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1、DNARNA蛋白质蛋白质复制复制转录转录翻译翻译中心法则中心法则Central DogmaCentral DogmaDNARNA蛋白质蛋白质复制复制复制复制转录转录反转录反转录翻译翻译1958年，年， F. Crick中心法则的补充（中心法则的补充（中心法则的补充（中心法则的补充（1970, Temin & Baltimore)1970, Temin & Baltimore)1蛋白质的生物合成蛋白质的生物合成（翻译）（翻译）第十二章第十二章Protein Biosynthesis (Translation)2蛋蛋白白质质生生物物合合成成(protein biosynthesis) ，是是细细胞
2、胞内内以以mRNA为为模模板板，按按照照mRNA分分子子中中核核苷苷酸酸的的排排列列顺顺序序所所组组成成的的密密码码信信息息合合成成蛋蛋白白质质的的过过程程。 其其本本质质是是将将mRNA分分子子中中4种种核核苷苷酸酸序序列列编编码码的的遗遗传传信信息息（核核酸酸语语言言），解解读读为为蛋蛋白白质质一一级级结结构构中中20种种氨氨基基酸酸的的排排列列顺顺序序（蛋蛋白白质语言），质语言），也称也称翻译翻译(translation) 。蛋白质生物合成的定义蛋白质生物合成的定义3第一节第一节蛋白质生物合成体系蛋白质生物合成体系Protein Biosynthesis System41.基本原料：基本
3、原料：20种编码氨基酸种编码氨基酸2.模板：模板：mRNA3.适配器：适配器：tRNA4.装配机：核糖体装配机：核糖体5.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合成酶、合成酶、转肽酶、转位酶、起始、延长、释放因子等转肽酶、转位酶、起始、延长、释放因子等6.能源物质：能源物质：ATP、GTP7.无机离子：无机离子：Mg2+、 K+蛋白质生物合成体系蛋白质生物合成体系蛋白质合成的三大物质基础蛋白质合成的三大物质基础5蛋白质合成的三大物质基础蛋白质合成的三大物质基础6一、一、mRNAmRNA是蛋白质生物合成的模板是蛋白质生物合成的模板1.1.碱基排列顺序决定了氨基酸的排列顺序
4、碱基排列顺序决定了氨基酸的排列顺序78mRNA的基本结构的基本结构Start of genetic messageCapEndTail5-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 -端端的的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)。为什么会有非翻译区的存在，他们有什么功能？为什么会有非翻译区的存在，他们有什么功能？原核生物的多顺反子原核生物的多顺反子( (polycistron):):一条一条mRNA编
5、码几种功能相关的蛋白质编码几种功能相关的蛋白质真核生物的单顺反子真核生物的单顺反子( (monocistron):):非编码序列非编码序列核糖体结合位点核糖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 92. 2. mRNA上存在遗传密码上存在遗传密码在在mRNA的开放阅读框架区，以每的开放阅读框架区，以每3个相邻的个相邻的核苷酸为一组，代表一种氨基酸核苷酸为一组，代表一种氨基酸或其他信息或其他信息，这，这种三联体种三联体(triplet)形式的核苷酸序列称为形式的核苷酸序列称为密码子密码子。密码子（密码子
6、（codon）10遗遗传传密密码码表表64个个密码子密码子61个个代表代表20种氨基酸种氨基酸3个个不编码任何氨基酸，称不编码任何氨基酸，称终止密码子终止密码子( termination codon) UAA、UAG、UGAAUG 代表甲硫氨酸和代表甲硫氨酸和起始密码子起始密码子 (initiation codon)11遗传密码的破译遗传密码的破译12归功于三个经典的生物化学实验：归功于三个经典的生物化学实验：体外翻译系统的建立体外翻译系统的建立核苷酸结合技术核苷酸结合技术核酸的人工合成核酸的人工合成1968年诺贝尔生理医学奖年诺贝尔生理医学奖“遗传密码的破译遗传密码的破译”尼伦伯格（尼伦伯格
7、（1927-）Marshall Nirenberg科拉纳（科拉纳（1922-）Har Khorana霍利（霍利（1922-1993）Robert Holley13遗传密码的特点遗传密码的特点141. 方向性方向性(direction)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53，即读码从，即读码从mRNA的起始密码子的起始密码子AUG开始，按开始，按53的方向逐一阅的方向逐一阅读，直至终止密码子。读，直至终止密码子。 NC肽链延伸方向肽链延伸方向53读码方向读码方向氨基酸的排列顺序对应于氨基酸的排列顺序对应于mRNA序列中密码子的排列顺序序列中密码子的排列顺序2. 连续性连续性 (
8、commaless):mRNA序列上的各个密码子及密码子的序列上的各个密码子及密码子的各碱基是连续排列的，之间没有间隔，即具各碱基是连续排列的，之间没有间隔，即具有无标点性。有无标点性。翻译时从翻译时从AUG开始向开始向3-端连端连续读码，每个碱基只读一次，不重叠阅读。续读码，每个碱基只读一次，不重叠阅读。 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15基因损伤引起基因损伤引起mRNA分子中阅读框架内的分子中阅读框架内的碱基发生插入或缺失，可能导致碱基发生插入或缺失，可能
9、导致框移突变框移突变(frameshift mutation)，“后果很严重后果很严重”。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16核苷酸插入或缺失导致核苷酸插入或缺失导致框移突变框移突变Excessive bleeding, after a minor accident, developed subretinal hemorrhage leading to the loss of an eye. (视网膜下出血视网膜下出血)Hollopeter et al, Nature 2001Nurden et al, J Clin Invest 199517许多真核生物
