蛋白质的生物合成（翻译）蛋白质的生物合成（翻译） Protein Biosynthesis，Translation生物化学与分子生物学教研室生物化学与分子生物学教研室 朱利娜朱利娜十三章十三章 将将mRNA分子分子中中 4 种种核苷酸序列核苷酸序列编码的遗传信息，通过编码的遗传信息，通过遗传密码遗传密码破译的破译的方式解读为蛋白质一级结构中方式解读为蛋白质一级结构中20种种氨基氨基酸的排列顺序酸的排列顺序过程，称为蛋白质的生物过程，称为蛋白质的生物合成或翻译（合成或翻译（translation）。）。参与蛋白质生物合成的物质参与蛋白质生物合成的物质翻译模板翻译模板mRNA及遗传密码及遗传密码 核蛋白体是多肽链合成的装置核蛋白体是多肽链合成的装置 tRNA和氨基酸的活化和氨基酸的活化蛋白质的生物合成过程蛋白质的生物合成过程蛋白质合成后加工和输送蛋白质合成后加工和输送蛋白质生物合成的干扰与抑制蛋白质生物合成的干扰与抑制第一节第一节蛋白质生物合成体系蛋白质生物合成体系Protein Biosynthesis System参与蛋白质合成的物质参与蛋白质合成的物质原料：原料：20种氨基酸种氨基酸模板：模板：mRNA 运载体：运载体：tRNA场所：核蛋白体场所：核蛋白体（rRNA与蛋白质构成）与蛋白质构成）蛋白质因子：蛋白质因子：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（释放因子（release factor，RF）其他：酶类、其他：酶类、ATP、GTP、无机离子等无机离子等一、翻译模板一、翻译模板mRNA及遗传密码及遗传密码mRNA是遗传信息的携带者是遗传信息的携带者v 遗遗传传学学将将编编码码一一个个多多肽肽的的遗遗传传单单位位称称为为顺顺反反子子(cistron)。v 原原核核细细胞胞中中数数个个结结构构基基因因常常串串联联为为一一个个转转录录单单位位，转转录录生生成成的的mRNA可可编编码码几几种种功功能能相相关关的的蛋蛋白白质质，为为多顺反子多顺反子(polycistron) 。v 真真核核mRNA只只编编码码一一种种蛋蛋白白质质，为为单单顺顺反反子子(single cistron) 。 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单顺反子非编码序列非编码序列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PPP5 3 蛋白质蛋白质PPPmG -5 3 蛋白质蛋白质l mRNA上存在遗传密码上存在遗传密码mRNA分分子子上上从从5 至至3 方方向向，由由AUG开开始始，每每3个个核核苷苷酸酸为为一一组组，决决定定肽肽链链上上某某一一个个氨氨基基酸酸或或蛋蛋白白质质合合成成的的起起始始、终终止止信信号号，称称为为三三联联体体密密码码(triplet coden)。起始密码起始密码(initiation coden): AUG 终止密码终止密码(termination coden): UAA，UAG，UGA 数量：数量：64（43） 遗遗传传密密码码表表从从mRNA 5 端端起起始始密密码码子子AUG到到3 端端终终止止密密码码子子之之间间的的核核苷苷酸酸序序列列，各各个个三三联联体体密密码码连连续续排排列列编编码码一一个个蛋蛋白白质质多多肽肽链链，称称为为开开放放阅阅读读框框架架(open reading frame, ORF)。 1. 连续性连续性(commaless)l遗传密码的特点遗传密码的特点编码蛋白质氨基酸序列的各个三联体编码蛋白质氨基酸序列的各个三联体密码连续阅读，密码间既无间断也无交叉。密码连续阅读，密码间既无间断也无交叉。 基因损伤引起基因损伤引起mRNA阅读框架内的碱基发生阅读框架内的碱基发生插入或缺失，可能导致框移突变插入或缺失，可能导致框移突变(frameshift mutation)。 2. 简并性简并性(degeneracy)遗传密码中，除色氨酸和甲硫氨酸仅有遗传密码中，除色氨酸和甲硫氨酸仅有一个密码子外，其余氨基酸有一个密码子外，其余氨基酸有2、3、4个，个，甚至多至甚至多至6个三联体为其编码。个三联体为其编码。遗传密码的简并性遗传密码的简并性3. 通用性通用性(universal)蛋白质生物合成的整套密码，从原核生物蛋白质生物合成的整套密码，从原核生物到人类都通用。