蛋白质的生物合成蛋白质的生物合成翻译翻译 translation 翻译：以翻译：以mRNAmRNA为模板指点蛋白质合成的过程。为模板指点蛋白质合成的过程。思绪：思绪： 合成体系合成体系 翻译过程翻译过程 翻译后加工翻译后加工 酶酶 模板模板 起始起始 延伸延伸 终止终止 原核主原核主真核真核意义意义合成体系：合成体系： 原料：原料：20种氨基酸种氨基酸 运载体：运载体：tRNA 模板：模板：mRNA 合成场所：核蛋白合成场所：核蛋白rRNA+蛋白质蛋白质 蛋白质因子：蛋白质因子： IF EF RF RR 酶：氨基酰酶：氨基酰t-RNA合成酶、转肽酶等合成酶、转肽酶等 能量：能量：GTP、ATP第一节第一节 参与蛋白质生物合成的参与蛋白质生物合成的物质物质一、mRNA1作用：蛋白合成直接模板。作用：蛋白合成直接模板。 依托三联遗传密码，决议蛋白质依托三联遗传密码，决议蛋白质 分子中氨基酸陈列顺序。分子中氨基酸陈列顺序。2区别：区别： 原核：原核： 多顺反子：一条多顺反子：一条mRNA指点合指点合 成成 多个蛋白质。多个蛋白质。 真核：真核： 单顺反子：一条单顺反子：一条mRNA只指点只指点 合成一条多肽链。合成一条多肽链。3遗传密码遗传密码 (genetic codon)定定义：mRNAmRNA链上每三个相上每三个相邻的核苷酸的核苷酸编成一成一组， 代表某种氨基酸或代表某种氨基酸或肽链合成的起始或合成的起始或终止信号。止信号。特点：特点：1 1密密码子子6464个：个：1 1个起始密个起始密码AUGAUG 3 3个个终止密止密码 UAGUAG、UAA UAA 、UGA UGA 61 61个密个密码代表代表2020种种AA AA 2 2方向性方向性 5 3 ; ORF 5 3 ; ORF3 3延延续性性 密密码子子间延延续阅读；不重叠、；不重叠、不延不延续4 4简并性并性 一种氨基酸有多个密一种氨基酸有多个密码子子5 5摆动性性 密密码子第三个碱基与反密子第三个碱基与反密码的的第一第一 个碱基不个碱基不严厉的的配配对景象。景象。 图6 6通用通用( ( 普遍普遍) )性性 原核到人通用原核到人通用, ,人人线粒粒体除外体除外二、核蛋白体1作作 用：是蛋白质的合成场所。用：是蛋白质的合成场所。 2 组成：组成： 小亚基：结合小亚基：结合mRNA。 大亚基：大亚基： A位：结合氨基酰位：结合氨基酰-tRNA P位：结合肽酰基位：结合肽酰基-tRNA 转肽酶转肽酶:构成肽键构成肽键 E位位(原核原核):结合空载结合空载tRNA 3、区别原核与真核：、区别原核与真核： 4、方式、方式: 多核蛋白体羽毛状多核蛋白体羽毛状 ) 图图区别原核70s真核80s小亚基rRNA蛋白质(rps)30s40s大亚基rRNA蛋白质(rpl)50s60s多聚核蛋白体多聚核蛋白体定义：一个定义：一个mRNA分子同时有多个核蛋白体分子同时有多个核蛋白体 在进展蛋白质合成。在进展蛋白质合成。 即即 一个一个mRNA与多个核蛋白体构成的与多个核蛋白体构成的 串珠状聚合物。串珠状聚合物。 构成机制：起始密码只需一个、可反复运用。构成机制：起始密码只需一个、可反复运用。 图图 三、三、tRNA 1作用：搬运氨基酸，识别mRNA遗传密码。2搬运方式：氨基酰-tRNA。氨基酰-tRNA合成酶：作用：催化生成氨基酰-tRNA。特点：1绝对专注性(AA)2校正活性3种类：起始tRNA：识别起始密码延伸tRNA：肽链延伸时转运氨基酸4、表示法：结合的AAtRNA的特异性起始tRNA延伸tRNA原核生物：fmet-tRNAifmetmet-tRNAemet真核生物：met-tRNAimetmet-tRNAemet四、蛋白因子四、蛋白因子 e.g 原核原核1.IF IF1 促促fmet-tRNA fmet与小亚基结合与小亚基结合 IF2 IF3 促促mRNA与小亚基结合，大、小亚基分别与小亚基结合，大、小亚基分别 2.EF EFTS 促促AA-tRNA进入进入A位位 EFTU EFG (转位酶活性转位酶活性)促核蛋白体沿促核蛋白体沿mRNA挪动挪动3.RF RF1 识别终止密码识别终止密码,诱导酯酶活性水解肽诱导酯酶活性水解肽 RF2 链链tRNA的酯键，肽链零落的酯键，肽链零落 RF3 介导介导RF1 .2 RR 促促mRNA从核蛋白体上零落从核蛋白体上零落真核：真核：eIF, eEF, eRF 第二节第二节 蛋白质的生物合成过程蛋白质的生物合成过程 过程：过程： 起始起始 延伸延伸 终止终止 E.g 原核生物原核生物一、翻译的起始构成70S起始复合物：核糖体-mRNA-fmet-tRNAimet构成过程：图1.