1、目錄目錄蛋白質(zhì)的生物合成（翻譯）Protein Biosynthesis（Translation）目錄目錄目錄目錄蛋白質(zhì)合成體系Protein Biosynthesis System第第 一一 節(jié)節(jié) 目錄目錄l 三種三種RNAmRNA（messenger RNA, 信使信使RNA）rRNA（ribosomal RNA, 核蛋白體核蛋白體RNA）tRNA（transfer RNA, 轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)移RNA）目錄目錄一、翻譯模板mRNA及遺傳密碼 遺傳學(xué)將編碼一個(gè)多肽的遺傳單位稱為遺傳學(xué)將編碼一個(gè)多肽的遺傳單位稱為順?lè)错樂(lè)醋幼?cistron)。 原核細(xì)胞中數(shù)個(gè)結(jié)構(gòu)基因常串聯(lián)為一個(gè)轉(zhuǎn)錄原核細(xì)胞中數(shù)個(gè)結(jié)構(gòu)基

2、因常串聯(lián)為一個(gè)轉(zhuǎn)錄單位，轉(zhuǎn)錄生成的單位，轉(zhuǎn)錄生成的mRNA可編碼幾種功能相可編碼幾種功能相關(guān)的蛋白質(zhì)，為關(guān)的蛋白質(zhì)，為多順?lè)醋佣囗樂(lè)醋?polycistron) 。 真核真核mRNA只編碼一種蛋白質(zhì)，為只編碼一種蛋白質(zhì)，為單順?lè)醋訂雾樂(lè)醋?single cistron) 。原核生物的多順?lè)醋釉松锏亩囗樂(lè)醋诱婧松锏膯雾樂(lè)醋诱婧松锏膯雾樂(lè)醋臃蔷幋a序列非編碼序列核蛋白體結(jié)合位點(diǎn)核蛋白體結(jié)合位點(diǎn)起始密碼子起始密碼子終止密碼子終止密碼子編碼序列編碼序列PPP5 3 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)PPPmG -5 3 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)目錄目錄目錄l mRNA上存在遺傳密碼上存在遺傳密碼mRNA分子上從分子上從5 至至3

3、 方向，由方向，由AUG開開始，每始，每3個(gè)核苷酸為一組，決定肽鏈上某一個(gè)核苷酸為一組，決定肽鏈上某一個(gè)氨基酸或蛋白質(zhì)合成的起始、終止信號(hào)，個(gè)氨基酸或蛋白質(zhì)合成的起始、終止信號(hào)，稱為稱為三聯(lián)體密碼三聯(lián)體密碼(triplet coden)。起始密碼起始密碼(initiation coden): AUG 終止密碼終止密碼(termination coden): UAA，UAG，UGA 遺傳密碼表第三字母UCAGUCAGUCAGCUAG目錄目錄目錄目錄目錄1. 連續(xù)性(commaless)l遺傳密碼的特點(diǎn)遺傳密碼的特點(diǎn)編碼蛋白質(zhì)氨基酸序列的各個(gè)三聯(lián)體密編碼蛋白質(zhì)氨基酸序列的各個(gè)三聯(lián)體密碼連續(xù)閱讀，密

4、碼間既無(wú)間斷也無(wú)交叉。碼連續(xù)閱讀，密碼間既無(wú)間斷也無(wú)交叉。 目錄目錄基因損傷引起基因損傷引起mRNA閱讀框架內(nèi)的堿基發(fā)生閱讀框架內(nèi)的堿基發(fā)生插入或缺失，可能導(dǎo)致框移突變插入或缺失，可能導(dǎo)致框移突變(frameshift mutation)。 2. 簡(jiǎn)并性(degeneracy)遺傳密碼中，除色氨酸和甲硫氨酸僅遺傳密碼中，除色氨酸和甲硫氨酸僅有一個(gè)密碼子外，其余氨基酸有有一個(gè)密碼子外，其余氨基酸有2、3、4個(gè)或多至個(gè)或多至6個(gè)三聯(lián)體為其編碼。個(gè)三聯(lián)體為其編碼。目錄2. 簡(jiǎn)并性(degeneracy)目錄目錄目錄3. 通用性(universal)目錄目錄4. 擺動(dòng)性(wobble)轉(zhuǎn)運(yùn)氨基酸的轉(zhuǎn)運(yùn)

