《動物生物化學》本科教學PPT課件,動物生物化學,動物,生物化學,本科,教學,PPT,課件 第十二章第十二章蛋白質的生物合成蛋白質的生物合成 將將mRNA分子分子中中 4 種種核苷酸序列核苷酸序列編碼的遺傳信息，通過編碼的遺傳信息，通過遺傳密碼遺傳密碼破譯的破譯的方式解讀為蛋白質一級結構中方式解讀為蛋白質一級結構中20種種氨基氨基酸的排列順序酸的排列順序過程過程，稱為蛋白質的生物，稱為蛋白質的生物合成或合成或翻譯翻譯。參與蛋白質生物合成的物質參與蛋白質生物合成的物質蛋白質生物合成的過程蛋白質生物合成的過程第一節(jié)第一節(jié)參與蛋白質生物合成的物質參與蛋白質生物合成的物質參與蛋白質合成的物質參與蛋白質合成的物質原料：原料：20種氨基酸種氨基酸模板：模板：mRNA 運載體：運載體：tRNA場所：核蛋白體（場所：核蛋白體（rRNA與蛋白質構成）與蛋白質構成）蛋白質因子：蛋白質因子：起始因子（起始因子（initiation factor,IF）延長因子（延長因子（elongation factor，EF）釋放因子（釋放因子（release factor，RF）其他：酶類、其他：酶類、ATP、GTP、無機離子等無機離子等一、翻譯的模板一、翻譯的模板 -mRNA及遺傳密碼及遺傳密碼mRNA是遺傳信息的攜帶者、傳遞者是遺傳信息的攜帶者、傳遞者v 遺傳學將編碼一個多肽的遺傳單位稱為遺傳學將編碼一個多肽的遺傳單位稱為順反子順反子。v 原原核核細細胞胞中中數(shù)數(shù)個個結結構構基基因因常常串串聯(lián)聯(lián)為為一一個個轉轉錄錄單單位位，轉轉錄錄生生成成的的mRNA可可編編碼碼幾幾種種功功能能相相關關的的蛋蛋白白質質，為為多順反子多順反子。v 真核真核mRNA只編碼一種蛋白質，為只編碼一種蛋白質，為單順反子單順反子。l mRNA上存在遺傳密碼上存在遺傳密碼mRNA上上每每三三個個連連續(xù)續(xù)核核苷苷酸酸對對應應一一個個氨氨基基酸酸，這這三三個個相相鄰鄰核核苷苷酸酸就就稱稱為為一一個個密密碼碼子子，或或三聯(lián)體密碼三聯(lián)體密碼。閱讀與書寫方向：閱讀與書寫方向：53數(shù)量：數(shù)量：6464（4 43 3）,編碼氨基酸編碼氨基酸 6161起始密碼子：起始密碼子：AUG（GUG）終止密碼子：終止密碼子：UAA、UAG、UGA 第一個實驗第一個實驗：19611961年由美國的年由美國的M.M.NirenbergNirenberg等人完成的。他首先利用多核苷酸磷酸化酶合等人完成的。他首先利用多核苷酸磷酸化酶合成了一條由相同核苷酸組成的多核苷酸鏈成了一條由相同核苷酸組成的多核苷酸鏈,用用它作模板它作模板,利用大腸桿菌蛋白提取液和利用大腸桿菌蛋白提取液和GTPGTP在體在體外合成蛋白質。發(fā)現(xiàn)多聚外合成蛋白質。發(fā)現(xiàn)多聚(U)(U)導致多聚導致多聚PhePhe的合的合成成,表明多聚表明多聚(U)(U)編碼多聚編碼多聚PhePhe；類似的實驗表；類似的實驗表明明,多聚多聚(A)(A)編碼多聚編碼多聚LysLys；多聚；多聚(C)(C)編碼多聚編碼多聚Pro(Pro(圖圖A)A)證明三聯(lián)體密碼的三個著名實驗證明三聯(lián)體密碼的三個著名實驗 第二個實驗第二個實驗：1964年也是由美國的年也是由美國的M.Nirenberg等人完成的。他們首先合成等人完成的。他們首先合成一個已知序列的核苷酸三聚體，然后與大一個已知序列的核苷酸三聚體，然后與大腸桿菌核糖體和氨酰腸桿菌核糖體和氨酰tRNA一起溫育。由一起溫育。由此確定與已知核苷酸三聚體結合的此確定與已知核苷酸三聚體結合的tRNA上連接的是那一種氨基酸。該實驗對于幾上連接的是那一種氨基酸。該實驗對于幾種密碼編碼同一個氨基酸提供了直接的、種密碼編碼同一個氨基酸提供了直接的、最好的證據(jù)（圖最好的證據(jù)（圖B）。）。第三個實驗第三個實驗：由由Jones,Jones,KhoranaKhorana等人完成的。等人完成的。他們利用有機化學和酶法制備了已知的核苷他們利用有機化學和酶法制備了已知的核苷酸重復序列，以此多聚核苷酸作模板，在體酸重復序列，以此多聚核苷酸作模板，在體外進行蛋白質合成，發(fā)現(xiàn)可以生成三種重復外進行蛋白質合成，發(fā)現(xiàn)可以生成三種重復的多肽鏈（圖的多肽鏈（圖C C）。若從）。若從A A翻譯，則合成出多翻譯，則合成出多聚聚IleIle，即，即AUCAUC對應對應IleIle；若從；若從U U翻譯，則合成翻譯，則合成出多聚出多聚SerSer，即，即UCAUCA對應對應SerSer；若從；若從C C翻譯，則翻譯，則合成出多聚合成出多聚HisHis，即，即CAUCAU對應對應HisHis。