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生物化学生物化学 BiochemistryProtein Biosynthesis(Translation)蛋白质的生物合成蛋白质的生物合成(翻译)第第 十十 二二 章章生物化学生物化学 Biochemistry内容提要：内容提要：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 蛋白质生物合成过程蛋白质生物合成过程第三节第三节 蛋白质合成后加工和输送蛋白质合成后加工和输送第四节第四节 蛋白质生物合成的干扰和抑制（自学）蛋白质生物合成的干扰和抑制（自学）生物化学生物化学 Biochemistry蛋白质的生物合成过程就是将蛋白质的生物合成过程就是将mRNAmRNA分子中由分子中由碱基序列碱基序列组成的遗传信组成的遗传信息，通过息，通过遗传密码遗传密码破译的方式转变成破译的方式转变成为蛋白质中的为蛋白质中的氨基酸排列顺序氨基酸排列顺序，因而，因而称为翻译（称为翻译（translation)translation)。生物化学生物化学 Biochemistry生物化学生物化学 Biochemistry 第第 一一 节节蛋白质合成体系蛋白质合成体系Protein Biosynthesis Systeml 20种氨基酸作为原料种氨基酸作为原料l 酶及蛋白因子，如酶及蛋白因子，如IF、eIF等等l ATP、GTP、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RNA mRNA rRNA tRNA生物化学生物化学 Biochemistry 1961年，年，Nirenberg 证明了证明了mRNA的模板作用。的模板作用。一、翻译模板一、翻译模板mRNA及遗传密码及遗传密码生物化学生物化学 Biochemistry细菌矾土颗粒细菌矾土颗粒轻轻研磨轻轻研磨细菌液细菌液离心，去除细胞壁和膜离心，去除细胞壁和膜提取液（提取液（DNA、mRNA、tRNA、核糖体、酶、离子）核糖体、酶、离子）DNA水解酶，水解酶，20种氨基酸等种氨基酸等蛋白质蛋白质生物化学生物化学 Biochemistry mRNAmRNA是遗传信息的携带者是遗传信息的携带者遗遗传传学学将将编编码码一一个个多多肽肽的的遗遗传传单单位位称称为为顺顺反反子子（cistroncistron）。）。原原核核生生物物中中数数个个结结构构基基因因常常串串联联为为一一个个转转录录单单位位，转转录录生生成成的的mRNAmRNA可可编编码码几几种种功功能能相相关关的的蛋蛋白质，为白质，为多顺反子多顺反子（polycistronpolycistron）。）。真真核核生生物物一一个个mRNAmRNA只只编编码码一一种种蛋蛋白白质质，为为单单顺顺反子反子（single single cistroncistron）。）。生物化学生物化学 Biochemistryl mRNA上存在遗传密码上存在遗传密码mRNAmRNA分分子子上上从从5 5 至至3 3 方方向向，由由AUGAUG开开始始，每每3 3个个核核苷苷酸酸为为一一组组，决决定定肽肽链链上上某某一一个个氨氨基基酸酸或或蛋蛋白白质质合合成成的的起起始始、终终止止信信号号，称为称为三联体密码（三联体密码（triplet triplet codoncodon）。）。遗遗传传密密码码表表生物化学生物化学 BiochemistryORF从从mRNA mRNA 5 5 端端起起始始密密码码子子AUGAUG到到3 3 端端终终止止密密码码子子之之间间的的核核苷苷酸酸序序列列，各各个个三三联联体体密密码码连连续续排排列列编编码码一一条条多多肽肽链链，称称为为开开放放阅阅读读框架框架(open reading frame,ORF)(open reading frame,ORF)。1.通用性通用性（universal）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。有少数例外，如动物细胞的线粒体、植有少数例外，如动物细胞的线粒体、植物细胞的叶绿体。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。l遗传密码的特点遗传密码的特点生物化学生物化学 Biochemistry2.