生物化學(xué)：Chapter 12 翻譯

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1、生物化學(xué)生物化學(xué) BiochemistryProtein Biosynthesis (Translation)蛋白質(zhì)的生物合成蛋白質(zhì)的生物合成(翻譯)第第 十十 二二 章章生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry內(nèi)容提要：內(nèi)容提要：第一節(jié)第一節(jié) 蛋白質(zhì)合成體系蛋白質(zhì)合成體系第二節(jié)第二節(jié) 蛋白質(zhì)生物合成過程蛋白質(zhì)生物合成過程第三節(jié)第三節(jié) 蛋白質(zhì)合成后加工和輸送蛋白質(zhì)合成后加工和輸送第四節(jié)第四節(jié) 蛋白質(zhì)生物合成的干擾和抑制（自學(xué)）蛋白質(zhì)生物合成的干擾和抑制（自學(xué)）生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry蛋白質(zhì)的生物合成過程就是將蛋白質(zhì)的生物合成過程就是將mRNAmRNA分子中由分子中由堿基序列

2、堿基序列組成的遺傳信組成的遺傳信息，通過息，通過遺傳密碼遺傳密碼破譯的方式轉(zhuǎn)變成破譯的方式轉(zhuǎn)變成為蛋白質(zhì)中的為蛋白質(zhì)中的氨基酸排列順序氨基酸排列順序，因而，因而稱為翻譯（稱為翻譯（translation)translation)。生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry 第第 一一 節(jié)節(jié)蛋白質(zhì)合成體系蛋白質(zhì)合成體系Protein Biosynthesis Systeml 20種氨基酸作為原料種氨基酸作為原料l 酶及蛋白因子，如酶及蛋白因子，如IF、eIF等等l ATP、GTP、無機(jī)離子、無機(jī)離子參與蛋白質(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

3、括：l 三種三種RNA mRNA rRNA tRNA生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry 1961年，年，Nirenberg 證明了證明了mRNA的模板作用。的模板作用。一、翻譯模板一、翻譯模板mRNA及遺傳密碼及遺傳密碼生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry細(xì)菌礬土顆粒細(xì)菌礬土顆粒輕輕研磨輕輕研磨細(xì)菌液細(xì)菌液離心，去除細(xì)胞壁和膜離心，去除細(xì)胞壁和膜提取液（提取液（DNA、mRNA、tRNA、核糖體、酶、離子）核糖體、酶、離子）DNA水解酶，水解酶，20種氨基酸等種氨基酸等蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry mRNA mRNA是遺傳信息的攜帶者是遺傳信息的攜帶者

4、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（cistroncistron）。）。 原核生物原核生物中數(shù)個(gè)結(jié)構(gòu)基因常串聯(lián)為一個(gè)轉(zhuǎn)錄單中數(shù)個(gè)結(jié)構(gòu)基因常串聯(lián)為一個(gè)轉(zhuǎn)錄單位，轉(zhuǎn)錄生成的位，轉(zhuǎn)錄生成的mRNAmRNA可編碼幾種功能相關(guān)的蛋可編碼幾種功能相關(guān)的蛋白質(zhì)，為白質(zhì)，為多順反子多順反子（polycistronpolycistron）。）。 真核生物真核生物一個(gè)一個(gè)mRNAmRNA只編碼一種蛋白質(zhì)，為只編碼一種蛋白質(zhì)，為單順單順反子反子（single cistronsingle cistron）。）。生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistryl mRNA上存在遺

5、傳密碼上存在遺傳密碼mRNAmRNA分子上從分子上從5 5 至至3 3 方向，由方向，由AUGAUG開始，開始，每每3 3個(gè)核苷酸為一組個(gè)核苷酸為一組，決定肽鏈上某一個(gè)氨，決定肽鏈上某一個(gè)氨基酸或蛋白質(zhì)合成的起始、終止信號，稱基酸或蛋白質(zhì)合成的起始、終止信號，稱為為三聯(lián)體密碼（三聯(lián)體密碼（triplet codontriplet codon）。）。遺遺傳傳密密碼碼表表生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry53m7GpppAAAAn3非翻譯區(qū)5非翻譯區(qū)編碼區(qū)AUGUAAORF從從mRNA 5mRNA 5 端起始密碼子端起始密碼子AUGAUG到到3 3 端終止端終止密碼子之間的核苷酸序列，各個(gè)

6、三聯(lián)體密碼密碼子之間的核苷酸序列，各個(gè)三聯(lián)體密碼連續(xù)排列編碼一條多肽鏈，稱為連續(xù)排列編碼一條多肽鏈，稱為開放閱讀框開放閱讀框架架(open reading frame, ORF)(open reading frame, ORF)。 1. 通用性（通用性（universal） 蛋白質(zhì)生物合成的整套密碼，從原核生蛋白質(zhì)生物合成的整套密碼，從原核生物到人類都通用。物到人類都通用。 有少數(shù)例外，如動(dòng)物細(xì)胞的線粒體、植有少數(shù)例外，如動(dòng)物細(xì)胞的線粒體、植物細(xì)胞的葉綠體。物細(xì)胞的葉綠體。 密碼的通用性進(jìn)一步證明各種生物進(jìn)化密碼的通用性進(jìn)一步證明各種生物進(jìn)化自同一祖先。自同一祖先。 l遺傳密碼的特點(diǎn)遺傳密碼的

