药学分子生物学翻译.pptx

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1、蛋白质的生物合成翻译蛋白质的生物合成，即翻译，就是将核酸中由 4 种核苷酸序列编码的遗传信息，通过遗传密码破译的方式解读为蛋白质一级结构中20种氨基酸的排列顺序。中心法则：中心法则：第1页/共113页蛋白质生物合成的过程翻译起始、延长、终止翻译后修饰三维结构的折叠、一级结构的修饰、空间结构加工成熟蛋白质的定向运输信号肽第2页/共113页参与翻译的物质包括：三种RNAmRNA（messengerRNA,信使RNA）rRNA（ribosomalRNA,核糖体RNA）tRNA（transferRNA,转移RNA）2020种氨基酸种氨基酸种氨基酸种氨基酸(AA)(AA)作为原料作为原料作为原料作为原料

2、 酶及众多蛋白因子酶及众多蛋白因子酶及众多蛋白因子酶及众多蛋白因子 ATPATP、GTPGTP、无机离子、无机离子、无机离子、无机离子起始因子：起始因子：起始因子：起始因子：initiation factor,IFinitiation factor,IF延伸因子：延伸因子：延伸因子：延伸因子：elongation factor,EFelongation factor,EF释放因子：释放因子：释放因子：释放因子：release factorrelease factor，RFRF第3页/共113页一、翻译模板mRNA及遗传密码 mRNA是遗传信息的携带者mRNAmRNA含有从含有从含有从含有从DN

3、ADNA转录的遗传信息，是蛋白质合成的模板。转录的遗传信息，是蛋白质合成的模板。转录的遗传信息，是蛋白质合成的模板。转录的遗传信息，是蛋白质合成的模板。mRNAmRNA包括包括包括包括 5 5 -非翻译区非翻译区非翻译区非翻译区(5 5 -untranslated region,-untranslated region,5 5 -UTR)UTR)开放阅读框架区开放阅读框架区开放阅读框架区开放阅读框架区(open readingopen reading frame,ORF)frame,ORF)3 3 -非翻译区非翻译区非翻译区非翻译区(3 3 -untranslated region,-untr

4、anslated region,3 3 -UTR)UTR)PPPmG-5-3 第4页/共113页一、翻译模板mRNA及遗传密码原核细胞中数个结构基因常串联为一个转录单位，转录生成的原核细胞中数个结构基因常串联为一个转录单位，转录生成的mRNA可编码几种功能相关的蛋白质，为可编码几种功能相关的蛋白质，为多顺反子多顺反子(polycistron)。真核真核mRNA只编码一种蛋白质，为只编码一种蛋白质，为单顺反子单顺反子(single cistron)。顺反子(cistron):遗传学将编码一个多肽的遗传单位称为顺反子第5页/共113页原核生物的多顺反子原核生物的多顺反子真核生物的单顺反子真核生物的

5、单顺反子非编码序列非编码序列核糖体结合位点核糖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PPP5-3 蛋白质蛋白质PPPmG-5-3 蛋白质蛋白质第6页/共113页遗传密码子(genetic coden)mRNA分子上从5至3方向，由AUG开始，每3个核苷酸为一组，决定肽链上某一个氨基酸或蛋白质合成的起始、终止信号，称为遗传密码、密码子（coden），也称三联体密码(tripletcoden)起始密码起始密码(initiation codon):AUG 终止密码终止密码(termination codon):UAA，UAG，UGA mRNA 氨基酸氨基酸碱基种类碱基种类

6、 密码子种类密码子种类 4 64（43）第7页/共113页遗传遗传密码密码表表第8页/共113页遗传密码的特点1、连续性(commaless)编码蛋白质氨基酸序列的各个三联体密码中间无标点，连续阅读，密码间既无间断也无交叉开放阅读框架开放阅读框架开放阅读框架开放阅读框架(open reading frame,ORF)(open reading frame,ORF)：从从从从mRNA mRNA 5 5 端端端端起起起起始始始始密密密密码码码码子子子子AUGAUG到到到到3 3 端端端端终终终终止止止止密密密密码码码码子子子子之之之之间间间间的的的的核核核核苷苷苷苷酸酸酸酸序序序序列列列列，各各各