這是因為體。這是因為體外合成是無調控的合成，可以隨機地從外合成是無調控的合成，可以隨機地從A A、或、或U U、或、或C C翻譯，所以有三種重復的多肽鏈生成翻譯，所以有三種重復的多肽鏈生成。從從mRNA 5 端端起起始始密密碼碼子子AUG到到3 端端終終止止密密碼碼子子之之間間的的核核苷苷酸酸序序列列，各各個個三三聯(lián)聯(lián)體體密密碼碼連連續(xù)續(xù)排排列列編編碼碼一一個個蛋蛋白白質質多多肽肽鏈鏈，稱為稱為開放閱讀框架開放閱讀框架(ORF)。2.密碼子的不重疊密碼子的不重疊l遺傳密碼的特點遺傳密碼的特點編碼蛋白質氨基酸序列的各個三聯(lián)體編碼蛋白質氨基酸序列的各個三聯(lián)體密碼密碼從起始密碼子開始，從起始密碼子開始，連續(xù)閱讀連續(xù)閱讀至終止至終止密碼子密碼子，密碼，密碼子子間既無間間既無間隔隔也也不重疊不重疊。1.密碼子無標點符號密碼子無標點符號方向5 3 基因損傷引起基因損傷引起mRNA閱讀框架內的堿基發(fā)閱讀框架內的堿基發(fā)生插入或缺失，可能導致移碼突變生插入或缺失，可能導致移碼突變。3.密碼子的簡并性密碼子的簡并性遺傳密碼中，除色氨酸和甲硫氨酸僅有遺傳密碼中，除色氨酸和甲硫氨酸僅有一個密碼子外，其余氨基酸有一個密碼子外，其余氨基酸有2 2、3 3、4 4個，個，或或多至多至6 6個三聯(lián)體為其編碼。個三聯(lián)體為其編碼。密碼子簡并性可以減少有害突變。密碼子簡并性可以減少有害突變。遺傳密碼的簡并性遺傳密碼的簡并性 同一個氨基酸有兩個或更多密碼子同一個氨基酸有兩個或更多密碼子的現(xiàn)象，稱為的現(xiàn)象，稱為密碼子的簡并性密碼子的簡并性。對應同一種氨基酸的不同密碼子，稱對應同一種氨基酸的不同密碼子，稱為為同義密碼子同義密碼子。同義密碼子使用頻率不同。同義密碼子使用頻率不同.在蛋白質中出現(xiàn)頻率越多的氨基酸，在蛋白質中出現(xiàn)頻率越多的氨基酸，其密碼子的數(shù)量越多。其密碼子的數(shù)量越多。4.密碼子使用頻率不同密碼子使用頻率不同在蛋白質合成時，對簡并密碼子的使用頻率是在蛋白質合成時，對簡并密碼子的使用頻率是不同的。不同的。如如UUU和和UUC都為苯丙氨酸編碼，但在高表達都為苯丙氨酸編碼，但在高表達的蛋白質中使用的蛋白質中使用UUC的頻率明顯高于的頻率明顯高于UUU。5.密碼子與反密碼子配對的不嚴格密碼子與反密碼子配對的不嚴格性性tRNA上上的的反反密密碼碼子子通通過過堿堿基基互互補補與與mRNA上上的的密密碼碼子子反反向向配配對對結結合合，反反密密碼碼子子第第一一位位堿堿基基與與密密碼碼子子第第三三位位堿堿基基間間不不嚴嚴格格遵遵守常見的堿基配對規(guī)律，稱為守常見的堿基配對規(guī)律，稱為擺動配對擺動配對。密碼子、反密碼子配對的擺動現(xiàn)象密碼子、反密碼子配對的擺動現(xiàn)象tRNA反密碼子反密碼子第第1位堿基位堿基IUGACmRNA密碼子密碼子第第3位堿基位堿基U,C,AA,GU,CUG擺擺動動配配對對6.通用性通用性地球上的一切生物地球上的一切生物都通用都通用這套密碼子表這套密碼子表。已發(fā)現(xiàn)少數(shù)例外，如動物細胞的線粒體、已發(fā)現(xiàn)少數(shù)例外，如動物細胞的線粒體、植物細胞的葉綠體。植物細胞的葉綠體。密碼的通用性進一步證明各種生物進化自密碼的通用性進一步證明各種生物進化自同一祖先。同一祖先。7.7.防錯性防錯性氨基酸的極性通常由密碼子第二位堿基決氨基酸的極性通常由密碼子第二位堿基決定，簡并性由第三位堿基決定。定，簡并性由第三位堿基決定。DNA突變時，保障編碼的氨基酸不變，或突變時，保障編碼的氨基酸不變，或編碼氨基酸的理化性質不變。編碼氨基酸的理化性質不變。第第2位堿基位堿基U：非極性、支鏈氨基酸非極性、支鏈氨基酸第第2位堿基位堿基C：非極性或不帶電荷的極性非極性或不帶電荷的極性氨基酸氨基酸第第2位堿基位堿基A、G：除除Trp外外，均為極性氨均為極性氨基酸基酸第第2位堿基位堿基A，第第1位堿基位堿基G：酸性氨基酸酸性氨基酸第第2位堿基位堿基A、G，第第1位堿基位堿基C、A：堿堿性氨基酸和不帶電荷的極性氨基酸性氨基酸和不帶電荷的極性氨基酸二、肽鏈合成的場所二、肽鏈合成的場所 -rRNA和核糖體和核糖體核糖體（核蛋白體）是蛋白質合成的場所。核糖體（核蛋白體）是蛋白質合成的場所。