蛋白质生物合成【生物化学课件】.ppt

1、蛋白质的生物合成蛋白质的生物合成xxxxxx背景环境分析一、概一、概 述述 以以RNARNA中的中的mRNAmRNA为模板，将为模板，将mRNAmRNA的碱基的碱基所组成的遗传密码转变为蛋白质分子中氨基所组成的遗传密码转变为蛋白质分子中氨基酸的排列顺序，称为蛋白质的生物合成，也酸的排列顺序，称为蛋白质的生物合成，也称为翻译（称为翻译（translationtranslation）。简言之，就是）。简言之，就是生物体以生物体以mRNAmRNA为模板合成蛋白质的过程。为模板合成蛋白质的过程。翻译过程中核酸的作用翻译过程中核酸的作用:背景环境分析背景环境分析二、蛋白质生物合成体系二、蛋白质生物合成体

2、系基本原料：基本原料：2020种编码氨基酸种编码氨基酸模板：模板：mRNAmRNA适配器：适配器：tRNAtRNA装配机：核蛋白体装配机：核蛋白体主要酶和蛋白质因子：氨基酰主要酶和蛋白质因子：氨基酰-tRNA-tRNA合成合成酶、转肽酶、起始因子、延长因子、释放酶、转肽酶、起始因子、延长因子、释放因子等因子等能源物质：能源物质：ATPATP、GTPGTP无机离子：无机离子：Mg2+Mg2+、K+K+背景环境分析（一）（一）mRNAmRNA是遗传信息的携带者是遗传信息的携带者mRNAmRNA来源、生物遗传信息储存于来源、生物遗传信息储存于DNADNA mRNA mRNA分子中的碱基排列序列决定了

3、蛋白分子中的碱基排列序列决定了蛋白质分子中的氨基酸排列顺序。质分子中的氨基酸排列顺序。mRNAmRNA中相邻的中相邻的3 3个碱基代表一个氨基酸，三个相个碱基代表一个氨基酸，三个相邻的碱基称为一组密码（邻的碱基称为一组密码（codencoden），或称三联），或称三联体密码。体密码。6464组密码组成遗传密码表：组密码组成遗传密码表：起始密码：起始密码：1 1组（组（AUGAUG），兼作），兼作MetMet的密码的密码终止密码：终止密码：3 3组（组（UAAUAA、UGAUGA、UAGUAG）6161组密码编码组密码编码2020种种-氨基酸氨基酸背景环境分析遗遗 传传 密密 码码 表表密码的第

4、1位碱基(5端）密 码 的 第 二 位 碱 基 密码的第3位碱基(3端)UCAGUUUU苯丙氨酸 UUC苯丙氨酸 UUA亮氨酸UUG亮氨酸 UCU 丝氨酸 UCC 丝氨酸 UGA 丝氨酸 UCG 丝氨酸 UAU 酪氨酸 UAC 酪氨酸 UAA终止密码UAG终止密码 UGU半胱氨酸 UGC半胱氨酸UGA终止密码UGG 色氨酸 UCAG CCUU 亮氨酸CUC 亮氨酸CUA 亮氨酸 CUG 亮氨酸 CCU 脯氨酸CCC 脯氨酸CCA 脯氨酸CCG 脯氨酸 CAU 组氨酸CAC 组氨酸CAA谷胺酰胺CAG谷胺酰胺 CGU 精氨酸 CGC 精氨酸 CGA 精氨酸 CGG 精氨酸 UCA G A AUU

5、异亮氨酸AUC异亮氨酸AUA异亮氨酸AUG甲硫氨酸 （兼起始密码）ACU 苏氨酸ACC 苏氨酸ACA 苏氨酸ACG 苏氨酸 AAU天冬酰胺 AAC天冬酰胺AAA赖氨酸AAG 赖氨酸 AGU 丝氨酸AGC 丝氨酸AGA 精氨酸AGG 精氨酸 UCAG G GUU 缬氨酸GUC 缬氨酸GUA 缬氨酸GUG 缬氨酸 GCU 丙氨酸GCC 丙氨酸GCA 丙氨酸GCG 丙氨酸 GAU天冬氨酸GAC天冬氨酸GAA谷氨酸 GAG 谷氨酸 GGU 甘氨酸GGC 甘氨酸GGA 甘氨酸GGG 甘氨酸 UCAG 背景环境分析mRNA的基本结构的基本结构Start of genetic messageCapEndTa

