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第九章第九章 蛋白质的生物合成蛋白质的生物合成本章教学目的和要求：本章教学目的和要求：掌握蛋白质的生物合成过程以及合成体系掌握蛋白质的生物合成过程以及合成体系中的重要组分，了解蛋白质合成后的加工中的重要组分，了解蛋白质合成后的加工和运送特点。和运送特点。重点、难点：重点、难点：蛋白质的生物合成过程。蛋白质的生物合成过程。目 录第一节第一节 蛋白质合成体系蛋白质合成体系第二节第二节 蛋白质合成过蛋白质合成过程程第三节第三节 蛋白质定位蛋白质定位（自学自学）中心法则中心法则蛋白质生物合成蛋白质生物合成:是指是指mRNAmRNA分子上分子上4 4种核苷酸种核苷酸的遗传信息，变成蛋白质的遗传信息，变成蛋白质多肽链多肽链的的2020种氨基种氨基酸排列顺序的过程，酸排列顺序的过程，类似一种语言翻译成另类似一种语言翻译成另一种语言时的情形，所以也称为一种语言时的情形，所以也称为翻译翻译。遗遗传传信信息息流流动动示示意意图图核糖体核糖体DNAmRNAtRNADNAmRNA核糖体核糖体tRNA第一节 蛋白质合成体系 蛋白质合成体系的组分蛋白质合成体系的组分 蛋蛋白白质质的的合合成成是是一一个个十十分分复复杂杂的的过过程程，蛋蛋白白质质的的合合成成要要求求100100多多种种大大分分子子物物质质参参与与和和相相互互协协作作，这这些些大大分分子子物物质质包包括括mRNAmRNA、tRNAtRNA、核糖体、多种活化酶及各种蛋白质因子。核糖体、多种活化酶及各种蛋白质因子。蛋白质的合成不只是氨基酸之间形成肽键的蛋白质的合成不只是氨基酸之间形成肽键的问题，更重要的在于安排氨基酸的排列顺序，以问题，更重要的在于安排氨基酸的排列顺序，以形成千差万别的蛋白质。形成千差万别的蛋白质。2020种氨基酸（种氨基酸（AAAA）作为原料作为原料 酶及众多蛋白因子酶及众多蛋白因子，如如IFIF、eIFeIF ATPATP、GTPGTP、无机离子无机离子参与蛋白质生物合成的物质包括：参与蛋白质生物合成的物质包括：l 三种三种RNARNAmRNAmRNA（messenger RNA,messenger RNA,信使信使RNARNA）rRNArRNA（ribosomal RNA,ribosomal RNA,核蛋白体核蛋白体RNARNA）tRNAtRNA（transfer RNA,transfer RNA,转移转移RNARNA）合成方向：合成方向：NCNC端端 在蛋白质合成中，在蛋白质合成中，tRNA 按按mRNA 模板的模板的要求将相应的氨基酸搬运到蛋白质合成的场所要求将相应的氨基酸搬运到蛋白质合成的场所-核糖体核糖体(ribosome)上，所以把核糖体称上，所以把核糖体称作蛋白质合成的工厂，氨基酸之间以肽键连接，作蛋白质合成的工厂，氨基酸之间以肽键连接，生成具有一定排列顺序的蛋白质。生成具有一定排列顺序的蛋白质。蛋白质合成的原料是氨基酸，反应所需能量蛋白质合成的原料是氨基酸，反应所需能量由由ATP和和GTP 提供。提供。mRNA (messenger RNA)是是蛋白质生物合成过程蛋白质生物合成过程中直接指令氨基酸掺入的模板，是遗传信息的载体。中直接指令氨基酸掺入的模板，是遗传信息的载体。一、一、一、一、m R N Am R N A原核生物原核生物和和真核生物真核生物mRNA的比较的比较 遗传学将编码一个多肽的遗传单位称为遗传学将编码一个多肽的遗传单位称为顺反子顺反子(cistron)。原核生物的一段原核生物的一段mRNA常常编码几种功能相关的蛋常常编码几种功能相关的蛋白质，这种白质，这种mRNA被称为被称为多顺反子多顺反子（poly cistron）。真核生物的一段真核生物的一段mRNA常常只能编码一条多肽链，常常只能编码一条多肽链，这种这种mRNA被称为被称为单顺反子单顺反子（single cistron）。）。多顺多顺反子反子单顺单顺反子反子真核生物真核生物原核生物原核生物非编码序列遗遗 传传 密密 码码 遗遗传传密密码码:mRNAmRNA中中的的核核苷苷酸酸序序列列与与蛋蛋白白质质中中氨基酸序列之间的对应关系称为氨基酸序列之间的对应关系称为遗传密码遗传密码。