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第四章：翻译及其调控中心法则中心法则 (The Central Dogma)转转 录录翻翻 译译逆转录逆转录复复 制制第一节：蛋白质合成的生物体系第一节：蛋白质合成的生物体系蛋白质的生物合成体系极其复杂：20种氨基酸,mRNA,核糖体,还包括多种蛋白质因子、其他蛋白质、酶类以及ATP、GTP等供能物质与必要的无机离子等：（一）原核生物（一）原核生物mRNAmRNA的特点的特点 原核生物原核生物mRNAmRNA的起始密码的起始密码AUGAUG上上游游7 7个核苷酸以外有一段个核苷酸以外有一段5 5-UAAGGAGG-UAAGGAGG-3 3 的保守序列称为的保守序列称为S-D(Shine-Dalgarno Sequence)。该序列该序列是核糖体识别结合的位点是核糖体识别结合的位点1 1、S-DS-D(Shine-Dalgarno)(Shine-Dalgarno)序列序列一一.生物合成的模板生物合成的模板mRNAmRNA 2 2、多顺反子、多顺反子(polycistron)(polycistron)顺反子顺反子(cistron)(cistron)遗传学将编码一个多肽的遗传学将编码一个多肽的mRNAmRNA上的遗传单位上的遗传单位称为顺反子称为顺反子乳糖操纵子乳糖操纵子(lac operon)的结构的结构 调控区调控区调控区调控区CAPCAP结合位点结合位点结合位点结合位点启动序列启动序列启动序列启动序列操纵序列操纵序列操纵序列操纵序列 结构基因结构基因结构基因结构基因Z Z：-半乳糖苷酶半乳糖苷酶半乳糖苷酶半乳糖苷酶Y Y：透酶透酶透酶透酶A A：乙酰基转移酶乙酰基转移酶乙酰基转移酶乙酰基转移酶ZYAOPDNADNA3 3、连续基因、连续基因 多顺反子mRNA所转录的基因与基因之间有一段长度不等的间隔碱基序列，有的mRNA链上基因的间隔仅有1个碱基，甚至有编码序列相互重叠。E和和D：邻氨基苯甲酸合成酶的两个亚基：邻氨基苯甲酸合成酶的两个亚基A和和B：色氨酸合成酶的：色氨酸合成酶的、亚基亚基C:吲哚甘油磷酸合成酶吲哚甘油磷酸合成酶前导序列前导序列 E ED DC CB BA AOPtrpR结构基因结构基因（二）真核生物（二）真核生物mRNAmRNA的特点的特点 起始密码子常处于起始密码子常处于CCACCCCACCAUGAUGG G序列序列中，这段保守序列的存在能增加翻译起始的中，这段保守序列的存在能增加翻译起始的效率，这段序列称为效率，这段序列称为KozarkKozark序列序列(Marilyn(Marilyn Kozark).Kozark).、KozarkKozark序列序列 (Marilyn Kozark)(Marilyn Kozark)2、断裂基因断裂基因 3 3、单顺反子、单顺反子 由于氨基酸有20种，而核苷酸只有4种，其对应关系不可能是 1核苷酸1氨基酸（414，420)2核苷酸1氨基酸（421620)但3 3核苷酸核苷酸1 1氨基酸氨基酸（4 43 364642020）是可能的是可能的，这从理论上肯定理论上肯定了三联体密码子的结构形式。Marshall Marshall Nirenberg Nirenberg(1961)(1961)遗传密码的破译遗传密码的破译（三）、遗传密码遗传密码NirenbergNirenberg等设计的实验：用化学合成的等设计的实验：用化学合成的mRNAmRNA为为模板，利用无细胞体系进行体外翻译实验模板，利用无细胞体系进行体外翻译实验：Poly(U)nPoly(U)n多聚苯丙氨酸；多聚苯丙氨酸；UUUUUU苯丙氨酸苯丙氨酸Poly(A)nPoly(A)n多聚赖氨酸；多聚赖氨酸；AAAAAA赖氨酸赖氨酸Poly(C)nPoly(C)n多聚脯氨酸；多聚脯氨酸；CCCCCC脯氨酸脯氨酸Poly(G)nPoly(G)n多聚甘氨酸；多聚甘氨酸；GGGGGG甘氨酸甘氨酸Poly(AC)nPoly(AC)n苏氨酸苏氨酸/组氨酸交替组成的肽链组氨酸交替组成的肽链 ACAACA苏氨酸？苏氨酸？CACCAC组氨酸？组氨酸？Poly(AAC)nPoly(AAC)n多聚苏氨酸；多聚苏氨酸；ACAACA苏氨酸苏氨酸M.Nirenberg&P.LederM.Nirenberg&P.Leder(1964.