5、氨基酸的tRNA的反密碼需要通過(guò)的反密碼需要通過(guò)堿基互補(bǔ)與堿基互補(bǔ)與mRNA上的遺傳密碼反向配對(duì)結(jié)上的遺傳密碼反向配對(duì)結(jié)合，但反密碼與密碼間不嚴(yán)格遵守常見的堿合，但反密碼與密碼間不嚴(yán)格遵守常見的堿基配對(duì)規(guī)律，稱為擺動(dòng)配對(duì)?；鋵?duì)規(guī)律，稱為擺動(dòng)配對(duì)。 U擺動(dòng)配對(duì)擺動(dòng)配對(duì)目錄目錄目錄密碼子、反密碼子配對(duì)的擺動(dòng)現(xiàn)象二、核蛋白體是多肽鏈合成的裝置目錄目錄目錄 不同細(xì)胞核蛋白體的組成不同細(xì)胞核蛋白體的組成 核蛋白體的組成目錄原核生物翻譯過(guò)程中核蛋白體結(jié)構(gòu)模式原核生物翻譯過(guò)程中核蛋白體結(jié)構(gòu)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

6、位：排出位位：排出位(exit site)目錄目錄目錄三、tRNA與氨基酸的活化反密碼環(huán)反密碼環(huán)氨基酸臂氨基酸臂目錄目錄tRNA的三級(jí)結(jié)構(gòu)示意圖目錄目錄氨基酸氨基酸 + tRNA氨基酰氨基酰- tRNAATP AMPPPi氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶（一）（一）氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶(aminoacyl-tRNA synthetase)l 氨基酸的活化氨基酸的活化第一步反應(yīng)第一步反應(yīng)氨基酸氨基酸 ATP-E 氨基酰氨基酰-AMP-E AMP PPi目錄第二步反應(yīng)第二步反應(yīng)氨基酰氨基酰-AMP-E tRNA 氨基酰氨基酰-tRNA AMP E目錄目錄目錄 tRNA與酶結(jié)合的模型

7、tRNA氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶ATP目錄目錄目錄目錄（二）（二）起始肽鏈合成的氨基酰起始肽鏈合成的氨基酰-tRNA目錄目錄蛋白質(zhì)生物合成過(guò)程 The Process of Protein Biosynthesis 第第 二二 節(jié)節(jié) 目錄目錄整個(gè)翻譯過(guò)程可分為整個(gè)翻譯過(guò)程可分為 ：翻譯過(guò)程從閱讀框架的翻譯過(guò)程從閱讀框架的5 -AUG開始，按開始，按mRNA模板三聯(lián)體密碼的順序延長(zhǎng)肽鏈，直模板三聯(lián)體密碼的順序延長(zhǎng)肽鏈，直至終止密碼出現(xiàn)。至終止密碼出現(xiàn)。 目錄目錄一、肽鏈合成起始目錄目錄原核、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 促進(jìn)核蛋白體分離成大小亞基促

8、進(jìn)核蛋白體分離成大小亞基eIF-6促進(jìn)各種起始因子從小亞基解離，進(jìn)而結(jié)合大亞基促進(jìn)各種起始因子從小亞基解離，進(jìn)而結(jié)合大亞基eIF-5eIF-4F復(fù)合物成分，結(jié)合復(fù)合物成分，結(jié)合eIF-4E和和PABeIF-4GeIF-4F復(fù)合物成分，結(jié)合復(fù)合物成分，結(jié)合mRNA5帽子帽子eIF-4E結(jié)合結(jié)合mRNA，促進(jìn)，促進(jìn)mRNA掃描定位起始掃描定位起始AUGeIF-4BeIF-4F復(fù)合物成分，有解螺旋酶活性，促進(jìn)復(fù)合物成分，有解螺旋酶活性，促進(jìn)mRNA結(jié)結(jié)合小亞基合小亞基IF-4A最先結(jié)合小亞基促進(jìn)大小亞基分離最先結(jié)合小亞基促進(jìn)大小亞基分離eIF-2B，eIF-3促進(jìn)起始促進(jìn)起始tRNA與小亞基結(jié)合與小

