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1、第十二章 蛋白质的生物合成（翻译）Chapter 12 Protein Biosynthesis，Translation蛋白质的生物合成翻译12Transla蛋蛋白白质质的的生生物物合合成成过过程程，就就是是将将DNA传传递递给给mRNA的的遗遗传传信信息息，再再具具体体转转译译为为蛋蛋白白质质中中氨氨基基酸酸排排列列顺顺序序的的过过程程，这这一一过过程程被被称称为为翻翻译译（translation）。蛋白质的生物合成翻译12Transla第一节 蛋白质生物合成体系Section 1 Protein Biosynthesis System蛋白质的生物合成翻译12Transla20种氨基酸种氨基
2、酸(AA)作为原料作为原料酶及众多蛋白因子，如酶及众多蛋白因子，如IF、EF、RF供能物质（供能物质（ATP、GTP）、无机离子）、无机离子参与蛋白质生物合成的物质参与蛋白质生物合成的物质三种三种RNAmRNA（messengerRNA,信使信使RNA）rRNA（ribosomalRNA,核蛋白体核蛋白体RNA）tRNA（transferRNA,转移转移RNA）蛋白质的生物合成翻译12Transla一、一、mRNAmRNA模板及遗传密码模板及遗传密码mRNA是是翻译的直接模板。翻译的直接模板。遗遗传传学学将将编编码码一一个个多多肽肽的的遗遗传传单单位位称称为为顺顺反反子子（cistron）。原
3、原核核细细胞胞中中数数个个结结构构基基因因常常串串联联为为一一个个转转录录单单位位，转转录录生生成成的的mRNA可可编编码码几几种种功功能能相相关关的的蛋白质，为蛋白质，为多顺反子（多顺反子（polycistron）。真真核核mRNA只只编编码码一一种种蛋蛋白白质质，为为单单顺顺反反子子（singlecistron）。蛋白质的生物合成翻译12Transla多顺反子与单顺反子多顺反子与单顺反子蛋白质的生物合成翻译12TranslamRNA上的遗传密码上的遗传密码作作为为指指导导蛋蛋白白质质生生物物合合成成的的模模板板，mRNA中中每每三三个个相相邻邻的的核核苷苷酸酸组组成成三三联联体体，代代表表
4、一一个个氨氨基基酸的信息，此三联体就称为酸的信息，此三联体就称为密码密码（codon）。）。遗传密码共有遗传密码共有64种，其中：种，其中：起始密码（起始密码（initiationcodon）:AUG终止密码（终止密码（terminationcodon）:UAA，UAG，UGA 蛋白质的生物合成翻译12Transla标准的通用遗传密码表标准的通用遗传密码表蛋白质的生物合成翻译12Transla从从mRNA5 端起始密码子端起始密码子AUG到到3 端终端终止密码子之间的核苷酸序列，各个三联体密码止密码子之间的核苷酸序列，各个三联体密码连续排列编码一个蛋白质多肽链，称为连续排列编码一个蛋白质多肽链
5、，称为开放阅开放阅读框（读框（openreadingframe,ORF）。AUGUAAORF蛋白质的生物合成翻译12Transla遗传密码具有以下特点：遗传密码具有以下特点：连续性连续性；简并性简并性；通用性通用性；方向性方向性；摆动性摆动性。蛋白质的生物合成翻译12Transla1. 1. 连续性（连续性（commalesscommaless）：）：遗传密码的特点遗传密码的特点指编码蛋白质氨基酸序列的各个三联体密码连指编码蛋白质氨基酸序列的各个三联体密码连续阅读，密码间既无间断也无交叉。续阅读，密码间既无间断也无交叉。蛋白质的生物合成翻译12Transla遗传密码的连续性遗传密码的连续性蛋白
6、质的生物合成翻译12Transla基因损伤引起基因损伤引起mRNA开放阅读框内的碱基发生开放阅读框内的碱基发生插入或缺失，可能导致插入或缺失，可能导致框移突变（框移突变（frameshiftmutation）。蛋白质的生物合成翻译12Transla2. 2. 简并性（简并性（degeneracydegeneracy）：）：遗传密码中，除色氨酸和甲硫氨酸仅有一个密遗传密码中，除色氨酸和甲硫氨酸仅有一个密码子外，其余氨基酸有码子外，其余氨基酸有2、3、4个或多至个或多至6个个三联体为其编码。三联体为其编码。同一氨基酸存在多个不同的遗传密码的现象称同一氨基酸存在多个不同的遗传密码的现象称为遗传密码的
