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1、第十二章第十二章 蛋白质的生物合成蛋白质的生物合成 蛋白质的生物合成又称翻译，是以蛋白质的生物合成又称翻译，是以mRNAmRNA为模板指点合成蛋白质的过程。为模板指点合成蛋白质的过程。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复杂，有多种物质蛋白质生物合成体系复杂，有多种物质参与合成过程。参与合成过程。 参与蛋白质生物合成的物质参与蛋白质生物合成的物质2020种氨基酸种氨基酸模板模板mRNAmRNA核糖体核糖体rRNA+rRNA+蛋白质蛋白质 tRNAtRNA氨基酸载体氨基酸载体l延伸因子延伸因子l释放因子释放因子l能量物质及离子能量物质及离子l氨基酰氨基酰-tRN
2、A-tRNA合成酶合成酶l起始因子起始因子 一、模板mRNA顺反子：遗传学将编码一个多肽链的遗传单位称为顺反子(cistron)。原核生物多顺反子mRNA：mRNA可为功能相关的几种蛋白质肽链编码，称多顺反子(polycistron)。真核生物单顺反子mRNA：一个mRNA分子只编码一种蛋白质肽链，称单顺反子(monocistron)。l开开放放读读码码框框架架： 从从mRNA mRNA 55端端起起始始密密码码子子AUGAUG到到33端端终终止止密密码码子子UAA(UAG,UGA)UAA(UAG,UGA)之之间间的的核核苷苷酸酸序序列列，称称为为开开放放读读码码框框架架open readin
3、g frame ,ORFopen reading frame ,ORF。l密密码码子子：在在ORFORF中中每每3 3个个相相邻邻碱碱基基组组成成的的三三联联体体，构构成成1 1个个密密码码子子(codon)(codon)，编编码码1 1个氨基酸。个氨基酸。53GG U CCAUCUG A C U A Al遗遗传传密密码码：由由A A、G G、C C、U U四四种种碱碱基基可可组组成成6464种三联体密码子。种三联体密码子。l 起起始始密密码码子子AUGAUG，甲甲硫硫氨氨酸酸密密码码子子) )l 终止密码子终止密码子UAAUAA、UAGUAG、UGAUGA l 其他其他6060种密码子种密码
4、子( (编码编码1919种氨基酸种氨基酸) ) l 图表图表 遗传密密码的特点：的特点：一方向性一方向性directiondirection 密密码子子及及组成成密密码子子的的各各碱碱基基在在mRNAmRNA中中的的陈列具有方向性，列具有方向性，阅读方向是方向是5353方向。方向。二延二延续性性commalesscommaless mRNAmRNA中中密密码子子及及密密码子子的的各各碱碱基基是是延延续陈列列的的，无无间隔隔，又又称称无无标点点性性non-non-punctuationpunctuation三简并性三简并性degeneratedegenerate简简并并性性：指指一一种种氨氨基基
5、酸酸具具有有2 2个个或或2 2个个以以上上密密码码子子。除除色色氨氨酸酸和和甲甲硫硫氨氨酸酸有有1 1个个密密码码子子，其其他氨基酸有他氨基酸有2 2，3 3，4 4个或个或6 6个密码子。个密码子。简简并并密密码码子子：为为同同一一氨氨基基酸酸编编码码的的各各密密码码子子，又又称称同同义义密密码码子子。普普通通简简并并密密码码子子前前2 2位位碱碱基基一一样样，第第3 3位位碱碱基基不不同同。如如苏苏氨氨酸酸ThrThr密密码码子子 。图。图四通用性四通用性universaluniversal 从从最最简简单单的的病病毒毒，不不断断到到人人类类，都运用同一套遗传密码。都运用同一套遗传密码。
6、 仅仅发发现现少少数数例例外外，如如线线粒粒体体中中的的密密码码子子AUAAUA是是起起始始密密码码子子兼兼甲甲硫硫氨氨酸密码子。酸密码子。五摆动性五摆动性wobblewobble mRNAmRNA密密码码子子与与tRNAtRNA反反密密码码子子配配对对，有有时时出出现现不不服服从从碱碱基基配配对对规规律律的的情情况况，称称为为密密码码子的摆动性，又称摆动配对。子的摆动性，又称摆动配对。 常常见见于于密密码码子子第第三三位位和和反反密密码码子子第第一一位位。其能使其能使1 1种种tRNAtRNA识别识别mRNAmRNA多种密码子。图多种密码子。图核核糖糖体体又又称称核核蛋蛋白白体体，由由大大、
7、小小亚亚基基构构成成，每个亚基又含不同的蛋白质和每个亚基又含不同的蛋白质和rRNArRNA。原核生物：原核生物：核糖体核糖体70s=70s=小亚基小亚基30s + 30s + 大亚基大亚基50s50s真核生物：真核生物：核糖体核糖体80s=80s=小亚基小亚基40s + 40s + 大亚基大亚基60s 60s 图图1 1，图，图2 2，图，图3 3二、核糖体二、核糖体三、三、 tRNA tRNAltRNA以以3-CCA-OH结合运载氨基酸。结合运载氨基酸。ltRNA以以反反密密码码环环上上的的反反密密码码子子结结合合mRNA的密码子。的密码子。 图图四、蛋白质合成需求的其他物质四、蛋白质合成需