7、各个个个个三三三三联联联联体体体体密密密密码码码码连连连连续续续续排排排排列列列列编编编编码码码码一一一一个个个个蛋白质多肽链，称为开放阅读框架。蛋白质多肽链，称为开放阅读框架。蛋白质多肽链，称为开放阅读框架。蛋白质多肽链，称为开放阅读框架。第9页/共113页框移突变(frameshift mutation)基因损伤引起mRNA阅读框架内的碱基发生插入或缺失，可能导致框移突变第10页/共113页mRNA editing特定的碱基插入、缺失或置换，使同一mRNA前体翻译出序列、功能不同的蛋白质，这种基因表达调节的方式叫做mRNA编辑第11页/共113页遗传密码的特点2.简并性(degenerac

8、y)有多个密码子特异地编码同一个氨基酸遗传密码中，除色氨酸和甲硫氨酸仅有一个密码子外，其余氨基酸有2、3、4个或多至6个三联体为其编码。意义：减少有害突变，保证遗传的稳定性不同生物对密码的使用有“偏向性”第12页/共113页简并性(degeneracy)第13页/共113页遗传密码的特点3、方向性(direction)mRNA分子上由起始密码AUG开始，从53方向阅读密码子，直至终止密码4、通用性(universal)已发现少数例外，如动物细胞的线粒体、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自同一祖先第14页/共113页遗传密码的特点5、摆动性(wobble)转运氨基酸的tRNA的

9、反密码需要通过碱基互补与mRNA上的遗传密码反向配对结合，但反密码与密码间不严格遵守常见的碱基配对规律，称为摆动性U第15页/共113页密码子、反密码子配对的摆动现象tRNAtRNA反密码子反密码子反密码子反密码子第第第第1 1位碱基位碱基位碱基位碱基I IU UGGA AC CmRNAmRNA密码子密码子密码子密码子第第第第3 3位碱基位碱基位碱基位碱基U,C,AU,C,AA,GA,GU,CU,CU UGG第16页/共113页二、tRNA是氨基酸的转运工具双重作用：以氨基酰-tRNA的形式携带活化的氨基酸识别mRNA上的遗传密码，带活化氨基酸对号入座反密码环反密码环氨基酸臂氨基酸臂第17页/

10、共113页tRNA的三级结构示意图第18页/共113页三、核糖体是蛋白质合成场所 原核生物核糖体70S真核生物核糖体80S核糖核糖核糖核糖体的体的体的体的组成组成组成组成第19页/共113页不同细胞核糖体的组成 原核生物原核生物原核生物原核生物真核生物真核生物真核生物真核生物核糖体核糖体核糖体核糖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糖体核糖体核糖体核糖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S S70S70S30S30S50S50S80S80S40S40S60S60SrRNArRNA16S-rRNA16S-rRNA5S-rRNA5S-rRNA23S-rRNA23S-r

11、RNA18S-rRNA18S-rRNA28S-rRNA28S-rRNA5S-rRNA5S-rRNA5.8S-rRNA5.8S-rRNA蛋白质蛋白质蛋白质蛋白质rpS 21rpS 21种种种种rpL 36rpL 36种种种种rpS 33rpS 33种种种种rpL 49rpL 49种种种种第20页/共113页核糖体在蛋白质合成中有主要作用：核糖体通过将核糖体通过将核糖体通过将核糖体通过将mRNAmRNA、氨基酰、氨基酰、氨基酰、氨基酰-tRNA-tRNA和相关的蛋白因子放置在正确和相关的蛋白因子放置在正确和相关的蛋白因子放置在正确和相关的蛋白因子放置在正确的位置来调节蛋白质的合成。的位置来调节蛋白

12、质的合成。的位置来调节蛋白质的合成。的位置来调节蛋白质的合成。核糖体的成分可催化翻译过程的一部分化学反应核糖体的成分可催化翻译过程的一部分化学反应核糖体的成分可催化翻译过程的一部分化学反应核糖体的成分可催化翻译过程的一部分化学反应第21页/共113页三、核糖体RNA是蛋白质合成场所小亚基：容纳mRNA结合起始tRNA结合、水解ATP大亚基：三个tRNA的结合位点A位：接受位（acceptorsite）P位：肽酰tRNA占据的位置（peptidylsite）E位：空载tRNA位（exitsite）催化肽键形成结合IF、EF、RF等因子第22页/共113页小结：蛋白质生物合成的体系原料：20种氨基

