《第38章 蛋白質(zhì)合成及轉(zhuǎn)運(yùn)》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《第38章 蛋白質(zhì)合成及轉(zhuǎn)運(yùn)（33頁珍藏版）》請?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、第三十八章 蛋白質(zhì)合成及轉(zhuǎn)運(yùn) 第一節(jié) 蛋白質(zhì)合成的分子體系 一．mRNA 是蛋白質(zhì)合成的模板（見上一章） 二．tRNA 轉(zhuǎn)運(yùn)活化的氨基酸至mRNA 模板上 1957 年Hoagland，M.B.發(fā)現(xiàn)一類穩(wěn)定的RNA 小分子，不與核糖體結(jié)合，因而不同于mRNA 和rRNA。 Crick, F.比較了核酸和氨基酸的大小和形狀后，認(rèn)為不可能在空間上互補(bǔ)，因此預(yù)測：存在一類分子轉(zhuǎn)換器，使信息從核酸序列轉(zhuǎn)換成氨基酸序列；這種分子很可能是核酸；它不論以何種方式進(jìn)入蛋白質(zhì)翻譯系統(tǒng)的模板，都必須與模板形成氫鍵（即配對）；有20 種分子轉(zhuǎn)換器，每種氨基酸一個；每種氨基酸必定還有一個對應(yīng)的酶，催化與

2、特定的分子轉(zhuǎn)換器結(jié)合。 1963 年，Ehrenstein 等人用實(shí)驗(yàn)證明了Hoagland 發(fā)現(xiàn)的分子就是Crick 預(yù)言的分子轉(zhuǎn)換器，即tRNA。 三．核糖體是蛋白質(zhì)合成的工廠 早在本世紀(jì)30 年代后期就發(fā)現(xiàn)細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核中都有核酸存在，不過用1924 年福爾根發(fā)明的染色法只能使細(xì)胞核中的核酸染色。但兩種核酸在260nm 的吸收非常相似。1941 年，細(xì)胞學(xué)家J.Brachet 和T.Caspersor 注意到細(xì)胞質(zhì)中的核酸與蛋白質(zhì)的合成有密切的關(guān)系。50 年代有人用電子顯微鏡和物理化學(xué)手段發(fā)現(xiàn)大腸桿菌細(xì)胞質(zhì)的RNA 常常存在于蛋白質(zhì)合成相關(guān)的顆粒中（?20nm，用35S 進(jìn)行脈沖式

3、標(biāo)記的實(shí) 驗(yàn)證明該顆粒是蛋白質(zhì)合成的所在地），簡稱核糖體。 核糖體得到分離后，發(fā)現(xiàn)含有RNA，即稱rRNA。Watson 等發(fā)現(xiàn)rRNA 的G≠C，A≠U，斷定是一單鏈分子。 大腸桿菌的7 種核糖體RNA 的操縱子： 16S rRNA 在 30S 核糖體亞基中： 大腸桿菌核糖體的三維結(jié)構(gòu)： 第二節(jié) 翻譯的步驟 一．氨酰-tRNA 合成酶使氨基酸結(jié)合到特定的tRNA 上 二．每一個氨酰-tRNA 合成酶可識別一個特定的氨基酸和與此氨基酸對應(yīng)的tRNA 的特定部位 兩類氨酰-tRNA 合酶的結(jié)構(gòu)成鏡像關(guān)系，分別與tRNA 的兩側(cè)結(jié)合，圖中可見其

4、空間互補(bǔ)關(guān)系。 氨酰-tRNA 合成酶的辨認(rèn)位點(diǎn)： 4 種tRNA 的辨認(rèn)核苷酸： 大腸桿菌的氨酰-tRNAGln 合成酶的晶體結(jié)構(gòu)。大腸桿菌的氨酰-tRNAGln 合成酶的圖解，紫色球代表磷原子。 大腸桿菌tRNAAla 氨基酸臂是酶的辨認(rèn)位點(diǎn)。 3:70 堿基對的多種可能結(jié)構(gòu)： 堿基對的多種變化。在不同的堿基配對中位置有明顯變化。 三．一個特殊的tRNA 啟動了蛋白質(zhì)的合成 四．翻譯開始于mRNA 與核糖體的結(jié)合 大腸桿菌核糖體辨認(rèn)的多種SD 序列： 五．蛋白質(zhì)因子幫助蛋白質(zhì)合成的起始 GDPCP 作為GTP 的類似物，抑制GT