连续性（连续性（commaless）编码蛋白质氨基酸序列的三联体编码蛋白质氨基酸序列的三联体密码连续阅读，密码连续阅读，密码间既无间隔也无密码间既无间隔也无重叠重叠，3个一组进行翻译。个一组进行翻译。mRNAmRNA链上的链上的碱基插入或缺失碱基插入或缺失可能可能导致导致框移突变框移突变，造成翻译出的，造成翻译出的蛋白序蛋白序列完全改变列完全改变。重叠密码重叠密码非重叠非重叠连续的连续的密码密码不连续的密码不连续的密码生物化学生物化学 Biochemistry基因损伤引起基因损伤引起mRNAmRNA阅读框架内的阅读框架内的碱基发生碱基发生插入或缺失插入或缺失，可能导致，可能导致框移突变框移突变(frameshiftframeshift mutation)mutation)。生物化学生物化学 Biochemistry3.方向性方向性起始密码子起始密码子AUGAUG总是在总是在mRNAmRNA的的5 5 端；端；终止密码子总是在终止密码子总是在mRNAmRNA的3 3 端；端；读密码子总是从读密码子总是从mRNAmRNA的5 5 3 3 方向读方向读。4.简并性简并性（degeneracy）遗传密码中，除遗传密码中，除色氨色氨酸酸和和甲硫氨酸甲硫氨酸仅有一个密仅有一个密码子外，其余氨基酸有码子外，其余氨基酸有2 24 4个或多至个或多至6 6个密码子为之个密码子为之编码。编码。多种密码子编码一种多种密码子编码一种AaAa的现象称为的现象称为遗传密码的遗传密码的简并性简并性。生物化学生物化学 Biochemistry遗传密码的简并性遗传密码的简并性生物化学生物化学 Biochemistry密码子简并性的生物学意义：减少有密码子简并性的生物学意义：减少有害突变。害突变。遗传密码的特异性主要取决于前两位遗传密码的特异性主要取决于前两位碱基。碱基。GCU ACUGCC ACCGCA ACAGCG ACGAla（丙）（丙）Thr（苏）（苏）生物化学生物化学 Biochemistry5.摆动性摆动性（wobble）tRNAtRNA上反密码子的上反密码子的第第1 1位位碱基与碱基与mRNAmRNA密码子的密码子的第第3 3位位碱基配对时，可以在一定范碱基配对时，可以在一定范围内变动，即并不严格遵循碱基配对规律，围内变动，即并不严格遵循碱基配对规律，这一现象称为这一现象称为摆动性摆动性。生物化学生物化学 Biochemistry摆动配对摆动配对U生物化学生物化学 Biochemistry生物化学生物化学 Biochemistry二、核蛋白体是多肽链合成的场所二、核蛋白体是多肽链合成的场所生物化学生物化学 Biochemistry生物化学生物化学 Biochemistry核蛋白体的组成核蛋白体的组成生物化学生物化学 Biochemistry30S小亚基：小亚基：有有mRNAmRNA结合位点结合位点50S大亚基：大亚基：E E位：排出位（位：排出位（Exit Exit sitesite）转肽酶活性转肽酶活性大小亚基共同组成：大小亚基共同组成：A位：位：氨基酰氨基酰-tRNAtRNA位位(aminoacylaminoacyl site)site)P位：位：肽酰肽酰-tRNAtRNA位位(peptidylpeptidyl site)site)原核生物核蛋白体结构模式原核生物核蛋白体结构模式生物化学生物化学 Biochemistry生物化学生物化学 Biochemistry三、三、tRNA与氨基酸的活化与氨基酸的活化反反密码环密码环氨基酸臂氨基酸臂PrPr合成过程中合成过程中AaAa供供体是氨基酰体是氨基酰-tRNAtRNA，而，而不是游离的氨基酸。不是游离的氨基酸。tRNAtRNA在翻译过程中在翻译过程中起起接合体接合体（adaptoradaptor）作用，与专一的作用，与专一的AaAa结合，结合，是是氨基酸的运载体氨基酸的运载体。生物化学生物化学 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 synthetase)l 氨基酸的活化氨基酸的活化第一步反应第一步反应氨基酸氨基酸ATPE 氨基酰氨基酰-AMP-EPPi 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酯键酯键生物化学生物化学 Biochemistry氨基酰氨基酰-tRNA-tRNA合成酶对氨基酸和合成酶对氨基酸和tRNAtRNA都有高度特都有高度特异性。