《生物化學(xué)：13 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)：13 蛋白質(zhì)的生物合成（178頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。
1、蛋白質(zhì)的生物合成（翻譯）蛋白質(zhì)的生物合成（翻譯）中南大學(xué)湘雅醫(yī)學(xué)院生物化學(xué)與分子生物學(xué)教研室 陳漢春本章重要知識(shí)點(diǎn)本章重要知識(shí)點(diǎn)1. 蛋白質(zhì)生物合成蛋白質(zhì)生物合成(翻譯翻譯)的概念。的概念。2. mRNA、tRNA、核糖體在翻譯過(guò)程中的作、核糖體在翻譯過(guò)程中的作用，用，遺傳密碼的特點(diǎn)遺傳密碼的特點(diǎn)。3. 氨基酰氨基酰-tRNA合成酶的作用特點(diǎn)。合成酶的作用特點(diǎn)。 4. 原核、真核生物翻譯過(guò)程的異同。原核、真核生物翻譯過(guò)程的異同。5. 分子伴侶的作用，翻譯后修飾的形式。分子伴侶的作用，翻譯后修飾的形式。6. 信號(hào)肽及其作用，各類蛋白質(zhì)靶向輸送的信號(hào)肽及其作用，各類蛋白質(zhì)靶向輸送的 特點(diǎn)。特點(diǎn)。7
2、. 病毒、抗生素、毒素和干擾素抑制翻譯的病毒、抗生素、毒素和干擾素抑制翻譯的機(jī)制。機(jī)制。蛋白質(zhì)生物合成的概念蛋白質(zhì)生物合成的概念定義：定義： 蛋白質(zhì)生物合成（蛋白質(zhì)生物合成（ protein biosynthesis） 也也稱翻譯（稱翻譯（translation），是細(xì)胞內(nèi)以），是細(xì)胞內(nèi)以mRNA為模板、為模板、按照按照mRNA分子中核苷酸的排列順序所組成的密碼分子中核苷酸的排列順序所組成的密碼信息合成蛋白質(zhì)的過(guò)程。信息合成蛋白質(zhì)的過(guò)程。 蛋白質(zhì)生物合成的概念蛋白質(zhì)生物合成的概念反應(yīng)過(guò)程：反應(yīng)過(guò)程：（1）氨基酸的活化。）氨基酸的活化。（2）肽鏈的生物合成。）肽鏈的生物合成。（3）肽鏈形成后的加
3、工和靶向輸送。）肽鏈形成后的加工和靶向輸送。蛋白質(zhì)生物合成的概念蛋白質(zhì)生物合成的概念生物學(xué)意義：生物學(xué)意義：（1）維持生命活動(dòng)。）維持生命活動(dòng)。（2）適應(yīng)環(huán)境變化。）適應(yīng)環(huán)境變化。（3）參與組織更新和修復(fù)。）參與組織更新和修復(fù)。第一節(jié) 蛋白質(zhì)生物合成的基本條件蛋白質(zhì)生物合成的基本條件 1. 基本原料：基本原料：20種編碼氨基酸。種編碼氨基酸。2. 模板：模板：mRNA。3. 裝配機(jī)：核糖體（核蛋白體）。裝配機(jī)：核糖體（核蛋白體）。4. 適配器：適配器：tRNA。5. 主要酶和蛋白質(zhì)因子：氨基酰主要酶和蛋白質(zhì)因子：氨基酰-tRNA合成酶、合成酶、肽肽 酰轉(zhuǎn)移酶、轉(zhuǎn)位酶、起始因子、延長(zhǎng)因子、釋酰轉(zhuǎn)
4、移酶、轉(zhuǎn)位酶、起始因子、延長(zhǎng)因子、釋 放因子等。放因子等。6. 能源物質(zhì)：能源物質(zhì)：ATP、GTP。7. 無(wú)機(jī)離子：無(wú)機(jī)離子：Mg2+、 K+。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 （一）（一）mRNA的基本結(jié)構(gòu)的基本結(jié)構(gòu)1. 5-端非翻譯區(qū)端非翻譯區(qū)2. 開放閱讀框架區(qū)開放閱讀框架區(qū) 從從mRNA 5 -端起始密碼子端起始密碼子AUG到到3 -端終止密端終止密碼子之間的核苷酸序列，稱為碼子之間的核苷酸序列，稱為開放閱讀框架開放閱讀框架(open reading frame, ORF)。3. 3-端非翻譯區(qū)端非翻譯區(qū)mRNAmRNA的基本結(jié)構(gòu)的基本結(jié)構(gòu):
5、 :原核生物的多順反子原核生物的多順反子mRNAmRNA真核生物的單順反子真核生物的單順反子mRNAmRNA非編碼序列核糖體結(jié)合位點(diǎn)起始密碼子終止密碼子編碼序列PPP5 3 蛋白質(zhì)PPPmG -5 3 蛋白質(zhì)AAA （二）遺傳密碼（二）遺傳密碼密碼子（密碼子（codon） ： 在在mRNA的開放閱讀框架區(qū)，以每的開放閱讀框架區(qū)，以每3個(gè)相鄰的個(gè)相鄰的核苷酸為一組，代表一種氨基酸（或其他信息），核苷酸為一組，代表一種氨基酸（或其他信息），這種三聯(lián)體形式的核苷酸序列稱為密碼子。這種三聯(lián)體形式的核苷酸序列稱為密碼子。起始密碼子和終止密碼子：起始密碼子和終止密碼子：起始密碼子（起始密碼子（initia
