蛋白质的合成及转运

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1、蛋白质的合成及转运蛋白质的合成及转运 内内 容容 第一节第一节 遗传密码遗传密码第二节第二节 蛋白质合成的分子基础蛋白质合成的分子基础第三节第三节 蛋白质合成的步骤蛋白质合成的步骤第三节第三节 蛋白质的运输及翻译后修饰蛋白质的运输及翻译后修饰第一节第一节 遗传密码遗传密码遗传密码遗传密码(genetic code):(genetic code): DNA DNA（或（或mRNAmRNA）中的核苷酸）中的核苷酸序列与蛋白质中氨基酸序列之间的对应关系称为遗传序列与蛋白质中氨基酸序列之间的对应关系称为遗传密码。密码。密码子密码子(codon)(codon)：mRNAmRNA上每上每3 3个相邻的核苷

2、酸编码蛋白个相邻的核苷酸编码蛋白质多肽链中的一个氨基酸，这三个核苷酸就称为一个质多肽链中的一个氨基酸，这三个核苷酸就称为一个密码子或三联体密码子或三联体(triplet)(triplet)密码。密码。一、遗传密码密码的破译一、遗传密码密码的破译l19541954年年GamovGamov确认核酸分子中三个碱基决定一个氨基酸。确认核酸分子中三个碱基决定一个氨基酸。l19611961年年CrickCrick等用遗传学方法也证实三联体密码子学说等用遗传学方法也证实三联体密码子学说是正确的。是正确的。缺失或插入核苷酸引起三联体密码的改变缺失或插入核苷酸引起三联体密码的改变CAT CAT CAT CAT

3、CAT CATCAT CAC ATC ATC ATC ATCCAT CAC AXT CAT CAT CAT CAX TXC ATX CAT CAT CAT-1-1,+1+3 1.1.19611961年美国的年美国的NirenbergNirenberg等人以等人以均聚物均聚物为模板指导为模板指导多肽的合成多肽的合成, ,寻找到了破译遗传密码的途径。利用寻找到了破译遗传密码的途径。利用多核苷酸磷酸化酶合成一条由相同核苷酸组成的多多核苷酸磷酸化酶合成一条由相同核苷酸组成的多核苷酸链，用它作模板，利用大肠杆菌体外蛋白质核苷酸链，用它作模板，利用大肠杆菌体外蛋白质合成系统。合成系统。以均聚物为模板指导多

4、肽的合以均聚物为模板指导多肽的合Poly C Poly C 为模板，产生的多肽链为为模板，产生的多肽链为Poly ProPoly ProPoly U Poly U 为模板，产生的多肽链为为模板，产生的多肽链为Poly PhePoly PhePoly A Poly A 为模板，产生的多肽链为为模板，产生的多肽链为Poly LysPoly Lys 证明三联体密码的三个著名实验证明三联体密码的三个著名实验2.2.核糖体结合技术核糖体结合技术 1964 1964年年NirenbergNirenberg等人首先合成一个已知序列的核等人首先合成一个已知序列的核苷酸三聚体，然后与大肠杆菌核糖体和氨酰苷酸三聚

5、体，然后与大肠杆菌核糖体和氨酰tRNAtRNA一一起温育。由此确定与已知核苷酸三聚体结合的起温育。由此确定与已知核苷酸三聚体结合的tRNAtRNA上连接的是那一种氨基酸。该实验确定了上连接的是那一种氨基酸。该实验确定了5050多种三多种三联体密码，对于几种密码编码同一个氨基酸提供了联体密码，对于几种密码编码同一个氨基酸提供了直接的、最好的证据直接的、最好的证据3. 1964年，年， KhoranaKhorana以以共聚物即含有重复序列的多聚核苷共聚物即含有重复序列的多聚核苷酸指导多肽的合成，加快了破译遗传密码的步伐。酸指导多肽的合成，加快了破译遗传密码的步伐。以特定的共聚物为模板指导多肽的合成

6、以特定的共聚物为模板指导多肽的合成以多聚二核苷酸作模板可合成由以多聚二核苷酸作模板可合成由2 2个氨基酸组成个氨基酸组成 的多肽的多肽 , ,如以如以Poly UG Poly UG 为模板为模板 UGU GUG UGU UGU GUG UGU 合成产物为合成产物为Poly Lys-Val Poly Lys-Val 。以多聚三核苷酸作为模板，可得三种氨基酸组成以多聚三核苷酸作为模板，可得三种氨基酸组成 的多肽的多肽 UCG UCG UCG 。 Phe Phe Phe Ser Ser Ser Leu Leu SerEstablished the chemical structure of tRNA

7、Devised methods to synthesize RNAs with definedsequencesEstablished the in vitro system for revealing the genetic codes遗传密码字典遗传密码字典UACGUCAGUCAG第二位第二位 第一位第一位（5） 第三位第三位（3）UCAGUCAGUCAG二、遗传密码的基本特性二、遗传密码的基本特性1 1、密码是、密码是无标点符号无标点符号的且相邻密码子的且相邻密码子互不重叠互不重叠。2 2、密码的简并性：由一种以上密码子编码同一个氨基酸的现、密码的简并性：由一种以上密码子编码同一个氨基酸

8、的现象称为简并性（象称为简并性（ d de egeneracygeneracy），对应于同一氨基酸的密码子），对应于同一氨基酸的密码子称为同义密码子称为同义密码子(Synonymous codon)(Synonymous codon)。密码的简并性可以减少。密码的简并性可以减少有害突变有害突变 3 3、密码的摆动性（变偶性）：密码的专一性主要是由第一第、密码的摆动性（变偶性）：密码的专一性主要是由第一第二个碱基所决定，二个碱基所决定，tRNAtRNA上的反密码子与上的反密码子与mRNAmRNA密码子配对时，密密码子配对时，密码子的第一、二位碱基是严格的，第三位碱基可以有一定的变码子的第一、二位

