生物化学与分子生物学八课件9市公开课一等奖百校联赛特等奖课件.pptx

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1、目目 录录蛋白质合成蛋白质合成与加工与加工Protein Synthesis and Processing第十八章第十八章第第1页页目目 录录1954年年，Paul Zamecnik及及其其同同事事试试验验证证实实体体内内蛋蛋白白质质是是由由氨氨基基酸酸合合成成。1956年年，他他们们发发觉觉了了氨氨基基酰酰-tRNA合合成成酶。酶。1958年年，M.B.Hoagland和和Zamecnik又又发发觉觉蛋蛋白白质质生生物物合成需要可溶性合成需要可溶性RNA为中介。为中介。1961年年，Howard Dintzis证证实实血血红红蛋蛋白白肽肽链链合合成成方方向向是是从从N-末端向末端向C-末端进

2、行。末端进行。19611966年年间间，Nirencerg、Matthaei和和Khorana先先后后确确定了定了64个遗传密码。个遗传密码。19731976年年，麦麦胚胚无无细细胞胞体体系系、兔兔网网织织无无细细胞胞体体系系分分别别建立，蛋白质合成详细过程终于揭晓。建立，蛋白质合成详细过程终于揭晓。第第2页页目目 录录l蛋白质生物合成蛋白质生物合成，即，即翻译翻译（translation）l翻译过程翻译过程就是将核酸中就是将核酸中核苷酸序列核苷酸序列编码遗传信息，编码遗传信息，经过经过遗传密码遗传密码破译方式解读为蛋白质分子中破译方式解读为蛋白质分子中20种种氨基酸排列次序氨基酸排列次序。第

3、第3页页目目 录录蛋白质合成体系组成蛋白质合成体系组成Components Required for Protein Biosynthesis第一节第一节 第第4页页目目 录录参加蛋白质生物合成三种参加蛋白质生物合成三种RNA：lmRNA（messenger RNA,信使信使RNA）lrRNA（ribosomal RNA,核糖核蛋白体核糖核蛋白体RNA）ltRNA（transfer RNA,转移转移RNA）辅助因子包含辅助因子包含:起始因子起始因子(initiation factor,IF)延长因子延长因子(elongation factor,EF)释放因子（终止因子）释放因子（终止因子）(r

4、elease factor,RF)等等 氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶(aminoacyl-tRNA synthetase)第第5页页目目 录录一、一、mRNA是蛋白质是蛋白质/多肽链合成模板多肽链合成模板l在遗传信息传递过程中，在遗传信息传递过程中，DNA转录生成转录生成mRNA，mRNA作为蛋白质合成直接模板，指导蛋白作为蛋白质合成直接模板，指导蛋白质多肽链合成。质多肽链合成。l mRNA包含包含5-非翻译区非翻译区(5-untranslated region,5-UTR)开放阅读框架区开放阅读框架区(open reading frame,ORF)3-非翻译区非翻译区(3-untran

5、slated region,3-UTR)第第6页页原核生物原核生物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目目 录录第第7页页目目 录录（一）（一）mRNA含有含有64种密码子种密码子mRNA分分子子上上每每3个个核核苷苷酸酸构构建建一一个个密密码码子子，编编码码某某一一特特定定氨氨基基酸酸或或作作为为蛋蛋白白质质合合成成起起始始、终终止止信信号号，称称为为三三联联体体密密码码(triplet codon)，也称，也称遗传密码子遗传密码子(ge

6、netic codon)。起始密码起始密码(initiation codon):AUG 终止密码终止密码(termination codon):UAA、UAG、UGA 第第8页页遗遗遗遗传传传传密密密密码码码码表表表表目目 录录第第9页页目目 录录1.遗传密码含有通用性遗传密码含有通用性遗传密码含有通用性遗传密码含有通用性(universal)（二）遗传密码含有（二）遗传密码含有几个特征几个特征l从原核生物生物（包含病毒、细菌等）、真核生从原核生物生物（包含病毒、细菌等）、真核生物以及人类都共同使用同一套遗传密码。物以及人类都共同使用同一套遗传密码。l已发觉少数例外，如动物细胞线粒体、植物细胞

7、已发觉少数例外，如动物细胞线粒体、植物细胞叶绿体。叶绿体。2.密码子含有方向性密码子含有方向性(direction)l起始密码子总是位于起始密码子总是位于mRNA开放阅读框架开放阅读框架5末端，末端，终止密码子位于终止密码子位于3末端。末端。l翻译方向是从翻译方向是从5到到3末端。末端。第第10页页目目 录录3.遗传密码含有连续性遗传密码含有连续性(commaless)l 密密码码子子按按5 3方方向向每每3个个一一组组阅阅读读框框架架次次序序翻翻译译，无标点、不重合，即无标点、不重合，即连续性连续性lmRNA开开放放阅阅读读框框架架内内发发生生一一个个或或两两个个碱碱基基插插入入或或缺缺失失