(1964.Science 145;1399)Science 145;1399)In vitrotRNAaaRibosomeNitrocellulose filter UCU(trinucleotides)Ser-C14,Leu,Lys,Arg,Ser,Leu-C14,Lys,Arg,Ser,Leu,Lys-C14,Arg,Ser-C14.Leu-C14.Lys-C14.Gly-C14.阅读框架阅读框架 指mRNA中从特定位点开始的，一段含有翻译密码的碱基序列。mRNA中的编码序列在被核糖体阅读和翻译时，从起始到终止都是以不重叠和不停顿的方式连续进行的，即从mRNA5端开始，以三个核苷酸为一组的方式进行。因此，就有可能存在三种阅读框架，每一种框架只相差一个碱基的位移。三种框架的出现完全取决于哪一个核苷酸作为第一个密码子的第一个碱基。一些基本概念：一些基本概念：开放阅读框架开放阅读框架 指从AUG开始到终止密码子处的正确可读序列。通常情况下，在三种框架中，只有一种能够正确地编码有功能活性的蛋白质，而其它的阅读框架往往由于频繁出现终止密码子而被封闭。所以，一般一条mRNA序列仅编码一条蛋白质多肽链。阅读框架阅读框架1 1UUAUGAGCGCUAAAU阅读框架阅读框架2 2UUAUGAGCGCUAAAULeuLeuStopStopAlaAlaLeuLeuAsnAsnTyrTyrGluGluArgArgStopStop阅读框架阅读框架3 3UUAUGAGCGCUAAAUMetMetSerSerAlaAlaLysLys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A U GA U G G G C A A U C C C G G C A A U C C CU A AU A A终止终止密码密码开放阅读框架开放阅读框架遗传密码（遗传密码（genetic codegenetic code）：）：是是mRNA分子上按照分子上按照53方向，每三个核方向，每三个核苷酸与一种氨基酸对应，全部苷酸与一种氨基酸对应，全部64种组合所形成种组合所形成的体系。的体系。密码子（密码子（codoncodon）：）：每一个三联核苷酸的顺序称为密码每一个三联核苷酸的顺序称为密码子，也叫三联体密码。子，也叫三联体密码。每一个密码子与特定的每一个密码子与特定的一种氨基酸相对应。一种氨基酸相对应。终止密码（终止密码（stop codenstop coden）：）：也称无意义密码子（也称无意义密码子（nonsense coden）：）：没有对应的没有对应的tRNAtRNA的反密码子的反密码子与之结合，但能被与之结合，但能被蛋白质合成的终止因子或释放因子识别，终止蛋白质合成的终止因子或释放因子识别，终止肽链的合成。肽链的合成。终止密码有终止密码有3 3个：个：UAAUAA、UAGUAG、UGAUGA起始密码（起始密码（initiation/start codeninitiation/start coden）：）：AUGAUG，是多肽链翻译开始的第一个密码子，是多肽链翻译开始的第一个密码子，在链内部则作为在链内部则作为蛋氨酸蛋氨酸的密码子。的密码子。1 1、方向性、方向性:mRNA mRNA分子中遗传密码阅读方向是从分子中遗传密码阅读方向是从5 5端端到到3 3端。端。2 2、连续性、连续性:mRNA mRNA分子中编码蛋白质氨基酸序列的分子中编码蛋白质氨基酸序列的各个三联体密码是连续排列的，密码间无各个三联体密码是连续排列的，密码间无标点符号，没有间隔。标点符号，没有间隔。移码突变移码突变遗传密码的特点：遗传密码的特点：A U GA U G G G C A A U C C C G G C A A U C C CU A AU A A终止终止密码密码开放阅读框架开放阅读框架3 3、兼并性与偏爱性、兼并性与偏爱性兼并性：兼并性：遗传密码的简并性通常是指密码子前两位碱基相同，第三位碱基不同仍编码相同的氨基酸。同义密码子：编码相同氨基酸的密码子统称为密码子家族，其成员互称为同义密码子。简并性现象决定了“同义突变”的存在，即DNA或mRNA序列中一个核苷酸的改变（点突变）可能并不影响其编码的多肽链中氨基酸的性质和序列。偏爱性：偏爱性：是指虽然多数氨基酸有一个以上的密码子，但这些密码子的使用频率各不相同。原核生物和真核生物有着各自的密码偏爱性，如：脯氨酸的密码子有CCC（真核生物）和CCG（原核生物）；某一种密码子的使用频率与细胞内相应的tRNA的丰度一致，二者之间的相互协调有利于细胞内某一氨基酸含量高的蛋白质的顺畅表达。理论意义理论意义：遗传密码的偏爱性可以作为基因表达调控的基因表达调控的一种机制一种机制，例如基因序列中出现稀有密码子时，可以使蛋白质的生物合成受到延迟。