6、il5-端非翻译区端非翻译区 5 3 3-端非翻译区端非翻译区 开放阅读框架开放阅读框架 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，称称为为开开放放阅阅读读框框架架(open reading frame,ORF)。背景环境分析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AAA 背景环境分析遗传密码的特点：遗传密码的特点：1 1连续性

7、（连续性（commalesscommaless）编码蛋白质氨基酸序列的各个三联体密编码蛋白质氨基酸序列的各个三联体密码连续阅读，密码子及密码子的各碱基之间码连续阅读，密码子及密码子的各碱基之间既无间隔也无交叉。既无间隔也无交叉。5.5.A U GA U G G C AG C A G U AG U A C A UC A U U A AU A A 3 3AlaValHisMet终止密码终止密码背景环境分析基因损伤引起基因损伤引起mRNAmRNA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(frameshift mutatio

8、n)mutation)。缬缬 脯脯 苏苏 天冬天冬缬缬 丙丙 酪酪 甘甘缬缬 丙丙 丝丝 精精背景环境分析2.2.方向性方向性(sideness(sideness)翻译时遗传密码的阅读方向是翻译时遗传密码的阅读方向是5 533，即，即读码从读码从mRNAmRNA的起始密码子的起始密码子AUGAUG开始，按开始，按5 533的方向逐一阅读，直至终止密码子。的方向逐一阅读，直至终止密码子。NC肽链延伸方向肽链延伸方向53读码方向读码方向背景环境分析3 3简并性（简并性（degeneracydegeneracy）在在遗遗传传密密码码表表中中，共共有有6464组组密密码码（4 43 3）。其其中中，3

9、 3组组作作为为翻翻译译的的终终止止密密码码（UAAUAA、UAGUAG和和 UGAUGA）；AUGAUG兼兼 作作 翻翻 译译 的的 起起 始始 密密 码码（AUGAUG是是蛋蛋氨氨酸酸的的密密码码），其其余余6161组组密密码码（包包括括AUGAUG作作为为亮亮氨氨酸酸的的密密码码）共共同同编编码码2020种种-氨氨基基酸酸。因因此此，必必然然有有一一种种氨氨基基酸酸由由多多组组密密码码编编码码的的现现象象，称称为为密密码码的的简简并并性性。实实际际上上，除除色色氨氨酸酸与与蛋蛋氨氨酸酸（由由一一个个密密码码编编码码）外外，其其余余氨氨基基酸酸均均由由两两个个或或两两个个以以上上的的密码编

10、码（密码编码（2 26 6个）。个）。背景环境分析各种氨基酸的密码子数目各种氨基酸的密码子数目背景环境分析4 4通用性（通用性（universaluniversal）:无无论论原原核核生生物物如如病病毒毒、细细菌菌等等和和真真核核生生物物包包括括人人类类都都共共用用一一套套遗遗传传密密码码即即三三联联体体密码。只是不同生物对密码子具有偏爱性。密码。只是不同生物对密码子具有偏爱性。背景环境分析（二）（二）tRNAtRNA是搬运氨基酸的工具是搬运氨基酸的工具1.tRNA1.tRNA的结构的结构 背景环境分析tRNAtRNA分子中与蛋白质合成有关的位点：分子中与蛋白质合成有关的位点：1 1）氨基酸结

11、合位点；）氨基酸结合位点；2 2）氨酰）氨酰-tRNA-tRNA合成酶识别位点；合成酶识别位点；3 3）核糖体识别位点；）核糖体识别位点；4 4）反密码位点：）反密码位点：反反密密码码与与密密码码结结合合时时方方向向相相反反。即即反反密密码码的的第第1 1、2 2、3 3位位碱碱基基分分别别与与密密码码的的第第3 3、2 2、1 1位位碱碱基基配配对。对。背景环境分析 反密码与密码配对时，反密码的第反密码与密码配对时，反密码的第2 2、3 3位碱基分位碱基分别与密码的第别与密码的第2 2、1 1位碱基配对时严格遵循碱基配对规位碱基配对时严格遵循碱基配对规则（即则（即A A与与U U、G G与与

12、C C配对），而反密码的第配对），而反密码的第1 1位碱基与位碱基与密码的第密码的第3 3位碱基配对时不严格遵循碱基配对规则，位碱基配对时不严格遵循碱基配对规则，后者成为摆动配对或不稳定配对（后者成为摆动配对或不稳定配对（wobble base wobble base pairpair）。）。摆动配对情况摆动配对情况 通过摆动配对，使得携带有同种氨基通过摆动配对，使得携带有同种氨基酸的不同酸的不同tRNAtRNA分子可分别结合在几种同义密分子可分别结合在几种同义密码上。如反密码为码上。如反密码为IGCIGC的丙氨酰的丙氨酰-tRNA-tRNA，可分，可分别结合到同义密码别结合到同义密码GCUG