6、tion codon）：）：AUG終止密碼子（終止密碼子（termination codon） ：UAA UAG UGA（三）遺傳密碼的特點(diǎn)（三）遺傳密碼的特點(diǎn)1. 方向性（方向性（directionality） 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53，即，即讀碼從讀碼從mRNA的起始密碼子的起始密碼子AUG開始，按開始，按53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53讀碼方向讀碼方向2. 連續(xù)性（連續(xù)性（non-punctuation ）編碼蛋白質(zhì)氨基酸序列的各個(gè)三聯(lián)體密編碼蛋白質(zhì)氨基酸序列的各個(gè)三聯(lián)體密碼連續(xù)閱讀，碼
7、連續(xù)閱讀，密碼子及密碼子的各堿基之間密碼子及密碼子的各堿基之間既無(wú)間隔也無(wú)交叉。既無(wú)間隔也無(wú)交叉。 AlaValHisMet終止終止 基因損傷引起基因損傷引起mRNA閱讀框架內(nèi)的堿基發(fā)閱讀框架內(nèi)的堿基發(fā)生插入或缺失，可能導(dǎo)致框移突變生插入或缺失，可能導(dǎo)致框移突變(frameshift mutation)。 3. 簡(jiǎn)并性（簡(jiǎn)并性（degeneracy） 一種氨基酸可具有一種氨基酸可具有2個(gè)或個(gè)或2個(gè)以上的密碼子為個(gè)以上的密碼子為其編碼。這一特性稱為遺傳密碼的其編碼。這一特性稱為遺傳密碼的簡(jiǎn)并性簡(jiǎn)并性。 除色氨酸和甲硫氨酸僅有除色氨酸和甲硫氨酸僅有1個(gè)密碼子外，其個(gè)密碼子外，其余氨基酸有余氨基酸有
8、2、3、4個(gè)或多至個(gè)或多至6個(gè)三聯(lián)體為其編碼。個(gè)三聯(lián)體為其編碼。為同一種氨基酸編碼的各密碼子稱為為同一種氨基酸編碼的各密碼子稱為簡(jiǎn)并性密碼簡(jiǎn)并性密碼子子，也稱，也稱同義密碼子同義密碼子 。各種氨基酸的密碼子數(shù)目各種氨基酸的密碼子數(shù)目4. 通用性（通用性（universality） 從簡(jiǎn)單的病毒到高等的人類，幾乎使用同一套從簡(jiǎn)單的病毒到高等的人類，幾乎使用同一套遺傳密碼，因此，遺傳密碼表中的這套遺傳密碼，因此，遺傳密碼表中的這套“通用密碼通用密碼”基本上適用于生物界的所有物種，具有通用性?；旧线m用于生物界的所有物種，具有通用性。 遺傳密遺傳密碼的通用性進(jìn)一步證明各種生物進(jìn)化自碼的通用性進(jìn)一步證
9、明各種生物進(jìn)化自同一祖先。同一祖先。5. 擺動(dòng)性（擺動(dòng)性（wobble） 反密碼子與密碼子之間的配對(duì)有時(shí)并不嚴(yán)格遵守反密碼子與密碼子之間的配對(duì)有時(shí)并不嚴(yán)格遵守常見的堿基配對(duì)規(guī)律，這種現(xiàn)象稱為擺動(dòng)配對(duì)。常見的堿基配對(duì)規(guī)律，這種現(xiàn)象稱為擺動(dòng)配對(duì)。 3 2 11 2 3擺擺動(dòng)動(dòng)配配對(duì)對(duì)U二、二、核糖體是蛋白質(zhì)生物合成的場(chǎng)所核糖體是蛋白質(zhì)生物合成的場(chǎng)所 （一）核糖體的組成（一）核糖體的組成 原核生物和真核生物核糖體的組成原核生物和真核生物核糖體的組成 （二）核糖體的構(gòu)象（以原核細(xì)胞為例）（二）核糖體的構(gòu)象（以原核細(xì)胞為例）三、三、tRNA是氨基酸的運(yùn)載工具及是氨基酸的運(yùn)載工具及 蛋白質(zhì)生物合成的適配器
10、蛋白質(zhì)生物合成的適配器 （一）（一）tRNA的作用的作用tRNA的作用的作用二級(jí)結(jié)構(gòu)三級(jí)結(jié)構(gòu)（二）（二）tRNA的構(gòu)象的構(gòu)象總反應(yīng)式總反應(yīng)式 ：（三）氨基酰（三）氨基酰-tRNA的合成的合成氨基酸氨基酸 + tRNA氨基酰氨基酰-tRNA-tRNAATP AMPPPi氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶氨基酸 ATP-E 氨基酰-AMP-E PPi1.1.第一步反應(yīng)第一步反應(yīng)2.2.第二步反應(yīng)第二步反應(yīng)氨基酰-AMP-E tRNA 氨基酰-tRNA AMP E（四）氨基酰（四）氨基酰-tRNA的表示方法的表示方法例如：例如：丙氨酰丙氨酰-tRNA：Ala-tRNAAla精氨酰精氨酰-tRNA：A