10、基因转录后有一个对许多真核生物基因转录后有一个对mRNA外显子外显子加工的过程，可通过特定碱基的加工的过程，可通过特定碱基的插入、缺失或置插入、缺失或置换换，使，使mRNA序列中出现移码突变、错义突变或序列中出现移码突变、错义突变或无义突变，导致无义突变，导致mRNA与其与其DNA模板序列不匹配，模板序列不匹配，使同一前体使同一前体mRNA翻译出序列、功能不同的蛋白翻译出序列、功能不同的蛋白质质。这种基因表达的调节方式称为。这种基因表达的调节方式称为mRNA编辑编辑（mRNA editing）。）。 183. 简并性简并性(degeneracy)一一种种氨氨基基酸酸可可具具有有2个个或或2个个
11、以以上上的的密密码码子子为为其编码。这一特性称为遗传密码的其编码。这一特性称为遗传密码的简并性简并性。除除色色氨氨酸酸和和甲甲硫硫氨氨酸酸仅仅有有1个个密密码码子子外外，其其余余氨氨基基酸酸有有2、3、4或或6个个密密码码子子为为其其编编码码。为为同同一一种种氨氨基基酸酸编编码码的的各各密密码码子子称称为为简简并并性性密密码码子子，也称也称同义密码子同义密码子 。19各种氨基酸的密码子数目各种氨基酸的密码子数目2021How can we take advantage of degeneracy of genetic codon?Insert a restriction enzyme site
12、 (site-directed mutagenesis) without changing amino acid sequence.Inactivate restriction enzyme site without changing amino acid sequence to facilitate enzyme digestion.Galpha13pUC92GTCGAC V DSalIVal: GTC GTA GTG GTT4. 通用性通用性(universal) 从简单的病毒到高等的人类，几乎使用同一套遗从简单的病毒到高等的人类，几乎使用同一套遗传密码。传密码。 表明各种生物是从同一祖先
13、进化而来的。表明各种生物是从同一祖先进化而来的。 已发现少数例外，如动物细胞的线粒体、植物细已发现少数例外，如动物细胞的线粒体、植物细胞的叶绿体。胞的叶绿体。例如：线粒体起始密码子为例如：线粒体起始密码子为AUG、AUU；终止密码为；终止密码为AGA，AGC； 而而UGA编码编码色氨酸等。色氨酸等。Expressing human proteins in bacteria to:manufacture proteins drugs;characterize human protein structure and function225. 摆动性摆动性(wobble) 反密码子与密码子之间的配对
14、有时并不严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，这种现象称为格遵守常见的碱基配对规律，这种现象称为摆动配对摆动配对( (wobble base pairing) )。 摆摆动动配配对对233 2 11 2 3/UtRNAtRNA反密码子反密码子第第1 1位碱基位碱基I IU UG GA AC CmRNAmRNA密码子密码子第第3 3位碱基位碱基U, C, AU, C, AA, GA, GU, CU, CU UG G密码子、反密码子配对的密码子、反密码子配对的摆动摆动现象现象24摆动配配对能使能使1种种tRNA识别mRNA的的1-3种种简并性密并性密码子子mRNA的功能：
15、的功能： 蛋白质合成的直接模板，碱基排列顺蛋白质合成的直接模板，碱基排列顺序决定了氨基酸的排列顺序，密码的阅序决定了氨基酸的排列顺序，密码的阅读方向为读方向为5325二、核二、核糖糖体是蛋白质生物合成的场所体是蛋白质生物合成的场所核核糖体糖体的组成的组成核核糖糖体体又又称称核核蛋蛋白白体体，是是由由rRNA和和多多种种蛋蛋白白质质组组成成的的复复合合体体，是是蛋蛋白白质质生生物物合成的场所。合成的场所。Paul Zamecnik（1913-2009） 26原核生物大亚基大亚基小亚基小亚基1.1.核核糖体糖体组成及结构组成及结构真核生物27rRNA的结构特点的结构特点 修饰碱基较少多为甲基化修饰
16、碱基较少多为甲基化 不同来源的不同来源的rRNArRNA某些区域具有某些区域具有 高度的同源性高度的同源性 含有大量的茎环结构含有大量的茎环结构28A A位：氨基酰位位：氨基酰位位：氨基酰位位：氨基酰位P P位：肽酰位位：肽酰位位：肽酰位位：肽酰位E E位：排出位位：排出位位：排出位位：排出位2.2.原核生物原核生物核糖体核糖体结构模式结构模式（3 3个位点）个位点）29转肽酶转肽酶 核糖体的功能：核糖体的功能： 蛋白质合成的场所，由大小亚基组成，蛋白质合成的场所，由大小亚基组成， 小亚基与小亚基与mRNA结合，核糖体上有结合，核糖体上有P P位位 和和A A位，是形成肽键的中心位，是形成肽键
17、的中心302009年诺贝尔化学奖年诺贝尔化学奖“核糖体核糖体(Ribosome)的结构和功能研究的结构和功能研究”万卡特拉曼万卡特拉曼-莱马克里斯南莱马克里斯南（美）（美）托马斯托马斯-施泰茨施泰茨（美）（美）阿达阿达-尤纳斯尤纳斯（以）（以）31三、三、tRNAtRNA是氨基酸的运载工具及蛋白质生是氨基酸的运载工具及蛋白质生物合成的适配器物合成的适配器ntRNA的作用的作用运运载载氨氨基基酸酸：氨氨基基酸酸各各由由其其特特异异的的tRNA携携带带，一一种种氨氨基基酸酸可可有有几几种种对对应应的的tRNA，氨氨基基酸酸结结合合在在tRNA的的3 -CCA的位置，结合需要的位置，结合需要ATP供
18、能；供能；充充当当“适适配配器器”：每每种种tRNA的的反反密密码码子子决决定定了了所所携携带带的的氨基酸能准确地在氨基酸能准确地在mRNA上对号入座。上对号入座。Mahlon Hoagland (1921- 2009)“发现发现tRNA” Francis Crick （1916-2004） “提出提出tRNA适配器假说适配器假说”32James Watson (1928-)Francis Crick（1916-2004）Nature ( 1953) 1 page 1 figure提出提出tRNAtRNA应接器假说应接器假说Watson:Ideas are more important tha
19、n facts.New ideas need new facts.Never be in a room where you are the brightest person.Choose a field ahead of time but expecting to get an answer in reasonable time 33二级结构二级结构三级结构三级结构反密码环反密码环氨基酸臂氨基酸臂ntRNA的构象的构象cloverleaf34tRNA的功能：的功能： 通过通过3-CCA-OH将氨基酸带到蛋白质合成场将氨基酸带到蛋白质合成场所，通过反密码子将氨基酸正确就位。所，通过反密码子将氨基
