《翻译及翻译后加工》PPT课件.ppt

蛋白质的生物合成蛋白质的生物合成 （翻译）（翻译）Protein Biosynthesis or TranslationDNA复制复制RNA转录转录翻译翻译蛋白质多肽链蛋白质多肽链靶向运输靶向运输折叠折叠遗传信息的传递过程遗传信息的传递过程逆转录逆转录.三种三种RNA:mRNA（messenger RNA,信使信使RNA）rRNA（ribosomal RNA,核蛋白体核蛋白体RNA）tRNA（transfer RNA,转移转移RNA）20种氨基酸种氨基酸(amino acid)作为原料作为原料 酶及众多蛋白因子，如IF、eIF ATP、GTP、无机离子、无机离子一一.生物合成的模板生物合成的模板mRNA（一）原核生物（一）原核生物mRNA的特点的特点原核生物原核生物mRNA的起始密码的起始密码AUG上游上游7个核苷酸以外有一段个核苷酸以外有一段5-UAAGGAGG-3 的保守序列的保守序列称为称为S-D(Shine-Dalgarno Sequence)该序列是核糖体识别结合的位点该序列是核糖体识别结合的位点1.S-D(Shine-Dalgarno)序列序列 2.多顺反子多顺反子(polycistron)顺反子顺反子(cistron)遗传学将编码一个多肽的遗传学将编码一个多肽的mRNA上的遗传单位称为顺反子上的遗传单位称为顺反子5335YAZ乳糖操纵子模型乳糖操纵子模型53mRNA转录转录翻译翻译多顺反子多顺反子ZYAOPDNA 调控区调控区CAP结合位点结合位点启动序列启动序列操纵序列操纵序列 结构基因结构基因Z：-半乳糖苷酶半乳糖苷酶Y：透酶透酶A：乙酰基转移酶：乙酰基转移酶转录转录mRNA多肽链多肽链1多肽链多肽链2多肽链多肽链3乳糖操纵子结构乳糖操纵子结构翻译翻译多顺反子多顺反子（二）真核生物（二）真核生物mRNA的特点的特点起始密码子常处于起始密码子常处于CCACCAUGG序列中，这段保守序列的存在能增加序列中，这段保守序列的存在能增加翻译起始的效率，这段序列称为翻译起始的效率，这段序列称为Kozark序列序列(Marilyn Kozark).Kozark序列序列 (Marilyn Kozark)原核生物原核生物mRNA真核生物真核生物mRNA非翻译区非翻译区核蛋白体结合位点核蛋白体结合位点起始密码子起始密码子终止密码子终止密码子编码序列编码序列PPP53蛋白质蛋白质PPPmG-53蛋白质蛋白质AAA 二、蛋白质生物合成的场所二、蛋白质生物合成的场所场所：核糖体（场所：核糖体（ribosome)结构结构:Mg2+,蛋白质，蛋白质，rRNA（一）（一）核蛋白体（核蛋白体（rRNA）蛋白质蛋白质，蛋白质蛋白质，rRNA蛋白质组成蛋白质组成两个亚单位，称之为大小亚基两个亚单位，称之为大小亚基 完整核糖体完整核糖体 大亚基大亚基 小亚基小亚基原核生物原核生物 70 S 50 S 30 S真核生物真核生物 80 S 60 S 40 S 核糖体的沉降系数核糖体的沉降系数(S)和亚单位和亚单位 不同细胞核蛋白体的组成不同细胞核蛋白体的组成 原核生物原核生物真核生物真核生物 S S核蛋核蛋核蛋核蛋白体白体白体白体小亚基小亚基小亚基小亚基大亚基大亚基大亚基大亚基核核核核蛋蛋蛋蛋白白白白体体体体小亚基小亚基小亚基小亚基大亚基大亚基大亚基大亚基70S70S30S30S50S50S80S80S40S40S60S60SrRNArRNA16S-16S-rRNArRNA5S-rRNA5S-rRNA23S-rRNA23S-rRNA18S-18S-rRNArRNA28S-rRNA28S-rRNA5S-rRNA5S-rRNA5.8S-rRNA5.8S-rRNA蛋白蛋白蛋白蛋白质质质质rpS 21rpS 21种种种种rpL 36rpL 36种种种种rpS 33rpS 33种种种种rpL 49rpL 49种种种种原核生物各组分的功能原核生物各组分的功能:1.大亚基大亚基rRNA具有肽酰基转具有肽酰基转 移酶活性移酶活性,催化肽键的合成催化肽键的合成.2.小小亚基亚基具有具有mRNA上上S-D互补的序列互补的序列,是识是识别结合别结合mRNA 的位点的位点.3.核糖体大核糖体大亚基5SrRNA具有具有 两个保守序列两个保守序列,其中一个与其中一个与tRNA的的 T互补识别序列互补识别序列,另一个与另一个与23SrRNA互补互补 识别序列识别序列,稳定稳定核糖体结构核糖体结构.