7、为遗传密码的简并性简并性。遗传密码的简并性在保持遗传稳定性上具有重遗传密码的简并性在保持遗传稳定性上具有重要意义。要意义。蛋白质的生物合成翻译12Transla遗传密码的简并性遗传密码的简并性蛋白质的生物合成翻译12Transla3. 3. 通用性（通用性（universaluniversal）：）：蛋白质生物合成的整套密码，从原核生物到蛋白质生物合成的整套密码，从原核生物到人类都通用。人类都通用。已发现少数例外，如动物细胞的线粒体、植已发现少数例外，如动物细胞的线粒体、植物细胞的叶绿体等。物细胞的叶绿体等。密码的通用性进一步证明各种生物进化自同密码的通用性进一步证明各种生物进化自同一祖先。一
8、祖先。蛋白质的生物合成翻译12Transla4. 4. 方向性（方向性（directiondirection）：）：指阅读指阅读mRNA模板上的三联体密码时，只能沿模板上的三联体密码时，只能沿53方向进行。方向进行。蛋白质的生物合成翻译12Transla5. 5. 摆动性（摆动性（wobblewobble）：）：转运氨基酸的转运氨基酸的tRNA的反密码需要通过碱基互的反密码需要通过碱基互补与补与mRNA上的遗传密码上的遗传密码反平行配对反平行配对结合，但结合，但反密码与密码之间常常不严格遵守碱基配对规反密码与密码之间常常不严格遵守碱基配对规律，称为律，称为摆动配对摆动配对。蛋白质的生物合成翻译
9、12Transla密码子与反密码子的摆动配对密码子与反密码子的摆动配对tRNA反密码子反密码子第第1位碱基位碱基IUGACmRNA密码子密码子第第3位碱基位碱基U,C,AA,GU,CUG蛋白质的生物合成翻译12TranslaU摆动配对现象示意图摆动配对现象示意图蛋白质的生物合成翻译12Transla核核蛋蛋白白体体是是多多肽肽链链合合成成的的场场所所，是是由由多多种种rRNA与蛋白质组装形成的复合体。与蛋白质组装形成的复合体。二、二、rRNArRNA和核蛋白体和核蛋白体蛋白质的生物合成翻译12Transla核核蛋蛋白白体体的的组组成成蛋白质的生物合成翻译12Transla大肠杆菌核蛋白体的空间
10、大肠杆菌核蛋白体的空间结构为一椭圆球体，其结构为一椭圆球体，其30S亚基呈哑铃状，亚基呈哑铃状，50S亚基带有三角，中间凹陷亚基带有三角，中间凹陷形成空穴，将形成空穴，将30S小亚基小亚基抱住，两亚基的结合面为抱住，两亚基的结合面为蛋白质生物合成的场所。蛋白质生物合成的场所。 蛋白质的生物合成翻译12Transla1 1三个与三个与tRNAtRNA结合的位点：结合的位点：A位位：又又称称受受位位或或氨氨酰酰基基位位，可可与与新新进进入入的的氨基酰氨基酰tRNA结合；由大、小亚基成分构成。结合；由大、小亚基成分构成。P位位：又又称称给给位位或或肽肽酰酰基基位位，可可与与延延伸伸中中的的肽酰基肽酰
11、基tRNA结合；由大、小亚基成分构成。结合；由大、小亚基成分构成。E位位：又又称称排排出出位位，空空载载tRNA脱脱离离核核蛋蛋白白体体前的结合位点；主要由大亚基成分构成。前的结合位点；主要由大亚基成分构成。核蛋白体大、小亚基的功能核蛋白体大、小亚基的功能蛋白质的生物合成翻译12Transla原核生物翻译过程中核蛋白体结构模式原核生物翻译过程中核蛋白体结构模式A位：氨基酰位位：氨基酰位(aminoacylsite)P位：肽酰位位：肽酰位(peptidylsite)E位：排出位位：排出位(exitsite)蛋白质的生物合成翻译12Transla2. 2. 与与模模板板mRNAmRNA和和起起始始
12、tRNAtRNA结结合合位位点点：主主要要与与小小亚基有关。亚基有关。3. 3. 转转肽肽酶酶活活性性：将将给给位位上上的的肽肽酰酰基基转转移移给给受受位位上上的氨基酰的氨基酰tRNA，形成肽键；由大亚基成分构成。，形成肽键；由大亚基成分构成。蛋白质的生物合成翻译12Transla4. 4. GTPaseGTPase活活性性：水水解解GTP，获获得得能能量量；分分别别由由大大、小亚基成分构成。小亚基成分构成。5. 5. 起动因子、延长因子及释放因子的结合位点起动因子、延长因子及释放因子的结合位点：分别由大、小亚基成分构成。分别由大、小亚基成分构成。蛋白质的生物合成翻译12Transla在蛋白质