20、酸正确就位。tRNA二级结构与功能的关系？二级结构与功能的关系？35四、蛋白质生物合成需要酶类、四、蛋白质生物合成需要酶类、蛋白质因子等蛋白质因子等（一）重要的酶类（一）重要的酶类氨氨基基酰酰-tRNA合合成成酶酶(aminoacyltRNA synthetase)，催化氨基酸的活化；催化氨基酸的活化；转转肽肽酶酶(peptidase)，催催化化核核糖糖体体P位位上上的的肽肽酰酰基基转转移移至至A位位氨氨基基酰酰-tRNA的的氨氨基基上上，使使酰酰基基与与氨氨基基结结合合形形成成肽肽键键; 并并受受释释放放因因子子的的作作用用后后发发生生变变构构，表表现现出出酯酯酶酶的水解活性，使的水解活性，
21、使P位上的肽链与位上的肽链与tRNA分离；分离；转转位位酶酶(translocase)，催催化化核核糖糖体体向向mRNA的的3-端端移移动一个密码子的距离，使下一个密码子定位于动一个密码子的距离，使下一个密码子定位于A位。位。 36转肽活性：转肽活性：将将P P位上的肽酰基转给位上的肽酰基转给A A位位上的氨基，生成肽键上的氨基，生成肽键37（二）蛋白质因子（二）蛋白质因子起始因子（起始因子（initiation factor，IF）延长因子（延长因子（elongation factor，EF）释放因子（释放因子（release factor，RF）38参与参与原核生物原核生物翻译的各种蛋白质
22、因子及其生物学功能翻译的各种蛋白质因子及其生物学功能种种类生物学功能生物学功能起始因子起始因子IF-1占据占据A位防止位防止结合其他合其他tRNAIF-2促促进起始起始tRNA与小与小亚基基结合合IF-3促促进大小大小亚基分离，提高基分离，提高P位位对结合起始合起始tRNA的的敏感性敏感性延延长因子因子EF-Tu促促进氨基氨基酰-tRNA进入入A位，位，结合并分解合并分解GTPEF-Ts调节亚基基EF-G有有转位位酶酶活性活性，促，促进mRNA-肽酰-tRNA由由A位移至位移至P位，促位，促进tRNA卸卸载与与释放放释放因子放因子RF-1特异特异识别UAA、UAG，诱导转肽酶酶转变为酯酶酶RF
23、-2特异特异识别UAA、UGA，诱导转肽酶酶转变为酯酶酶RF-3可与核糖体其他部位可与核糖体其他部位结合，有合，有GTP酶酶活性，能介活性，能介导RF-1及及RF-2与核糖体的相互作用与核糖体的相互作用39参与参与真核生物真核生物翻译的各种蛋白质因子及其生物学功能翻译的各种蛋白质因子及其生物学功能种类种类生物学功能生物学功能起始因子起始因子eIF-1多功能因子，参与多个翻译步骤多功能因子，参与多个翻译步骤eIF-2促进起始促进起始tRNA与小亚基结合与小亚基结合eIF-2B, eIF-3最先结合小亚基，促进大小亚基分离最先结合小亚基，促进大小亚基分离eIF-4AeIF-4F复合物成分，有复合物
24、成分，有RNA解螺旋酶活性，能解除解螺旋酶活性，能解除mRNA5-端的发夹结构，使其与小亚基结合端的发夹结构，使其与小亚基结合eIF-4B结合结合mRNA，促进，促进mRNA扫描定位起始扫描定位起始AUGeIF-4EeIF-4F复合物成分，结合复合物成分，结合mRNA 5帽子帽子eIF-4GeIF-4F复合物成分，结合复合物成分，结合eIF-4E、eIF-3和和PolyA 结合蛋白结合蛋白eIF-5促进各种起始因子从小亚基解离，进而结合大亚基促进各种起始因子从小亚基解离，进而结合大亚基eIF-6促进核糖体分离成大小亚基促进核糖体分离成大小亚基延长因子延长因子eEF1-促进氨基酰促进氨基酰-tR
25、NA进入进入A位，结合分解位，结合分解GTP，相当于，相当于EF-TueEF1-调节亚基，相当于调节亚基，相当于EF-TseEF-2有转位酶活性，促进有转位酶活性，促进mRNA-肽酰肽酰-tRNA由由A位移至位移至P位，促进位，促进tRNA卸载与释放，卸载与释放，相当于相当于EF-G 释放因子释放因子eRF识别所有终止密码子，具有原核生物各类识别所有终止密码子，具有原核生物各类RF的功能的功能40蛋白质生物合成的能源物质为蛋白质生物合成的能源物质为ATP和和GTP;参参与与蛋蛋白白质质生生物物合合成成的的无无机机离离子子有有Mg2+、K+ 等。等。（三）能源物质及离子（三）能源物质及离子41第
26、二节第二节氨基酸的活化氨基酸的活化Activation of Amino Acids氨基酸与特异的氨基酸与特异的tRNA结合形成氨基酰结合形成氨基酰-tRNA的过程的过程称为称为氨基酸的活化氨基酸的活化。参与氨基酸的活化的酶：氨基酰参与氨基酸的活化的酶：氨基酰-tRNA合成酶。合成酶。42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* 活化的部位活化的部位：-COOH* 活化的形式：活化的形式：氨基酰氨基酰-tRNA * 能量能量：-2ATP一、一、 氨基酸活化形成氨基酰氨基酸活化形成氨基酰-tRNA反应过程反应过程43氨基酸氨基酸
27、ATP-E 氨基酰氨基酰-AMP-E PPi 第一步反应第一步反应44第二步反应第二步反应氨基酰氨基酰-AMP-E tRNA氨基酰氨基酰-tRNA AMP E45氨基酰氨基酰-tRNA合成酶的合成酶的3个结合位点个结合位点氨基酸和氨基酸和ATP形成氨基酰腺苷酸形成氨基酰腺苷酸氨基酰转移到氨基酰转移到tRNA上上tRNA负载了氨基酸负载了氨基酸46l氨基酰氨基酰-tRNA合成酶对底物氨基酸和合成酶对底物氨基酸和tRNA都有高度特异性。都有高度特异性。活化：活化：转移：转移：氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶l氨基酰氨基酰-tRNA合成酶具有校正活性。合成酶具有校正活性。动动力力学学校校对对化化学
28、学校校对对47控制识别正确的控制识别正确的tRNA和氨基酸和氨基酸n氨基酰氨基酰-tRNA的表示方法的表示方法丙氨酰丙氨酰-tRNA：Ala-tRNAAla精氨酰精氨酰-tRNA：Arg-tRNAArg甲硫氨酰甲硫氨酰-tRNA： Met-tRNAMet各种氨基酸和对应的各种氨基酸和对应的tRNA结合后形成的结合后形成的氨基酰氨基酰-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氨基酸的三字母缩写氨基酸的三字母缩写 例如：例如：48 tRNAtRNA携带氨基酸的关系：携带氨基酸的关系： 一种一种tRNA-tRNA-只能携带一种氨基酸只能携带一种氨基酸 一种氨基酸一种氨基