13、CU、GCCGCC、GCAGCA上（上（GCUGCU、GCCGCC、GCAGCA均为编码丙氨酸的密码）。摆动配均为编码丙氨酸的密码）。摆动配对的存在对于保持生物物种的稳定具有重要对的存在对于保持生物物种的稳定具有重要意义。意义。反密码的第反密码的第1 1位碱基位碱基G GC CA AU UI I密码的第密码的第3 3位碱基位碱基U U或或C C G GU UA A或或G GA A、U U或或C CtRNAtRNA是氨基酸与遗传密码间的适配器是氨基酸与遗传密码间的适配器2.2.氨酰氨酰-tRNA-tRNA 各种氨基酸和对应的各种氨基酸和对应的tRNAtRNA结合后形成结合后形成的氨基酰的氨基酰-

14、tRNA-tRNA表示为：表示为：氨基酸的三字母缩写氨基酸的三字母缩写-tRNA-tRNA氨基酸的三字母缩写氨基酸的三字母缩写 例如：例如：丙氨酰丙氨酰-tRNA-tRNA：Ala-tRNAAla-tRNAAlaAla精氨酰精氨酰-tRNA-tRNA：Arg-tRNAArg-tRNAArgArg甲硫氨酰甲硫氨酰-tRNA-tRNA：Met-tRNAMet-tRNAMetMet起始者甲硫氨酰起始者甲硫氨酰-tRNA-tRNA：Met-tRNAiMet-tRNAiMetMet延长甲硫氨酰延长甲硫氨酰-tRNA-tRNA：Met-tRNAeMet-tRNAeMetMet 在在生生物物体体内内，一一种

15、种tRNAtRNA只只能能与与一一种种氨氨基基酸酸结结合合（即即一一种种tRNAtRNA只只能能搬搬运运一一种种氨氨基基酸酸），而而一一种种氨氨基基酸酸可可与与一一种种以以上上的的tRNAtRNA分分子子结结合合，所所以以，tRNAtRNA的的种种类类(80(80种种以以上上）比比氨氨基酸（基酸（2020种）多。种）多。(三三)核糖体是蛋白质生物合成的场所核糖体是蛋白质生物合成的场所 核核糖糖体体是是肽肽链链合合成成的的“装装配配机机”。胞质中核糖体种类：胞质中核糖体种类：游离的核糖体游离的核糖体-合成细胞固有蛋白合成细胞固有蛋白 与粗面内质网结合的核糖体与粗面内质网结合的核糖体 -合成带有信

16、号肽的分泌性蛋白质合成带有信号肽的分泌性蛋白质 核核糖糖体体由由大大、小小亚亚基基组组成成，其其组组成成成成份份包括包括rRNArRNA和蛋白质。和蛋白质。原核生物真核生物核蛋白体小亚基大亚基核蛋白体小亚基大亚基S值70S30S50S80S40S60SrRNA16S-rRNA23S-rRNA5S-rRNA18S-rRNA28S-rRNA5.8S-rRNA5S-rRNA蛋白质rpS 21种rpL 36种rpS 33种rpL 49种 不同细胞核蛋白体的组成不同细胞核蛋白体的组成 在在核核糖糖体体上上，与与蛋蛋白白质质生生物物合合成成有有关关的的主主要要结构有：结构有：1 1有容纳有容纳mRNAmR

17、NA的部位；的部位；2 2有有结结合合氨氨酰酰-tRNA-tRNA的的部部位位，称称为为氨氨酰酰基基部部位位，简简称称A A位位;有有结结合合肽肽酰酰-tRNA-tRNA的的部部位位，称称为为肽肽酰酰基基部部位位，简称简称P P位；位；3.3.有结合蛋白质因子的部位；有结合蛋白质因子的部位；4 4有有转转肽肽基基酶酶（transpeptidasetranspeptidase）存存在在，可可催催化化肽肽键的形成；键的形成；5.5.具有延长因子依赖的具有延长因子依赖的GTPGTP酶活性。酶活性。A A位和位和P P位呈紧密相邻，每个部位的宽度正好位呈紧密相邻，每个部位的宽度正好相当于相当于mRNA