8、，可可引引发发移移码码突突变变(frameshift mutation)。翻译蛋白质氨基酸次序则发生改变。翻译蛋白质氨基酸次序则发生改变。第第11页页目目 录录4.遗传密码含有简并性遗传密码含有简并性(degeneracy)目目 录录l简并性，即简并性，即同一个氨基酸含有多个密码子，同一个氨基酸含有多个密码子，或者多个密码子代表一个氨基酸现象。或者多个密码子代表一个氨基酸现象。l遗传密码中，除色氨酸和甲硫氨酸仅对应遗传密码中，除色氨酸和甲硫氨酸仅对应一个密码子外，其余氨基酸都有一个以上一个密码子外，其余氨基酸都有一个以上密码子为其编码。密码子为其编码。第第12页页简并性简并性简并性简并性(de

9、generacy)(degeneracy)目目 录录第第13页页目目 录录5.5.遗传密码含有摆动性遗传密码含有摆动性遗传密码含有摆动性遗传密码含有摆动性（wobble）l编编码码同同一一氨氨基基酸酸不不一一样样密密码码子子互互称称同同义义密密码码子子；同同义义密密码码子子之之间间差差异异通通常常只只在在第第3位位碱碱基基上上，密密码码子子第第3位位碱碱基基与与tRNA反反密密码码子子不不严严格格恪恪守守碱碱基基配配对对规规律律，而是，而是摆动摆动碱基配对。碱基配对。第第14页页U摆动配对摆动配对目目 录录第第15页页目目 录录密码子、反密码子配对摆动性tRNA反密码子反密码子第第1位碱基位碱

10、基IUGACmRNA密码子密码子第第3位碱基位碱基U、C、AA、GU、CUG第第16页页目目 录录二、二、一个一个tRNA只能转运一个氨基酸但只能转运一个氨基酸但一个氨基酸可由几个一个氨基酸可由几个tRNA转运转运反密码环反密码环氨基酸臂氨基酸臂第第17页页目目 录录tRNAtRNA三级结构示意图三级结构示意图三级结构示意图三级结构示意图第第18页页目目 录录三、三、rRNA与蛋白质组成核糖体与蛋白质组成核糖体 目目 录录 蛋白质合成场所蛋白质合成场所第第19页页目目 录录核核核核糖糖糖糖体体体体组组组组成成成成目目 录录原核生物核糖体原核生物核糖体 70 S Mt 2.7106 真核生物核糖

11、体真核生物核糖体 80S Mt 4.2106第第20页页目目 录录核糖体在蛋白质合成中有主要作用：核糖体在蛋白质合成中有主要作用：核糖体两亚基上含有结合核糖体两亚基上含有结合mRNA位点，还位点，还有与起始因子、延长因子、释放因子及各种酶有与起始因子、延长因子、释放因子及各种酶结合位点；而且含有两个结合位点；而且含有两个tRNA结合位点；结合位点；A位位点是氨基酰点是氨基酰tRNA结合位点，结合位点，P位点是肽酰位点是肽酰tRNA结合位点。结合位点。经过将经过将mRNA、氨基酰、氨基酰-tRNA和相关蛋白因子放置在正确位置来调整蛋白质和相关蛋白因子放置在正确位置来调整蛋白质合成。合成。核糖体是

12、合成蛋白质场所。核糖体是合成蛋白质场所。第第21页页目目 录录l20种氨基酸（种氨基酸（AA）l酶及众多蛋白因子，如酶及众多蛋白因子，如氨基酰氨基酰-tRNA合成合成酶、起始因子酶、起始因子(initiation factor，IF)、延延长因子（长因子（elongation factor，EF）、释放释放因子（因子（release factor，RF）。lATP、GTPl无机离子无机离子四、蛋白质合成体系还需要其它辅助因子四、蛋白质合成体系还需要其它辅助因子第第22页页目目 录录大肠杆菌蛋白质合成大肠杆菌蛋白质合成5 5个阶段所需化合物个阶段所需化合物1氨基酸活化氨基酸活化20种氨基酸种氨基

13、酸20种氨基酰种氨基酰-tRNA合成酶合成酶32种（或多于种（或多于32种）种）tRNAATP、Mg2+2起始起始mRNAN-甲酰甲硫氨酰甲酰甲硫氨酰-tRNAfmermRNA上起始密码子（上起始密码子（AUG）30S核糖体亚基核糖体亚基50S核糖体亚基核糖体亚基起始因子（起始因子（IF-1,IF-2,IF-3）GTP、Mg2+3延长延长含有功效含有功效70S核糖体（起始复合物）核糖体（起始复合物）密码子特异氨基酰密码子特异氨基酰-tRNA延长因子（延长因子（EF-Tu,EF-Ts,EF-G）GTP、Mg2+4终止与释放终止与释放mRNA上终止密码上终止密码释放因子（释放因子（RF-1,RF-