7、特點(diǎn)生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry2. 連續(xù)性（連續(xù)性（commaless）編碼蛋白質(zhì)氨基酸序列的三聯(lián)體編碼蛋白質(zhì)氨基酸序列的三聯(lián)體密碼連續(xù)閱讀，密碼連續(xù)閱讀，密碼間既無間隔也無密碼間既無間隔也無重疊重疊，3個(gè)一組進(jìn)行翻譯。個(gè)一組進(jìn)行翻譯。 mRNAmRNA鏈上的鏈上的堿基插入或缺失堿基插入或缺失可能可能導(dǎo)致導(dǎo)致框移突變框移突變，造成翻譯出的，造成翻譯出的蛋白序蛋白序列完全改變列完全改變。重疊密碼重疊密碼非重疊非重疊連續(xù)的連續(xù)的密碼密碼不連續(xù)的密碼不連續(xù)的密碼生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry基因損傷引起基因損傷引起mRNAmRNA閱讀框架內(nèi)的閱讀框架內(nèi)的堿基發(fā)生堿基發(fā)生插

8、入或缺失插入或缺失，可能導(dǎo)致，可能導(dǎo)致框移突變框移突變(frameshift(frameshift mutation)mutation)。 生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry3. 方向性方向性 起始密碼子起始密碼子AUGAUG總是在總是在mRNAmRNA的的5 5 端；端； 終止密碼子總是在終止密碼子總是在mRNAmRNA的3 3 端；端； 讀密碼子總是從讀密碼子總是從mRNAmRNA的5 5 3 3 方向讀方向讀。4. 簡并性（簡并性（degeneracy）遺傳密碼中，除遺傳密碼中，除色氨色氨酸酸和和甲硫氨酸甲硫氨酸僅有一個(gè)密僅有一個(gè)密碼子外，其余氨基酸有碼子外，其余氨基酸有2 24

9、 4個(gè)或多至個(gè)或多至6 6個(gè)密碼子為之個(gè)密碼子為之編碼。編碼。多種密碼子編碼一種多種密碼子編碼一種AaAa的現(xiàn)象稱為的現(xiàn)象稱為遺傳密碼的遺傳密碼的簡并性簡并性。生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry遺傳密碼的簡并性遺傳密碼的簡并性生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry密碼子簡并性的生物學(xué)意義：減少有密碼子簡并性的生物學(xué)意義：減少有害突變。害突變。 遺傳密碼的特異性主要取決于前兩位遺傳密碼的特異性主要取決于前兩位堿基。堿基。GCU ACUGCC ACCGCA ACAGCG ACGAla（丙）（丙）Thr（蘇）（蘇）生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry5. 擺動(dòng)性（擺動(dòng)性（wobbl

10、e）tRNAtRNA上反密碼子的上反密碼子的第第1 1位位堿基與堿基與mRNAmRNA密碼子的密碼子的第第3 3位位堿基配對時(shí)，可以在一定范堿基配對時(shí)，可以在一定范圍內(nèi)變動(dòng)，即并不嚴(yán)格遵循堿基配對規(guī)律，圍內(nèi)變動(dòng)，即并不嚴(yán)格遵循堿基配對規(guī)律，這一現(xiàn)象稱為這一現(xiàn)象稱為擺動(dòng)性擺動(dòng)性。生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry擺動(dòng)配對擺動(dòng)配對U生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry二、核蛋白體是多肽鏈合成的場所二、核蛋白體是多肽鏈合成的場所生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry核蛋白體的組成核蛋白體的組成生物化

11、學(xué)生物化學(xué) Biochemistry30S小亞基：小亞基：有有mRNAmRNA結(jié)合位點(diǎn)結(jié)合位點(diǎn)50S大亞基：大亞基： E E位：排出位（位：排出位（Exit siteExit site）轉(zhuǎn)肽酶活性轉(zhuǎn)肽酶活性大小亞基共同組成：大小亞基共同組成：A位：位：氨基酰氨基酰-tRNA-tRNA位位(aminoacyl(aminoacyl site) site)P位：位：肽酰肽酰-tRNA-tRNA位位(peptidyl(peptidyl site) site)原核生物核蛋白體結(jié)構(gòu)模式原核生物核蛋白體結(jié)構(gòu)模式生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry三、三、tRN

12、A與氨基酸的活化與氨基酸的活化反密碼環(huán)反密碼環(huán)氨基酸臂氨基酸臂PrPr合成過程中合成過程中AaAa供供體是氨基酰體是氨基酰-tRNA-tRNA，而，而不是游離的氨基酸。不是游離的氨基酸。 tRNAtRNA在翻譯過程中在翻譯過程中起起接合體接合體（adaptoradaptor）作用，與專一的作用，與專一的AaAa結(jié)合，結(jié)合，是是氨基酸的運(yùn)載體氨基酸的運(yùn)載體。生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry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（一）氨基酰（一）氨基酰-tRNA合成酶合成酶(aminoacyl-tRNA synthetas

13、e)l 氨基酸的活化氨基酸的活化第一步反應(yīng)第一步反應(yīng)氨基酸氨基酸ATPE 氨基酰氨基酰-AMP-EPPi第二步反應(yīng)第二步反應(yīng)氨基酰氨基酰-AMP-E tRNA 氨基酰氨基酰-tRNA AMP E酯鍵酯鍵生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry 氨基酰氨基酰-tRNA-tRNA合成酶對氨基酸和合成酶對氨基酸和tRNAtRNA都有高度特都有高度特異性。異性。 氨基酰氨基酰-tRNA-tRNA合成酶具有校正活性合成酶具有校正活性(proof-(proof-reading activity) reading activity) 。 氨基酰氨基酰-tRNA-tRNA的表示方法：的表示方法：Ala-Al