大腸桿菌核蛋白體的空間結構為一橢圓球大腸桿菌核蛋白體的空間結構為一橢圓球體，其體，其30S亞基呈啞鈴狀，亞基呈啞鈴狀，50S亞基帶有三亞基帶有三角，中間凹陷形成空穴，將角，中間凹陷形成空穴，將30S小亞基抱住，小亞基抱住，兩亞基的結合面進行蛋白質合成。兩亞基的結合面進行蛋白質合成。核糖體核糖體亞單位亞單位rRNA蛋白質蛋白質原核生物原核生物(70S)小亞基小亞基(30S)大亞基大亞基(50S)16S rRNA5S rRNA23S rRNA21種種34種種真核生物真核生物(80S)小亞基小亞基(40S)大亞基大亞基(60S)18S rRNA5.8S rRNA5S rRNA28S rRNA33種種 49種種核糖體的組成核糖體的組成核核糖糖體體的的組組成成核糖體的存在形式：核糖體的存在形式：核糖體的存在形態(tài)有三種：核糖體亞基、核糖體的存在形態(tài)有三種：核糖體亞基、單核糖體和多核糖體。單核糖體和多核糖體。核糖體亞基可在核糖體亞基可在10mmol/L濃度的濃度的 Mg2+溶液中溶液中聚合聚合，在，在0.1mmol/L 濃度的濃度的Mg2+溶液中溶液中解聚解聚。真核生物真核生物：游離核糖體或：游離核糖體或與內質網結合與內質網結合 原核生物原核生物：游離核糖體或與：游離核糖體或與mRNA結合成串狀結合成串狀的的多核糖體多核糖體(提高翻譯效率提高翻譯效率)。在蛋白質生物合成過程中，常常由若干在蛋白質生物合成過程中，常常由若干核糖體結合在同一核糖體結合在同一mRNA分子上，同時分子上，同時進行翻譯，但每兩個相鄰核蛋白之間存進行翻譯，但每兩個相鄰核蛋白之間存在一定的間隔，形成念球狀結構。在一定的間隔，形成念球狀結構。由若干核糖體結合在一條由若干核糖體結合在一條mRNA上同時上同時進行多肽鏈的翻譯所形成的念球狀結構進行多肽鏈的翻譯所形成的念球狀結構稱為稱為多核糖體多核糖體。多聚核蛋白體（多聚核蛋白體（polysome）原核生物翻譯過程中核糖體結構模式原核生物翻譯過程中核糖體結構模式P P位：肽酰位位：肽酰位（給位）給位）A位：氨酰位位：氨酰位（受受位）位）E E位：排出位位：排出位（出位）出位）核蛋白體的大、小亞基分別有不同的功能：核蛋白體的大、小亞基分別有不同的功能：1小亞基：可與小亞基：可與mRNA、GTP和起動和起動tRNA結合。結合。2大亞基：大亞基：（1）具具有有兩兩個個不不同同的的tRNA結結合合點點。A位位（右右）可可與與新新進進入入的的氨氨基基酰酰tRNA結結合合；P位位（左左）可可與與延延伸伸中中的的肽?；孽；鵷RNA結合。結合。（2）具具有有轉轉肽肽酶酶活活性性：將將給給位位上上的的肽肽酰?；D轉移移給給受受位位上的氨基酰上的氨基酰tRNA，形成肽鍵。形成肽鍵。（3）具有具有GTPase活性活性，水解，水解GTP，獲得能量。獲得能量。（4）具有起動因子、延長因子及釋放因子的結合部位具有起動因子、延長因子及釋放因子的結合部位。三、氨基酸的運載三、氨基酸的運載 -tRNA與氨基酸活化與氨基酸活化 tRNA是將是將mRNA的核苷酸順序轉換成蛋的核苷酸順序轉換成蛋白質多肽鏈順序的適配器：白質多肽鏈順序的適配器：在蛋白質合成中，在蛋白質合成中，tRNA起著運載氨基酸的作用，起著運載氨基酸的作用，tRNA的的3末端結合特定的氨基酸。末端結合特定的氨基酸。tRNA分子上三個特定的堿基組成一個反密碼子，分子上三個特定的堿基組成一個反密碼子，位于反密碼子環(huán)上位于反密碼子環(huán)上,這是這是tRNA與與mRNA的識別部位。的識別部位。tRNA憑借自身的反密碼子與憑借自身的反密碼子與mRNA鏈上的密碼鏈上的密碼子相識別，按照子相識別，按照mRNA鏈上的密碼子所決定的氨鏈上的密碼子所決定的氨基酸順序將所帶氨基酸轉運到核糖體的特定部位。基酸順序將所帶氨基酸轉運到核糖體的特定部位。一種氨基酸可以有一種以上一種氨基酸可以有一種以上tRNA作為作為運載工具。通常把攜帶相同氨基酸而反密運載工具。通常把攜帶相同氨基酸而反密碼子不同的一組碼子不同的一組tRNA稱為稱為同功同功tRNA.氨基酰氨基酰tRNA-氨基酸的活化形式。氨基酸的活化形式。表示為：表示為：tRNAPhe氨基酸的活化氨基酸的活化 -形成氨基酰形成氨基酰-tRNA的過程的過程催化氨基酸與催化氨基酸與tRNA結合生成氨基酰結合生成氨基酰-tRNA具有絕對專一性：具有絕對專一性：對氨基酸及對氨基酸及tRNA都能高度特異識別都能高度特異識別具有校正活性具有校正活性(proofreading activity)1、氨基酰、氨基酰-tRNA合成酶催化合成酶催化第一步反應第一步反應氨基酸氨基酸 ATP-E 氨基酰氨基酰-AMP-E AMP PPi 第二步反應第二步反應氨基酰氨基酰-AMP-E tRNA 氨基酰氨基酰-tRNA AMP E tRNA與酶與酶結合的模型結合的模型tRNA氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶ATP2、起始肽鏈合成的氨基酰、起始肽鏈合成的氨基酰-tRNAtRNAiMet：進入核糖體進入核糖體P位點（真核）位點（真核）tRNAMet：進入核糖體進入核糖體A位點，肽鏈延長中。