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1、第十五章 蛋白质的生物合成,(Protein Biosynthesis，Translation),蛋白质生物合成的概念,蛋白质生物合成(protein biosynthesis)也称翻译(translation)，是指生物细胞以mRNA为模板，按照mRNA分子中核苷酸的排列顺序所组成的密码信息合成蛋白质的过程。,定义,第一节 蛋白质生物合成体系,Protein Biosynthesis System,基本原料：20种基本氨基酸 信息模板：mRNA （信使RNA） “装配工厂”：核糖体 “运输工具”：tRNA（转运RNA） 主要酶：氨基酰-tRNA合成酶、转肽酶 蛋白质因子：起始因子、延长因子、
2、释放因子 金属离子：Mg2+、 K+ 能源物质：ATP、GTP,蛋白质生物合成体系,mRNA的结构,从编码区5端AUG（起始密码子）至3端UAA（终止密码子）为止，每3个相邻核苷酸为一组，称为三联密码子。,每3个核苷酸（即一个三联密码子），经翻译后对应于1个氨基酸分子。,编码区指能够直接指导合成蛋白质的区域，而非编码区主要对合成过程进行调控，本身不翻译成相应的蛋白质。,一、mRNA是蛋白质合成的信息模板,遗传密码,在mRNA的编码区，以每3个相邻的核苷酸为一组，代表一种氨基酸信息(或其他信息)，这种三联体形式的核苷酸序列称为密码子或三联密码子。,密码子（codon）,起始密码子：AUG-甲酰甲
3、硫氨酸 线粒体和叶绿体以AUG、AUU、AUA 为起始密码子 终止密码子：UAA、UAG、UGA,解码,反密码子（anti-codon）,反密码子是位于tRNA、可与mRNA的三联体密码子配对的三个相邻核苷酸。在蛋白质的合成中，起解读密码、辅助将特异的氨基酸引入合成位点。,密码子,反密码子,mRNA,tRNA,遗传密码的特点,1. 方向性(directional),翻译时遗传密码的阅读方向是 ，即读码从mRNA的起始密码子AUG开始，按53的方向逐一阅读，直至终止密码子。,53,2. 连续性(non-punctuated),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
4、间既无间隔也无交叉。,3. 简并性 (degenerate),一种氨基酸可具有2个或2个以上的密码子为其编码。这一特性称为遗传密码的简并性。,4. 摆动性 (wobble),反密码子与密码子之间的配对有时并不严格遵守常见的碱基配对规律，这种现象称为摆动配对。,U,5. 通用性 (universal),从简单的细菌到高等的人类，几乎使用同一套遗传密码，即遗传密码具有通用性。,二、核糖体是蛋白质合成的场所,核糖体,1. 核糖体是多肽链的“装配工厂”，负责将小分子的氨基酸组装成大分子的多肽链；,2. 核糖体是由rRNA和多种蛋白质结合而成，包括一个大亚基和一个小亚基两部分；,3. 核糖体能够沿着模板
5、mRNA链从5 端向3 端移动；,核糖体的组成,mRNA,tRNA,核糖体,第二节,氨基酸与tRNA的连接,AA,氨基酰-tRNA合成酶,OH,H,氨基酰-tRNA,1. 高度专一性：氨基酰-tRNA合成酶既能够识别特定的氨基酸，又能够辨认应该结合这种氨基酸的tRNA。,氨基酰-tRNA合成酶的特点,2. 校对活性：能识别错误结合的氨基酸并将其水解释放，避免蛋白质合成过程的氨基酸错配。,保证蛋白质合成的高保真性,第三节 蛋白质的生物合成,翻译起始 (initiation) 肽链延长 (elongation) 翻译终止 (termination ),翻译过程,(The Process of Pr
6、otein Biosynthesis ),原核生物蛋白质合成,真核生物蛋白质合成,一、原核生物翻译过程,1. 核糖体大小亚基分离； 2. mRNA在小亚基定位结合； 3. 起始氨基酰-tRNA的进入； 4. 核糖体大亚基结合。,指 和起始 分别与 结合而形成翻译起始复合物 。,(一)起始,mRNA,氨基酰-tRNA,核糖体,IF-3,IF-1,1. 核糖体大小亚基分离,IF-3,IF-1,2. mRNA在小亚基定位结合,核糖体 结合位点,起始密码子上游一段4-9 bp的保守序列，可与核糖体16S rRNA通过碱基互补精确配对。,IF-3,IF-1,3. 起始氨基酰tRNA( fMet-tRNA