8、求的其他物质 一重要的酶类一重要的酶类氨基酰氨基酰-tRNA合成酶：位于胞液中。合成酶：位于胞液中。转转肽肽酶酶：位位于于核核糖糖体体大大亚亚基基上上，A位位与与P位位之间。之间。转转位位酶酶：原原核核生生物物位位于于延延伸伸因因子子EF-G中中，真核生物位于延伸因子真核生物位于延伸因子eEF-2中。中。二蛋白质因子二蛋白质因子l起始因子起始因子原核起始因子原核起始因子IF (initiation IF (initiation factor)factor)真核起始因子真核起始因子eIF (eukaryote)eIF (eukaryote)l延伸因子延伸因子l释放因子释放因子原核延伸因子原核延伸
9、因子EF (elongation factor )EF (elongation factor )真核延伸因子真核延伸因子eEF (eukaryote)eEF (eukaryote)原核释放因子原核释放因子RF (release RF (release factor)factor)真核释放因子真核释放因子eRF (eukaryote)eRF (eukaryote)l所需能量物质：所需能量物质：ATP、GTP。l无机离子：无机离子：Mg2+、K+。三能量物质及离子三能量物质及离子第二节第二节 氨基酸的活化氨基酸的活化l氨基酸活化氨基酸活化 氨基酸氨基酸 + tRNA + ATP + tRNA +
10、ATP氨基酰氨基酰-tRNA + AMP + PPi-tRNA + AMP + PPi氨基酰氨基酰-tRNA-tRNA合成酶合成酶tRNA以以3-CCA-OH结合氨基酸构成酯键。结合氨基酸构成酯键。 图图氨基酸与特异氨基酸与特异tRNAtRNA在氨基酰在氨基酰-tRNA-tRNA合成酶催合成酶催化下生成氨基酰化下生成氨基酰-tRNA-tRNA的过程。的过程。l氨基酰氨基酰-tRNA-tRNA合成酶合成酶l aminoacyl-tRNA synthetaseaminoacyl-tRNA synthetasel 1.1.具具有有高高度度特特异异性性：酶酶对对氨氨基基酸酸和和tRNAtRNA能高度特
11、异地识别能高度特异地识别l 2.2.具具有有校校正正活活性性：对对氨氨基基酸酸与与tRNAtRNA出出现的错配加以更正水解酯键。现的错配加以更正水解酯键。 l氨基酰氨基酰-tRNA-tRNA的表示方法的表示方法l Ala-tRNAAla Ala-tRNAAla Met-Met-tRNAeMettRNAeMetl fMet- fMet- tRNAfMet tRNAfMet Met-Met-tRNAiMettRNAiMetl Met-tRNAeMetMet-tRNAeMet识识别别结结合合延延伸伸中中的的AUG AUG ； Met-tRNAiMetMet-tRNAiMet识识别别结结合合真真核核起
12、起始始AUGAUG； fMet-tRNAfMetfMet-tRNAfMet识识别别结结合合原原核核起起始始AUGAUG，称称为为N-N-甲甲酰酰甲甲硫硫氨氨酰酰-tRNA-tRNA。( (生成图生成图) ) 一、原核生物蛋白质合成过程一、原核生物蛋白质合成过程 原原核核生生物物蛋蛋白白质质合合成成过过程程需需多多种种蛋蛋白白质质因子参与，包括：因子参与，包括： 起始因子起始因子IF (intiation factor)IF (intiation factor) 延伸因子延伸因子EF (elongation factor)EF (elongation factor) 释放因子释放因子RF (re
13、lease factor)RF (release factor)第三节第三节 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翻译包括起始、延伸蛋白质生物合成翻译包括起始、延伸和终止三个阶段和终止三个阶段种类种类生物学功能生物学功能起始因子起始因子IF-1结合小亚基，促进大小亚基分离并占据结合小亚基，促进大小亚基分离并占据A位位IF-2与与GTPGTP结合结合fMet-tRNAfMet-tRNAfMetfMet, ,促进结合促进结合AUGAUGIF-3结合小亚基，促进大小亚基分离结合小亚基，促进大小亚基分离延长因子延长因子EF-Tu促进氨基酰促进氨基酰-tRNA进入进入A位，结合并分解位，结
14、合并分解GTPEF-Ts调节亚基调节亚基EF-G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释放因子释放因子RF-1特异识别特异识别UAA、UAG，诱导转肽酶转变为酯酶，诱导转肽酶转变为酯酶RF-2特异识别特异识别UAA、UGA，诱导转肽酶转变为酯酶，诱导转肽酶转变为酯酶RF-3有有GTP酶活性，能介导酶活性，能介导RF-1及及RF-2与核糖体的相与核糖体的相互作用互作用参与原核生物翻译的各种蛋白质因子参与原核生物翻译的各种蛋白质因子1.1.核糖体大小亚基分别核糖体大小亚基分别IF-1IF-1、IF-3IF-3