14、a-tRNAtRNAAlaAla Ser-tRNASer-tRNASerSerMet-tRNAMet-tRNAMetMet 生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry氨基酸的活化形式：氨基酸的活化形式：氨基酰氨基酰tRNAtRNA氨基酸的活化部位：氨基酸的活化部位：羧基羧基氨基酸與氨基酸與tRNAtRNA連接方式：連接方式：酯鍵酯鍵氨基酸活化耗能：氨基酸活化耗能：2 2個(gè)個(gè)P P生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry真核生物：真核生物： Met-tRNAiMet原核生物：原核生物： fMet-tRNAifMet（二）起始肽鏈合成的氨基酰（二）起始肽鏈合成的氨基酰-tRNA生物化學(xué)生物化學(xué)

15、Biochemistry fMet-tRNAifMet的生成的生成：Met-tRNAifMetfMet-tRNAifMet轉(zhuǎn)甲?；窷10-CHO FH4生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry 第第 二二 節(jié)節(jié)蛋白質(zhì)生物合成過程蛋白質(zhì)生物合成過程The Process of Protein Biosynthesis生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry蛋白質(zhì)合成中蛋白質(zhì)合成中mRNAmRNA模板的方向：模板的方向：5 35 3；蛋白質(zhì)的合成方向：蛋白質(zhì)的合成方向：N N端端C C端。端。蛋白質(zhì)合成過程：蛋白質(zhì)合成過程：翻譯的起始（翻譯的起始（initiation）翻譯的延長（翻譯的延長

16、（elongation）翻譯的終止（翻譯的終止（termination）生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry一、原核生物蛋白質(zhì)的合成一、原核生物蛋白質(zhì)的合成（一）蛋白質(zhì)合成的起始（一）蛋白質(zhì)合成的起始指指mRNAmRNA和起始氨基酰和起始氨基酰-tRNA-tRNA分別與核蛋白體分別與核蛋白體結(jié)合而形成結(jié)合而形成翻譯起始復(fù)合物翻譯起始復(fù)合物 (translational (translational initiation complex)initiation complex)。參與起始過程的蛋白質(zhì)因子稱參與起始過程的蛋白質(zhì)因子稱起始因子起始因子（initiation factoriniti

17、ation factor，IFIF）。）。生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry參與起始過程的蛋白質(zhì)因子稱起始因參與起始過程的蛋白質(zhì)因子稱起始因子（子（initiation factorinitiation factor，IFIF）。原核生）。原核生物起始因子有三種：物起始因子有三種：IF-1IF-1：占據(jù)：占據(jù)A A位防止結(jié)合其他位防止結(jié)合其他tRNAtRNA。IF-2IF-2：促進(jìn)起始：促進(jìn)起始tRNAtRNA與小亞基結(jié)合。與小亞基結(jié)合。IF-3IF-3：促進(jìn)大小亞基分離，提高：促進(jìn)大小亞基分離，提高P P位位對結(jié)合起始對結(jié)合起始tRNAtRNA敏感性。敏感性。生物化學(xué)生物化學(xué) Bio

18、chemistry原核生物翻譯起始復(fù)合物形成原核生物翻譯起始復(fù)合物形成 核糖體大、小亞基分離核糖體大、小亞基分離 mRNAmRNA在小亞基定位結(jié)合在小亞基定位結(jié)合 起始氨基酰起始氨基酰tRNAtRNA與小亞基結(jié)合與小亞基結(jié)合 核糖體大亞基結(jié)合核糖體大亞基結(jié)合生物化學(xué)生物化學(xué) BiochemistryIF-3IF-11. 核蛋白體大小亞基分離核蛋白體大小亞基分離生物化學(xué)生物化學(xué) BiochemistryA U G53IF-3IF-12. mRNA在小亞基定位結(jié)合在小亞基定位結(jié)合生物化學(xué)生物化學(xué) BiochemistryS-D序列：序列：在在原核生物原核生物mRNAmRNA起始密碼起始密碼AUGA

19、UG上游約上游約1010個(gè)核苷酸處，存在個(gè)核苷酸處，存在4 49 9個(gè)富含嘌呤堿的一致個(gè)富含嘌呤堿的一致性序列，性序列，如如-AGGAGG-AGGAGG-，稱為稱為S-DS-D序列序列。又稱又稱為核蛋白體結(jié)合位點(diǎn)（為核蛋白體結(jié)合位點(diǎn)（ribosomal binding ribosomal binding sitesite，RBS)RBS)?？膳c小亞基?？膳c小亞基16S rRNA16S rRNA 3 3端富端富含嘧啶的段序列互補(bǔ)結(jié)合。含嘧啶的段序列互補(bǔ)結(jié)合。 生物化學(xué)生物化學(xué) BiochemistryS-D序列序列 生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry翻譯起始信號 .生物化學(xué)生物化學(xué) Bi