29、酸-多种多种tRNAtRNA来携带来携带49二、二、真核生物真核生物起始氨基酰起始氨基酰-tRNA是是Met-tRNAiMet具具有有起起始始功功能能的的tRNAiMet与与甲甲硫硫氨氨酸酸结结合合后后形形成成Met-tRNAiMet，可可以以在在mRNA的的起起始始密密码码子子AUG处处就就位位，参参与与形形成成翻翻译译起起始始复复合合物物。起始密码子只能辨认起始密码子只能辨认Met-tRNAiMet。参参与与肽肽链链延延长长的的tRNAMet和和甲甲硫硫氨氨酸酸结结合合后后生生成成Met-tRNAMet，必必要要时时进进入入核核糖糖体体，为为延延长长中的肽链添加甲硫氨酸。中的肽链添加甲硫氨
30、酸。 起始氨基酰起始氨基酰-tRNA: Met-tRNAiMet 参与肽链延长的甲硫氨酰参与肽链延长的甲硫氨酰-tRNA：Met-tRNAMet50具具有有起起始始功功能能的的tRNAfMet与与甲甲硫硫氨氨酸酸结结合合后后，甲甲硫硫氨氨酸酸很很快快被被甲甲酰酰化化为为N-甲甲酰酰甲甲硫硫氨氨酸酸(N-formyl methionine, fMet)，于于是是形形成成N-甲甲酰酰甲甲硫硫氨氨酰酰-tRNA(fMet-tRNAfMet)，可可以以在在mRNA的的起起始始密密码码子子AUG处处就就位位，参参与与形形成成翻翻译译起起始始复复合合物物。起起始始密密码子只能辨认码子只能辨认fMet-tR
31、NAfMet。 n原核生物原核生物起始氨基酰起始氨基酰-tRNA: fMet-tRNAfMet 51参与肽链延长的甲硫氨酰参与肽链延长的甲硫氨酰-tRNA：Met-tRNAMetfMet-tRNAfMet的的生生成成反反应应由由转转甲甲酰酰基基酶酶催催化化，甲甲酰酰基基从从N10-甲甲酰酰四四氢氢叶叶酸酸转转移移到到甲甲硫硫氨氨酸酸的的-氨基上，反应如下：氨基上，反应如下：52肽链的生物合成过程肽链的生物合成过程 The Biosynthesis Process of Peptide Chain第三节第三节 53肽肽链链的的生生物物合合成成过过程程是是翻翻译译的的中中心心环环节节。翻翻译译时时
32、，从从mRNA的的起起始始密密码码子子AUG开开始始，按按53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，从从N-端端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。 54一、原核生物的肽链合成过程一、原核生物的肽链合成过程起始起始(initiation)延长延长(elongation)终止终止(termination )整个过程可分为整个过程可分为 ：55（一）肽链合成起始（一）肽链合成起始 指指mRNA和起始氨基酰和起始氨基酰-tRNA分别与核糖分别与核糖
33、体结合而形成翻译起始复合物的过程。体结合而形成翻译起始复合物的过程。1. 核糖体大、小亚基分离；核糖体大、小亚基分离；2. mRNA在小亚基上定位结合；在小亚基上定位结合；3. 起始氨基酰起始氨基酰-tRNA的结合；的结合； 4. 核糖体大亚基结合。核糖体大亚基结合。56IF-3IF-11.1.核糖体大小亚基分离核糖体大小亚基分离57IF-3 、IF-1与小亚基结合，与小亚基结合，促进大、小亚基分离促进大、小亚基分离2.2.mRNA在小亚基定位结合在小亚基定位结合( (两种机制）两种机制） mRNA 起始密码子上游起始密码子上游S-D序列序列，与小亚基中的，与小亚基中的16S-rRNA的碱基互
34、补，使的碱基互补，使mRNA与小亚基结合。与小亚基结合。mRNA上上S-D序列后的小核苷酸序列可被序列后的小核苷酸序列可被小亚基蛋白小亚基蛋白rpS-1识别并结合。识别并结合。A U G53IF-3IF-158通通过过RNA-RNA、RNA-蛋蛋白白质质相相互互作作用用，mRNA序序列列上上的的起始起始AUG即可在核糖体小亚基上准确定位而形成复合体。即可在核糖体小亚基上准确定位而形成复合体。 S-DS-D序列序列序列序列（Shine-Dalgarno sequenceShine-Dalgarno sequence）又称又称又称又称核糖体结合位点核糖体结合位点核糖体结合位点核糖体结合位点（rib
35、osomal binding site, RBSribosomal binding site, RBS） mRNAmRNA起始起始起始起始AUG AUG 上游约上游约上游约上游约8-13nt8-13nt部位，存在一段由部位，存在一段由部位，存在一段由部位，存在一段由4-9nt4-9nt组成的组成的组成的组成的一致序列，富含嘌呤碱基，如一致序列，富含嘌呤碱基，如一致序列，富含嘌呤碱基，如一致序列，富含嘌呤碱基，如-AGGAGG-AGGAGG-，称为，称为，称为，称为S-DS-D序列序列序列序列593.3.起始氨基酰起始氨基酰-tRNA(fMet-tRNA-tRNA(fMet-tRNAfMetfM
36、et ) )结合到小亚基结合到小亚基IF-3IF-1IF-2GTPA U G5360fMet-tRNAfMet与与结合了合了GTP的的IF-2一起，一起，识别并并结合合对应于于P位的位的mRNA序列上的序列上的AUG，促促进mRNA的准确就位的准确就位4.4.核糖体大亚基结合，起始复合物形成核糖体大亚基结合，起始复合物形成 （核糖体、（核糖体、mRNAmRNA、 fMet-tRNAfMet ）IF-3IF-1IF-2GTPGDPPiA U G5361结合于结合于IF-2的的GTP被水解，被水解，释放的能量促使释放的能量促使3种种IF释放，释放，同时核糖体大亚基结合同时核糖体大亚基结合,形成起始
37、复合物形成起始复合物起始复合物形成过程起始复合物形成过程IF-3IF-1A U G53IF-2GTPIF-2-GTPGDPPi62指指在在mRNA模模板板的的指指导导下下，氨氨基基酸酸依依次次进进入入核糖体并聚合成多肽链的过程。核糖体并聚合成多肽链的过程。1. 进位进位(positioning)/注册注册(registration)2. 成肽成肽(peptide bond formation)3. 转位转位(translocation) （二）延长（二）延长肽肽链链延延长长在在核核糖糖体体上上连连续续循循环环式式进进行行，又又称称为为核核糖糖体体循循环环(ribosomal cycle)，包包