11、rg-tRNAArg甲硫氨酰甲硫氨酰-tRNA： Met-tRNAMet 各種氨基酸和對(duì)應(yīng)的氨基酸和對(duì)應(yīng)的tRNA結(jié)合后形成的結(jié)合后形成的氨基酰氨基酰-tRNA表示為：表示為： 氨基酸的三字母縮寫氨基酸的三字母縮寫-tRNA氨基酸的三字母縮寫氨基酸的三字母縮寫 。（五）起始肽鏈合成的氨基酰（五）起始肽鏈合成的氨基酰-tRNA起始氨基酰起始氨基酰-tRNA: Met-tRNAiMet tRNAiMet與甲硫氨酸結(jié)合后形成與甲硫氨酸結(jié)合后形成Met-tRNAiMet ，可以在，可以在mRNA的起始密碼子的起始密碼子AUG處處就位，參與形成翻譯起始復(fù)合物。起始密碼子只就位，參與形成翻譯起始復(fù)合物。起
12、始密碼子只能辨認(rèn)能辨認(rèn)Met-tRNAiMet 。1. 真核生物真核生物參與肽鏈延長(zhǎng)的參與肽鏈延長(zhǎng)的甲硫氨酰甲硫氨酰-tRNA：Met-tRNAMet tRNAMet和甲硫氨酸結(jié)合后生成和甲硫氨酸結(jié)合后生成Met-RNAMet，必，必要時(shí)進(jìn)入核糖體，為延長(zhǎng)中的肽鏈添加甲硫氨酸。要時(shí)進(jìn)入核糖體，為延長(zhǎng)中的肽鏈添加甲硫氨酸。 起始氨基酰起始氨基酰-tRNA: fMet-tRNAfMet 具有起始功能的具有起始功能的tRNAfMet與甲硫氨酸結(jié)合后，甲與甲硫氨酸結(jié)合后，甲硫氨酸很快被甲?；癁榱虬彼岷芸毂患柞；癁镹-甲酰甲硫氨酸（甲酰甲硫氨酸（N-formyl methionine，fMet），于是形
13、成），于是形成N-甲酰甲硫氨酰甲酰甲硫氨酰-tRNA（fMet-tRNAfMet），可以在），可以在mRNA的起始密碼的起始密碼子子AUG處就位，參與形成翻譯起始復(fù)合物。起始密處就位，參與形成翻譯起始復(fù)合物。起始密碼子只能辨認(rèn)碼子只能辨認(rèn)fMet-tRNAfMet。 2. 原核生物原核生物 fMet-tRNAfMet的生成是一碳化合物轉(zhuǎn)移和利的生成是一碳化合物轉(zhuǎn)移和利用的過(guò)程之一，反應(yīng)由轉(zhuǎn)甲?；复呋?，甲酰基用的過(guò)程之一，反應(yīng)由轉(zhuǎn)甲?；复呋?，甲?；鶑膹腘10-甲酰四氫葉酸轉(zhuǎn)移到甲硫氨酸的甲酰四氫葉酸轉(zhuǎn)移到甲硫氨酸的-氨基上。氨基上。 ( (六）氨基酰六）氨基酰-tRNA-tRNA與與mRNA
14、mRNA結(jié)合結(jié)合 氨基酰氨基酰-tRNA分子中分子中tRNA的反密碼子通過(guò)的反密碼子通過(guò)堿基互補(bǔ)而識(shí)別和結(jié)合堿基互補(bǔ)而識(shí)別和結(jié)合mRNA分子上的密碼子，分子上的密碼子，使使tRNA所攜帶的氨基酸準(zhǔn)確地在所攜帶的氨基酸準(zhǔn)確地在mRNA序列上序列上“對(duì)號(hào)入座對(duì)號(hào)入座”，從而使形成肽鏈的氨基酸按，從而使形成肽鏈的氨基酸按mRNA規(guī)定的順序排列起來(lái)，保證了從核酸到規(guī)定的順序排列起來(lái)，保證了從核酸到蛋白質(zhì)的遺傳信息的準(zhǔn)確傳遞。蛋白質(zhì)的遺傳信息的準(zhǔn)確傳遞。四、蛋白質(zhì)生物合成的其他必需物質(zhì)四、蛋白質(zhì)生物合成的其他必需物質(zhì)（一）重要的酶類（一）重要的酶類1. 1. 氨基酰氨基酰-tRNA-tRNA合成酶合成酶
15、(aminoacyl(aminoacyltRNAtRNA synthetase synthetase ): ): 存在于細(xì)胞液中存在于細(xì)胞液中, ,催化氨基酸的活化。催化氨基酸的活化。氨基酰氨基酰tRNAtRNA合成酶的合成酶的3 3個(gè)結(jié)合位點(diǎn)個(gè)結(jié)合位點(diǎn)氨基酸和氨基酸和ATPATP形成形成氨基酰氨基酰腺苷腺苷氨基?；D(zhuǎn)移到氨基?；D(zhuǎn)移到tRNAtRNA上上負(fù)載了氨基酸的負(fù)載了氨基酸的tRNAtRNA氨基酰氨基酰-tRNA合成酶的結(jié)構(gòu)合成酶的結(jié)構(gòu):tRNA氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶ATP動(dòng)力學(xué)校對(duì)化學(xué)校對(duì)氨基酰氨基酰-tRNA合成酶的特性合成酶的特性:（二）蛋白質(zhì)因子（二）蛋白質(zhì)因子1.