20、ochemistryIF-3IF-1IF-2GTPA U G533. 起始氨基酰起始氨基酰tRNA與小亞基結(jié)合與小亞基結(jié)合形成形成30S起始復(fù)合物：起始復(fù)合物：30S-IF1-IF2-GTP-fMet-tRNAifmet-mRNA生物化學(xué)生物化學(xué) BiochemistryIF-1IF-2GTPGDPPiA U G534. 核蛋白體大亞基結(jié)合核蛋白體大亞基結(jié)合形成形成70S70S翻譯起始復(fù)合物：翻譯起始復(fù)合物：70S-fMet-tRNA70S-fMet-tRNAi ifMetfMet-mRNA-mRNA生物化學(xué)生物化學(xué) BiochemistryIF-3IF-1A U G53IF-2GTPIF-2

21、-GTPGDPPi起始過程消耗起始過程消耗1個(gè)個(gè)GTP。蛋白質(zhì)合成的起始蛋白質(zhì)合成的起始生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry（二）（二） 肽鏈的延長肽鏈的延長指按照指按照mRNAmRNA密碼序列的指導(dǎo)，依次密碼序列的指導(dǎo)，依次添加氨基酸添加氨基酸從從N N端向端向C C端端延伸肽鏈，直到延伸肽鏈，直到合成終止的過程。合成終止的過程。 生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry 肽鏈的延長是在核蛋白體上連續(xù)性循環(huán)式肽鏈的延長是在核蛋白體上連續(xù)性循環(huán)式進(jìn)行，又稱為核蛋白體循環(huán)（進(jìn)行，又稱為核蛋白體循環(huán)（ribosomal ribosomal cycle)cycle)，每次循環(huán)增加一個(gè)氨基酸，

22、分為，每次循環(huán)增加一個(gè)氨基酸，分為以下三步：以下三步：進(jìn)位進(jìn)位（entranceentrance）轉(zhuǎn)肽轉(zhuǎn)肽（peptide bond formationpeptide bond formation）移位移位（translocationtranslocation）生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry原核延原核延長因子長因子生物功能生物功能對應(yīng)真核對應(yīng)真核延長因子延長因子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-1-EF-Ts調(diào)節(jié)亞基調(diào)節(jié)亞基EF-1-EFG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，

23、位，促進(jìn)卸載促進(jìn)卸載tRNA釋放釋放EF-2肽鏈合成的延長因子肽鏈合成的延長因子 生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry1. 進(jìn)位進(jìn)位指根據(jù)指根據(jù)mRNAmRNA下一下一組遺傳密碼指導(dǎo)，組遺傳密碼指導(dǎo)，使相應(yīng)氨基酰使相應(yīng)氨基酰-tRNA-tRNA進(jìn)入核蛋白體進(jìn)入核蛋白體A A位。位。分解開看：分解開看：生物化學(xué)生物化學(xué) BiochemistryTu TsGTPGDPA U G53TuTsGTP2. 2. 轉(zhuǎn)肽轉(zhuǎn)肽是由是由肽酰轉(zhuǎn)移酶肽酰轉(zhuǎn)移酶（peptidyl transferasepeptidyl transferase）催化的肽鍵形成過程。催化的肽鍵形成過程。生物化學(xué)生物化學(xué) Bioch

24、emistry3. 3. 移位移位延長因子延長因子EF-GEF-G有有轉(zhuǎn)位酶（轉(zhuǎn)位酶（translocasetranslocase）活性活性，可結(jié)合并水解，可結(jié)合并水解1 1分子分子GTPGTP，促進(jìn)核蛋白，促進(jìn)核蛋白體向體向mRNAmRNA的的33側(cè)移動(dòng)。側(cè)移動(dòng)。生物化學(xué)生物化學(xué) BiochemistryfMetA U G53fMetTuGTP進(jìn)進(jìn)位位移移位位轉(zhuǎn)肽轉(zhuǎn)肽肽鏈的延長：肽鏈的延長：生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry （三）肽鏈合成的終止（三）肽鏈合成的終止當(dāng)當(dāng)mRNAmRNA上終止密碼出現(xiàn)后，多肽鏈合上終止密碼出現(xiàn)后，多肽鏈合成停止，肽鏈從肽酰成停止，肽鏈從肽酰-tRNA-

25、tRNA中釋出，中釋出，mRNAmRNA、核蛋白體等分離，這些過程稱為肽鏈合核蛋白體等分離，這些過程稱為肽鏈合成終止。成終止。生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry終止相關(guān)的蛋白因子稱為釋放因子終止相關(guān)的蛋白因子稱為釋放因子 (release factor, RF) 識別終止密碼，如識別終止密碼，如RF-1RF-1特異識別特異識別UAAUAA、UAGUAG；而而RF-2RF-2可識別可識別UAAUAA、UGAUGA。 誘導(dǎo)轉(zhuǎn)肽酶改變?yōu)轷ッ富钚?，使肽鏈從核蛋誘導(dǎo)轉(zhuǎn)肽酶改變?yōu)轷ッ富钚?，使肽鏈從核蛋白體上釋放。白體上釋放。 釋放因子的功能：釋放因子的功能：原核生物釋放因子：原核生物釋放因子：RF