38、括括以以下下三三步：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。631. 进位进位 又称又称注册注册(registration)，是是指一个氨基酰指一个氨基酰-tRNA按照按照mRNA模板的指令进入并结模板的指令进入并结合到核糖体合到核糖体A位的过程。位的过程。64 进位需要延位需要延长因子因子EF-T(Tu+Ts)参与。参与。 氨基氨基酰-tRNA先与先与EF-Tu-GTP结合合,然后以然后以氨基氨基酰-tRNA-Tu-GTP活性复合物活性复合物形式形式进入并入并结合合A位。位。 6566 进位需要延位需要延长因子因子EF-T(Tu+Ts)参与。参与。 氨基氨
39、基酰-tRNA先与先与EF-Tu-GTP结合合, 再以再以氨基氨基酰-tRNA-Tu-GTP活性复合物形式活性复合物形式进入入并并结合合A位；位； EF-Tu有有GTP酶酶活性，活性，水解水解GTP释能。能。 Tu TsGTPGDPA U G53TuTsGTP进位的反应过程：进位的反应过程：672. 成肽成肽 成肽是在成肽是在转肽酶转肽酶(peptidase)的催化下，核糖的催化下，核糖体体P位上起始氨基酰位上起始氨基酰-tRNA的的N-甲酰甲硫氨酰基甲酰甲硫氨酰基或肽酰或肽酰-tRNA的的肽酰基肽酰基转移到转移到A位并与位并与A位上氨位上氨基酰基酰-tRNA的的-氨基氨基结合形成肽键的过程。
40、结合形成肽键的过程。 68成肽成肽69E位位fMetfMet转肽酶催化的肽键形成的过程转肽酶催化的肽键形成的过程成肽的反应过程成肽的反应过程3. 转位转位 转位是在转位是在转位酶转位酶的催化下，核糖体向的催化下，核糖体向mRNA的的3-端移动一个密码子的距离，使端移动一个密码子的距离，使mRNA序列上的序列上的下一个密码子进入核糖体的下一个密码子进入核糖体的A位、而占据位、而占据A位的肽位的肽酰酰-tRNA移入移入P位的过程位的过程, 而卸载的而卸载的tRNA则移入则移入E位。位。 延长因子延长因子EF-G有有转位酶（转位酶（translocase）活性。活性。7172转位转位E位位fMetf
41、Met转位的反应过程转位的反应过程E位位fMetfMet转位的反应过程转位的反应过程fMetA U G53fMetTuGTP成肽成肽转位转位下一轮进位下一轮进位75进进位位转转位位成肽成肽肽链合成延长肽链合成延长(核糖体循环核糖体循环)过程过程76（三）终止（三）终止 指核糖体指核糖体A位位出现出现mRNA的的终止密码子终止密码子后，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中释出，中释出，mRNA、核糖体大、小亚基等分离的过程。、核糖体大、小亚基等分离的过程。 终止阶段需要终止阶段需要释放因子释放因子RF-1、 RF-2和和 RF-3参与参与。 77RF-3可结合核糖
42、体其他部位，有可结合核糖体其他部位，有GTP酶活性，能酶活性，能介导介导RF-1、RF-2与核糖体的相互作用。与核糖体的相互作用。 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-1特异识别特异识别UAA、UAG； RF-2特异识别特异识别UAA、UGA。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位的位的tRNA之间之间的酯键水解，使肽链从核糖体上释放。的酯键水解，使肽链从核糖体上释放。78U A G53RFCOO-原核肽链合成终止过程原核肽链合成终止过程 RF结合结合终止密码子终止密码子后核糖体构象改变，后核糖体构象改变，酯酶
43、活性水解酯键，释出合成的肽链酯酶活性水解酯键，释出合成的肽链，并促使并促使mRNA、tRNA及及RF从核糖体脱离从核糖体脱离79原原核核肽肽链链合合成成终终止止过过程程 80耗能耗能？二、真核生物的肽链合成过程二、真核生物的肽链合成过程（一）起始（一）起始1. 核糖体大小亚基分离；核糖体大小亚基分离；2. 起始氨基酰起始氨基酰-tRNA的结合；的结合； 3. mRNA在小亚基定位结合；在小亚基定位结合；4. 核糖体大亚基结合。核糖体大亚基结合。81MetMet40S40S60S60SMeMet tMetMet40S40S60S60SmRNAeIF-2BeIF-2B、eIF-3eIF-3、 eI
44、F-6 elF-3elF-3GDP+Pi各种各种各种各种elFelF释放释放释放释放elF-5ATPADP+PielF4E, elF4G, elF4A, elF4B, PABMetMet-tRNAiMet-elF-2 -GTP真核生物翻译起始真核生物翻译起始复合物形成过程复合物形成过程82真真核核生生物物肽肽链链合合成成的的延延长长过过程程与与原原核核生生物物基本相似，但有不同的反应体系和延长因子。基本相似，但有不同的反应体系和延长因子。另另外外，真真核核细细胞胞核核糖糖体体没没有有E位位，转转位位时时卸载的卸载的tRNA直接从直接从P位脱落。位脱落。（二）延长（二）延长83（三）终止（三）终
45、止 真核生物翻译终止过程与原核生物相似，真核生物翻译终止过程与原核生物相似，但只有但只有1个释放因子个释放因子eRF，可识别所有终止密码，可识别所有终止密码子，完成原核生物各类子，完成原核生物各类RF的功能。的功能。 84Movie-02 多聚核糖体的形成可以使蛋白质生物合多聚核糖体的形成可以使蛋白质生物合成以高速度、高效率进行。成以高速度、高效率进行。多聚核糖体多聚核糖体(polysome) 1条条mRNA模板链都可附着模板链都可附着10100个核个核糖体，这些核糖体依次结合起始密码子并沿糖体，这些核糖体依次结合起始密码子并沿53方向读码移动，同时进行肽链合成，这方向读码移动，同时进行肽链合
46、成，这种种mRNA与多个核糖体形成的聚合物称为多与多个核糖体形成的聚合物称为多聚核糖体聚核糖体(polysome) 。 85多聚核糖体多聚核糖体(原核和真核生物原核和真核生物)一条一条mRNAmRNA上同时结合多个核糖体进行蛋白质多肽链合成上同时结合多个核糖体进行蛋白质多肽链合成86电镜下的多聚核糖体电镜下的多聚核糖体87原核生物与真核生物肽链合成过程的主要差别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mRNA一条一条mRNA编码几种蛋白质（编码几种蛋白质（多顺反子多顺反子） 一条一条mRNA编码一种蛋白质（编码一种蛋白质（单顺反子单顺反子）转录后很少加工转录后很
47、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mRNA的降解可同时发生的降解可同时发生mRNA在核内合成，加工后进入胞液，再在核内合成，加工后进入胞液，再作为模板指导翻译作为模板指导翻译核糖体核糖体30S小亚基小亚基50S大亚基大亚基 70S核糖体核糖体40S小亚基小亚基60S大亚基大亚基 80S核糖体核糖体起始起始阶段段起始氨基酰起始氨基酰-tRNA为为fMet-tRNAfMet起始氨基酰起始氨基酰-tRNA为为Met-tRNAiMet核糖体小亚基先与核糖体小亚基先与mRNA结合结合,再与再与fMet-tRNAfMet结合结合核糖体小亚基先与核糖体小亚基先与M