15、与与小小亚亚基基结结合合，促促使使核核糖糖体体大大小小亚亚基基分分别别。IF-1IF-1结结合合占占据据小小亚亚基基A A位位 图图一起始阶段一起始阶段2.mRNA2.mRNA在小亚基定位结合在小亚基定位结合mRNA结合于小亚基上，此时结合于小亚基上，此时AUG位于位于P位，第位，第二个密码子位于二个密码子位于A位。图位。图lS-D序序 列列 ： 在在 mRNA起起 始始 AUG上上 游游 ， 因因 shine-Dalgarno发现命名，以命名，以AGGA为中心。中心。lUCCU序序列列：在在核核糖糖体体小小亚基基的的16S-rRNA近近3端端，以以UCCU为中心，与中心，与S-D序列互序列互
16、补结合。合。 图lrpS识别序序列列：在在mRNA上上紧邻SD序序列列，可可被被核核糖糖体体小小亚基基蛋蛋白白rpS-1(ribosomal proteins in small subunit)识别结合。合。 图3.3.起始氨基酰起始氨基酰tRNAtRNA的结合的结合fMet-tRNAfMetfMet-tRNAfMet与与IF-2IF-2GTPGTP结合，再识别结结合，再识别结合于合于mRNAmRNA的起始的起始AUGAUG上上 图图 。4.4.核糖体大亚基结合核糖体大亚基结合IF-2IF-2结合的结合的GTPGTP分解，促使分解，促使3 3种种IFIF脱离，核糖脱离，核糖体大亚基结合在小亚基
17、上，构成翻译起始复体大亚基结合在小亚基上，构成翻译起始复合物。此时合物。此时fMet-tRNAfMet fMet-tRNAfMet 位于核糖体的位于核糖体的P P位上，位上，A A位空着。位空着。 图图原核起始动画原核起始动画( (二二) ) 延伸阶段延伸阶段 核糖体循环核糖体循环 ribosomal cycle ribosomal cycle 核糖体循环分三步：核糖体循环分三步： 进位进位positioningpositioning 成肽成肽(peptide bond (peptide bond formation)formation) 转位转位translocationtranslocat
18、ion 每循环每循环1 1次，肽链延伸次，肽链延伸1 1个氨基酸，如此个氨基酸，如此不断反复，直至肽链合成终止。延伸过不断反复，直至肽链合成终止。延伸过程需延伸因子程需延伸因子EFEFelongation factor)elongation factor)参与。参与。 1. 进位进位起始终了时核糖体起始终了时核糖体P位有位有fMet- tRNAfMet，A位空着。位空着。氨基酰氨基酰-tRNA根据根据A位上位上mRNA密码子密码子的指引，进入的指引，进入A位。位。 图图需延伸因子需延伸因子EF-T的协助的协助 。反响图。反响图2. 2. 成肽成肽 转肽酶转肽酶transpeptidasetra
19、nspeptidase：核糖：核糖体大亚基上的蛋白质，位于体大亚基上的蛋白质，位于P P位和位和A A位位之间。之间。 在转肽酶的催化下，将在转肽酶的催化下，将P P位上的位上的fMet-tRNAfMetfMet-tRNAfMet的的N-N-甲酰甲硫氨酰基转甲酰甲硫氨酰基转移到移到A A位上的氨基酰位上的氨基酰-tRNA-tRNA的氨基酰基的氨基酰基上，构成肽键，反响在上，构成肽键，反响在A A位上进展位上进展( (图图) ) 。tRNAfMet tRNAfMet 暂留暂留P P位上。图位上。图 ( (延伸中延伸中P P位上是肽酰位上是肽酰-tRNA)-tRNA)3. 3. 转位位延伸因子延伸
20、因子EF-GEF-G有有转位位酶(translocase)(translocase)活活性。性。转位位酶分解分解1 1分子分子GTPGTP，促，促进核糖体沿核糖体沿mRNA 53mRNA 53挪挪动一个密一个密码子的位置。子的位置。此此时，tRNAfMet(tRNAfMet(延伸延伸过程中程中为其他其他tRNA)tRNA)移入移入E E位并脱离，位于位并脱离，位于A A位上的位上的肽酰-tRNA-tRNA转入入P P位，位，A A位空出。位空出。 图 肽链延延伸伸阶段段如如此此三三步步一一循循环， 5353方方向向阅读mRNA mRNA 密密码子子，肽链从从N N端端CC端延伸。延伸端延伸。延
21、伸动画画 l当当 核核 糖糖 体体 A A位位 出出 现现 终终 止止 密密 码码 子子 UAA,UAG,UGAUAA,UAG,UGA时时，RF-1RF-1或或RF-2RF-2识识别别结结合合终止密码子，进入终止密码子，进入A A位。位。l在在RF-3RF-3介介导导下下触触发发核核糖糖体体构构象象改改动动，诱诱导导转转肽肽酶酶转转变变为为酯酯酶酶活活性性，水水解解肽肽-tRNA-tRNA，释出肽链。，释出肽链。l在在IF-1IF-1、IF-3IF-3作作用用下下各各组组分分分分别别，翻翻译译终了。图终了。图 动画动画 三终止阶段三终止阶段 真真核核生生物物蛋蛋白白质质合合成成过过程程与与原原
22、核核生生物物根根本本一一样样，但但反反响响更更复复杂杂，涉涉及及的的蛋蛋白白质因子更多，包括：质因子更多，包括： 真核起始因子真核起始因子eIFeIF 真核延伸因子真核延伸因子eEFeEF 真核释放因子真核释放因子eRFeRF。二、真核生物蛋白质合成过程二、真核生物蛋白质合成过程种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，参与翻多功能因子，参与翻译多个步多个步骤eIF-2促促进Met-tRNAiMet与小与小亚基基结合合eIF-2B eIF-3结合小合小亚基，促基，促进大小大小亚基分离基分离结合小合小亚基，促基，促进大小大小亚基分离基分离eIF-4AeIF-4F复合物成分，