18、mRNA上一个遗传密码的宽度。上一个遗传密码的宽度。mRNAmRNA与核糖体的结合与核糖体的结合 原核生物核糖体的小亚基的原核生物核糖体的小亚基的rRNArRNA（16S16S）的）的33末端有一富含嘧啶的区段末端有一富含嘧啶的区段，可与，可与mRNAmRNA分子的起始部位的一段富含嘌呤分子的起始部位的一段富含嘌呤的区段互补结合，使的区段互补结合，使mRNAmRNA结合至核糖体上。结合至核糖体上。mRNAmRNA分子中的这段富含嘌呤的区段称为分子中的这段富含嘌呤的区段称为S-DS-D序列（序列（Shine-DalgarnoShine-Dalgarno sequence sequence）(通常

19、为通常为GGAGGU)GGAGGU)。S-DS-D序列位于序列位于mRNAmRNA的的55端紧接起端紧接起始信号的上游。始信号的上游。原核生物原核生物mRNAmRNA的的S-DS-D序列及其与序列及其与16SrRNA16SrRNA的结合的结合三、蛋白质生物合成过程三、蛋白质生物合成过程 蛋白质的生物合成过程包括：蛋白质的生物合成过程包括：氨基酸的活化与转运氨基酸的活化与转运活化氨基酸在核糖体上形成多肽链。后者活化氨基酸在核糖体上形成多肽链。后者是蛋白质生物合成的中心环节，又称核糖体是蛋白质生物合成的中心环节，又称核糖体循环。循环。翻译后加工翻译后加工 氨基酸与氨基酸与tRNAtRNA的结合需要

20、氨酰的结合需要氨酰tRNAtRNA合成酶合成酶催化，并需要消耗催化，并需要消耗ATPATP。（一）氨基酸的活化与转运氨基酸的活化与转运氨基酸氨基酸 +tRNA+tRNA氨基酰氨基酰-tRNA-tRNAATPATP AMPAMPPPiPPi氨基酰氨基酰-tRNA-tRNA合成酶合成酶氨基酸氨基酸 ATP-E ATP-E 氨基酰氨基酰-AMP-E-AMP-E PPiPPi 第一步反应第一步反应第二步反应第二步反应氨基酰氨基酰-AMP-E-AMP-E tRNAtRNA氨基酰氨基酰-tRNA-tRNA AMP AMP E E 氨基酰氨基酰-tRNA-tRNA合成酶对底物氨基酸和合成酶对底物氨基酸和tR

21、NAtRNA都有高度特异性。都有高度特异性。绝对专一性：绝对专一性：绝对专一性：绝对专一性：1 1 1 1个个个个A.AA.AA.AA.A对应对应对应对应1 1 1 1个氨基酰个氨基酰个氨基酰个氨基酰tRNAtRNAtRNAtRNA合成酶合成酶合成酶合成酶催化反应：催化反应：催化反应：催化反应：活化活化活化活化A.A-A.A-A.A-A.A-活化活化活化活化“-COOH-COOH-COOH-COOH”，消耗，消耗，消耗，消耗2 2 2 2个个个个ATPATPATPATP，产，产，产，产 物物物物氨酰氨酰氨酰氨酰tRNAtRNAtRNAtRNA酶的两个位点：酶的两个位点：酶的两个位点：酶的两个位

22、点：结合位点结合位点结合位点结合位点-结合正确的结合正确的结合正确的结合正确的A.AA.AA.AA.A，活化，活化，活化，活化 水解位点水解位点水解位点水解位点-保证保证保证保证A.AA.AA.AA.A序列的正确性序列的正确性序列的正确性序列的正确性(校正活校正活校正活校正活性性性性)氨基酰氨基酰-tRNA-tRNA合成酶合成酶（二）原核生物核糖体循环（二）原核生物核糖体循环 翻翻译译时时，从从mRNAmRNA的的起起始始密密码码子子AUGAUG开开始始，按按5 533方方向向逐逐一一读读码码，直直至至终终止止密密码码子子。于于是是，合合成成中中的的肽肽链链从从起起始始甲甲硫硫氨氨酸酸开开始始

