小亞基的分離2.2. mRNAmRNA與與3030S S小亞基的結(jié)合小亞基的結(jié)合3.3. fMet-tRNAfMet-tRNA與與mRNAmRNA及及3030S S小亞基的結(jié)合小亞基的結(jié)合4.4. 5050S S大亞基的結(jié)合大亞基的結(jié)合起始復(fù)合物起始復(fù)合物：fMet-tRNAfMet-mRNA-核蛋白體核蛋白體原核、真核生物各種起始因子的生
18、物功能原核、真核生物各種起始因子的生物功能 促進(jìn)核蛋白體分離成大小亞基促進(jìn)核蛋白體分離成大小亞基eIF-6促進(jìn)各種起始因子從小亞基解離，進(jìn)而結(jié)合大亞基促進(jìn)各種起始因子從小亞基解離，進(jìn)而結(jié)合大亞基eIF-5eIF-4F復(fù)合物成分，結(jié)合復(fù)合物成分，結(jié)合eIF-4E和和PABeIF-4GeIF-4F復(fù)合物成分，結(jié)合復(fù)合物成分，結(jié)合mRNA5帽子帽子eIF-4E結(jié)合結(jié)合mRNA，促進(jìn)，促進(jìn)mRNA掃描定位起始掃描定位起始AUGeIF-4BeIF-4F復(fù)合物成分，有解螺旋酶活性，促進(jìn)復(fù)合物成分，有解螺旋酶活性，促進(jìn)mRNA結(jié)結(jié)合小亞基合小亞基IF-4A最先結(jié)合小亞基促進(jìn)大小亞基分離最先結(jié)合小亞基促進(jìn)大小
19、亞基分離eIF-2B，eIF-3促進(jìn)起始促進(jìn)起始tRNA與小亞基結(jié)合與小亞基結(jié)合eIF-2真核真核生物生物促進(jìn)大小亞基分離，提高促進(jìn)大小亞基分離，提高P位對結(jié)合起始位對結(jié)合起始tRNA敏感性敏感性-3促進(jìn)起始促進(jìn)起始 tRNA與小亞基結(jié)合與小亞基結(jié)合-2占據(jù)占據(jù)A位防止結(jié)合其他位防止結(jié)合其他IF-1原核原核生物生物生物功能生物功能起始因子起始因子促進(jìn)核蛋白體分離成大小亞基促進(jìn)核蛋白體分離成大小亞基eIF-6促進(jìn)各種起始因子從小亞基解離，進(jìn)而結(jié)合大亞基促進(jìn)各種起始因子從小亞基解離，進(jìn)而結(jié)合大亞基eIF-5eIF-4F復(fù)合物成分，結(jié)合復(fù)合物成分，結(jié)合eIF-4E和和PABeIF-4GeIF-4F復(fù)
20、合物成分，結(jié)合復(fù)合物成分，結(jié)合mRNA5帽子帽子eIF-4E結(jié)合結(jié)合mRNA，促進(jìn)，促進(jìn)mRNA掃描定位起始掃描定位起始AUGeIF-4BeIF-4F復(fù)合物成分，有解螺旋酶活性，促進(jìn)復(fù)合物成分，有解螺旋酶活性，促進(jìn)mRNA結(jié)結(jié)合小亞基合小亞基IF-4A最先結(jié)合小亞基促進(jìn)大小亞基分離最先結(jié)合小亞基促進(jìn)大小亞基分離eIF-2B，eIF-3促進(jìn)起始促進(jìn)起始tRNA與小亞基結(jié)合與小亞基結(jié)合eIF-2真核真核生物生物促進(jìn)大小亞基分離，提高促進(jìn)大小亞基分離，提高P位對結(jié)合起始位對結(jié)合起始tRNA敏感性敏感性IF-3促進(jìn)起始促進(jìn)起始 tRNA與小亞基結(jié)合與小亞基結(jié)合IF-2占據(jù)占據(jù)A位防止結(jié)合其他位防止結(jié)合