到人类都通用。 已发现少数例外，如动物细胞的线粒体、已发现少数例外，如动物细胞的线粒体、植物细胞的叶绿体。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密码的通用性进一步证明各种生物进化自同一祖先。同一祖先。 4. 摆动性摆动性(wobble)转转运运氨氨基基酸酸的的tRNA的的反反密密码码需需要要通通过过碱碱基基互互补补与与mRNA上上的的遗遗传传密密码码反反向向配配对对结结合合，但但反反密密码码与与密密码码间间不不严严格格遵遵守守常常见见的的碱碱基配对规律，称为摆动配对。基配对规律，称为摆动配对。 摆摆动动配配对对密码子、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tRNA反密码子反密码子第第1位碱基位碱基IUGACmRNA密码子密码子第第3位碱基位碱基U, C, AA, GU, CUG二、核蛋白体是多肽链合成的装置二、核蛋白体是多肽链合成的装置核蛋白体的组成核蛋白体的组成核蛋白体核蛋白体亚单位亚单位rRNA蛋白质蛋白质原核生物原核生物(70S)小亚基小亚基(30S)大亚基大亚基(50S)16S rRNA5S rRNA23S rRNA21种种36种种真核生物真核生物(80S)小亚基小亚基(40S)大亚基大亚基(60S)18S rRNA5.8S rRNA5S rRNA28S rRNA33种种49种种核核蛋蛋白白体体的的组组成成原核生物翻译过程中核蛋白体结构模式原核生物翻译过程中核蛋白体结构模式A位：氨基酰位位：氨基酰位(aminoacyl site)P位：肽酰位位：肽酰位(peptidyl site)E位：排出位位：排出位(exit site)三、三、tRNA与氨基酸的活化与氨基酸的活化tRNA 运载活化型氨基酸运载活化型氨基酸tRNA反密码子与反密码子与mRNA上的密码子配对上的密码子配对A U C氨基酸的活化氨基酸的活化催化氨基酸与催化氨基酸与tRNA结合生成氨基酰结合生成氨基酰-tRNA具有绝对专一性：具有绝对专一性： 对氨基酸及对氨基酸及tRNA都能高度特异识别都能高度特异识别具有校正活性具有校正活性(proofreading activity) 一、氨基酰一、氨基酰-tRNA合成酶合成酶氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶ATPPPiMg2+OAMP酶酶tRNA-OHAMP酶酶tRNA-O-C-CH-NH2=OR氨基酰氨基酰-tRNA氨基酰氨基酰-tRNA的表示方法的表示方法arg-tRNAarg已结合的氨基酸已结合的氨基酸残基残基tRNA结合的结合的特异性特异性 一种一种tRNA只能结合一种氨基酸，一种只能结合一种氨基酸，一种氨基酸可结合多种氨基酸可结合多种tRNA(称为称为同功同功tRNA)二、起始肽链合成的氨基酰二、起始肽链合成的氨基酰-tRNAtRNAiMet：起始者起始者tRNA(initiator-tRNA) tRNAeMet：肽链延长中携带肽链延长中携带Met的的tRNAtRNAifMet：起始者起始者tRNA携带携带N-甲酰甲硫氨酸（甲酰甲硫氨酸（fMet）真核生物：真核生物：Met-tRNAiMet原核生物：原核生物：fMet-tRNAifMet第二节第二节蛋白质生物合成过程蛋白质生物合成过程The Process of Protein Biosynthesis氨基酰氨基酰-tRNA的合成的合成肽链合成肽链合成起始阶段起始阶段( initiation )延长阶段延长阶段(elongation)终止阶段终止阶段(termination )一、肽链合成起始一、肽链合成起始指指mRNA和起始氨基酰和起始氨基酰-tRNA分别与核蛋分别与核蛋白体结合而形成白体结合而形成翻译起始复合物翻译起始复合物 (translational initiation complex)。