26、-1RF-1，RF-2RF-2，RF-3RF-3 真核生物釋放因子：真核生物釋放因子：eRFeRF 原原核核肽肽鏈鏈合合成成終終止止過過程程 RF-3RF-3具有具有GTPGTP酶活性，酶活性，使使GTPGTP水解釋能，使殘水解釋能，使殘留在核糖體上的留在核糖體上的tRNAtRNA及各種因子釋放。及各種因子釋放。生物化學(xué)生物化學(xué) BiochemistryU A G53RFCOO-生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry原核生物蛋白質(zhì)合成的原核生物蛋白質(zhì)合成的能量計(jì)算能量計(jì)算氨基酸活化：氨基酸活化：2個(gè)個(gè)PATP起始：起始： 1個(gè)個(gè)GTP延長：延長： 2個(gè)個(gè)GTP終止：終止： 1個(gè)個(gè)GTP多聚

27、核蛋白體多聚核蛋白體 （polysome)一個(gè)一個(gè)mRNAmRNA分子可同時(shí)分子可同時(shí)有多個(gè)核蛋白體在進(jìn)行同有多個(gè)核蛋白體在進(jìn)行同一種蛋白質(zhì)的合成，這種一種蛋白質(zhì)的合成，這種mRNAmRNA和多個(gè)核蛋白體的聚和多個(gè)核蛋白體的聚合物稱為多聚核蛋白體。合物稱為多聚核蛋白體。（四）核糖體循環(huán)（四）核糖體循環(huán)生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry二、真核生物的蛋白質(zhì)合成特點(diǎn)二、真核生物的蛋白質(zhì)合成特點(diǎn)1. 1. 核蛋白體是核蛋白體是80S80S；2. 2. 起始起始tRNAtRNA的的MetMet不需甲?；徊恍杓柞；?；3. mRNA3. mRNA有有55

28、帽子和帽子和3poly A3poly A尾結(jié)構(gòu)；尾結(jié)構(gòu)；4. 4. 真核生物一個(gè)真核生物一個(gè)mRNAmRNA只編碼一種蛋白只編碼一種蛋白質(zhì)，為單順反子（質(zhì)，為單順反子（single single cistroncistron）。）。生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry5. 5. 真核生物的蛋白質(zhì)翻譯的模板真核生物的蛋白質(zhì)翻譯的模板mRNAmRNA在在細(xì)胞核內(nèi)合成，而翻譯過程在細(xì)胞質(zhì)中細(xì)胞核內(nèi)合成，而翻譯過程在細(xì)胞質(zhì)中進(jìn)行，二者間隔約進(jìn)行，二者間隔約1515分鐘。分鐘。6.6. 真核生物的翻譯過程需要更多的蛋白因真核生物的翻譯過程需要更多的蛋白因子參與。有：子參與。有：1313種起始因子種

29、起始因子 2 2種延長因子種延長因子 1 1種終止因子。種終止因子。mRNA結(jié)構(gòu)簡圖結(jié)構(gòu)簡圖生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry真核生物翻譯起始因子真核生物翻譯起始因子起始因子起始因子生物功能生物功能eIF-2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-2B, eIF-3 促進(jìn)大小亞基分離促進(jìn)大小亞基分離eIF-4AeIF-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)合小亞基結(jié)合小亞基eIF-4B促進(jìn)促進(jìn)mRNA掃描定位起始掃描定位起始AUGeIF-4EeIF-4F復(fù)合物成分，結(jié)合復(fù)合物成分，結(jié)合mRNA 5帽子帽子eIF-4GeIF-4F復(fù)

30、合物成分，結(jié)合復(fù)合物成分，結(jié)合eIF-4E和和PABeIF-5促進(jìn)各種起始因子從小亞基解離，進(jìn)而結(jié)合促進(jìn)各種起始因子從小亞基解離，進(jìn)而結(jié)合大亞基大亞基eIF-6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 1.真核生物翻譯起始的特點(diǎn)真核生物翻譯起始的特點(diǎn)（1 1）Met-tRNAMet-tRNAi iMetMet首先與小亞基結(jié)合，然后與起始因首先與小亞基結(jié)合，然后與起始因子子eIF-2eIF-2、GTPGTP結(jié)合成四元復(fù)合物；結(jié)合成四元復(fù)合物；（2 2）在多個(gè)因子的幫助下通過）在多個(gè)因子的幫助下通過“帽子帽子”結(jié)構(gòu)與小亞結(jié)構(gòu)與小亞基的基的18S rRNA18S rRNA結(jié)合；結(jié)合；（3

31、 3）小亞基向）小亞基向mRNAmRNA的的33端滑動(dòng)至第一個(gè)端滑動(dòng)至第一個(gè)AUGAUG（起始（起始密碼）處，密碼）處，AUGAUG與與Met-tRNAMet-tRNAi iMetMet的反密碼子結(jié)合；的反密碼子結(jié)合；（4 4）再與大亞基結(jié)合形成）再與大亞基結(jié)合形成80S80S起始復(fù)合物開始翻譯。起始復(fù)合物開始翻譯。mRNA eIF-6 GDP+PielF-5ATPADP+PielF4E, elF4G, elF4A, elF4B,PAB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Met-tRNAiMet-elF-2 -GTP生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry真核生物肽鏈

32、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基本相似，但有不同的反應(yīng)體系和延核基本相似，但有不同的反應(yīng)體系和延長因子。長因子。另外，真核細(xì)胞核蛋白體沒有另外，真核細(xì)胞核蛋白體沒有E E位位，轉(zhuǎn)位時(shí)卸載的轉(zhuǎn)位時(shí)卸載的tRNAtRNA直接從直接從P P位脫落。位脫落。2. 真核生物延長過程真核生物延長過程生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry蛋白質(zhì)合成后加工和輸送蛋白質(zhì)合成后加工和輸送Posttranslational Processing & Protein Transportation第第 三三 節(jié)節(jié)生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry從核蛋白體釋放出的新生多肽鏈不具備蛋白從核