(二二)核糖体蛋白作用核糖体蛋白作用 1.维系核糖体稳定结构的骨架维系核糖体稳定结构的骨架 2.保护保护rRNA防止被核酸酶降解防止被核酸酶降解.3.与与rRNA构成功能活性区域构成功能活性区域.如如:肽酰基转移酶活性肽酰基转移酶活性 蛋白因子结合位点蛋白因子结合位点 P、A、E氨基酰氨基酰 tRNA结合结合位点位点。mRNA结合位点结合位点核蛋白体与起始核蛋白体与起始fmettRNAfmet的结合的结合三、蛋白质生物合成的机制三、蛋白质生物合成的机制（一）合成元件（一）合成元件 tRNA、rRNA和蛋白因子和蛋白因子1.tRNA tRNA种类：种类：30种种 同工同工tRNA：指携带不同的密码子，但识别：指携带不同的密码子，但识别 相同的氨基酸的一组相同的氨基酸的一组tRNA。2.tRNA与氨基酸的活化与氨基酸的活化：反密码环反密码环氨基酸臂氨基酸臂tRNA的三级结构示意图的三级结构示意图核塘体活性结合位点核塘体活性结合位点（1）氨基酰）氨基酰-tRNA合成酶合成酶 (aminoacyl-tRNA synthetase)2.氨基酸的活化氨基酸的活化活化反应：活化反应：氨基酸氨基酸+tRNA氨基酰氨基酰-tRNAATP AMPPPi氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶活化反应活化反应:形成酯键形成酯键.氨基酰氨基酰-tRNA-tRNA合成酶对底物氨基酸和合成酶对底物氨基酸和tRNAtRNA都都 有高度特异性。通过其活性部位实现的。有高度特异性。通过其活性部位实现的。.氨基酰氨基酰-tRNA-tRNA合成酶具有校正活性，将错配合成酶具有校正活性，将错配 的进行校正。的进行校正。氨基酰氨基酰-tRNA合成酶的特点合成酶的特点（2）活化过程：）活化过程：第一步反应第一步反应氨基酸氨基酸 ATP-E 氨基酰氨基酰-AMP-E AMP PPi 第二步反应第二步反应氨基酰氨基酰-AMP-E tRNA 氨基酰氨基酰-tRNA AMP E（3）活化氨基酸的表示方法：）活化氨基酸的表示方法：氨基酰氨基酰-tRNA的表示方法：的表示方法：Ala-tRNAAla Ser-tRNASerMet-tRNAMet 4蛋白因子蛋白因子3rRNA（）起始因子：（）起始因子：原核生物原核生物IF：IF，IF,IF 真核生物真核生物eIF：eIFeIF,eIF 帽结合蛋白（帽结合蛋白（CBP/eIF)eIF（）延长因子（）延长因子EF：原核生物：原核生物：EF-T，EF-G 真核生物：真核生物：EF-EF-（）释放因子）释放因子 RF：原核生物：原核生物：RF-1，RF-2,RF-3，真核生物：真核生物：eRF 第一节第一节 遗传密码遗传密码 (genetic code)一.遗传密码及密码的破译遗传密码及密码的破译(一一)遗传密码遗传密码(genetic code):指编码蛋白质氨基酸序列基因中的核苷酸体系指编码蛋白质氨基酸序列基因中的核苷酸体系.从从mRNA 5 端起始密码子端起始密码子AUG开始，开始，每三个核苷酸为一组决定肽链中的一种氨每三个核苷酸为一组决定肽链中的一种氨 基酸基酸，称为，称为三联体密码。三联体密码。三联体密码三联体密码 (termination corden):起始密码（起始密码（initiation coden):第一个第一个AUG AUG 意义：编码甲硫氨酸，意义：编码甲硫氨酸，原核生物为甲酰化甲硫氨酸原核生物为甲酰化甲硫氨酸（二）特殊密码：（二）特殊密码：(special coden)UAA、UAG、UGA（赭石）（赭石）（琥珀）（乳白石）（琥珀）（乳白石）终止密码（终止密码（terminatiom coden）（三）密码总数：（三）密码总数：61个编码个编码20种氨基酸种氨基酸 （四）阅读方向：（四）阅读方向：5 3 新生肽链方向新生肽链方向 从从N C 二、遗传密码的特性二、遗传密码的特性（一）连续性（一）连续性(commaless)编码蛋白质氨基酸序列的各个三联体密编码蛋白质氨基酸序列的各个三联体密码码连续阅读连续阅读，密码间既，密码间既无间断无间断也也无交叉。无交叉。mRNA简图简图A U G G G C A A U每三个一组连续阅读每三个一组连续阅读氨基酸氨基酸氨基酸氨基酸氨基酸氨基酸(二二).简并性简并性(degeneracy)遗传密码中，除遗传密码中，除色氨酸色氨酸和和甲硫甲硫氨酸氨酸仅有一个密码子外，其余氨基仅有一个密码子外，其余氨基酸有一个以上密码子。