异性。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-Ala-tRNAtRNAAlaAla Ser-Ser-tRNAtRNASerSerMet-Met-tRNAtRNAMetMet 生物化学生物化学 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：羧基羧基氨基酸与氨基酸与tRNAtRNA连接方式：连接方式：酯键酯键氨基酸活化耗能：氨基酸活化耗能：2 2个个P P生物化学生物化学 Biochemistry真核生物真核生物：Met-tRNAiMet原核生物原核生物：fMet-tRNAifMet（二）起始肽链合成的氨基酰（二）起始肽链合成的氨基酰-tRNA生物化学生物化学 Biochemistry fMet-tRNAifMet的生成的生成：生物化学生物化学 Biochemistry 第第 二二 节节蛋白质生物合成过程蛋白质生物合成过程The Process of Protein Biosynthesis生物化学生物化学 Biochemistry蛋白质合成中蛋白质合成中mRNAmRNA模板的方向：模板的方向：5 35 3；蛋白质的合成方向：蛋白质的合成方向：N N端端C C端。端。蛋白质合成过程：蛋白质合成过程：翻译的起始（翻译的起始（initiation）翻译的延长（翻译的延长（elongation）翻译的终止（翻译的终止（termination）生物化学生物化学 Biochemistry一、原核生物蛋白质的合成一、原核生物蛋白质的合成（一）蛋白质合成的起始（一）蛋白质合成的起始指指mRNAmRNA和起始氨基酰和起始氨基酰-tRNA-tRNA分别与核蛋白体分别与核蛋白体结合而形成结合而形成翻译起始复合物翻译起始复合物 (translational(translational initiation complex)initiation complex)。参与起始过程的蛋白质因子称参与起始过程的蛋白质因子称起始因子起始因子（initiation factorinitiation factor，IFIF）。）。生物化学生物化学 Biochemistry参与起始过程的蛋白质因子称起始因参与起始过程的蛋白质因子称起始因子（子（initiation factorinitiation factor，IFIF）。原核生物）。原核生物起始因子有三种：起始因子有三种：IF-1IF-1：占据：占据A A位防止结合其他位防止结合其他tRNAtRNA。IF-2IF-2：促进起始：促进起始tRNAtRNA与小亚基结合。与小亚基结合。IF-3IF-3：促进大小亚基分离，提高：促进大小亚基分离，提高P P位对位对结合起始结合起始tRNAtRNA敏感性。敏感性。生物化学生物化学 Biochemistry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 核糖体大、小亚基分离核糖体大、小亚基分离 mRNAmRNA在小亚基定位结合在小亚基定位结合 起始氨基酰起始氨基酰tRNAtRNA与小亚基结合与小亚基结合 核糖体大亚基结合核糖体大亚基结合生物化学生物化学 BiochemistryIF-3IF-11.核蛋白体大小亚基分离核蛋白体大小亚基分离生物化学生物化学 BiochemistryA U G53IF-3IF-12.mRNA在小亚基定位结合在小亚基定位结合生物化学生物化学 BiochemistryS-D序列：序列：在在原核生物原核生物mRNAmRNA起始密码起始密码AUGAUG上游约上游约1010个核苷酸处，存在个核苷酸处，存在4 49 9个富含嘌呤碱的一致个富含嘌呤碱的一致性序列，性序列，如如-AGGAGG-AGGAGG-，称为称为S-DS-D序列序列。又称又称为核蛋白体结合位点（为核蛋白体结合位点（ribosomal binding ribosomal binding sitesite，RBS)RBS)。可与小亚基。可与小亚基16S 16S rRNArRNA 3 3端富端富含嘧啶的段序列互补结合。含嘧啶的段序列互补结合。生物化学生物化学 BiochemistryS-D序列序列 生物化学生物化学 Biochemistry翻译起始信号.生物化学生物化学 BiochemistryIF-3IF-1IF-2GTPA U G533.