16、 起始因子（起始因子（initiation factor，IF）。）。2. 延長(zhǎng)因子（延長(zhǎng)因子（elongation factor，EF）。）。3. 釋放因子（釋放因子（release factor，RF）。）。 參與原核生物翻譯的各種蛋白質(zhì)因子及其生物學(xué)功能參與原核生物翻譯的各種蛋白質(zhì)因子及其生物學(xué)功能 參與真核生物翻譯的各種蛋白質(zhì)因子及其生物學(xué)功能參與真核生物翻譯的各種蛋白質(zhì)因子及其生物學(xué)功能 蛋白質(zhì)生物合成的能源物質(zhì)為蛋白質(zhì)生物合成的能源物質(zhì)為ATP和和GTP。（三）能源物質(zhì)（三）能源物質(zhì)（四）無(wú)機(jī)離子（四）無(wú)機(jī)離子參與蛋白質(zhì)生物合成的無(wú)機(jī)離子有參與蛋白質(zhì)生物合成的無(wú)機(jī)離子有Mg2+、K
17、+ 等。等。整個(gè)過(guò)程可分為整個(gè)過(guò)程可分為 ：肽鏈的生物合成過(guò)程從閱讀框架的肽鏈的生物合成過(guò)程從閱讀框架的5 -AUG開始，按開始，按mRNA模板三聯(lián)體密碼的順序模板三聯(lián)體密碼的順序延長(zhǎng)肽鏈，直至終止密碼子出現(xiàn)。延長(zhǎng)肽鏈，直至終止密碼子出現(xiàn)。 第二節(jié)第二節(jié) 肽鏈的生物合成過(guò)程肽鏈的生物合成過(guò)程肽鏈的生物合成過(guò)程是翻譯的中心環(huán)節(jié)肽鏈的生物合成過(guò)程是翻譯的中心環(huán)節(jié)。 一、原核生物的肽鏈合成過(guò)程一、原核生物的肽鏈合成過(guò)程 指指mRNA和起始氨基酰和起始氨基酰-tRNA分別與核糖體分別與核糖體結(jié)合而形成翻譯起始復(fù)合物的過(guò)程。結(jié)合而形成翻譯起始復(fù)合物的過(guò)程。IF-3IF-11. 核糖體大、小亞基分離核糖體
18、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IF-3IF-1IF-2GTP3. 起始氨基酰起始氨基酰tRNA(fMet-tRNAtRNA(fMet-tRNAfMetfMet ) )結(jié)合到小亞基結(jié)合到小亞基A U G53IF-3IF-1IF-2GTPGDPPi4. 核糖體大亞基結(jié)合，起始復(fù)合物形成核糖體大亞基結(jié)合，起始復(fù)合物形成A U G53IF-3IF-1A U G53IF-2GTPIF-2-GTPGDPPi起始復(fù)合物形成過(guò)程起始復(fù)合物形成過(guò)程1. 進(jìn)位進(jìn)位又稱又稱注冊(cè)注冊(cè)(registration)，是指，是指一個(gè)氨基酰一個(gè)氨基酰-tRNA按照按
19、照mRNA模板的指令進(jìn)模板的指令進(jìn)入并結(jié)合到核糖體入并結(jié)合到核糖體A位位的過(guò)程。的過(guò)程。 進(jìn)位需要延進(jìn)位需要延長(zhǎng)因子長(zhǎng)因子EF-Tu與與EF-Ts參與。參與。 Tu TsGTPGDPA U G53TuTsGTP進(jìn)位的反應(yīng)過(guò)程進(jìn)位的反應(yīng)過(guò)程2. 成肽成肽 成肽是在肽酰轉(zhuǎn)移酶成肽是在肽酰轉(zhuǎn)移酶 (peptidyl transferase )的催化下，核糖體的催化下，核糖體P位上起始位上起始氨基酰氨基酰-tRNA的的N-甲酰甲硫氨?；螂孽＜柞＜琢虬滨；螂孽?tRNA的肽?；D(zhuǎn)移到的肽酰基轉(zhuǎn)移到A位并與位并與A位上氨基酰位上氨基酰-tRNA的的-氨基結(jié)合形成肽鍵的過(guò)程。氨基結(jié)合形成肽鍵的過(guò)程。 成
20、肽的反應(yīng)過(guò)程成肽的反應(yīng)過(guò)程3. 轉(zhuǎn)位轉(zhuǎn)位 轉(zhuǎn)位是在轉(zhuǎn)位酶（轉(zhuǎn)位是在轉(zhuǎn)位酶（translocase）的催化下，）的催化下，核糖體向核糖體向mRNA的的3 -端移動(dòng)一個(gè)密碼子的距離，端移動(dòng)一個(gè)密碼子的距離，使使mRNA序列上的下一個(gè)密碼子進(jìn)入核糖體的序列上的下一個(gè)密碼子進(jìn)入核糖體的A位、位、而占據(jù)而占據(jù)A位的肽酰位的肽酰-tRNA移入移入P位的過(guò)程。位的過(guò)程。 轉(zhuǎn)位需要延長(zhǎng)因子轉(zhuǎn)位需要延長(zhǎng)因子EF-G參與。參與。轉(zhuǎn)位的反應(yīng)過(guò)程轉(zhuǎn)位的反應(yīng)過(guò)程fMetA U G53fMetTuGTP成肽成肽轉(zhuǎn)位轉(zhuǎn)位下一輪進(jìn)位下一輪進(jìn)位進(jìn)進(jìn)位位轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)位位成肽成肽 指核糖體指核糖體A位出現(xiàn)位出現(xiàn)mRNA的終止密碼子后，多的