21、其他tRNAIF-1原核原核生物生物1. 核蛋白體大小亞基分離核蛋白體大小亞基分離IF-3IF-1A U G53IF-3IF-12. mRNA在在30S小亞基定位結(jié)合小亞基定位結(jié)合nmRNA 起始密碼子上游起始密碼子上游SD序列（核蛋白體結(jié)合位點，序列（核蛋白體結(jié)合位點，RBS）-AGGAGG-，使，使mRNA與小亞基結(jié)合。與小亞基結(jié)合。nmRNA上上SD序列后的核苷酸序列可被核蛋白體小亞基序列后的核苷酸序列可被核蛋白體小亞基蛋白蛋白rps-1結(jié)合。結(jié)合。SDSD序列序列( (Shine-Dalgarno sequence )Shine-Dalgarno sequence )，也叫做，也叫做核
22、核蛋白體結(jié)合位點蛋白體結(jié)合位點( (ribosomal binding site, ribosomal binding site, RBS)RBS)2. mRNA在在30S小亞基定位結(jié)合小亞基定位結(jié)合IF-3IF-1IF-2GTP3. 起始氨基酰起始氨基酰tRNA( fMet-tRNAfmet )的結(jié)合的結(jié)合A U G534. 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IF-3IF-1IF-2GTPGDPPiA U G53基因工程研究所基因工程研究所38IF-3IF-1A U G53IF-2GTPIF-2-GTPGDPPi基因工程研究所基因工程研究所39（二）（二）
23、肽鏈的延伸肽鏈的延伸又稱狹義的核蛋白體循環(huán)，每次循環(huán)增加一個又稱狹義的核蛋白體循環(huán)，每次循環(huán)增加一個氨基酸，包括以下三步：氨基酸，包括以下三步：1.1. 進(jìn)位進(jìn)位( (entrance)entrance)或稱注冊或稱注冊( (registration)registration)2.2. 成肽成肽( (peptide bond formation)peptide bond formation)3.3. 轉(zhuǎn)位轉(zhuǎn)位( (translocation)translocation) 一、原核生物的肽鏈合成過程一、原核生物的肽鏈合成過程原核延長原核延長因子因子生物功能生物功能對應(yīng)真核延對應(yīng)真核延長因子長因子
24、EF-Tu促進(jìn)氨基酰促進(jìn)氨基酰-tRNA進(jìn)入進(jìn)入A位，位，結(jié)合分解結(jié)合分解GTPEF-1EF-Ts調(diào)節(jié)亞基調(diào)節(jié)亞基EF-1EF-G有轉(zhuǎn)位酶活性，促進(jìn)有轉(zhuǎn)位酶活性，促進(jìn)mRNA-肽酰肽酰-tRNA由由A位前移到位前移到P位，位，促進(jìn)卸載促進(jìn)卸載tRNA釋放釋放EF-2延長因子延長因子(elongation factor, EF)又稱注冊又稱注冊 (registration)1. 1. 進(jìn)位進(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)入核蛋白體進(jìn)入核蛋白體A位。位。延長因子延長因子EF-T：EF-Tu和和EF-Ts亞基亞基的二聚體。的二聚體。
25、2. 2. 成肽成肽由由轉(zhuǎn)肽酶轉(zhuǎn)肽酶(transpeptidase)催化的肽鍵形成過程。催化的肽鍵形成過程。3. 3. 轉(zhuǎn)位轉(zhuǎn)位基因工程研究所基因工程研究所463. 3. 轉(zhuǎn)位轉(zhuǎn)位n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)合活性，可結(jié)合并水解并水解1分子分子GTP，促進(jìn)核蛋白體向，促進(jìn)核蛋白體向mRNA的的3 側(cè)移側(cè)移動。動。n起始二肽酰起始二肽酰-tRNA-mRNA相對位移入核蛋白體相對位移入核蛋白體P位，位，而卸載的而卸載的tRNA移入移入E位。位。nA位空留并對應(yīng)下一組三聯(lián)體密碼，準(zhǔn)備適當(dāng)氨基酰位空留并對應(yīng)下一組三聯(lián)體密碼，準(zhǔn)備適當(dāng)氨基酰-tRNA