起始氨基酰起始氨基酰tRNA与小亚基结合与小亚基结合形成形成30S起始复合物：起始复合物：30S-IF1-IF2-GTP-fMet-tRNAifmet-mRNA生物化学生物化学 BiochemistryIF-1IF-2GTPGDPPiA U G534.核蛋白体大亚基结合核蛋白体大亚基结合形成形成70S70S翻译起始复合物：翻译起始复合物：70S-fMet-tRNA70S-fMet-tRNAi ifMetfMet-mRNA-mRNA生物化学生物化学 BiochemistryIF-3IF-1A U G53IF-2GTPIF-2-GTPGDPPi起始过程消耗起始过程消耗1个个GTP。蛋白质合成的起始蛋白质合成的起始生物化学生物化学 Biochemistry（二）（二）肽链的延长肽链的延长指指按按照照mRNAmRNA密密码码序序列列的的指指导导，依依次次添添加加氨氨基基酸酸从从N N端端向向C C端端延延伸伸肽肽链链，直直到到合合成终止的过程。成终止的过程。生物化学生物化学 Biochemistry肽链的延长是在核蛋白体上连续性循环式肽链的延长是在核蛋白体上连续性循环式进行，又称为核蛋白体循环（进行，又称为核蛋白体循环（ribosomal ribosomal cycle)cycle)，每次循环增加一个氨基酸，分为，每次循环增加一个氨基酸，分为以下三步：以下三步：进位进位（entranceentrance）转肽转肽（peptide bond formationpeptide bond formation）移位移位（translocationtranslocation）生物化学生物化学 Biochemistry原核延原核延长因子长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促进氨基酰促进氨基酰-tRNA进入进入A位，位，结合分解结合分解GTPEF-1-EF-Ts调节亚基调节亚基EF-1-EFG有转位酶活性，促进有转位酶活性，促进mRNA-肽酰肽酰-tRNA由由A位前移到位前移到P位，位，促进卸载促进卸载tRNA释放释放EF-2肽链合成的延长因子肽链合成的延长因子 生物化学生物化学 Biochemistry1.进位进位指根据指根据mRNAmRNA下一下一组遗传密码指导，组遗传密码指导，使相应氨基酰使相应氨基酰-tRNA-tRNA进入核蛋白体进入核蛋白体A A位。位。分解开看：分解开看：生物化学生物化学 BiochemistryTu TsGTPGDPA U G53TuTsGTP2.2.转肽转肽是由是由肽酰转移酶肽酰转移酶（peptidylpeptidyl transferasetransferase）催化的肽键形成过程。催化的肽键形成过程。生物化学生物化学 Biochemistry3.3.移位移位延长因子延长因子EF-GEF-G有有转位酶转位酶（translocasetranslocase）活性）活性，可结合并水解，可结合并水解1 1分子分子GTPGTP，促进核蛋白体向促进核蛋白体向mRNAmRNA的的33侧移动。侧移动。生物化学生物化学 BiochemistryfMetA U G53fMetTuGTP进进位位移移位位转肽转肽肽链的延长：肽链的延长：生物化学生物化学 Biochemistry （三）肽链合成的终止（三）肽链合成的终止当当mRNAmRNA上终止密码出现后，多肽链合上终止密码出现后，多肽链合成停止，肽链从肽酰成停止，肽链从肽酰-tRNA-tRNA中释出，中释出，mRNAmRNA、核蛋白体等分离，这些过程称为肽链合核蛋白体等分离，这些过程称为肽链合成终止。成终止。生物化学生物化学 Biochemistry终止相关的蛋白因子称为释放因子终止相关的蛋白因子称为释放因子(release factor,RF)识识别别终终止止密密码码，如如RF-1RF-1特特异异识识别别UAAUAA、UAGUAG；而而RF-2RF-2可识别可识别UAAUAA、UGAUGA。诱诱导导转转肽肽酶酶改改变变为为酯酯酶酶活活性性，使使肽肽链链从从核核蛋蛋白体上释放。白体上释放。释放因子的功能：释放因子的功能：原核生物释放因子：原核生物释放因子：RF-1RF-1，RF-2RF-2，RF-3RF-3 真核生物释放因子：真核生物释放因子：eRFeRF 原原核核肽肽链链合合成成终终止止过过程程 RF-3RF-3具有具有GTPGTP酶活性，酶活性，使使GTPGTP水解释能，使残水解释能，使残留在核糖体上的留在核糖体上的tRNAtRNA及各种因子释放。