33、蛋白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)雜加工過質(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。程才轉(zhuǎn)變?yōu)樘烊粯?gòu)象的功能蛋白。主要包括主要包括 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 多肽鏈的折疊多肽鏈的折疊一、一、蛋白質(zhì)的修飾蛋白質(zhì)的修飾1. 1. 肽鏈肽鏈N N端的修飾端的修飾-除去除去N N末端甲硫氨酸。末端甲硫氨酸。2. 2. 個(gè)別氨基酸的修飾個(gè)別氨基酸的修飾-如磷酸化、羥基如磷酸化、羥基化、?；?、甲基化等。化、?；?、甲基化等。3. 3. 多肽鏈的水解修飾多肽鏈的水解修飾-切除抑制肽段，切除抑制肽段，從無活

34、性變?yōu)橛谢钚浴臒o活性變?yōu)橛谢钚?。（一）一級結(jié)構(gòu)的修飾（一）一級結(jié)構(gòu)的修飾生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry前胰島素原水解前胰島素原水解生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry（二）高級結(jié)構(gòu)的修飾（二）高級結(jié)構(gòu)的修飾1. 1. 輔基連接輔基連接-如酶的輔基、糖蛋白的糖鏈如酶的輔基、糖蛋白的糖鏈等。等。2. 2. 亞基聚合亞基聚合-有活性的寡聚蛋白的形成。有活性的寡聚蛋白的形成。生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry二、多肽鏈的折疊二、多肽鏈的折疊 新生肽鏈的折疊在肽鏈合成中、合成后進(jìn)行，新新生肽鏈的折疊在肽鏈合成中、合成后進(jìn)行，新生肽鏈生肽鏈N N端在核蛋白體上一出現(xiàn)，肽鏈的折疊

35、即開端在核蛋白體上一出現(xiàn)，肽鏈的折疊即開始?？赡茈S著序列的不斷延伸肽鏈逐步折疊，產(chǎn)始。可能隨著序列的不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)域到形成完整的生正確的二級結(jié)構(gòu)、模體、結(jié)構(gòu)域到形成完整的空間構(gòu)象。空間構(gòu)象。 大多數(shù)天然蛋白質(zhì)折疊都需要其他大多數(shù)天然蛋白質(zhì)折疊都需要其他酶和蛋白質(zhì)的酶和蛋白質(zhì)的輔助輔助。生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry幾種促進(jìn)蛋白折疊的大分子幾種促進(jìn)蛋白折疊的大分子1. 1. 分子伴侶分子伴侶 (molecular chaperon) (molecular chaperon) 2. 2. 折疊酶折疊酶 蛋白二硫鍵異構(gòu)酶蛋白二硫鍵異構(gòu)酶 (prote

36、in disulfide isomerase(protein disulfide isomerase, , PDI)PDI) 肽肽- -脯氨酰順反異構(gòu)酶脯氨酰順反異構(gòu)酶 (peptide prolyl(peptide prolyl cis cis-trans -trans isomeraseisomerase, PPI), PPI)生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry1. 1. 熱休克蛋白熱休克蛋白(heat shock protein, (heat shock protein, HspHsp) ) Hsp70 Hsp70 、HspHsp60602. 2. 伴侶素伴侶素(chaperon

37、ins(chaperonins) ) GroELGroEL和和GroESGroES家族家族（一）（一） 分子伴侶分子伴侶分子伴侶是細(xì)胞中一類分子伴侶是細(xì)胞中一類保守蛋白質(zhì)保守蛋白質(zhì)，可，可識別識別肽鏈的非天然構(gòu)象肽鏈的非天然構(gòu)象，促進(jìn)各功能域和整體蛋白質(zhì)促進(jìn)各功能域和整體蛋白質(zhì)的正確折疊的正確折疊。 生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry熱休克蛋白促進(jìn)蛋白質(zhì)折疊的基本作用：熱休克蛋白促進(jìn)蛋白質(zhì)折疊的基本作用：Hsp70Hsp70家族成員以家族成員以ATPATP依賴的方式依賴的方式結(jié)合未折疊結(jié)合未折疊多肽鏈的疏水區(qū)多肽鏈的疏水區(qū)以以穩(wěn)定蛋白質(zhì)的未折疊狀態(tài)穩(wěn)定蛋白質(zhì)的未折疊狀態(tài)，再，再通過通過

38、有控制的釋放有控制的釋放，釋放的多肽鏈與，釋放的多肽鏈與Hsp60Hsp60結(jié)合，結(jié)合，幫助其正確折疊幫助其正確折疊。 生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry伴侶素的主要作用伴侶素的主要作用: :為非自發(fā)性折疊蛋白質(zhì)提供能折疊形為非自發(fā)性折疊蛋白質(zhì)提供能折疊形成天然空間構(gòu)象的成天然空間構(gòu)象的微環(huán)境微環(huán)境。 伴侶素系統(tǒng)促進(jìn)蛋白質(zhì)折疊過程伴侶素系統(tǒng)促進(jìn)蛋白質(zhì)折疊過程 生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry（二）折疊酶（二）折疊酶二硫鍵異構(gòu)酶在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔活性很高，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)配二硫鍵斷裂可在較大區(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