密密码码子子(codoncodon)：mRNAmRNA上上每每3 3个个相相邻邻的的核核苷苷酸酸编编码码蛋蛋白白质质多多肽肽链链中中的的1 1个个氨氨基基酸酸，这这3 3个个核核苷酸就称为苷酸就称为1 1个个密码子密码子或三联体密码。或三联体密码。mRNAmRNA及遗传密码及遗传密码1mRNA作为蛋白质生物合成的作为蛋白质生物合成的直接模板直接模板。2mRNA分子中分子中核苷酸顺序核苷酸顺序与蛋白质分子中与蛋白质分子中氨基酸排列顺序氨基酸排列顺序通过遗传密码相沟通。通过遗传密码相沟通。3每三个核苷酸组成一个密码子每三个核苷酸组成一个密码子，四种碱基四种碱基可组成可组成64种密码子，代表种密码子，代表20种氨基酸，种氨基酸，AUG既既是起始密码，同时也是是起始密码，同时也是蛋氨酸蛋氨酸密码子密码子;UAA、UAG、UGA作为作为终止密码终止密码。遗传密码字典遗传密码字典UACGUCAGUCAG第二位第二位 第一位第一位（5）第三位第三位（3）UCAGUCAGUCAG(1)(1)连续性和方向性连续性和方向性:两个密码子之间无任何核两个密码子之间无任何核苷酸加以隔开和重叠，如插入苷酸加以隔开和重叠，如插入/删除碱基，可删除碱基，可发生移码突变发生移码突变.方向方向5 53遗传密码的特点遗传密码的特点5.UACGGACAUCUG.35.UACCGGACAUCUG.3酪酪甘甘组组蛋蛋酪酪精精苏苏半胱半胱5.UACGACAUCUG.3酪酪天天异亮异亮插入插入缺失缺失(2)简并性简并性:是指大多数氨基酸都可以具有几组不是指大多数氨基酸都可以具有几组不同的密码子。如同的密码子。如UUA、UUG、CUU、CUC、CUA、CUG 六组密码子都编码六组密码子都编码亮氨酸亮氨酸。编码同一编码同一个氨基酸的一组密码称为个氨基酸的一组密码称为同义密码子同义密码子。只有色氨只有色氨酸和甲硫氨酸仅有一个密码子。酸和甲硫氨酸仅有一个密码子。遗传密码的简并性遗传密码的简并性（3 3）密码子的通用性和例外密码子的通用性和例外 密码子的密码子的通用性通用性是指生物细胞共同使用是指生物细胞共同使用同一套同一套遗传密码字典。只有在一些线粒体中使用的遗传密遗传密码字典。只有在一些线粒体中使用的遗传密码与通用密码有所区别。如人线粒体中码与通用密码有所区别。如人线粒体中UGAUGA不再是不再是终止密码子，而编码终止密码子，而编码色氨酸色氨酸。所以说遗传密码基本通用，但非绝对通用。所以说遗传密码基本通用，但非绝对通用。（4 4）起始密码子和终止密码子起始密码子和终止密码子 在在6464个个密密码码子子中中，有有3 3个个密密码码子子不不编编码码任任何何氨氨基基酸酸，从从而而成成为为肽肽链链合合成成的的终终止止信信号号，称称为为终终止止密密码码子子或或无无义义密密码码子子，它它们们是是UAAUAA、UAGUAG、UGAUGA。其其余余的的6161个个密密码码子子均均编编码码不不同同的的氨氨基基酸酸，其其中中AUGAUG既既是是MetMet的的密密码码子子，又又是是肽肽链链合合成成的的起起始始信信号号，称称为为起起始始密密码码子子。但但细细菌菌例例外外，在在细菌中细菌中GUG表示起始的甲酰蛋氨酸表示起始的甲酰蛋氨酸（5 5）密码子的摆动性（变偶性）密码子的摆动性（变偶性）密密码码子子的的专专一一性性主主要要是是由由前前两两位位的的碱碱基基决决定定，而而第第三三位碱基有较大的灵活性。位碱基有较大的灵活性。二、二、tRNAtRNA 在蛋白质合成中，在蛋白质合成中，tRNA 是搬运是搬运活性氨基酸活性氨基酸的工具。它将氨基酸按照的工具。它将氨基酸按照mRNA 链上的密码子链上的密码子所决定的氨基酸顺序搬运到蛋白质合成的场所所决定的氨基酸顺序搬运到蛋白质合成的场所-核糖体核糖体的特定部位。的特定部位。