13、生物合成过程中，常常由若干核蛋白在蛋白质生物合成过程中，常常由若干核蛋白体结合在同一体结合在同一mRNA分子上，同时进行翻译，分子上，同时进行翻译，但每两个相邻核蛋白之间存在一定的间隔，形但每两个相邻核蛋白之间存在一定的间隔，形成念球状结构。成念球状结构。由若干核蛋白体结合在一条由若干核蛋白体结合在一条mRNA上同时进行上同时进行多肽链的翻译所形成的念球状结构称为多肽链的翻译所形成的念球状结构称为多聚核多聚核蛋白体（蛋白体（polysome）。 蛋白质的生物合成翻译12Transla多聚核蛋白体示意图多聚核蛋白体示意图电镜下的多聚核蛋白体电镜下的多聚核蛋白体蛋白质的生物合成翻译12Transl
14、a氨基酸臂氨基酸臂反密码环反密码环三、三、tRNAtRNA与氨基酸的活化与氨基酸的活化蛋白质的生物合成翻译12TranslatRNAtRNA的三级结构示意图的三级结构示意图蛋白质的生物合成翻译12Transla氨基酸的氨基酸的活化活化与与携带携带反应由反应由氨基酰氨基酰tRNA合成合成酶酶催化。催化。特定的特定的tRNA与相应的氨基酸结合，生成氨基与相应的氨基酸结合，生成氨基酰酰tRNA，从而由，从而由tRNA携带活化的氨基酸参与携带活化的氨基酸参与蛋白质的生物合成。蛋白质的生物合成。（一）氨基酰（一）氨基酰-tRNA-tRNA合成酶合成酶氨基酸氨基酸 + tRNA氨基酰氨基酰- tRNAAT
15、P AMPPPi氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶蛋白质的生物合成翻译12Transla tRNA tRNA与酶结合的模型与酶结合的模型tRNA氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶ATP蛋白质的生物合成翻译12Transla氨基酰氨基酰tRNA合成酶催化的反应合成酶催化的反应氨基酸氨基酸ATP-E氨基酰氨基酰-AMP-EPPi 第一步：活化反应第一步：活化反应蛋白质的生物合成翻译12Transla第二步：连接反应第二步：连接反应氨基酰氨基酰-AMP-E tRNA 氨基酰氨基酰-tRNA AMP E蛋白质的生物合成翻译12Transla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
16、tRNA都有都有高度特异性。高度特异性。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（proof-readingactivity）。）。氨基酰氨基酰-tRNA的表示方法：的表示方法：Ala-tRNAAlaSer-tRNASerMet-tRNAMet蛋白质的生物合成翻译12Transla能能够够识识别别mRNA中中5端端起起始始密密码码AUG的的tRNA是一种特殊的是一种特殊的tRNA，称为，称为起始起始tRNA。在在原原核核生生物物中中，起起始始tRNA是是一一种种携携带带甲甲酰酰蛋蛋氨氨酸酸的的tRNA，即即fMet-tRNAifmet；而而在在真真核核生生物物中中，起起始始
17、tRNA是是一一种种携携带带蛋蛋氨氨酸酸的的tRNA，即即Met-tRNAimet。在在原原核核生生物物和和真真核核生生物物中中，均均存存在在另另一一种种携携带带蛋蛋氨氨酸酸的的tRNA，识识别别非非起起动动部部位位的的蛋蛋氨氨酸酸密密码码AUG。 （二）起始（二）起始tRNAtRNA蛋白质的生物合成翻译12Transla与多肽链合成起始有与多肽链合成起始有关的蛋白因子称为关的蛋白因子称为起起始因子（始因子（initiationfactor，IF）。四、起始因子（四、起始因子（IFIF）蛋白质的生物合成翻译12Transla原核生物中存在原核生物中存在3种种起始因子，分别称为起始因子，分别称为