26、進(jìn)位開始下一核蛋白體循環(huán)。進(jìn)位開始下一核蛋白體循環(huán)。進(jìn)進(jìn)位位轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)位位成肽成肽fMetA U G53fMetTuGTP肽鏈的延伸肽鏈的延伸基因工程研究所基因工程研究所49當(dāng)當(dāng)mRNA上終止密碼出現(xiàn)后，多肽鏈合成上終止密碼出現(xiàn)后，多肽鏈合成停止，肽鏈從肽酰停止，肽鏈從肽酰-tRNA中釋出，中釋出，mRNA、核、核蛋白體等分離，這些過程稱為蛋白體等分離，這些過程稱為肽鏈合成終止肽鏈合成終止。（三）（三） 終止終止一、原核生物的肽鏈合成過程一、原核生物的肽鏈合成過程基因工程研究所基因工程研究所50n一是識別終止密碼，如一是識別終止密碼，如RF-1特異識別特異識別UAA、UAG；而而RF-2可識別可識別
27、UAA、UGA。RF-3 具有具有GTP酶活性酶活性n二是誘導(dǎo)轉(zhuǎn)肽酶改變?yōu)轷ッ富钚裕喈?dāng)于催化肽?；钦T導(dǎo)轉(zhuǎn)肽酶改變?yōu)轷ッ富钚?，相?dāng)于催化肽?；D(zhuǎn)移到水分子轉(zhuǎn)移到水分子-OH上，使肽鏈從核蛋白體上釋放。上，使肽鏈從核蛋白體上釋放。 釋放因子的功能釋放因子的功能釋放因子釋放因子 (release factor, RF) n 原核生物釋放因子：原核生物釋放因子：RF-1，RF-2，RF-3 n 真核生物釋放因子：真核生物釋放因子：eRF （三）（三） 終止終止原原核核肽肽鏈鏈合合成成終終止止過過程程 U A G53RFCOO-原核肽鏈合成終止過程原核肽鏈合成終止過程 1氨基酸的活化氨基酸的活化2
28、0種氨基酸種氨基酸20種氨基酰種氨基酰-tRNA合成酶合成酶32種（或多于種（或多于32種）種）tRNAATP、Mg2+2起始起始mRNAN-甲酰甲硫氨酰甲酰甲硫氨酰-tRNAfmermRNA上的起始密碼子（上的起始密碼子（AUG）30S核糖體亞基核糖體亞基50S核糖體亞基核糖體亞基起始因子（起始因子（IF-1, IF-2, IF-3）GTP、Mg2+3延長延長具有功能的具有功能的70S核糖體（起始復(fù)合物）核糖體（起始復(fù)合物）密碼子特異的氨基酰密碼子特異的氨基酰-tRNA延長因子（延長因子（EF-Tu, EF-Ts, EF-G）GTP、Mg2+4終止與釋放終止與釋放mRNA上的終止密碼上的終止
29、密碼釋放因子（釋放因子（RF-1, RF-2, RF-3）5折疊和翻譯后的加工折疊和翻譯后的加工特異酶、輔助因子、除去起始?xì)埢托盘栯乃璧幕衔铮禺惷?、輔助因子、除去起始?xì)埢托盘栯乃璧幕衔?，水解過程，末端殘基的修飾，磷酸、甲基、羧基、碳水化合物或輔水解過程，末端殘基的修飾，磷酸、甲基、羧基、碳水化合物或輔基結(jié)合到蛋白質(zhì)上?；Y(jié)合到蛋白質(zhì)上。階段階段必需化合物必需化合物1氨基酸的活化氨基酸的活化20種氨基酸種氨基酸20種氨基酰種氨基酰-tRNA合成酶合成酶32種（或多于種（或多于32種）種）tRNAATP、Mg2+2起始起始mRNAN-甲酰甲硫氨酰甲酰甲硫氨酰-tRNAfmermRNA
30、上的起始密碼子（上的起始密碼子（AUG）30S核糖體亞基核糖體亞基50S核糖體亞基核糖體亞基起始因子（起始因子（IF-1, IF-2, IF-3）GTP、Mg2+3延長延長具有功能的具有功能的70S核糖體（起始復(fù)合物）核糖體（起始復(fù)合物）密碼子特異的氨基酰密碼子特異的氨基酰-tRNA延長因子（延長因子（EF-Tu, EF-Ts, EF-G）GTP、Mg2+4終止與釋放終止與釋放mRNA上的終止密碼上的終止密碼釋放因子（釋放因子（RF-1, RF-2, RF-3）5折疊和翻譯后的加工折疊和翻譯后的加工特異酶、輔助因子、除去起始?xì)埢托盘栯乃璧幕衔?，特異酶、輔助因子、除去起始?xì)埢托盘栯乃璧?/p>