位點，肽鏈延長中。tRNAffMet：進入核糖體進入核糖體P位點，位點，Met N-甲酰化甲?；ㄔ耍┰耍┱婧松铮赫婧松铮篗et-tRNAiMet原核生物：原核生物：fMet-tRNAffMet第二節(jié)第二節(jié)蛋白質生物合成過程蛋白質生物合成過程翻翻譯譯過過程程從從閱閱讀讀框框架架的的5-AUG開開始始，按按mRNA模模板板三三聯(lián)聯(lián)體體密密碼碼的的順順序序延延長長肽肽鏈鏈，直直至終止密碼出現(xiàn)。至終止密碼出現(xiàn)。整個翻譯過程可分為整個翻譯過程可分為：翻譯的起始(initiation)翻譯的延長(elongation)翻譯的終止(termination)一、翻譯的起始一、翻譯的起始指指mRNA和起始氨基酰和起始氨基酰-tRNA分別與核糖分別與核糖體結合而形成體結合而形成翻譯起始復合物翻譯起始復合物 的過程的過程。有多種有多種稱為稱為起始因子（起始因子（IF）的蛋白質參與這一過程。的蛋白質參與這一過程。促進核蛋白體分離成大、小亞基促進核蛋白體分離成大、小亞基eIF-6促進各種起始因子從小亞基解離，進而結合大亞基促進各種起始因子從小亞基解離，進而結合大亞基eIF-5eIF-4F復合物成分，結合復合物成分，結合eIF-4E和和PABIF-4GeIF-4F復合物成分，結合復合物成分，結合mRNA5-帽子帽子IF-4E結合結合mRNA，促進促進mRNA掃描定位起始掃描定位起始tRNAIF-4BeIF-4F復合物成分，有解螺旋酶活性，促進復合物成分，有解螺旋酶活性，促進mRNA結合小亞基結合小亞基IF-4A最先結合小亞基促進大、小亞基分離最先結合小亞基促進大、小亞基分離eIF-2B，eIF-3促進起始促進起始tRNA與小亞基結合與小亞基結合eIF-2真核真核生物生物促進大、小亞基分離，提高促進大、小亞基分離，提高P位對結合起始位對結合起始tRNA的的敏感性敏感性IF-3促進起始促進起始tRNA與小亞基結合與小亞基結合IF-2占據(jù)占據(jù)A位防止結合其他位防止結合其他tRNAIF-1原核原核生物生物生物功能生物功能起始因子起始因子原核、真核生物各種起始因子的生物功能原核、真核生物各種起始因子的生物功能(1).核糖體大小亞基分離（核糖體大小亞基分離（IF3，IF1）(2).mRNA在小亞基上定位結合在小亞基上定位結合(3).fMet-tRNAffMet的結合（的結合（IF2，GTP）(4).核糖體大亞基結合核糖體大亞基結合1.原核翻譯起始復合物形成原核翻譯起始復合物形成fmet-tRNA fMet-mRNA-核糖體核糖體起始復合物起始復合物(1).核糖體大小亞基分離核糖體大小亞基分離IF-3IF-1IF-3IF-1(2).mRNA在小亞基定位結合在小亞基定位結合A U G53mRNAmRNA與小亞基的結合依賴于與小亞基的結合依賴于：1.SD序列與序列與16S rRNA 3端部分序列的互補端部分序列的互補2.rps-1與與mRNA上上SD序列后的一段序列識別結合序列后的一段序列識別結合S-D序列序列(Shine-Dalgarno sequence)mRNA起始密碼起始密碼AUG5端約端約813個核苷個核苷酸處，有酸處，有49個核苷酸組成的富含嘌呤的一致個核苷酸組成的富含嘌呤的一致序列，以序列，以AGGA為核心，也叫做核糖體結為核心，也叫做核糖體結合位點合位點(ribosomal binding site,RBS)IF-2GTP(3).fMet-tRNAffmet 結合到小亞基結合到小亞基IF-3IF-1A U G53(4).核糖體大亞基結合，起始復合物形成核糖體大亞基結合，起始復合物形成50SIF-3IF-1A U G53IF-2GTPIF-3IF-1A U G53GDPPiIF-2mRNA5050S SIF-1IF-350S50SA U G53mRNAIF-2GTPIF-3IF-1A U G53GDPPiIF-2mRNA5050S S2.真核生物翻譯起始復合物形成真核生物翻譯起始復合物形成核蛋白體大小亞基分離；核蛋白體大小亞基分離；Met-Met-tRNAiMet結合；結合；mRNA在核蛋白體小亞基就位；在核蛋白體小亞基就位；核蛋白體大亞基結合。核蛋白體大亞基結合。