18、IF1-3。在真核生物中存在在真核生物中存在9种种起始因子（起始因子（eIF）。）。IF的作用主要是促进核蛋白体小亚基与起始的作用主要是促进核蛋白体小亚基与起始tRNA及模板及模板mRNA结合。结合。 蛋白质的生物合成翻译12Transla原核和真核生物中各种起始因子的生物功能原核和真核生物中各种起始因子的生物功能蛋白质的生物合成翻译12Transla与多肽链合成的延伸过与多肽链合成的延伸过程有关的蛋白因子称为程有关的蛋白因子称为延长因子（延长因子（elongationfactor，EF）。五、延长因子（五、延长因子（EFEF）EF-Tu bound with ribosome蛋白质的生物合成
19、翻译12Transla原核生物中存在原核生物中存在3种种延长因子（延长因子（EF-TU，EF-TS，EF-G），真核生物中存在），真核生物中存在2种种（EF1，EF2）。）。EF的作用主要促使氨基酰的作用主要促使氨基酰tRNA进入核蛋白的受进入核蛋白的受体，并可促进移位过程。体，并可促进移位过程。蛋白质的生物合成翻译12Transla多肽链合成的延长因子多肽链合成的延长因子 蛋白质的生物合成翻译12Transla与多肽链合成终止并使与多肽链合成终止并使之从核蛋白体上释放相之从核蛋白体上释放相关的蛋白因子称为关的蛋白因子称为释放释放因子（因子（releasefactor，RF）。六、释放因子（六
20、、释放因子（RFRF）Eukaryotic release factor蛋白质的生物合成翻译12TranslaRF在原核生物中有在原核生物中有3种种，在真核生物中只有，在真核生物中只有1种种。原核生物释放因子：原核生物释放因子：RF-1，RF-2，RF-3真核生物释放因子：真核生物释放因子：eRF蛋白质的生物合成翻译12TranslaRF的生物学功能主要有：的生物学功能主要有：识别终止密码，如识别终止密码，如RF-1特异识别特异识别UAA、UAG；而；而RF-2可识别可识别UAA、UGA。诱导转肽酶改变为酯酶活性，相当于催化诱导转肽酶改变为酯酶活性，相当于催化肽酰基转移到水分子肽酰基转移到水分
21、子-OH上，使肽链从核上，使肽链从核蛋白体上释放。蛋白体上释放。蛋白质的生物合成翻译12Transla多多肽肽链链合合成成时时，需需ATP、GTP作作为为供供能能物物质质，并需并需Mg2+、K+参与。参与。氨氨基基酸酸活活化化时时需需消消耗耗2分分子子高高能能磷磷酸酸键键，肽肽键键形形成成时时又又消消耗耗2分分子子高高能能磷磷酸酸键键，故故缩缩合合一一分分子氨基酸残基需消耗子氨基酸残基需消耗4分子高能磷酸键分子高能磷酸键。 七、供能物质和无机离子七、供能物质和无机离子蛋白质的生物合成翻译12Transla第二节 蛋白质生物合成过程Section 2 The Process of Protein
22、 Biosynthesis蛋白质的生物合成翻译12Transla蛋白质生物合成过程包括三大步骤：蛋白质生物合成过程包括三大步骤：氨基酸的活化与搬运；氨基酸的活化与搬运；活化氨基酸在核蛋白体上的缩合；活化氨基酸在核蛋白体上的缩合；多肽链合成后的加工修饰。多肽链合成后的加工修饰。本节主要介绍活化氨基酸在核蛋白体上的缩合本节主要介绍活化氨基酸在核蛋白体上的缩合过程，这一过程包括多肽链合成的过程，这一过程包括多肽链合成的起始起始、延长延长和和终止终止三个阶段。三个阶段。蛋白质的生物合成翻译12Transla包括以下几个步骤：包括以下几个步骤：核蛋白体大小亚基分离；核蛋白体大小亚基分离；mRNA在小亚基
23、定位结合；在小亚基定位结合；起始氨基酰起始氨基酰-tRNA的结合；的结合；核蛋白体大亚基结合。核蛋白体大亚基结合。一、多肽链合成的起始阶段一、多肽链合成的起始阶段（一）原核生物翻译起始复合物形成（一）原核生物翻译起始复合物形成蛋白质的生物合成翻译12TranslaIF-3IF-11. 1. 核蛋白体大、小亚基分离：核蛋白体大、小亚基分离：IF-1和和IF-3与小亚基结合，促进核蛋白体大、小与小亚基结合，促进核蛋白体大、小亚基拆离，为新一轮合成作准备。亚基拆离，为新一轮合成作准备。蛋白质的生物合成翻译12TranslaA U G53IF-3IF-12. mRNA2. mRNA在小亚基的精确定位结