实践意义实践意义：当人们期望人工合成的基因片段能在细胞内高效表达高效表达时，应考虑采用该细胞偏爱的密码子作为基因的密码子，以此来指导人类对基因的改造。4 4、摆动性、摆动性 是指在蛋白质生物合成过程中，密码子的第三位碱基总是处于一个不稳定的位置，它与反密码子的第一个碱基配对结合的强度不如前两个碱基，即“摆动碱基配对”。其结果是使一种tRNA分子可与一个以上的密码子碱基配对。U A UmRNA35摆动配对摆动配对密码子、反密码子配对的摆动现象密码子、反密码子配对的摆动现象tRNAtRNA反密码子反密码子第第1 1位碱基位碱基I IU UG GA AC CmRNAmRNA密码子密码子第第3 3位碱基位碱基U,C,AU,C,AA,GA,GU,CU,CU UG G结果：一种结果：一种tRNAtRNA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）5 5、通用性：、通用性：遗传密码的通用性是指从最简单的生物一直到人类，除个别细胞器的特殊密码子外，遗传密码都是相同的。理论意义：这对进化过程中生物物种的稳定性及物种之间的相互联系与沟通是十分重要的。实践意义：这对现代基因工程，利用低等细胞生成包括人类在内的高等哺乳动物基因产物提供了可能性。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)ribosome)结构结构:Mg:Mg2+2+,蛋白质，蛋白质，rRNArRNA核糖体核糖体RNARNA的作用的作用1.1.大亚基大亚基rRNArRNA具有肽酰基转移酶活性具有肽酰基转移酶活性,催化肽催化肽键的合成。键的合成。2.2.小小亚基亚基具有具有mRNAmRNA上上S-DS-D互补的序列互补的序列,是识是识别结合别结合mRNAmRNA的位点。的位点。3.核糖体大核糖体大亚基5SrRNArRNA具有两个保守序列具有两个保守序列,其中一个与其中一个与tRNAtRNA的的 TCTC环环互补识别序列互补识别序列,另另一个与一个与23SrRNA23SrRNA互补识别序列互补识别序列,稳定稳定核糖体结核糖体结构构容纳mRNA的部位;结合氨基酰tRNA的氨基酰位（amino-acyl site,位）；结合肽酰 tRNA 的肽酰位(peptidyl site,位）；原核生物核糖体至少有原核生物核糖体至少有6 6个功能部位个功能部位:tRNA 排出位(exit site,位）；肽基转移酶所在的部位；转位酶位点。真核生物核糖体结构与原核生物相似，但组分更复杂。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tRNAtRNA种类：种类：3030种种 同工同工tRNAtRNA：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tRNAtRNA。三、蛋白质合成的搬运工具三、蛋白质合成的搬运工具tRNAtRNA反密码环反密码环氨基酸臂氨基酸臂tRNAtRNA的三级结构示意图的三级结构示意图核糖体活性结合位点核糖体活性结合位点（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 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 四、蛋白因子四、蛋白因子（）起始因子：（）起始因子：原核生物原核生物IFIF ：IFIF，IFIF,IF,IF 真核生物真核生物eIFeIF：eIFeIF，eIFeIF ,eIF,eIF 帽帽结合蛋白（结合蛋白（CBP/CBP/eIF eIF)，eIFeIF（）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-1，eRF-3 第二节：蛋白质合成过程第二节：蛋白质合成过程 核糖体读码方向核糖体读码方向:5:533肽链合成方向肽链合成方向:N C:N C起始、延长、终止起始、延长、终止一、起始一、起始：指指mRNAmRNA和起始氨基酰和起始氨基酰-tRNAtRNA分别与核蛋白体分别与核蛋白体结合而形成翻译起始复合物。结合而形成翻译起始复合物。需起始因子（需起始因子（initiation initiation factor,IFfactor,IF)参与参与,并消耗能量并消耗能量GTP(1GTP(1个）个）核蛋白体大小亚基分离；核蛋白体大小亚基分离；mRNAmRNA在小亚基上定位结合；在小亚基上定位结合；起始起始fMet-tRNAifMet-tRNAiMetMet的结合；的结合；核蛋白体大亚基结合。