MetMet40S60SMeMet tMet40S60SmRNAeIFeIF-2B-2B、eIFeIF-3-3、eIF-6 elFelF-3-3GDP+Pi各種各種各種各種elFelF釋放釋放釋放釋放elF-5ATPADP+PielF4E,elF4G,elF4A,elF4B,PABMetMet-tRNAiMet-elF-2-GTP真核生物翻譯起始真核生物翻譯起始復合物形成過程復合物形成過程真核生物翻譯起始特點真核生物翻譯起始特點核蛋白體為核蛋白體為80S（40S60S）起始起始tRNA攜帶的甲硫氨酸不需要甲酰化攜帶的甲硫氨酸不需要甲?；痬RNA5端帽子結構與其在核蛋白體上就位端帽子結構與其在核蛋白體上就位有關，需要帽子結合蛋白復合物有關，需要帽子結合蛋白復合物(eIF-4F)參與參與eIF2與與Met-tRNAiMet和和GTP結合構成復合體結合構成復合體后先與后先與40S小亞基結合，然后才與小亞基結合，然后才與mRNA結合結合二、肽鏈的延伸二、肽鏈的延伸核核糖糖體體沿沿mRNA53方方向向移移動動，根根據(jù)據(jù)mRNA密密碼碼序序列列的的指指導導，依依次次添添加加氨氨基基酸酸，肽肽鏈鏈從從N端端 C端端延延伸伸，直直到到終終止止密碼子出現(xiàn)為止密碼子出現(xiàn)為止。肽鏈延長在核蛋白體上連續(xù)性循環(huán)式進行，肽鏈延長在核蛋白體上連續(xù)性循環(huán)式進行，又稱為又稱為核蛋白體循環(huán)核蛋白體循環(huán)，每次循環(huán)增加一個每次循環(huán)增加一個氨基酸，包括以下三步：氨基酸，包括以下三步：進位（注冊）進位（注冊）轉肽（成肽）轉肽（成肽）移位（轉位）移位（轉位）需要延長因子（需要延長因子（EF）和和GTP等的參與等的參與肽鏈合成的延長因子肽鏈合成的延長因子EF-2有轉位酶活性，協(xié)助有轉位酶活性，協(xié)助mRNA-肽酰肽酰-tRNA由由A位前移至位前移至P位，位，促進卸載促進卸載tRNA釋放釋放EF-GEF-1 EF-1 促進氨基酰促進氨基酰-tRNA進入進入A位，位，結合分解結合分解GTP調節(jié)亞基調節(jié)亞基EF-TuEF-Ts真核生物真核生物功能功能原核生物原核生物1.進位進位根據(jù)根據(jù)mRNA下下一組遺傳密碼指導，一組遺傳密碼指導，使相應氨基酰使相應氨基酰-tRNA進入核糖體進入核糖體A位。位。2 2.轉轉肽肽 50S大亞基有大亞基有轉肽酶轉肽酶活性，活性，催化催化P位上位上fMet-tRNAffMet（或延長中的肽?；蜓娱L中的肽酰-tRNA），將氨基酰基（或延長中的肽?；膶被；ɑ蜓娱L中的肽酰基）從tRNA轉移，與轉移，與A位位新進的新進的氨酰氨酰-tRNA的的-氨基形氨基形成成肽鍵肽鍵。成肽后，成肽后，P位留有卸載的位留有卸載的tRNA，A位是多了一個氨基酸殘基的肽酰位是多了一個氨基酸殘基的肽酰-tRNA。肽鏈合成延長階段的肽鍵形成過程肽鏈合成延長階段的肽鍵形成過程轉轉 肽肽MgMg2+2+，K K+轉肽酶轉肽酶OOAUGUACUAC給給受受CO=R-CHNHCO=H3CSCH2CH2-CHNH2OOHAUGUAC給給受受CH2CH2-CHC=OCH-RNH2O=CNH2CH3S3.3.移移位位延長因子延長因子EF-G有有轉位酶轉位酶活性，可結合并活性，可結合并水解水解1 1分子分子GTP，促進促進核糖體核糖體向向mRNA的的33側側移動。使肽酰移動。使肽酰-tRNA-mRNA相對位移相對位移進入核糖進入核糖體體P位，而卸載的位，而卸載的tRNA則移入則移入E位，位，A位留空位留空對應下一組密碼子，適當?shù)陌被乱唤M密碼子，適當?shù)陌被?tRNA準備準備進位，開始下一輪進位，開始下一輪核蛋白體循環(huán)核蛋白體循環(huán)。移移 位位進進位位移移位位轉肽轉肽真真核核生生物物肽肽鏈鏈合合成成的的延延長長過過程程與與原原核核基基本相似，但有不同的反應體系和延長因子。本相似，但有不同的反應體系和延長因子。另另外外，真真核核細細胞胞核核蛋蛋白白體體沒沒有有E位位，轉轉位位時卸載的時卸載的tRNA直接從直接從P位脫落。位脫落。真核生物延長過程真核生物延長過程三、肽鏈合成的終止三、肽鏈合成的終止當當mRNA上終止密碼子進入核糖體上終止密碼子進入核糖體A位點，終止因子（位點，終止因子（RF）識別識別終止密碼，終止密碼，多肽鏈合成停止，轉肽酶活性變成多肽鏈合成停止，轉肽酶活性變成水解水解酶活性，肽鏈從肽酰酶活性，肽鏈從肽酰-tRNA中釋出，（通中釋出，（通過水解過水解GTP，），）核糖體與核糖體與 mRNA等等解離解離，蛋白質合成終止。蛋白質合成終止。