13、酸模板：mRNA场所：核糖体（核蛋白体）氨基酸的“搬运工具”：tRNA酶与蛋白质因子：EF、IF、RF等因子能量：ATP、GTP无机离子：Mg2+,K+第23页/共113页蛋白质生物合成的过程翻译（一）氨基酸的活化与转运（二）核糖体循环肽链合成的起始肽链的延长肽链合成的终止第24页/共113页（一）氨基酸的活化与转运氨基酰-tRNA合成酶催化活化反应在氨基酸的羧基上进行氨基酸氨基酸+tRNA氨基酰氨基酰-tRNAATP AMPPPi氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶第25页/共113页氨基酸的活化第一步氨基酸氨基酸 ATP 氨基酰氨基酰-AMP AMP PPi 第26页/共113页氨基酸的活化

14、第二步氨基酰氨基酰-AMP tRNA 氨基酰氨基酰-tRNA AMP第27页/共113页氨基酰-tRNA氨基酰-tRNA的表示方法：Ala-tRNAAla Ser-tRNASerMet-tRNAMet 起始肽链合成的氨基酰-tRNA真核生物：Met-tRNAiMet原核生物：fMet-tRNAifMet（N-甲酰甲硫氨酰-tRNAMet）第28页/共113页 fMet-tRNAifMet的生成：第29页/共113页蛋白质合成中mRNA模板的方向：53蛋白质的合成方向：N端C端蛋白质合成过程：起始延长终止（二）核糖体循环（二）核糖体循环（ribosome cycle）活化的氨基酸，由活化的氨基酸

15、，由tRNA携带至核糖体上，携带至核糖体上，以以mRNA为模板合成多肽的过程为模板合成多肽的过程第30页/共113页1.翻译的起始I.I.原核生物：原核生物：起始复合物的形成过程起始复合物的形成过程（1）核糖体亚基的拆离）核糖体亚基的拆离（2）mRNA与与30S小亚基结合小亚基结合（3）fMet-tRNAifMet的结合的结合（4）50S大亚基的结合大亚基的结合第31页/共113页起始复合物的形成过程（1）核糖体大小亚基分离IF-3IF-1第32页/共113页（2）mRNA在小亚基定位结合A U G53IF-3IF-1S-DS-D序列：原核生物序列：原核生物序列：原核生物序列：原核生物mRNA

16、 5mRNA 5端起始密码子的上游有一段端起始密码子的上游有一段端起始密码子的上游有一段端起始密码子的上游有一段富含嘌呤富含嘌呤富含嘌呤富含嘌呤的的的的 特殊序列，可被核糖体小亚基特殊序列，可被核糖体小亚基特殊序列，可被核糖体小亚基特殊序列，可被核糖体小亚基16S rRNA 316S rRNA 3端（端（端（端（富含嘧啶富含嘧啶富含嘧啶富含嘧啶）序列辨认结合序列辨认结合序列辨认结合序列辨认结合 第33页/共113页S-D序列 和 rpS辨认序列第34页/共113页（3）起始氨基酰tRNA(fMet-tRNAiMet)结合到小亚基IF-3IF-1IF-2GTPA U G53第35页/共113页（

17、4）核糖体大亚基结合，起始复合物形成IF-3IF-1IF-2GTPGDPPiA U G53第36页/共113页起始复合物的组装的全过程IF-3IF-1A U G53IF-2GTPIF-2-GTPGDPPi第37页/共113页II II.真核生物翻译起始复合物形成真核生物起始复合物的形成可分为3个步骤：43S前起始复合物形成：起始氨基酰-tRNA结合 48S前起始复合物形成：mRNA在核糖体小亚基就位 80S起始复合物形成：核糖体大亚基结合第38页/共113页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起始因子起始因子生物功能生物功能生物功能生物功能eIF-2eIF-2 促进起始促进

18、起始促进起始促进起始tRNAtRNA与小亚基结合与小亚基结合与小亚基结合与小亚基结合eIF-2B,eIF-3eIF-2B,eIF-3 促进大小亚基分离促进大小亚基分离促进大小亚基分离促进大小亚基分离eIF-4AeIF-4A eIF-4FeIF-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mRNAmRNA结合小亚基结合小亚基结合小亚基结合小亚基eIF-4BeIF-4B 促进促进促进促进mRNAmRNA扫描定位起始扫描定位起始扫描定位起始扫描定位起始AUGAUGeIF-4EeIF-4E eIF-4FeIF-4F