核蛋白体大亚基结合。原核生物合成起始原核生物合成起始IF-1IF-11 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IF-1IF-1，IF-3IF-3与小亚基结与小亚基结合促进大小合促进大小亚基分离亚基分离2 2、mRNAmRNA在小亚基定位结合在小亚基定位结合IF-3促进mRNAmRNA在小亚基定位结合在小亚基定位结合IF-1IF-1IF3AUGAUG（1 1）mRNAmRNA位于位于起始密码起始密码上游上游8-138-13核苷酸部核苷酸部位，存在位，存在4-94-9个核苷酸保守序个核苷酸保守序UAAGGAGGUAAGGAGG（S-S-D D，核糖体识别序列），核糖体识别序列）（2 2）原核生物小亚基的）原核生物小亚基的3 3端存在与之互补序端存在与之互补序列列 AUUCCUCCAUUCCUCC反向互补配对。反向互补配对。mRNAmRNA定位基础：定位基础：S-DS-D序列序列 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-1IF-2IF-2GTPGTP3 3、起始氨基酰、起始氨基酰tRNA(fMet-tRNAtRNA(fMet-tRNAi imetmet)结合到小结合到小亚基亚基A A U U G G53目目 录录反密码子识别反密码子识别P P位密码子位密码子,使使起始氨基酰起始氨基酰tRNA(fMet-tRNA(fMet-tRNAimet)tRNAimet)结合到小亚基结合到小亚基就位就位.此时此时A A位上面结合有位上面结合有IF-IF-1 1IF-3IF-3IF-2IF-2GTPGTP起始氨基酰起始氨基酰tRNAtRNA(fMet-tRNAimet)(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（二）真核生物翻译起始复合物形成（二）真核生物翻译起始复合物形成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,释放释放各因子各因子.1 1、核蛋白体大小亚基分离；、核蛋白体大小亚基分离；2 2、起始氨基酰、起始氨基酰-tRNA-tRNA与小亚基与小亚基P P位结合；位结合；3 3、mRNAmRNA在核蛋白体小亚基准确就位；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40S40S60S60Se eI IF F-3 3、e eI IF F-2 2B B 与与与与小小小小亚亚亚亚基基基基结结结结合合合合并并并并在在在在e eI IF F-6 6的的的的参参参参与与与与下下下下GDP+Pi各种各种各种各种elFelF释放释放释放释放elF-5ATPADP+PieIF4F复合物（复合物（elF4E、elF4G、elF4A），），elF4B，PABPmRNAAUGMetMetAUGmetmetPe el lF F-2 2、GGT TP P（e eI IF F-3 3、e eI IF F-4 4C C）MetMet-tRNAiMetMeMet teIF-2-GTPeIF-2-GTPAUG扫描至扫描至kozak序列序列二、肽链合成延长二、肽链合成延长 概概 述述肽链合成肽链合成：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进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，包括以行，每次循环增加一个氨基酸，包括以下下三步：三步：核蛋白体循环核蛋白体循环 (ribosomal cycle)(ribosomal cycle)：进位进位(entrance)(entrance)成肽成肽(peptide bondformation)(peptide bondformation)转位转位(translocation(translocation延长因子延长因子(elongation factor,EFelongation factor,EFelongation factor,EFelongation 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 真核生物：eEF-1,eEF-2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 又称注册又称注册(registration)(registration)1 1、进位、进位指根据指根据mRNAmRNA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-tRNA进入核蛋白体进入核蛋白体A A位。