23、有复合物成分，有RNA解螺旋解螺旋酶酶活性，解除活性，解除mRNA5-端的端的发夹结构，使其与小构，使其与小亚基基结合合eIF-4EeIF-4F复合物成分，复合物成分，结合合mRNA 5帽子帽子结构构eIF-4GeIF-4F复合物成分，复合物成分，结合合eIF-4E、eIF-3和和PABPeIF-4B结合合mRNA，促，促进mRNA扫描定位起始描定位起始AUGeIF-5促促进各种起始因子从小各种起始因子从小亚基解离，基解离，进而而结合大合大亚基基eIF-6促促进核糖体分离成大小核糖体分离成大小亚基基延延长因子因子eEF1-相当于相当于EF-TueEF1-调节亚基，相当于基，相当于EF-TseE
24、F-2有有转位位酶酶活性，相当于活性，相当于EF-G 释放因子放因子eRF识别所有所有终止密止密码子，具有原核生物各子，具有原核生物各类RF的功能的功能参与真核生物翻译的各种蛋白质因子参与真核生物翻译的各种蛋白质因子一起始阶段一起始阶段eIF-2B、eIF-3与小亚基结合，在与小亚基结合，在eIF-6参与下，参与下，促进大小亚基解离。促进大小亚基解离。1. 1. 核糖体大小亚基分别核糖体大小亚基分别2. Met-tRNAiMet2. Met-tRNAiMet与核糖体小亚基结合与核糖体小亚基结合eIF-2与与GTP结合，再结合结合，再结合Met-tRNAiMet，在其他在其他eIF参与下，与小亚
25、基结合。参与下，与小亚基结合。3. mRNA3. mRNA在核糖体小亚基就位在核糖体小亚基就位leIF-4E结结合合mRNA的的5端端帽帽子子构构造造，并并与与eIF-4A、eIF-4G共共同同构构成成帽帽子子结结合合蛋蛋白白复复合合物物(eIF-4F复复合物合物)。lpolyA结结合合蛋蛋白白(polyA binding protein, PABP 结合结合polyA。leIF-4G经经 过过 分分 别别 与与 PABP和和 eIF-3结结 合合 而而 将将mRNA结合于小亚基上。结合于小亚基上。l在在eIF-4B和和eIF-4A作作用用下下，Met-tRNAiMet在在mRNA上上扫扫描描
26、结结合合起起始始AUG 其其位位于于Kozak序序列列ACCAUGG中中，使使mRNA在在小小亚亚基基上上准准确定位。确定位。 经经过过eIF-5作作用用和和水水解解GTP供供能能，促促使使各各种种eIF从从小小亚亚基基释释放放，大大亚亚基基与与小小亚基结合，构成翻译起始复合物。亚基结合，构成翻译起始复合物。4. 4. 核糖体大亚基结合核糖体大亚基结合二延伸阶段二延伸阶段 真真核核生生物物肽肽链链延延伸伸过过程程与与原原核核生生物物根根本本一一样样，延延伸伸因因子子不不同同, ,其其核核糖糖体体无无E E位位，转位时卸载的转位时卸载的tRNAtRNA直接从直接从P P位零落。位零落。真核翻译终
27、止过程与原核类似，真核翻译终止过程与原核类似，eRFeRF只只需一种，可完成原核各需一种，可完成原核各RFRF的功能。的功能。三终止阶段三终止阶段l多聚核糖体多聚核糖体polysomepolysome原原核核与与真真核核生生物物的的一一条条mRNAmRNA上上可可附附着着1010100100个个核核糖糖体体，同同时时进进展展肽肽链链合合成成，此此mRNAmRNA与与多多个个核核糖糖体体的的聚聚合合物物称称多多聚聚核核糖糖体体，电电镜镜下下显显示示为为羽羽毛毛状状。 图图1 1 图图2 2 每每个个氨氨基基酸酸活活化化为为氨氨基基酰酰tRNAtRNA耗耗费费2 2个个高能磷酸键。高能磷酸键。 进
28、位、转位各耗费进位、转位各耗费1 1个高能磷酸键。个高能磷酸键。 为为坚坚持持蛋蛋白白质质合合成成的的高高度度保保真真性性而而进进展校正耗费能量。展校正耗费能量。 每每生生成成一一个个肽肽键键，平平均均要要耗耗费费5 5个个高高能能磷酸键磷酸键ATP+GTPATP+GTP。l蛋白质翻译能量耗费蛋白质翻译能量耗费 第三节第三节 蛋白质翻译后修饰和靶向保送蛋白质翻译后修饰和靶向保送l新新生生多多肽肽链链必必需需经经过过翻翻译译后后加加工工修修饰饰才才干成为具有天然构象的功能蛋白质。干成为具有天然构象的功能蛋白质。l翻翻译译后后修修饰饰包包括括多多肽肽链链折折叠叠为为天天然然构构象象蛋蛋白白质质、一
29、一级级构构造造的的修修饰饰、空空间间构构造造的的修饰。修饰。l蛋蛋白白质质合合成成后后被被定定向向保保送送到到相相应应位位置置，发扬其功能作用即蛋白质靶向保送。发扬其功能作用即蛋白质靶向保送。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 多多肽肽链链折折叠叠为为天天然然构构象象的的蛋蛋白白质质普普通通需需求其他酶或蛋白质的辅助。求其他酶或蛋白质的辅助。参参与与多多肽肽链链折折叠叠的的大分子大分子分子伴侣分子伴侣 肽肽- -脯氨酰顺反异构酶脯氨酰顺反异构酶 蛋白二硫键异构酶蛋白二硫键异构酶 热休克蛋白热休克蛋白伴侣蛋白伴侣蛋白1. 分子伴侣分子伴侣l分分子子伴伴侣侣是是细细胞