9、亞基結(jié)合eIF-2真核真核生物生物促進(jìn)大小亞基分離，提高促進(jìn)大小亞基分離，提高P位對(duì)結(jié)合起始位對(duì)結(jié)合起始tRNA敏感性敏感性EIF-3促進(jìn)起始促進(jìn)起始tRNA與小亞基結(jié)合與小亞基結(jié)合EIF-2占據(jù)占據(jù)A位防止結(jié)合其他位防止結(jié)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促進(jìn)核蛋白體分離成大小亞基促進(jìn)核蛋白體分離成大小亞基eIF-6促進(jìn)各種起始因子從小亞基解離，進(jìn)而結(jié)合大亞基促進(jìn)各種起始因子從小亞基解離，進(jìn)而結(jié)合大亞基eIF-5eIF-4F復(fù)合物成分，結(jié)合復(fù)合物成分，結(jié)合eIF-4E和和PABeIF-4GeIF-4F復(fù)合物成分，結(jié)合復(fù)合物成分，結(jié)合mRNA5帽子帽子eIF

10、-4E結(jié)合結(jié)合mRNA，促進(jìn)，促進(jìn)mRNA掃描定位起始掃描定位起始AUGeIF-4BeIF-4F復(fù)合物成分，有解螺旋酶活性，促進(jìn)復(fù)合物成分，有解螺旋酶活性，促進(jìn)mRNA結(jié)結(jié)合小亞基合小亞基IF-4A最先結(jié)合小亞基促進(jìn)大小亞基分離最先結(jié)合小亞基促進(jìn)大小亞基分離eIF-2B，eIF-3促進(jìn)起始促進(jìn)起始tRNA與小亞基結(jié)合與小亞基結(jié)合eIF-2真核真核生物生物促進(jìn)大小亞基分離，提高促進(jìn)大小亞基分離，提高P位對(duì)結(jié)合起始位對(duì)結(jié)合起始tRNA敏感性敏感性EIF-3促進(jìn)起始促進(jìn)起始tRNA與小亞基結(jié)合與小亞基結(jié)合EIF-2占據(jù)占據(jù)A位防止結(jié)合其他位防止結(jié)合其他tRNAIF-1原核原核生物生物生物功能生物功能

11、起始因子起始因子目錄目錄（一）原核生物翻譯起始復(fù)合物形成IF-3IF-11. 核蛋白體大小亞基分離核蛋白體大小亞基分離目錄A U G53IF-3IF-12. mRNA在小亞基定位結(jié)合在小亞基定位結(jié)合目錄目錄目錄S-D序列 IF-3IF-1IF-2GTP3. 起始氨基酰起始氨基酰tRNA( fMet-tRNAimet )結(jié)合到結(jié)合到小亞基小亞基A U G53目錄IF-3IF-1IF-2GTPGDPPi4. 核蛋白體大亞基結(jié)合，起始復(fù)合物形成核蛋白體大亞基結(jié)合，起始復(fù)合物形成A U G53目錄IF-3IF-1A U G53IF-2GTPIF-2-GTPGDPPi目錄目錄目錄（二）真核生物翻譯起始復(fù)

12、合物形成mRNA eIF-6 GDP+PielF-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(fù)合物形成過(guò)程復(fù)合物形成過(guò)程目錄目錄目錄二、肽鏈合成延長(zhǎng)目錄目錄目錄目錄肽鏈合成的延長(zhǎng)因子肽鏈合成的延長(zhǎng)因子 又稱注冊(cè)(registration)（一）進(jìn)位（一）進(jìn)位指根據(jù)指根據(jù)mRNA下下一組遺傳密碼指導(dǎo)，一組遺傳密碼指導(dǎo)，使相應(yīng)氨基酰使相應(yīng)氨基酰-tRNA進(jìn)入核蛋白體進(jìn)入核蛋白體A位。位。目錄目錄目錄延長(zhǎng)因子延長(zhǎng)因子EF-T催化催化進(jìn)位（原核生物）進(jìn)位（原核生物）目錄目錄目錄Tu

13、 TsGTPGDPA U G53TuTsGTP目錄目錄目錄（二）成肽是由轉(zhuǎn)肽酶是由轉(zhuǎn)肽酶(transpeptidase)催化的肽鍵催化的肽鍵形成過(guò)程。形成過(guò)程。目錄目錄（三）轉(zhuǎn)位fMetA U G53fMetTuGTP目錄目錄目錄進(jìn)進(jìn)位位轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)位位成肽成肽目錄目錄真核生物肽鏈合成的延長(zhǎng)過(guò)程與原核基本相真核生物肽鏈合成的延長(zhǎng)過(guò)程與原核基本相似，但有不同的反應(yīng)體系和延長(zhǎng)因子。似，但有不同的反應(yīng)體系和延長(zhǎng)因子。另外，真核細(xì)胞核蛋白體沒(méi)有另外，真核細(xì)胞核蛋白體沒(méi)有E位，轉(zhuǎn)位時(shí)位，轉(zhuǎn)位時(shí)卸載的卸載的tRNA直接從直接從P位脫落。位脫落。（四）真核生物延長(zhǎng)過(guò)程（四）真核生物延長(zhǎng)過(guò)程目錄目錄 三、肽鏈合成的終