位。目目 录录延长因子延长因子EF-TEF-T催化催化进位（原核生物）进位（原核生物）Tu TsGTPGDPA U G53TuTsGTP目目 录录 A位位成肽成肽2 2、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 。原核生物原核生物EF-GEF-G转位酶活性，消耗转位酶活性，消耗1GTP1GTP；真核生物；真核生物eEF-eEF-2 2与与EF-GEF-G同源同源3 3、转位、转位fMetA 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 E位位，转转位位时时卸载的卸载的tRNAtRNA直接从直接从P P位脱落。位脱落。真核生物延长过程真核生物延长过程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 三、肽链合成的终止三、肽链合成的终止当当mRNAmRNA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-tRNA中释出，中释出，mRNAmRNA、核蛋、核蛋白体等分离，这些过程称为肽链合成终止。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)(release factor,RF)种类种类:原核生物释放因子：原核生物释放因子：RF-1RF-1，RF-2 RF-3 RF-2 RF-3 真核生物释放因子：真核生物释放因子：eRF-1 eRF-3 eRF-1 eRF-3 1.1.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。需能量需能量GTP,RF-3 GTPaseGTP,RF-3 GTPase2.2.诱诱导导转转肽肽酶酶（肽肽酰酰基基转转移移酶酶）改改变变为为酯酯酶酶活活性性,使使肽肽酰酰基基转转移移到到水水分分子子上上面面，肽肽链链从从核核蛋蛋白白体上释放。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 蛋白质合成过程中一条mRNAmRNA上附着多上附着多个核蛋白体形成个核蛋白体形成多聚多聚核蛋白体核蛋白体.多聚核蛋白体：多聚核蛋白体：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（一）、抗生素（一）、抗生素(antibiotics)(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。三、蛋白合成与药物三、蛋白合成与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，林可霉素，氯霉素，林可霉素，大环内酯类大环内酯类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 录录与氨基酰与氨基酰-tRNA 3端端结构相似结构相似抗抗生生素素类类 嘌呤霉素作嘌呤霉素作嘌呤霉素作嘌呤霉素作用示意图用示意图用示意图用示意图与氨基酰与氨基酰 tRNA相似相似核糖体错认为核糖体错认为A位位是活化的氨基酸是活化的氨基酸（二）干扰素：（二）干扰素：真核细胞感染病毒后能分泌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-INF-成纤维细胞成纤维细胞-INF-INF-淋巴细胞淋巴细胞-INF-INF-干扰素的作用机理干扰素的作用机理（1）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（2）间接活化核酸内切酶使mRNA 降解白白喉喉毒毒素素+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（三）毒素1、白喉毒素2、植物毒素 红豆碱、蓖麻蛋白可以与真核生物核糖体大亚基结合，抑制肽链的延长。