30、胞内内一一类类可可识识别别肽肽链链的的非非天天然然构构象象、促促进进各各功功能能域域和和整整体体蛋蛋白质的正确折叠的保守蛋白质。白质的正确折叠的保守蛋白质。 l参参与与多多肽肽链链折折叠叠的的分分子子伴伴侣侣主主要要有有热热休克蛋白和伴侣蛋白两大类。休克蛋白和伴侣蛋白两大类。热热休休克克蛋蛋白白(heat (heat shock shock protein, protein, HSP)HSP)包括三族：包括三族：1热休克蛋白热休克蛋白HSP70 DnaK HSP40 DnaJGrpEDnaK 、DnaJ分别是基因分别是基因dnaK和和dnaJ的产物。的产物。HSP40-HSP40-多肽复合物多
31、肽复合物 HSP70-ATPHSP70-ATP复合物复合物 HSP40-HSP70-ADP-HSP40-HSP70-ADP-多肽复合物多肽复合物 ATPATP水解水解HSP70HSP70催化催化GrpE ATPADP复合物解离，多肽链进展折叠复合物解离，多肽链进展折叠 未完成折叠者可反复进展或未完成折叠者可反复进展或进入进入GroEL反响循环折叠反响循环折叠 热休克蛋白参与多肽链折叠的过程热休克蛋白参与多肽链折叠的过程2 2伴侣蛋白伴侣蛋白(chaperonin)(chaperonin)l伴侣蛋白包括伴侣蛋白包括GroELGroEL和和GroESGroES家族。家族。lGroELGroEL是是
32、1414个个一一样样亚亚基基组组成成的的桶桶状状的的未未封锁复合体，顶部是桶状空腔出口。封锁复合体，顶部是桶状空腔出口。 lGroESGroES是是由由7 7个个一一样样亚亚基基组组成成的的圆圆顶顶状状蛋蛋白白质质，作作盖盖子子封封锁锁GroELGroEL出出口口，构构成成能能完成肽链折叠的微环境。完成肽链折叠的微环境。多肽链折叠的多肽链折叠的GroELGroELGroESGroES反响循环反响循环l蛋蛋白白质质二二硫硫键键对对蛋蛋白白质质天天然然构构象象构构成成非非常重要。常重要。l蛋蛋白白质质二二硫硫键键异异构构酶酶可可催催化化肽肽链链中中错错配配二二硫硫键键断断裂裂并并构构成成正正确确二
33、二硫硫键键衔衔接接。其其在内质网腔活性很高。在内质网腔活性很高。2. 蛋白二硫键异构酶蛋白二硫键异构酶 3. 肽肽-脯氨酰顺反异构酶脯氨酰顺反异构酶 l脯脯氨氨酸酸为为亚亚氨氨基基酸酸，多多肽肽链链中中肽肽酰酰- -脯氨酸间的肽键有顺反两种异构体。脯氨酸间的肽键有顺反两种异构体。l肽肽酰酰- -脯脯氨氨酰酰顺顺反反异异构构酶酶可可促促进进顺顺反反异构体之间的转换。异构体之间的转换。 一肽链一肽链N N端和端和C C端的修饰端的修饰新新合合成成的的肽肽链链N N端端总总是是甲甲酰酰甲甲硫硫氨氨酸酸原原核核生生物物或或甲甲硫硫氨氨酸酸真真核核生生物物，在在酶酶作作用用下下除除去去N-N-甲甲酰酰基
34、基、N N端端甲甲硫硫氨氨酸酸或或N N端肽段。端肽段。 C C端也可出现修饰景象。端也可出现修饰景象。二、蛋白质一级构造的修饰二、蛋白质一级构造的修饰1.糖糖基基化化：天天冬冬酰酰胺胺残残基基的的酰酰胺胺基基、丝丝氨氨 酸酸和和苏苏氨酸残基的羟基可发生糖基化。氨酸残基的羟基可发生糖基化。2.羟基化：胶原蛋白中脯氨酸、赖氨酸残基羟化。羟基化：胶原蛋白中脯氨酸、赖氨酸残基羟化。3.甲甲基基化化：蛋蛋白白质质的的谷谷氨氨酸酸、精精氨氨酸酸、天天冬冬氨氨酸酸、赖氨酸残基可发生甲基化。赖氨酸残基可发生甲基化。二氨基酸残基的化学修饰二氨基酸残基的化学修饰4.4.磷酸化：丝氨酸、苏氨酸、酪氨酸残磷酸化：丝
35、氨酸、苏氨酸、酪氨酸残 基磷酸化。基磷酸化。5.5.二硫键构成：肽链中的二硫键构成。二硫键构成：肽链中的二硫键构成。6.6.亲脂性修饰：某些蛋白质在特定位置亲脂性修饰：某些蛋白质在特定位置衔接亲脂性脂链，如脂肪酸链、多异衔接亲脂性脂链，如脂肪酸链、多异戊二烯链等，以便嵌入膜脂双层。戊二烯链等，以便嵌入膜脂双层。某某些些多多肽肽链链经经水水解解加加工工可可产产生生多多种种不不同同活活性的蛋白质或肽。性的蛋白质或肽。鸦片促黑皮质鸦片促黑皮质素原素原POMCPOMCACTHACTH-促黑激素促黑激素-MSH-MSH-促黑激素促黑激素-MSH-MSH内啡内啡肽、-脂酸脂酸释放激素放激素图图-脂酸脂酸释
36、放激素放激素促肾上腺皮质激素样中叶肽促肾上腺皮质激素样中叶肽三多肽链的水解加工三多肽链的水解加工三、空间构造的修饰三、空间构造的修饰一一亚基聚合基聚合 如血如血红蛋白蛋白22 22 亚基的聚合。基的聚合。二二辅基基衔接接 如如带辅基基酶的的辅基基衔接，糖蛋白的糖接，糖蛋白的糖基基衔接。接。四、蛋白质合成后的靶向保送四、蛋白质合成后的靶向保送 蛋蛋白白质质合合成成后后被被定定向向保保送送到到其其发发扬扬作作用用的的目的位点，此过程称为蛋白质的靶向保送。目的位点，此过程称为蛋白质的靶向保送。 一靶向保送的蛋白质信号序列一靶向保送的蛋白质信号序列 一一切切靶靶向向保保送送的的蛋蛋白白质质存存在在N