9、碱基是严格的，第三位碱基可以有一定的变动。动。CrickCrick称这一为变偶性（称这一为变偶性（wobblewobble）. .4 4、密码的通用性和变异性、密码的通用性和变异性5 5、6464组密码子中，组密码子中，AUGAUG既是既是MetMet的密码，又是起始密码；有三的密码，又是起始密码；有三组密码不编码任何氨基酸，而是多肽链合成的终止密码子：组密码不编码任何氨基酸，而是多肽链合成的终止密码子：UAGUAG、UAAUAA、UGAUGA。6 6、 密码的防错系统密码的防错系统 反密码子与密码子之间的碱基配对反密码子与密码子之间的碱基配对A UC G反密码子第一位碱基反密码子第一位碱基

10、密码子第三位碱基密码子第三位碱基GUCUAGIUCA 次黄嘌呤核苷酸次黄嘌呤核苷酸（I I）常常出现在）常常出现在tRNAtRNA的的55位，位，I I I I可以可以可以可以与与与与U U U U，C C C C和和和和A A A A形成氢键形成氢键形成氢键形成氢键 。带有反密码子。带有反密码子IGCIGC的的tRNAtRNAAlaAla分子可以与分子可以与特异编码特异编码AlaAla的三个的三个密码（密码（GCGCU U，GCGCC C，GCGCA A）中的任一个结）中的任一个结合合关于密码的防错系统关于密码的防错系统密码的简并性由第三个碱基决定密码的简并性由第三个碱基决定 氨基酸的极性由

11、第二个氨基酸的极性由第二个碱碱基决定基决定如：如：中间中间U U非极性、疏水、和有支链的非极性、疏水、和有支链的aaaa中间中间C C非极性或不带电极性侧链非极性或不带电极性侧链aaaa中间中间A or GA or G亲水的亲水的aaaa第一个第一个A A或或C C、第二个、第二个A A或或G G、第三个任意、第三个任意可离解、可离解、亲水侧链碱性亲水侧链碱性aaaa前两位前两位AGAG第三个任意第三个任意酸性亲水侧链酸性亲水侧链aaaa结果：一个碱基变化后结果：一个碱基变化后相同相同aa或性质相似或性质相似aa，这是进化，这是进化的结果的结果人线粒体中变异的密码子人线粒体中变异的密码子UGA

12、 终止信号终止信号 TrpAUA Ile Met AGA Arg 终止信号终止信号AGG Arg 终止信号终止信号密码子密码子 正常情况下编码正常情况下编码 线粒体线粒体DNA编码编码第二节第二节 蛋白质合成的分子基础蛋白质合成的分子基础蛋白质的生物合成（翻译）蛋白质的生物合成（翻译）l以氨基酸为原料以氨基酸为原料l以以mRNAmRNA为模板为模板l以以tRNAtRNA为运载工具为运载工具l以核糖体为合成场所以核糖体为合成场所l起始、延长、终止各阶段蛋白因子参与起始、延长、终止各阶段蛋白因子参与l合成后加工成为有活性蛋白质合成后加工成为有活性蛋白质原核细胞原核细胞mRNAmRNA的结构特点的结

13、构特点53顺反子顺反子顺反子顺反子顺反子顺反子先导区先导区末端顺序末端顺序SD区区特点特点半衰期短半衰期短许多原核生物许多原核生物mRNAmRNA以多顺反子形式存在以多顺反子形式存在AUGAUG作为起始密码；作为起始密码；AUGAUG上游上游7 71212个核苷酸处有一被称为个核苷酸处有一被称为SDSD序列的序列的保守区，保守区， 16S rRNA316S rRNA3- - 端反向互补而使端反向互补而使mRNAmRNA与核糖体结合。与核糖体结合。AUG UAA AUG UAA AUG UAA AUG UAA AUG UAA AUG UAA 读码框架读码框架核糖体识别位点核糖体识别位点一、一、m

14、RNAmRNA是蛋白质合成的模板是蛋白质合成的模板 mRNA(messenger RNA)mRNA(messenger RNA)是蛋白质生物合成过程中直接是蛋白质生物合成过程中直接指令氨基酸掺入的模板。指令氨基酸掺入的模板。AGGAGGU真核细胞真核细胞mRNAmRNA的结构特点的结构特点5 “帽子帽子”PolyA 3 顺反子顺反子m7G-5ppp-N-3 p帽子结构功能帽子结构功能使使mRNAmRNA免遭核酸酶的破坏免遭核酸酶的破坏使使mRNAmRNA能与核糖体小亚基结合并开始能与核糖体小亚基结合并开始合成蛋白质合成蛋白质被蛋白质合成的起始因子所识别，从被蛋白质合成的起始因子所识别，从而促进

15、蛋白质的合成。而促进蛋白质的合成。Poly(A)Poly(A)Poly(A)Poly(A)尾巴的功能尾巴的功能尾巴的功能尾巴的功能是是mRNAmRNA由细胞核进入细胞质由细胞核进入细胞质所必需的形式所必需的形式它大大提高了它大大提高了mRNAmRNA在细胞质在细胞质中的稳定性中的稳定性AAAAAAA-OH读码框架读码框架核糖体识别位点核糖体识别位点AUG UAAAUG UAAtRNA （transfer ribonucleic asid）在蛋白质合成中起重要作用，它不）在蛋白质合成中起重要作用，它不但为每个三联体密码子译成氨基酸提供接合体，还为准确无误地将活化的但为每个三联体密码子译成氨基酸提