tRNA的二级结构示意图的二级结构示意图tRNA的三级结构示意图的三级结构示意图1 1、33端端CCACCA上氨基酸接受位点上氨基酸接受位点2 2、识别氨酰、识别氨酰tRNAtRNA合成酶合成酶 的位点（的位点（DHUDHU、反密码环氨、反密码环氨基酸臂基酸臂）3 3、核糖体识别位点、核糖体识别位点(T(TC)C)4 4、反密码子位点、反密码子位点 在在tRNAtRNA 链链上有三个特定的碱基，组成一上有三个特定的碱基，组成一个反密码子，反密码子与密码个反密码子，反密码子与密码子的方向相反。子的方向相反。由于密码的简并性，绝大多数氨基酸需要一由于密码的简并性，绝大多数氨基酸需要一种以上的种以上的tRNA作为转运工具。运输同一种氨基作为转运工具。运输同一种氨基酸的不同酸的不同tRNA称为同工受体称为同工受体tRNA。蛋氨酸有两种蛋氨酸有两种tRNA：tRNAffmet只与起始密码子结合只与起始密码子结合tRNAmmet负责把负责把MET运到肽链中间运到肽链中间真核生物起始真核生物起始tRNA表示为：表示为：tRNAimet用于肽链延伸的表示为：用于肽链延伸的表示为：tRNAmet1.1.被特定的氨酰被特定的氨酰-tRNAtRNA合成酶所识别。合成酶所识别。2.2.识别识别mRNAmRNA链上的密码子，这是因为链上的密码子，这是因为tRNAtRNA上有上有3 3个个特定碱基组成的一个反密码子与特定碱基组成的一个反密码子与mRNAmRNA链上的密链上的密码子配对，保证氨基酸按码子配对，保证氨基酸按mRNAmRNA的碱基顺序入号的碱基顺序入号3.3.tRNAtRNA将多肽链联结在核糖体上。将多肽链联结在核糖体上。tRNA的功能的功能 三、三、核糖体核糖体核糖体是合成蛋白质的场所。核糖体是合成蛋白质的场所。19551955年，年，年，年，Paul Paul ZamecnikZamecnik通过实验确认核糖体是通过实验确认核糖体是通过实验确认核糖体是通过实验确认核糖体是蛋白合成的场所。他将放射性同位素标记的氨基酸注蛋白合成的场所。他将放射性同位素标记的氨基酸注蛋白合成的场所。他将放射性同位素标记的氨基酸注蛋白合成的场所。他将放射性同位素标记的氨基酸注射到小鼠体内，经短时间后取出肝脏，制成匀浆，离射到小鼠体内，经短时间后取出肝脏，制成匀浆，离射到小鼠体内，经短时间后取出肝脏，制成匀浆，离射到小鼠体内，经短时间后取出肝脏，制成匀浆，离心后分成细胞核、线粒体、微粒体和可溶部分。发现心后分成细胞核、线粒体、微粒体和可溶部分。发现心后分成细胞核、线粒体、微粒体和可溶部分。发现心后分成细胞核、线粒体、微粒体和可溶部分。发现微粒体中的放射性强度最高，若将微粒体部分进一步微粒体中的放射性强度最高，若将微粒体部分进一步微粒体中的放射性强度最高，若将微粒体部分进一步微粒体中的放射性强度最高，若将微粒体部分进一步分级分离，可在核糖体中大量回收到所掺入的放射性，分级分离，可在核糖体中大量回收到所掺入的放射性，分级分离，可在核糖体中大量回收到所掺入的放射性，分级分离，可在核糖体中大量回收到所掺入的放射性，这说明这说明这说明这说明核糖体是合成蛋白质的部位。核糖体是合成蛋白质的部位。核糖体是合成蛋白质的部位。核糖体是合成蛋白质的部位。1.1.核糖体的存在部位核糖体的存在部位核糖体核糖体是由是由rRNA（ribosomal ribonucleic asid）和多种蛋白质结合而成的一种大的核和多种蛋白质结合而成的一种大的核糖核蛋白颗粒，糖核蛋白颗粒，蛋白质肽键蛋白质肽键的合成就是在的合成就是在这种核糖体上进行的。这种核糖体上进行的。每个细菌细胞内平均约有每个细菌细胞内平均约有2000个核糖体，个核糖体，每个真核细胞内大约含每个真核细胞内大约含106-107个核糖体个核糖体线粒体和叶绿体也有自己的核糖体线粒体和叶绿体也有自己的核糖体 真核生物的核糖体一部分在细胞质中呈游真核生物的核糖体一部分在细胞质中呈游离状态，离状态，参与细胞固有蛋白质的合成参与细胞固有蛋白质的合成。另一另一部分与内质网结合，形成粗糙内质网。此外部分与内质网结合，形成粗糙内质网。此外在其线粒体和叶绿体中也有核糖体。在其线粒体和叶绿体中也有核糖体。