19、复合物成分，结合复合物成分，结合复合物成分，结合复合物成分，结合mRNA 5mRNA 5帽子帽子帽子帽子eIF-4GeIF-4G eIF-4FeIF-4F复合物成分，结合复合物成分，结合复合物成分，结合复合物成分，结合eIF-4EeIF-4E和和和和PABPABeIF-5eIF-5 促进各种起始因子从小亚基解离，进而结合大亚基促进各种起始因子从小亚基解离，进而结合大亚基促进各种起始因子从小亚基解离，进而结合大亚基促进各种起始因子从小亚基解离，进而结合大亚基eIF-6eIF-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第39页/共1

20、13页第40页/共113页MetMet40S40SMeMet tMetMet40S40S60S60SmRNAeIF-2BeIF-2B、eIF-3eIF-3、eIF-6 elF-3elF-3GDP+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真核生物翻译起始复合物形成真核生物翻译起始复合物形成过程过程Met-tRNAiMet-elF-2-GTPMetMet60S60S第41页/共113页 真核生物翻译起始的特点核蛋白体是80S；起始因子种类多；起始tRNA的Met不需甲酰化；mRNA的5帽子和3polyA尾结构

21、与mRNA在核蛋白体就位有关；起始tRNA先与核蛋白体小亚基结合，然后再结合mRNA无S-D序列，有Kozak共有序列（ACCAUGG）第42页/共113页2.肽链的延长指根据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，直到合成终止的过程肽链延长在核糖体上连续性循环式进行，又称为肽链延长在核糖体上连续性循环式进行，又称为核糖体循环核糖体循环(ribosomal cycle)，每次循环增加一个氨基酸，包括以下三步：，每次循环增加一个氨基酸，包括以下三步：进位进位(entrance)成肽成肽(peptide bond formation)转位转位(translocation)第

22、43页/共113页肽链合成的延长因子原核延长原核延长因子因子生物功能生物功能对应真核延对应真核延长因子长因子EF-Tu促进氨基酰促进氨基酰-tRNA进入进入A位，结合分解位，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，促进位，促进卸载卸载tRNA释放释放EF-2第44页/共113页肽链的延长（1）进位(entrance)指根据mRNA下一组遗传密码指导，使相应氨基酰-tRNA进入核糖体A位在延长因子EF-T的介导下，相应氨基酰-tRNA完成进位第45页/共113页延长因子延长因子E

23、F-T的循环：的循环：EF-TEF-TEF-TEF-T的两个亚基：的两个亚基：的两个亚基：的两个亚基：EF-TuEF-TuEF-TuEF-Tu：GTPGTPGTPGTP酶酶酶酶EF-TsEF-TsEF-TsEF-Ts：GTPGTPGTPGTP交换蛋白交换蛋白交换蛋白交换蛋白第46页/共113页进位进位(entrance)第47页/共113页肽链的延长（2）成肽(peptidebondformation)是由是由转肽酶转肽酶(transpeptidase)催化的肽键形成过程。催化的肽键形成过程。第48页/共113页肽链的延长（3）转位(translocation)延长因子延长因子EF-G有转位酶

24、有转位酶(translocase)活性，可结合并水解活性，可结合并水解1 1分子分子GTP，促进核，促进核糖体向糖体向mRNA的的3 3侧移动侧移动 。第49页/共113页肽链的延长第50页/共113页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因子。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，转转位时卸载的位时卸载的tRNAtRNA直接从直接从P P位脱落。位脱落。II.真核生物延长过程真核生物延长过程第51页/共113页3.肽链合成的终止当mRNA上终止密码出现后，多肽链合成停止，

25、肽链从肽酰-tRNA中释出，mRNA、核糖体等分离，这些过程称为肽链合成终止只有只有只有只有释放因子（释放因子（释放因子（释放因子（RFRFRFRF）能识别终止密码子，并占据能识别终止密码子，并占据能识别终止密码子，并占据能识别终止密码子，并占据A A A A位位位位第52页/共113页释放因子(release factor,RF)原核生物释放因子：RF-1，RF-2，RF-3释放因子的功能一是识别终止密码，如RF-1特异识别UAA、UAG；而RF-2可识别UAA、UGA。二是诱导转肽酶改变为酯酶活性，相当于催化肽酰基转移到水分子-OH上，使肽链从核糖体上释放。第53页/共113页U A G5