14、2,RF-3）5折叠和翻译后加工折叠和翻译后加工特异酶、辅助因子、除去起始残基和信号肽所需化合物，特异酶、辅助因子、除去起始残基和信号肽所需化合物，水解过程，末端残基修饰，磷酸、甲基、羧基、碳水化合物或辅水解过程，末端残基修饰，磷酸、甲基、羧基、碳水化合物或辅基结合到蛋白质上基结合到蛋白质上阶段阶段必需化合物必需化合物1氨基酸活化氨基酸活化20种氨基酸种氨基酸20种氨基酰种氨基酰-tRNA合成酶合成酶32种（或多于种（或多于32种）种）tRNAATP、Mg2+2起始起始mRNAN-甲酰甲硫氨酰甲酰甲硫氨酰-tRNAmRNA上起始密码子（上起始密码子（AUG）30S核糖体亚基核糖体亚基50S核糖

15、体亚基核糖体亚基起始因子（起始因子（IF-1,IF-2,IF-3）GTP、Mg2+3延长延长含有功效含有功效70S核糖体（起始复合物）核糖体（起始复合物）密码子特异氨基酰密码子特异氨基酰-tRNA延长因子（延长因子（EF-Tu,EF-Ts,EF-G）GTP、Mg2+4终止与释放终止与释放mRNA上终止密码上终止密码释放因子（释放因子（RF-1,RF-2,RF-3）5折叠和翻译后加工折叠和翻译后加工特异酶、辅助因子、除去起始残基和信号肽所需化合物，特异酶、辅助因子、除去起始残基和信号肽所需化合物，水解过程，末端残基修饰，磷酸、甲基、羧基、碳水化合物或辅水解过程，末端残基修饰，磷酸、甲基、羧基、碳

16、水化合物或辅基结合到蛋白质上基结合到蛋白质上阶段阶段必需化合物必需化合物第第23页页目目 录录蛋白质合成过程蛋白质合成过程Protein Synthesis Process 第二节第二节第第24页页目目 录录l氨基酸活化氨基酸活化l肽链合成起始肽链合成起始(initiation)l肽链延长肽链延长(elongation)l肽链合成终止肽链合成终止(termination)及释放及释放整个翻译过程可分为整个翻译过程可分为4 4个阶段个阶段 ：翻翻译译过过程程从从开开放放阅阅读读框框架架5-AUG开开始始向向3 阅阅读读，按按mRNA上上三三联联体体密密码码次次序序指指导导蛋蛋白白质质从从N端向端

17、向C端合成，直至终止密码。端合成，直至终止密码。第第25页页目目 录录氨基酸氨基酸+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合成酶催化氨基酸合成酶催化氨基酸与与tRNA连接连接一、氨基酸活化成氨基酰一、氨基酸活化成氨基酰-tRNA氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶(aminoacyl-tRNA synthetase)第第26页页目目 录录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 目目 录录第第27页页目目 录录第二步反应第二步反应:氨基酰氨基酰-AMP-E tRNA 氨基酰氨基

18、酰-tRNA AMP E目目 录录（型）型）第第28页页目目 录录l氨基酰氨基酰-tRNA合成酶对底物氨基酸和合成酶对底物氨基酸和tRNA都都有高度特异性。有高度特异性。l氨基酰氨基酰-tRNA合成酶含有合成酶含有校正活性校正活性(editing activity)，即酯酶活性，即酯酶活性 。l氨基酰氨基酰-tRNA表示方法：表示方法：Ser-tRNASerMet-tRNAMet（二）氨基酰（二）氨基酰-tRNA合成酶含有校读作用合成酶含有校读作用第第29页页目目 录录二、起始阶段形成翻译起始复合物二、起始阶段形成翻译起始复合物指指在在起起始始因因子子作作用用下下，mRNA和和起起始始氨氨基基

19、酰酰-tRNA分分别别与与核核糖糖体体结结合合而而形形成成翻翻译译起起始始复复 合合 物物(translational initiation complex)。第第30页页目目 录录l原核生物中有原核生物中有3种种起始因子起始因子(initiation factor，IF)：IF-1、IF-2、IF-3l真核生物起始因子被称作真核生物起始因子被称作eIF(eukaryotic initiation factor)eIF-1、-2、-3、-4、-5和和-6 第第31页页目目 录录翻译起始因子翻译起始因子真核起始因子真核起始因子功效功效eIF-1 多功效因子，参加多个翻译步骤多功效因子，参加多个翻

20、译步骤eIF-2 促进起始促进起始Met-tRNAMet与核糖体与核糖体40S小亚基结合小亚基结合eIF-2B 又称鸟苷酸交换因子，将又称鸟苷酸交换因子，将eIF-2上上GDP交换成交换成GTP eIF-3 首先与首先与40S小亚基结合因子，并能加速后续步骤小亚基结合因子，并能加速后续步骤eIF-4A 含有含有RNA解旋酶活性，能解除解旋酶活性，能解除mRNA 5端发夹结构，端发夹结构，使其与使其与40S小亚基结合。是小亚基结合。是eIF-4F 组成成份组成成份eIF-4B 与与mRNA结合，对结合，对mRNA进行扫描并定位第一个进行扫描并定位第一个AUGeIF-4E 结合结合mRNA帽子结构