原核生物的核糖体存在于细胞质中；原核生物的核糖体存在于细胞质中；功能：功能：核糖体核糖体相当于装配机，大亚基有转相当于装配机，大亚基有转肽酶活性，促进氨基酸合成肽肽酶活性，促进氨基酸合成肽核糖体的组成核糖体的组成原核生物核原核生物核原核生物核原核生物核糖体的组成糖体的组成糖体的组成糖体的组成原核生物核糖体结构示意图原核生物核糖体结构示意图核糖体核糖体rRNArRNA蛋白质蛋白质原核生物原核生物70S70S30S30S16S16S2121种种50S50S23S23S、5S5S3434种种真核生物真核生物80S80S40S40S18S18S30-3230-32种种60S60S28S28S、5S5S、5.8S5.8S36-5036-50种种核核蛋蛋白白体体的的组组成成mRNAmRNA结合部位：结合部位：小亚基由头部、基部和平台组成，平台和头部小亚基由头部、基部和平台组成，平台和头部之间有一个裂缝。大亚基有一个柄、一个中央凸之间有一个裂缝。大亚基有一个柄、一个中央凸出部和一个脊；大小亚基之间存在一条细沟，用出部和一个脊；大小亚基之间存在一条细沟，用于接纳于接纳mRNAmRNA；此外，小亚基的此外，小亚基的16SrRNA16SrRNA可以与可以与mRNAmRNA相互作用，从而参与相互作用，从而参与mRNAmRNA与核糖体的结合。与核糖体的结合。3.3.核糖体上的活性部位核糖体上的活性部位(1)(1)结合部位结合部位与与tRNAtRNA结合部位：有结合部位：有2 2个个 氨酰基部位（氨酰基部位（A A位位）新参入的氨酰新参入的氨酰tRNAtRNA的结的结合部位；合部位；肽基部位肽基部位 （P P位位）正在延长的多肽基正在延长的多肽基tRNAtRNA的结合部位；的结合部位；tRNAtRNA的这两个结合位点在核糖体上紧挨在的这两个结合位点在核糖体上紧挨在一起，各占据一个密码子的空间。有一小部分一起，各占据一个密码子的空间。有一小部分在在30S30S亚基内，大部分在亚基内，大部分在50S50S亚基内。亚基内。原核生物翻译过程中核蛋白体结构模式原核生物翻译过程中核蛋白体结构模式:A位：氨基酰位位：氨基酰位(aminoacyl site)P位：肽酰位位：肽酰位(peptidyl site)催化肽键形成的部位：催化肽键形成的部位：称为肽基转移酶，又叫转肽酶。位于大亚称为肽基转移酶，又叫转肽酶。位于大亚基上。基上。19921992年发现该活性是由年发现该活性是由23S 23S rRNArRNA提供的。提供的。(2)(2)催化部位催化部位催化催化GTPGTP水解的部位：水解的部位：位于大亚基上，在核糖体移位期间将位于大亚基上，在核糖体移位期间将GTPGTP水解水解成成GDPGDP和和PiPi。多核糖体多核糖体一一mRNAmRNA上同时结合多个核蛋白体进行蛋白质多肽链合成，上同时结合多个核蛋白体进行蛋白质多肽链合成，每个核糖体独立完成一条多肽链的合成。每个核糖体独立完成一条多肽链的合成。电镜下的多聚核蛋白体现象电镜下的多聚核蛋白体现象游离核糖体及核糖体亚基：游离核糖体及核糖体亚基：以单体形式存在的非功能性核糖体。以单体形式存在的非功能性核糖体。是处于储备状态的核糖体。是处于储备状态的核糖体。核糖体亚基是从核糖体亚基是从mRNA释放的。释放的。核糖体循环：核糖体在三种状态（多核糖体、核糖体循环：核糖体在三种状态（多核糖体、游离核糖体、核糖体亚基）之间的转换。游离核糖体、核糖体亚基）之间的转换。四、辅助四、辅助因子因子 在蛋白质合成体系中，还有溶解在胞质中的在蛋白质合成体系中，还有溶解在胞质中的蛋白质，在蛋白质合成的不同阶段起作用，分别蛋白质，在蛋白质合成的不同阶段起作用，分别有：有：蛋白质因子蛋白质因子蛋白质因子蛋白质因子其它因子其它因子第二节第二节 蛋白质的生物合成过程蛋白质的生物合成过程氨基酸的氨基酸的活化活化多肽链合成的多肽链合成的起始起始肽链的肽链的延长延长肽链合成肽链合成终止与释放终止与释放（以原核为例）（以原核为例）翻译后加工翻译后加工一、氨基酸的活化一、氨基酸的活化 游离氨基酸掺入多肽链以前必须活化即氨游离氨基酸掺入多肽链以前必须活化即氨基酸与特异基酸与特异tRNA形成氨酰形成氨酰-tRNA。1.1.氨酰氨酰-tRNAtRNA的形成的形成 氨基酸的活化是指氨基酸与氨基酸的活化是指氨基酸与tRNA相连，形相连，形成氨酰成氨酰-tRNA的过程。