終止因子又稱釋放因子終止因子又稱釋放因子 一一、識識別別終終止止密密碼碼，如如RF-1特特異異識識別別UAA、UAG；而而RF-2可識別可識別UAA、UGA。二二、誘誘導導轉轉肽肽酶酶改改變變?yōu)闉轷ヵッ该富罨钚孕?，相相當當于于催催化化肽肽酰?；D移到水分子轉移到水分子-OH上，使肽鏈從核糖體上釋放。上，使肽鏈從核糖體上釋放。終止因子的功能終止因子的功能原核生物原核生物終止終止因子：因子：RF-1，RF-2，RF-3 真核生物真核生物終止終止因子：因子：eRF 原原核核肽肽鏈鏈合合成成終終止止過過程程 動畫蛋白質合成過程蛋白質合成的能量消耗蛋白質合成的能量消耗 每形成一個肽鍵消耗四個高能鍵：每形成一個肽鍵消耗四個高能鍵：1、氨基酸的、氨基酸的“活化活化”消耗二個高能鍵；消耗二個高能鍵；2、氨酰、氨酰-tRNA的的“進位進位”消耗一個高能鍵；消耗一個高能鍵；3、肽酰、肽酰-tRNA的的“移位移位”消耗一個高能鍵。消耗一個高能鍵。起始1分子GTP終止1分子GTP四、核糖體的跳躍式讀碼四、核糖體的跳躍式讀碼翻譯位移翻譯位移 核糖體在讀碼時表現(xiàn)為一個堿基位移。核糖體在讀碼時表現(xiàn)為一個堿基位移。翻譯跳躍翻譯跳躍 核糖體在讀碼時表現(xiàn)為跳躍一大段核糖體在讀碼時表現(xiàn)為跳躍一大段mRNA再再繼續(xù)翻譯。繼續(xù)翻譯。跳躍式閱讀可能與蛋白質內含子有關。跳躍式閱讀可能與蛋白質內含子有關。蛋白質內含子蛋白質內含子 90年代初，發(fā)現(xiàn)了兩類新的內含子。年代初，發(fā)現(xiàn)了兩類新的內含子。一一類類是是蛋蛋白白質質內內含含子子，其其內內含含子子DNA序序列列與與外外顯顯子子一一起起轉轉錄錄和和翻翻譯譯，產產生生一一條條多多肽肽鏈鏈，然然后后從從肽肽鏈鏈中中切切除除與與內內含含子子對對應應的的氨氨基基酸酸序序列列，再再把把與與外外顯顯子子對對應應的的氨氨基基酸酸序序列列連連接接起起來來，成成為為有有功功能的蛋白質。能的蛋白質。另另一一類類是是翻翻譯譯內內含含子子，mRNA中中存存在在與與內內含含子子對對應應的的核核苷苷酸酸序序列列，在在翻翻譯譯過過程程中中這這一一序序列列被被“跳跳躍躍”過過去去，因因此此產產生生的的多多肽肽鏈鏈不不含含有有內內含含子子對應的氨基酸序列。對應的氨基酸序列。蛋白質生物合成是很多天然抗生素和某些毒素蛋白質生物合成是很多天然抗生素和某些毒素的作用靶點。它們就是通過阻斷真核、原核生物的作用靶點。它們就是通過阻斷真核、原核生物蛋白質翻譯體系某組分功能，干擾和抑制蛋白質蛋白質翻譯體系某組分功能，干擾和抑制蛋白質生物合成過程而起作用的。生物合成過程而起作用的?？股乜股?是微生物產生的能夠殺滅或抑制細菌的是微生物產生的能夠殺滅或抑制細菌的一類藥物一類藥物。毒素毒素 五、蛋白質合成的抑制劑五、蛋白質合成的抑制劑 1、抗生素類、抗生素類四環(huán)素（四環(huán)素（tetracyclin）族：族：與原核生物小亞基結合，抑制氨基酰與原核生物小亞基結合，抑制氨基酰-tRNA進位進位紅霉素：紅霉素：與原核生物大亞基結合，阻止核蛋白體在與原核生物大亞基結合，阻止核蛋白體在mRNA上上的移動的移動鏈霉素（鏈霉素（streptomycin）卡那霉素（卡那霉素（karamycin）：與原核生物小亞基結合，引起讀碼錯誤，抑制起始與原核生物小亞基結合，引起讀碼錯誤，抑制起始氯霉素（氯霉素（chloromycrtin）：）：與原核生物大亞基結合，阻斷翻譯延長過程與原核生物大亞基結合，阻斷翻譯延長過程，高濃度時對真核生物也有作用高濃度時對真核生物也有作用嘌呤霉素（嘌呤霉素（puromycin）：）：結構與酪氨酰結構與酪氨酰-tRNA相似，取代氨基酰相似，取代氨基酰-tRNA進進入入A位，使肽鏈延長終止位，使肽鏈延長終止放線菌酮（環(huán)己酰亞胺）：放線菌酮（環(huán)己酰亞胺）：特異抑制真核生物核蛋白體轉肽酶特異抑制真核生物核蛋白體轉肽酶抗生素抗生素作用點作用點作用原理作用原理應用應用四環(huán)素族（金霉素四環(huán)素族（金霉素 、土霉素）、土霉素）鏈霉素、卡那霉素鏈霉素、卡那霉素新霉素、慶大霉素新霉素、慶大霉素氯霉素、林可霉素氯霉素、林可霉素紅霉素紅霉素梭鏈孢酸梭鏈孢酸 放線菌酮放線菌酮嘌呤霉素嘌呤霉素3030S S小亞基小亞基3030S S小亞基小亞基5050S S大亞基大亞基5050S S大亞基大亞基5050S S大亞基大亞基6060S S大亞基大亞基真核、原核真核、原核核蛋白體核蛋白體 