第二节蛋白质的折叠与修饰加工第二节蛋白质的折叠与修饰加工（一）分子伴侣（一）分子伴侣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),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。*烟台大学药学院 School Pharmacy of Yantai University分子伴侣帮助新生肽链的正确折叠分子伴侣分子伴侣分类分类核糖体结合性分子伴侣核糖体结合性分子伴侣 如：触发因子（TF），新生链相关复合物（NAC）非核糖体结合性分子伴侣非核糖体结合性分子伴侣 如：热休克蛋白70家族，热休克蛋白60家族（蛋白质二硫键异构酶、肽酰脯氨酸异构酶等）1、常见常见hsp70hsp70家族家族 包括：包括：hsp40hsp40（DnaJDnaJ），），hsp70hsp70（DnaKDnaK），），GrpEGrpE 2 2、hsp60hsp60家族家族 又称为伴侣蛋白又称为伴侣蛋白包括GroEL和GroES(真核细胞同源物HSP60,HSP10)家族，作用为非自发折叠的蛋白质创造折叠的微环境伴侣素伴侣素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）蛋白二硫键异构酶（二）蛋白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。目目 录录(三）肽三）肽-脯氨酰顺反异构酶脯氨酰顺反异构酶 天然蛋白质多肽链中肽酰-脯氨酸间肽键绝大部分是反式构型，仅6%为顺式构型。肽-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。肽-脯氨酰顺反异构酶也是蛋白质三维空间构象形成的限速酶。二、蛋白质的加工二、蛋白质的加工 从核糖体上释放出的新生多肽链首先必须正确折叠成具有三级结构的空间构象，然后再经过一系列的成熟和加工修饰过程才能真正成为有生物活性的蛋白质,该过程称为翻译后加工加工过程（post-translation processing)。1 1、肽链、肽链N N端端fMetfMet或或MetMet的切除的切除 脱脱甲甲酰酰酶酶（deformylasedeformylase）:除除去去N-N-端端 fMetfMet甲甲酰酰基，留下基，留下MetMet作为第一个氨基酸；作为第一个氨基酸；氨肽酶去除氨肽酶去除MetMet。2 2、特定氨基酸的共价修饰、特定氨基酸的共价修饰 主要包括：磷酸化、甲基化、乙酰化、羟基化、亲主要包括：磷酸化、甲基化、乙酰化、羟基化、亲脂化修饰。脂化修饰。比如比如:胶原蛋白中赖氨酸、脯氨酸残基的羟基化；胶原蛋白中赖氨酸、脯氨酸残基的羟基化；甲状腺球蛋白的碘化；甲状腺球蛋白的碘化；信号传递分子中的络氨酸、丝氨酸、苏氨信号传递分子中的络氨酸、丝氨酸、苏氨 酸的磷酸化。酸的磷酸化。组蛋白精氨酸的乙酰化等组蛋白精氨酸的乙酰化等 二硫键形成异构酶二硫键形成异构酶 谷胱甘肽谷胱甘肽3、二硫二硫键键形成和正确配形成和正确配对对：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。谷胱甘肽谷胱甘肽 链内二硫键形成起着重要作用。链内二硫键形成起着重要作用。G-SH:G-SH:还原性谷胱甘肽。还原性谷胱甘肽。G-S-S-G:G-S-S-G:氧化性谷胱甘肽。氧化性谷胱甘肽。CH2-SHCH2-SHG-SHCH2-S-S-GCH2-SHCH2-SCH2-S+G-s-s-GG-SHG-SHG-SH链内链内二硫键形成机制二硫键形成机制NADPH+H+鸦片促黑皮质素原(POMC)的水解修饰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4、多蛋白的加工 信号肽的去除 如：蛋白质的跨膜 酶原的激活 如：胰岛素原的C肽5、前体蛋白的加工 蛋白质内含子的去除 某些新生蛋白质含有部分间隔序列等待切割，其意义类似于hnRNA中的内含子，此片段称为内蛋白子。内蛋白质切割下来的肽段称为游离内蛋白子。游离蛋白子可以对自身的基因起切割作用，造成该内含子基因的转位。1、亚基聚合 具有四级结构的蛋白质由两条以上的肽链通过非共价聚合，形成寡聚体(oligomer)。蛋白质各个亚基相互聚合所需的信息仍储存在肽链的氨基酸序列之中。这种聚合过程往往有一定顺序，前一步骤常可促进后一步骤的进行。