的过程。氨基酸的活化在氨基酸的活化在细胞溶胶细胞溶胶中进行。反应由中进行。反应由氨酰氨酰-tRNA合成酶合成酶（又称氨基酸活化酶）催化。（又称氨基酸活化酶）催化。分三步：分三步：1 1、形成酶、形成酶-氨基酸氨基酸-ATP-ATP 复合物复合物氨基酸氨基酸+ATP+ATP+酶酶 氨基酸氨基酸ATP ATP 酶酶2 2、形成酶、形成酶-氨基酸氨基酸-AMP-AMP 复合物复合物AA.ATPAA.ATP酶酶 氨基酸氨基酸.AMP.AMP酶酶+PPiPPi3 3、形成氨酰、形成氨酰-tRNAtRNAAA.AMPAA.AMP酶酶+tRNAtRNA氨酰氨酰tRNA+AMPtRNA+AMP+酶酶氨酰氨酰-tRNAtRNA合成酶：合成酶：1.1.此酶具有较高专一性。每种氨基酸都有专此酶具有较高专一性。每种氨基酸都有专一的酶，只作用于一的酶，只作用于L-L-氨基酸，形成氨酰氨基酸，形成氨酰-tRNAtRNA，对，对D-D-氨基酸不起作用。氨基酸不起作用。2.2.对对tRNAtRNA具有极高专一性。具有极高专一性。3.3.此酶具有校对功能。氨酰此酶具有校对功能。氨酰-tRNAtRNA合成酶的合成酶的水解部位可以水解错误活化的氨基酸。水解部位可以水解错误活化的氨基酸。4.4.活化一个氨基酸消耗活化一个氨基酸消耗2 2分子分子ATPATP。5.5.AAAA的活化部分是羧基。的活化部分是羧基。在氨酰在氨酰tRNAtRNA 中中氨基酸的羧基通过高能酯键连接在氨基酸的羧基通过高能酯键连接在tRNA3tRNA3端端CCA CCA 腺苷酸残基腺苷酸残基33或或22羟基上；羟基上；一旦酰基化后，便可在一旦酰基化后，便可在33或或22位间转移，位间转移，在转肽时，可能只有在在转肽时，可能只有在33羟基上时才有活羟基上时才有活力。力。6.6.第三步反应专一性很高，前面形成不正确第三步反应专一性很高，前面形成不正确的中间络合物，可以在此步被催化水解。的中间络合物，可以在此步被催化水解。二、肽链合成的起始二、肽链合成的起始蛋白质合成的起始涉及核糖体亚基和起始蛋白质合成的起始涉及核糖体亚基和起始氨酰氨酰tRNAtRNA在起始因子的参与下识别在起始因子的参与下识别mRNAmRNA上上的起始信号，并组装成起始复合物。的起始信号，并组装成起始复合物。1 1）识别识别mRNA的起始密码子为的起始密码子为AUG，而，而AUG对应的氨基酸为对应的氨基酸为Met。2 2）有两种甲硫氨酸专一性的有两种甲硫氨酸专一性的tRNA：a.tRNAfmet只与起始密码子结合只与起始密码子结合b.tRNAmmet只与肽链内部的只与肽链内部的AUG有关有关(一一)起始密码子起始密码子(起始信号起始信号)的识别的识别 蛋白质合成的起始过程很复杂，多肽的合成蛋白质合成的起始过程很复杂，多肽的合成并不是从并不是从mRNA 的的5-端第一个核苷酸开始的。端第一个核苷酸开始的。被转译的头一个密码子被转译的头一个密码子(AUG)往往位于往往位于5-端的端的第第25 个核苷酸个核苷酸以后。以后。在距离起始密码子在距离起始密码子10个核苷酸处往往有一段个核苷酸处往往有一段富含嘌呤的序列（富含嘌呤的序列（SD序列），序列），与与16SrRNA3端端核苷酸序列的碱基互补。核苷酸序列的碱基互补。S-D序列：序列：在原核生物在原核生物mRNA起始密码起始密码AUG上上游，存在游，存在49个富含嘌呤碱的一致性序列，个富含嘌呤碱的一致性序列，如如-AGGAGG-，称为，称为S-D序列。又称为序列。又称为核蛋白体结合位点（核蛋白体结合位点（ribosomal binding site，RBS)是指是指mRNAmRNA和起始氨基酰和起始氨基酰tRNAtRNA分别与核分别与核蛋白体结合而形成翻译起始复合物的过程。蛋白体结合而形成翻译起始复合物的过程。(二二)起始复合物的形成起始复合物的形成 现已清楚，原核细胞中多肽的合成都自现已清楚，原核细胞中多肽的合成都自甲硫氨甲硫氨酸酸开始，但并不是以甲硫氨酸开始，但并不是以甲硫氨酸-tRNA 作起始物，作起始物，而是以而是以N-甲酰甲硫氨酸甲酰甲硫氨酸-tRNA（缩写（缩写fMet-tRNAf）的形式起始。