16、供接合体，还为准确无误地将活化的氨基酸运送到核糖体中氨基酸运送到核糖体中mRNA模板上。模板上。1、tRNA的结构特征的结构特征2、tRNA的功能的功能 （1）tRNA的接头的接头(adaptor)作用作用 3-端上的氨基酸接受位点端上的氨基酸接受位点 识别氨酰识别氨酰- tRNA合成酶的位点合成酶的位点 反密码子位点反密码子位点 （2）tRNA的突变与校正基因的突变与校正基因 (回复突变，回复突变，reverse mutation)二、二、t RNA转运活化的氨基酸至转运活化的氨基酸至mRNA模板上模板上密密码码子子与与反反密密码码子子的的配配对对关关系系反密码子反密码子tRNA5 3 A

17、U C5 mRNA3 密码子密码子1 2 3基基因因间间的的校校正正突突变变GluH2NCOOH 第一个突变：由于第一个突变：由于DNA突变使突变使mRNA分分子中子中GAG变为变为UAGGAG(Glu) UAG（终止密码）（终止密码）H2NCOOHTyrH2NCOOH 第二个突变：第二个突变： tRNA Tyr的反密码子的反密码子GUA突变成突变成CUA突变突变tRNATyr可以将终止密可以将终止密码码 UAG读作读作Tyr3 -A-U-C- 5 5 -U-A-G- 3 突变突变tRNA Tyr 的反密码子（正常时应为的反密码子（正常时应为3 -A-U-G- 5 ）此终止密码被读作此终止密码

18、被读作Tyr核糖体（核糖体（ribosome）是由）是由rRNA（ribosomal ribonucleic acid）和多种蛋白质结合而成的一种）和多种蛋白质结合而成的一种大的核糖核蛋白颗粒，蛋白质肽键的合成就是大的核糖核蛋白颗粒，蛋白质肽键的合成就是在这种核糖体上进行的。在这种核糖体上进行的。2、核糖体的功能核糖体的功能1、核糖体的结构和组成、核糖体的结构和组成三、核糖体是蛋白质合成的工场三、核糖体是蛋白质合成的工场核核糖糖体体的的组组成成34 protein21 protein23S RNA 5S RNA16S RNA50S subunit70S ribosome30S subunit原

19、核生物核糖体结构示意图原核生物核糖体结构示意图30S subunit50S subunit原核生物核原核生物核糖体的组成糖体的组成16S rRNA 16S rRNA 的二级结构的二级结构多核糖体多核糖体多核糖体多核糖体原核细胞原核细胞70S核糖体的核糖体的A位、位、P位及位及mRNA结合部位示意图结合部位示意图30S30S与与mRNA结合部位结合部位P P位位位位（结合结合或接受肽基或接受肽基的部位）的部位）A A位位位位（结合或接结合或接受受AA- tRNA的的部位）部位）50S50S5 5 3 3 mRNA第三节第三节 蛋白质合成的步骤蛋白质合成的步骤氨基酸的活化与转运氨基酸的活化与转运肽

20、链合成的起始肽链合成的起始肽链的延长肽链的延长肽链合成的终止肽链合成的终止氨氨基基酸酸的的活活化化氨基酸氨基酸ATP +氨酰腺苷酸氨酰腺苷酸E-AMPPPiPPi第一步第一步AMP第二步第二步E3-氨酰氨酰-tRNA 一、氨基酸的活化与转运一、氨基酸的活化与转运氨酰氨酰-tRNA-tRNA合成酶特点合成酶特点专一性专一性专一性专一性：1 1）对对氨氨基基酸酸有有极极高高的的专专一一性性，每每种种氨氨基基酸酸都都有有专专一的酶，只作用于一的酶，只作用于L-L-氨基酸，不作用于氨基酸，不作用于D-D-氨基酸。氨基酸。 2 2）对）对tRNA tRNA 具有极高专一性。具有极高专一性。校对作用校对作

21、用校对作用校对作用： 氨酰氨酰-tRNA-tRNA合成酶的水解合成酶的水解 部位可以水解错误活部位可以水解错误活化的氨基酸。化的氨基酸。二、肽链合成的起始二、肽链合成的起始所需的条件：所需的条件：所需的条件：所需的条件：l l游离的核糖体大小亚基游离的核糖体大小亚基游离的核糖体大小亚基游离的核糖体大小亚基l lmRNA 5mRNA 5mRNA 5mRNA 5 端的起始信号端的起始信号端的起始信号端的起始信号l l起始起始起始起始tRNAtRNAtRNAtRNAtRNAtRNAtRNAtRNAi i i imetmetmetmet （原核生物原核生物原核生物原核生物fmet-tRNAfmet-t

22、RNAfmet-tRNAfmet-tRNAi i i ifmetfmetfmetfmet）l lGTPGTPGTPGTPl l三种可溶性起始因子三种可溶性起始因子三种可溶性起始因子三种可溶性起始因子(IF)(IF)(IF)(IF)N-甲酰甲硫氨酰甲酰甲硫氨酰-tRNAiMet的形成的形成CHOCHO-HN-CH-COO-tRNA-HN-CH-COO-tRNA CH CH2 2 CH CH2 2 S S COO- COO- + +H H2 2N-CH-COO-tRNAN-CH-COO-tRNA CH CH2 2 CH CH2 2 S S COO- COO-Met-tRNAiMetfMet-tRN

23、AtfMetN N1010-CHO-FH-CHO-FH4 4FHFH4 4转甲酰酶转甲酰酶三种起始因子三种起始因子 IFIFIFIF1 1 1 1 IFIFIFIF2 2 2 2 IFIFIFIF3 3 3 3 与与与与IFIFIFIF2 2 2 2一起促进一起促进一起促进一起促进fmet-tRNAfmet-tRNAfmet-tRNAfmet-tRNAi i i ifmetfmetfmetfmet 与与与与mRNAmRNAmRNAmRNA及及及及30S30S30S30S小亚基结合小亚基结合小亚基结合小亚基结合 与与与与IFIFIFIF1 1 1 1一起促进一起促进一起促进一起促进fmet-tR