31、化合物，水解過程，末端殘基的修飾，磷酸、甲基、羧基、碳水化合物或輔水解過程，末端殘基的修飾，磷酸、甲基、羧基、碳水化合物或輔基結(jié)合到蛋白質(zhì)上?；Y(jié)合到蛋白質(zhì)上。階段階段必需化合物必需化合物大腸桿菌蛋白質(zhì)合成的大腸桿菌蛋白質(zhì)合成的5個階段所需化合物個階段所需化合物基因工程研究所基因工程研究所54二、真核生物的肽鏈合成過程二、真核生物的肽鏈合成過程（一）起始（一）起始1. 核糖體大小亞基分離核糖體大小亞基分離2. Met-tRNAimet與小亞基結(jié)合與小亞基結(jié)合3. mRNA在核糖體小亞基上就位在核糖體小亞基上就位4. 核糖體大亞基結(jié)合核糖體大亞基結(jié)合 特點：特點： 40S小亞基先結(jié)合小亞基先結(jié)合
32、Met-tRNAiMet，再結(jié)合再結(jié)合mRNA基因工程研究所基因工程研究所55KozakKozak規(guī)則規(guī)則 起始密碼子起始密碼子AUGAUG周邊堿基組成符合特定規(guī)則時翻譯的效率更周邊堿基組成符合特定規(guī)則時翻譯的效率更高，稱為高，稱為Kozak規(guī)則。若將起始。若將起始AUGAUG中的堿基分別標(biāo)為中的堿基分別標(biāo)為1 1，2 2，3 3位，可描述如下：位，可描述如下： (1)(1)第第4 4位的偏好堿基為位的偏好堿基為G G； (2)5(2)5端約端約15bp15bp范圍的側(cè)翼序列內(nèi)不含堿基范圍的側(cè)翼序列內(nèi)不含堿基T T； (3)(3)在在-3-3，-6-6和和-9-9位置，位置，G G是偏好堿基；
33、是偏好堿基； (4)(4)除除-3-3，-6-6和和-9-9位，在整個側(cè)翼序列區(qū)，位，在整個側(cè)翼序列區(qū)，C C是偏好堿基。是偏好堿基。 KozakKozak規(guī)則是基于已知數(shù)據(jù)的統(tǒng)計結(jié)果，不見得必須全部規(guī)則是基于已知數(shù)據(jù)的統(tǒng)計結(jié)果，不見得必須全部滿足，一般來說，滿足前兩項即可。滿足，一般來說，滿足前兩項即可。 基因工程研究所基因工程研究所56真核生物肽鏈合成的延長過程與原核基本相真核生物肽鏈合成的延長過程與原核基本相似，但有不同的反應(yīng)體系和延長因子。似，但有不同的反應(yīng)體系和延長因子。另外，真核細(xì)胞另外，真核細(xì)胞核蛋白體沒有核蛋白體沒有E位位，轉(zhuǎn)位時轉(zhuǎn)位時卸載的卸載的tRNA直接從直接從P位脫落位
34、脫落。（二）延長（二）延長基因工程研究所基因工程研究所57（三）終止（三）終止與原核相似，但只一種釋放因子，可識別所與原核相似，但只一種釋放因子，可識別所有終止密碼子有終止密碼子多聚核蛋白體多聚核蛋白體(polysome)使蛋白質(zhì)合成高使蛋白質(zhì)合成高速、高效進(jìn)行。速、高效進(jìn)行。電鏡下的多聚核蛋白體現(xiàn)象電鏡下的多聚核蛋白體現(xiàn)象翻譯一條氨基酸殘基數(shù)為翻譯一條氨基酸殘基數(shù)為N N的多肽鏈所需的多肽鏈所需的的ATPATP氨基酸活化：氨基酸活化： ？肽鏈合成的起始：肽鏈合成的起始： ？肽鏈延長時的進(jìn)位：肽鏈延長時的進(jìn)位： ？肽鏈延長時的轉(zhuǎn)位：肽鏈延長時的轉(zhuǎn)位： ？翻譯的終止：翻譯的終止： ？總共需總共需