即一种特殊的的形式起始。即一种特殊的tRNA将甲酰将甲酰甲硫氨酸携带到核糖体上起始蛋白质的合成过程。甲硫氨酸携带到核糖体上起始蛋白质的合成过程。原核生物翻译起始复合物形成原核生物翻译起始复合物形成核蛋白体大小亚基分离；核蛋白体大小亚基分离；mRNAmRNA在在小亚基小亚基定位结合；定位结合；起始氨基起始氨基酰酰-tRNAtRNA的结合；的结合；核蛋白体大亚基结合。核蛋白体大亚基结合。核蛋白体大小亚基分离核蛋白体大小亚基分离IF-3IF-3IF-1IF-1核蛋白体大小亚基分离核蛋白体大小亚基分离mRNAmRNA在小亚基定位结合在小亚基定位结合S-D起始氨基酰起始氨基酰tRNAtRNA结合到小亚基结合到小亚基S-DIF-3IF-3核蛋白体大亚基结合形成起始复合物核蛋白体大亚基结合形成起始复合物IF-2GDPPPiIF-3IF-3IF-1IF-1 真核生物翻译起始的特点真核生物翻译起始的特点核蛋白体是核蛋白体是80S；起始因子种类多；起始因子种类多；起始起始tRNA的的Met不需甲酰化；不需甲酰化；mRNA的的5帽子和帽子和3poly A尾结构与尾结构与mRNA在核蛋白体就位有关；在核蛋白体就位有关；起始起始tRNA先与核蛋白体小亚基结合，然先与核蛋白体小亚基结合，然后再结合后再结合mRNA肽链合成延长肽链合成延长 肽链合成的延长是指根据肽链合成的延长是指根据mRNAmRNA密码序列的密码序列的指导依次添加氨基酸从指导依次添加氨基酸从N N向向C C端延伸肽链，直端延伸肽链，直到合成的终止。分三步：到合成的终止。分三步：进位进位转肽转肽移位移位进位进位TuEFGTP是指根据是指根据mRNA下一组遗传密码指导，使氨基酰下一组遗传密码指导，使氨基酰tRNA进入核蛋白体进入核蛋白体A位位GTP水解成水解成GDP和和Pi,同时同时EF-Tu-GTP 分解为分解为EF-Tu-GDP 释放出来。释放出来。fMetGTPTuGDPEFGTPfMetfMet根据根据mRNA下一组遗传密码指导，使氨基酰下一组遗传密码指导，使氨基酰tRNA进入核蛋进入核蛋白体白体A位位GTP水解成水解成GDP和和Pi,同时同时EF-Tu-GTP 分解为分解为EF-Tu-GDP 释放出来。释放出来。E位位fMetfMet转肽转肽是转肽酶催化的是转肽酶催化的 肽键形成的过程肽键形成的过程.肽基转移酶把肽基转移酶把P P 位的甲位的甲酰甲硫氨酰基酰甲硫氨酰基(或肽基或肽基)从从P P 位转移到位转移到A A 位的氨酰位的氨酰-tRNAtRNA 的氨基上形成第一个肽键的氨基上形成第一个肽键(或一个新的肽键或一个新的肽键)。肽基转移。肽基转移酶活性位于酶活性位于P P 位和位和A A 位的连接处，靠近位的连接处，靠近tRNAtRNA 的接受臂的接受臂E位位fMetfMet移位移位 移位因子移位因子EF-G 和和GTP 结合到核糖体上，由核糖体上具有结合到核糖体上，由核糖体上具有GTPase 活性的某一组分将活性的某一组分将GTP 水解，促进核糖体沿水解，促进核糖体沿mRNA 的的53方向移动。每次移动一个密码子的距离。移位的结方向移动。每次移动一个密码子的距离。移位的结果使原来在果使原来在A 位上的肽基位上的肽基-tRNA 又回到又回到P 位，原来在位，原来在P 位上位上的无负载的的无负载的tRNA 被移到被移到E 位，这是脱酰基位，这是脱酰基tRNA 离开核糖体离开核糖体的出口部位。的出口部位。E位位fMetfMetAA3AA3EF-TuGTP移位移位原来在原来在P位的无负荷的位的无负荷的tRNA随即离开核糖体，随即离开核糖体，同时一个新的密码子进入空着的同时一个新的密码子进入空着的A位。位。通过以上三步，完成了氨基酸的一轮添加。每延伸通过以上三步，完成了氨基酸的一轮添加。每延伸一个氨基酸，需要消耗一个氨基酸，需要消耗 2 分子分子GTPGDP。（。（进位和移进位和移位）而氨基酸活化需消耗位）而氨基酸活化需消耗2个高能磷酸键，每增加个高能磷酸键，每增加1个氨个氨基酸残基实际消耗基酸残基实际消耗4个高能磷酸键个高能磷酸键.