7、 )结合到小亚基,IF-3,IF-1,IF-2,GTP,GDP,Pi,4. 核糖体大亚基结合，起始复合物形成,mRNA,氨基酰-tRNA,核糖体,IF-3,IF-1,IF-2,-GTP,GDP,Pi,原核生物翻译起始总结,(二) 原核生物肽链延长,肽链延长包括 、 与 三步，在核糖体上连续性循环式进行，又称为核糖体循环，每次循环增加一个氨基酸。,翻译起始复合物形成后，核糖体从mRNA的5端向3 端移动，翻译的结果为从N端向C端方向延长多肽链。,进位,成肽,转位,物理位置的转变,酶催化的化学反应,成肽,成肽是由转肽酶催化形成肽键的过程。,Tu,GTP,GDP,Tu,fMet,fMet,当mRNA
8、上的终止密码子出现后，多肽链合成停止，肽链从肽酰-tRNA中脱落，mRNA、核糖体等解体，此时翻译过程终止。,(三) 原核生物翻译终止,终止密码子不被任何氨基酰-tRNA识别，只有释放因子（RF）能够识别它并进入核糖体的A位。,1. 释放因子可引起转肽酶活性的改变，从而使肽链从tRNA上脱落。,2. 释放因子可引起核糖体结构的改变，从而使复合体趋于解体。,RF,第四节,Posttranslational Modification and Targeting Transfer of Protein,蛋白质翻译后加工和靶向输送,新生多肽链不具备蛋白质的生物学活性，必须经过复杂的加工才能转变为具有天
9、然构象的功能蛋白质，这一加工过程称为翻译后修饰。 翻译后修饰包括肽链折叠、亚基聚合、基团修饰、新键形成、部分区域切除等。,蛋白质翻译后加工,蛋白质合成后被定向输送到其发挥作用的部位的过程称为蛋白质的靶向输送。,蛋白质靶向输送,新生肽链的折叠不是自发的，需要在酶或蛋白质的辅助下，按照特定的方式进行折叠，转变为天然构象的功能蛋白质。这些辅助性蛋白质也称为分子伴侣。,一、 分子伴侣辅助肽链折叠,热激蛋白,伴侣蛋白,二硫键异构酶,肽-脯氨酰顺反异构酶,二、蛋白质一级结构修饰主要是 肽键水解和化学修饰,（一）肽链末端的修饰 （二）个别氨基酸的共价修饰,1糖基化 2羟基化 3甲基化 4磷酸化 5二硫键形成
10、 6亲脂性修饰,例：鸦片促黑皮质素原(POMC)的水解修饰,（三）多肽链的水解修饰,三、空间结构的修饰,结合蛋白质合成后都需要结合相应辅基，才能成为具有功能活性的天然蛋白质。,具有四级结构的蛋白质由两条以上的肽链通过非共价键聚合，形成寡聚体。,（一）亚基聚合形成具有四级结构的蛋白质,（二）辅基连接后形成完整的结合蛋白质,四、合成后蛋白质可被 靶向输送至细胞特定部位,蛋白质在核糖体上合成后，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。,第五节,Interference and Inhibition of Protein Biosynt
11、hesis,蛋白质生物合成 的干扰和抑制,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。,一、许多抗生素通过抑制蛋白质生物合成发挥作用,抑制翻译起始的抗生素 抑制肽链延长的抗生素,四环素族,二、其他干扰蛋白质生物合成的物质,白喉毒素是真核细胞蛋白质合成的抑制剂，它作为一种修饰酶，可使eEF-2发生ADP糖基化共价修饰，使eEF-2失活。,（一）毒素,1白喉毒素,2蓖麻蛋白(ricin),蓖麻蛋白是蓖麻籽中所含的一种植物糖蛋白，由A、B两条多肽链组成。 A链是一种蛋白酶，可作用于真核生物核蛋白体大亚基的28S rRNA，使28S rRNA降解，从而引起核蛋白体大亚基失活；,（二）干扰素,干扰素是真核细胞被病毒感染后分泌的一类具有抗病毒作用的蛋白质，可抑制病毒的繁殖。,干扰素抑制病毒作用的两种机制,干扰素诱导特异的蛋白激酶活化，使eIF-2磷酸化而失活，从而抑制病毒蛋白质合成； 干扰素能诱导活化核酸内切酶RNase L，后者可降解病毒mRNA，从而阻断病毒蛋白质合成。,The End!,