24、合：在小亚基的精确定位结合：蛋白质的生物合成翻译12TranslaS-D序列序列原核原核mRNA的起始部位由一段富含嘌呤的特殊的起始部位由一段富含嘌呤的特殊核苷酸顺序组成，称为核苷酸顺序组成，称为S-D序列序列（核蛋白体结合（核蛋白体结合位点，位点，RBS）。）。而原核而原核16SrRNA存在一段富含嘧啶的序列，二存在一段富含嘧啶的序列，二者之间可通过碱基配对，使者之间可通过碱基配对，使mRNA与核蛋白体小与核蛋白体小亚基结合。亚基结合。蛋白质的生物合成翻译12Transla在在mRNA上紧接上紧接S-D序列之后的序列，可被核序列之后的序列，可被核蛋白体小亚基蛋白蛋白体小亚基蛋白rpS-1辨认
25、结合。辨认结合。通过上述两种机制，使通过上述两种机制，使mRNA能与核蛋白体小能与核蛋白体小亚基精确定位结合。亚基精确定位结合。蛋白质的生物合成翻译12TranslaIF-2GTP3. 3. 起始氨基酰起始氨基酰tRNA( fMet-tRNAtRNA( fMet-tRNAi imetmet ) )结合到小亚基结合到小亚基IF-3IF-1A U G53起始起始fMet-tRNAimet以及以及IF2-GTP一起，识别结一起，识别结合小亚基合小亚基P位，并对应模板位，并对应模板mRNA的起始密码的起始密码AUG。蛋白质的生物合成翻译12TranslaIF-3IF-1IF-2-GTP-GDPPi4.
26、 4. 核蛋白体大亚基结合，起始复合体形成：核蛋白体大亚基结合，起始复合体形成：A U G53IF2结合的结合的GTP被水解，三种被水解，三种IF脱离，脱离，50S大亚大亚基与基与30S小亚基、模板小亚基、模板mRNA以及起始以及起始fMet-tRNAifMet构成起始复合体。构成起始复合体。蛋白质的生物合成翻译12Transla（二）真核生物翻译起始复合体形成（二）真核生物翻译起始复合体形成真核生物翻译起始复合体的形成过程与原核生真核生物翻译起始复合体的形成过程与原核生物类似，但参与的蛋白因子更多。物类似，但参与的蛋白因子更多。核蛋白体大小亚基分离；核蛋白体大小亚基分离；起始氨基酰起始氨基酰
27、-tRNA结合；结合；mRNA在核蛋白体小亚基就位；在核蛋白体小亚基就位；核蛋白体大亚基结合。核蛋白体大亚基结合。蛋白质的生物合成翻译12Translametmet40S40S60S60SMeMet tMetMet40S40S60S60SmRNAeIF-2BeIF-2B、eIF-3eIF-3、 eIF-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体形成过程复合体形成过程蛋白质的生物合成
28、翻译12Transla多多肽肽链链合合成成的的延延长长阶阶段段由由一一循循环环反反应应过过程程来来完完成成，即即核核蛋蛋白白体体循循环环；每每次次循循环环增增加加一一个个氨氨基基酸残基。酸残基。二、多肽链合成的延长阶段二、多肽链合成的延长阶段蛋白质的生物合成翻译12Transla活化氨基酸在核蛋白体上反复翻译活化氨基酸在核蛋白体上反复翻译mRNA上的上的密码并缩合生成多肽链的循环反应过程，称为密码并缩合生成多肽链的循环反应过程，称为核蛋白体循环核蛋白体循环（ribosomalcycle）。核蛋白体循环包括多肽链合成的核蛋白体循环包括多肽链合成的进位进位、成肽成肽和和转位转位三步反应。三步反应。
29、蛋白质的生物合成翻译12Transla1. 1. 进位（进位（entranceentrance）：）：又称又称注册（注册（registra-tion），即，即与与mRNA下下一个密码相对应的氨基一个密码相对应的氨基酰酰tRNA进入核蛋白体的进入核蛋白体的A位。位。此步骤需此步骤需GTP，Mg2+，和，和EF-T参与。参与。蛋白质的生物合成翻译12Transla2. 2. 成肽（成肽（peptide bond formationpeptide bond formation）：）：成肽是由成肽是由转肽酶（转肽酶（transpeptidase）催化的肽催化的肽键形成过程。键形成过程。在转肽酶的催化下