此过程还需要一些蛋白质因子的参与，称为此过程还需要一些蛋白质因子的参与，称为延长因延长因子（子（EF）随着核糖体在随着核糖体在mRNA上从上从 53 方向滑动，新生方向滑动，新生链从链从 N端端C端端 延伸。延伸。mRNA上的核苷酸序列被上的核苷酸序列被“翻译翻译”成多肽链上的氨基酸序列成多肽链上的氨基酸序列进位进位成肽成肽移位移位肽链合成的终止与释放肽链合成的终止与释放 当当核核糖糖体体在在mRNA上上由由53移移动动至至终终止止密密码码子子（UAA、UAG、UGA）时时，由由于于没没有有与与之之相应的相应的tRNA，终止因子终止因子RF进入进入A位。位。1 终止因子使肽酰转移酶的活性转变为水解酶终止因子使肽酰转移酶的活性转变为水解酶活性活性(肽基不再转移到氨酰肽基不再转移到氨酰tRNA上，而是转移给上，而是转移给水分子水分子)，从而将肽酰，从而将肽酰tRNA水解。这样肽链被释水解。这样肽链被释放。放。2 空载的空载的tRNA也离开核糖体。也离开核糖体。3核糖体的大小亚基解离并离开核糖体的大小亚基解离并离开mRNA。4终止终止RFRF RF1识别终止信识别终止信号号UAA和和UAG，RF2识别识别UAA或或UGA，RF3可与可与GTP结合，水解结合，水解GTP为为GDP与磷与磷酸，激活酸，激活RF1与与RF2。翻译过程的能量消耗翻译过程的能量消耗每个氨基酸活化消耗两个高能磷酸键每个氨基酸活化消耗两个高能磷酸键氨酰氨酰-tRNA进入核糖体进入核糖体A位时需要水解一个位时需要水解一个GTP；形成肽键后，核糖体沿形成肽键后，核糖体沿mRNA移位水解一移位水解一个个GTP；每掺入一个氨基酸至少消耗四个高能磷酸每掺入一个氨基酸至少消耗四个高能磷酸键。键。第三节第三节 肽链合成后的折叠肽链合成后的折叠与与加工加工从核蛋白体释放出的新生多肽链不具备蛋从核蛋白体释放出的新生多肽链不具备蛋白质生物活性，必需经过不同的翻译后复杂白质生物活性，必需经过不同的翻译后复杂加工过程才转变为天然构象的功能蛋白。加工过程才转变为天然构象的功能蛋白。蛋蛋白白质质的的折折叠叠是是指指具具有有特特定定一一级级结结构构的的蛋蛋白白质质分分子子形形成成正正确确的的三三维维空空间间结结构构的的过过程程。目目前前证证明明至至少少两两类类蛋蛋白白质质参参与与体体内内的的折折叠叠过过程程。统统称为助折叠蛋白。称为助折叠蛋白。1.蛋白质的折叠蛋白质的折叠 酶：酶：蛋白质二硫键异构酶蛋白质二硫键异构酶(二硫键二硫键)和肽酰辅酰顺和肽酰辅酰顺反异构酶（催化肽脯氨酰之间肽键的旋转反应。）反异构酶（催化肽脯氨酰之间肽键的旋转反应。）蛋白二硫键异构酶蛋白二硫键异构酶：在内质网腔活性很高，可在较大区段肽在内质网腔活性很高，可在较大区段肽链中催化错配二硫键断裂并形成正确二硫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键连接，最终使蛋白质形成热力学最稳定的天然构象。的天然构象。肽肽-脯氨酰顺反异构酶：脯氨酰顺反异构酶：肽酰肽酰-脯氨酰顺反异构酶是蛋白质三脯氨酰顺反异构酶是蛋白质三维构象形成的限速酶，在肽链合成需形成维构象形成的限速酶，在肽链合成需形成顺式构型时，可使多肽在各顺式构型时，可使多肽在各脯氨酸脯氨酸弯折处弯折处形成准确折叠。形成准确折叠。分子伴侣：分子伴侣：细胞内一类能帮助新生肽链正确组装、细胞内一类能帮助新生肽链正确组装、成熟，自身却不是终产物分子的成分的蛋白质，成熟，自身却不是终产物分子的成分的蛋白质，类似酶但又无酶的专一特征，所以称为分子伴侣。类似酶但又无酶的专一特征，所以称为分子伴侣。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 伴侣素的主要作用伴侣素的主要作用为非自发性折叠蛋白质提供能折叠形成天然为非自发性折叠蛋白质提供能折叠形成天然空间构象的微环境空间构象的微环境。蛋蛋白白质质的的修修饰饰是是指指蛋蛋白白质质中中氨氨基基酸酸残残基基被被切切除除或或在在氨氨基基酸酸残残基基中中添添加加和和改改变变一一些些基基团团,从从而而使使多多肽肽链链形形成成具具有有一一定定高高级级结结构构和和生物活性的蛋白质分子的过程。