5、P 參與的步驟。 六．在氨基酸的摻人過程中有4 個重復(fù)的延伸反應(yīng) 轉(zhuǎn)肽反應(yīng)： 23S rRNA 肽基轉(zhuǎn)移酶活性部位的序列。綠色為非保守核苷酸，在三級結(jié)構(gòu)中肽酰-tRNA 轉(zhuǎn)移到中心部位。 七．核糖體反應(yīng)中GTP 的作用：肽鏈合成延伸反應(yīng)中的進(jìn)位和移位 在A/P，E/P 等符號中，分子部分代表其位置在50S 亞基，分母部分代表其位置在30S 亞基。 2 個tRNA(L 形管狀)在延伸反應(yīng)中的位置：tRNA 的反密碼環(huán)指向小亞基的裂縫(mRNA 從此處穿過)，氨基酸臂相互靠近，在蛋白質(zhì)合成過程中，tRNA 既可繞氨基酸臂旋轉(zhuǎn)，也可繞反密碼臂旋轉(zhuǎn)。黃色區(qū)域是氨酰-

6、tRNA 和延伸因子進(jìn)入的位置。 EF-Tu 和EF-G 的結(jié)構(gòu)：EF-Tu 的三個結(jié)構(gòu)域分別用紅，綠和淡藍(lán)色表示，淡紫色表示。tRNAEF-G-tRNA的結(jié)構(gòu)與EF-Tu-tRNA 相似，二者競爭核糖體上的同一個結(jié)合部位。 八．翻譯的終止需要釋放因子和終止密碼子的參加 RF1 識別UAA 和UAG，RF2 識別UAA 和UGA，RF3 協(xié)助二者起作用。 核糖體循環(huán)： 多聚核糖體的電鏡照片： 原核生物的轉(zhuǎn)錄翻譯同步進(jìn)行： 色氨酸操縱子可以表達(dá)多種蛋白質(zhì)： 第三節(jié) 真核生物肽鏈的合成 真核生物mRNA 的結(jié)構(gòu)： 真核生物肽鏈合成的起始分為3 個

7、階段。 eIF4G 是結(jié)合eIF4E:帽子復(fù)合物的多功能接頭polyA 結(jié)合蛋白： 在真核生物中，促進(jìn)氨酰-tRNA 進(jìn)位的延伸因子只有一種EFT1，促進(jìn)移位的為EFT2，真核生物的肽鏈合成終止只需要一種終止因子RF。eIF-2 活性的調(diào)節(jié)： 合成的抑制劑：四環(huán)素族（金霉素、新霉素、土霉素）：作用于30S 和40S 亞基，阻礙tRNA 與小亞基結(jié)合，易進(jìn)入細(xì)菌，不易進(jìn)入哺乳類細(xì)胞；鏈霉素、新霉素、卡那霉素：作用于30S 亞基，抑制啟動，造成誤譯等；氯霉素、林可霉素、紅霉素：作用于50S 亞基，抑制轉(zhuǎn)肽酶，妨礙移位等；白喉毒素修飾EFT2 的氨基酸，強(qiáng)烈抑制真核生物蛋白質(zhì)的合成

8、；蓖麻蛋白的B 鏈與細(xì)胞結(jié)合，使A 鏈進(jìn)入細(xì)胞，作用于60S 亞基，抑制EFT2 的作用，天花粉蛋白、肥皂毒素、苦瓜素的結(jié)構(gòu)與EFT2 的A 鏈相似，作用機(jī)制與蓖麻蛋白類似；嘌呤霉素可以阻斷氨酰-tRNA 的進(jìn)位；放線菌酮抑制真核生物蛋白質(zhì)的合成；天門冬酰胺酶分解天門冬酰胺，抑制蛋白質(zhì)合成，可用于治療白血病；干擾素可以活化一種蛋白激酶，使eIF2 磷酸化，抑制蛋白質(zhì)合成，還可以活化核酸內(nèi)切酶，分解病毒的mRNA，因而有抗病毒作用，同時，可以活化T 細(xì)胞，有一定的抗腫瘤作用。 白喉毒素對肽鏈合成的抑制： 第四節(jié) 蛋白質(zhì)的運(yùn)輸及翻譯后修飾 一．蛋白質(zhì)通過其信號肽引導(dǎo)到目的地