亚基分别2.mRNA就位机制：a.核酸-核酸识别结合rRNA小亚基与S-D序列mRNAb.核酸-蛋白识别结合rps-1把mRNA结合到小亚基上3.起始AA-tRNA就位识别AUG4.大亚基结合S-D序列：以AGGA中心的原核mRNA起始点上游序列。能结合小亚基16s-rRNA的UCCU序列。由Shine-Dalgarno发现，也称RBS核蛋白体结合位点二、肽链延伸1.特点特点: 核蛋白体循环核蛋白体循环 广义广义 指翻译全过程。指翻译全过程。定义定义 即即tRNA转运氨基酸到核糖体上，以转运氨基酸到核糖体上，以 mRNA为模板合成多肽链的过程。为模板合成多肽链的过程。 狭义狭义 指肽链延伸过程。指肽链延伸过程。 即每次循环都包括进位、成肽、转位即每次循环都包括进位、成肽、转位3 个过程；每循环一次，肽链添加一个氨个过程；每循环一次，肽链添加一个氨 基酸残基。基酸残基。2.过程过程 进位进位 成肽成肽 转位转位 a.进进位：位： 氨基氨基酰酰-tRNA进进入入A位。位。 需需GTP，EF-Tu。 图图b.成成肽肽： P位氨基位氨基(肽肽) 酰酰-tRNA的的AA (肽肽) 、转给转给A位氨基位氨基 酰酰-tRNA并在并在A位生成位生成肽链肽链,空空tRNA留留P位。位。 rpl发扬转肽发扬转肽酶酶活性活性. 图图c.转转位：位： 核糖体沿核糖体沿mRNA53方向挪方向挪动动一个密一个密 码码子子, 肽肽 酰酰-tRNA在在P位位,A位空留。位空留。 需需EFG、GTP。 图图3.方向方向 模板方向：模板方向：53 肽链延伸方向：延伸方向： NC三、肽链终止A位出现终止密码,RF识别。释放肽链；mRNA及大.小亚基拆开。图能量：至少耗4ATP/肽键细胞内蛋白质实践合成方式：多聚核蛋白体多聚核蛋白体：是指多个核蛋白体同时与一条mRNA结合构成的串珠状构造。图四四.与真核生物的区别与真核生物的区别过程一样。过程一样。 所需物质不同。所需物质不同。 区别：图区别：图 原核原核 真核真核合成体系合成体系: 参与物质参与物质 少少 多多 模板加工模板加工 不需不需 需需 核蛋白体核蛋白体 70S 80S起始：起始： 构成起始复合物构成起始复合物 70S 80S 起始起始tRNA fmet-tRNAifmet met-tRNAimet 需需IF种类种类 3 910延伸：延伸： 需需EF种类种类 3 4终止：终止： 3种种RF识别识别 1个个RF识别识别 3个终止密码个终止密码 3个终个终止密码止密码其他其他: 转录和翻译转录和翻译 同时进展同时进展 不同时，不同时，分隔分隔 羽毛状羽毛状 进展进展 第三节第三节 翻译后加工翻译后加工定义：定义： 从核蛋白体释放的无生物活性肽链，经细胞内各种从核蛋白体释放的无生物活性肽链，经细胞内各种 修饰处置后修饰处置后,变成有活性成熟蛋白质的过程。变成有活性成熟蛋白质的过程。 即：前体即：前体 成熟体成熟体方式：方式： 肽链折叠肽链折叠 一级构造的修饰一级构造的修饰 高级构造的修饰高级构造的修饰 靶向保送靶向保送一一.肽链折叠肽链折叠时间时间:N端出现端出现所需物质所需物质: 蛋白的一级构造蛋白的一级构造 (主主) 其其 分子伴侣分子伴侣 热休克蛋白热休克蛋白 促蛋白自发性折叠促蛋白自发性折叠 他他 伴侣素伴侣素 促蛋白非自发性折促蛋白非自发性折叠叠 蛋蛋 蛋白二硫键异构酶蛋白二硫键异构酶 断裂断裂.衔接二硫键衔接二硫键 白白 肽肽-脯氨酰顺反异构酶脯氨酰顺反异构酶 转换肽转换肽-脯氨酰顺脯氨酰顺 反异构体反异构体二、一二、一级构造的修构造的修饰 末端修末端修饰 切除切除N-端端fmet、甲、甲 酰基、一小段基、一小段肽 氨基酸修氨基酸修饰 加加 OH、-P、-S-S- 水解修水解修饰 水解一条水解一条肽成多个成多个 不同活性蛋白不同活性蛋白三、高三、高级构造的修构造的修饰 亚基聚合基聚合 辅基基衔接接 共价共价衔接疏水脂接疏水脂链 四、靶向保送四、靶向保送1.