21、，是帽子结构，是eIF4F组成成份组成成份eIF-4G 一个接头蛋白，能与一个接头蛋白，能与eIF-4E、eIF-3和和poly A结合蛋白结合将结合蛋白结合将40 S小亚基富集至小亚基富集至mRNA，而刺激翻译。是，而刺激翻译。是eIF4F组成组成成份成份eIF-5 促进上述起始因子从促进上述起始因子从40S小亚基脱落，方便小亚基脱落，方便40S小亚基与小亚基与60S大亚基结合形成大亚基结合形成80S起始复合物起始复合物eIF-6 促进无活性促进无活性80S核糖体解聚生成核糖体解聚生成40S小亚基和小亚基和60S大亚基大亚基原核起始因子原核起始因子功效功效IF-1 预防预防tRNA过早地结合

22、到过早地结合到A位位IF-2 促进促进fMet-tRNAfMet结合到结合到30S小亚基小亚基IF-3 结合结合30S小亚基，预防它过早地与小亚基，预防它过早地与50S大亚基结合，并提升大亚基结合，并提升P 位对位对fMet-tRNAfMet特异性特异性真核起始因子真核起始因子功效功效eIF-1 多功效因子，参加多个翻译步骤多功效因子，参加多个翻译步骤eIF-2 促进起始促进起始Met-tRNAMet与核糖体与核糖体40S小亚基结合小亚基结合eIF-2B 又称鸟苷酸交换因子，将又称鸟苷酸交换因子，将eIF-2上上GDPGTP eIF-3 首先与首先与40S小亚基结合因子，并能加速后续步骤小亚基

23、结合因子，并能加速后续步骤eIF-4A 含有含有RNA解旋酶活性，能解除解旋酶活性，能解除mRNA 5端发夹结构，端发夹结构，使其与使其与40S小亚基结合。是小亚基结合。是组成成份组成成份eIF-4B 与与mRNA结合，对结合，对mRNA进行扫描并定位第一个进行扫描并定位第一个AUGeIF-4E 结合结合mRNA帽子结构，是帽子结构，是组成成份组成成份eIF-4G 一个接头蛋白，能与一个接头蛋白，能与、eIF-3和和poly A结合蛋白结合将结合蛋白结合将40 S小亚基富集至小亚基富集至mRNA，而刺激翻译。是，而刺激翻译。是eIF4F组成组成成份成份eIF-5 促进上述起始因子从促进上述起始

24、因子从40S小亚基脱落，方便小亚基脱落，方便40S小亚基与小亚基与60S大亚基结合形成大亚基结合形成80S起始复合物起始复合物eIF-6 促进无活性促进无活性80S核糖体解聚生成核糖体解聚生成40S小亚基和小亚基和60S大亚基大亚基原核起始因子原核起始因子功效功效IF-1 预防预防tRNA过早地结合到过早地结合到A位位IF-2 促进促进fMet-tRNAfMet结合到结合到30S小亚基小亚基IF-3 结合结合30S小亚基，预防它过早地与小亚基，预防它过早地与50S大亚基结合，并提升大亚基结合，并提升P 位对位对fMet-tRNAfMet特异性特异性第第32页页目目 录录（一）（一）原核生物在起

25、始因子参加下组装翻译起原核生物在起始因子参加下组装翻译起始复合物始复合物 1 1原核生物翻译起始形成原核生物翻译起始形成70S70S起始复合物起始复合物lIF-1、IF-3结合解聚核糖体结合解聚核糖体30S小亚基小亚基；lmRNA结合核糖体结合核糖体30S小亚基；小亚基；l在在IF-1IF-1作用下，作用下，fMet-tRNA结合结合mRNA起始起始密码子；密码子；l50S核糖体大亚基参入复合物。核糖体大亚基参入复合物。第第33页页目目 录录原核生物原核生物：fMet-tRNAifMet真核生物真核生物：Met-tRNAiMet肽链合成起始氨基酰肽链合成起始氨基酰-tRNA:-tRNA:第第3

26、4页页IF-3IF-1（1）IF-3、IF-1结合解聚结合解聚30S核糖体小亚基核糖体小亚基 目目 录录第第35页页A U G53IF-3IF-1（2）mRNA结合核糖体结合核糖体30S小亚基小亚基 目目 录录第第36页页目目 录录S-DS-D序列（序列（序列（序列（Shine-Dalgarno sequenceShine-Dalgarno sequence）又称核糖又称核糖又称核糖又称核糖体结合位点（体结合位点（体结合位点（体结合位点（ribosomal binding site,RBSribosomal binding site,RBS）第第37页页IF-3IF-1IF-2GTP（3）在在