30、，将在转肽酶的催化下，将P位位上的上的tRNA所携带的所携带的甲酰蛋氨酰基甲酰蛋氨酰基或或肽酰基肽酰基转移到转移到A位位上的氨基酰上的氨基酰tRNA上，与其上，与其 -氨基缩合形成肽键。氨基缩合形成肽键。此步骤需此步骤需Mg2+，K+。蛋白质的生物合成翻译12Transla成肽反应过程成肽反应过程蛋白质的生物合成翻译12Transla3. 3. 转位（转位（translocationtranslocation）：）：延长因子延长因子EF-G有有转位酶（转位酶（translocase）活性，活性，可促进核蛋白体向可促进核蛋白体向mRNA的的3侧移动相当于一侧移动相当于一个密码的距离，同时使个密码
31、的距离，同时使肽酰基肽酰基tRNA从从A位位移到移到P位位。此步骤需此步骤需GTP和和Mg2+参与。参与。蛋白质的生物合成翻译12Transla转位反应过程转位反应过程蛋白质的生物合成翻译12Transla此时，核蛋白体的此时，核蛋白体的A位留空，与下一个密码相位留空，与下一个密码相对应的氨基酰对应的氨基酰tRNA即可再进入，重复以上循即可再进入，重复以上循环过程，使多肽链不断延长。环过程，使多肽链不断延长。已失去蛋氨酰基或肽酰基的已失去蛋氨酰基或肽酰基的tRNA从核蛋白体从核蛋白体E位上脱落。位上脱落。蛋白质的生物合成翻译12Transla进进位位转转位位成肽成肽核蛋白体循环的反应过程核蛋白
32、体循环的反应过程蛋白质的生物合成翻译12Transla核核蛋蛋白白体体沿沿mRNA链链滑滑动动，不不断断使使多多肽肽链链延延长长，直到终止信号进入直到终止信号进入A位。位。1 1识识别别：RF识识别别终终止止密密码码，进进入入核核蛋蛋白白体体的的A位。位。2 2水水解解：RF使使转转肽肽酶酶变变为为酯酯酶酶，多多肽肽链链与与tRNA之间的酯键被水解，多肽链释放。之间的酯键被水解，多肽链释放。3. 3. 脱脱离离：模模板板mRNA、RF以以及及空空载载tRNA与与核蛋白体脱离。核蛋白体脱离。三、肽链合成的终止阶段三、肽链合成的终止阶段蛋白质的生物合成翻译12Transla多多肽肽链链合合成成的的
33、终终止止过过程程 蛋白质的生物合成翻译12Transla多肽链合成终止演示多肽链合成终止演示U A G53RFCOO-蛋白质的生物合成翻译12Transla第三节 蛋白质合成后加工和输送Section 3 Posttranslational Processing & Transportation of Protein蛋白质的生物合成翻译12Transla从核蛋白体释放出的新生多肽链不具备蛋白质从核蛋白体释放出的新生多肽链不具备蛋白质生物活性，必需经过不同的翻译后复杂加工过生物活性，必需经过不同的翻译后复杂加工过程才转变为天然构象的功能蛋白。程才转变为天然构象的功能蛋白。主要包括：主要包括：多肽
34、链折叠为天然的三维结构肽链；多肽链折叠为天然的三维结构肽链；一级结构的修饰；一级结构的修饰；高级结构修饰。高级结构修饰。蛋白质的生物合成翻译12Transla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，新生肽链新生肽链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。可随着序列的不断延伸肽链逐步折叠，即开始。可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、结构域到形成完产生正确的二级结构、模序、结构域到形成完整的空间构象。整的空间构象。一般认为，多肽链自身氨基酸顺序储存着蛋白一般认为，多肽链自身氨基酸顺序储存着蛋白质折叠的