酸有一个以上密码子。目目 录录两种简并性两种简并性第一和第二位碱基简并性第一和第二位碱基简并性 第三位碱基简并性（最常见）第三位碱基简并性（最常见）异亮氨酸密码子异亮氨酸密码子精氨酸密码子精氨酸密码子AUUAUCAUAAGACGACGGAGG密码子家族（密码子家族（coden family)：编码相同氨基酸编码相同氨基酸 的密码子的密码子。例如：例如：GUU GUC GUA GUG 编码缬氨酸编码缬氨酸同义密码子同义密码子：密码子家族成员之间互称同义密密码子家族成员之间互称同义密 码子。码子。转转运运氨氨基基酸酸的的tRNA的的反反密密码码需需要要通通过过碱碱基基互互补补与与mRNA上上的的遗遗传传密密码码反反向向配配对对结结合合，但但反反密密码码第第一一位位与与密密码码子子的的第第三三位位不不严严格格遵遵守守常常见见的的碱碱基基配配对对规规律律，称为摆动配对。称为摆动配对。活化的氨基酸与与密码子结合活化的氨基酸与与密码子结合U A UmRNA35摆动配对摆动配对tRNA反密码子反密码子第第1位碱基位碱基IUGACmRNA密码子密码子第第3位碱基位碱基U,C,AA,GU,CUG结果：一种结果：一种tRNA能与多个一二位相同的三联体密码配对能与多个一二位相同的三联体密码配对（简并密码子）（简并密码子）（四）通用性（四）通用性(universality)蛋白质生物合成的整套密码，从原核生蛋白质生物合成的整套密码，从原核生物到人类都通用物到人类都通用,又称通用遗传密码。又称通用遗传密码。已发现少数例外，如动物细胞的线粒体、已发现少数例外，如动物细胞的线粒体、植物细胞的叶绿体。植物细胞的叶绿体。密码的通用性进一步证明各种生物进化密码的通用性进一步证明各种生物进化自同一祖先。自同一祖先。遗传密码的偏爱性遗传密码的偏爱性（bias or preference)多数氨基酸有一个以上的密码子但多数氨基酸有一个以上的密码子但这些密码子使用的频率各不相同，称这些密码子使用的频率各不相同，称之遗传密码的偏爱性。之遗传密码的偏爱性。密码子使用的频率与细胞内相应的密码子使用的频率与细胞内相应的tRNA含量有关含量有关 线粒体密码线粒体密码（mitochondrial coden)AUA AUG AUC AUU=起始MetAUA AUG=链内部Met密码子UGA=TrpUAA/UAG=GLnAGA/AGG=stop coden三、阅读框架三、阅读框架（reading frame)指指mRNA中一段含有翻译密码的碱基中一段含有翻译密码的碱基序列序列密码阅读从密码阅读从5 3 ，且以三，且以三个核苷酸为一组连续阅读个核苷酸为一组连续阅读阅读框架阅读框架1UUAUGAGCGCUAAAU阅读框架阅读框架2UUAUGAGCGCUAAAULeuStopAlaLeuAsnTyrGluArgStop阅读框架阅读框架3 UUAUGAGCGCUAAAUMetSerAlaLys阅读框架可能存在的形式阅读框架可能存在的形式核糖体选择正确的开放框架核糖体选择正确的开放框架封封闭闭指指mRNA中中从从5 端起始密码子端起始密码子AUG开开始到始到3 端终止密码子端终止密码子之间正确可读序之间正确可读序列列.开放阅读框架开放阅读框架（open reading frame)A U G G G C A A U C C CU A A终止终止密码密码开放阅读框架开放阅读框架（二）合成过程（二）合成过程 起始、延长、终止起始、延长、终止核糖体读码方向核糖体读码方向:53肽链合成方向肽链合成方向:N C1.起始起始：指指mRNA和起始氨基酰和起始氨基酰-tRNA分别与核蛋分别与核蛋白体结合而形成白体结合而形成翻译起始复合物翻译起始复合物.需起始因子（需起始因子（initiation factor,IF)参与参与,并消耗能量并消耗能量GTP(1个）个）原核生物翻译起始复合物原核生物翻译起始复合物(30S)的形成的形成核蛋白体大小亚基分离；核蛋白体大小亚基分离；mRNA在小亚基上定位结合；在小亚基上定位结合；起始起始fMet-fMet-tRNAiMet的结合；的结合；核蛋白体大亚基结合。核蛋白体大亚基结合。