24、NAfmet-tRNAfmet-tRNAfmet-tRNAi i i ifmetfmetfmetfmet 与与与与mRNAmRNAmRNAmRNA及及及及30S30S30S30S小亚基结合小亚基结合小亚基结合小亚基结合 有有有有GTPGTPGTPGTP酶活性酶活性酶活性酶活性 特异识别特异识别特异识别特异识别fmet-tRNAfmet-tRNAfmet-tRNAfmet-tRNAi i i ifmetfmetfmetfmet 形成形成形成形成fmet-tRNAfmet-tRNAfmet-tRNAfmet-tRNAi i i ifmetfmetfmetfmet- IF2-GTP- IF2-GTP

25、- IF2-GTP- IF2-GTP 终止时：促使核糖体解离终止时：促使核糖体解离终止时：促使核糖体解离终止时：促使核糖体解离（真核生物起始因子（真核生物起始因子（真核生物起始因子（真核生物起始因子eIFeIF有有有有9 91111种）种）种）种）30S30S起始复合物形成起始复合物形成1.1.1.1.核糖体亚基的拆离核糖体亚基的拆离核糖体亚基的拆离核糖体亚基的拆离2.mRNA2.mRNA2.mRNA2.mRNA在小亚基上就位在小亚基上就位在小亚基上就位在小亚基上就位3.3.3.3.fmet-tRNAfmet-tRNAfmet-tRNAfmet-tRNAi i i ifmetfmetfmetf

26、met的结合的结合的结合的结合 IFIFIFIF3 3 3 3起始序列（起始序列（起始序列（起始序列（SD SD SD SD 序列）序列）序列）序列）30S30S30S30S小亚基与小亚基与小亚基与小亚基与mRNAmRNAmRNAmRNA识别、识别、识别、识别、结合结合结合结合IFIFIFIF1 1 1 1、IFIFIFIF3 3 3 3协助协助协助协助 fmet-tRNAfmet-tRNAfmet-tRNAfmet-tRNAi i i ifmetfmetfmetfmet -IF -IF -IF -IF2 2 2 2-GTP -GTP -GTP -GTP 通过其反密码与通过其反密码与通过其反密

27、码与通过其反密码与mRNAmRNAmRNAmRNA上上上上的起始密码的起始密码的起始密码的起始密码AUGAUGAUGAUG相配对相配对相配对相配对SDSD序列序列( (shine-Dalgarnoshine-Dalgarno序列序列) ): :原核生物原核生物1.1.位于起始密码上游位于起始密码上游1010个核苷酸个核苷酸左右。左右。2.2.序列富含嘌呤序列富含嘌呤( (如如AGGA /GAGGAGGA /GAGG）的一段序列）的一段序列。3 3. .能和原核生物能和原核生物1616s rRNAs rRNA相应的富含嘧啶序列相应的富含嘧啶序列 互补。互补。4.4.在在IFIF3 3、IFIF1

28、 1促进下和促进下和30S30S亚基结合。亚基结合。起始密码起始密码SD序列序列70s70s起始复合物形成起始复合物形成1.IF1.IF3 3脱落脱落2.50S2.50S2.50S2.50S大亚基结合大亚基结合大亚基结合大亚基结合3.3.3.3.GTP GDP+PiGTP GDP+PiGTP GDP+PiGTP GDP+Pi 4.IF4.IF4.IF4.IF2 2 2 2、IFIFIFIF1 1 1 1脱落脱落脱落脱落70s70s70s70s起始复合物组成起始复合物组成起始复合物组成起始复合物组成1.1.1.1.大小亚基大小亚基大小亚基大小亚基2.mRNA2.mRNA2.mRNA2.mRNA3

29、. 3. 3. 3. fmet-tRNAfmet-tRNAfmet-tRNAfmet-tRNAi i i ifmetfmetfmetfmet （结合于核糖体的（结合于核糖体的（结合于核糖体的（结合于核糖体的 给位给位给位给位 ）30S亚基亚基 mRNA IF3- IF1复合物复合物30S mRNA GTP- fMet tRNA- IF2- IF1复合物复合物70S起始复合物起始复合物codoncodonanticodonanticodonA A位位位位P P位位位位 mRNA +30S亚基亚基-IF3A A A A位位位位IF-35 5 3 3 IF2GTPP P P P位位位位IF3 IF2

30、 IF1IF2-GTP-fMet-tRNAIF350S50S亚基亚基IF2+ IF1+GDP+PiIF-1IF170S起始起始复合物复合物 三三. .肽链的延长（进位、成肽、移位）肽链的延长（进位、成肽、移位）所需的条件所需的条件所需的条件所需的条件l l70S70S70S70S起始复合物起始复合物起始复合物起始复合物l ltRNAtRNAtRNAtRNA转运氨基酸转运氨基酸转运氨基酸转运氨基酸l l延长因子延长因子延长因子延长因子(EF(EF(EF(EF）l l原核生物原核生物原核生物原核生物EFEFEFEFTuTuTuTu、EFEFEFEFTsTsTsTs （真核生物（真核生物（真核生物（

