第四节第四节 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第五节第五节 蛋白质翻译后修饰和输送蛋白质翻译后修饰和输送第四节第四节 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。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。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。一、抗生素一、抗生素抗生素（antibiotics）：能杀灭或抑制细菌的一类药物，抑制细菌代谢过程或基因信息传递特别是翻译过程。最早的抗生素是在微生物中提取，目前也可按其抑制代谢及信息传递的原理设计和化学合成。影响翻译起始的抗生素影响翻译延长的抗生素干扰进位的抗生素引起读码错误的抗生素 影响肽键形成的抗生素 影响转位的抗生素 常用抗生素对翻译过程的作用位点常用抗生素对翻译过程的作用位点1.四环素（tetracyclin）族2.氯霉素（chloromycetin）3.链霉素（streptomycin）卡那霉素（karamycin）4.嘌呤酶素（puromycin）5.放线菌素（cycloheximide）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白喉毒素真核生物延长因子eEF-2失活植物毒素蓖麻蛋白真核生物大亚基失活干扰素使真核主要起始因子eIF2磷酸化失活，抑制病毒蛋白质合成使病毒mRNA降解，阻断病毒蛋白质合成嘌呤霉素作用机制嘌呤霉素作用机制1、白喉毒素、白喉毒素(diphtheria toxin)某些毒素能在肽链延长阶段阻断蛋白质合成而呈现毒性如白喉毒素是真核细胞蛋白质合成的抑制剂，它作为一种修饰酶，可使eEF-2发生ADP糖基化共价修饰，生成eEF-2腺苷二磷酸核糖衍生物，使eEF-2失活。白喉毒素白喉毒素(diphtheria toxin)的作用机理的作用机理白白喉喉毒毒素素+延长因子-2（有活性有活性）延长因子-2（无活性）2、干扰素、干扰素(interferon,IFN)干扰素：干扰素是病毒感染后，感染病毒的细胞合成和分泌的一种小分子蛋白质，可抑制病毒的繁殖。干扰素分为-（白细胞）型、-（成纤维细胞）型和-（淋巴细胞）型三大类，每类各有亚型，分别具有其特异作用。它对病毒有两方面的作用：其一是干扰素在双链 RNA 存在下，诱导一种蛋白激酶，促使 eIF-2（真核生物蛋白质合成时的起始因子-2）发生磷酸化，从而抑制病毒蛋白质的生物合成；其二是干扰素 dsRNA 激活寡核苷酸合成酶，诱导生成一种罕见的 2,5-腺嘌呤寡核苷酸，这种寡核苷酸可进一步活化一种称为 RNase L 的 核酸内切酶，由 RNase L 降解病毒 RNA。干扰素的作用机理图示干扰素的作用机理图示干扰素诱导的蛋白激酶dsRNA1、干扰素诱导eIF2磷酸化而失活ATPeIF2ADPeIF2-P（失活）Pi磷酸酶2、干扰素诱导病毒、干扰素诱导病毒RNA降解降解降解mRNAdsRNA干扰素AAPAPPPP252552-5AAPPPATP2-5A合成酶RNaseLRNaseL活化3、蓖麻蛋白、蓖麻蛋白(ricin)蓖麻蛋白是蓖麻籽中所含的植物糖蛋白，由A、B两条多肽链组成。A链是一种蛋白酶，可作用于真核生物核蛋白体大亚基的28S rRNA，催化其中特异腺苷酸发生脱嘌呤基反应，使28S rRNA降解，使核蛋白体大亚基失活；B链对A链发挥毒性具有重要的促进作用，且B链上的半乳糖结合位点也是毒素发挥毒性作用的活性部位。4、天花粉蛋白（、天花粉蛋白（trichosanthin）天花粉蛋白：天花粉蛋白：具有 RNA N-糖苷酶活性，使真核大亚基（60S）失活问题：人类及哺乳类动物对某些抗生素药物副作用产生的原因是什么呢？原因是在人类及哺乳类动物线粒体内存在独立的蛋白质合成体系。哺乳类动物等真核生物的线粒体中，存在着自 DNA 到 RNA 及各种有关因子的独立的 蛋白质生物合成体系，以合成线粒体本身的某些多肽，真核生物的该体系与胞质中一般蛋白 质合成体系不同，与原核生物的近似。因而可被抑制原核生物蛋白质生物合成的某些抗生素抑制，这可能是某些抗生素药物副作用产生的原因。第五节第五节 蛋白质翻译后修饰和输送蛋白质翻译后修饰和输送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程才转变为天然构象的功能蛋白。这 一 加 工 过 程 称 为 翻 译 后 修 饰(posttranslational modification)蛋白质合成后被定向输送到其发挥作用的靶位点的过程称为蛋白质的靶向输送(protein targeting)。一、多肽链折叠为天然功能构象的蛋白质一、多肽链折叠为天然功能构象的蛋白质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，产生正确的二级结构、模序、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动完成，而需要其他酶、蛋白辅助。已知很多蛋白质在肽链合成后还需经过一定的加工（processing）或修饰，由几条肽链 构成的蛋白质和带有辅基的蛋白质，其各个亚单位必须正确折叠、互相聚合才能成为完整的 二、一级结构的加工修饰二、一级结构的加工修饰（一）（一）N端甲酰蛋氨酸或蛋氨酸的切除：端甲酰蛋氨酸或蛋氨酸的切除：N端甲酰蛋氨酸，必须在多肽链折迭成一定的空间结构之前被切除。去甲酰化：去蛋氨酰基：甲酰蛋氨酸-肽甲酸+蛋氨酸-肽甲酰化酶蛋氨酸氨基肽酶蛋氨酰-肽蛋氨酸+肽（二）蛋白质前体中不必要肽段的切除。有些新合成的多肽链要在专一性蛋白酶的作用下切除部分肽段才能成为有生物活性的功能蛋白。（三）对多肽链中特定氨基酸侧链基团的修饰许多多肽链可以进行不同类型化学基团的共价修饰，修饰后可以表现为激活状态，也可以表现为失活状态。修饰包括羟基化、糖基化、磷酸化、酰基化、羧化作用、甲基化等。