26、3RFCOO-第54页/共113页原核生物蛋白质合成的能量计算氨基酸活化：2个PATP起始：1个GTP延长：2个GTP终止：1个GTP结论：每合成一个肽键至少消耗4个P。第55页/共113页多聚核糖体(polysome)使蛋白质合成高速、高效进行电镜下的多聚核糖体现象电镜下的多聚核糖体现象第56页/共113页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 节节第57页/共113页三、翻译后的加工从核糖体释放出的新生多肽链不一定具备蛋白质生物活性，需经过不同的翻译后复杂加工过程才转变为天

27、然构象的功能蛋白。主要包括：多肽链折叠为天然的三维结构多肽链折叠为天然的三维结构多肽链折叠为天然的三维结构多肽链折叠为天然的三维结构 肽链一级结构的修饰肽链一级结构的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高级结构修饰高级结构修饰 第58页/共113页三、翻译后的加工新生肽链的折叠新生肽链的折叠在肽链合成中、合成后完成，新生肽链N端在核糖体上一出现，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，产生正确的二级结构、模体、结构域到形成完整空间构象。一般认为，多肽链自身氨基酸顺序储存着蛋白质折叠的信息，即一级结构是空间构象的基础。细胞中大多数天然蛋白质折叠都不是自

28、动完成，而需要其他酶、蛋白辅助。第59页/共113页几种有促进蛋白折叠功能的大分子1.分子伴侣(molecularchaperon)2.蛋白二硫键异构酶(proteindisulfideisomerase,PDI)3.肽-脯氨酰顺反异构酶(peptideprolylcis-transisomerase,PPI)第60页/共113页1.热休克蛋白热休克蛋白(heat shock protein,HSP)HSP70、HSP40和和GreE族族 2.伴侣素伴侣素(chaperonins)GroEL和和GroES家族家族分子伴侣分子伴侣分子伴侣是细胞一类保守蛋白质，可识别肽链的非天然构象，促进分子伴侣

29、是细胞一类保守蛋白质，可识别肽链的非天然构象，促进各功能域和整体蛋白质的正确折叠。各功能域和整体蛋白质的正确折叠。第61页/共113页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结合保护待折叠多肽片段，再释放该片段进行折叠。结合保护待折叠多肽片段，再释放该片段进行折叠。形成形成HSP70和多肽片段依次结合、解离的循环。和多肽片段依次结合、解离的循环。HSP40结合待折叠多肽结合待折叠多肽片段片段 HSP70-ATP复合物复合物 HSP40-HSP70-ADP-多肽复合物多肽复合物 ATP水解水解GrpE ATPADP复合物解离，释出多肽链片段进行正确折叠复合物解离，释出

30、多肽链片段进行正确折叠 第62页/共113页伴侣素伴侣素GroEL/GroES系统促进蛋白质折叠过程系统促进蛋白质折叠过程 伴侣蛋白的主要作用伴侣蛋白的主要作用为非自发性折叠蛋白质提供能折叠形成天然空间构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象的微环境。第63页/共113页蛋白二硫键异构酶蛋白二硫键异构酶 多肽链内或肽链之间二硫键的正确形成对稳定分泌蛋白、膜蛋白等多肽链内或肽链之间二硫键的正确形成对稳定分泌蛋白、膜蛋白等的天然构象十分重要，这一过程主要在细胞内质网进行。的天然构象十分重要，这一过程主要在细胞内质网进行。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

31、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然构象。象。第64页/共113页肽肽-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种异构体，空间构象明显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。差别。肽酰肽酰-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。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。肽酰肽酰-脯氨酰顺反异构酶是蛋白质三维构象形成的限速酶，在肽链合成脯氨酰顺反异构酶是蛋白质三