14、止當(dāng)當(dāng)mRNA上終止密碼出現(xiàn)后，多肽鏈合成上終止密碼出現(xiàn)后，多肽鏈合成停止，肽鏈從肽酰停止，肽鏈從肽酰-tRNA中釋出，中釋出，mRNA、核、核蛋白體等分離，這些過(guò)程稱為肽鏈合成終止。蛋白體等分離，這些過(guò)程稱為肽鏈合成終止。目錄目錄終止相關(guān)的蛋白因子稱為釋放因子終止相關(guān)的蛋白因子稱為釋放因子 (release factor, RF) 一是識(shí)別終止密碼，如一是識(shí)別終止密碼，如RF-1特異識(shí)別特異識(shí)別UAA、UAG；而；而RF-2可識(shí)別可識(shí)別UAA、UGA。二是誘導(dǎo)轉(zhuǎn)肽酶改變?yōu)轷ッ富钚?，相?dāng)于催化二是誘導(dǎo)轉(zhuǎn)肽酶改變?yōu)轷ッ富钚?，相?dāng)于催化肽?；D(zhuǎn)移到水分子肽酰基轉(zhuǎn)移到水分子-OH上，使肽鏈從核蛋上，

15、使肽鏈從核蛋白體上釋放。白體上釋放。 釋放因子的功能釋放因子的功能原核生物釋放因子：原核生物釋放因子：RF-1，RF-2，RF-3 真核生物釋放因子：真核生物釋放因子：eRF 目錄目錄原原核核肽肽鏈鏈合合成成終終止止過(guò)過(guò)程程 U A G53RFCOO-目錄目錄目錄多聚核蛋白體(polysome)使蛋白質(zhì)合成高使蛋白質(zhì)合成高速、高效進(jìn)行。速、高效進(jìn)行。目錄電鏡下的多聚核蛋白體現(xiàn)象電鏡下的多聚核蛋白體現(xiàn)象目錄目錄目錄蛋白質(zhì)合成后加工和輸送Posttranslational Processing & Protein Transportation第第 三三 節(jié)節(jié)目錄目錄主要包括目錄目錄一、多肽鏈折疊為

16、天然功能構(gòu)象的蛋白質(zhì)目錄目錄幾種有促進(jìn)蛋白折疊功能的大分子目錄目錄1. 熱休克蛋白熱休克蛋白(heat shock protein, HSP) HSP70、HSP40和和GreE族族 2. 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(xì)胞一類保守蛋白質(zhì)，可識(shí)別分子伴侶是細(xì)胞一類保守蛋白質(zhì)，可識(shí)別肽鏈的非天然構(gòu)象，促進(jìn)各功能域和整體蛋白肽鏈的非天然構(gòu)象，促進(jìn)各功能域和整體蛋白質(zhì)的正確折疊。質(zhì)的正確折疊。 熱休克蛋白促進(jìn)蛋白質(zhì)折疊的基本作用熱休克蛋白促進(jìn)蛋白質(zhì)折疊的基本作用結(jié)合保護(hù)待折疊多肽片段，再釋放該片段進(jìn)結(jié)合保護(hù)待折疊多肽片段，再釋放該片

17、段進(jìn)行折疊。形成行折疊。形成HSP70和多肽片段依次結(jié)合、解離和多肽片段依次結(jié)合、解離的循環(huán)。的循環(huán)。 HSP40結(jié)合待結(jié)合待折疊多肽片段折疊多肽片段 HSP70-ATP復(fù)合物復(fù)合物 HSP40- HSP70-ADP-多肽復(fù)合物多肽復(fù)合物 ATP水解水解GrpE ATPADP復(fù)合物解離，釋出多肽鏈片段進(jìn)行正確折疊復(fù)合物解離，釋出多肽鏈片段進(jìn)行正確折疊 目錄目錄目錄伴侶素伴侶素GroEL/GroES系統(tǒng)促進(jìn)蛋白質(zhì)折疊過(guò)程系統(tǒng)促進(jìn)蛋白質(zhì)折疊過(guò)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(zhì)提供能折疊形成天為非自發(fā)性折疊蛋白質(zhì)提供能折疊形成天然空間構(gòu)象的微環(huán)境然空間構(gòu)象的微環(huán)境。 目錄目錄蛋