31、真核生物EF1EF1EF1EF1，多亚基，多亚基，多亚基，多亚基， 具有具有具有具有Tu Tu Tu Tu 和和和和TsTsTsTs的功能）的功能）的功能）的功能）l l2GTP2GTP2GTP2GTP1. 1. 进位进位 氨基酰氨基酰-tRNA-tRNA根据遗传密码的指引，进根据遗传密码的指引，进入核糖体的入核糖体的A A位。位。l参与的延长因子参与的延长因子参与的延长因子参与的延长因子lEF-TuEF-TuEF-TuEF-TulEF-TsEF-TsEF-TsEF-Tsl协助协助协助协助AA-tRNAAA-tRNAAA-tRNAAA-tRNA进入进入进入进入A A A A位位位位 具有具有具

32、有具有GTPGTPGTPGTP酶活性酶活性酶活性酶活性l促进促进促进促进EF-TuEF-TuEF-TuEF-Tu的再利用的再利用的再利用的再利用TuTs循环循环TsTs-GDP核糖体2. 2. 转肽转肽l肽键肽键肽键肽键l位置位置位置位置l转肽酶（大亚基上）催化形成肽键转肽酶（大亚基上）催化形成肽键转肽酶（大亚基上）催化形成肽键转肽酶（大亚基上）催化形成肽键lP P P P位：位：位：位：f-met-f-met-f-met-f-met-（肽酰）的（肽酰）的（肽酰）的（肽酰）的-COO-COO-COO-COO- - - - + + + + A A A A位：氨基酰的位：氨基酰的位：氨基酰的位：氨

33、基酰的-NH-NH-NH-NH4 4 4 4+ + + + 形成肽键形成肽键形成肽键形成肽键lA A A A位：反应在此位上进行位：反应在此位上进行位：反应在此位上进行位：反应在此位上进行 生成的二肽在生成的二肽在生成的二肽在生成的二肽在A A A A位上。位上。位上。位上。lP P P P位：无负载位：无负载位：无负载位：无负载tRNAtRNAtRNAtRNA 肽肽基基转移酶（转移酶（peptidyl transferasepeptidyl transferase）使一个酯键）使一个酯键变成了肽键变成了肽键。肽基转移酶的活性由核糖体大亚基的肽基转移酶的活性由核糖体大亚基的23s 23s rR

34、NArRNA承担（肽基转移酶是一种承担（肽基转移酶是一种ribozymeribozyme）。）。嘌呤霉素嘌呤霉素对对蛋白质的抑制作用就发生在肽键形成这一步。蛋白质的抑制作用就发生在肽键形成这一步。 嘌呤霉素的结构非常类似于氨酰嘌呤霉素的结构非常类似于氨酰-tRNA-tRNA的的3 3末端的末端的结构。因为结构上的相似，嘌呤霉素可以进入核糖体的结构。因为结构上的相似，嘌呤霉素可以进入核糖体的A A位。肽酰转移酶催化新生成的多肽转移至嘌呤霉素的位。肽酰转移酶催化新生成的多肽转移至嘌呤霉素的游离的氨基上。由于肽酰嘌呤霉素在游离的氨基上。由于肽酰嘌呤霉素在A A位处的结合弱，位处的结合弱，很快就从核糖

35、体上解离，因此就可终止蛋白质的合成。很快就从核糖体上解离，因此就可终止蛋白质的合成。 3. 3. 移位移位 在在A A位的二肽链连同位的二肽链连同mRNAmRNA从受位进入从受位进入P P位位n移位移位移位移位因子因子因子因子n位置位置位置位置n方向方向方向方向lEFEFEFEFG G G G（真核生物（真核生物（真核生物（真核生物EFEFEFEF2 2 2 2）l有有有有GTPGTPGTPGTP酶活性酶活性酶活性酶活性l游离游离游离游离tRNAtRNAtRNAtRNA释放释放释放释放lP P P P位：肽位：肽位：肽位：肽-tRNA-mRNA-tRNA-mRNA-tRNA-mRNA-tRNA

36、-mRNAlA A A A位：空留位：空留位：空留位：空留, , , ,下一个下一个下一个下一个AAAAAAAA进入进入进入进入 lmRNAmRNAmRNAmRNA： 从从从从5 5 5 5 3 3 3 3 移移移移动动动动l1 1 1 1个带有肽链的个带有肽链的个带有肽链的个带有肽链的tRNAtRNAtRNAtRNA：从：从：从：从A A A A位位位位 P P P P位位位位l肽链合成：肽链合成：肽链合成：肽链合成： 从从从从N N N N端端端端 C C C C端延长端延长端延长端延长4.4.肽链延长过程的能量消耗肽链延长过程的能量消耗l每合成一个肽键，每合成一个肽键，每合成一个肽键，每

37、合成一个肽键， 消耗消耗消耗消耗4 4 4 4个高能磷酸键个高能磷酸键个高能磷酸键个高能磷酸键l活化：活化：活化：活化：2 2 2 2个个个个ATPATPATPATPl进位：进位：进位：进位：1 1 1 1个个个个GTPGTPGTPGTPl移位：移位：移位：移位：1 1 1 1个个个个GTPGTPGTPGTP肽链的延长1 12 21 12 22 23 32 23 3进位进位进位进位转肽转肽转肽转肽移位移位移位移位进位进位进位进位(TuTs)(TuTs)GTPGTPGTPGTPN-N-端端端端2 23 35 5 3 3 C-C-端端端端转肽转肽转肽转肽1 15 5 3 3 （EF-GEF-G）

38、四四. . 肽链合成的终止肽链合成的终止l终止密码的辨认终止密码的辨认终止密码的辨认终止密码的辨认l肽链从肽酰肽链从肽酰肽链从肽酰肽链从肽酰-tRNA-tRNA-tRNA-tRNA水水水水解出解出解出解出lmRNAmRNAmRNAmRNA从核糖体中分离从核糖体中分离从核糖体中分离从核糖体中分离及大小亚基的拆开及大小亚基的拆开及大小亚基的拆开及大小亚基的拆开l蛋白质因子的参与蛋白质因子的参与蛋白质因子的参与蛋白质因子的参与 （释放因子）（释放因子）（释放因子）（释放因子）l lUAAUAAUAAUAA、UAGUAGUAGUAG、UGAUGAUGAUGAl lGTP GDP+PiGTP GDP+P