（四）亚基的聚合 有许多蛋白质是由两个以上的亚基构成的，这些多肽链通过非共价键聚合成多聚体才能表现生物活性。1高级结构的形成：（1）分子伴侣(molecular chaperon)（2）蛋白二硫键异构酶(protein disulfide isomerase,PDI)（3）肽-脯氨酰顺反异构酶(peptide prolyl cis-trans isomerase,PPI)（1）分子伴侣）分子伴侣(molecular chaperon)分子伴侣是细胞中一类保守蛋白质，可识别肽链的非天然构象并与之结合，帮助多肽在体内折叠、组装、转运或降解等，完成功能后与之分离，不构成这些蛋白质执行功能时的组份。热休克蛋白(heat shock protein,HSP)是指细胞在应激原特别是环境高温诱导下所生成的 一组蛋白质。HSP70、HSP40和GrpE族 HSP促进蛋白质折叠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，形成HSP70和多肽片段依次结合、解离的循环。分子伴侣主要有：分子伴侣主要有：热休克蛋白、伴侣蛋白、触发因子等（1 1）热休克蛋白热休克蛋白(heat shock protein,HSP)heat shock protein,HSP)是指细胞在应激原特别是环境高温诱导下所生成的 一组蛋白质。HSPHSP促进蛋白质折叠基本作用：促进蛋白质折叠基本作用：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HSP70HSP70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。热休克蛋白包括热休克蛋白包括HSP70HSP70、HSP40HSP40和和GrpEGrpE三族。三族。目 录HSP促进蛋白质折叠基本作用结合保护待折叠多肽片段，再释放该片段进结合保护待折叠多肽片段，再释放该片段进行折叠，形成行折叠，形成HSP70和多肽片段依次结合、解离和多肽片段依次结合、解离的循环。的循环。HSP40结合待折叠多肽片段 HSP70-ATP复合物 HSP40-HSP70-ADP-多肽复合物 ATP水解GrpE ATPADP复合物解离，释出多肽链片段进行正确折叠 伴侣素(chaperonins)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空间构象的微环境。具有独特的双层7-9 元环状结构的寡聚蛋白,它们以依赖ATP 的方式促进体内正常和应急条件下的蛋白质折叠。（2）伴侣蛋白(chaperonin)伴侣蛋白是分子伴侣的另一家族，如大肠杆菌的Gro EL和Gro ES（真核细胞中同源物为HSP60和HSP10）等家族。其主要作用是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。（2）蛋白二硫键异构酶）蛋白二硫键异构酶(protein disulfide isomerase,PDI)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。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象。（3）肽）肽-脯氨酰顺反异构酶脯氨酰顺反异构酶(peptide prolyl cis-trans isomerase,PPI)多肽链中肽酰-脯氨酸间形成的肽键有顺反两种异构体，空间构象明显差别。肽酰肽酰-脯脯氨酰顺反异构酶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-脯氨酰顺反异构酶是蛋白质三维构象形成的限速酶限速酶，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。关于蛋白质折叠：蛋白质的折叠（protein folding）是指多肽氨基酸序列形成具有正确三维空间结构的蛋白 质的过程。肽链的折叠从核糖体出现新生的多肽链即可开始。2020世纪五六十年代科学家世纪五六十年代科学家AnfinsenAnfinsen提出，提出，每一个蛋白质折叠成其特定的三维空间结每一个蛋白质折叠成其特定的三维空间结构取决于它的氨基酸序列及初级结构，即构取决于它的氨基酸序列及初级结构，即氨基酸序列氨基酸序列是决定蛋白质空间构象最基本是决定蛋白质空间构象最基本的因素。的因素。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。蛋白质的靶向输送与翻译后修饰过程同步进行。大多数情况下，被输送的蛋白质分子需穿过膜性结构，才能到达特定的地点。在核糖体上新合成的多肽被送往细胞的各个部分，以行使各自的生物功能。大肠杆菌新合成的多肽，一部分仍停留在胞质之中，一部分则被送到质膜、外膜或质膜与外膜之间的空隙，有的也可分泌到胞外。什么是信号肽呢？人们对定位于膜中的、溶酶体的或分泌的蛋白质前体进行研究发现，这一类蛋白质 刚合成时，其 N 端存在着 1530 个氨基酸的一段顺序，其功能与将此蛋白质多肽链输送 到细胞的特定部位（细胞器）有关，所以称为信号肽（signal peptide）。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靶向输送蛋白信号序列或成分分泌蛋白信号肽内质网腔蛋白 信号肽，C端-Lys-Asp-Glu-Leu-COO-(KDEL序列)线粒体蛋白N端靶向序列（2035氨基酸残基）核蛋白核定位序列（-Pro-Pro-Lys-Lys-Lys-Arg-Lys-Val-，SV40 T抗原）过氧化体蛋白-Ser-Lys-Leu-（PST序列）溶酶体蛋白Man-6-P（甘露糖-6-磷酸）信号肽信号肽信号肽(signal peptide)各种新生分泌蛋白的N端有保守的氨基酸序列称信号肽。信号肽约1336氨基酸残基，分碱性区、疏水核心区、加工区三个区段。信号肽的N端为带正电荷的氨基酸残基（赖