18、白二硫鍵異構(gòu)酶蛋白二硫鍵異構(gòu)酶 多肽鏈內(nèi)或肽鏈之間二硫鍵的正確形成對(duì)穩(wěn)多肽鏈內(nèi)或肽鏈之間二硫鍵的正確形成對(duì)穩(wěn)定分泌蛋白、膜蛋白等的天然構(gòu)象十分重要，這定分泌蛋白、膜蛋白等的天然構(gòu)象十分重要，這一過(guò)程主要在細(xì)胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)進(jìn)行。一過(guò)程主要在細(xì)胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)進(jìn)行。 二硫鍵異構(gòu)酶在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔活性很高，可在較二硫鍵異構(gòu)酶在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔活性很高，可在較大區(qū)段肽鏈中催化錯(cuò)配二硫鍵斷裂并形成正確二大區(qū)段肽鏈中催化錯(cuò)配二硫鍵斷裂并形成正確二硫鍵連接，最終使蛋白質(zhì)形成熱力學(xué)最穩(wěn)定的天硫鍵連接，最終使蛋白質(zhì)形成熱力學(xué)最穩(wěn)定的天然構(gòu)象。然構(gòu)象。目錄目錄肽肽-脯氨酰順?lè)串悩?gòu)酶脯氨酰順?lè)串悩?gòu)酶 多肽鏈中肽酰多肽鏈中肽酰- -脯氨酸間形成

19、的肽鍵有順?lè)磧筛彼衢g形成的肽鍵有順?lè)磧煞N異構(gòu)體，空間構(gòu)象明顯差別。種異構(gòu)體，空間構(gòu)象明顯差別。 肽酰肽酰- -脯氨酰順?lè)串悩?gòu)酶可促進(jìn)上述順?lè)磧煞N脯氨酰順?lè)串悩?gòu)酶可促進(jìn)上述順?lè)磧煞N異構(gòu)體之間的轉(zhuǎn)換。異構(gòu)體之間的轉(zhuǎn)換。 肽酰肽酰- -脯氨酰順?lè)串悩?gòu)酶是蛋白質(zhì)三維構(gòu)象形脯氨酰順?lè)串悩?gòu)酶是蛋白質(zhì)三維構(gòu)象形成的限速酶，在肽鏈合成需形成順式構(gòu)型時(shí)，可成的限速酶，在肽鏈合成需形成順式構(gòu)型時(shí)，可使多肽在各脯氨酸彎折處形成準(zhǔn)確折疊。使多肽在各脯氨酸彎折處形成準(zhǔn)確折疊。 目錄目錄二、一級(jí)結(jié)構(gòu)的修飾目錄目錄鴉片促黑皮質(zhì)素原(POMC)的水解修飾NC信號(hào)肽信號(hào)肽PMOCKRKR103肽肽 ( ？)ACTH -LT

20、-MSH -MSHEndophin目錄目錄三、高級(jí)結(jié)構(gòu)的修飾目錄目錄四、蛋白質(zhì)合成后的靶向輸送 蛋白質(zhì)的靶向輸送蛋白質(zhì)的靶向輸送(protein targeting)目錄目錄 信號(hào)序列信號(hào)序列(signal sequence)目錄目錄靶向輸送蛋白的信號(hào)序列或成分靶向輸送蛋白的信號(hào)序列或成分 目錄目錄（一）分泌蛋白的靶向輸送真核細(xì)胞分泌蛋白等前體合成后靶向真核細(xì)胞分泌蛋白等前體合成后靶向輸送過(guò)程首先要進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)。輸送過(guò)程首先要進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)。 信號(hào)肽信號(hào)肽(signal peptide) 各種新生分泌蛋白的各種新生分泌蛋白的N端有保守的氨端有保守的氨基酸序列稱信號(hào)肽。基酸序列稱信號(hào)肽。 目錄目錄信號(hào)肽的一級(jí)結(jié)構(gòu)信號(hào)肽引導(dǎo)真核分泌蛋白進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)信號(hào)肽引導(dǎo)真核分泌蛋白進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng) 目錄（二）線粒體蛋白的靶向輸送 目錄（