生物活性的蛋白质分子的过程。2.蛋白质的修饰蛋白质的修饰 (1)N-端修饰端修饰 原核细胞多肽原核细胞多肽N-末端的甲酰甲硫氨酸的末端的甲酰甲硫氨酸的甲甲酰基酰基可在去甲酰酶的催化下被除去。可在去甲酰酶的催化下被除去。在原核和真核细胞中多肽在原核和真核细胞中多肽N-末端的末端的甲硫氨甲硫氨酸酸均可被氨肽酶除去。均可被氨肽酶除去。(2)氨基酸侧链被修饰氨基酸侧链被修饰 有些氨基酸没有相应的遗传密码，而是在肽链从有些氨基酸没有相应的遗传密码，而是在肽链从核糖体释放后经化学修饰形成的。如胶原蛋白中含有核糖体释放后经化学修饰形成的。如胶原蛋白中含有大量的大量的羟脯氨酸和羟赖氨酸羟脯氨酸和羟赖氨酸，分别是脯氨酸和赖氨酸，分别是脯氨酸和赖氨酸经羟化而成的。有些蛋白质中的天冬酰胺、丝氨酸和经羟化而成的。有些蛋白质中的天冬酰胺、丝氨酸和苏氨酸发生糖基化形成糖蛋白，丝氨酸磷酸化成为磷苏氨酸发生糖基化形成糖蛋白，丝氨酸磷酸化成为磷酸丝氨酸。酸丝氨酸。(3)二硫键的形成二硫键的形成 多肽链的半胱氨酸残基可在蛋白质二硫键异构酶多肽链的半胱氨酸残基可在蛋白质二硫键异构酶的作用下形成二硫键，肽链内或肽链间都可形成二硫的作用下形成二硫键，肽链内或肽链间都可形成二硫键，二硫键在维持蛋白质的空间构象中起了很重要的键，二硫键在维持蛋白质的空间构象中起了很重要的作用。作用。(4)多肽链的水解切除多肽链的水解切除 许多具有一定功能的蛋白质如酶、激素蛋白，在许多具有一定功能的蛋白质如酶、激素蛋白，在体内常以体内常以无活性的前体肽无活性的前体肽的形式产生，这些前体在一的形式产生，这些前体在一定情况下经体内蛋白酶的水解切去部分肽段，才能变定情况下经体内蛋白酶的水解切去部分肽段，才能变成有活性的蛋白质，如胰岛素原变成胰岛素，胰蛋白成有活性的蛋白质，如胰岛素原变成胰岛素，胰蛋白酶原变为胰蛋白酶等。酶原变为胰蛋白酶等。(5)糖基化修饰糖基化修饰 糖蛋白是在翻译后的肽链上以共价键与糖蛋白是在翻译后的肽链上以共价键与单糖或寡糖连接而成，是细胞蛋白质组成的单糖或寡糖连接而成，是细胞蛋白质组成的重要成分。重要成分。3.蛋白质生物合成的抑制剂蛋白质生物合成的抑制剂四环素族四环素族(tetracyclinestetracyclines)四环素抑制氨酰四环素抑制氨酰-tRNAtRNA与原核细胞核糖体的与原核细胞核糖体的结合，从而抑制多种细菌的蛋白质合成。结合，从而抑制多种细菌的蛋白质合成。氯霉素氯霉素(chloramphenicolchloramphenicol)氯霉素能与原核细胞核糖体的氯霉素能与原核细胞核糖体的50s50s亚基结合，亚基结合，阻断肽键的形成。阻断肽键的形成。链霉素和卡那霉素：链霉素和卡那霉素：能与原核细胞核糖体能与原核细胞核糖体30s30s亚基结合，改变其构象，引起读码错误，亚基结合，改变其构象，引起读码错误，以致合成错误蛋白。以致合成错误蛋白。嘌呤霉素：嘌呤霉素：氨基酰氨基酰-tRNAtRNA类似物，进位后引类似物，进位后引起未成熟肽链脱落。起未成熟肽链脱落。亚胺环己酮：亚胺环己酮：对真核细胞有作用，能抑制对真核细胞有作用，能抑制80s80s核糖体上的肽酰转移酶。核糖体上的肽酰转移酶。第四节第四节 蛋白质定位蛋白质定位（自学）（自学）无无无无论论论论是是是是原原原原核核核核还还还还是是是是真真真真核核核核细细细细胞胞胞胞都都都都是是是是一一一一个个个个高高高高度度度度有有有有序序序序的的的的结结结结构构构构，新新新新生生生生的的的的蛋蛋蛋蛋白白白白质质质质要要要要被被被被准准准准确确确确地地地地运运运运送送送送到到到到细细细细胞胞胞胞的的的的各各各各个个个个部部部部分分分分，如如如如溶溶溶溶酶酶酶酶体体体体、线线线线粒粒粒粒体体体体、叶叶叶叶绿绿绿绿体体体体、细细细细胞胞胞胞质质质质和和和和细细细细胞胞胞胞核核核核等等等等，以以以以更更更更新新新新其其其其结结结结构构构构组组组组成成成成和和和和维维维维持持持持其其其其功功功功能能能能,这一过程称为蛋白质的定位。这一过程称为蛋白质的定位。这一过程称为蛋白质的定位。这一过程称为蛋白质的定位。