起始氨基酸的进位消耗能量起始氨基酸的进位消耗能量GTP（IF-2分解）分解）原核生物合成起始原核生物合成起始IF-1核蛋白体大小亚基分离核蛋白体大小亚基分离目目 录录IF1促促进大小进大小亚基分亚基分离离mRNA在小亚基定位结合在小亚基定位结合IF-3促进mRNA在小亚基定位结合在小亚基定位结合IF-1IF3AUG (1).mRNA位于位于起始密码起始密码上游上游8-13核苷酸部位核苷酸部位,存在存在4-9个核苷酸保守序个核苷酸保守序UAAGGAGG(S-D)（2）原核生物小亚基的）原核生物小亚基的3端存在与之互补序列端存在与之互补序列 AUUCCUCC反向互补配对反向互补配对mRNA定位基础：定位基础：RNA-RNA识别识别 RNA-蛋白质识别蛋白质识别mRNA固定小亚基固定小亚基,使使AUG固定于固定于P位位IF-1IF-2GTP起始氨基酰起始氨基酰tRNA(fMet-tRNAimet)结合到小结合到小亚基亚基A U G53目目 录录反密码子识别反密码子识别P位密码子位密码子,使使起始氨基酰起始氨基酰tRNA(fMet-tRNAimet)结合到小亚基结合到小亚基就位就位.IF-3IF-2GTP起始氨基酰起始氨基酰tRNA(fMet-tRNAimet)三元复合物IF-3IF-1IF-2GTPAUG53目目 录录反密码子识别反密码子识别P位密码子位密码子,使使起始氨基酰起始氨基酰tRNA(fMet-tRNAimet)结合到小亚基结合到小亚基就位就位.IF-3IF-1IF-2GTPGDPPi4.核蛋白体大亚基结合，起始复合物形成核蛋白体大亚基结合，起始复合物形成A U G53目目 录录大亚基结合，大亚基结合，水解水解GTP消耗能量消耗能量,释放起始因子释放起始因子IF-3IF-1A U G53IF-2-GTPIF-2GDPPi目目 录录4.4.核蛋白体大亚基结合。消耗核蛋白体大亚基结合。消耗GTP,GTP,释放各释放各因子因子.1.核蛋白体大小亚基分离；2.起始氨基酰-tRNA与小亚基P位结合；3.mRNA在核蛋白体小亚基准确就位；40S40S60S60S真核生物翻译起始真核生物翻译起始复合物形成过程复合物形成过程40S40S60S60SeIF-2BeIF-2B、eIF-3eIF-3、GDP+Pi各种各种各种各种elFelF释放释放释放释放elF-5ATPADP+PielF4E,elF4G,elF4A,elF4B,PAB帽子结合帽子结合蛋白，蛋白，pollyA结结合蛋白合蛋白mRNAAUGMetMetAUGmetmetPeIF-6 elF-3elF-3MetMet-tRNAiMet-elF-2-GTPMeMet teIF-2BeIF-2B、eIF-3eIF-3、AUG扫描至扫描至kozak序列序列 概概 述述肽链合成合成：指根据mRNA密码序列的指导，按 次 序添加氨基酸从N端向C端延伸肽 链到合成终止的过程。肽链延长在核蛋白体上连续性循环式肽链延长在核蛋白体上连续性循环式进行，每次循环增加一个氨基酸，包括以进行，每次循环增加一个氨基酸，包括以下三步：下三步：核蛋白体循环核蛋白体循环 (ribosomal cycle)：进位进位(entrance)成肽成肽(peptide bondformation)转位转位(translocation.延长因子延长因子(elongation factor,EF)elongation factor,EF)延伸过程所需蛋白因子称为延长因子原核生物：EF-T(EF-Tu,EF-Ts);EF-G原核延长原核延长因子因子生物功能生物功能对应真核对应真核延长因子延长因子EF-Tu促进氨基酰-tRNA进入A位，结合分解GTPEF-1-EF-Ts调节亚基EF-1-EF-G有转位酶活性，促进mRNA-肽酰-tRNA由A位前移到P位，促进卸载tRNA释放EF-2肽链合成的延长因子肽链合成的延长因子 1.1.进位进位指根据指根据mRNA下下一组遗传密码指导，一组遗传密码指导，使相应氨基酰使相应氨基酰-tRNA进入核蛋白体进入核蛋白体A位。位。目目 录录合成过程合成过程延长因子延长因子EF-T催化催化进位（原核生物）进位（原核生物）目目 录录Tu TsGTPGDPA U G53TuTsGTP目目 录录 A位位成肽成肽A位位UAC3CCA C=ONH2-C-H R1P位位AUGmRNA3CCA C=ONH2-C-H R2-H2O C=ONH-C-H R2 C=ONH2-C-H R1N端端延长因子EF-G有转位酶(translocase)活性，可结合并水解1分子GTP，促进核蛋白体向mRNA的3侧移动 。EF-G转位酶活性，消耗转位酶活性，消耗1GTPfMetA U G53fMetTuGTP目目 录录进进位位转转位位成肽成肽真真核核生生物物肽肽链链合合成成的的延延长长过过程程与与原原核核基基本本相相似，但有不同的反应体系和延长因子。