27、IF-1作用下，作用下，fMet-tRNA结合结合mRNA 起始密码子起始密码子 A U G53目目 录录第第38页页IF-3IF-1IF-2GTPGDPPi(4)利用利用IF-2含有含有GTP酶活性，催化酶活性，催化GTP水解，起始因子水解，起始因子释放，释放，50S大亚基与大亚基与30S小亚基结合，形成小亚基结合，形成70S起始复合物，起始复合物，fMet-tRNAfMet位于核糖体上位于核糖体上P（peptidyl）位。）位。A U G53目目 录录第第39页页IF-3IF-1A U G53IF-2GTPIF-2-GTPGDPPi目目 录录第第40页页目目 录录（二）真核细胞蛋白质合成起

28、始机制与（二）真核细胞蛋白质合成起始机制与 原核相同但更复杂原核相同但更复杂 真核细胞蛋白质合成过程中需要更多真核细胞蛋白质合成过程中需要更多蛋白质因子，步骤更为复杂，但基本过程蛋白质因子，步骤更为复杂，但基本过程与原核细胞中相同。与原核细胞中相同。第第41页页目目 录录1.真核生物核糖体为真核生物核糖体为80S 2.真核生物起始氨基酸是甲硫氨酸，而真核生物起始氨基酸是甲硫氨酸，而不是不是N-甲酰甲硫氨酸。甲酰甲硫氨酸。3.AUG是真核生物中起始密码子，是真核生物中起始密码子，mRNA 5末端末端AUG普通就是起始位点普通就是起始位点4.真核较原核有更多起始因子（用真核较原核有更多起始因子（用

29、 elf表表示），而且相互作用更复杂示），而且相互作用更复杂 第第42页页目目 录录真核生物翻译起始复合物形成过程真核生物翻译起始复合物形成过程第第43页页目目 录录Met40S60SMetMet40S60SmRNAeIF-3elF-2-GTPGDP+Pi各种各种elF释放释放elF-5ATPADP+PielF4E,elF4G,elF4A,elF4B,PABMetMet-tRNAiMet43S前起始复合物前起始复合物48S前起始复合物前起始复合物80S翻译起始复合物翻译起始复合物第第44页页目目 录录三、新生肽链经过核糖体循环而延长三、新生肽链经过核糖体循环而延长 l肽链延长在核糖体上连续、循

30、环式进行，称肽链延长在核糖体上连续、循环式进行，称为为核糖体循环核糖体循环(ribosomal cycle)，每循环一次，每循环一次肽链延长一个氨基酸残基，包含以下三步：肽链延长一个氨基酸残基，包含以下三步：进位进位(entrance)成肽成肽(peptide bond formation)转位转位(translocation)第第45页页目目 录录l延伸过程所需蛋白因子称为延伸过程所需蛋白因子称为延长因子延长因子(elongation factor,EF)。原核生物：原核生物：EF-T(EF-Tu,EF-Ts)EF-G真核生物：真核生物：EF-1、EF-2 第第46页页A U G53翻译起始

31、复合物翻译起始复合物A位：氨基酰位位：氨基酰位(aminoacyl site)P位：肽酰位位：肽酰位(peptidyl site)目目 录录第第47页页又称注册又称注册又称注册又称注册(registration)(registration)指依据指依据mRNA下一下一组遗传密码指导，使对组遗传密码指导，使对应氨基酰应氨基酰-tRNA进入核进入核糖体糖体A位。位。目目 录录（一）（一）氨基酰氨基酰-tRNA在在EF-Tu-GTP帮助下进入帮助下进入A位（即进位）位（即进位）第第48页页目目 录录延长因子延长因子EF-T催化催化进位（原核生物）进位（原核生物）第二个氨基酰第二个氨基酰-tRNA在在

32、EF-Tu-GTP引导下进入核糖体引导下进入核糖体A位，位，伴随伴随GTP水解、水解、Tu-GDP脱离脱离tRNA,而结合而结合Ts和和GTP，引导，引导下一个氨基酰下一个氨基酰-tRNA进位。进位。第第49页页目目 录录第第50页页Tu TsGTPGDPA U G53TuTsGTP目目 录录第第51页页目目 录录由肽基转移酶催化肽键形成由肽基转移酶催化肽键形成（二）（二）P位氨基酰基位氨基酰基/肽酰基与肽酰基与A位氨基酰位氨基酰-tRNA氨基形成肽键（即成肽）氨基形成肽键（即成肽）第第52页页目目 录录（三）在延长因子（三）在延长因子EF-G和和GTP参加下促进参加下促进 核糖体沿核糖体沿m