35、ATPATP數(shù)：數(shù)：基因工程研究所基因工程研究所61 概念：翻譯，密碼子，遺傳密碼，概念：翻譯，密碼子，遺傳密碼，ORFORF 遺傳密碼的特點：遺傳密碼的特點：方向性，連續(xù)性，簡并性，通用性，擺動性方向性，連續(xù)性，簡并性，通用性，擺動性 核蛋白體的組成核蛋白體的組成原核原核(70(70S)S)：30S + 50S 30S + 50S 真核真核(80(80S)S)：40S + 60S40S + 60SP P位與位與A A位位 氨基酸的活化氨基酸的活化 翻譯的起始、延伸、終止翻譯的起始、延伸、終止小小 結(jié)結(jié) 基因工程研究所基因工程研究所62翻譯后加工和輸送翻譯后加工和輸送Posttranslati
36、onal Processing & Posttranslational Processing & Protein TransportationProtein Transportation基因工程研究所基因工程研究所63肽鏈合成后的加工肽鏈合成后的加工1. 1.多肽鏈折疊為天然的三維結(jié)構(gòu)多肽鏈折疊為天然的三維結(jié)構(gòu) 2. 2.肽鏈一級結(jié)構(gòu)的修飾肽鏈一級結(jié)構(gòu)的修飾3. 3.高級結(jié)構(gòu)修飾高級結(jié)構(gòu)修飾 基因工程研究所基因工程研究所64一、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) 肽鏈合成開始肽鏈合成開始, 新生肽鏈的折疊即開始。新生肽鏈的折疊即開始。 一級結(jié)構(gòu)是空間構(gòu)象的基礎(chǔ)
37、。一級結(jié)構(gòu)是空間構(gòu)象的基礎(chǔ)。 天然蛋白質(zhì)折疊通常需要其他酶、蛋白輔助。天然蛋白質(zhì)折疊通常需要其他酶、蛋白輔助。 基因工程研究所基因工程研究所65促進(jìn)蛋白折疊功能的大分子促進(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 (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)基因工程研究所基因工程研究所67分子伴侶分子伴侶 是一類是一類保守蛋白質(zhì)保守蛋白質(zhì)，可識別肽鏈的非天然
38、構(gòu)象。原核真核均，可識別肽鏈的非天然構(gòu)象。原核真核均有，類型多種，分多個家族，作用時需有，類型多種，分多個家族，作用時需ATPATP供能。供能。 不同分子伴侶功能不盡相同：不同分子伴侶功能不盡相同：促進(jìn)各功能域和整體蛋白質(zhì)的正確折疊或組裝。促進(jìn)各功能域和整體蛋白質(zhì)的正確折疊或組裝。防止新生多肽鏈或待組裝的蛋白亞基非正常聚集，避免形防止新生多肽鏈或待組裝的蛋白亞基非正常聚集，避免形成無功能的結(jié)構(gòu)（非正確折疊或組裝的大分子結(jié)構(gòu)對細(xì)胞成無功能的結(jié)構(gòu)（非正確折疊或組裝的大分子結(jié)構(gòu)對細(xì)胞通常是有害的）通常是有害的）幫助修復(fù)非正確折疊的蛋白質(zhì)幫助修復(fù)非正確折疊的蛋白質(zhì)參與蛋白質(zhì)跨膜轉(zhuǎn)運參與蛋白質(zhì)跨膜轉(zhuǎn)運輔
39、助蛋白質(zhì)的降解輔助蛋白質(zhì)的降解伴侶素伴侶素GroEL/GroESGroEL/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 基因工程研究所基因工程研究所69二、一級結(jié)構(gòu)的修飾二、一級結(jié)構(gòu)的修飾（一）肽鏈（一）肽鏈N端的修飾端的修飾（二）個別氨基酸的修飾（二）個別氨基酸的修飾（三）多肽鏈的水解修飾（三）多肽鏈的水解修飾基因工程研究所基因工程研究所70（一）肽鏈（一）肽鏈N N端的修飾端的修飾 大多天然蛋白質(zhì)不以甲硫氨酸為大多天然蛋白質(zhì)不以甲硫氨酸為N端第一位氨端第一位氨基酸基酸 脫甲?；富虬被拿缚梢猿ッ摷柞；富虬被拿缚梢猿-甲?；?、甲?；?、N端甲硫氨酸或端甲硫氨酸或N端附加