蛋白质合成后的去向蛋白质合成后的去向: 保管在胞浆保管在胞浆 进入细胞核或其他亚细胞器进入细胞核或其他亚细胞器 靶向保送靶向保送 分泌入体液、运输到靶细胞分泌入体液、运输到靶细胞 2.靶向保送：蛋白合成后、定向到达其执行功能靶向保送：蛋白合成后、定向到达其执行功能 的目的地的过程。的目的地的过程。3.分泌性分泌性(靶向保送靶向保送)蛋白：蛋白： 1定义：经过靶向保送才干发扬生物学定义：经过靶向保送才干发扬生物学 功能的蛋白。透过膜性构造功能的蛋白。透过膜性构造 2特点：有信号肽特点：有信号肽 引导透过膜性构造引导透过膜性构造 蛋白前体蛋白前体 防止细胞损伤防止细胞损伤4. 信号序列信号序列: 一切靶向保送的蛋白质构造中存在分选信号，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，这一序列称为信号序列。 信号序列信号序列(signal sequence)信号肽：信号肽： 定义：未成熟分泌蛋白的中、可被细胞转定义：未成熟分泌蛋白的中、可被细胞转 运系统识别的特征性氨基酸序列。运系统识别的特征性氨基酸序列。 构造构造 ：碱性：碱性N端疏水中心区加工区端疏水中心区加工区 图图 作用：特异性结合作用：特异性结合.运输分泌蛋白出膜运输分泌蛋白出膜 运用：研讨靶向药物运用：研讨靶向药物3. 透过膜机透过膜机 制：制： 信号假说信号假说 图图 例例(靶向保送靶向保送): 分泌蛋白分泌蛋白 线粒体蛋白线粒体蛋白 细胞核蛋白细胞核蛋白 靶向保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-，SV40T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-磷酸靶向保送蛋白的信号序列或成分靶向保送蛋白的信号序列或成分 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影响要素：体内基因表达与调控讲影响要素：体内基因表达与调控讲 体外体外 (影响合成任何要素影响合成任何要素)一、阻断剂一、阻断剂作用：抗菌、治疗肿瘤。作用：抗菌、治疗肿瘤。种类：种类： 抗生素抗生素 核蛋白体核蛋白体 抗代谢药抗代谢药 竞争性抑制竞争性抑制 信息传送各环节信息传送各环节 毒素毒素 信息传送各环节信息传送各环节 生物活性物生物活性物 信息传送各环节信息传送各环节 二、分子病 定义：由于基因缺陷，使RNA与蛋白 质的合成异常，导致机体某 些构造与功能变异引起的疾病。 e.g ： DNA mRNA Hb链第6位AA 正常：CTTGAA Glu 镰刀型贫血：CATGUA Val 复制、转录、翻译的区别 复制复制 转录 翻翻译模板模板 DNA双双链 DNA模板模板链 mRNA酶 DDDP DDRP 氨基氨基酰-tRNA合合 成成酶、转肽酶底物底物 dNTP NTP AA产物物 子代子代DNA RNA 肽链引物引物 有有 无无 无无特点特点 半保管复制半保管复制 不不对称称转录 核蛋白体循核蛋白体循环 半不延半不延续复制复制 模板方向模板方向 3 5 3 5 5 3 产物方向物方向 5 3 5 3 N C碱基配碱基配对 A-T、G-C A-U、T-A、G-C 密密码子与子与反反 密密码子子某些抗生素对蛋白质合成的影响干扰物作用原理作用点四环素族妨碍氨基酰-tRNA小亚基与小亚基结合；易30S、40S进入菌体，但不易透入哺乳动物细胞。链霉素抑制原核生物启动，小亚基30S卡那霉素呵斥误译。氯霉素抑制原核生物大亚大亚基50S基转肽酶活性，干扰mRNA与核糖体的结合。红霉素抑制转肽酶活性防碍移位某些生物活性物质对蛋白质合成的影响干扰物作用原理作用点干扰素活化一种蛋白激酶，使eIF2eIF2磷酸化而失活，抑制翻译起始。激活一种核酸内切酶，使mRNA降解。有双股RNA存在时，才起作用。白喉毒素抑制真核EF2的活性。EF2嘌呤霉素竞争性抑制Tyr-tRNATyr大亚基进入A位后，使肽链过早终止。放线菌酮抑制真核生物大亚基转大亚基60S肽酶活性。