48、et-tRNAiMet结合，再结合，再与与mRNA结合结合mRNA中的中的S-D序列与序列与16S rRNA 3 -端端的一段序列结合的一段序列结合mRNA中的帽子结构与帽子结合蛋白复合中的帽子结构与帽子结合蛋白复合物结合物结合有有3种种IF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10种种eIF参与起始复合物的形成参与起始复合物的形成延延长阶段段延长因子为延长因子为EF-Tu、EF-Ts和和EF-G延长因子为延长因子为eEF-1、eEF-1和和eEF-2终止止阶段段释放因子为释放因子为RF-1、RF-2和和RF-3释放因子为释放因子为eRF88第四节第四节蛋白质翻译后修饰和靶向输送
49、蛋白质翻译后修饰和靶向输送Posttranslational Modification and Targeting Transfer of Protein89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)。翻译后修饰包括：翻译后修饰包括： （1）多肽链折叠为天然的三维构象；）多肽链折叠为天然的三维构象； （2）对肽链一级结构的修饰；）对肽链一级
50、结构的修饰； （3）空间结构的修饰等。）空间结构的修饰等。 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。翻译后修饰翻译后修饰90一、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，新新生肽链的折叠在肽链合成中、合成后完成，新生肽链生肽链N-端在核糖体上一出现，肽链的折叠即端在核糖体上一出现，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，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、模序产生正确的二级结构、模序(motif)
51、、结构域、结构域(domain)到形成完整空间构象。到形成完整空间构象。一般认为，多肽链自身氨基酸顺序储存着蛋白质一般认为，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。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成，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而需要其他酶和蛋白质辅助。91n几种具有促进蛋白质折叠功能的大分子几种具有促进蛋白质折叠功能的大分子:1.分子伴侣分子伴侣 (molecular chaperon): 热休克蛋白热休克蛋白(heat shock protein, HSP)和伴侣蛋白和伴侣蛋
52、白(chaperonin) 2.蛋白质二硫键异构酶蛋白质二硫键异构酶 (protein disulfide isomerase, PDI)3. 肽肽-脯氨酰顺反异构酶脯氨酰顺反异构酶 (peptide prolyl-cis-trans isomerase, PPI)921. 分子伴侣分子伴侣(molecular chaperon):分子伴侣是细胞内一类可识别肽链的非天分子伴侣是细胞内一类可识别肽链的非天然构象、促进各功能域和整体蛋白质的正确折然构象、促进各功能域和整体蛋白质的正确折叠的保守蛋白质。叠的保守蛋白质。 n分子伴侣的功能：分子伴侣的功能：封闭待折叠蛋白质的暴露的疏水区段；封闭待折叠蛋
53、白质的暴露的疏水区段；创建一个隔离的环境，可以使蛋白质的折叠创建一个隔离的环境，可以使蛋白质的折叠互不干扰；互不干扰；促进蛋白质折叠和去聚集；促进蛋白质折叠和去聚集；遇到应激刺激，使已折叠的蛋白质去折叠。遇到应激刺激，使已折叠的蛋白质去折叠。 93 热休克蛋白热休克蛋白(heat shock protein, HSP)热休克蛋白属于应激反应性蛋白质，高温应激可热休克蛋白属于应激反应性蛋白质，高温应激可诱导该蛋白质合成。热休克蛋白可促进需要折诱导该蛋白质合成。热休克蛋白可促进需要折叠的多肽折叠为有天然空间构象的蛋白质。叠的多肽折叠为有天然空间构象的蛋白质。 热休克蛋白包括热休克蛋白包括HSP70
54、(Dna K)、HSP40(Dna J)和和GrpE三族。三族。94 它有两个主要功能域：它有两个主要功能域：一一个个是是存存在在于于N-端端的的高高度度保保守守的的ATP酶酶结结构构域域，能能结合和水解结合和水解ATP；另另一一个个是是存存在在于于C-端端的的多多肽肽链链结结合合结结构构域域。蛋蛋白白质质的折叠需要这两个结构域的相互作用。的折叠需要这两个结构域的相互作用。 大肠杆菌的大肠杆菌的HSP70 (Dna K)ATP酶肽链结合结构域H2NEEVD-COOHGrp E结合部位结合部位DnaJ/HSP40结合部位结合部位95大肠杆菌中的大肠杆菌中的HSP70 反应循环反应循环96DnaJ
55、与未折叠蛋白与未折叠蛋白质结合，合，将多将多肽导向向DnaK-ATP复合物，复合物，并与并与DnaK结合合DnaJ激活激活DnaK的的ATP酶酶, 水解水解ATP生成生成ADP，产生生DnaJ-DnaK-ADP-多多肽复合物复合物在在Grp E作用下，作用下，ATP与与ADP交交换，复合物解离，复合物解离，释放折叠蛋白放折叠蛋白质二、蛋白质一级结构修饰主要是二、蛋白质一级结构修饰主要是肽键水解肽键水解和和化学修饰化学修饰 （一）肽链（一）肽链N-端和端和C-端有切除和化学修饰端有切除和化学修饰（二）各种氨基酸残基可进行多种化学修饰（二）各种氨基酸残基可进行多种化学修饰 1糖基化糖基化 2羟基化
56、羟基化 3甲基化甲基化 4磷酸化磷酸化 5二硫键形成二硫键形成 6亲脂性修饰亲脂性修饰97三、空间结构修饰包括三、空间结构修饰包括亚基聚合和亚基聚合和辅基连接辅基连接结合蛋白质合成后都需要结合相应辅基，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。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，形成寡聚体通过非共价键聚合，形成寡聚体(oligomer)。（一）通过（一）通过非共价键亚基聚合非共价键亚基聚合形成具有四级结构形成具有四级结构的蛋白质的蛋白质（二）辅基连接后形成完整的结合蛋白质（二）