39、蛋白質(zhì)形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)定的天然構(gòu)象。成熱力學(xué)最穩(wěn)定的天然構(gòu)象。1. 蛋白二硫鍵異構(gòu)酶（蛋白二硫鍵異構(gòu)酶（PDI）生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry2. 肽肽-脯氨酰順反異構(gòu)酶脯氨酰順反異構(gòu)酶 （1 1）多肽鏈中肽酰）多肽鏈中肽酰- -脯氨酸間形成的肽鍵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。有順反兩種異構(gòu)體，空間構(gòu)象明顯差別。 （2 2）肽酰）肽酰- -脯氨酰順反異構(gòu)酶可促進(jìn)上述脯氨酰順反異構(gòu)酶可促進(jìn)上述順反兩種異構(gòu)體之間的轉(zhuǎn)換。順反兩種異構(gòu)體之間的轉(zhuǎn)換。 （3 3）肽酰）肽酰- -脯氨酰順反異構(gòu)酶是蛋白質(zhì)三維脯氨酰順反異構(gòu)酶是蛋白質(zhì)三維

40、構(gòu)象形成的限速酶，可使多肽在各脯氨酸彎折處構(gòu)象形成的限速酶，可使多肽在各脯氨酸彎折處形成準(zhǔn)確折疊。形成準(zhǔn)確折疊。 生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry蛋白質(zhì)合成后需要經(jīng)過復(fù)雜機(jī)制，定向蛋白質(zhì)合成后需要經(jīng)過復(fù)雜機(jī)制，定向輸送到最終發(fā)揮生物功能的細(xì)胞靶部位，輸送到最終發(fā)揮生物功能的細(xì)胞靶部位，這一過程稱為蛋白質(zhì)的靶向輸送。這一過程稱為蛋白質(zhì)的靶向輸送。 三、蛋白質(zhì)合成后的靶向輸送三、蛋白質(zhì)合成后的靶向輸送蛋白質(zhì)靶向輸送（蛋白質(zhì)靶向輸送（protein targeting）生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry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)中存在分選信號，主要為分選

41、信號，主要為N N末端特異氨基酸序列，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，可引導(dǎo)蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)移到細(xì)胞的適當(dāng)靶部位，這一序列稱為信號序列這一序列稱為信號序列 。 信號序列信號序列(signal sequence)靶向輸送蛋白靶向輸送蛋白信號序列或成分信號序列或成分分泌蛋白分泌蛋白信號肽信號肽內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔蛋白內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔蛋白信號肽，信號肽，C端端-Lys-Asp-Glu-Leu-COO-(KDEL序列序列)線粒體蛋白線粒體蛋白N端靶向序列（端靶向序列（2035氨基酸殘基）氨基酸殘基）核蛋白核蛋白核定位序列（核定位序列（-Pro-Pro-Lys-Lys-Lys-Arg-Lys-Val-，SV

42、40 T抗原）抗原）過氧化體蛋白過氧化體蛋白-Ser-Lys-Leu-（PST序列）序列）溶酶體蛋白溶酶體蛋白Man-6-P（甘露糖（甘露糖-6-磷酸）磷酸）靶向輸送蛋白的信號序列或成分靶向輸送蛋白的信號序列或成分 生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry（一）（一）分泌蛋白的靶向輸送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輸真核細(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)，再分別被包裝送過程首先要進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，再分別被包裝成分泌小泡而分泌出細(xì)胞。成分泌小泡而分泌出細(xì)胞。 信號肽信號肽(signal peptide) 各種新生各種新生分泌蛋白的分泌蛋白的N N端端有保守的氨有

43、保守的氨基酸序列稱信號肽?；嵝蛄蟹Q信號肽。 生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry信號肽的一級結(jié)構(gòu)信號肽的一級結(jié)構(gòu)N端側(cè)堿性區(qū)端側(cè)堿性區(qū) 疏水核心區(qū)疏水核心區(qū) C端加工區(qū)端加工區(qū) 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) 信號識信號識別顆粒別顆粒信號識信號識別顆粒別顆粒（二）（二）線粒體蛋白的靶向輸送線粒體蛋白的靶向輸送（三）（三）細(xì)胞核蛋白的靶向輸送細(xì)胞核蛋白的靶向輸送核定位核定位序列序列核輸入因子核輸入因子生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry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 Pr

44、otein Biosynthesis第第 四四 節(jié)節(jié)生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry蛋白質(zhì)生物合成是很多天然抗生素蛋白質(zhì)生物合成是很多天然抗生素和某些毒素的作用靶點(diǎn)。它們就是通過和某些毒素的作用靶點(diǎn)。它們就是通過阻斷真核、原核生物蛋白質(zhì)翻譯體系某阻斷真核、原核生物蛋白質(zhì)翻譯體系某組分功能，干擾和抑制蛋白質(zhì)生物合成組分功能，干擾和抑制蛋白質(zhì)生物合成過程而起作用的。過程而起作用的。 生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry抗生素抗生素(antibiotics)是微生物產(chǎn)生的能夠殺滅或抑制細(xì)菌是微生物產(chǎn)生的能夠殺滅或抑制細(xì)菌的一類藥物。的一類藥物。一、抗生素類一、抗生素類生物化學(xué)生物化學(xué)