有多种蛋有多种蛋白质因子参与这一过程，称为白质因子参与这一过程，称为起始因子起始因子（initiation factor，IF）起始因子起始因子生物功能生物功能原核原核生物生物IF-1占据占据A位防止结合其他位防止结合其他tRNAIF-2促进起始促进起始tRNA与小亚基结合与小亚基结合IF-3促进大、小亚基分离，提高促进大、小亚基分离，提高P位对结合起始位对结合起始tRNA的的敏感性敏感性真核真核生物生物eIF-2促进起始促进起始tRNA与小亚基结合与小亚基结合eIF-2B，eIF-3最先结合小亚基促进大、小亚基分离最先结合小亚基促进大、小亚基分离IF-4AeIF-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mRNA结合小亚基结合小亚基IF-4B结合结合mRNA，促进促进mRNA扫描定位起始扫描定位起始tRNAIF-4EeIF-4F复合物成分，结合复合物成分，结合mRNA5-帽子帽子IF-4GeIF-4F复合物成分，结合复合物成分，结合eIF-4E和和PABeIF-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eIF-6促进核蛋白体分离成大、小亚基促进核蛋白体分离成大、小亚基原核、真核生物各种起始因子的生物功能原核、真核生物各种起始因子的生物功能1. 核蛋白体大小亚基分离（核蛋白体大小亚基分离（IF3，IF1）2. mRNA在小亚基上定位结合在小亚基上定位结合3. fMet-tRNAifMet的结合（的结合（IF2，GTP）4. 核蛋白体大亚基结合核蛋白体大亚基结合（一）原核翻译起始复合物形成（一）原核翻译起始复合物形成fmet-tRNA fMet -mRNA-核蛋白体核蛋白体需要三种起始因子（需要三种起始因子（IF）及及GTP的参与的参与起始复合物起始复合物1. 核蛋白体大小亚基分离核蛋白体大小亚基分离IF-3IF-1IF-3IF-12. mRNA在小亚基定位结合在小亚基定位结合A U G53mRNAmRNA与小亚基的结合依赖于与小亚基的结合依赖于：1. SD序列与序列与16S rRNA 3端部分序列的互补端部分序列的互补2. rps-1与与mRNA上上SD序列后的一段序列识别结合序列后的一段序列识别结合S-D序列序列 (Shine-Dalgarno sequence ) mRNA起始密码起始密码AUG上游约上游约813个核苷个核苷酸处，有酸处，有49个核苷酸组成的富含嘌呤的一致个核苷酸组成的富含嘌呤的一致序列，以序列，以AGGA为核心，也叫做核蛋白体为核心，也叫做核蛋白体结合位点结合位点(ribosomal binding site, RBS)IF-2GTP3. fMet-tRNAifmet 结合到小亚基结合到小亚基IF-3IF-1A U G534. 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50SIF-3IF-1A U G53IF-2GTPIF-3IF-1A U G53GDPPiIF-2mRNA5050S SIF-1IF-350S50SA U G53mRNAIF-2GTPIF-3IF-1A U G53GDPPiIF-2mRNA5050S S（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核蛋白体大小亚基分离；核蛋白体大小亚基分离；Met-Met-tRNAiMet结合；结合；mRNA在核蛋白体小亚基就位；在核蛋白体小亚基就位；核蛋白体大亚基结合。核蛋白体大亚基结合。MetMet40S60SMeMet tMet40S60SmRNAeIFeIF-2B-2B、eIFeIF-3-3、 eIF-6 elFelF-3-3GDP+Pi各种各种各种各种elFelF释放释放释放释放elF-5ATPADP+PielF4E, elF4G, elF4A, elF4B,PABMetMet-tRNAiMet-elF-2 -GTP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真核生物翻译起始特点真核生物翻译起始特点核蛋白体为核蛋白体为80S（40S60S）起始起始tRNA携带的甲硫氨酸不需要甲酰化携带的甲硫氨酸不需要甲酰化mRNA5端帽子结构与其在核蛋白体上就位端帽子结构与其在核蛋白体上就位有关，需要帽子结合蛋白复合物有关，需要帽子结合蛋白复合物(eIF-4F)参参与与eIF2与与Met-tRNAiMet和和GTP结合构成复合体结合构成复合体后先与后先与40S小亚基结合，然后才与小亚基结合，然后才与mRNA结合结合二、肽链的延长二、肽链的延长指指根根据据mRNA密密码码序序列列的的指指导导，依依次次添添加加氨氨基基酸酸从从N端端向向C端端延延伸伸肽肽链链，直到合成终止的过程。