33、RNA移动移动/转位转位 l在原核生物，转位依赖延长因子在原核生物，转位依赖延长因子EF-G；l在真核生物，则依赖在真核生物，则依赖GTP和和EF-G对应蛋对应蛋白质白质EF-2。第第53页页目目 录录第第54页页fMetA U G53fMetTuGTP目目 录录第第55页页目目 录录进进位位转转位位成肽成肽第第56页页目目 录录（四）（四）核糖体在肽链延长阶段有校读作用核糖体在肽链延长阶段有校读作用 l 核糖体校读功效建立在正确密码子与反密核糖体校读功效建立在正确密码子与反密码子相互作用基础上。码子相互作用基础上。第第57页页目目 录录四、肽链合成终止阶段释放新生肽链四、肽链合成终止阶段释放

34、新生肽链肽链合成终止包含终止密码识别，肽肽链合成终止包含终止密码识别，肽链从肽酰链从肽酰-tRNA中释出，中释出，从核糖体分离出从核糖体分离出mRNA和大、小亚基拆开。和大、小亚基拆开。第第58页页目目 录录终止过程需要蛋白因子称为终止过程需要蛋白因子称为释放因子释放因子(release factor,RF)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。2.帮助完成合成多肽从帮助完成合成多肽从P位点位点tRNA释放。释放。释放因子功效：释放因子功效：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

35、放因子：真核生物释放因子：eRF 第第59页页目目 录录原原核核生生物物肽肽链链合合成成终终止止过过程程 第第60页页U A G53RFCOO-目目 录录第第61页页目目 录录多聚核蛋白体多聚核蛋白体多聚核蛋白体多聚核蛋白体(polysome)(polysome)：mRNAmRNA与多个核糖体聚合物与多个核糖体聚合物与多个核糖体聚合物与多个核糖体聚合物使蛋白质合成以高速使蛋白质合成以高速度、高效率进行。度、高效率进行。目目 录录第第62页页电镜下多聚核糖表达象电镜下多聚核糖表达象目目 录录第第63页页目目 录录翻译后折叠和加工修饰翻译后折叠和加工修饰Folding and Posttransl

36、ationalProcessing第三节第三节第第64页页目目 录录从核糖体释放出新生多肽链不一定是具备生从核糖体释放出新生多肽链不一定是具备生物活性成熟蛋白质，必需经过各种翻译后修饰、物活性成熟蛋白质，必需经过各种翻译后修饰、加工过程才转变为有活性成熟蛋白。加工过程才转变为有活性成熟蛋白。主要包含：主要包含：主要包含：主要包含：l蛋白质折叠蛋白质折叠（protein folding）l翻译后加工翻译后加工（post-translation processing）第第65页页目目 录录一、新生肽链经历翻译后修饰一、新生肽链经历翻译后修饰（一）肽链（一）肽链N端和端和C端切除和端切除和/或化学修

37、饰或化学修饰l细胞内脱甲酰基酶或氨基肽酶能够去除细胞内脱甲酰基酶或氨基肽酶能够去除N-甲酰基、甲酰基、N-末端蛋氨酸或末端蛋氨酸或N-末端一段肽链。末端一段肽链。l在真核细胞，在真核细胞，50%蛋白质在翻译后，氨基蛋白质在翻译后，氨基末端氨基发生乙酰化。末端氨基发生乙酰化。l有些情况下，羧基末端残基也可被酶切除。有些情况下，羧基末端残基也可被酶切除。第第66页页目目 录录（二）水解加工包含多蛋白水解加工和内含（二）水解加工包含多蛋白水解加工和内含肽剪接肽剪接1多蛋白水解加工可产生各种肽链多蛋白水解加工可产生各种肽链一些蛋白质在合成之初是含有一系列头尾一些蛋白质在合成之初是含有一系列头尾相连蛋白

38、质长多肽链。多肽链水解将裂解释放相连蛋白质长多肽链。多肽链水解将裂解释放出各种蛋白质，释放出蛋白质可能含有完全不出各种蛋白质，释放出蛋白质可能含有完全不一样功效，这些蛋白质称为一样功效，这些蛋白质称为多蛋白多蛋白。第第67页页目目 录录阿皮素原阿皮素原阿皮素原阿皮素原(POMC)(POMC)水解加工：水解加工：水解加工：水解加工：NC信号肽信号肽KRKR103肽肽ACTH-LT-MSH-MSHEndophin第第68页页目目 录录2 2内含肽切除造成外显肽连接内含肽切除造成外显肽连接 内含肽是蛋白质内部片段，翻译后很快被内含肽是蛋白质内部片段，翻译后很快被剪切，两个外显肽连接到一起。内含肽长度