抑制氨基酰抑制氨基酰-tRNAtRNA與與小亞基結合小亞基結合改變構象引起讀碼錯誤、改變構象引起讀碼錯誤、抑制起始抑制起始抑制轉肽酶、阻斷延長抑制轉肽酶、阻斷延長抑制轉肽酶、妨礙轉位抑制轉肽酶、妨礙轉位與與EFG-GTPEFG-GTP結合，結合，抑制肽鏈延長抑制肽鏈延長抑制轉肽酶、阻斷延長抑制轉肽酶、阻斷延長氨基酰氨基酰-tRNAtRNA類似物，類似物，引起未成熟肽鏈脫落引起未成熟肽鏈脫落抗菌藥抗菌藥抗菌藥抗菌藥抗菌藥抗菌藥抗菌藥抗菌藥抗菌藥抗菌藥醫(yī)學研究醫(yī)學研究抗腫瘤藥抗腫瘤藥抗生素抑制蛋白質生物合成的原理抗生素抑制蛋白質生物合成的原理 嘌呤霉素嘌呤霉素 作用示意圖作用示意圖四四環(huán)環(huán)素素族族氯霉素氯霉素鏈霉素和卡那霉素鏈霉素和卡那霉素嘌呤霉素嘌呤霉素放線菌酮放線菌酮2、白喉毒素白喉毒素(diphtheria toxin)的作用機的作用機理理白白喉喉毒毒素素+延長因子延長因子-2（有活性有活性）延長因子延長因子-2（無活性無活性）六、肽鏈的折疊、加工與轉運六、肽鏈的折疊、加工與轉運 從核從核糖糖體釋放出的新生多肽鏈不具體釋放出的新生多肽鏈不具備蛋白質生物活性，必需經過不同的翻備蛋白質生物活性，必需經過不同的翻譯后復雜加工過程才轉變?yōu)榫哂刑烊粯嬜g后復雜加工過程才轉變?yōu)榫哂刑烊粯嬒蟮墓δ艿鞍?。象的功能蛋白。再經過再經過靶向輸送到特定靶向輸送到特定細胞部位發(fā)揮生物細胞部位發(fā)揮生物學學作用作用。1、多肽鏈折疊為天然功能構象的蛋白質、多肽鏈折疊為天然功能構象的蛋白質新生肽鏈的折疊在肽鏈合成中、合成后完成，新生新生肽鏈的折疊在肽鏈合成中、合成后完成，新生肽鏈肽鏈N端在核糖體上一出現(xiàn)，肽鏈的折疊即開始。端在核糖體上一出現(xiàn)，肽鏈的折疊即開始?？赡茈S著序列的不斷延伸肽鏈逐步折疊，產生正確可能隨著序列的不斷延伸肽鏈逐步折疊，產生正確的二級結構、模序、結構域到形成完整空間構象。的二級結構、模序、結構域到形成完整空間構象。一般認為，多肽鏈自身氨基酸順序儲存著蛋白質折一般認為，多肽鏈自身氨基酸順序儲存著蛋白質折疊的信息，即疊的信息，即一級結構是空間構象的基礎一級結構是空間構象的基礎。細胞中大多數(shù)天然蛋白質折疊都不是自動完成，而細胞中大多數(shù)天然蛋白質折疊都不是自動完成，而需要其他酶、蛋白輔助。需要其他酶、蛋白輔助。幾種有促進蛋白折疊功能的大分子幾種有促進蛋白折疊功能的大分子（助折疊蛋白）（助折疊蛋白）（1）.分子伴侶分子伴侶(molecular chaperon)（2）.蛋白二硫鍵異構酶蛋白二硫鍵異構酶 (protein disulfide isomerase,PDI)（3）.肽肽-脯氨酰順反異構酶脯氨酰順反異構酶 (peptide prolyl cis-trans isomerase,PPI).熱休克蛋白熱休克蛋白(heat shock protein,HSP)HSP70、HSP40和和GreE族族 .伴侶素伴侶素(chaperonins)GroEL和和GroES家族家族分子伴侶分子伴侶分子伴侶是細胞一類保守蛋白質，可分子伴侶是細胞一類保守蛋白質，可識別肽鏈的非天然構象，促進各功能域和識別肽鏈的非天然構象，促進各功能域和整體蛋白質的正確折疊。整體蛋白質的正確折疊。伴侶素伴侶素GroEL/GroES系統(tǒng)促進蛋白質折疊過程系統(tǒng)促進蛋白質折疊過程 伴侶素的主要作用伴侶素的主要作用為非自發(fā)性折疊蛋白質提供能折疊形成天然為非自發(fā)性折疊蛋白質提供能折疊形成天然空間構象的微環(huán)境空間構象的微環(huán)境。肽肽-脯氨酰順反異構酶脯氨酰順反異構酶 多肽鏈中肽酰多肽鏈中肽酰-脯氨酸間形成的肽鍵有順反脯氨酸間形成的肽鍵有順反兩種異構體，空間構象明顯差別。兩種異構體，空間構象明顯差別。肽酰肽酰-脯氨酰順反異構酶可促進上述順反兩脯氨酰順反異構酶可促進上述順反兩種異構體之間的轉換。種異構體之間的轉換。肽酰肽酰-脯氨酰順反異構酶是蛋白質三維構象脯氨酰順反異構酶是蛋白質三維構象形成的限速酶，在肽鏈合成需形成順式構型時，形成的限速酶，在肽鏈合成需形成順式構型時，可使多肽在各脯氨酸彎折處形成準確折疊?？墒苟嚯脑诟鞲彼釓澱厶幮纬蓽蚀_折疊。蛋白二硫鍵異構酶蛋白二硫鍵異構酶 多肽鏈內或肽鏈之間二硫鍵的正確形成多肽鏈內或肽鏈之間二硫鍵的正確形成對穩(wěn)定分泌蛋白、膜蛋白等的天然構象十分對穩(wěn)定分泌蛋白、膜蛋白等的天然構象十分重要，這一過程主要在細胞內質網進行。重要，這一過程主要在細胞內質網進行。二硫鍵異構酶在內質網腔活性很高，可二硫鍵異構酶在內質網腔活性很高，可在較大區(qū)段肽鏈中催化錯配二硫鍵斷裂并形在較大區(qū)段肽鏈中催化錯配二硫鍵斷裂并形成正確二硫鍵連接，最終使蛋白質形成熱力成正確二硫鍵連接，最終使蛋白質形成熱力學最穩(wěn)定的天然構象。