32、维构象形成的限速酶，在肽链合成需形成顺式构型时，可使多肽在各脯氨酸弯折处形成准确折叠。需形成顺式构型时，可使多肽在各脯氨酸弯折处形成准确折叠。第65页/共113页三、翻译后的加工一级结构的修饰肽链N端的修饰切除N端甲酰蛋氨酸或蛋氨酸个别氨基酸的修饰形成二硫键，赖氨酸、脯氨酸羟基化，丝氨酸、苏氨酸磷酸化，组氨酸甲基化，谷氨酸羧基化多肽链的水解修饰去除某些肽段或氨基酸残基第66页/共113页HCV genomesC Rice,2007,Naure Reviewsp7:putative ion channelNS5A:phosphoprotein第67页/共113页三、翻译后的加工高级结构的修饰亚基

33、聚合辅基连接疏水脂链的共价连接形成蛋白质的四级结构形成蛋白质的四级结构形成蛋白质的四级结构形成蛋白质的四级结构 如，血红蛋白如，血红蛋白（四个亚基构成，分别为两个四个亚基构成，分别为两个 亚基和两个亚基和两个 亚基亚基）第68页/共113页蛋白质合成后的靶向输送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，这一过程称为蛋白质的靶向输送。信号序列（signalsequence）：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，这一疏水的肽段称为信号序列第69页/共113页靶向输送蛋白靶向输送蛋白靶向输送蛋白靶向输送蛋

34、白信号序列或成分信号序列或成分信号序列或成分信号序列或成分分泌蛋白分泌蛋白分泌蛋白分泌蛋白信号肽信号肽信号肽信号肽内质网腔蛋白内质网腔蛋白内质网腔蛋白内质网腔蛋白信号肽，信号肽，信号肽，信号肽，C C端端端端-Lys-Asp-Glu-Leu-COO-Lys-Asp-Glu-Leu-COO-(KDEL(KDEL序列序列序列序列)线粒体蛋白线粒体蛋白线粒体蛋白线粒体蛋白N N端靶向序列（端靶向序列（端靶向序列（端靶向序列（20203535氨基酸残基）氨基酸残基）氨基酸残基）氨基酸残基）核蛋白核蛋白核蛋白核蛋白核定位序列（核定位序列（核定位序列（核定位序列（-Pro-Pro-Lys-Lys-Lys-

35、Arg-Lys-Pro-Pro-Lys-Lys-Lys-Arg-Lys-Val-Val-，SV40 TSV40 T抗原）抗原）抗原）抗原）过氧化体蛋白过氧化体蛋白过氧化体蛋白过氧化体蛋白-Ser-Lys-Leu-Ser-Lys-Leu-（PSTPST序列）序列）序列）序列）溶酶体蛋白溶酶体蛋白溶酶体蛋白溶酶体蛋白Man-6-PMan-6-P（甘露糖（甘露糖（甘露糖（甘露糖-6-6-磷酸）磷酸）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 第70页/共113页（一）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送过程首先要进入内真核细胞分泌蛋白等前体合成后靶向输送过

36、程首先要进入内质网。质网。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端有保守的氨基酸序列称信号肽。端有保守的氨基酸序列称信号肽。第71页/共113页信号肽的一级结构碱性氨基酸（赖氨酸、精氨酸）中性氨基酸（亮氨酸、异亮氨酸）极性氨基酸（甘、丙、丝）第72页/共113页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 第73页/共113页 第74页/共113页（二）线粒体蛋白的靶向输送第75页/共113页（三）细胞核蛋白的靶向输送第76页/共113页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&Inhibiti

37、on of Protein Biosynthesis第第 四四 节节第77页/共113页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过程而起作用的。可针对蛋白质生物合成必需的关键组分作为研究新抗菌药物的作用靶点。同时尽量利用真核、原核生物蛋白质合成体系的任何差异，以设计、筛选仅对病原微生物特效而不损害人体的药物。四、蛋白质生物合成与医学第78页/共113页l抗生素抗生素(antibiotics)是微生物产生的能够杀灭或抑制细菌的一类药物。是微生物产生的能够杀灭或抑制细菌的一类药物。l抗代谢药物抗代谢药物指能

38、干扰生物代谢过程，从而抑制细胞过度生长指能干扰生物代谢过程，从而抑制细胞过度生长的药物，如：的药物，如：6巯基嘌呤巯基嘌呤（6-MP）。）。l 某些毒素也作用于基因信息传递过程。某些毒素也作用于基因信息传递过程。第79页/共113页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