39、iGTP GDP+PiGTP GDP+Pil lIFIFIFIF3 3 3 3结合结合结合结合30303030小亚基小亚基小亚基小亚基l lRFRFRFRF1 1 1 1：作用于作用于作用于作用于UAAUAAUAAUAA、UAGUAGUAGUAGl lRFRFRFRF2 2 2 2：作用于：作用于：作用于：作用于UGA UGA UGA UGA l lRFRFRFRF3 3 3 3：刺激：刺激：刺激：刺激RF1RF1RF1RF1、RF2RF2RF2RF2活性活性活性活性 肽链合成的肽链合成的终止终止（1 1）释释放放因因子子RFRF1 1或或 RFRF2 2进入核糖体进入核糖体A A位。位。 （

40、2 2）多肽链的释放）多肽链的释放（3 3）70S70S核糖体解离核糖体解离5 5 3 3 UAGUAG30S30S亚基亚基亚基亚基50S50S亚基亚基亚基亚基5 5 3 3 UAGUAGtRNARFRF五、真核生物多肽链的合成五、真核生物多肽链的合成1.1.真核细胞核糖体比原核细胞核糖体更大更复杂；真核细胞核糖体比原核细胞核糖体更大更复杂；2. 2. 起始氨基酸为起始氨基酸为MetMet，不是，不是fMetfMet；3. 3. 肽链合成的起始：由肽链合成的起始：由40S40S核糖体亚基首先识别核糖体亚基首先识别mRNAmRNA的的5 5端端- -帽帽 子，然后沿子，然后沿mRNAmRNA移动

41、寻找移动寻找AUGAUG（扫描），这过程要消耗（扫描），这过程要消耗ATPATP；4. 4. 起始因子有起始因子有9-119-11种，但只有种，但只有2 2种延长因子和种延长因子和1 1种终止因子；种终止因子；5. 5. 真核细胞种线粒体、叶绿体的核糖体大小、组成及蛋白质合真核细胞种线粒体、叶绿体的核糖体大小、组成及蛋白质合 成过程都类似于原核细胞。成过程都类似于原核细胞。真核和原核细胞参与翻译的蛋白质因子真核和原核细胞参与翻译的蛋白质因子阶段阶段阶段阶段原核原核原核原核 真核真核真核真核 功功功功 能能能能IF1IF1IF2IF2 eIF2 eIF2 参与起始复合物的形成参与起始复合物的形成

42、参与起始复合物的形成参与起始复合物的形成IF3IF3 eIF3eIF3、eIF4CeIF4C起始起始起始起始CBP I CBP I 与与与与mRNAmRNA帽子结合帽子结合帽子结合帽子结合 eIF4A B F eIF4A B F 参与寻找第一个参与寻找第一个参与寻找第一个参与寻找第一个AUGAUGeIF5 eIF5 协助协助协助协助eIF2 eIF2 、 eIF3eIF3、eIF4CeIF4C的释放的释放的释放的释放eIF6 eIF6 协助协助协助协助60S60S亚基从无活性的核糖体上解离亚基从无活性的核糖体上解离亚基从无活性的核糖体上解离亚基从无活性的核糖体上解离EF-TuEF-Tu eEF

43、1eEF1 协助氨酰协助氨酰协助氨酰协助氨酰-tRNA-tRNA进入核糖体进入核糖体进入核糖体进入核糖体延长延长延长延长EF-TsEF-Ts eEF1 eEF1 帮助帮助帮助帮助EF-Tu EF-Tu 、 eEF1eEF1 周转周转周转周转 EF-GEF-G eEF2 eEF2 移位因子移位因子移位因子移位因子RF-1RF-1终止终止终止终止 eRF eRF 释放完整的肽链释放完整的肽链释放完整的肽链释放完整的肽链RF-2RF-2六、蛋白质生物合成抑制剂六、蛋白质生物合成抑制剂1 1、抗菌素类抗菌素类阻断剂阻断剂 氯霉素氯霉素:与与50S（70S）核糖体结合）核糖体结合, 抑制肽抑制肽酰转移酶

44、。酰转移酶。 链霉素、新霉素、卡那霉素：链霉素、新霉素、卡那霉素：与与30S 核核 糖糖体结合。体结合。可以广泛用作治疗细菌感染的药物。可以广泛用作治疗细菌感染的药物。 环己亚胺：与环己亚胺：与80S核糖体结合核糖体结合 可抑制真核生物蛋白质合成。可抑制真核生物蛋白质合成。2、作为蛋白质合成阻断剂的毒素、作为蛋白质合成阻断剂的毒素 细菌毒素细菌毒素白喉毒素：是已知的毒性最大白喉毒素：是已知的毒性最大的毒素，只要一分子的白喉毒素就足可以使真的毒素，只要一分子的白喉毒素就足可以使真核细胞内的延伸因子核细胞内的延伸因子eEF-2失活，对真核生物失活，对真核生物有剧毒的毒素，抑制有剧毒的毒素，抑制蛋白

45、质的合成，几个微克蛋白质的合成，几个微克即可致人于即可致人于死命。死命。 第三节第三节 蛋白质的翻译后修饰、加工及运输蛋白质的翻译后修饰、加工及运输一、蛋白质的翻译后修饰、加工一、蛋白质的翻译后修饰、加工1 1、肽链末端的修饰：、肽链末端的修饰： N-N-端端fMetfMet或或MetMet的切除的切除2 2、信号序列的切除、信号序列的切除3 3、二硫键的形成、二硫键的形成4 4、部分肽段的切除、部分肽段的切除5 5、个别氨基酸的修饰、个别氨基酸的修饰6 6、糖基侧链的添加、糖基侧链的添加7 7、辅基的加入、辅基的加入 这这些些翻翻译译后后修修饰饰、加加工工多多数数是是在在内内质质网网和和高高