及各种因子释放。生物化学生物化学 BiochemistryU A G53RFCOO-生物化学生物化学 Biochemistry原核生物蛋白质合成的原核生物蛋白质合成的能量计算能量计算氨基酸活化：氨基酸活化：2个个PATP起始：起始：1个个GTP延长：延长：2个个GTP终止：终止：1个个GTP多聚核蛋白体多聚核蛋白体（polysome)一个一个mRNAmRNA分子可同时分子可同时有多个核蛋白体在进行同一有多个核蛋白体在进行同一种蛋白质的合成，这种种蛋白质的合成，这种mRNAmRNA和和多个核蛋白体的聚合物称多个核蛋白体的聚合物称为多聚核蛋白体。为多聚核蛋白体。（四）核糖体循环（四）核糖体循环生物化学生物化学 Biochemistry生物化学生物化学 Biochemistry二、真核生物的蛋白质合成特点二、真核生物的蛋白质合成特点1.1.核蛋白体是核蛋白体是80S80S；2.2.起始起始tRNAtRNA的的MetMet不需甲酰化；不需甲酰化；3.mRNA3.mRNA有有5 5帽子和帽子和3 3poly Apoly A尾结构；尾结构；4.4.真核生物一个真核生物一个mRNAmRNA只编码一种蛋白只编码一种蛋白质，为单顺反子（质，为单顺反子（single single cistroncistron）。）。生物化学生物化学 Biochemistry5.5.真核生物的蛋白质翻译的模板真核生物的蛋白质翻译的模板mRNAmRNA在在细胞核内合成，而翻译过程在细胞质中细胞核内合成，而翻译过程在细胞质中进行，二者间隔约进行，二者间隔约1515分钟。分钟。6.6.真核生物的翻译过程需要更多的蛋白因真核生物的翻译过程需要更多的蛋白因子参与。有：子参与。有：1313种起始因子种起始因子 2 2种延长因子种延长因子 1 1种终止因子。种终止因子。mRNA结构简图结构简图生物化学生物化学 Biochemistry真核生物翻译起始因子真核生物翻译起始因子起始因子起始因子生物功能生物功能eIF-2促进起始促进起始tRNA与小亚基结合与小亚基结合eIF-2B,eIF-3 促进大小亚基分离促进大小亚基分离eIF-4AeIF-4F复合物成分，有解螺旋酶活性，促进复合物成分，有解螺旋酶活性，促进mRNA结合小亚基结合小亚基eIF-4B促进促进mRNA扫描定位起始扫描定位起始AUGeIF-4EeIF-4F复合物成分，结合复合物成分，结合mRNA 5帽子帽子eIF-4GeIF-4F复合物成分，结合复合物成分，结合eIF-4E和和PABeIF-5促进各种起始因子从小亚基解离，进而结合促进各种起始因子从小亚基解离，进而结合大亚基大亚基eIF-6促进核蛋白体分离成大小亚基促进核蛋白体分离成大小亚基 1.真核生物翻译起始的特点真核生物翻译起始的特点（1 1）Met-tRNAMet-tRNAi iMetMet首先与小亚基结合，然后与起始因首先与小亚基结合，然后与起始因子子eIF-2eIF-2、GTPGTP结合成四元复合物；结合成四元复合物；（2 2）在多个因子的帮助下通过）在多个因子的帮助下通过“帽子帽子”结构与小亚结构与小亚基的基的18S rRNA18S rRNA结合；结合；（3 3）小亚基向）小亚基向mRNAmRNA的的33端滑动至第一个端滑动至第一个AUGAUG（起始（起始密码）处，密码）处，AUGAUG与与Met-tRNAMet-tRNAi iMetMet的反密码子结合；的反密码子结合；（4 4）再与大亚基结合形成）再与大亚基结合形成80S80S起始复合物开始翻译。起始复合物开始翻译。MetMet40S40SMeMet tMetMet40S40S60S60SmRNAeIF-2BeIF-2B、eIF-3eIF-3、eIF-6 elF-2elF-2GDP+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Met-tRNAiMet-elF-2-GTPMetMet60S60S生物化学生物化学 Biochemistry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似，但但有有不不同同的的反反应应体体系系和和延延长长因子。