35、信息，即一级结构是空间构象的基础。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、蛋白辅助。而需要其他酶、蛋白辅助。一、多肽链折叠为天然功能构象的蛋白质一、多肽链折叠为天然功能构象的蛋白质蛋白质的生物合成翻译12Transla几种有促进蛋白折叠功能的大分子几种有促进蛋白折叠功能的大分子分子伴侣（分子伴侣（molecularchaperon）；）；蛋白二硫键异构酶（蛋白二硫键异构酶（proteindisulfideisomerase,PDI）；）；肽肽-脯氨酰顺反异构酶（脯氨酰顺反异构酶（peptidep
36、rolylcis-transisomerase,PPI）。）。蛋白质的生物合成翻译12Transla1. 1. 分子伴侣：分子伴侣：分子伴侣分子伴侣是细胞内一类保守蛋白质，可识别多肽是细胞内一类保守蛋白质，可识别多肽链的非天然构象，促进各功能域和整体蛋白质的链的非天然构象，促进各功能域和整体蛋白质的正确折叠。包括：正确折叠。包括：热休克蛋白热休克蛋白（heatshockprotein,HSP）：）：HSP70、HSP40和和GreE族族伴侣素（伴侣素（chaperonins）：）：GroEL和和GroES家族家族蛋白质的生物合成翻译12Transla2. 2. 蛋白二硫键异构酶：蛋白二硫键异构
37、酶：多肽链内或肽链之间二硫键的正确形成对稳定多肽链内或肽链之间二硫键的正确形成对稳定分泌蛋白、膜蛋白等的天然构象十分重要，这分泌蛋白、膜蛋白等的天然构象十分重要，这一过程主要在细胞内质网进行。一过程主要在细胞内质网进行。二硫键异构酶二硫键异构酶在内质网腔中活性很高，可在较在内质网腔中活性很高，可在较大区段肽链中催化错配二硫键断裂并形成正确大区段肽链中催化错配二硫键断裂并形成正确二硫键连接，最终使蛋白质形成热力学最稳定二硫键连接，最终使蛋白质形成热力学最稳定的天然构象。的天然构象。蛋白质的生物合成翻译12Transla3. 3. 肽酰肽酰- -脯氨酰顺反异构酶：脯氨酰顺反异构酶：多肽链中肽酰多肽
38、链中肽酰-脯氨酸间形成的肽键有顺反两脯氨酸间形成的肽键有顺反两种异构体，空间构象明显差别。种异构体，空间构象明显差别。肽酰肽酰-脯氨酰顺反异构酶脯氨酰顺反异构酶可促进上述顺反两种可促进上述顺反两种异构体之间的转换。异构体之间的转换。肽酰肽酰-脯氨酰顺反异构酶脯氨酰顺反异构酶是蛋白质三维构象形是蛋白质三维构象形成的限速酶，在肽链合成需形成顺式构型时，成的限速酶，在肽链合成需形成顺式构型时，可使多肽在各脯氨酸弯折处形成准确折叠。可使多肽在各脯氨酸弯折处形成准确折叠。蛋白质的生物合成翻译12TranslaN端端甲甲酰酰蛋蛋氨氨酸酸或或蛋蛋氨氨酸酸残残基基，必必须须在在多多肽肽链链折迭成一定的空间结构
39、之前被切除。折迭成一定的空间结构之前被切除。二、一级结构的加工修饰二、一级结构的加工修饰去甲酰化：去甲酰化：甲酰化酶甲酰化酶甲酰蛋氨酸甲酰蛋氨酸-肽肽甲酸甲酸+蛋氨酸蛋氨酸-肽肽去蛋氨酰基：去蛋氨酰基：蛋氨酸氨基肽酶蛋氨酸氨基肽酶蛋氨酰蛋氨酰-肽肽蛋氨酸蛋氨酸+肽肽 （一）（一）N N端甲酰蛋氨酸或蛋氨酸的切除端甲酰蛋氨酸或蛋氨酸的切除蛋白质的生物合成翻译12Transla由专一性的蛋白酶催化，将部分肽段切除。由专一性的蛋白酶催化，将部分肽段切除。（二）氨基酸的共价修饰（二）氨基酸的共价修饰由专一性的酶催化进行修饰，包括糖基化、羟由专一性的酶催化进行修饰，包括糖基化、羟基化、磷酸化、甲酰化等。
40、基化、磷酸化、甲酰化等。（三）多肽链的水解修饰（三）多肽链的水解修饰蛋白质的生物合成翻译12Transla鸦片促黑皮质素原鸦片促黑皮质素原(POMC)(POMC)的水解修饰的水解修饰NC信号肽信号肽PMOCKRKR103肽肽 ( ？)ACTH -LT -MSH -MSHEndophin蛋白质的生物合成翻译12Transla三、空间结构的修饰三、空间结构的修饰（一）亚基的聚合（一）亚基的聚合具有四级结构的蛋白质由两条以上的多肽链通具有四级结构的蛋白质由两条以上的多肽链通过非共价键聚合形成寡聚体。过非共价键聚合形成寡聚体。（二）辅基的连接（二）辅基的连接结合蛋白合成后需要结合相应的辅基才能成结合蛋