39、核真核、原核核蛋白体核蛋白体 抑制氨基酰抑制氨基酰-tRNAtRNA与小亚基结合与小亚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-EFG-GTPGTP结合，抑制肽链延长结合，抑制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-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 第80页/共

40、113页嘌呤霉素作用示意图第81页/共113页二、其他干扰蛋白质生物合成的物质毒素(toxin)干扰素(interferon)第82页/共113页白喉毒素(diphtheriatoxin)的作用机理使eEF2发生ADP糖基化白白喉喉毒毒素素+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）第83页/共113页干扰素的作用机理（1）干扰素诱导eIF2磷酸化而失活干扰素诱导的蛋白激酶干扰素诱导的蛋白激酶dsRNAATPeIF2ADPeIF2-P（失活）（失活）Pi磷酸酶磷酸酶第84页/共113页2.干扰素诱导病毒干扰素诱导病毒RNA降

41、解降解降解降解mRNAdsRNA干扰素干扰素AAPAPPPP2 5 2 5 5 2-5 AAPPPATP2-5A合成酶合成酶RNaseLRNaseL活化活化第85页/共113页第三部分Translation Control 翻翻 译译 调调 控控第86页/共113页翻译水平调节蛋白质分子的自我调节作用于自身mRNA的翻译autogenouscontrol,自我控制小分子RNA对翻译的调节siRNAmiRNA第87页/共113页一、翻译起始因子的磷酸化调节蛋白质合成条条件件变变化化活活化化了了特特殊殊的的蛋蛋白白质质激激酶酶，使使真真核核（翻翻译译）起起始始因因子子eIF-2（eukaryoti

42、c initiation factor，eIF-2）磷酸化所致。）磷酸化所致。第88页/共113页第89页/共113页二、结合mRNA 5 与3 非转录区的蛋白质介导负翻译调控一一些些转转录录抑抑制制蛋蛋白白质质结结合合到到mRNA的的5 端端抑抑制制转转录录起起始始，而而另另一一些些抑抑制制蛋蛋白白质质则则识识别别特特殊殊mRNA分分子子的的3 UTR，通通过过干干扰扰3 poly(A)尾尾与与5 端帽的联络而减少翻译的起动。端帽的联络而减少翻译的起动。第90页/共113页 IRE-BP对铁蛋白对铁蛋白mRNA翻译的调节翻译的调节低铁状态低铁状态5铁蛋白铁蛋白mRNA活化的活化的IRE-BP

43、编码区编码区3翻译不翻译不能进行能进行高铁状态高铁状态5铁蛋白铁蛋白mRNA失活的失活的IRE-BP铁铁编码区编码区3翻译翻译第91页/共113页三、细胞浆poly(A)的添加可以调节蛋白翻译在一些情况下，特殊的在一些情况下，特殊的poly(A)尾端可以在细胞浆得以延伸。尾端可以在细胞浆得以延伸。例：正在成熟中的卵母细胞与卵细胞例：正在成熟中的卵母细胞与卵细胞 一一些些存存在在于于细细胞胞浆浆的的mRNA分分子子的的3末末端端只只有有10-30个个腺腺苷苷酸酸（A），它它们们并并不不翻翻译译。在在卵卵母母细细胞胞成成熟熟和和受受精精后后的的一一个个特特定定时时段段，当当需需要要这这些些mRNA

44、 所所编编码码的的蛋蛋白白质质时时，poly(A)被被添添加加到到这这些些选选定定的的mRNA分分子子，大大促进它们翻译的开始。大大促进它们翻译的开始。第92页/共113页四、无义变化介导的mRNA降解是真核细胞mRNA监视系统无义变化介导的无义变化介导的mRNA降解降解(nonsense-mediated mRNA decay,NMD）当当在在同同一一阅阅读读框框架架内内的的翻翻译译终终止止密密码码子子UAA、UAG或或UGA提提前前出出现现在在最最后后两两个个外外显显子子交交界界处处上上游游约约50 nt处处时时，mRNA被被迅迅速速降降解解。这这些些错错位位终终止止密密码码子子被被称称为