直到合成终止的过程。 肽链延长在核蛋白体上连续性循环式进行，肽链延长在核蛋白体上连续性循环式进行，又称为又称为核蛋白体循环核蛋白体循环(ribosomal cycle)，每每次循环增加一个氨基酸，包括以下三步：次循环增加一个氨基酸，包括以下三步：进位（进位（entrance）或注册（或注册（registration）成肽（成肽（peptide bond formation）转位（转位（translocation）需要延长因子（需要延长因子（elongationfactor， EF ）和和GTP的参与的参与肽链合成的延长因子肽链合成的延长因子原核生物原核生物功能功能真核生物真核生物EF-TuEF-Ts促进氨基酰促进氨基酰-tRNA进入进入A位，位，结合分解结合分解GTP调节亚基调节亚基EF-1 EF-1 EF-G有转位酶活性，协助有转位酶活性，协助mRNA-肽酰肽酰-tRNA由由A位前移至位前移至P位，位，促进卸载促进卸载tRNA释放释放EF-2（一）进位（一）进位指根据指根据mRNA下一组遗传密码指下一组遗传密码指导，使相应氨基酰导，使相应氨基酰-tRNA进入核蛋白体进入核蛋白体A位。位。 延长因子延长因子EF-T催化进位催化进位（原核生物）（原核生物） Tu GTPA U G53Tu GTPGDPTuTsTuTuGTPGDPPi（二）成肽（二）成肽 P位上位上fMet-tRNAifMet（或延长中的肽酰或延长中的肽酰-tRNA）由转肽酶由转肽酶(transpeptidase)催化，催化，将氨基酰基（或延长中的肽酰基）从将氨基酰基（或延长中的肽酰基）从tRNA转转移，与移，与A位下一氨基酰位下一氨基酰-tRNA的的 -氨基形成肽氨基形成肽键连接键连接。成肽后，成肽后，（N）肽酰肽酰-tRNA 将暂留将暂留A位，位，P位有卸载的位有卸载的tRNA。肽链合成延长阶段的肽键形成过程肽链合成延长阶段的肽键形成过程成成 肽肽（三）转位（三）转位延长因子延长因子EF-G有转位酶有转位酶( ( translocase ) )活活性，可结合并水解性，可结合并水解1 1分子分子GTP，促进核蛋白体促进核蛋白体向向mRNA的的33侧移动。使肽酰侧移动。使肽酰- -tRNAtRNA- -mRNAmRNA相对相对位移位移进入核蛋白体进入核蛋白体P P位，而卸载的位，而卸载的tRNAtRNA则移入则移入E E位，位，A A位留空并对应下一组三联体密码，准备位留空并对应下一组三联体密码，准备适当的氨基酰适当的氨基酰- -tRNAtRNA进位而开始下一轮核蛋白进位而开始下一轮核蛋白体循环。体循环。转转 位位进进位位转转位位成肽成肽核蛋白体循环核蛋白体循环从从5AUG开始直至终止密码子开始直至终止密码子核蛋白体从核蛋白体从53方向阅读方向阅读mRNA遗传密码遗传密码肽链的合成是从肽链的合成是从N端到端到C末端末端每进行一次核蛋白体循环，肽链延长一个每进行一次核蛋白体循环，肽链延长一个 氨基酸氨基酸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相似，但有不同的反应体系和延长因子。本相似，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位位，转转位位时卸载的时卸载的tRNA直接从直接从P位脱落。位脱落。（四）真核生物延长过程（四）真核生物延长过程三、肽链合成的终止三、肽链合成的终止当当mRNA上终止密码出现后，多肽链上终止密码出现后，多肽链合成停止，肽链从肽酰合成停止，肽链从肽酰-tRNA中释出，中释出，mRNA、核蛋白体等分离，这些过程称核蛋白体等分离，这些过程称为肽链合成终止。为肽链合成终止。 终止相关的蛋白因子称为释放因子终止相关的蛋白因子称为释放因子 (release factor, RF) 一一、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。二二、诱诱导导转转肽肽酶酶改改变变为为酯酯酶酶活活性性，相相当当于于催催化化肽肽酰酰基基转移到水分子转移到水分子-OH上，使肽链从核蛋白体上释放。上，使肽链从核蛋白体上释放。 