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 E位位，转位时卸载的转位时卸载的tRNAtRNA直接从直接从P P位脱落。位脱落。2.真核生物延长过程真核生物延长过程生物化学生物化学 Biochemistry蛋白质合成后加工和输送蛋白质合成后加工和输送Posttranslational Processing&Protein Transportation第第 三三 节节生物化学生物化学 Biochemistry从核蛋白体释放出的新生多肽链不具备蛋白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加工过质生物活性，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。程才转变为天然构象的功能蛋白。主要包括主要包括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 多肽链的折叠多肽链的折叠一、一、蛋白质的修饰蛋白质的修饰1.1.肽链肽链N N端的修饰端的修饰-除去除去N N末端甲硫氨酸。末端甲硫氨酸。2.2.个别氨基酸的修饰个别氨基酸的修饰-如磷酸化、羟基化、如磷酸化、羟基化、酰基化、甲基化等。酰基化、甲基化等。3.3.多肽链的水解修饰多肽链的水解修饰-切除抑制肽段，从切除抑制肽段，从无活性变为有活性。无活性变为有活性。（一）一级结构的修饰（一）一级结构的修饰生物化学生物化学 Biochemistry前胰岛素原水解前胰岛素原水解胰蛋白酶原的激活胰蛋白酶原的激活生物化学生物化学 Biochemistry（二）高级结构的修饰（二）高级结构的修饰1.1.辅基连接辅基连接-如酶的辅基、糖蛋白的糖链如酶的辅基、糖蛋白的糖链等。等。2.2.亚基聚合亚基聚合-有活性的寡聚蛋白的形成。有活性的寡聚蛋白的形成。生物化学生物化学 Biochemistry二、多肽链的折叠二、多肽链的折叠新生肽链的折叠在肽链合成中、合成后进行，新新生肽链的折叠在肽链合成中、合成后进行，新生肽链生肽链N N端在核蛋白体上一出现，肽链的折叠即开端在核蛋白体上一出现，肽链的折叠即开始。可能随着序列的不断延伸肽链逐步折叠，产始。可能随着序列的不断延伸肽链逐步折叠，产生正确的二级结构、模体、结构域到形成完整的生正确的二级结构、模体、结构域到形成完整的空间构象。空间构象。大多数天然蛋白质折叠都需要其他大多数天然蛋白质折叠都需要其他酶和蛋白质的酶和蛋白质的辅助辅助。生物化学生物化学 Biochemistry几种促进蛋白折叠的大分子几种促进蛋白折叠的大分子1.1.分子伴侣分子伴侣 (molecular chaperon)(molecular chaperon)2.2.折叠酶折叠酶蛋白二硫键异构酶蛋白二硫键异构酶 (protein disulfide(protein disulfide isomeraseisomerase,PDI)PDI)肽肽-脯氨酰顺反异构酶脯氨酰顺反异构酶 (peptide(peptide prolylprolyl ciscis-trans-trans isomeraseisomerase,PPI),PPI)生物化学生物化学 Biochemistry1.1.热休克蛋白热休克蛋白(heat shock protein,(heat shock protein,HspHsp)Hsp70 Hsp70、HspHsp60602.2.伴侣素伴侣素(chaperoninschaperonins)GroELGroEL和和GroESGroES家族家族（一）（一）分子伴侣分子伴侣分子伴侣是细胞中一类分子伴侣是细胞中一类保守蛋白质保守蛋白质，可，可识别识别肽链的非天然构象肽链的非天然构象，促进各功能域和整体蛋白质促进各功能域和整体蛋白质的正确折叠的正确折叠。生物化学生物化学 Biochemistry热休克蛋白促进蛋白质折叠的基本作用：热休克蛋白促进蛋白质折叠的基本作用：Hsp70Hsp70家族成员以家族成员以ATPATP依赖的方式依赖的方式结合未折叠结合未折叠多肽链的疏水区多肽链的疏水区以以稳定蛋白质的未折叠状态稳定蛋白质的未折叠状态，再，再通过通过有控制的释放有控制的释放，释放的多肽链与，释放的多肽链与Hsp60Hsp60结合，结合，帮助其正确折叠帮助其正确折叠。生物化学生物化学 Biochemistry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为非自发性折叠蛋白质提供能折叠形成天然空间构象的成天然空间构象的微环境微环境。