46、尔尔基基体体中完成的。中完成的。二、蛋白质的运输二、蛋白质的运输 尽尽管管蛋蛋白白质质生生物物合合成成中中遗遗传传密密码码只只指指导导2020种种（2222种种？）氨氨基基酸酸掺掺入入，而而成成熟熟的的蛋蛋白白质质中中有有上上百百种种氨氨基基酸酸存存在在，它它们们都都是是在在这这2020种种氨氨基基酸酸基基础础上上衍衍生生出出来来的的。这这种种翻翻译译后后的的修饰和加工使得蛋白质的组成更加多样化。修饰和加工使得蛋白质的组成更加多样化。 在在核核糖糖体体上上新新合合成成的的多多肽肽被被送送往往细细胞胞的的各各个个部部分分，以以行行使使各各自自的的生生物物功功能能。大大肠肠杆杆菌菌新新合合成成的的

47、多多肽肽，一一部部分分仍仍停停留留在在胞胞浆浆之之中中，一一部部分分则则被被送送到到质质膜膜、外外膜膜或或质质膜膜与与外外膜膜之之间间的的空空隙隙。有有的的也也可可分分泌泌到到胞胞外外。真真核核细细胞胞中中新新合合成成的的多多肽肽被被送送往往溶溶酶酶体体、线线粒粒体体、叶叶绿绿体体、胞胞核核等等细细胞胞器器。所所以以新新合合成成的的多多肽肽的的输送是有目的地、定向地进行的。输送是有目的地、定向地进行的。1.1.蛋白质通过信号肽引导到目的地蛋白质通过信号肽引导到目的地信号肽信号肽( (signal peptide)signal peptide): :未成熟蛋白质中未成熟蛋白质中可被细胞转运系统识

48、别的特征性氨基酸序列。可被细胞转运系统识别的特征性氨基酸序列。 特征：特征： l通常在通常在N N末端。末端。lN N末端至少有一个带正电荷的氨基酸。末端至少有一个带正电荷的氨基酸。l10104040个氨基酸范围内，其中部由个氨基酸范围内，其中部由10-1510-15个疏水氨个疏水氨 基酸组成。基酸组成。l在在C C末端有一个可被信号肽酶识别的位点。末端有一个可被信号肽酶识别的位点。 作用：作用：l把合成的蛋白质移向粗面内质网膜。把合成的蛋白质移向粗面内质网膜。l信号肽对靶向输送有决定作用信号肽对靶向输送有决定作用。 一些真核细胞多肽链上一些真核细胞多肽链上N-端的信号肽的结构端的信号肽的结构

49、 识识别别信信号号肽肽的的是是一一种种核核蛋蛋白白体体, ,称称为为信信号号识识别别体体(signal (signal recognition particle, SRP)recognition particle, SRP)。 SRPSRP的的分分子子量量为为396 396 kDkD，由由一一分分子子7SL 7SL RNA(300 RNA(300 bp)bp)和和6 6个个不不同同的的多多肽肽分分子子组组成成， 有有两两个个功功能能域域(domain)(domain)，一一个个用用以以识识别别信信号号肽肽，另另一一个个用用以以干干扰扰进进入入的的氨氨酰酰-tRNA-tRNA和和肽肽酰酰移移位位

50、酶酶的的反反应应，以以终终止止多多肽肽链链的的延延伸伸作作用用。信信号号肽肽与与SRPSRP的的结结合合发发生生在在蛋蛋白白质质合合成成刚刚一一开开始始时时，即即N-N-端端的的新新生生肽肽链链刚刚一一出出现现时时，一一旦旦SRPSRP与与带带有有新新生生肽肽链链的的核核糖糖体体相相结结合合，肽肽链链的的延延伸伸作作用用暂暂时时终终止止，或或延延伸伸速速度度大大大大减减低低。SRP-SRP-核核糖糖体体复复合合体体就就移移动动到到内内质质网网上上并并与与那那里里的的SRPSRP受受体体停停泊泊蛋蛋白白(docking (docking protein)protein)相相结结合合。一一旦旦与与

51、此此受受体体相相结结合合后后，蛋蛋白白质质合合成成的的延延伸伸作作用用又又重重新新开开始始，SRPSRP受受体体是是一一个个二二聚聚体体蛋蛋白白，由由69 69 kDkD的的亚亚基基与与30 30 kDkD的的亚亚基基组组成成。然然后后，带带有有新新生生肽肽链链的的核核糖糖体体被被送送入入多多肽肽移移位位装装置置(translocation (translocation machinery)machinery)，同同时时，SRPSRP又又被被释释放放到到胞胞浆浆中中，新新生生肽肽链链又又继继续续延延长长。移移位位装装置置含含有有两两个个膜膜本本体体蛋蛋白白(integral membrane

52、protein)；ribophorin和和(ribophorin)。7S RNA of the SRP has two domains. Proteins bind as shown on the two dimensional diagram above to form the crystal structure shown below. Each function of the SRP is associated with a discrete part of the structure.2. 2. 新合成多肽的定向运输新合成多肽的定向运输Proteins are synthesized

53、in two types of location:The vast majority of proteins are synthesized by ribosomes in the cytosol.A small minority are synthesized by ribosomes within organelles (mitochondria or chloroplasts).Proteins synthesized in the cytosol can be divided into two general classes with regard to localization: q