似，但有不同的反应体系和延长因子。另另外外，真真核核细细胞胞核核蛋蛋白白体体没没有有E位位，转转位位时时卸载的卸载的tRNA直接从直接从P位脱落。位脱落。（三）真核生物延长过程（三）真核生物延长过程 三、肽链合成的终止三、肽链合成的终止当当mRNA上上终止密码终止密码出现后，多肽链合成出现后，多肽链合成停止，肽链从肽酰停止，肽链从肽酰-tRNA中释出，中释出，mRNA、核、核蛋白体等分离，这些过程称为肽链合成终止。蛋白体等分离，这些过程称为肽链合成终止。需相应的蛋白因子需相应的蛋白因子(释放因子释放因子)参与参与释放因子释放因子(release factor,RF)种类种类:原核生物释放因子：原核生物释放因子：RF-1，RF-2 RF-3 真核生物释放因子：真核生物释放因子：eRF 1.识识别别终终止止密密码码，如如RF-1特特异异识识别别UAA、UAG；而；而RF-2可识别可识别UAA、UGA。需能量需能量GTP,RF-3 GTPase2.诱导转肽酶改变为酯酶活性诱导转肽酶改变为酯酶活性,使肽链从使肽链从 核蛋白体上释放。核蛋白体上释放。释放因子的功能释放因子的功能U A G53RFCOO-目目 录录目目 录录蛋白质合成过程中一条mRNA上附着多个上附着多个核蛋白体形成核蛋白体形成多聚核多聚核蛋白体蛋白体.电镜下的多聚核蛋白体现象电镜下的多聚核蛋白体现象目目 录录mRNA核糖体DNA53 PABCD多聚核蛋白体产生多聚核蛋白体产生四四.蛋白质生物合成的调节蛋白质生物合成的调节（一）阅读框架的漂移、重叠和（一）阅读框架的漂移、重叠和5 AUG 的作用的作用1.基因重叠调节：基因重叠调节：同一DNA序列以不同的框架阅读方式编码不同种类的蛋白质病毒基因组中重叠基因 BA基因重叠基因重叠A蛋白质蛋白质B蛋白质蛋白质转录翻译mRNA53532.5-AUG的作用起始密码起始密码AUG上游的非编码区也有一个或数个上游的非编码区也有一个或数个AUG称称5 AUG,。从非编码区第一个从非编码区第一个5 AUG开始翻译很快就会遇开始翻译很快就会遇到终止密码子到终止密码子,翻译的产物为无活性的短肽翻译的产物为无活性的短肽,减少正常减少正常AUG的翻译启动作用的翻译启动作用,从而抑制正常翻译的频率从而抑制正常翻译的频率.对翻对翻译起始的竞争译起始的竞争.AUGCAAGCCGGU53编码区正常翻译正常翻译5 AUG竞争正常起始密码翻译AUGCAAGCCGGU53AUGAAAAUGAG编码区编码区非编码区（二）翻译错误校正（二）翻译错误校正.tRNA与密码子反向互补配对，以上是遗传信息正确解读的保障.氨基酰-tRNA合成酶对氨基酸与tRNA特异选择性（三）5帽和polyA尾位点的数目，有或无对形成不同类型的翻译产物具有重要的调节意义1.5帽和polyA尾具有保护mRNA维持 其稳定,保证翻译过程的稳定.降钙素基因降钙素基因降钙素35P 12345含有剪含有剪切位点序列切位点序列TTATTTmRNApolyA1 2 3 1 2 3 4 5 polyA降钙素基因相关多肽降钙素基因相关多肽polyA的调节的调节（四）蛋白合成阻断剂（四）蛋白合成阻断剂l.抗生素抗生素(antibiotics)类阻断类阻断剂剂是微生物产生的能够杀灭或抑是微生物产生的能够杀灭或抑制细菌的一类药物。制细菌的一类药物。抗生素类抗生素类抗生素作用点作用原理应用四环素族（金霉素 新霉素、土霉素）链霉素、卡那霉素、新霉素氯霉素、林可霉素红霉素梭链孢酸 放线菌酮嘌呤霉素原核核蛋白体小亚基原核核蛋白体小亚基原核核蛋白体大亚基原核核蛋白体大亚基原核核蛋白体大亚基真核核蛋白体大亚基真核、原核核蛋白体 抑制氨基酰-tRNA与小亚基结合改变构象引起读码错误、抑制起始抑制转肽酶、阻断延长抑制转肽酶、妨碍转位与EFG-GTP结合，抑制肽链延长抑制转肽酶、阻断延长氨基酰-tRNA类似物，进位后引起未成熟肽链脱落抗菌药抗菌药抗菌药抗菌药抗菌药医学研究抗肿瘤药抗生素抑制蛋白质生物合成的原理抗生素抑制蛋白质生物合成的原理 四环素四环素族抑制族抑制氨基酰氨基酰入位入位氯霉素氯霉素链霉素和卡那霉素改变链霉素和卡那霉素改变小亚基构象引起读码错误小亚基构象引起读码错误嘌呤霉素嘌呤霉素放线菌酮抑制转肽酶放线菌酮抑制转肽酶目目 录录与酪氨酰与酪氨酰-tRNA相似相似抗抗生生素素类类与氨基酰与氨基酰 tRNA相似相似核糖体错认核糖体错认为为A位是活位是活化的氨基酸化的氨基酸抗代谢药抗代谢药抗肿瘤化疗的药物抗肿瘤化疗的药物:阻断真核细胞蛋白质的生物合成阻断真核细胞蛋白质的生物合成.