40、序列。端附加序列。 約約50%的真核蛋白質(zhì)會有的真核蛋白質(zhì)會有N-端氨基酸的乙酰化端氨基酸的乙?；蚬こ萄芯克蚬こ萄芯克?1（二）個別氨基酸的修飾（二）個別氨基酸的修飾某些蛋白質(zhì)肽鏈中存在某些蛋白質(zhì)肽鏈中存在共價修飾氨基酸殘基共價修飾氨基酸殘基糖基化糖基化羥基化羥基化乙?；阴；谆谆姿峄姿峄然然蜴I生成二硫鍵生成親脂性修飾親脂性修飾基因工程研究所基因工程研究所72（三）多肽鏈的水解修飾（三）多肽鏈的水解修飾 某些無活性的蛋白前體可經(jīng)蛋白酶水解，生成活某些無活性的蛋白前體可經(jīng)蛋白酶水解，生成活性的蛋白質(zhì)、多肽，如胰島素原酶解成胰島素。性的蛋白質(zhì)、多肽，如胰島素原酶解成
41、胰島素。 真核細(xì)胞某些大分子多肽前體，經(jīng)水解生成數(shù)種真核細(xì)胞某些大分子多肽前體，經(jīng)水解生成數(shù)種小分子活性肽。小分子活性肽。前胰島素原加工成前胰島素原加工成為有活性的胰島素為有活性的胰島素前導(dǎo)序列的切除前導(dǎo)序列的切除二硫鍵的生成二硫鍵的生成C肽的切除肽的切除鴉片促黑皮質(zhì)素原鴉片促黑皮質(zhì)素原(POMC)(POMC)的水解的水解修飾修飾NC信號肽信號肽PMOCKRKR103肽肽 ( ？)ACTH -LT -MSH -MSHEndophin基因工程研究所基因工程研究所75三、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 （二）輔基連接（二）輔基連接基因工程研究所基因工程研究所76蛋白質(zhì)
42、合成后需要經(jīng)過復(fù)雜機制，定向輸送蛋白質(zhì)合成后需要經(jīng)過復(fù)雜機制，定向輸送到最終發(fā)揮生物功能的細(xì)胞靶部位，這一過程稱到最終發(fā)揮生物功能的細(xì)胞靶部位，這一過程稱為為蛋白質(zhì)的靶向輸送蛋白質(zhì)的靶向輸送。 四、蛋白質(zhì)合成后的靶向輸送四、蛋白質(zhì)合成后的靶向輸送蛋白質(zhì)的靶向輸送蛋白質(zhì)的靶向輸送(protein targeting)(protein targeting)基因工程研究所基因工程研究所77所有靶向輸送的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)中存在所有靶向輸送的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)中存在分選分選信號信號，主要為，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，這一序?qū)У鞍踪|(zhì)轉(zhuǎn)移到細(xì)胞的適當(dāng)靶部位，這
43、一序列稱為列稱為信號序列信號序列 。 基因工程研究所基因工程研究所78（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靶向真核細(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)。輸送過程首先要進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)。 信號肽信號肽(signal peptide) ：未成熟蛋白質(zhì)中可被細(xì)胞轉(zhuǎn)運系統(tǒng)識未成熟蛋白質(zhì)中可被細(xì)胞轉(zhuǎn)運系統(tǒng)識別的特征性氨基酸序列，一般由別的特征性氨基酸序列，一般由1040多個多個氨基酸殘基組成。氨基酸殘基組成。信號肽的一級結(jié)構(gòu)信號肽的一級結(jié)構(gòu)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)真核分泌蛋白進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng) 基因工程研究所基因工程研究所81蛋白質(zhì)生物合成的干