释放因子的功能释放因子的功能原核生物释放因子：原核生物释放因子：RF-1，RF-2，RF-3 真核生物释放因子：真核生物释放因子：eRF 终止密码的辨认：终止密码的辨认：RF肽链从肽酰肽链从肽酰-tRNA水解出：水解出：RF诱导转肽酶诱导转肽酶mRNA、卸载卸载tRNA及及RF从核蛋白体脱离从核蛋白体脱离大小亚基解聚：大小亚基解聚：IF-1、IF-3解聚后的大、小亚基可再次结合，重新进入解聚后的大、小亚基可再次结合，重新进入肽链合成过程肽链合成过程原核生物肽链合成终止过程原核生物肽链合成终止过程原原核核肽肽链链合合成成终终止止过过程程 多聚核蛋白体（多聚核蛋白体（polysome）第三节第三节蛋白质合成后加工和输送蛋白质合成后加工和输送 Post-translational Processing & Protein Transportation从核蛋白体释放出的新生多肽链不具备蛋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具有天然构象的功能蛋白。加工过程才转变为具有天然构象的功能蛋白。主要包括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 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 在胞液核蛋白体合成的各种蛋白质，还在胞液核蛋白体合成的各种蛋白质，还需要靶向输送到特定细胞部位发挥生物作用。需要靶向输送到特定细胞部位发挥生物作用。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，新生新生肽链的折叠在肽链合成中、合成后完成，新生肽链肽链N端在核蛋白体上一出现，肽链的折叠即开始。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。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，即叠的信息，即一级结构是空间构象的基础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。需要其他酶、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. 分子伴侣分子伴侣 (molecular chaperon) 2. 蛋白二硫键异构酶蛋白二硫键异构酶 (protein disulfide isomerase, PDI)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)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。整体蛋白质的正确折叠。 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，释出多肽链片段进行正确折叠复合物解离，释出多肽链片段进行正确折叠 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 伴侣素的主要作用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空间构象的微环境。 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形成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。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。学最稳定的天然构象。 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- -脯氨酸间形成的肽键有顺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。反两种异构体，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。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，在肽链合成需形成顺式构型时，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。