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1、第十二章第十二章第十二章第十二章蛋白质的生物合成蛋白质的生物合成蛋白质的生物合成蛋白质的生物合成蛋白质的生物合成(7)蛋白质的生物合成，也称翻译，蛋白质的生物合成，也称翻译，它指在活细胞内的核蛋白体上，它指在活细胞内的核蛋白体上，以以mRNA为模板，为模板，20种氨基酸种氨基酸为原料，为原料，tRNA为搬运工具，生为搬运工具，生物合成蛋白质的过程物合成蛋白质的过程蛋白质的生物合成(7)翻译的基本过程为翻译的基本过程为3个阶段：起始、个阶段：起始、延长、终止延长、终止蛋白质前体合成后，还必须经过翻译蛋白质前体合成后，还必须经过翻译后加工才能成为具有生物功能的蛋白后加工才能成为具有生物功能的蛋白质
2、质蛋白质定向运输到相应部位发挥作用蛋白质定向运输到相应部位发挥作用蛋白质的生物合成(7)第一节第一节第一节第一节蛋白质生物合成体系蛋白质生物合成体系蛋白质生物合成体系蛋白质生物合成体系蛋白质的生物合成(7)mRNAtRNArRNA和多种蛋白质和多种蛋白质多种生物大分子多种生物大分子蛋白质的生物合成(7)一、一、mRNA（一）（一）mRNA的特点的特点1 原核原核mRNA多顺反子多顺反子（polycistronic）蛋白质的生物合成(7)顺反子（顺反子（cistron）：）： 编码一个多肽链的遗传单位编码一个多肽链的遗传单位转录后无需特别加工；转录未完转录后无需特别加工；转录未完成时翻译即开始成
3、时翻译即开始蛋白质的生物合成(7)蛋白质的生物合成(7)2 真核真核mRNA单顺反子单顺反子（monocistronic）hnRNA加工修饰后成为成熟的加工修饰后成为成熟的mRNA蛋白质的生物合成(7)（二）遗传密码（二）遗传密码1 遗传密码（遗传密码（genetic codon） 概念：在概念：在mRNA信息区内从信息区内从53每三个相邻的核苷酸组每三个相邻的核苷酸组成一个三联体，编码一种氨基成一个三联体，编码一种氨基酸，称为该氨基酸的遗传密码酸，称为该氨基酸的遗传密码蛋白质的生物合成(7)蛋白质的生物合成(7)2 个数：个数：64个个3 分类分类终止密码（终止密码（UAA，UAG，UGA）
4、有意义密码（其余有意义密码（其余61种密码）种密码）起始密码（起始密码（AUG） 还可编码蛋氨酸还可编码蛋氨酸蛋白质的生物合成(7) 4 开放阅读框架（开放阅读框架（ORF） Opening reading frame 从从mRNA 5端起始密码子端起始密码子AUG到到3端终止密码子之间的核端终止密码子之间的核苷酸序列，各个三联体密码连续苷酸序列，各个三联体密码连续排列编码一个蛋白质多肽链，称排列编码一个蛋白质多肽链，称为开放阅读框架为开放阅读框架蛋白质的生物合成(7)5 遗传密码的特点遗传密码的特点连续性连续性A 密码子必须连续阅读，无间隔和标密码子必须连续阅读，无间隔和标点符号点符号B m
5、RNA分子中分子中53密码子的排列密码子的排列顺序决定了蛋白质分子顺序决定了蛋白质分子N端端C端氨基端氨基酸排列顺序酸排列顺序蛋白质的生物合成(7)G C A G U A C A U G U C 丙丙 缬缬 组组 缬缬 CG A G U A C A U G U C. 谷谷 酪酪 蛋蛋 丝丝蛋白质的生物合成(7)蛋白质的生物合成(7)简并性简并性A 每个氨基酸有每个氨基酸有1个（个（Trp、Met）6个密码子（个密码子（Arg、leu、Ser），多数为），多数为24个密码子个密码子B 简并性的实质是密码子第简并性的实质是密码子第3个碱基的个碱基的摇摆性摇摆性蛋白质的生物合成(7)蛋白质的生物合成