41、白合成后需要结合相应的辅基才能成为具有天然活性的蛋白质。为具有天然活性的蛋白质。蛋白质的生物合成翻译12Transla某些蛋白质需要在肽链的特定位点区价连接一某些蛋白质需要在肽链的特定位点区价连接一个疏水性的脂链，并借此嵌入膜脂双层。个疏水性的脂链，并借此嵌入膜脂双层。（三）疏水脂链的共价连接（三）疏水脂链的共价连接蛋白质的生物合成翻译12Transla蛋白质合成后，定向地被输送到其执行功能的蛋白质合成后，定向地被输送到其执行功能的场所称为场所称为靶向输送（靶向输送（proteintargeting）。大多数情况下，被输送的蛋白质分子需穿过膜大多数情况下，被输送的蛋白质分子需穿过膜性结构，才能
42、到达特定的地点。性结构，才能到达特定的地点。四、蛋白质合成后的靶向输送四、蛋白质合成后的靶向输送蛋白质的生物合成翻译12Transla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，主主要要为为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，这这一一序序列列称称为为信信号号序列（序列（signalsequence）。）。蛋白质的生物合成翻译12Transla（一）分泌型蛋白的靶向输送（一）分泌型蛋白的靶向输送真核细胞分泌型蛋白前体合成后的靶向输送过真核细胞分泌型蛋白前体合成后的靶向输送过程首先要进入内质
43、网。程首先要进入内质网。各种新生分泌蛋白的各种新生分泌蛋白的N端有保守的氨基酸序列，端有保守的氨基酸序列，引导分泌蛋白进入内质网，称为引导分泌蛋白进入内质网，称为信号肽（信号肽（signalpeptide）。1. 1. 信号肽：信号肽：蛋白质的生物合成翻译12Transla常常见见的的信信号号肽肽由由1040个个氨氨基基酸酸残残基基组组成成，可可分分为为三三段段。N端端为为带带正正电电荷荷的的氨氨基基酸酸残残基基，中中间间为为疏疏水水的的核核心心区区，而而C端端由由小小分分子子氨氨基基酸酸残残基组成。接着是信号肽酶的裂解位点。基组成。接着是信号肽酶的裂解位点。在在蛋蛋白白质质被被分分泌泌后后，
44、信信号号肽肽序序列列可可被被信信号号肽肽酶酶识别并裂解。识别并裂解。蛋白质的生物合成翻译12Transla常见分泌型蛋白质的信号肽序列常见分泌型蛋白质的信号肽序列蛋白质的生物合成翻译12Transla2. 2. 分泌型蛋白进入内质网的过程：分泌型蛋白进入内质网的过程：分泌型蛋白的定向输送，就是靠信号肽与胞浆分泌型蛋白的定向输送，就是靠信号肽与胞浆中的中的信号肽识别颗粒（信号肽识别颗粒（SRP）识别并特异结合，识别并特异结合，然后再通过然后再通过SRP与膜上的与膜上的对接蛋白（对接蛋白（DP）或或SRP受体受体识别并结合后，将所携带的蛋白质送识别并结合后，将所携带的蛋白质送出细胞。出细胞。 蛋白
45、质的生物合成翻译12Transla信号肽引导分泌型蛋白进入内质网信号肽引导分泌型蛋白进入内质网 蛋白质的生物合成翻译12Transla（二）线粒体蛋白的靶向输送（二）线粒体蛋白的靶向输送 蛋白质的生物合成翻译12Transla（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翻译12Transla第四节 蛋白质生物合成的干扰和抑制Section 4 Interference & Inhibition of Protein Biosynthesis蛋白质的生物合成翻译12Transla一、抗生素类一、抗生素类抗生素抑制蛋白质生物合成的原理抗生素抑制蛋白质生物合成的原理 蛋白质的生物合成翻译12Transla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如白喉毒素如白喉毒素(diphtheriatoxin)，可使真核生，可使真核生物延长因子物延长因子eEF-2发生发生ADP糖基化失活，阻断糖基化失活，阻断肽链合成的延长过程。肽链合成的延长过程。（一）毒素（一）毒素（toxintoxin）蛋白质的生物合成翻译12Transla（二）干扰素（二）干扰素干扰素能诱导特异的蛋白激酶，使真核生物起干扰素能诱导特异的蛋白激酶，使真核生物起始因子始因子eIF2磷酸化失活，抑制病毒蛋白质合成。磷酸化失活，抑制病毒蛋白质合成。蛋白质的生物合成翻译12Transla