學最穩(wěn)定的天然構象。（1）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：lN端甲酰蛋氨酸，必須在多肽鏈折迭成一定的端甲酰蛋氨酸，必須在多肽鏈折迭成一定的空間結構之前被切除。空間結構之前被切除。去甲酰化：去甲?；杭柞；讣柞；讣柞５鞍彼峒柞５鞍彼?肽肽甲酸甲酸+蛋氨酸蛋氨酸-肽肽去蛋氨?；喝サ鞍滨；旱鞍彼岚被拿傅鞍彼岚被拿傅鞍滨５鞍滨?肽肽蛋氨酸蛋氨酸+肽肽2、肽鏈的加工、肽鏈的加工（2）氨基酸的修飾：）氨基酸的修飾：由專一性的酶催化進行修飾，包括糖基化、羥基化、由專一性的酶催化進行修飾，包括糖基化、羥基化、磷酸化、甲?；?。磷酸化、甲?；?。（3）多肽鏈的水解修飾：）多肽鏈的水解修飾：由專一性的蛋白酶催化，將部分肽段切除。由專一性的蛋白酶催化，將部分肽段切除。（4）二硫鍵的形成：二硫鍵的形成：由專一性的氧化酶催化，將由專一性的氧化酶催化，將-SH氧化為氧化為-S-S-。（5）、高級結構的修飾）、高級結構的修飾亞基聚合、亞基聚合、輔基連接、疏水脂鏈的共價連接等。輔基連接、疏水脂鏈的共價連接等。鴉片促黑皮質素原鴉片促黑皮質素原(POMC)的水解修飾的水解修飾NC信號肽信號肽POMCKRKR103肽肽(？)ACTH-LT-MSH-MSHEndophin胰島素原（胰島素原（86肽）肽）A肽（肽（21）B肽（肽（30）C肽（肽（35）SSS胰島素（胰島素（51肽）肽）胰島素的翻譯后加工胰島素的翻譯后加工蛋白質合成后需要經過復雜機制，定向蛋白質合成后需要經過復雜機制，定向輸送到最終發(fā)揮生物功能的細胞靶部位，輸送到最終發(fā)揮生物功能的細胞靶部位，這一過程稱為蛋白質的靶向輸送。這一過程稱為蛋白質的靶向輸送。3、肽鏈的轉運、肽鏈的轉運 蛋白質的靶向輸送蛋白質的靶向輸送所所有有靶靶向向輸輸送送的的蛋蛋白白質質結結構構中中存存在在分分選選信信號號，主主要要為為N末末端端特特異異氨氨基基酸酸序序列列，可可引引導導蛋蛋白白質質轉轉移移到到細細胞胞的的適適當當靶靶部部位位，這這一一序序列稱為信號序列列稱為信號序列。信號序列信號序列(signal sequence)靶向輸送蛋白靶向輸送蛋白信號序列或成分信號序列或成分分泌蛋白分泌蛋白N端信號肽端信號肽內質網腔蛋白內質網腔蛋白N端信號肽，端信號肽，C端端-Lys-Asp-Glu-Leu-COO-(KDEL序列序列)線粒體蛋白線粒體蛋白N端信號序列（端信號序列（2035氨基酸殘基）氨基酸殘基）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）過氧化體蛋白過氧化體蛋白-Ser-Lys-Leu-（PST序列）序列）溶酶體蛋白溶酶體蛋白Man-6-P（甘露糖甘露糖-6-磷酸）磷酸）靶向輸送蛋白的信號序列或成分靶向輸送蛋白的信號序列或成分 （1）分泌蛋白的靶向輸送）分泌蛋白的靶向輸送真核細胞分泌蛋白等前體合成后靶向真核細胞分泌蛋白等前體合成后靶向輸送過程首先要進入內質網。輸送過程首先要進入內質網。信號肽信號肽(signal peptide)各種新生分泌蛋白的各種新生分泌蛋白的N端有保守的端有保守的氨基酸序列稱信號肽。氨基酸序列稱信號肽。信號肽的一級結構信號肽的一級結構1336個氨基酸殘基組成個氨基酸殘基組成堿性堿性N端：帶正電荷的堿性氨基酸端：帶正電荷的堿性氨基酸疏水核心區(qū)：疏水中性氨基酸為主疏水核心區(qū)：疏水中性氨基酸為主 C端加工區(qū)：極性小分子氨基酸端加工區(qū)：極性小分子氨基酸信號肽的特點：信號肽的特點：信號肽引導真核分泌蛋白進入內質網信號肽引導真核分泌蛋白進入內質網 （2 2）線粒體蛋白的靶向輸送）線粒體蛋白的靶向輸送 （3）細胞核蛋白的靶向輸送）細胞核蛋白的靶向輸送 所有靶向輸送的胞核蛋白多肽鏈內含有特異信號所有靶向輸送的胞核蛋白多肽鏈內含有特異信號序列，稱為核定位序列（序列，稱為核定位序列（nuclear localization sequence。NLS）。）。NLS為為48個氨基酸殘基組成的短序列，富含帶個氨基酸殘基組成的短序列，富含帶正電的賴氨酸、精氨酸及脯氨酸。不同正電的賴氨酸、精氨酸及脯氨酸。不同NLS間未發(fā)現(xiàn)間未發(fā)現(xiàn)共有序列。共有序列。NLS可位于肽鏈不同部位，且在蛋白質進可位于肽鏈不同部位，且在蛋白質進核定位后不被切除。核定位后不被切除。新合成胞核蛋白靶向輸送涉及幾種蛋白質成分，新合成胞核蛋白靶向輸送涉及幾種蛋白質成分，包括核輸入因子包括核輸入因子 和和，以及一種小，以及一種小GTP酶酶Ran蛋白。蛋白。中心法則