6、(7)蛋白质的生物合成(7)通用性通用性 从原核生物到人类均使用同一从原核生物到人类均使用同一套密码的现象套密码的现象摆动性摆动性 密码子与密码子与tRNA反密码子反向配反密码子反向配对咬合，第对咬合，第3位碱基不遵守碱基配对位碱基不遵守碱基配对原则的现象原则的现象蛋白质的生物合成(7)蛋白质的生物合成(7)精氨酸精氨酸蛋白质的生物合成(7)（三）（三）mRNA的功能的功能作为翻译的模板作为翻译的模板蛋白质的生物合成(7)二、二、rRNA（核蛋白体）（核蛋白体）（一）核蛋白体组成及结构（一）核蛋白体组成及结构 1 由多种核蛋白体蛋白质由多种核蛋白体蛋白质和和rRNA组成组成蛋白质的生物合成(7
7、)原核生物生物真核生物生物小亚基小亚基RNAprRNApr16SrRNA21种种18SrRNA33种种大亚基大亚基5SrRNA23SrRNA36种种5SRNA28SRNA5.8SrRNA49种种蛋白质的生物合成(7)蛋白质的生物合成(7)2 A位、位、P位和位和E位位P位位（peptidyl site，肽酰位），又，肽酰位），又称给位（称给位（Donor site）A位位（aminoacyl site，氨基酰位），氨基酰位），又称受位（又称受位（acceptor site）E位位（exit site），是卸载），是卸载tRNA的的排出位排出位蛋白质的生物合成(7)蛋白质的生物合成(7)（二）核
8、蛋白体的功能（二）核蛋白体的功能是翻译进行的场所是翻译进行的场所1 小亚基小亚基结合结合mRNA、起始氨酰、起始氨酰tRNA蛋白质的生物合成(7)2 大亚基大亚基转肽酶：催化形成肽键转肽酶：催化形成肽键 有若干种，是大亚基结合蛋白质的有若干种，是大亚基结合蛋白质的一部分一部分 EF-Tu位点和转位因子位点和转位因子EF-G位点位点蛋白质的生物合成(7)三、三、tRNA蛋白质的生物合成(7)（一）（一）tRNA的功能的功能结合并转运氨基酸结合并转运氨基酸1 氨基酸臂氨基酸臂3 末端末端CCAOH携带氨基酸携带氨基酸蛋白质的生物合成(7)2 反密码环中的反密码子与反密码环中的反密码子与mRNA分子
9、中的密码子按碱分子中的密码子按碱基配对原则反方向咬合基配对原则反方向咬合蛋白质的生物合成(7)蛋白质的生物合成(7)3 DHU环是氨基酰环是氨基酰tRNA合成合成酶的识别位点酶的识别位点4 TC环是核蛋白体的识别位环是核蛋白体的识别位点点蛋白质的生物合成(7)（二）氨基酰（二）氨基酰-tRNA的合成的合成1 氨基酰氨基酰tRNA合成酶合成酶催化特异氨基酸与特异催化特异氨基酸与特异tRNA合成氨基酰合成氨基酰tRNA高专一性，种类多，有校正作高专一性，种类多，有校正作用用蛋白质的生物合成(7) 氨基酸氨基酸tRNAATP 氨基酰氨基酰tRNA合成酶合成酶AMPPPi 氨基酰氨基酰-tRNA蛋白质
10、的生物合成(7)蛋白质的生物合成(7)氨基酰氨基酰-tRNA的表示方法的表示方法Eg： Ala-tRNAAla Ser-tRNASer Met-tRNAMet 蛋白质的生物合成(7)2 肽链起始时的氨基酰肽链起始时的氨基酰-tRNA真核生物真核生物 真核生物与蛋氨酸结合的真核生物与蛋氨酸结合的tRNA至少有至少有2种：种：蛋白质的生物合成(7)tRNAiMet （起始（起始阶段）段） 起始者起始者tRNA (initiator-tRNA)tRNAeMet （延（延长阶段）段）（e：elongation）蛋白质的生物合成(7)AUG53UAAORFMetMet Met-tRNAiMetAUGMe