57、辅基连接后形成完整的结合蛋白质98 蛋白质的靶向输送蛋白质的靶向输送 (protein targeting) 蛋蛋白白质质合合成成后后被被定定向向输输送送到到其其发发挥挥作作用的靶位点的过程用的靶位点的过程。99合成后蛋白质可被靶向输送至细胞合成后蛋白质可被靶向输送至细胞特定部位特定部位 蛋蛋白白质质在在核核糖糖体体上上合合成成后后，定定向向输输送送到到一一个个合合适适的的部部位位才才能能行行使使各各自自的的生生物物学学功功能能。蛋蛋白白质质的靶向输送与翻译后修饰过程同步进行。的靶向输送与翻译后修饰过程同步进行。 蛋白质合成后的三种去向：蛋白质合成后的三种去向： 保留在胞液，保留在胞液， 进入
58、细胞器，进入细胞器， 分泌到胞外。分泌到胞外。100所所有有靶靶向向输输送送的的蛋蛋白白质质结结构构中中存存在在分分选选信信号号，主主要要是是N末末端端特特异异氨氨基基酸酸序序列列，可可引引导导蛋蛋白白质质转转移移到到细细胞胞的的适适当当靶靶部部位位，这这类类序序列列称称为为信信号号序列序列(signal sequence)。 蛋蛋白白质质肽肽链链的的N-端端有有一一长长度度为为13-36个个氨氨基基酸酸残残基的信号序列称为基的信号序列称为信号肽信号肽(signal peptide)。信信号号序序列列是是决决定定蛋蛋白白质质靶靶向向输输送送特特性性的的最最重重要要元元件件，提提示示指指导导蛋蛋
59、白白质质靶靶向向输输送送的的信信息息存存在在于于蛋白质自身的一级结构中。蛋白质自身的一级结构中。 （一）靶向输送的蛋白质（一）靶向输送的蛋白质N-端存在信号序列端存在信号序列101N-端端含含1个个或或几几个个带带正正电电荷荷的的碱碱性性氨氨基基酸酸残残基基，如如赖赖氨酸氨酸K、精氨酸、精氨酸R；中中段段为为疏疏水水核核心心区区，主主要要含含疏疏水水的的中中性性氨氨基基酸酸，如如亮氨酸、异亮氨酸等；亮氨酸、异亮氨酸等；C-端端加加工工区区由由一一些些极极性性相相对对较较大大、侧侧链链较较短短的的氨氨基基酸酸（如如甘甘氨氨酸酸、丙丙氨氨酸酸、丝丝氨氨酸酸）组组成成，紧紧接接着着是是被被信号肽酶信
60、号肽酶(signal peptidase)裂解的位点裂解的位点 。n信号肽信号肽有以下共性：有以下共性：102Gnter Blobel（1936-） 1999年诺贝尔生理医学奖年诺贝尔生理医学奖“信号肽信号肽的发现的发现”103靶向输送到细胞核的蛋白质其多肽链内含有特异靶向输送到细胞核的蛋白质其多肽链内含有特异信号序列，称为信号序列，称为核定位序列核定位序列(nuclear localization sequence, NLS) 。NLS为含为含48个氨基酸残基的短序列，富含带正个氨基酸残基的短序列，富含带正电荷的赖氨酸、精氨酸和脯氨酸，可位于肽链的电荷的赖氨酸、精氨酸和脯氨酸，可位于肽链的不
61、同部位，而不只在不同部位，而不只在N末端。末端。不同的不同的NLS间未发现共有序列；间未发现共有序列； 在蛋白质进核定在蛋白质进核定位后，位后，NLS不被切除。不被切除。 n核定位序列核定位序列104n信号肽引导分泌型蛋白质进入内质网信号肽引导分泌型蛋白质进入内质网105（1）合成蛋白质信号肽）合成蛋白质信号肽（2）核糖体）核糖体-多肽多肽-SRP复合物形成复合物形成（3）结合信号肽识别颗粒）结合信号肽识别颗粒SRP受体受体（4）新生蛋白质信号肽插入内质网膜）新生蛋白质信号肽插入内质网膜（5）转位进入内质网腔，信号肽被酶降解）转位进入内质网腔，信号肽被酶降解（6）多肽链折叠）多肽链折叠106J
62、. Nanosci. Nanotechnol. 2010, 6534NLS107体内肿瘤细胞靶体内肿瘤细胞靶向快速输送抗癌向快速输送抗癌药物及生物成像药物及生物成像试剂的试剂的DNA纳米纳米火车火车Tan et al. PNAs, 2013, in press第五节第五节蛋白质生物合成的干扰和抑制蛋白质生物合成的干扰和抑制Interference and Inhibition of Protein Biosynthesis108蛋白质生物合成是很多抗生素和某些毒素的作用靶蛋白质生物合成是很多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、原核生物蛋白质点。抗生素等就是通过阻断真核、原核生
63、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。过程而起作用的。 可针对蛋白质生物合成必需的关键组分作为研究新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、原核生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、筛选仅对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病原微生物特效而不损害人体的药物。 109一、许多抗生素通过抑制蛋白质生一、许多抗生素通过抑制蛋白质生物合成发挥作用物合成发挥作用抗抗生生素素(antibiotics)是是一
64、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，可可阻阻断断细细菌菌蛋蛋白白质质合合成成而而抑抑制制细细菌菌的的生生长长和和繁繁殖殖，对对宿宿主主无无毒毒性性的的抗抗生生素素可可用用于于预预防防和和治治疗疗人人、动动物物和和植物的感染性疾病。植物的感染性疾病。110影响翻译起始的抗生素：影响翻译起始的抗生素：螺旋霉素（影响螺旋霉素（影响mRNA在在核糖体上定位）核糖体上定位）影响翻译延长的抗生素：影响翻译延长的抗生素： 干扰进位的抗生素：干扰进位的抗生素：四环素四环素引起读码错误的抗生素引起读码错误的抗生素 ：链霉素链霉素影响肽键形成的抗生素：影响肽键形成的抗生素：嘌
65、呤霉素，氯霉素，放线菌酮嘌呤霉素，氯霉素，放线菌酮 影响转位的抗生素：影响转位的抗生素：大观霉素大观霉素 111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、真核核糖体小原核、真核核糖体小亚基亚基 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 原核核糖体小亚基原核核糖体小亚基 抑制氨基酰抑制氨基酰-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 原核核糖体小亚基原核核糖体小亚基 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