故称为抗代谢药故称为抗代谢药.抗肿瘤化疗的药物产生耐药的原因抗肿瘤化疗的药物产生耐药的原因:编码人的多编码人的多重耐药性基因重耐药性基因(multiple drug resistant MDR)表达的结果表达的结果毒素(toxin)干扰素(interferon)白白喉喉毒毒素素+延长因子延长因子延长因子延长因子-2-2（有活性有活性）延长因子延长因子延长因子延长因子-2-2（无活性无活性）ADP糖基化修饰糖基化修饰（二）干扰素：真核细胞感染病毒后能分泌（二）干扰素：真核细胞感染病毒后能分泌一类有抗病毒作用的一类有抗病毒作用的蛋白质蛋白质干扰素的分类：干扰素的分类：白细胞白细胞INF-成纤维细胞成纤维细胞-INF-淋巴细胞淋巴细胞-INF-干扰素诱导的蛋白激酶干扰素诱导的蛋白激酶dsRNA(病病毒毒)ATPeIF2ADPeIF2-P（失活）（失活）Pi磷酸酶磷酸酶降解病毒降解病毒mRNAdsRNA干扰素干扰素AAPAPPPP2 5 2 5 5 2-5 AAPPPATP2-5A合成酶合成酶RNaseLRNaseL活化活化核酸内切酶核酸内切酶第三节第三节.蛋白质的加工和修饰蛋白质的加工和修饰肽链一级结构的修饰肽链一级结构的修饰高级结构修饰高级结构修饰 蛋白质的修饰主要包括蛋白质的修饰主要包括一一.蛋白质翻译后蛋白质翻译后的的加工修饰加工修饰 (化学编辑化学编辑)1.个别氨基酸的化学修饰如;羟基化,磷酸化(丝氨酸,苏氨酸)2.结合蛋白质进行糖基化结合蛋白质进行糖基化,脂酰脂酰 化及辅基的连结化及辅基的连结.(二二).高级结构的修饰高级结构的修饰 亚基的聚合亚基的聚合 （三）蛋白质的糖基化修饰（三）蛋白质的糖基化修饰1.实质实质:一种或多种糖以共价键连接到肽链一种或多种糖以共价键连接到肽链上的蛋白质。上的蛋白质。2.场所场所:内质网和高尔基体内质网和高尔基体。3.连接方式连接方式:N-连接连接：O-连接连接：N-连接连接：O-连接连接：目目 录录糖上羟基参与共价键的形成糖上羟基参与共价键的形成(1)N-(1)N-连接糖蛋白连接糖蛋白定义定义糖蛋白的糖链与蛋白部分的糖蛋白的糖链与蛋白部分的Asn-X-Ser序列序列的的天氡酰胺天氡酰胺氮以共价键连接称氮以共价键连接称N-连接糖蛋白。连接糖蛋白。糖基化位点糖基化位点N-连接糖蛋白中连接糖蛋白中Asn-X-Ser/Thr三个氨基酸三个氨基酸残基的序列子称为糖基化位点。残基的序列子称为糖基化位点。(2).O-连接糖蛋白连接糖蛋白定义定义糖蛋白糖链与蛋白部分的糖蛋白糖链与蛋白部分的丝丝/苏氨酸苏氨酸残基残基的羟基相连，称为的羟基相连，称为O-连接糖蛋白。连接糖蛋白。1.对新生肽链的影响对新生肽链的影响促进肽链的折叠促进肽链的折叠;维持蛋白质的正确的维持蛋白质的正确的空间构象；影响亚基聚合空间构象；影响亚基聚合;是细胞运输和是细胞运输和分拣的分拣的信号。信号。2.保护糖蛋白不受保护糖蛋白不受蛋白酶的水解蛋白酶的水解，延长其半，延长其半 衰期。衰期。3.参与分子的参与分子的识别作用识别作用 4.糖基化修饰作用糖基化修饰作用脱甲酰基酶脱甲酰基酶,氨基肽酶切除氨基肽酶切除N端的端的fMet或或 Met.二二.肽链肽链N端的端的的切除的切除 三三.前体的加工前体的加工最初分泌是无活性的酶原形式最初分泌是无活性的酶原形式,经肽段的经肽段的切除转变有活性的蛋白质切除转变有活性的蛋白质.四四.剪切和剪接剪切和剪接(一一).剪切剪切 已合成的多肽链经翻译后加工切已合成的多肽链经翻译后加工切割后生成多种不同活性的蛋白质割后生成多种不同活性的蛋白质或多肽或多肽.NC信号肽信号肽PMOCKRKR103肽肽(？)ACTH-LT-MSH-MSHEndophin促黑素促黑素脂解释放激素脂解释放激素(二二).剪接剪接 蛋白质前体经多肽的剪辑,剪除剪除某些氨基酸片段,再以一定的顺序连接连接起来最终成为成熟有活性的蛋白质过程.被剪接的无活性的氨基酸序列成为蛋白质的内含子,它是由转座子编码的.也是翻译后的调节形式之一.