11、t-tRNAeMet蛋白质的生物合成(7)原核生物原核生物 原核生物的原核生物的起始密码起始密码只能只能辨认辨认N-甲酰蛋氨酸甲酰蛋氨酸蛋白质的生物合成(7) Met-tRNAMetTHFA-CHO 转甲甲酰基基酶酶FH4 fMet-tRNAfMet蛋白质的生物合成(7)四四 、参与翻译的、参与翻译的 其它蛋白因子其它蛋白因子起始因子（起始因子（initiation factor，IF） 原核：原核：IF1、IF2、IF3真核：真核：eIF蛋白质的生物合成(7)延长因子（延长因子（elongation factor，EF）原核：原核：EFTu、EFTs、EFG真核：真核：EF1、EF2蛋白质的
12、生物合成(7)释放因子（释放因子（release factor，RF）原核：原核：RF1、RF2、RF3真核：真核：eRF蛋白质的生物合成(7)第二节第二节第二节第二节蛋白质生物合成过程蛋白质生物合成过程蛋白质生物合成过程蛋白质生物合成过程蛋白质的生物合成(7)翻译过程：起始、延长、终止翻译过程：起始、延长、终止蛋白质合成后的加工修饰蛋白质合成后的加工修饰蛋白质的生物合成(7)一、起始一、起始 指指mRNA和起始氨基酰和起始氨基酰-tRNA分别与核蛋白体结合形成翻分别与核蛋白体结合形成翻译起始复合物的过程译起始复合物的过程蛋白质的生物合成(7)（一）原核起始复合物形成（一）原核起始复合物形成1
13、. IF-3、IF-1与小亚基结合，与小亚基结合，促使大小亚基分离促使大小亚基分离2. mRNA在小亚基上定位结合在小亚基上定位结合蛋白质的生物合成(7)mRNA在小亚基上定位的机制：在小亚基上定位的机制：1）mRNA上的上的S-D序列与小亚基序列与小亚基16-S rRNA 3端的端的UCCU序列序列碱基互补，促使碱基互补，促使mRNA与小亚基与小亚基结合结合蛋白质的生物合成(7) S-D序列序列（Shine-Dalgarno序列）序列） 指位于指位于mRNA起始密码上游起始密码上游813b部位的部位的49b的一致序列，的一致序列，富含嘌呤碱基如富含嘌呤碱基如AGGAGG，又称，又称核蛋白体结
14、合位点核蛋白体结合位点（ribosomal binding site，RBS）蛋白质的生物合成(7)蛋白质的生物合成(7)2）紧随）紧随S-D序列的小核苷酸序列的小核苷酸序列可被核蛋白体小亚基蛋序列可被核蛋白体小亚基蛋白白rpS-1识别结合识别结合蛋白质的生物合成(7)蛋白质的生物合成(7)3 起始氨基酰起始氨基酰-tRNA的结合的结合fMettRNAfMetIF2GTP复复合物辨认结合于合物辨认结合于mRNA起始密起始密码码AUG上，上，fMetRNAfMet定定位于位于P位，位，A位被位被IF-1占据占据蛋白质的生物合成(7)IF1: 占据占据A位位IF2: 促进启始促进启始tRNA与小亚
15、基结合与小亚基结合IF3:促进大小亚基分离促进大小亚基分离蛋白质的生物合成(7) 4 核蛋白体大亚基结合核蛋白体大亚基结合 结合了结合了fMet-tRNAfMet， mRNA 的小亚基与大亚基结合，的小亚基与大亚基结合，3种种IF释放，形成翻译起始复释放，形成翻译起始复合物合物蛋白质的生物合成(7)蛋白质的生物合成(7)（二）真核生物翻译（二）真核生物翻译 起始复合物形成起始复合物形成 与原核生物翻译起始复合物与原核生物翻译起始复合物的形成相似的形成相似蛋白质的生物合成(7)二、肽链的延长二、肽链的延长指根据指根据mRNA密码序列的指导，密码序列的指导，依次添加氨基酸，从依次添加氨基酸，从N端