21、終止密碼子后，多肽鏈合成停止，肽鏈從肽酰肽鏈合成停止，肽鏈從肽酰-tRNA中釋出，中釋出，mRNA及核糖體大、小亞基等分離的過(guò)程。及核糖體大、小亞基等分離的過(guò)程。 終止階段需要釋放因子終止階段需要釋放因子RF-1、 RF-2和和 RF-3參與。參與。 原原核核生生物物肽肽鏈鏈合合成成的的終終止止過(guò)過(guò)程程 U A G53RFCOO-原核生物肽鏈合成的終止過(guò)程原核生物肽鏈合成的終止過(guò)程 二、真核生物的肽鏈合成過(guò)程二、真核生物的肽鏈合成過(guò)程mRNAmRNA與小亞基定位結(jié)合與小亞基定位結(jié)合mRNA eIF-6 GDP+PielF-5ATPADP+PielF4E, elF4G, elF4A, elF4B
22、,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(guò)程復(fù)合物形成過(guò)程真核生物肽鏈合成的延長(zhǎng)過(guò)程與原核生物基真核生物肽鏈合成的延長(zhǎng)過(guò)程與原核生物基本相似，但有不同的反應(yīng)體系和延長(zhǎng)因子。本相似，但有不同的反應(yīng)體系和延長(zhǎng)因子。真核細(xì)胞核糖體沒有真核細(xì)胞核糖體沒有E位，轉(zhuǎn)位時(shí)卸載的位，轉(zhuǎn)位時(shí)卸載的tRNA直接從直接從P位脫落。位脫落。 真核生物翻譯終止過(guò)程與原核生物相似，真核生物翻譯終止過(guò)程與原核生物相似，但只有但只有1個(gè)釋放因子個(gè)釋放因子eRF，可識(shí)別所有終止密碼，可識(shí)別所有終止密碼子，完成原核生物各類子，完成原核生物各類RF的功能。的功能。 原核
23、生物與真核生物肽鏈合成過(guò)程的主要差別 多聚核糖體的形成可以使蛋白質(zhì)生物合成多聚核糖體的形成可以使蛋白質(zhì)生物合成以高速度、高效率進(jìn)行。以高速度、高效率進(jìn)行。 無(wú)論在原核細(xì)胞還是真核細(xì)胞內(nèi)，無(wú)論在原核細(xì)胞還是真核細(xì)胞內(nèi)，1條條mRNA模板鏈都可附著模板鏈都可附著10100個(gè)核糖體，個(gè)核糖體，這些核糖體依次結(jié)合起始密碼子并沿這些核糖體依次結(jié)合起始密碼子并沿53方向讀碼移動(dòng)，同時(shí)進(jìn)行肽鏈合成，這種方向讀碼移動(dòng)，同時(shí)進(jìn)行肽鏈合成，這種mRNA與多個(gè)核糖體形成的聚合物稱為與多個(gè)核糖體形成的聚合物稱為多聚多聚核糖體（核糖體（polysome） 。 電鏡下的多聚核糖體電鏡下的多聚核糖體第三節(jié)第三節(jié) 肽鏈的合成
24、后修飾和蛋白質(zhì)的靶向輸送肽鏈的合成后修飾和蛋白質(zhì)的靶向輸送一、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)。二、一級(jí)結(jié)構(gòu)的修飾。二、一級(jí)結(jié)構(gòu)的修飾。三、空間結(jié)構(gòu)的修飾。三、空間結(jié)構(gòu)的修飾。四、蛋白質(zhì)的靶向輸送。四、蛋白質(zhì)的靶向輸送。本節(jié)內(nèi)容：本節(jié)內(nèi)容：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) 熱休克蛋白熱休克蛋白(heat shock protein, HSP) HSP70、HSP40和和Grp E族族 伴侶蛋白伴侶蛋白(chaperonin) Gro EL和和Gro ES家族家族1. 分子伴侶分子伴侶分子伴侶分子伴侶是細(xì)胞內(nèi)一類可識(shí)別
25、肽鏈的非天是細(xì)胞內(nèi)一類可識(shí)別肽鏈的非天然構(gòu)象、促進(jìn)各功能域和整體蛋白質(zhì)的正確折然構(gòu)象、促進(jìn)各功能域和整體蛋白質(zhì)的正確折疊的保守蛋白質(zhì)。疊的保守蛋白質(zhì)。細(xì)胞內(nèi)分子伴侶主要有熱休細(xì)胞內(nèi)分子伴侶主要有熱休克蛋白、伴侶蛋白等?？说鞍住閭H蛋白等。分子伴侶的功能：分子伴侶的功能： 封閉待折疊蛋白質(zhì)的暴露的疏水區(qū)段；封閉待折疊蛋白質(zhì)的暴露的疏水區(qū)段； 創(chuàng)建一個(gè)隔離的環(huán)境，可以使蛋白質(zhì)的折創(chuàng)建一個(gè)隔離的環(huán)境，可以使蛋白質(zhì)的折 疊互不干擾；疊互不干擾； 促進(jìn)蛋白質(zhì)折疊和去聚集；促進(jìn)蛋白質(zhì)折疊和去聚集； 遇到應(yīng)激刺激，使已折疊的蛋白質(zhì)去折疊。遇到應(yīng)激刺激，使已折疊的蛋白質(zhì)去折疊。 (1) 熱休克蛋白熱休克蛋白(