39、普剪切，两个外显肽连接到一起。内含肽长度普通在通在300 300 600 600个氨基酸之间。个氨基酸之间。剪接是由内含肽自我催化。剪接是由内含肽自我催化。第第69页页目目 录录l1.个别氨基酸可进行甲基化和乙酰化修饰个别氨基酸可进行甲基化和乙酰化修饰 l2.蛋白质糖基化（蛋白质糖基化（glycosylation）修饰）修饰是一个是一个 复杂化学修饰复杂化学修饰 l3.一些蛋白质加入异戊二烯基团一些蛋白质加入异戊二烯基团l4.结合蛋白质加入辅基结合蛋白质加入辅基l5.大多数蛋白质有二硫键形成大多数蛋白质有二硫键形成（三）氨基酸残基化学修饰有各种形式（三）氨基酸残基化学修饰有各种形式第第70页页

40、目目 录录二、折叠是肽链高级结构形成过程二、折叠是肽链高级结构形成过程l第一个模式第一个模式认为是按等级进行认为是按等级进行：新生肽链伴随序列不停新生肽链伴随序列不停延伸按等级逐步折叠，产生正确二级结构、模序直至形延伸按等级逐步折叠，产生正确二级结构、模序直至形成结构域和多肽链。成结构域和多肽链。l第二种模式：第二种模式：多肽链经过非极性残基间疏水作用介导多肽链经过非极性残基间疏水作用介导,自自动折叠成动折叠成“熔球（熔球（molten globule)”紧密结构。紧密结构。l细胞内大多数天然蛋白质折叠需要一些辅助性蛋白。细胞内大多数天然蛋白质折叠需要一些辅助性蛋白。（一）多肽链经过分步反应快

41、速地进行折叠（一）多肽链经过分步反应快速地进行折叠第第71页页目目 录录核糖体结合分子伴侣：核糖体结合分子伴侣：触发因子（触发因子（trigger factor，TF）新生链相关复合物（新生链相关复合物（nascent chain-associated complex，NAC）非核糖体结合分子伴侣：非核糖体结合分子伴侣：70kD/40kD热休克蛋白（热休克蛋白（heat shock protein,Hsp）家族）家族 60kD/10kD热休克蛋白家族热休克蛋白家族 蛋白质二硫键异构酶蛋白质二硫键异构酶 肽酰脯氨酸异构酶肽酰脯氨酸异构酶1 1分子伴侣有核糖体结合和非核糖体结合两类分子伴侣有核糖体

42、结合和非核糖体结合两类（二）分子伴侣参加蛋白质折叠（二）分子伴侣参加蛋白质折叠第第72页页目目 录录细胞内分子伴侣完成以下功效：细胞内分子伴侣完成以下功效：l封闭待折叠蛋白暴露疏水区段；封闭待折叠蛋白暴露疏水区段；l创建一个隔离环境，蛋白质可互不干扰创建一个隔离环境，蛋白质可互不干扰在此折叠；在此折叠；l促进折叠和去聚合；促进折叠和去聚合；l碰到应激，使已折叠蛋白质去折叠。碰到应激，使已折叠蛋白质去折叠。第第73页页目目 录录（1）热休克蛋白）热休克蛋白70(Hsp70)两个主要功效域为折两个主要功效域为折叠所必需叠所必需还需要辅助因子还需要辅助因子Hsp40和和Grp E非核糖体结合分子伴侣

43、非核糖体结合分子伴侣 第第74页页目目 录录Hsp70Hsp70反应循环反应循环第第75页页目目 录录（2）大肠杆菌）大肠杆菌Gro EL属于热休克蛋白属于热休克蛋白60（Hsp60）家）家族族需要辅分子伴素需要辅分子伴素10(cochaperonin 10)Gro ES帮助帮助第第76页页目目 录录（3 3）二硫键异构酶催化链内或链间二硫键形成二硫键异构酶催化链内或链间二硫键形成多肽链内或肽链之间二硫键正确形成对稳定多肽链内或肽链之间二硫键正确形成对稳定分泌蛋白、膜蛋白等天然构象十分主要，这一过分泌蛋白、膜蛋白等天然构象十分主要，这一过程主要在细胞内质网进行。程主要在细胞内质网进行。二硫键异

44、构酶在内质网腔活性很高，可加速二硫键异构酶在内质网腔活性很高，可加速形成正确配正确二硫键形成正确配正确二硫键 ，从而促进蛋白质折叠全，从而促进蛋白质折叠全过程。过程。第第77页页目目 录录（4 4）脯氨酰顺脯氨酰顺-反异构酶催化顺反异构加速折叠反异构酶催化顺反异构加速折叠多肽链中肽酰多肽链中肽酰-脯氨酸间形成肽键有顺反两种脯氨酸间形成肽键有顺反两种异构体，空间构象差异显著。异构体，空间构象差异显著。脯氨酰顺脯氨酰顺-反异构酶可促进上述顺反两种异构反异构酶可促进上述顺反两种异构体之间转换。体之间转换。脯氨酰顺脯氨酰顺-反异构酶催化这种异构化过程，可反异构酶催化这种异构化过程，可加速蛋白质折叠。加