23、，从从N-N-端端C-C-端端延延长长，直直至至终终止止密密码码子子前前一一位密码子所编码的氨基酸。位密码子所编码的氨基酸。（一）（一）起始起始 是指是指mRNAmRNA和起始氨基酰和起始氨基酰-tRNA-tRNA分别与核分别与核蛋白体结合而形成翻译起始复合物的过程。蛋白体结合而形成翻译起始复合物的过程。基本过程：基本过程：1.1.核蛋白体大小亚基分离；核蛋白体大小亚基分离；2.mRNA2.mRNA在小亚基定位结合；在小亚基定位结合；3.3.起始氨基酰起始氨基酰-tRNA-tRNA的结合；的结合；4.4.核蛋白体大亚基结合。核蛋白体大亚基结合。指指在在mRNAmRNA模模板板的的指指导导下下，

24、氨氨基基酸酸依依次次进进入核蛋白体并聚合成多肽链的过程。入核蛋白体并聚合成多肽链的过程。1.1.进位进位(positioning)/(positioning)/注册注册(registration)(registration)2.2.成肽成肽(peptide bond formation)(peptide bond formation)3.3.转位转位(translocation)(translocation)（二）延长（二）延长肽肽链链延延长长在在核核蛋蛋白白体体上上连连续续循循环环式式进进行行，包括以下三步：包括以下三步：每轮循环使多肽链增加一个氨基酸残基。每轮循环使多肽链增加一个氨基酸残基

25、。1.1.进位进位 又称注册又称注册(registration)(registration)，是指一个氨基酰是指一个氨基酰-tRNA-tRNA按照按照mRNAmRNA模板的指令进入并结合模板的指令进入并结合到核蛋白体到核蛋白体A A位的过程。位的过程。进位需要延长因子进位需要延长因子EF-TuEF-Tu与与EF-TsEF-Ts参与。参与。2.2.成肽成肽 成肽是在转肽酶成肽是在转肽酶(peptidase)(peptidase)的催化下，核的催化下，核蛋白体蛋白体P P位上起始氨基酰位上起始氨基酰-tRNA-tRNA的的N-N-甲酰甲硫氨酰甲酰甲硫氨酰基或肽酰基或肽酰-tRNA-tRNA的肽酰基

26、转移到的肽酰基转移到A A位并与位并与A A位上氨位上氨基酰基酰-tRNA-tRNA的的-氨基结合形成肽键的过程。氨基结合形成肽键的过程。3.3.移位移位 转位是在转位酶（延长因子转位是在转位酶（延长因子EF-GEF-G）的催）的催化下，核蛋白体向化下，核蛋白体向mRNAmRNA的的3 3-端移动一个密码端移动一个密码子的距离，使子的距离，使mRNAmRNA序列上的下一个密码子进序列上的下一个密码子进入核蛋白体的入核蛋白体的A A位、而占据位、而占据A A位的肽酰位的肽酰-tRNA-tRNA移移入入P P位的过程。位的过程。移位需要延长因子移位需要延长因子EF-GEF-G参与。参与。进进位位移

27、移位位成肽成肽肽链合成延长肽链合成延长(核蛋白体循环核蛋白体循环)过程过程（三）终止 指核蛋白体指核蛋白体A A位出现位出现mRNAmRNA的终止密码子后，的终止密码子后，多肽链合成停止，肽链从肽酰多肽链合成停止，肽链从肽酰-tRNA-tRNA中释出，中释出，mRNAmRNA、核蛋白体大、小亚基等分离的过程。、核蛋白体大、小亚基等分离的过程。终止阶段需要释放因子终止阶段需要释放因子RF-1RF-1、RF-2RF-2和和 RF-3RF-3参与。参与。RF-3RF-3可结合核蛋白体其他部位，有可结合核蛋白体其他部位，有GTPGTP酶活性，能酶活性，能介导介导RF-1RF-1、RF-2RF-2与核蛋

28、白体的相互作用。与核蛋白体的相互作用。n释放因子的功能：释放因子的功能：识别终止密码子识别终止密码子RF-1RF-1特异识别特异识别UAAUAA、UAGUAG；RF-2RF-2特异识别特异识别UAAUAA、UGAUGA。诱导转肽酶转变为酯酶活性诱导转肽酶转变为酯酶活性催化新生肽链与结合在催化新生肽链与结合在P P位的位的tRNAtRNA之间的之间的酯键水解，使肽链从核蛋白体上释放。酯键水解，使肽链从核蛋白体上释放。原原核核肽肽链链合合成成终终止止过过程程 合成含合成含1010个氨基酸的肽链，消耗多少个氨基酸的肽链，消耗多少ATPATP？aaaa.活化活化 2 210=20 ATP10=20 A