9、 二．一些線粒體葉綠體蛋白質(zhì)是翻譯完成后被運(yùn)輸?shù)? 由核基因編碼的線粒體外膜蛋白質(zhì)的N 端有線粒體定向肽，起信號肽的作用，可以與外膜上的相應(yīng)位點(diǎn)相識別，定向肽富含帶正電荷的氨基酸及絲氨酸和蘇氨酸，氨基酸序列為： MLKTSSLFTRRUQPSLFRNILRLQST-。 細(xì)胞色素c1 前體蛋白的N 端有兩個信號肽序列，第一個信號肽序列識別線粒體外膜上的受體蛋白，引導(dǎo)肽鏈進(jìn)入線粒體基質(zhì)，隨后被切除；第二個信號肽序列用相似的方式引導(dǎo)肽鏈穿過內(nèi)膜，折疊成天然構(gòu)象，并與血紅素分子結(jié)合。 核基因編碼的葉綠體蛋白N 端有葉綠體轉(zhuǎn)移肽，肽鏈轉(zhuǎn)移的方式與線粒體相似。 三．分泌型的真核蛋白在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)合成

10、 四．高爾基體中多肽的糖基化修飾及多肽的分類 在高爾基體中，對糖蛋白的寡糖鏈進(jìn)行修飾和調(diào)整，將各種多肽分類送往溶酶體、分泌粒和質(zhì)膜等目的地。 五．大腸桿菌蛋白質(zhì)在翻譯的同時也在被運(yùn)輸 細(xì)菌的非細(xì)胞質(zhì)蛋白在核糖體上合成的同時被運(yùn)送到質(zhì)膜或跨過質(zhì)膜，稱作翻譯中運(yùn)輸。新生肽鏈N端有引導(dǎo)序列，可以識別膜蛋白，將正在翻譯的核糖體引導(dǎo)至質(zhì)膜，使合成的多肽鏈定位于質(zhì)膜，或分泌出細(xì)胞，引導(dǎo)序列可以被引導(dǎo)肽酶切除。 六．肽鏈折疊的途徑 分子伴侶非依賴性折疊，折疊在肽鏈合成過程中，或肽鏈被 截短后進(jìn)行；依賴于Hsp70 的折疊；依賴于Hsp70 和分子伴侶 復(fù)合體的折疊，原核生物

11、的分子伴侶復(fù)合體為GroES-GroEL，真 核生物的分子伴侶復(fù)合體為TR1C(TCP1 ring complex)或CCT(cytosolic chaperonin containing TCP1)。 GroEL-GroES 復(fù)合物的結(jié)構(gòu)和功能： 七．蛋白質(zhì)的降解 泛酰蛋白質(zhì)的合成： 酸性N-末端蛋白質(zhì)的修飾在蛋白質(zhì)降解系統(tǒng)中有作用。 泛酰蛋白質(zhì)降解的途徑： 八．真核生物基因表達(dá)調(diào)控的總結(jié) 1．DNA 水平的調(diào)控 基因丟失，即DNA 片段或部分染色體的丟失，如蛔蟲胚胎發(fā)育過程有27%的DNA 丟失。 基因擴(kuò)增，即特定基因在特定階段的選擇性擴(kuò)增，如非

12、洲爪蟾卵母細(xì)胞中的rDNA 是體細(xì)胞的4000倍。 DNA 序列的重排，如哺乳動物免疫球蛋白各編碼區(qū)的連接。 染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的變化，通過異染色質(zhì)關(guān)閉某些基因的表達(dá)。 DNA 的修飾，如DNA 的甲基化關(guān)閉某些基因的活性。 2．轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控 染色質(zhì)的活化，如核小體結(jié)構(gòu)的解開、非組蛋白的作用等。 轉(zhuǎn)錄因子的作用，轉(zhuǎn)錄因子與RNA 聚合酶及特定的DNA 序列（啟動子、增強(qiáng)子）相互作用實(shí)現(xiàn)對轉(zhuǎn)錄的調(diào)控。 3．轉(zhuǎn)錄后水平的調(diào)控 mRNA 前體的加工，如5′端加帽、3′端加尾、拼接、修飾、編輯等。 mRNA 的選擇性拼接，如抗體基因的選擇性拼接。 4．翻譯水平的調(diào)控 控制mRNA 的穩(wěn)定性，如5′端的帽子結(jié)構(gòu)、3′端polyA 尾巴和mRNA 與蛋白質(zhì)的結(jié)合有利于mRNA的穩(wěn)定。 反義RNA 的作用，反義RNA 可以選擇性抑制某些基因的表達(dá)。 選擇性翻譯，如血紅素缺乏時，通過級聯(lián)反應(yīng)使eIF2 磷酸化。 抑制翻譯的起始。 5．翻譯后水平的調(diào)控 多肽鏈的加工和折疊，如糖基化、乙?；?、磷酸化、二硫鍵形成、蛋白質(zhì)的降解。 氨基酸的重排，如合成伴刀豆蛋白A 時，氨基酸序列大幅度地被剪接重排。 通過肽鏈的斷裂等的加工方式產(chǎn)生不同的活性多肽。