37、N端端或或C C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适适当当靶靶部位，此序列称为信号序列。部位，此序列称为信号序列。 表表二分泌型蛋白的靶向保送二分泌型蛋白的靶向保送l真真核核细细胞胞分分泌泌型型蛋蛋白白合合成成时时，由由N N端端信号肽引导进入内质网处置。信号肽引导进入内质网处置。l经经过过内内质质网网构构成成的的囊囊泡泡转转移移到到高高尔尔基基复复合合体体，经经糖糖基基化化后后再再包包装装为为分分泌泌小小泡运至细胞膜。泡运至细胞膜。l经过胞吐作用分泌到胞外。经过胞吐作用分泌到胞外。分泌型蛋白与溶酶体蛋白的靶向保送分泌型蛋白与溶酶体蛋白的靶向保送分泌型蛋白进
38、入内质网的过程：分泌型蛋白进入内质网的过程： l真真核核细细胞胞液液中中存存在在信信号号肽肽识识别别颗颗粒粒(signal (signal recognition recognition particles, particles, SRP)SRP)，可识别结合分泌型蛋白质的，可识别结合分泌型蛋白质的N N端信号肽。端信号肽。l内内质质网网膜膜上上有有SRPSRP受受体体、核核蛋蛋白白体体受受体体、肽肽转转位位复复合合物物参参与与蛋蛋白白质质进进入入内内质质网网过过程。图程。图三溶酶体蛋白的靶向保送三溶酶体蛋白的靶向保送l溶溶酶酶体体蛋蛋白白合合成成保保送送到到高高尔尔基基复复合合体体的的过过程
39、程与分泌型蛋白一样。与分泌型蛋白一样。l在在高高尔尔基基复复合合体体与与6-6-磷磷酸酸甘甘露露糖糖结结合合，再再与与6-6-磷酸甘露糖受体结合，并构成运输小泡。磷酸甘露糖受体结合，并构成运输小泡。l运运输输小小泡泡与与分分选选小小泡泡交交融融，分分选选小小泡泡分分出出囊囊泡泡将将蛋蛋白白运运送送溶溶酶酶体体。受受体体可可前前往往高高尔尔基基复复合体再利用。合体再利用。分泌型蛋白与溶酶体蛋白的靶向保送分泌型蛋白与溶酶体蛋白的靶向保送四内质网蛋白的靶向保送四内质网蛋白的靶向保送l内内质质网网驻驻留留蛋蛋白白与与分分泌泌型型蛋蛋白白一一样样，合合成成并进入内质网腔。并进入内质网腔。l随囊泡保送到高
40、尔基复合体加工。随囊泡保送到高尔基复合体加工。l内内质质网网蛋蛋白白含含有有C-C-端端滞滞留留信信号号序序列列C C端端- -Lys-Asp-Glu-LeuLys-Asp-Glu-Leu，与与高高尔尔基基复复合合体体上上的相应受体结合，随囊泡保送回内质网。的相应受体结合，随囊泡保送回内质网。五质膜蛋白的靶向保送五质膜蛋白的靶向保送l质膜蛋白在粗面内质网上合成后锚定在内质膜蛋白在粗面内质网上合成后锚定在内质网膜上。质网膜上。l单次跨膜蛋白肽链中含一段跨膜序列终单次跨膜蛋白肽链中含一段跨膜序列终止转移序列，多次跨膜蛋白肽链中含多止转移序列，多次跨膜蛋白肽链中含多个跨膜序列。跨膜序列可与内质网脂质
41、双个跨膜序列。跨膜序列可与内质网脂质双层作用而结合在一同。层作用而结合在一同。l质膜膜蛋蛋白白以以跨跨膜膜方方式式经过内内质网网膜膜“出出芽芽构构成成囊囊泡泡，转移移到到高高尔基基复复合合体体加加工，工，l再再随随高高尔基基复复合合体体构构成成的的囊囊泡泡运运至至细胞胞膜，并与膜，并与细胞膜交融胞膜交融为新的新的质膜。膜。六线粒体蛋白的靶向保送六线粒体蛋白的靶向保送l要要进进入入线线粒粒体体的的蛋蛋白白与与胞胞液液中中HSP70HSP70结结合合，转转运运到到线线粒粒体体，经经过过蛋蛋白白N N端端信信号号序序列列，识别结合线粒体外膜的受体复合物。识别结合线粒体外膜的受体复合物。l线线粒粒体体
42、外外膜膜转转运运体体(Tom)(Tom)和和内内膜膜转转运运体体(Tim)(Tim)组组成成蛋蛋白白通通道道，线线粒粒体体中中HSP70HSP70水水解解ATPATP提供蛋白进入线粒体的动力。图提供蛋白进入线粒体的动力。图七细胞核蛋白的靶向保送七细胞核蛋白的靶向保送l要要进入入细胞胞核核的的蛋蛋白白有有核核定定位位序序列列NLSNLS，结合合胞胞液液的的输入入因因子子二二聚聚体体构构成成复复合合物物，导向核膜孔。向核膜孔。l核核膜膜孔孔有有小小GTPGTP酶RanRan蛋蛋白白，分分解解GTPGTP促促进蛋蛋白复合物白复合物进入入细胞核内。胞核内。l输入入因因子子和和先先后后从从复复合合物物解
43、解离离，前前往往利用，蛋白利用，蛋白质定位核内。定位核内。 图第五节第五节 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 一、抗生素一、抗生素 抗抗生生素素(antibiotics)(antibiotics)是是一一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，有有抑抑制制其其他他微微生物生长或杀死其他微生物的才干。生物生长或杀死其他微生物的才干。 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人、动物和植物的感染性疾病。疗人、动物和植物的感染性疾病。一影响翻译起始的抗生素一影响翻译起始的抗生素伊伊短短菌菌素素可可作作用用于于原原核核、