29、TP(消耗消耗2 2个高能磷酸键，个高能磷酸键，计计2 ATP)2 ATP)1st aa1st aa.1 GTP1 GTP(直接进入直接进入P P位位)其余其余9 aa9 aa.2 2 9=18 GTP 9=18 GTP(重复进位、转重复进位、转肽、移位的过程肽、移位的过程)终止终止 1 GTP1 GTP20+1+18+1=40 ATP (20+1+18+1=40 ATP (活化以后直接消耗的是活化以后直接消耗的是GTPGTP)四、原核生物与真核生物肽链合成过程的主要差别四、原核生物与真核生物肽链合成过程的主要差别原核生物原核生物真核生物真核生物mRNAmRNA一条一条mRNAmRNA编码几种

30、蛋白质（多顺反子）编码几种蛋白质（多顺反子）一条一条mRNAmRNA编码一种蛋白质（单顺反子）编码一种蛋白质（单顺反子）转录后很少加工转录后很少加工转录后进行首尾修饰及剪接转录后进行首尾修饰及剪接转录、翻译和转录、翻译和mRNAmRNA的降解可同时发生的降解可同时发生mRNAmRNA在核内合成，加工后进入胞液，再作在核内合成，加工后进入胞液，再作为模板指导翻译为模板指导翻译核蛋白核蛋白体体30S30S小亚基小亚基50S50S大亚基大亚基 70S 70S核蛋白体核蛋白体40S40S小亚基小亚基60S60S大亚基大亚基 80S 80S核蛋白体核蛋白体起始阶起始阶段段起始氨基酰起始氨基酰-tRNA-

31、tRNA为为fMet-tRNAfMet-tRNAfMetfMet起始氨基酰起始氨基酰-tRNA-tRNA为为Met-tRNAiMet-tRNAiMetMet核蛋白体小亚基先与核蛋白体小亚基先与mRNAmRNA结合结合,再与再与fMet-fMet-tRNAtRNAfMetfMet结合结合核蛋白体小亚基先与核蛋白体小亚基先与Met-tRNAiMet-tRNAiMetMet结合，结合，再与再与mRNAmRNA结合结合mRNAmRNA中的中的S-DS-D序列与序列与16S rRNA16S rRNA 3 3-端的一端的一段序列结合段序列结合mRNAmRNA中的帽子结构与帽子结合蛋白复合物中的帽子结构与帽

32、子结合蛋白复合物结合结合有有3 3种种IFIF参与起始复合物的形成参与起始复合物的形成有至少有至少1010种种eIFeIF参与起始复合物的形成参与起始复合物的形成延长阶延长阶段段延长因子为延长因子为EF-TuEF-Tu、EF-TsEF-Ts和和EF-GEF-G延长因子为延长因子为eEF-1eEF-1、eEF-1eEF-1和和eEF-2eEF-2终止阶终止阶段段释放因子为释放因子为RF-1RF-1、RF-2RF-2和和RF-3RF-3释放因子为释放因子为eRFeRF五、翻译后的加工五、翻译后的加工新新生生多多肽肽链链不不具具备备蛋蛋白白质质的的生生物物学学活活性性，必必须须经经过过复复杂杂的的加

33、加工工过过程程才才能能转转变变为为具具有有天天然然构构象象的的功功能能 蛋蛋 白白 质质，这这 一一 加加 工工 过过 程程 称称 为为 翻翻 译译 后后 修修 饰饰(posttranslational modification)(posttranslational modification)。翻翻译译后后修修饰饰使使得得蛋蛋白白质质组组成成更更加加多多样样化化，从从而而使使蛋白质结构上呈现更大的复杂性。蛋白质结构上呈现更大的复杂性。（一）多肽链折叠为天然构象的蛋白质（一）多肽链折叠为天然构象的蛋白质 新生肽链的折叠在肽链合成中、合成后完成，新生肽链的折叠在肽链合成中、合成后完成，新生肽链新生

34、肽链N-N-端在核蛋白体上一出现，肽链的折叠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，即开始。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、结构域到形成完整产生正确的二级结构、模序、结构域到形成完整空间构象。空间构象。一般认为，多肽链自身氨基酸顺序储存着蛋一般认为，多肽链自身氨基酸顺序储存着蛋白质折叠的信息，即一级结构是空间构象的基础。白质折叠的信息，即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，而需要其他酶和蛋白质辅助。成，而需要其他酶和蛋白质辅助。几种有促进几种有促进蛋白质折叠功