可使多肽在各脯氨酸弯折处形成准确折叠。 二、一级结构的修饰二、一级结构的修饰（一）肽链（一）肽链N端的修饰端的修饰（二）个别氨基酸的修饰（二）个别氨基酸的修饰（三）多肽链的水解修饰（三）多肽链的水解修饰鸦片促黑皮质素原鸦片促黑皮质素原(POMC)的水解修饰的水解修饰NC信号肽信号肽PMOCKRKR103肽肽 ( ？)ACTH -LT -MSH -MSHEndophin胰岛素原（胰岛素原（86肽）肽）A肽（肽（21）B肽（肽（30）C肽（肽（35）SSS胰岛素（胰岛素（51肽）肽）胰岛素的翻译后加工胰岛素的翻译后加工三、高级结构的修饰三、高级结构的修饰（一）亚基聚合（一）亚基聚合 （二）辅基连接（二）辅基连接（三）疏水脂链的共价连接（三）疏水脂链的共价连接 蛋白质合成后需要经过复杂机制，定向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，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。这一过程称为蛋白质的靶向输送。 四、蛋白质合成后的靶向输送四、蛋白质合成后的靶向输送 蛋白质的靶向输送蛋白质的靶向输送(protein targeting)所所有有靶靶向向输输送送的的蛋蛋白白质质结结构构中中存存在在分分选选信信号号，主主要要为为N末末端端特特异异氨氨基基酸酸序序列列，可可引引导导蛋蛋白白质质转转移移到到细细胞胞的的适适当当靶靶部部位位，这这一一序序列称为信号序列列称为信号序列 。 信号序列信号序列(signal sequence)靶向输送蛋白靶向输送蛋白信号序列或成分信号序列或成分分泌蛋白分泌蛋白N端信号肽端信号肽内质网腔蛋白内质网腔蛋白N端信号肽，端信号肽，C端端-Lys-Asp-Glu-Leu-COO-(KDEL序列序列)线粒体蛋白线粒体蛋白N端信号序列（端信号序列（2035氨基酸残基）氨基酸残基）核蛋白核蛋白核定位序列（核定位序列（-Pro-Pro-Lys-Lys-Lys-Arg-Lys-Val-，SV40 T抗原）抗原）过氧化体蛋白过氧化体蛋白-Ser-Lys-Leu-（PST序列）序列）溶酶体蛋白溶酶体蛋白Man-6-P（甘露糖甘露糖-6-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 （一）分泌蛋白的靶向输送（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质网。输送过程首先要进入内质网。 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端有保守的端有保守的氨基酸序列称信号肽。氨基酸序列称信号肽。 信号肽的一级结构信号肽的一级结构1336个氨基酸残基组成个氨基酸残基组成碱性碱性N端：带正电荷的碱性氨基酸端：带正电荷的碱性氨基酸疏水核心区：疏水中性氨基酸为主疏水核心区：疏水中性氨基酸为主 C端加工区：极性小分子氨基酸端加工区：极性小分子氨基酸信号肽的特点：信号肽的特点：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 （二）线粒体蛋白的靶向输送（二）线粒体蛋白的靶向输送 （三）细胞核蛋白的靶向输送（三）细胞核蛋白的靶向输送 所有靶向输送的胞核蛋白多肽链内含有特异信号所有靶向输送的胞核蛋白多肽链内含有特异信号序列，称为核定位序列（序列，称为核定位序列（nuclear localization sequence。NLS）。）。 NLS为为48个氨基酸残基组成的短序列，富含带个氨基酸残基组成的短序列，富含带正电的赖氨酸、精氨酸及脯氨酸。不同正电的赖氨酸、精氨酸及脯氨酸。不同NLS间未发现间未发现共有序列。共有序列。NLS可位于肽链不同部位，且在蛋白质进可位于肽链不同部位，且在蛋白质进核定位后不被切除。核定位后不被切除。 新合成胞核蛋白靶向输送涉及几种蛋白质成分，新合成胞核蛋白靶向输送涉及几种蛋白质成分，包括核输入因子（包括核输入因子（nuclear importin） 和和 ，以及一，以及一种小种小GTP酶酶Ran蛋白。蛋白。 蛋白质生物合成的干扰与抑制蛋白质生物合成的干扰与抑制 Interference & Inhibition of Protein Biosynthesis第四节第四节 蛋白质生物合成是很多天然抗生素和某些毒素的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。