44、真真核核生生物物核核糖糖体体小小亚亚基基，引引起起mRNAmRNA在在核核糖糖体体上上错错位位，妨妨碍碍翻翻译译起起始始复复合合物物的的构构成成，为为抗抗肿肿瘤瘤药物。药物。 二影响翻译延伸的抗生素二影响翻译延伸的抗生素1、干扰进位的抗生素、干扰进位的抗生素四四环环素素、土土霉霉素素作作用用于于原原核核生生物物核核糖糖体体小小亚亚基基A位位，抑抑制制氨氨基基酰酰-tRNA进进位位 ，为抗菌药物。，为抗菌药物。2、引起读码错误的抗生素、引起读码错误的抗生素链链霉霉素素、新新霉霉素素、巴巴龙龙霉霉素素作作用用于于原原核核生生物物核核糖糖体体小小亚亚基基，改改动动其其构构象象，引引起起读读码码错错误
45、误，影影响响蛋蛋白白质质合合成成，均均为抗菌药物。为抗菌药物。3、影响肽键合成的抗生素、影响肽键合成的抗生素l氯氯霉霉素素与与原原核核生生物物核核糖糖体体大大亚亚基基结结合合，阻止转肽酶催化的转肽反响。阻止转肽酶催化的转肽反响。l林林可可霉霉素素作作用用于于原原核核生生物物核核糖糖体体大大亚亚基基A A位和位和P P位，抑制肽键构成。位，抑制肽键构成。l红红霉霉素素作作用用于于原原核核生生物物核核糖糖体体大大亚亚基基的的肽肽链链排排出出通通道道，抑抑制制肽肽键键的的进进一一步步构成。以上抗生素均为抗菌药物。构成。以上抗生素均为抗菌药物。l嘌嘌呤呤霉霉素素构构造造与与酪酪氨氨酰酰-tRNA-tR
46、NA类类似似，可可取取代代一一些些氨氨基基酰酰-tRNA-tRNA进进入入核核糖糖体体A A位位，抑抑制制蛋蛋白白质质合合成成，对对原原核核、真真核核生生物物均有作用，为抗肿瘤药物。均有作用，为抗肿瘤药物。l放放线线菌菌酮酮抑抑制制真真核核生生物物核核糖糖体体转转肽肽酶酶，用于医学研讨。用于医学研讨。4、影响转位的抗生素、影响转位的抗生素l夫夫西西地地酸酸、细细球球菌菌素素可可抑抑制制原原核核生生物物EF-GEF-G的转位酶活性，阻止转位反响。的转位酶活性，阻止转位反响。l壮壮观观霉霉素素结结合合原原核核生生物物核核糖糖体体小小亚亚基基，抑制抑制EF-GEF-G的转位酶催化的反响。的转位酶催化
47、的反响。l 以上抗生素均为抗菌药物。以上抗生素均为抗菌药物。 二、其他干扰蛋白质合成的物质二、其他干扰蛋白质合成的物质 一毒素一毒素 1 1、白喉毒素、白喉毒素 由由白白喉喉杆杆菌菌产产生生，是是一一种种修修饰饰酶酶，利利用用NAD+NAD+对对真真核核生生物物eEF-2eEF-2进进展展共共价价修修饰饰，使使eEF-2eEF-2失失活活。对对真真核核生生物物有有猛猛烈烈的的毒毒性。性。 图图 l蓖蓖麻麻蛋蛋白白是是蓖蓖麻麻籽籽中中所所含含的的糖糖蛋蛋白白，由由A、B两条多肽链组成。两条多肽链组成。lA链链是是一一种种酶酶，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 rRN
48、A，催催化化其其中中腺腺苷苷酸酸发发生生脱嘌呤基反响，使脱嘌呤基反响，使28S rRNA降解。降解。lB链对链对A链发扬毒性有重要的促进作用。链发扬毒性有重要的促进作用。2蓖麻蛋白蓖麻蛋白(ricin)l真真核核细胞胞感感染染病病毒毒后后分分泌泌的的具具有有抗抗病病毒毒作作用的蛋白用的蛋白质，可抑制病毒的复制。，可抑制病毒的复制。l分分类： - -型白型白细胞型胞型l - -型成型成纤维细胞型胞型l - -型淋巴型淋巴细胞型胞型二干扰素二干扰素IFN (interferon)IFN (interferon)l干干扰扰素素在在病病毒毒双双链链RNARNA存存在在下下，诱诱导导一一种种蛋蛋白白激激
49、酶酶活活化化，使使eIF-2eIF-2发发生生磷磷酸酸化化失失活活，抑制病毒蛋白质合成。图抑制病毒蛋白质合成。图1 1l干干扰扰素素与与双双链链RNARNA共共同同活活化化2-52-5寡寡聚聚腺腺苷苷酸酸2-5A2-5A合合成成酶酶，催催化化ATPATP聚聚合合生生成成2-5A2-5A，可可活活化化核核酸酸内内切切酶酶RNase RNase L L，降解病毒降解病毒mRNAmRNA。 图图2 2遗遗传传密密码码表表前往前往遗遗传传密密码码表表前往前往摆动配对摆动配对G U C53ACI53tRNAaamRNA31反密码子反密码子第第1 1位位IUG密码子密码子第第3 3位位U C AA GUC
50、前往前往核糖体大、小亚基构造方式核糖体大、小亚基构造方式前往前往原核生物原核生物真核生物真核生物核糖核糖体体小亚基小亚基大亚基大亚基核糖核糖体体小亚基小亚基大亚基大亚基S70S30S50S80S40S60SrRNA16S-rRNA5S-rRNA23S-rRNA18S-rRNA28S-rRNA5S-rRNA5.8S-rRNA蛋白蛋白质质rpS 21种种rpL 36种种rpS 33种种rpL 49种种 原核生物与真核生物核糖体组成原核生物与真核生物核糖体组成 前往前往E53PAGUGUCCGGA53CAC A A位位aminoacyl aminoacyl site,site,氨氨基基酰酰位位在在大