35、能的大分子蛋白质折叠功能的大分子:1.1.分子伴侣分子伴侣 (molecular chaperon)(molecular chaperon)2.2.蛋白质二硫键异构酶蛋白质二硫键异构酶 (protein disulfide(protein disulfide isomeraseisomerase,PDI),PDI)3.3.肽肽-脯氨酰顺反异构酶脯氨酰顺反异构酶 (peptide prolyl-cis-(peptide prolyl-cis-trans isomerasetrans isomerase,PPI),PPI)（二）一级结构修饰（二）一级结构修饰1.N-1.N-端、端、C-C-端的切除

36、或修饰端的切除或修饰2.2.共价修饰：共价修饰：如如羟羟基基化化、糖糖基基化化、磷磷酸酸化化、乙乙酰酰化化、羧基化、甲基化等。羧基化、甲基化等。（三）（三）空间结构的修饰空间结构的修饰1.1.亚基聚合亚基聚合2.2.辅基连接辅基连接（四）蛋白质的靶向输送（四）蛋白质的靶向输送 蛋白质在核蛋白体上合成后，必须分选蛋白质在核蛋白体上合成后，必须分选出来，定向输送到一个合适的部位才能行使出来，定向输送到一个合适的部位才能行使各自的生物学功能。蛋白质的靶向输送与翻各自的生物学功能。蛋白质的靶向输送与翻译后修饰过程同步进行。译后修饰过程同步进行。所有靶向输送的蛋白质结构中存在分所有靶向输送的蛋白质结构中

37、存在分选信号，主要是选信号，主要是N N末端特异氨基酸序列，可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，这类引导蛋白质转移到细胞的适当靶部位，这类序列称为信号序列序列称为信号序列(signal sequence)(signal sequence)。信号序列的结构特点：信号序列的结构特点：1 1）由）由15-3015-30个氨基酸残基构成；个氨基酸残基构成；2 2）N N端为端为1 1个或几个带正电荷的碱性氨基酸残基，如个或几个带正电荷的碱性氨基酸残基，如赖氨酸、精氨酸；赖氨酸、精氨酸；3 3）中间为疏水中心，主要含疏水的中性氨基酸，如）中间为疏水中心，主要含疏水的中性氨基酸，如亮

38、氨酸、异亮氨酸等；亮氨酸、异亮氨酸等；4 4）C C端由极性相对较大、侧链较短的氨基酸组成如端由极性相对较大、侧链较短的氨基酸组成如甘氨酸、丙氨酸等，随后是信号肽酶的裂解位甘氨酸、丙氨酸等，随后是信号肽酶的裂解位点。点。六、蛋白质生物合成的干扰与抑制六、蛋白质生物合成的干扰与抑制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。抗生素等就是通过阻断真核、原核生作用靶点。抗生素等就是通过阻断真核、原核生物蛋白质翻译体系某组分功能、干扰和抑制蛋白物蛋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。质生物合成过程而起作用的。可针对蛋白质生物

39、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。（一）抗生素（一）抗生素抗抗生生素素(antibiotics)(antibiotics)是是一一类类由由某某些些真真菌菌、细细菌菌等等微微生生物物产产生生的的药药物物，有有抑抑制制其其他他微微生生物物生生长长或或杀杀死死其其他他微微生生物物的的能能力力，对对宿宿主主无无毒毒性性的的抗

40、抗生生素素可可用用于于预预防和治疗人、动物和植物的感染性疾病。防和治疗人、动物和植物的感染性疾病。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抗生素抗生素 作用位点作用位点 作用原理作用原理应用应用 伊短菌素伊短菌素 原核、真核核蛋白体原核、真核核蛋白体小亚基小亚基 阻碍翻译起始复合物的形成阻碍翻译起始复合物的形成抗肿瘤药抗肿瘤药四环素、土霉素四环素、土霉素 原核核蛋白体小亚基原核核蛋白体小亚基 抑制氨基酰抑制氨基酰-tRNA-tRNA与小亚基与小亚基结合结合 抗菌药抗菌药链霉素、新霉素、链霉素、新霉素、巴龙霉素巴龙霉素 原核核蛋白体小亚基原核核