16、向端向C端延端延伸肽链，直至合成终止伸肽链，直至合成终止蛋白质的生物合成(7)核蛋白体循环核蛋白体循环 即翻译的多肽链延长过程，即翻译的多肽链延长过程，在核蛋白体上，按在核蛋白体上，按mRNA的密的密码子顺序，经码子顺序，经进位、转肽、进位、转肽、移移位三步循环过程，氨基酸缩合位三步循环过程，氨基酸缩合成多肽链的过程成多肽链的过程蛋白质的生物合成(7)（一）进位（一）进位 EFTu、EFTs协助与协助与A位密位密码子对应的特异氨基酰码子对应的特异氨基酰tRNA进进入入A位位 需消耗需消耗1分子分子GTP（1P）蛋白质的生物合成(7)蛋白质的生物合成(7)（二）成肽（二）成肽 转肽酶转肽酶催化催
17、化P位位fMet（或（或肽酰）与肽酰）与A位氨基酰以肽键相位氨基酰以肽键相连，连，P位上的位上的tRNA空载，需空载，需Mg2+、K+蛋白质的生物合成(7)蛋白质的生物合成(7)（三）转位（三）转位 由由EFG（转位酶（转位酶）催化核蛋）催化核蛋白体沿白体沿mRNA由由5 3 移动移动1个密码子的位置，使个密码子的位置，使A位的肽酰位的肽酰tRNA移到移到P位，位，A位空出，卸位空出，卸载的载的tRNA移入移入E位位 需消耗需消耗1分子分子GTP（1P）蛋白质的生物合成(7)蛋白质的生物合成(7)核蛋白体沿核蛋白体沿5 3方向阅读遗方向阅读遗传密码，连续进行进位、成肽、传密码，连续进行进位、成
18、肽、转位的循环过程，每次向肽链转位的循环过程，每次向肽链C端添加端添加1个氨基酸个氨基酸每添加每添加1个氨基酸需个氨基酸需P 4个个蛋白质的生物合成(7)三、终止三、终止1 RF1或或RF2识别并结合定位识别并结合定位于于A位的终止密码子位的终止密码子蛋白质的生物合成(7)蛋白质的生物合成(7)2 RF3使转肽酶变构为酯酶，使转肽酶变构为酯酶，水解水解P位肽酰位肽酰tRNA相连的酯相连的酯键，肽链释出；键，肽链释出；mRNA、tRNA、RF脱落，脱落， IF1和和IF3催化大、小亚基解聚催化大、小亚基解聚蛋白质的生物合成(7)蛋白质的生物合成(7)多聚核蛋白体（多聚核蛋白体（polysome）
19、 1条条mRNA模板链上同时附着模板链上同时附着10100个核蛋白体，依次结合个核蛋白体，依次结合起始密码，并沿起始密码，并沿53方向读码移方向读码移动，同时进行肽链合成的现象动，同时进行肽链合成的现象蛋白质的生物合成(7)蛋白质的生物合成(7)21AUG53蛋白质的生物合成(7)4321AUG53蛋白质的生物合成(7)二、一级结构的修饰二、一级结构的修饰1 肽链肽链N端的修饰端的修饰 切除甲硫氨酸切除甲硫氨酸2 个别氨基酸的共价修饰个别氨基酸的共价修饰 Eg：羟基化、磷酸化、甲基化等：羟基化、磷酸化、甲基化等蛋白质的生物合成(7)3 多肽链的水解修饰多肽链的水解修饰Eg：胰岛素原：胰岛素原胰
20、岛素胰岛素 蛋白酶原蛋白酶原蛋白酶蛋白酶 鸦片促黑皮质素原鸦片促黑皮质素原 ACTH蛋白质的生物合成(7)三、空间结构的修饰三、空间结构的修饰1 亚基聚合亚基聚合2 辅基连接辅基连接3 疏水脂链的共价连接疏水脂链的共价连接蛋白质的生物合成(7)四、蛋白质合成四、蛋白质合成 后的靶向输送后的靶向输送 指蛋白质合成后经复杂的机制，指蛋白质合成后经复杂的机制，定向输送到最终发挥生物功能的目标定向输送到最终发挥生物功能的目标地点地点 由由N端特异的氨基酸序列信号端特异的氨基酸序列信号序列来引导序列来引导蛋白质的生物合成(7)（一）分泌蛋白的靶向输送（一）分泌蛋白的靶向输送 肽链肽链 信号序列引导信号序