第四节蛋白质的折叠第四节蛋白质的折叠一蛋白质的正确折叠是其行使功能的基础一蛋白质的正确折叠是其行使功能的基础 与蛋白质折叠相关的分子：与蛋白质折叠相关的分子：分子伴侣分子伴侣(molecular chaperon)二硫键异构酶二硫键异构酶(disulfide isomerase,PDI)谷胱甘肽谷胱甘肽肽脯酰异构酶肽脯酰异构酶(peptide prolyl cis-trans isomerase,PPI)（一）（一）分子伴侣分子伴侣 （chaperon)分子伴侣是细胞一类保守蛋白质，能分子伴侣是细胞一类保守蛋白质，能识别肽链的非天然构象，识别肽链的非天然构象，通过与疏水肽段通过与疏水肽段结合和释放作用（消耗结合和释放作用（消耗ATP),消除蛋白质消除蛋白质不正确的叠折，不正确的叠折，促进各功能域和整体蛋白促进各功能域和整体蛋白质的正确折叠。质的正确折叠。分子伴侣分子伴侣分类分类热休克蛋白热休克蛋白伴侣素伴侣素1.热休克蛋白热休克蛋白(heat shock protein,HSP)常见常见hsp70功能功能:结合尚未离开核糖体的新生肽链或正结合尚未离开核糖体的新生肽链或正在穿膜的肽链在穿膜的肽链,防止肽链疏水段错误聚防止肽链疏水段错误聚集集,有利于有利于 肽链的正确折叠肽链的正确折叠.2.伴侣素伴侣素(chaperonins)Ecoil 包括包括GroEL和和GroES(真核细真核细胞同源物胞同源物HSP60,HSP10)家族，作用家族，作用为为非自发折叠的蛋白质非自发折叠的蛋白质创造折叠的微环创造折叠的微环境境Hsp60:具有桶状结构具有桶状结构伴侣素伴侣素GroEL/GroES系统促进蛋白质折叠过程系统促进蛋白质折叠过程 hsp60hsp60hsp60（二）蛋白二硫键形成（二）蛋白二硫键形成二硫键形成异构酶二硫键形成异构酶 谷胱甘肽谷胱甘肽二硫键异构酶二硫键异构酶 部位部位:内质网内质网二硫键异构酶在内质网腔活性很高二硫键异构酶在内质网腔活性很高,多肽链多肽链内或肽链之间二硫键的正确形成对稳主要在细胞内或肽链之间二硫键的正确形成对稳主要在细胞内质网进行。内质网进行。功能功能:在肽链中催化错配二硫键断裂并形成正确二在肽链中催化错配二硫键断裂并形成正确二硫键连接，最终使蛋白质形成热力学最稳定的天硫键连接，最终使蛋白质形成热力学最稳定的天然构象。然构象。一级结构是蛋白质空间构象和特异生物学一级结构是蛋白质空间构象和特异生物学功能的基础。功能的基础。目目 录录谷胱甘肽谷胱甘肽链内二硫键形成起着重要作用二硫键形成起着重要作用G-SH:还原性谷胱甘肽G-s-s-G:氧化性谷胱甘肽CH2-SHCH2-SHG-SHCH2-S-S-GCH2-SHCH2-SCH2-S+G-s-s-GG-SHG-SH链内链内二硫键形成机制二硫键形成机制（三）（三）.肽肽-脯氨酰顺反异构酶脯氨酰顺反异构酶 多肽链中肽酰多肽链中肽酰-脯氨酸间形成的肽键有顺反两脯氨酸间形成的肽键有顺反两种异构体，空间构象明显差别。种异构体，空间构象明显差别。肽酰肽酰-脯氨酰顺反异构酶可促进上述顺反两种脯氨酰顺反异构酶可促进上述顺反两种异构体之间的转换。异构体之间的转换。肽酰肽酰-脯氨酰顺反异构酶是蛋白质三维构象形脯氨酰顺反异构酶是蛋白质三维构象形成的限速酶，成的限速酶，第五节蛋白质转运第五节蛋白质转运一蛋白质分泌的细胞运输过程一蛋白质分泌的细胞运输过程蛋白质分泌：蛋白质从细胞内释放到细胞外空间的过程分泌过程：细胞质核糖体粗面内质网形成输送小泡高尔基体形成分泌小泡靶部位或泡吐到细胞外部蛋白质合成后需要经过复杂机制，定蛋白质合成后需要经过复杂机制，定向输送到最终发挥生物功能的细胞靶部向输送到最终发挥生物功能的细胞靶部位，这一过程称为蛋白质的靶向输送。位，这一过程称为蛋白质的靶向输送。蛋白质的靶向输送蛋白质的靶向输送(protein targeting)所有靶向输送的蛋白质结构中存在分选信号，主要为N末端特异氨基酸序列，可引导蛋白质转移到细胞的适当靶部位，这一序列称为信号序列。信号序列信号序列(signal sequence)二蛋白质转运理论二蛋白质转运理论真核生物运送蛋白质的方式：信号肽信号肽引导的经内质网运送途径经导肽导肽引导的运送途径翻译转运同步翻译转运同步翻译后转运翻译后转运三三.与与靶向输送相关的分子 -分子伴侣（分子伴侣（chaperon)分子伴侣是细胞一类保守蛋白质，能分子伴侣是细胞一类保守蛋白质，能识别肽链的非天然构象，识别肽链的非天然构象，通过与疏水通过与疏水肽段结合和释放作用（消耗肽段结合和释放作用（消耗ATP),消消除蛋白质不正确的叠折，除蛋白质不正确的叠折，促进各功能促进各功能域和整体蛋白质的正确折叠。域和整体蛋白质的正确折叠。