54、 Those that are not associated with membranes; q Those that are associated with membranesProteins that are localized post-translationally are released into the cytosol after synthesis on free ribosomes. Some have signals for targeting to organelles such as the nucleus or mitochondria. Proteins that

55、are localized cotranslationally associate with the ER membrane during synthesis, so their ribosomes are membrane-bound. The proteins pass into the endoplasmic reticulum, along to the Golgi, and then through the plasma membrane, unless they have signals that cause retention at one of the steps on the

56、 pathway. They may also be directed to other organelles, such as endosomes or lysosomes.Proteins that enter the ER-Golgi pathway may flow through to the plasma membrane or may be diverted to other destinations by specific signals.内质网内质网高尔基体高尔基体泡泡泡泡泡融入泡融入质膜质膜核糖体核糖体芽泡芽泡分泌蛋白质的合成分泌蛋白质的合成3.3.一些线粒体和叶绿体蛋白质

57、是翻译完成后一些线粒体和叶绿体蛋白质是翻译完成后被运输的被运输的 线粒体和叶绿体基因组只编码一小部分自身的线粒体和叶绿体基因组只编码一小部分自身的蛋白质，大部分是由和基因组编码的。由细胞游蛋白质，大部分是由和基因组编码的。由细胞游离核糖体合成，在运送到这些细胞器中。这些蛋离核糖体合成，在运送到这些细胞器中。这些蛋白质通常在白质通常在N N末端有一段多肽分别称为线粒体定向末端有一段多肽分别称为线粒体定向肽和叶绿体转移肽。起到信号肽的作用。肽和叶绿体转移肽。起到信号肽的作用。线粒体外膜线粒体外膜线粒体内膜线粒体内膜带有线粒体定向肽（导肽）的带有线粒体定向肽（导肽）的线粒体蛋白质前体跨膜运送过线粒体

58、蛋白质前体跨膜运送过程示意图程示意图内外膜接触位点的内外膜接触位点的蛋白质通道蛋白质通道受体蛋白受体蛋白PCBPCB定向肽定向肽蛋白酶切蛋白酶切除定向肽除定向肽4.4.肽链合成后的加工肽链合成后的加工N N端甲酰基或端甲酰基或N N端端aaaa的除去：的除去： 原核生物原核生物 fMet - (aa) n Met(aa)n （aa）n or (aa)n-m 去甲酰基酶去甲酰基酶氨肽酶氨肽酶 多数情况下，在肽链合成中，即当肽链的多数情况下，在肽链合成中，即当肽链的N N端端游离出核糖体后，立即进行去甲酰化游离出核糖体后，立即进行去甲酰化。 真核生物真核生物N N端端MetMet常常在肽链的其他部

59、分还未完常常在肽链的其他部分还未完全合成时全合成时, , 就已经水解下来。就已经水解下来。二硫键的形成二硫键的形成氨基酸的修饰氨基酸的修饰 乙酰化、甲基化、磷酸化、羟基化、泛酸化、糖基化等乙酰化、甲基化、磷酸化、羟基化、泛酸化、糖基化等 切去新生肽链中非功能所需的肽段切去新生肽链中非功能所需的肽段： 如胰岛素原如胰岛素原胰岛素，胰蛋白酶原胰岛素，胰蛋白酶原胰蛋白酶，胰凝乳胰蛋白酶，胰凝乳 蛋白酶原蛋白酶原胰凝乳蛋白酶胰凝乳蛋白酶 高级结构的形成高级结构的形成 蛋白质的一级结构决定高级结构，多肽链的折叠在肽链蛋白质的一级结构决定高级结构，多肽链的折叠在肽链 合成没有结束时就已经开始合成没有结束时

60、就已经开始 （1 1）不需要分子伴侣（）不需要分子伴侣（molecular chaperonemolecular chaperone） （2 2）需要分子伴侣）需要分子伴侣 Protein Glycosylation in the ER and Golgi Complex Most plasma-membrane and secretory proteins contain one or more carbohydrate chains; indeed, the addition and subsequent processing of carbohydrates glycosylation，

61、is the principal chemical modification to most such proteins. Some glycosylation reactions occur in the lumen of the ER; others in the lumina of the cis-, medial-, or trans-Golgi cisternae. Thus the presence of certain carbohydrate residues on proteins provide useful markers for following their move

62、ment from the ER and through the Golgi cisternae. GolgiGlcNAcGalNAcAsnThr/Ser/Hyl(a)The O-linked oligosaccharides in glycophorin and many other glycoproteins are linked to the hydroxyl group in serine (Ser) and threonine residues by N- acetylgalactosamine. Collagens contain a characteristic glucose

63、galactose di-saccharide attached to hydroxylysine (Hyl) residues. (b) The N-linked oligosaccharides found in mammalian serum glycoproteins exhibit various structures, but all contain the five sugars highlighted in purple, are branched, and are linked to the amide nitrogen of asparagine (Asn). The di

64、fferent structures of N- and O-linked oligosaccharides reflect differences in their biosynthesis. O-linked sugars are added one at a time, and each sugar transfer is catalyzed by a different glycosyltransferase enzyme. In contrast, biosynthesis of N-linked oligosaccharides begins with the addition o

65、f a large preformed oligosaccharide, containing 14 sugar residues; subsequently certain sugar residues are removed and others are added, one at a time, in a defined order with each reaction catalyzed by a different enzyme. Bacteria use both co-translational and post-translational translocationThe ba

66、cterial envelope consists of two membrane layers. The space between them is called the periplasm. Proteins are exported from the cytoplasm to reside in the envelope or to be secreted from the cell. The mechanisms of secretion from bacteria are similar to those characterized for eukaryotic cells.Bacterial proteins may be exported either post-translationally or co-translationally, and may be located within either membrane or the periplasmic space, or may be secreted.