51、大小小亚基上亚基上 P P位位peptidyl peptidyl site,site,肽肽酰酰位位在在大大小小亚亚基基上上 E E位位 exit exit sitesite，排排出出位位在在大大亚亚基基上上( (真核无真核无) )翻译中的核糖体构造方式翻译中的核糖体构造方式前往前往G U C53ACG53tRNAmRNACCAOHR |CH-NH2 |COOH前往前往G U C53ACG53tRNAmRNACCAOHR |CH-NH2 |COOH前往前往S-CH3 |CH2 |CH2 |CH- CHO-NH2-COO-tRNAfMetS-CH3 |CH2 |CH2 |CH- COO-tRNAf
52、Met转甲酰基酶转甲酰基酶N10-CHO-FH4Met- tRNAfMetfMet- tRNAfMetNH2-N-甲酰甲硫氨酰甲酰甲硫氨酰tRNA生成生成前往前往IF-1IF-2IF-3eIF-2B eIF-2eIF-3eIF-4AeIF-4BeIF-4EeIF-4GeIF-5eIF-6结合小亚基促进大小亚基分别并据结合小亚基促进大小亚基分别并据A位位与与ATP 结合起始结合起始tRNA促进结合促进结合AUG结合小亚基促进大小亚基分别结合小亚基促进大小亚基分别原核生物原核生物结合小亚基促进大小亚基分别结合小亚基促进大小亚基分别促进起始促进起始tRNA与小亚基结合与小亚基结合结合小亚基促进大小亚
53、基分别结合小亚基促进大小亚基分别促进促进mRNA结合小亚基有解螺旋酶活性结合小亚基有解螺旋酶活性促进促进mRNA扫描定位起始扫描定位起始AUG结合结合mRNA 5帽子帽子结合结合eIF-4E和和PABpolyA结合蛋白结合蛋白促进各促进各eIF从小亚基解离及大亚基结合从小亚基解离及大亚基结合促进大小亚基分别促进大小亚基分别真核生物真核生物起始因子起始因子生物功能生物功能前往前往CAUfMetGTPIF2E53EmRNAPAPAIF3IF1EIF1 IF2IF3GDP+PiGAU53PAIF3IF1GAU53PAIF3IF1GAU53PACAUfMetGAU53前往前往A G G A Pu Pu
54、 U U U Pu Pu A U G S-D序列序列rpS序列序列前往前往CAUfMetGTPIF2E53EmRNAPAPAIF3IF1EIF1 IF2IF3GDP+PiGAU53PAIF3IF1GAU53PAIF3IF1GAU53PACAUfMetGAU53前往前往53EPAIF3IF1CAUfMetIF2 GTPGAU53前往前往EEE53PAPACAUGAU53fMetPAECAUfMetCAUPACGGfMetG CUACU53成肽成肽进位进位转位转位EF-G,GTPEF-T,GTPaaCAUCGGG CUACU53fMetaaCGGaaG CUACU53前往前往进位进位EF-T促促进
55、进位进进位前往前往转肽酶催化肽键构成过程。转肽酶催化肽键构成过程。转肽酶转肽酶NC前往前往EEE53PAPACAUGAU53fMetPAECAUfMetCAUPACGGfMetG CUACU53成肽成肽进位进位转位转位EF-G,GTPEF-T,GTPaaCAUCGGG CUACU53fMetaaCGGaaG CUACU53前往前往EEE53PAPACAUGAU53fMetPAECAUfMetCAUPACGGfMetG CUACU53成肽成肽进位进位转位转位EF-G,GTPEF-T,GTPaaCAUCGGG CUACU53fMetaaCGGaaG CUACU53前往前往CAUE53PAaaCGG
56、aaCAUfMetG CUACU53前往前往EE53PAGUGPAEPAGTPUAA53CACGUGUAA53CACRFRFRFRF1,RF2GUGRFUAA53CACRF3前往前往53PAEGUGUAA53CACRFRF3-GTP前往前往多多聚聚核核糖糖体体前往前往电镜下的多聚核糖表达象电镜下的多聚核糖表达象前往前往鸦片促黑皮质素原鸦片促黑皮质素原(POMC)(POMC)的水解加工的水解加工前往前往 靶向靶向输送蛋白送蛋白信号序列信号序列 分泌型蛋白分泌型蛋白 N端信号端信号肽 内内质网腔蛋白网腔蛋白 N端信号端信号肽， C端端-Lys-Asp-Glu-Leu序列序列 线粒体蛋白粒体蛋白 N
57、端信号序列端信号序列 核蛋白核蛋白 核定位序列核定位序列 溶溶酶酶体蛋白体蛋白 Man-6-P（甘露糖（甘露糖-6-磷酸）磷酸） 靶向保送蛋白的信号序列靶向保送蛋白的信号序列前往前往信号肽引导分泌蛋白进入内质网信号肽引导分泌蛋白进入内质网 前往前往二线粒体蛋白的靶向保送二线粒体蛋白的靶向保送 前往前往三细胞核蛋白的靶向保送三细胞核蛋白的靶向保送前往前往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+延伸因子延伸因子延伸因子延伸因子-2-2有活性有活性延伸因子延伸因子延伸因子延伸因子-2-2无活性无活性前往前往NAD+尼克酰胺尼克酰胺干扰素诱导的蛋白激酶干扰素诱导的蛋白激酶 干扰素诱导干扰素诱导eIF-2磷酸化失活磷酸化失活ATPeIF-2ADPeIF-2-P失活失活Pi磷酸酶磷酸酶前往前往干扰素诱导病毒干扰素诱导病毒RNARNA降解降解降解降解mRNAdsRNA干扰素干扰素AAPAPPPP2 5 2 5 5 2 - 5 AAPPPATP2-5A合成酶合成酶RNase LRNaseL活化活化前往前往