45、为成成熟熟前前终终止止密密码码子子（premature termination codons,PTC），），可以来自突变、重组、不完全或不正确剪接。可以来自突变、重组、不完全或不正确剪接。第93页/共113页无义变化介导的mRNA的降解第94页/共113页意义：v可以使某些异常的mRNA在被有效地翻译成蛋白质前得到清除，这个mRNA监视系统可以防止非正常截短的蛋白质的合成。vNMD在进化过程中发挥了重要作用，使真核细胞更容易探究由于DNA重排、突变或不同剪接方式所形成的新基因。v免疫系统细胞的发育过程中也很重要，重排基因产生的这类mRNA被NMD系统迅速降解，避免了截短蛋白质的细胞毒作用。第9

46、5页/共113页RNA干涉（RNAi）安德鲁法尔（2006年3月14日）克雷格梅洛（2006年3月14日）第96页/共113页RNA干涉可以使转录后的基因沉默 RNA干涉干涉 在在高高等等真真核核生生物物中中发发现现有有一一类类小小RNAs(small RNAs)介介导导的的特特殊殊基基因因的的沉沉默默。这这是是由由于于此此类类小小RNAs与与mRNAs（经经常常是是3 UTR）相相互互作作用用，导导致致mRNA降降解解或或者者翻翻译译抑抑制制，使使mRNA及及其其相相应应基基因因无无法法表表达达而而沉沉默默（silence）。）。控控制制至至少少某某些些生生物物体体的的适适时时发发育育。它它

47、也也是是一一种种保保护护生生物物体体免免受受RNA病毒侵袭和控制转座子活性的机制病毒侵袭和控制转座子活性的机制。意义：意义：第97页/共113页RNAi发现的过程RNAi现象早在1993年就有报道：将产生紫色素的基因转入开紫花的矮牵牛中，希望得到紫色更深的花，可是事与愿违，非但没有加深紫色，反而成了白色。当时认为这是矮牵牛本来有的紫色素基因和转入的外来紫色素基因都失去了功能，称这种现象是“共抑制”。1995年，康奈尔大学的SuGuo博士用反义RNA阻断线虫基因表达的试验中发现，反义RNA（antisenseRNA和正义RNA（senseRNA）都阻断了基因的表达，他们对这个结果百思不得其解。直

48、到1998年，AndrewFire的研究证明，在正义RNA阻断了基因表达的试验中，真正起作用的是双链RNA。这些双链RNA是体外转录正义RNA时生成的。于是提出了RNAi这个词。第98页/共113页RNAi的作用机理首先是在线虫，果蝇，斑马鱼等生物体内阐明的。生物体内的双链RNA可来自于RNA病毒感染，转座子的转录产物，外源导入的基因。这些来源的双链RNA诱发了细胞内的RNAi机制，结果是病毒被清除，转座子的表达被阻断，外源导入基因表达被阻断同时，与其同源的细胞基因组中的基因表达也被阻断。第99页/共113页第100页/共113页microRNAmicroRNAs(miRNAs)是一种大小约2

49、123个碱基的单链小分子RNA，是由具有发夹结构的约70-90个碱基大小的单链RNA前体经过Dicer酶加工后生成，不同于siRNA（双链）但是和siRNA密切相关。miRNAs参与调控基因表达，但其机制尚在进一步研究当中。第一个被确认的是在线虫中首次发现的lin-4和let-7，随后多个研究小组在包括人类、果蝇、植物等多种生物物种中鉴别出数百个miRNAs。第101页/共113页microRNA在核内的加工第102页/共113页第103页/共113页第104页/共113页机制（可能）miRNA转录前体(Pri-miRNA)首先在核内被Rnase核酸酶Drosha加工成约70个核苷酸长的发夹状

50、的RNA在Exportin5的帮助下从核内进入胞质内在Dicer酶的作用下，单链的miRNA进入一个核糖蛋白复合体miRNP（RISC）。miRNA通过与靶基因的3UTR区互补配对，指导miRNP复合体对靶基因mRNA进行切割或者翻译抑制。MiRNA到底是抑制还是切割取决于miRNA与靶序列互补配对的程度，互补配对高的可能进行切割，而配对低的就只是抑制。植物的miRNA与靶基因配对程度高多数是进行切割，而动物中miRNA与靶序列的配对性不好，多数进行翻译抑制。第105页/共113页第二套机制（可能）纽约大学的研究人员利用miR125b和let-7这两种代表性的miRNAs发现哺乳动物细胞与mi