26、heat shock protein, HSP) 熱休克蛋白屬于應(yīng)激反應(yīng)性蛋白質(zhì)，高熱休克蛋白屬于應(yīng)激反應(yīng)性蛋白質(zhì)，高溫應(yīng)激可誘導(dǎo)該蛋白質(zhì)合成。熱休克蛋白可溫應(yīng)激可誘導(dǎo)該蛋白質(zhì)合成。熱休克蛋白可促進(jìn)需要折疊的多肽折疊為有天然空間構(gòu)象促進(jìn)需要折疊的多肽折疊為有天然空間構(gòu)象的蛋白質(zhì)。的蛋白質(zhì)。 大腸桿菌的大腸桿菌的HSP70 (DnaHSP70 (Dna K) K)ATP酶結(jié)構(gòu)域肽鏈結(jié)合結(jié)構(gòu)域H2NEEVD-COOHGrp E結(jié)合部位DnaJ/HSP40結(jié)合部位大腸桿菌中的大腸桿菌中的HSP70 HSP70 反應(yīng)循環(huán)反應(yīng)循環(huán) (2) (2) 伴侶蛋白伴侶蛋白(chaperonin(chaperon
27、in) ) 伴侶蛋白伴侶蛋白是分子伴侶的另一家族，如大腸是分子伴侶的另一家族，如大腸桿菌的桿菌的Gro EL和和Gro ES（真核細(xì)胞中同源物（真核細(xì)胞中同源物為為HSP60和和HSP10）等家族。主要作用是為非）等家族。主要作用是為非自發(fā)性折疊蛋白質(zhì)提供能折疊形成天然空間構(gòu)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。象的微環(huán)境。 Gro EL是由是由14個(gè)相同的亞基組成的多聚個(gè)相同的亞基組成的多聚體，每體，每7個(gè)亞基圍成一圈，一共兩圈，上下堆個(gè)亞基圍成一圈，一共兩圈，上下堆砌在一起形成桶狀空腔，組成未封閉的復(fù)合體，砌在一起形成桶狀空腔，組成未封閉的復(fù)合體，頂部是空腔的出口。頂部是空腔
28、的出口。 Gro ES是由是由7個(gè)相同的亞基組成的圓頂狀個(gè)相同的亞基組成的圓頂狀蛋白質(zhì)，可與蛋白質(zhì)，可與Gro EL一起形成一起形成Gro EL-Gro ES復(fù)合物。復(fù)合物。 當(dāng)待折疊肽鏈進(jìn)入當(dāng)待折疊肽鏈進(jìn)入Gro EL的桶狀空腔后，的桶狀空腔后，Gro ES可作為可作為“蓋子蓋子”瞬時(shí)封閉瞬時(shí)封閉Gro EL空腔出口。封空腔出口。封閉后的桶狀空腔提供了能完成該肽鏈折疊的微環(huán)境。閉后的桶狀空腔提供了能完成該肽鏈折疊的微環(huán)境。Gro EL-Gro ES反應(yīng)循環(huán)反應(yīng)循環(huán) 2. 2. 蛋白質(zhì)二硫鍵異構(gòu)酶蛋白質(zhì)二硫鍵異構(gòu)酶 多肽鏈內(nèi)或肽鏈之間二硫鍵的正確形成對(duì)穩(wěn)多肽鏈內(nèi)或肽鏈之間二硫鍵的正確形成對(duì)穩(wěn)定
29、分泌型蛋白質(zhì)、膜蛋白質(zhì)等的天然構(gòu)象十分重定分泌型蛋白質(zhì)、膜蛋白質(zhì)等的天然構(gòu)象十分重要，這一過(guò)程主要在細(xì)胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)進(jìn)行。要，這一過(guò)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，可在較二硫鍵異構(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確二大區(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)定的天硫鍵連接，最終使蛋白質(zhì)形成熱力學(xué)最穩(wěn)定的天然構(gòu)象。然構(gòu)象。3. 3. 肽肽- -脯氨酰順反異構(gòu)酶脯氨酰順反異構(gòu)酶 多肽鏈中肽酰多肽鏈中肽酰-脯氨酸間形成的肽鍵有順反兩脯氨酸間形成的肽鍵有順反兩種異構(gòu)體，空間構(gòu)象有明顯差別。種異構(gòu)體，空間構(gòu)象有明顯
30、差別。 肽酰肽酰-脯氨酰順反異構(gòu)酶可促進(jìn)順反兩種異構(gòu)脯氨酰順反異構(gòu)酶可促進(jìn)順反兩種異構(gòu)體之間的轉(zhuǎn)換。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)象形脯氨酰順反異構(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)，可成的限速酶，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。使多肽在各脯氨酸彎折處形成準(zhǔn)確折疊。 二、一級(jí)結(jié)構(gòu)的修飾二、一級(jí)結(jié)構(gòu)的修飾（一）肽鏈末端的修飾（一）肽鏈末端的修飾（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 1糖基化糖基化 2羥基化羥基化 3甲基化甲基化 4磷酸化磷酸化 5親脂性修飾親脂性修飾 （三）多肽鏈的水解修飾（三）多