45、速蛋白质折叠。第第78页页目目 录录2.当前对大肠杆菌蛋白质折叠过程了解较多当前对大肠杆菌蛋白质折叠过程了解较多（1 1）折叠过程首先经历折叠过程首先经历Hsp70Hsp70反应循环反应循环第第79页页目目 录录Hsp40结合未折叠蛋白结合未折叠蛋白Hsp70-ATP复合物复合物Hsp70-ADP-未折叠蛋白复合物未折叠蛋白复合物Grp E ADP释放释放ATP结合结合Hsp70，释出完成部分折叠蛋白质，释出完成部分折叠蛋白质Hsp40-Hsp70-ATP-未折叠蛋白未折叠蛋白复合物复合物ATPADP第第80页页目目 录录（2）部部分分折折叠叠蛋蛋白白 质质 尚尚 需需 经经 历历GroEGr

46、o ES 反反应循环应循环第第81页页目目 录录三、亚单位聚合形成多亚基蛋白质三、亚单位聚合形成多亚基蛋白质由一条以上肽链组成蛋白质和带有辅基由一条以上肽链组成蛋白质和带有辅基结合蛋白质，肽链之间或多肽链与辅基之间结合蛋白质，肽链之间或多肽链与辅基之间需要聚合，方可成为活性蛋白质。需要聚合，方可成为活性蛋白质。第第82页页目目 录录四、蛋白质合成后经靶向输送到细胞特异区间四、蛋白质合成后经靶向输送到细胞特异区间 新合成蛋白质新合成蛋白质/多肽链须经分选、靶向输送到多肽链须经分选、靶向输送到细胞特异区间或亚细胞器，在那里进行翻译后加细胞特异区间或亚细胞器，在那里进行翻译后加工或发挥作用。工或发挥

47、作用。大肠杆菌新合成多肽，一些仍停留在胞浆之大肠杆菌新合成多肽，一些仍停留在胞浆之中，一部分则被送到质膜、外膜或质膜与外膜之中，一部分则被送到质膜、外膜或质膜与外膜之间空隙。有也可分泌到胞外。间空隙。有也可分泌到胞外。第第83页页目目 录录 真真核核细细胞胞中中新新合合成成多多肽肽被被送送往往溶溶酶酶体体、线线粒粒体体、叶叶绿绿体体、细细胞胞核核等等亚亚细细胞胞器器。所所以以新新合合成成多多肽输送是有特异靶向肽输送是有特异靶向。一部分核糖体一部分核糖体以游离状态停留在胞质中，它们只合成以游离状态停留在胞质中，它们只合成供装配线粒体及叶绿体膜蛋白质。供装配线粒体及叶绿体膜蛋白质。另另一一部部分分

48、核核糖糖体体，受受新新合合成成多多肽肽N端端上上信信号号肽肽（signal peptide）控控制制而而进进入入内内质质网网，使使原原来来表表面面平平滑滑内内质质网网（smooth ER）变变成成有有局局部部凸凸起起粗粗糙糙内内质质网网（rough ER）。与与内内质质网网相相结结合合核核糖糖体体可可合合成成3类类主主要要蛋蛋白白质质溶溶酶酶体体蛋蛋白白、分分泌泌到到胞胞外外蛋蛋白白和和组组成成质质膜膜骨骨架架蛋蛋白白。信信号号识识别别体体(signal recognition particle,SRP)识别信号肽识别信号肽。第第84页页目目 录录蛋白质生物合成与医学关系蛋白质生物合成与医学关

49、系Clinical Relatives in Protein Synthesis第四节第四节第第85页页目目 录录一、病毒利用宿主蛋白质合成体系进行复制一、病毒利用宿主蛋白质合成体系进行复制 l一些病毒翻译比宿主有效得多一些病毒翻译比宿主有效得多(比如比如Mengo病毒病毒和大脑心肌炎病毒和大脑心肌炎病毒)。l一些病毒一些病毒mRNA比宿主细胞比宿主细胞mRNA具更强竞争具更强竞争优势。优势。l一些病毒还可阻止一些病毒还可阻止mRNA与与40S核糖体结合，核糖体结合，从而抑制宿主细胞蛋白质合成。从而抑制宿主细胞蛋白质合成。第第86页页目目 录录二、许多抗生素经过抑制细菌蛋白质二、许多抗生素经过

50、抑制细菌蛋白质合成发挥作用合成发挥作用l许多细菌感染病理生理过程可能与破坏宿许多细菌感染病理生理过程可能与破坏宿主蛋白质合成相关；主蛋白质合成相关；l抑制或破坏细菌蛋白质合成是许多抗生素抑制或破坏细菌蛋白质合成是许多抗生素(antibiotics)作用机制。作用机制。第第87页页目目 录录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、新霉素新霉素氯霉素、林可霉素氯霉素、林可霉素 放线菌酮放线菌酮嘌呤霉素嘌呤霉素原核核糖体原核核糖体小亚基小亚基原核核糖体原核核糖体小亚基小亚基原核核糖体原核核糖