mRNA5ACG5UACtRNA反密码环UCGACU55图13-1mRNA密码与tRNA反密码123455N图13-2翻译过程中的核糖体图解1.小亚基；2.mRNA；3.大亚基；4.肽酰tRNA左和氨基酰tRNA,小圆圈代表氨基酸残基；5.斜线阴影左为P位peptidesite)或称D位donorsite)，右为A位Aminoacylsite)或Acceptorsite)。多聚核蛋白体多聚核蛋白体50s30s1234535mRNANH2合成完合成完同时有同时有5个个metmet-GTP-eIF2met40seIF3.eIF4cmRNAeIF2,eIF3,eIF4c,eIF5,GDP+PieIF560s图13-6真核生物的翻译起始复合物生成ATPeIF4E,4FeIF4A,4BADP+PieIF4E,4FeIF4A,4Bmet转肽酶N-末端NH2fMet-tRNA AA-tRNA二肽PAPANC信号肽KRKR103肽ACTH-LT(?)-MSH-MSHEndophin图13-11POMC作为活性物质的前体最上行为POMC，K，R为相应位置上的赖氨酸、精氨酸残基MALWMRLLPLLALLALWGPDPAAAFV-MMAAGPRTSLLLLAFALLCLPWTQVVGAF-MKFLVNVALVFMVVYISTITAAP-MKLLVVAVIACMLIGFADPASGCK-N信号肽衔接分泌蛋白碱性N端疏水中心区加工区人前胰岛素原牛生长激素蜂毒肽果蝇粘液蛋白信号肽的构造和几种信号肽的举例。氨基酸陈列顺序用单一英文字母缩写表示，加工区内的箭头示信号肽被切除的位点。图13-12核糖体核糖体信号肽NSRP14DPN胞浆膜内膜外信号肽酶分泌蛋白转运系统转运系统 1.信号肽合成后被信号肽合成后被SRP识别识别; 2.SRP把正在合成蛋把正在合成蛋白质的核糖体带到膜的胞浆面白质的核糖体带到膜的胞浆面; 3.蛋白质连同信号肽穿蛋白质连同信号肽穿膜而出膜而出; 4.信号肽反折回膜被信号肽酶水解信号肽反折回膜被信号肽酶水解 SRP=信号肽识别粒子信号肽识别粒子 D P=对接蛋白对接蛋白(SRP受体受体)32目目 录录一分泌蛋白的靶向保送一分泌蛋白的靶向保送 真核细胞分泌蛋白等前体合成后真核细胞分泌蛋白等前体合成后,信号肽引信号肽引导导 首先进入要进入内质网。首先进入要进入内质网。 二线粒体蛋白的靶向保送二线粒体蛋白的靶向保送 目目 录录三细胞核蛋白的靶向保送三细胞核蛋白的靶向保送目目 录录 遗传密码表开放读码框架openreadingframe，ORF:mRNA分子中含有密码子信息的区域;延续编码一个蛋白质.它的5-端为起始密码子，3-端为终止密码子。密码子与反密码子配对的摆动景象反密码子反密码子第一位碱基第一位碱基IUC密码子密码子第三位碱基第三位碱基A，C，UA，GC，G，U过程过程 核蛋白体是肽链合成的场所小亚基：具有结合模板mRNA的功能P位：结合肽酰tRNA大亚基：具有A位:结合氨基酰tRNAE位:tRNA退出E位位三tRNA和氨基酰tRNAtRNA在翻译过程中起接合体adaptor作用，又是氨基酸的运载体。AA-tRNA合成酶氨基酸的活化方式氨基酰tRNA氨基酸的活化部位羧基衔接方式酯键活化耗能2个P1.起始因子IF和eIF起始步骤起始步骤IFIFeIF亚基分别亚基分别IF3 (IF1)IF3 (IF1)eIF3mRNAmRNA就位就位核酸核酸、核核酸核酸、核酸蛋白质之间酸蛋白质之间的识别结合的识别结合eIF3，eIF1，eIF4AeIF4B，CBP-1eIF4E (CBP-2)起始起始tRNAtRNA就位就位IF2IF2，GTPGTPIF1IF1eIF2，co-eIF2-GTPeIF3，eIF4C大亚基结合大亚基结合各种各种IFIF零落零落eIF5，eIF4D 2. 原核生物mRNA就位机制 3.原核生物起始复合物的构成一进位氨基酰-tRNA根据遗传密码的指引，在GTP和EF-T的协助下，进入核蛋白体的A位。A位位P位位 mRNAEF-T协助进位的机制 mRNA- AA-tRNA 二成肽转肽酶催化肽键的构成。肽键构成构成三转位tRNA零落的同时，核蛋白体向mRNA的3-端挪动一个密码子的间隔。由EF-G中的转位酶催化，此步骤需1个GTP。