31、肽鏈的水解修飾 例：鴉片促黑皮素原（例：鴉片促黑皮素原（POMC）的水解修飾）的水解修飾 三、空間結(jié)構(gòu)的修飾三、空間結(jié)構(gòu)的修飾（一）亞基聚合（一）亞基聚合 具有四級(jí)結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)由兩條以上的肽鏈通具有四級(jí)結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)由兩條以上的肽鏈通過(guò)非共價(jià)鍵聚合，形成寡聚體（過(guò)非共價(jià)鍵聚合，形成寡聚體（oligomer）。）。（二）輔基連接（二）輔基連接 結(jié)合蛋白質(zhì)的多肽鏈合成后都需要結(jié)合相應(yīng)結(jié)合蛋白質(zhì)的多肽鏈合成后都需要結(jié)合相應(yīng)輔基，才能成為具有功能活性的天然蛋白質(zhì)。輔基，才能成為具有功能活性的天然蛋白質(zhì)。 四、蛋白質(zhì)的靶向輸送四、蛋白質(zhì)的靶向輸送 蛋白質(zhì)在核糖體上合成后，必須被分選出來(lái)，被蛋白質(zhì)在核糖體上
32、合成后，必須被分選出來(lái)，被定向輸送到一個(gè)合適的部位才能行使各自的生物學(xué)功定向輸送到一個(gè)合適的部位才能行使各自的生物學(xué)功能。蛋白質(zhì)的靶向輸送與翻譯后修飾過(guò)程同步進(jìn)行。能。蛋白質(zhì)的靶向輸送與翻譯后修飾過(guò)程同步進(jìn)行。 蛋白質(zhì)在核糖體上合成后，有三種去向：蛋白質(zhì)在核糖體上合成后，有三種去向： 保留在細(xì)胞液；保留在細(xì)胞液； 進(jìn)入細(xì)胞器或鑲嵌入質(zhì)膜；進(jìn)入細(xì)胞器或鑲嵌入質(zhì)膜； 分泌到細(xì)胞外。分泌到細(xì)胞外。 （一）信號(hào)序列（一）信號(hào)序列 所有被靶向輸送的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)中存在分選信所有被靶向輸送的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)中存在分選信號(hào)，主要是號(hào)，主要是N-末端特異氨基酸序列，可引導(dǎo)蛋白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
33、適當(dāng)靶部位，這類序列稱為質(zhì)轉(zhuǎn)移到細(xì)胞的適當(dāng)靶部位，這類序列稱為信號(hào)信號(hào)序列（序列（signal sequence）。 信號(hào)序列是決定蛋白質(zhì)靶向輸送特性的最重信號(hào)序列是決定蛋白質(zhì)靶向輸送特性的最重要元件，指導(dǎo)蛋白質(zhì)靶向輸送的信息存在于蛋白要元件，指導(dǎo)蛋白質(zhì)靶向輸送的信息存在于蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)中。質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)中。 分泌型蛋白質(zhì)的信號(hào)序列（信號(hào)肽）的結(jié)構(gòu)特征分泌型蛋白質(zhì)的信號(hào)序列（信號(hào)肽）的結(jié)構(gòu)特征 ： N-端含端含1個(gè)或幾個(gè)帶正電荷的堿性氨基酸殘基，個(gè)或幾個(gè)帶正電荷的堿性氨基酸殘基，如賴氨酸、精氨酸；如賴氨酸、精氨酸； 中段為疏水核心區(qū)，主要含疏水氨基酸，如亮中段為疏水核心區(qū)，主要含疏水氨基酸，如
34、亮氨酸、異亮氨酸；氨酸、異亮氨酸； C-端加工區(qū)主要由一些側(cè)鏈較短的氨基酸（如端加工區(qū)主要由一些側(cè)鏈較短的氨基酸（如甘氨酸、丙氨酸、絲氨酸）組成，緊接著是被甘氨酸、丙氨酸、絲氨酸）組成，緊接著是被信號(hào)信號(hào)肽酶（肽酶（signal peptidase）水解的位點(diǎn)水解的位點(diǎn) 。信號(hào)肽的結(jié)構(gòu)特征信號(hào)肽的結(jié)構(gòu)特征核定位序列核定位序列: : 被靶被靶向輸送到細(xì)胞核的蛋白質(zhì)其多肽鏈內(nèi)含有特向輸送到細(xì)胞核的蛋白質(zhì)其多肽鏈內(nèi)含有特異信號(hào)序列，稱為異信號(hào)序列，稱為核定位序列（核定位序列（nuclear localization sequence, NLS）。 NLS為含為含48個(gè)氨基酸殘基的短序列，富含帶個(gè)氨基
35、酸殘基的短序列，富含帶正電荷的賴氨酸和精氨酸，可位于肽鏈的不同部位，正電荷的賴氨酸和精氨酸，可位于肽鏈的不同部位，而不只在肽鏈的而不只在肽鏈的N末端。末端。 不同的不同的NLS間未發(fā)現(xiàn)共有序列；在蛋白質(zhì)進(jìn)核定間未發(fā)現(xiàn)共有序列；在蛋白質(zhì)進(jìn)核定位后，位后，NLS不被切除。不被切除。 （二）分泌型蛋白質(zhì)的靶向輸送（二）分泌型蛋白質(zhì)的靶向輸送1. 信號(hào)肽引導(dǎo)真核分泌型蛋白質(zhì)進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)信號(hào)肽引導(dǎo)真核分泌型蛋白質(zhì)進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng) 2. 2. 真核分泌型蛋白質(zhì)的靶向輸送真核分泌型蛋白質(zhì)的靶向輸送 （三）質(zhì)膜蛋白質(zhì)的靶向輸送（三）質(zhì)膜蛋白質(zhì)的靶向輸送 質(zhì)膜蛋白質(zhì)的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)跨膜機(jī)制與分泌型蛋白質(zhì)膜蛋白質(zhì)的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)跨膜機(jī)制