21、列引导 内质网内质网 包装进分泌小泡包装进分泌小泡转移、融合到其它部位或分泌出细胞转移、融合到其它部位或分泌出细胞蛋白质的生物合成(7) 1 信号肽信号肽（signal peptide） 各种新生分泌蛋白的各种新生分泌蛋白的N端有保守端有保守的氨基酸序列称为信号肽，由的氨基酸序列称为信号肽，由1336个氨基酸残基组成个氨基酸残基组成蛋白质的生物合成(7) 分分3部分：部分： 碱性碱性N端，含端，含Lys，Arg 疏水核心区，由中性氨基酸疏水核心区，由中性氨基酸Leu、Ile等组成等组成 C端加工区，多含端加工区，多含Gly、Ala、Ser，后接被信号肽酶切开的区段，后接被信号肽酶切开的区段蛋白
22、质的生物合成(7)2 分泌蛋白进入内质网的过程分泌蛋白进入内质网的过程信号肽识别颗粒（信号肽识别颗粒（Signal recognition particles，SRP） 1个个7S-RNA和和6个多肽亚基组成个多肽亚基组成对接蛋白（对接蛋白（docking protein，DP） SRP受体，受体， 位于位于ER膜上膜上蛋白质的生物合成(7)信号肽与信号肽与SRP结合，翻译暂停结合，翻译暂停SRP与与DP结合，膜蛋白通道开放、信号结合，膜蛋白通道开放、信号肽进入通道，翻译重新开始肽进入通道，翻译重新开始信号肽引导合成的多肽链进入信号肽引导合成的多肽链进入RER管腔管腔RER膜管腔面的信号肽酶切
23、除信号肽，膜管腔面的信号肽酶切除信号肽，分泌性蛋白质释放到分泌性蛋白质释放到RER管腔管腔蛋白质的生物合成(7)蛋白质的生物合成(7)（二）线粒体蛋白靶向输送（二）线粒体蛋白靶向输送（三）细胞核蛋白的靶向输送（三）细胞核蛋白的靶向输送蛋白质的生物合成(7)第四节第四节第四节第四节蛋白质生物合成的蛋白质生物合成的蛋白质生物合成的蛋白质生物合成的干扰和抑制干扰和抑制干扰和抑制干扰和抑制蛋白质的生物合成(7)一、抗生素类一、抗生素类四环素族四环素族抑制原核生物氨基酰抑制原核生物氨基酰tRNA与与A位结合位结合氯霉素氯霉素等与原核生物大亚基结等与原核生物大亚基结合，抑制转肽酶合，抑制转肽酶蛋白质的生物
24、合成(7)链霉素链霉素等与原核生物小亚基结合，等与原核生物小亚基结合，引起误读引起误读嘌呤霉素嘌呤霉素与与Tyr-tRNAtyrtyr结构近结构近似，导致肽链过早脱落似，导致肽链过早脱落放线菌酮放线菌酮抑制真核生物转肽酶抑制真核生物转肽酶蛋白质的生物合成(7)二、其它干扰二、其它干扰 蛋白质合成的物质蛋白质合成的物质（一）毒素（一）毒素蛋白质的生物合成(7)1 白喉毒素白喉毒素对真核生物延长因子对真核生物延长因子EF-2有修有修饰作用，使该因子失活饰作用，使该因子失活给予给予NAD可拮抗白喉毒素的作用可拮抗白喉毒素的作用蛋白质的生物合成(7) 2 蓖麻蛋白蓖麻蛋白 催化真核生物大亚基催化真核生物大亚基28S rRNA的特异腺苷酸脱嘌呤，的特异腺苷酸脱嘌呤，使大亚基失活使大亚基失活蛋白质的生物合成(7)（二）干扰素（二）干扰素 （interferon，IF）1 分型分型-型、型、-型、型、-型型蛋白质的生物合成(7)2 作用机制作用机制在双链在双链RNA存在下，存在下，IF激活特异激活特异蛋白激酶，使蛋白激酶，使eIF2磷酸化失活磷酸化失活诱导诱导2-5A合成酶合成，合成酶合成，2,5A 可活化可活化RNase L，降解病，降解病毒毒mRNA蛋白质的生物合成(7)