44、擾和抑制蛋白質(zhì)生物合成的干擾和抑制I Interferencenterference & Inhibition of Protein Biosynthesis & Inhibition of Protein Biosynthesis基因工程研究所基因工程研究所82一、抗生素類一、抗生素類抗生素抗生素作用點作用點作用原理作用原理應(yīng)用應(yīng)用四環(huán)素族（金霉素 新霉素、土霉素）鏈霉素、卡那霉素、新霉素氯霉素、林可霉素紅霉素梭鏈孢酸 放線菌酮嘌呤霉素原核核蛋白體小亞基原核核蛋白體小亞基原核核蛋白體大亞基原核核蛋白體大亞基原核核蛋白體大亞基真核核蛋白體大亞基真核、原核核蛋白體 抑制氨基酰-tRNA與小亞基結(jié)
45、合改變構(gòu)象引起讀碼錯誤、抑制起始抑制轉(zhuǎn)肽酶、阻斷延長抑制轉(zhuǎn)肽酶、妨礙轉(zhuǎn)位與EFG-GTP結(jié)合，抑制肽鏈延長抑制轉(zhuǎn)肽酶、阻斷延長氨基酰-tRNA類似物，進(jìn)位后引起未成熟肽鏈脫落抗菌藥抗菌藥抗菌藥抗菌藥抗菌藥醫(yī)學(xué)研究抗腫瘤藥抗生素抑制蛋白質(zhì)生物合成的原理抗生素抑制蛋白質(zhì)生物合成的原理 嘌呤霉素嘌呤霉素作用示意圖作用示意圖基因工程研究所基因工程研究所84二、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) 毒素毒素(toxin) 在肽鏈延長階段阻斷蛋白質(zhì)合成在肽鏈延長階段阻斷蛋白質(zhì)合成 干擾素干擾素(interferon) 真核細(xì)胞感染病毒后能分泌一類有抗病毒真核細(xì)胞感染病毒后能分泌一類
46、有抗病毒作用的蛋白質(zhì)作用的蛋白質(zhì)白喉毒素白喉毒素(diphtheria toxin)的作用機的作用機理理NCONH2N+OCH2OOHOHADPCONH2白白喉喉毒毒素素（有活性有活性）OCH2OOHOHADP（無活性無活性）基因工程研究所基因工程研究所86思 考 題1.1. 概念：概念： ORF ORF 密碼子密碼子 遺傳密碼遺傳密碼 單順反子單順反子 多順反多順反子子 核蛋白體循環(huán)核蛋白體循環(huán) 信號肽信號肽 2.2. 遺傳密碼有哪些特點？遺傳密碼有哪些特點？ 3.3. 簡述原核生物的核蛋白體循環(huán)。簡述原核生物的核蛋白體循環(huán)。4.4. 真核生物與原核生物蛋白質(zhì)合成的主要異同。真核生物與原核生
47、物蛋白質(zhì)合成的主要異同?；蚬こ萄芯克蚬こ萄芯克?7思 考 題5.5. 簡述分泌蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)特點及靶向輸送過程。簡述分泌蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)特點及靶向輸送過程。6.6. 下面是某蛋白編碼基因的下面是某蛋白編碼基因的cDNAcDNA序列，請分別寫出其序列，請分別寫出其mRNAmRNA序列和開放閱讀框架，并解釋什么是序列和開放閱讀框架，并解釋什么是ORFORF： acagagccac caagcagtgc tgcatacggg gtccacctgt gtgcaccagg atgcctgacacc cccgacgcctactgagcccc gcgctcgccc (注：中間省略的堿基數(shù)目為3的倍數(shù)，且不含終止密碼子)
生物化學(xué)與分子生物學(xué)：第15章 蛋白質(zhì)的生物合成