三、三、肽链的的终止止 1. RF与与终止密止密码识别结合合2. 肽链与与tRNA分分别3. tRNA、mRNA及及RF从核蛋白从核蛋白体零落体零落原核生物蛋白质合成的能量计算氨基酸活化：-2个PATP延伸：进位、移位-2个GTP结论：每合成一个肽键至少耗费4个P。起始：-1个 GTP终止：-1个GTP耗能:4n(AA)ATP多肽链折叠多肽链折叠 天然功能构象蛋白质天然功能构象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，肽链的折叠即开场。能够随着序列的不断延伸肽链逐渐折叠，产生正确的二级构造、模序、构造域到构成完好空间构象。普通以为，多肽链本身氨基酸顺序储存着蛋白质折叠的信息，即一级构造是空间构象的根底。细胞中大多数天然蛋白质折叠都不是自动完成，而需求其他酶、蛋白辅助。几种有促进蛋白折叠功能的大分子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)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，促进各功能域和整体蛋白肽链的非天然构象，促进各功能域和整体蛋白质的正确折叠。质的正确折叠。 热休克蛋白促休克蛋白促进蛋白蛋白质折叠的根本作用折叠的根本作用结合合维护待折叠多待折叠多肽片段，再片段，再释放放该片段片段进展折叠。展折叠。构成构成HSP70和多和多肽片段依次片段依次结合、解离的循合、解离的循环。 HSP40结合待结合待折叠多肽片段折叠多肽片段 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，释出多肽链片段进展正确折叠复合物解离，释出多肽链片段进展正确折叠 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 伴伴侣素的主要作用素的主要作用为非自非自发性折叠蛋白性折叠蛋白质提供能折叠构成天然空提供能折叠构成天然空间构象的微构象的微环境。境。 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构成对稳多肽链内或肽链之间二硫键的正确构成对稳定分泌蛋白、膜蛋白等的天然构象非常重要，这定分泌蛋白、膜蛋白等的天然构象非常重要，这一过程主要在细胞内质网进展。一过程主要在细胞内质网进展。 二硫键异构酶在内质网腔活性很高，可在较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构成正确二大区段肽链中催化错配二硫键断裂并构成正确二硫键衔接，最终使蛋白质构成热力学最稳定的天硫键衔接，最终使蛋白质构成热力学最稳定的天然构象。然构象。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- -脯氨酸间构成的肽键有顺反两脯氨酸间构成的肽键有顺反两种异构体，空间构象明显差别。种异构体，空间构象明显差别。 肽酰肽酰- -脯氨酰顺反异构酶可促进上述顺反两种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。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构脯氨酰顺反异构酶是蛋白质三维构象构成的限速酶，在肽链合成需构成顺式构型时，可成的限速酶，在肽链合成需构成顺式构型时，可使多肽在各脯氨酸弯折处构成准确折叠。使多肽在各脯氨酸弯折处构成准确折叠。 信号肽的一级构造 二抗生素 嘌呤霉素呤霉素作用表示作用表示图 白喉毒素的作用 干扰素的作用原理电镜下的多聚核蛋白表达象电镜下的多聚核蛋白表达象目目 录录电子显微镜下的转录电子显微镜下的转录景象原核生物景象原核生物多核蛋白体多核蛋白体总结：思绪：思绪：中心法那么：中心法那么： 复制复制 DNA 转录转录 RNA 翻译翻译 蛋白质蛋白质翻译：定义、特点、根本单位、合成体系、合成过翻译：定义、特点、根本单位、合成体系、合成过程、合成后加工程、合成后加工 合成体系合成体系 过程过程 后加工后加工 酶酶 模板模板 起始起始 延伸延伸 终止终止原核主原核主真核真核