热休克蛋白热休克蛋白(heat shock protein,HSP)常见常见hsp70 hsp60功能功能:结合尚未离开核糖体的新生肽链或正结合尚未离开核糖体的新生肽链或正 在穿膜的肽链在穿膜的肽链,防止肽链疏水段错误防止肽链疏水段错误 聚集聚集,有利于肽链的正确折叠有利于肽链的正确折叠.六六.蛋白蛋白的靶向输送过程靶向输送过程(一一).分泌蛋白的靶向输送分泌蛋白的靶向输送真核细胞真核细胞分泌蛋白分泌蛋白前体合成后靶前体合成后靶向输送过程：向输送过程：细胞质核糖体粗面内质网形成输送小泡高尔基体形成分泌小泡泡吐到细胞外部 1.信号肽信号肽(signal peptide)各种新生分泌蛋白的各种新生分泌蛋白的N端保守端保守的氨基酸序列称信号肽。的氨基酸序列称信号肽。多数信号肽位于肽链信号肽位于肽链N端，也有端，也有位于位于中部的。位于位于中部的。靶向输送蛋白信号序列或成分分泌蛋白信号肽内质网腔蛋白信号肽，C端-Lys-Asp-Glu-Leu-COO-(KDEL序列)线粒体蛋白N端靶向序列（2035氨基酸残基）核蛋白核定位序列（-Pro-Pro-Lys-Lys-Lys-Arg-Lys-Val-，SV40 T抗原）过氧化体蛋白-Ser-Lys-Leu-（PST序列）溶酶体蛋白Man-6-P（甘露糖-6-磷酸）靶向输送蛋白的信号序列或成分靶向输送蛋白的信号序列或成分 导肽导肽导肽导肽 10-15-螺旋螺旋 2.分泌性蛋白信号肽的作用分泌性蛋白信号肽的作用(function of signal peptide)将肽链引向并跨过内质网膜将肽链引向并跨过内质网膜.这个过这个过程需要程需要信号肽识别颗粒信号肽识别颗粒(signal recongnition particle SPR)及及受体受体协助协助.信号肽引导真核分泌蛋白进入内质网信号肽引导真核分泌蛋白进入内质网 目目 录录蛋白转运因子蛋白转运因子hsp70信号肽引导真核分泌蛋白进入内质网信号肽引导真核分泌蛋白进入内质网 信号肽靶向引导肽链进入线粒体信号肽靶向引导肽链进入线粒体(二二).导肽理论导肽理论 线粒体线粒体,叶绿体等细胞器的膜蛋白是叶绿体等细胞器的膜蛋白是由由导肽牵引和定位的导肽牵引和定位的.是肽链先合成后再分选是肽链先合成后再分选和运输的和运输的.(1).碱性氨基酸含量丰富,分散于不带 电荷的氨基酸中.(2).缺失带有负电的酸性氨基酸残基.(3).有形成两性-螺旋的能力1.导肽特征导肽特征:目目 录录导肽导肽Hsp60替换替换Hsp70(三三)细胞核蛋白的靶向输送细胞核蛋白的靶向输送目目 录录肽链转肽链转位，输位，输入因子入因子解聚解聚4-8氨基酸氨基酸GTPase1.核定位序列不一定位于核定位序列不一定位于N端端.2.蛋白质定位后核定位序列不被切除蛋白质定位后核定位序列不被切除.3.需要需要核输入因子核输入因子协助，它是核定位信号的协助，它是核定位信号的 受体受体，具有，具有GTPase酶活性（又称酶活性（又称Ran蛋白）蛋白）细胞核蛋白的靶向输送细胞核蛋白的靶向输送特点特点：功能蛋白质的研究进展功能蛋白质的研究进展一蛋白质工程的概念和技术路线一蛋白质工程的概念和技术路线蛋白质工程蛋白质工程：1981年年,美国基因公司美国基因公司Ulmer提出提出,是指通过是指通过对蛋白质化学对蛋白质化学,蛋白质晶体学和动力学的研究蛋白质晶体学和动力学的研究获取关于蛋白质理化等各方面的信息获取关于蛋白质理化等各方面的信息,在此基在此基础上对编码该蛋白的基因进行有目的设计改础上对编码该蛋白的基因进行有目的设计改造造,并通过基因工程等手段将其进行表达和分并通过基因工程等手段将其进行表达和分离纯化离纯化,最终将投入使用最终将投入使用.蛋白质工程基本步骤分离纯化目的蛋白分离纯化目的蛋白对目的蛋白进行氨基酸测序对目的蛋白进行氨基酸测序,晶体衍晶体衍射射,核磁共振进行分析核磁共振进行分析,获得结构和获得结构和功能的数据功能的数据.设计寡核苷酸引设计寡核苷酸引物物将改造的基因片段插入适当的表达载体,并加以表达从基因文库中筛选的获得从基因文库中筛选的获得编码该蛋白基因序列编码该蛋白基因序列设计改造方案并对基因序列进行改造设计改造方案并对基因序列进行改造对表达产物进行功能测定分离纯化表达产物（一）蛋白质工程研究的一般规律（一）蛋白质工程研究的一般规律(二)蛋白质工程和基因突变对蛋白质的改造水平:蛋白质水平 基因水平指对生产出的蛋白质进行加工和修饰,如磷酸化,糖基化等.缺点:反应条