66、氯霉素、林可霉素、红霉素素、红霉素 原核核糖体大亚基原核核糖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、真核核糖体原核、真核核糖体 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 真核核糖体大亚基真核核糖体大亚基 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 抑制抑制EF-G、阻止转位、阻止转位抗菌药抗菌药壮观霉素壮观霉素原核核糖体小亚基原核核糖体小亚基 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
67、蛋白质生物合成的原理与应用112四环素族：四环素族：结合结合A位，位，阻止进位阻止进位氯霉素：结合氯霉素：结合50S，阻止肽键形成阻止肽键形成链霉素和卡那霉素：与链霉素和卡那霉素：与30S结合，结合，改变改变A位上密码子，使错配位上密码子，使错配嘌呤霉素：进嘌呤霉素：进入入A位，脱落位，脱落中断合成中断合成放线菌酮：放线菌酮：抑制转肽酶活性抑制转肽酶活性113真核真核真、原核真、原核二、其他干扰蛋白质生物合成的物质二、其他干扰蛋白质生物合成的物质某某些些毒毒素素能能在在肽肽链链延延长长阶阶段段阻阻断断蛋蛋白白质质合合成成而而呈呈现现毒毒性性，如如白白喉喉毒毒素素是是真真核核细细胞胞蛋蛋白白质质
68、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eEF-2发发生生ADP糖糖基基化化共共价价修修饰饰，生生成成eEF-2腺苷二磷酸核糖衍生物，腺苷二磷酸核糖衍生物，使使eEF-2失活失活。（一）毒素（一）毒素1白喉毒素白喉毒素(diphtheria toxin) 114白喉毒素的作用机理：白喉毒素的作用机理：白白喉喉毒毒素素+延长因子延长因子-2（有活性有活性）延长因子延长因子-2（无活性无活性）115ADP糖基化共价修饰糖基化共价修饰2蓖麻蛋白蓖麻蛋白(ricin) 蓖蓖麻麻蛋蛋白白是是蓖蓖麻麻籽籽中中所所含含的的植植物物糖糖蛋蛋白白，由由A、B两条多肽链组成。两条多肽链
69、组成。A链链是是一一种种蛋蛋白白酶酶，可可作作用用于于真真核核生生物物核核糖糖体体大大亚亚基基的的28S rRNA，催催化化其其中中特特异异腺腺苷苷酸酸发发生生脱脱嘌嘌呤呤基基反反应应，使使28S rRNA降降解解，使使核核糖糖体体大大亚亚基基失失活；活；B链链对对A链链发发挥挥毒毒性性具具有有重重要要的的促促进进作作用用，且且B链链上上的的半半乳乳糖糖结结合合位位点点也也是是毒毒素素发发挥挥毒毒性性作作用用的的活活性部位。性部位。116（二）干扰素（二）干扰素干干扰扰素素(interferon, 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
70、用用的的蛋蛋白白质质，可可抑抑制病毒的繁殖。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，每每类类各各有有亚亚型型，分别具有其特异作用。分别具有其特异作用。 117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RNA存存在在时时，能能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-2磷磷酸酸化化而而失活失活，从而抑制病毒蛋白质合成；，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RNA
71、共共同同活活化化特特殊殊的的2-5寡寡聚聚腺腺苷苷酸酸（2-5A）合合成成酶酶，催催化化ATP聚聚合合，生生成成单单核核苷苷酸酸间间以以2-5磷磷酸酸二二酯酯键键连连接接的的2-5A，经经2-5A活活化化核核酸酸内内切切酶酶RNase L，后后者者可可降降解解病病毒毒mRNA，从从而而阻断病毒蛋白质合成。阻断病毒蛋白质合成。 118干扰素的作用机制干扰素的作用机制:干扰素诱导的干扰素诱导的蛋白激酶蛋白激酶dsRNA1. 干扰素诱导干扰素诱导eIF2磷酸化而失活磷酸化而失活（PK活化）活化）ATPeIF2ADPeIF2-P（失活）（失活）Pi磷酸酶磷酸酶1192. 干扰素诱导病毒干扰素诱导病毒R
72、NA降解降解dsRNA干扰素干扰素AAPAPPPP2 5 2 5 5 2 - 5 AAPPPATP2-5A合成酶合成酶降解降解mRNARNaseLRNaseL活化活化120寡聚腺苷酸寡聚腺苷酸本章重要知识点本章重要知识点蛋白质生物合成（翻译）的概念蛋白质生物合成（翻译）的概念蛋白质生物合成的物质基础：蛋白质生物合成的物质基础：mRNA、tRNA、核糖体在翻、核糖体在翻译过程中的作用；译过程中的作用；遗传密码的特点遗传密码的特点蛋白质合成的三个过程蛋白质合成的三个过程: (1) 氨基酸的活化氨基酸的活化; (2) 肽链的合成；肽链的合成；(3) 肽链合成后的折叠加工、修饰、蛋白质的靶向运输肽链合
73、成后的折叠加工、修饰、蛋白质的靶向运输氨基酰氨基酰-tRNA合成酶的作用特点合成酶的作用特点 原核、真核生物翻译过程的异同原核、真核生物翻译过程的异同分子伴侣的作用，翻译后修饰的形式分子伴侣的作用，翻译后修饰的形式信号肽及其作用，各类蛋白质靶向输送的特点信号肽及其作用，各类蛋白质靶向输送的特点抗生素、毒素和干扰素抑制翻译的机制抗生素、毒素和干扰素抑制翻译的机制121复习题复习题1.核糖体循环核糖体循环2.遗传密码的特点遗传密码的特点3.三种三种RNA在翻译中的作用在翻译中的作用122123mRNA从细胞核进入细胞质的有趣过程从细胞核进入细胞质的有趣过程In vivo imaging of la
74、belled endogenous -actin mRNA during nucleocytoplasmic transportNature, 2010, 604-407 分子通过核孔在细胞核与细胞质之间进行穿梭运分子通过核孔在细胞核与细胞质之间进行穿梭运动。研究人。研究人员用黄色用黄色荧光蛋白光蛋白标记信使信使RNA分子，分子，用用红色色荧光蛋白光蛋白标记核孔，通核孔，通过高速高速摄像机将信使像机将信使RNA分子通分子通过核孔的核孔的过程拍程拍摄下来，从而揭示了下来，从而揭示了信使信使RNA分子通分子通过核孔从核孔从细胞核胞核进入入细胞胞质的的动态机制。机制。 研究中研究中发现肌肌强强直性直性营养不良养不良患者的患者的细胞胞mRNA沉沉积在在细胞核里，而无法胞核里，而无法进入入细胞胞质。nature 2010 604 movie 4