伴侣素系统促进蛋白质折叠过程伴侣素系统促进蛋白质折叠过程 生物化学生物化学 Biochemistry（二）折叠酶（二）折叠酶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，可在较大区段肽链中催化错配二硫键断裂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键连接，最终使蛋白质形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然构象。成热力学最稳定的天然构象。1.蛋白二硫键异构酶（蛋白二硫键异构酶（PDI）生物化学生物化学 Biochemistry2.肽肽-脯氨酰顺反异构酶脯氨酰顺反异构酶（1 1）多肽链中肽酰）多肽链中肽酰-脯氨酸间形成的肽键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。有顺反两种异构体，空间构象明显差别。（2 2）肽酰）肽酰-脯氨酰顺反异构酶可促进上述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。顺反两种异构体之间的转换。（3 3）肽酰）肽酰-脯氨酰顺反异构酶是蛋白质三维脯氨酰顺反异构酶是蛋白质三维构象形成的限速酶，可使多肽在各脯氨酸弯折处构象形成的限速酶，可使多肽在各脯氨酸弯折处形成准确折叠。形成准确折叠。生物化学生物化学 Biochemistry蛋白质合成后需要经过复杂机制，定向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位，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。这一过程称为蛋白质的靶向输送。三、蛋白质合成后的靶向输送三、蛋白质合成后的靶向输送蛋白质靶向输送（蛋白质靶向输送（protein targeting）生物化学生物化学 Biochemistry所有靶向输送的蛋白质结构中存在分所有靶向输送的蛋白质结构中存在分选信号，主要为选信号，主要为N N末端特异氨基酸序列，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，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这一序列称为信号序列 。信号序列信号序列(signal sequence)靶向输送蛋白靶向输送蛋白信号序列或成分信号序列或成分分泌蛋白分泌蛋白信号肽信号肽内质网腔蛋白内质网腔蛋白信号肽，信号肽，C端端-Lys-Asp-Glu-Leu-COO-(KDEL序列序列)线粒体蛋白线粒体蛋白N端靶向序列（端靶向序列（2035氨基酸残基）氨基酸残基）核蛋白核蛋白核定位序列（核定位序列（-Pro-Pro-Lys-Lys-Lys-Arg-Lys-Val-，SV40 T抗原）抗原）过氧化体蛋白过氧化体蛋白-Ser-Lys-Leu-（PST序列）序列）溶酶体蛋白溶酶体蛋白Man-6-P（甘露糖（甘露糖-6-磷酸）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 生物化学生物化学 Biochemistry（一）（一）分泌蛋白的靶向输送分泌蛋白的靶向输送真核细胞分泌蛋白等前体合成后靶向输真核细胞分泌蛋白等前体合成后靶向输送过程首先要进入内质网，再分别被包装成送过程首先要进入内质网，再分别被包装成分泌小泡而分泌出细胞。分泌小泡而分泌出细胞。信号肽信号肽(signal peptide)各种新生各种新生分泌蛋白的分泌蛋白的N N端端有保守的氨基有保守的氨基酸序列称信号肽。酸序列称信号肽。生物化学生物化学 Biochemistry信号肽的一级结构信号肽的一级结构N端侧碱性区端侧碱性区 疏水核心区疏水核心区 C端加工区端加工区 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 信号识信号识别颗粒别颗粒信号识信号识别颗粒别颗粒（二）（二）线粒体蛋白的靶向输送线粒体蛋白的靶向输送（三）（三）细胞核蛋白的靶向输送细胞核蛋白的靶向输送核定位核定位序列序列核输入因子核输入因子生物化学生物化学 Biochemistry蛋白质生物合成的干扰和抑制蛋白质生物合成的干扰和抑制Interference&Inhibition of Protein Biosynthesis第第 四四 节节生物化学生物化学 Biochemistry蛋白质生物合成是很多天然抗生素蛋白质生物合成是很多天然抗生素和某些毒素的作用靶点。