36、與分泌型蛋白質(zhì)的跨膜機(jī)制相似。但是，質(zhì)膜蛋白質(zhì)的肽鏈并不質(zhì)的跨膜機(jī)制相似。但是，質(zhì)膜蛋白質(zhì)的肽鏈并不完全進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔，而是錨定在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上。完全進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔，而是錨定在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上。 （四）線粒體蛋白質(zhì)的靶向輸送（四）線粒體蛋白質(zhì)的靶向輸送（五）細(xì)胞核蛋白質(zhì)的靶向輸送（五）細(xì)胞核蛋白質(zhì)的靶向輸送第四節(jié)第四節(jié) 蛋白質(zhì)生物合成與醫(yī)學(xué)的關(guān)系蛋白質(zhì)生物合成與醫(yī)學(xué)的關(guān)系很多病毒、抗生素及某些毒素和細(xì)胞因很多病毒、抗生素及某些毒素和細(xì)胞因子通過(guò)阻斷真核或原核生物蛋白質(zhì)合成體系子通過(guò)阻斷真核或原核生物蛋白質(zhì)合成體系中某組分的功能而干擾和抑制蛋白質(zhì)生物合中某組分的功能而干擾和抑制蛋白質(zhì)生物合成過(guò)程。成過(guò)程?？舍?/p>
37、對(duì)蛋白質(zhì)生物合成必需的關(guān)鍵可針對(duì)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)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、原核生物蛋白質(zhì)合成體系的盡量利用真核、原核生物蛋白質(zhì)合成體系的差異，設(shè)計(jì)、篩選僅對(duì)病原微生物特效而不差異，設(shè)計(jì)、篩選僅對(duì)病原微生物特效而不損害人體的藥物。損害人體的藥物。二、抗生素抑制蛋白質(zhì)生物合成步驟二、抗生素抑制蛋白質(zhì)生物合成步驟 抗生素（抗生素（antibiotics）是一類由某些真菌、是一類由某些真菌、細(xì)菌等微生物產(chǎn)生的藥物，有抑制其他微生物生細(xì)菌等微生物產(chǎn)生的藥物，有抑制其他微生物生長(zhǎng)或殺死其他微生物的能力。對(duì)宿主無(wú)毒性的抗長(zhǎng)或殺死其他微生
38、物的能力。對(duì)宿主無(wú)毒性的抗生素可用于預(yù)防和治療人、動(dòng)物和植物的感染性生素可用于預(yù)防和治療人、動(dòng)物和植物的感染性疾病。疾病。常用抗生素的作用原理常用抗生素的作用原理四四環(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三、毒素干擾蛋白質(zhì)生物合成過(guò)程三、毒素干擾蛋白質(zhì)生物合成過(guò)程 是真核細(xì)胞是真核細(xì)胞蛋白質(zhì)合成的抑制劑，它作為一種蛋白質(zhì)合成的抑制劑，它作為一種修飾酶，可使真核生物延長(zhǎng)因子修飾酶，可使真核生物延長(zhǎng)因子eEF-2發(fā)生發(fā)生ADP糖糖基化共價(jià)修飾而失活?；矁r(jià)修飾而失活。 （二）蓖麻毒素（二）蓖麻毒素（ricin） 蓖麻毒素蓖麻毒素是蓖麻籽中所含的植
39、物糖蛋白，由是蓖麻籽中所含的植物糖蛋白，由A A、B B兩條多肽鏈組成，兩鏈間由兩條多肽鏈組成，兩鏈間由1 1個(gè)二硫鍵連接。個(gè)二硫鍵連接。A A鏈可鏈可作用于真核生物核糖體大亞基的作用于真核生物核糖體大亞基的28S rRNA28S rRNA，催化其，催化其中特異腺苷酸發(fā)生脫嘌呤基反應(yīng)，使中特異腺苷酸發(fā)生脫嘌呤基反應(yīng)，使28S rRNA28S rRNA降解降解而致核糖體大亞基失活；而致核糖體大亞基失活；B B鏈對(duì)鏈對(duì)A A鏈發(fā)揮毒性具有重鏈發(fā)揮毒性具有重要的促進(jìn)作用，且要的促進(jìn)作用，且B B鏈上的半乳糖結(jié)合位點(diǎn)也是毒素鏈上的半乳糖結(jié)合位點(diǎn)也是毒素發(fā)揮毒性作用的活性部位。發(fā)揮毒性作用的活性部位。四、干擾素阻斷病毒蛋白質(zhì)合成四、干擾素阻斷病毒蛋白質(zhì)合成 干擾素誘導(dǎo)的蛋白激酶干擾素誘導(dǎo)的蛋白激酶dsRNA（一）（一） 干擾素誘導(dǎo)干擾素誘導(dǎo)eIFeIF2 2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dsRNA干擾素干擾素AAPAPPPP2 5 2 5 5 2 - 5 AAPPPATP2-5 A 合成酶合成酶降解降解mRNARNase LRNase L活化活化答答 案案
生物化學(xué)：13 蛋白質(zhì)的生物合成