（二）空间结构的修饰2、辅基连接 是指结合蛋白，如糖蛋白、脂蛋白、色蛋白、金属蛋白及各种带S 基的酶类等，其非蛋白部分(辅基)合成后与蛋白部分的连接。第三节 蛋白质的转运与定位一、蛋白质的转运 定义：蛋白质合成后经过复杂机制，定向输送到最终发挥生物功能的目标位点，称为蛋白质的分选和运输，又可称为蛋白质的靶向输送（protein targeting)。真核蛋白质合成后的去向：输送入细胞器的蛋白质，存在3种运输机制：核孔转运：核内 核内、外膜上的核孔 跨膜转运：内质网、线粒体、叶绿体或过氧化物酶体，存在于膜上的蛋白质转运发挥了关键作用；小泡转运：从ER或从一个细胞器到另一个细胞器转运 转运小泡 “出芽”和“膜融合”游离核糖体上合成的蛋白质 一般属于细胞质蛋白质，还有一部分经过分选后再运输到各自最终定位的地方，包括核蛋白以及掺入到其他细胞器(线粒体、过氧化物酶体、叶绿体）的蛋白;膜结合核糖体合成的蛋白质 主要指膜蛋白、分泌型蛋白以及滞留在内膜系统（内质网、高尔基复合体、溶酶体和小泡等）的可溶性蛋白。由于蛋白质合成的位点不同，也决定了蛋白质的去向和转运方式不同。不同合成位点蛋白质的去向真核生物蛋白质运输方式：翻译时运转：信号肽引导经内质网膜的运输途径翻译后运转：导肽引导的通过线粒体、叶绿体、过氧化物酶体、乙醛酸体的膜运输途径信号序列信号序列(signal sequence)所有靶向输送的蛋白质结构中存在分分选选信信号号，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。（一）信号肽假说（一）信号肽假说靶向运输蛋白的信号序列或成分信号肽信号肽(signal peptide)：新生的分泌蛋白N-端含有的1335个氨基酸残基长度的信号序列，能引导分泌蛋白在细胞内的转运。Blobel 1999年 诺贝尔生理学或医学奖特点：特点：端常常有端常常有1 1个或几个带正电荷的个或几个带正电荷的 碱性氨基酸残碱性氨基酸残基，如赖氨酸、精氨酸等；基，如赖氨酸、精氨酸等；中间为中间为10101515个残基构成的疏水核心区，主要含个残基构成的疏水核心区，主要含疏水中性氨基酸，如亮氨酸、异亮氨酸等；疏水中性氨基酸，如亮氨酸、异亮氨酸等；C C端多以侧链较短的甘氨酸、丙氨酸结尾，端多以侧链较短的甘氨酸、丙氨酸结尾，紧接紧接着是被信号肽酶着是被信号肽酶(signal peptidase)(signal peptidase)裂解的位点。裂解的位点。signal S.的基本结构的基本结构110aa 1015aa13 Gly，Alarich Arg+,Lys+-rich Phe,Leu,Ile信号肽酶信号肽酶 切割切割位点位点信号肽的一级结构信号肽的一级结构 10-15-螺旋螺旋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 2、导肽、导肽 导肽位于蛋白质前体的端，含20 80个氨基酸残基，导肽所引导的“前 体”蛋白通过细胞膜时，被12种多肽酶水解后转化为成熟蛋白质。线粒体,叶绿体，过氧化物体等细胞器的膜蛋白是由导肽牵引和定位的，是肽链先合成后再分选和运输的，(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 (4)羟基氨基酸的含量很高。(5)有形成两性-螺旋的能力结构特征结构特征:导肽靶向引导肽链进入线粒体导肽靶向引导肽链进入线粒体三、三、分子伴侣参与蛋白质的跨膜运输分子伴侣参与蛋白质的跨膜运输靶向输送蛋白质跨膜时分子伴侣的作用是保持蛋白质处于蛋白质跨膜时分子伴侣的作用是保持蛋白质处于未折叠的柔性结构。未折叠的柔性结构。蛋白质跨膜后，另一种分子伴侣协助其形成正确蛋白质跨膜后，另一种分子伴侣协助其形成正确的构象，的构象，如：如：HsP70首先就与尚未折叠或部分折叠的蛋首先就与尚未折叠或部分折叠的蛋白质前体结白质前体结 合，使前体分子不会发生凝集；在随后合，使前体分子不会发生凝集；在随后靶向线粒体的过程中，靶向线粒体的过程中，HsP70也始终参与和协助运也始终参与和协助运 输。输。(四四)蛋白质的正向转运和逆向转运蛋白质的正向转运和逆向转运真核细胞真核细胞分泌蛋白分泌蛋白前体合成后靶向输送过前体合成后靶向输送过程：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u正向转运：正向转运：在内质网在内质网-高尔基系统中，运载蛋白高尔基系统中，运载蛋白质的小泡不断的从质的小泡不断的从内质网到高尔基体内质网到高尔基体的运输过程。的运输过程。COP-CO