它们就是通过和某些毒素的作用靶点。它们就是通过阻断真核、原核生物蛋白质翻译体系某阻断真核、原核生物蛋白质翻译体系某组分功能，干扰和抑制蛋白质生物合成组分功能，干扰和抑制蛋白质生物合成过程而起作用的。过程而起作用的。生物化学生物化学 Biochemistry抗生素抗生素(antibiotics)是微生物产生的能够杀灭或抑制细菌是微生物产生的能够杀灭或抑制细菌的一类药物。的一类药物。一、抗生素类一、抗生素类生物化学生物化学 Biochemistry四四环环素素族族氯霉素氯霉素链霉素和卡那霉素链霉素和卡那霉素嘌呤霉素嘌呤霉素放线菌酮放线菌酮生物化学生物化学 Biochemistry抗生素抗生素作用点作用点作用原理作用原理应用应用四环素族（金霉素四环素族（金霉素 新霉素、土霉素）新霉素、土霉素）链霉素、卡那霉素链霉素、卡那霉素氯霉素、林可霉素氯霉素、林可霉素红霉素红霉素梭链孢酸梭链孢酸 放线菌酮放线菌酮嘌呤霉素嘌呤霉素原核小亚基原核小亚基原核小亚基原核小亚基原核大亚基原核大亚基原核大亚基原核大亚基原核大亚基原核大亚基真核大亚基真核大亚基真核、原核真核、原核核蛋白体核蛋白体 抑制氨基酰抑制氨基酰-tRNA与小亚与小亚基结合基结合改变构象引起读码错误、改变构象引起读码错误、抑制起始抑制起始抑制转肽酶、阻断延长抑制转肽酶、阻断延长抑制转肽酶、妨碍转位抑制转肽酶、妨碍转位与与EFG-GTP结合，抑制结合，抑制肽链延长肽链延长抑制转肽酶、阻断延长抑制转肽酶、阻断延长氨基酰氨基酰-tRNA类似物，进类似物，进位后引起未成熟肽链脱落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抗菌药抗菌药抗菌药抗菌药抗菌药医学研究医学研究抗肿瘤药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 嘌呤霉素嘌呤霉素作用示意图作用示意图生物化学生物化学 Biochemistry二、其他干扰蛋白质生物合成的物质二、其他干扰蛋白质生物合成的物质毒素毒素(toxin)干扰素干扰素(interferon)白喉毒素白喉毒素(diphtheria toxin)的作用机理的作用机理生物化学生物化学 Biochemistry 干扰素的作用机理干扰素的作用机理生物化学生物化学 Biochemistry 生物化学生物化学 Biochemistry3.反义反义RNA的调控作用的调控作用天然的反义反义RNA分子一般在分子一般在200 bp以下，以下，（1）与）与SD序列结合序列结合（2）与起始密码结合）与起始密码结合（3）与非翻译区结合，使）与非翻译区结合，使mRNA变构。变构。生物化学生物化学 Biochemistry4.魔斑核苷酸对翻译的影响魔斑核苷酸对翻译的影响ppGpp、pppGpp的出现，可使核糖体停可使核糖体停 顿，停止翻译。顿，停止翻译。复习题：复习题：1.概念：概念：（1）翻译）翻译 （2）遗传密码）遗传密码（3）密码的摆动性）密码的摆动性 （4）氨基酸活化）氨基酸活化（5）SD序列序列 （6）信号肽）信号肽（7）分泌性蛋白质）分泌性蛋白质 （8）靶向输送）靶向输送（9）多聚核蛋白体）多聚核蛋白体2.简述简述RNA在蛋白质合成中的作用。在蛋白质合成中的作用。3.简述蛋白质生物合成的大体过程。简述蛋白质生物合成的大体过程。4.4.原核生物和真核生物的翻译起始复合物原核生物和真核生物的翻译起始复合物的生成有何异同？的生成有何异同？5.5.简单介绍信号肽假说的具体内容。简单介绍信号肽假说的具体内容。6.6.按下列按下列DNADNA单链单链5 5TCGTCGACGATGATCTTCGGCTACTCGA3TCGTCGACGATGATCTTCGGCTACTCGA3试写出：试写出：（1 1）DNADNA复制时另一条链的碱基顺序；复制时另一条链的碱基顺序；（2 2）以此为模板，转录成）以此为模板，转录成mRNAmRNA的碱基顺序；的碱基顺序；（3 3）所合成肽链的氨基酸顺序。）所合成肽链的氨基酸顺序。