41、蛋白体小亚基 改变构象引起读码错误、抑改变构象引起读码错误、抑制起始制起始抗菌药抗菌药氯霉素、林可霉氯霉素、林可霉素、红霉素素、红霉素 原核核蛋白体大亚基原核核蛋白体大亚基抑制转肽酶、阻断肽链延长抑制转肽酶、阻断肽链延长抗菌药抗菌药嘌呤霉素嘌呤霉素 原核、真核核蛋白体原核、真核核蛋白体 使肽酰基转移到它的氨基上使肽酰基转移到它的氨基上后脱落后脱落抗肿瘤药抗肿瘤药放线菌酮放线菌酮 真核核蛋白体大亚基真核核蛋白体大亚基 抑制转肽酶、阻断肽链延长抑制转肽酶、阻断肽链延长医学研究医学研究 夫西地酸、细球夫西地酸、细球菌素菌素EF-G EF-G 抑制抑制EF-GEF-G、阻止转位、阻止转位抗菌药抗菌药壮

42、观霉素壮观霉素原核核蛋白体小亚基原核核蛋白体小亚基 阻止转位阻止转位抗菌药抗菌药常用抗生素抑制蛋白质生物合成的原理与应用常用抗生素抑制蛋白质生物合成的原理与应用（二）干扰蛋白质生物合成的生物活性物质（二）干扰蛋白质生物合成的生物活性物质白白喉喉毒毒素素是是真真核核细细胞胞蛋蛋白白质质合合成成的的抑抑制制剂剂，它它作作为为一一种种修修饰饰酶酶，可可使使eIF-2eIF-2发发生生ADPADP糖糖基基化化共共价价修修饰饰，生生成成eIF-2eIF-2腺腺苷苷二磷酸核糖衍生物，使二磷酸核糖衍生物，使eIF-2eIF-2失活。失活。1 1白喉毒素白喉毒素(diphtheria toxin)(dipht

43、heria toxin)2.干扰素干扰素干干扰扰素素(interferon,(interferon,IFN)IFN)是是真真核核细细胞胞被被病病毒毒感感染染后后分分泌泌的的一一类类具具有有抗抗病病毒毒作作用用的的蛋白质，可抑制病毒的繁殖。蛋白质，可抑制病毒的繁殖。干干扰扰素素分分为为-（白白细细胞胞）型型、-（成成纤纤维维细细胞胞）型型和和-（淋淋巴巴细细胞胞）型型三三大大类类，每类各有亚型，分别具有其特异作用每类各有亚型，分别具有其特异作用。n n干扰素抑制病毒的作用机制有两方面：干扰素抑制病毒的作用机制有两方面：一一是是干干扰扰素素在在某某些些病病毒毒双双链链RNARNA存存在在时时，能能

44、诱诱导导特特异异的的蛋蛋白白激激酶酶活活化化，该该活活化化的的蛋蛋白白激激酶酶使使eIF-2eIF-2磷磷酸化而失活，从而抑制病毒蛋白质合成；酸化而失活，从而抑制病毒蛋白质合成；二二是是干干扰扰素素能能与与双双链链RNARNA共共同同活活化化特特殊殊的的2 2-5-5寡寡聚聚腺腺苷苷酸酸（2 2-5-5A A）合合成成酶酶，催催化化ATPATP聚聚合合，生生成成单单核核苷苷酸酸间间以以2 2-5-5磷磷酸酸二二酯酯键键连连接接的的2 2-5 5A A，经经2 2-5-5A A活活化化核核酸酸内内切切酶酶RNaseRNase L L，后后者者可降解病毒可降解病毒mRNAmRNA，从而阻断病毒蛋白

45、质合成。，从而阻断病毒蛋白质合成。n干扰素的作用机制干扰素的作用机制:干扰素诱导的蛋白激酶干扰素诱导的蛋白激酶dsRNA1.1.干扰素诱导干扰素诱导eIFeIF2 2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2.2.干扰素诱导病毒干扰素诱导病毒RNARNA降解降解dsRNA干扰素干扰素AAPAPPPP2 5 2 5 5 2-5 AAPPPATP2-5A2-5A合成酶合成酶降解降解mRNAmRNARNaseLRNaseL活化活化本章主要内容本章主要内容翻译的概念，蛋白质生物合成体系的组成及作用。遗传密码的概念、特点、起始密码子与终止密码子。核蛋白体在蛋白质合成中的作用，核蛋白体上A、P及其作用，转肽酶及其作用tRNA在蛋白质生物合成中的作用，tRNA与蛋白质生物合成有关的关键部位（氨基酸接受臂、反密码子）。氨基酸活化的概念、氨酰-tRNA合成酶及其作用。原核生物S-D序列、进位、成肽、转位的概念，信号肽概念、作用及结构特性。