45、 Biochemistry四四環(huán)環(huán)素素族族氯霉素氯霉素鏈霉素和卡那霉素鏈霉素和卡那霉素嘌呤霉素嘌呤霉素放線菌酮放線菌酮生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry抗生素抗生素作用點(diǎn)作用點(diǎn)作用原理作用原理應(yīng)用應(yīng)用四環(huán)素族（金霉素四環(huán)素族（金霉素 新霉素、土霉素）新霉素、土霉素）鏈霉素、卡那霉素鏈霉素、卡那霉素氯霉素、林可霉素氯霉素、林可霉素紅霉素紅霉素梭鏈孢酸梭鏈孢酸 放線菌酮放線菌酮嘌呤霉素嘌呤霉素原核小亞基原核小亞基原核小亞基原核小亞基原核大亞基原核大亞基原核大亞基原核大亞基原核大亞基原核大亞基真核大亞基真核大亞基真核、原核真核、原核核蛋白體核蛋白體 抑制氨基酰抑制氨基酰-tRNA與小亞與小亞

46、基結(jié)合基結(jié)合改變構(gòu)象引起讀碼錯(cuò)誤、改變構(gòu)象引起讀碼錯(cuò)誤、抑制起始抑制起始抑制轉(zhuǎn)肽酶、阻斷延長抑制轉(zhuǎn)肽酶、阻斷延長抑制轉(zhuǎn)肽酶、妨礙轉(zhuǎn)位抑制轉(zhuǎn)肽酶、妨礙轉(zhuǎn)位與與EFG-GTP結(jié)合，抑制結(jié)合，抑制肽鏈延長肽鏈延長抑制轉(zhuǎn)肽酶、阻斷延長抑制轉(zhuǎn)肽酶、阻斷延長氨基酰氨基酰-tRNA類似物，進(jìn)類似物，進(jìn)位后引起未成熟肽鏈脫落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抗菌藥抗菌藥抗菌藥抗菌藥抗菌藥醫(yī)學(xué)研究醫(yī)學(xué)研究抗腫瘤藥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生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry二、其他干擾蛋白質(zhì)生物合成的物質(zhì)二、

47、其他干擾蛋白質(zhì)生物合成的物質(zhì) 毒素毒素(toxin) 干擾素干擾素(interferon) 白喉毒素白喉毒素(diphtheria toxin)的作用機(jī)理的作用機(jī)理OOHOHCH2OADPNCNH2O白喉毒素NCNH2O+OOHOHCH2OADP延延長長因因子子- -2 2( (無無活活性性) )延延長長因因子子- -2 2( (有有活活性性) )+生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry 干擾素的作用機(jī)理干擾素的作用機(jī)理干擾素dsRNA誘導(dǎo)蛋白激酶eIF2eIF2-PATPADP( (有有活活性性) )( (無無活活性性) )生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry 干擾素dsRNA誘導(dǎo)

48、2,5-A合成酶ApppATPAppppp25525AA2,5-ARNaseLRNaseL( (無無活活性性) )( (有有活活性性) )降解mRNA生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry3. 反義反義RNA的調(diào)控作用的調(diào)控作用 天然的反義反義RNA分子一般在分子一般在200 bp以下，以下， （1）與）與SD序列結(jié)合序列結(jié)合 （2）與起始密碼結(jié)合）與起始密碼結(jié)合 （3）與非翻譯區(qū)結(jié)合，使）與非翻譯區(qū)結(jié)合，使mRNA變構(gòu)。變構(gòu)。生物化學(xué)生物化學(xué) Biochemistry4. 魔斑核苷酸對翻譯的影響魔斑核苷酸對翻譯的影響 ppGpp、pppGpp的出現(xiàn)，可使核糖體?？墒购颂求w停 頓，停止翻譯

49、。頓，停止翻譯。 復(fù)習(xí)題：復(fù)習(xí)題：1. 概念：概念：（1）翻譯）翻譯 （2）遺傳密碼）遺傳密碼（3）密碼的擺動(dòng)性）密碼的擺動(dòng)性 （4）氨基酸活化）氨基酸活化（5）SD序列序列 （6）信號肽）信號肽（7）分泌性蛋白質(zhì)）分泌性蛋白質(zhì) （8）靶向輸送）靶向輸送（9）多聚核蛋白體）多聚核蛋白體2. 簡述簡述RNA在蛋白質(zhì)合成中的作用。在蛋白質(zhì)合成中的作用。3. 簡述蛋白質(zhì)生物合成的大體過程。簡述蛋白質(zhì)生物合成的大體過程。 4. 4. 原核生物和真核生物的翻譯起始復(fù)合物原核生物和真核生物的翻譯起始復(fù)合物的生成有何異同？的生成有何異同？5. 5. 簡單介紹信號肽假說的具體內(nèi)容。簡單介紹信號肽假說的具體內(nèi)容。6. 6. 按下列按下列DNADNA單鏈單鏈5 5 TCGTCGACGATGATCTTCGGCTACTCGA3TCGTCGACGATGATCTTCGGCTACTCGA3 試寫出：試寫出：（1 1）DNADNA復(fù)制時(shí)另一條鏈的堿基順序；復(fù)制時(shí)另一條鏈的堿基順序；（2 2）以此為模板，轉(zhuǎn)錄成）以此為模板，轉(zhuǎn)錄成mRNAmRNA的堿基順序；的堿基順序；（3 3）所合成肽鏈的氨基酸順序。）所合成肽鏈的氨基酸順序。