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。选仅对病原微生物特效而不损害人体的药物。 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是微生物产生的能够杀灭或抑制细菌的一类药物。一类药物。l 抗代谢药物抗代谢药物指能干扰生物代谢过程，从而抑制细胞指能干扰生物代谢过程，从而抑制细胞过度生长的药物，如过度生长的药物，如：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。一、抗生素类一、抗生素类四环素（四环素（tetracyclin）族：族： 与原核生物小亚基结合，抑制氨基酰与原核生物小亚基结合，抑制氨基酰-tRNA进位进位氯霉素（氯霉素（chloromycrtin）：）： 与原核生物大亚基结合，阻断翻译延长过程与原核生物大亚基结合，阻断翻译延长过程 ，高，高浓度时对真核生物也有作用浓度时对真核生物也有作用 链霉素（链霉素（streptomycin）卡那霉素（卡那霉素（karamycin）： 与原核生物小亚基结合，引起读码错误，抑制起始与原核生物小亚基结合，引起读码错误，抑制起始嘌呤霉素（嘌呤霉素（puromycin）：）： 结构与酪氨酰结构与酪氨酰-tRNA相似，取代氨基酰相似，取代氨基酰-tRNA进进入入A位，使肽链延长终止位，使肽链延长终止放线菌酮（放线菌酮（cycloheximide）：）： 特异抑制真核生物核蛋白体转肽酶特异抑制真核生物核蛋白体转肽酶红霉素：红霉素： 与原核生物大亚基结合，阻止核蛋白体在与原核生物大亚基结合，阻止核蛋白体在mRNA上移动上移动 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 、土霉素）、土霉素）链霉素、卡那霉素链霉素、卡那霉素新霉素、庆大霉素新霉素、庆大霉素氯霉素、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30S小亚基小亚基30S小亚基小亚基50S大亚基大亚基50S大亚基大亚基50S大亚基大亚基60S大亚基大亚基真核、原核真核、原核核蛋白体核蛋白体 抑制氨基酰抑制氨基酰-tRNA与与小亚基结合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-GTP结合，结合，抑制肽链延长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-tRNA类似物，类似物，引起未成熟肽链脱落引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 嘌呤霉素嘌呤霉素 作用示意图作用示意图四四环环素素族族氯霉素氯霉素链霉素和卡那霉素链霉素和卡那霉素嘌呤霉素嘌呤霉素放线菌酮放线菌酮二、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毒素(toxin)干扰素干扰素(interferon) 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+延长因子延长因子-2（有活性有活性）延长因子延长因子-2（无活性无活性） 干扰素的作用机理干扰素的作用机理干扰素诱导的蛋白激酶干扰素诱导的蛋白激酶dsRNA1. 干扰素诱导干扰素诱导eIF2磷酸化而失活磷酸化而失活ATPeIF2ADPeIF2-P（失活）失活）Pi磷酸酶磷酸酶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活化活化复习思考题复习思考题名词解释：翻译，密码子，名词解释：翻译，密码子，ORF遗传密码有哪些特点？遗传密码有哪些特点？参与蛋白质生物合成的物质有哪些，各有何作参与蛋白质生物合成的物质有哪些，各有何作用？用？按下列按下列DNA单链单链5 TCGTCGACGATGATCATCGGCTACTC 3 试写出试写出复制时另一条单链的序列复制时另一条单链的序列 转录成的转录成的mRNA的序列的序列 合成的多肽的序列合成的多肽的序列