蛋白质的生物合成-.ppt

,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,规律和方法,封底,AR,性连锁,*,AD,规律的发展与补充,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,AD,目录页,*,AR,规律和方法,性连锁,规律的发展与补充,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第十六章 蛋白质生物合成,Biosynthesis of Protein or Translation,蛋白质生物合成的概念：,蛋白质生物合成,(protein biosynthesis),也称,翻译,(translation),，是生物细胞以,mRNA,为模板，按照,mRNA,分子中核苷酸的排列顺序所组成的密码信息合成蛋白质的过程。,酶、蛋白质因子、,ATP,、,GTP,、无机离子,模板,转换器,装配器,参与蛋白质合成的物质,氨基酸,蛋白质,mRNA,tRNA,核糖体,（一）,mRNA,的基本结构,Start of genetic message,Cap,End,Tail,5-,端非翻译区,5,3,3-,端非翻译区,开放阅读框架,从,mRNA 5,-,端起始密码子,AUG,到,3,-,端终止密码子之间的核苷酸序列，称为开放阅读框架,(open reading frame,ORF),。,一、,mRNA,是蛋白质生物合成的直接模板,原核生物的多顺反子,真核生物的单顺反子,非编码序列,核糖体结合位点,起始密码子,终止密码子,编码序列,PPP,5,3,蛋白质,PPP,m,G-,5,3,蛋白质,AAA,5,3,引导序列,编码序列,拖尾序列,肽,1,肽,2,肽,3,肽,4,原核细胞,mRNA,A,U,G,A,C,G,C,U,G,G,U,G,C,A,G,U,A,A,5,3,帽子,尾巴,一条肽,真核细胞,mRNA,真核细胞,mRNA,的编码序列只指导一条肽链的合成，称为,单顺反子,mRNA,原核细胞,mRNA,的编码序列可指导几条肽链的合成，称为,多顺反子,mRNA,（二）遗传密码及特点,密码子（,codon,）,在,mRNA,的开放阅读框架区，以每,3,个相邻的核苷酸为一组，代表一种氨基酸,(,或其他信息,),，这种三联体形式的核苷酸序列称为密码子，每个密码子对应一个氨基酸。,起始密码子和终止密码子：,起始密码子,(initiation codon),：,AUG,终止密码子,(termination codon),：,UAA,、,UAG,、,UGA,遗传密码表,遗传密码的特点,1.,方向性,(directional),翻译时遗传密码的阅读方向是,53,，即读码从,mRNA,的起始密码子,AUG,开始，按,53,的方向逐一阅读，直至终止密码子。,N,C,肽链延伸方向,5,3,读码方向,2.,连续性,(non-punctuated),编码蛋白质氨基酸序列的各个三联体密码连续阅读，密码子及密码子的各碱基之间既,无间隔也无交叉,。,5.,A U G,G C A,G U A,C A U,U A A,3,Ala,Val,His,Met,终止密码,基因损伤引起,mRNA,阅读框架内的碱基发生插入或缺失，可能导致,框移突变,(frame shift mutation),。,缬 脯 苏 天冬,缬 丙 酪 甘,缬 丙,丝,精,3.,简并性,(degenerate),一种氨基酸可具有,2,个或,2,个以上,的密码子为其编码。这一特性称为遗传密码的简并性。,除色氨酸和甲硫氨酸仅有,1,个密码子外，其余氨基酸有,2,、,3,、,4,个或多至,6,个三联体为其编码。为同一种氨基酸编码的各密码子称为简并性密码子，也称,同义密码子,。,减少有害突变,遗传密码的特异性主要取决于前两位碱基。,密码子简并性的生物学意义：,4.,通用性,(universal),从简单的病毒到高等的人类，几乎使用同一套遗传密码，因此，遗传密码表中的这套“通用密码”基本上适用于生物界的所有物种，具有通用性。,密码的通用性进一步证明各种生物进化自同一祖先。,5.,摆动性,(wobble),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，这种现象称为摆动配对,(,wobble base pairing,),。,tRNA,反密码子,第,1,位碱基,I,U,G,A,C,mRNA,密码子,第,3,位碱基,U,C,A,A,G,U,C,U,G,密码子,mRNA,5,3,3,5,反密码子,tRNA,G,C,C,G,I,A,1,2,3,1,2,3,mRNA,密码子第,3,位碱基,U,C,A A,G U,C U G,tRNA,反密码子第,1,位碱基,I U G A C,mRNA,上的密码子与,tRNA,上的反密码子配对时，有时,不严格,遵守,碱基互补配对,的规律，这种现象称为遗传密码的,摆动。,5.,摆动性,(wobble),U,3 2 1,1 2 3,摆动配对,二、,tRNA,是运输氨基酸的工具,氨基酸臂：,与氨基酸结合,反密码环,TC,环（臂）：,与核糖体,rRNA,结合,反密码子位于,tRNA,反密码环,可与,mRNA,的密码子碱基配对的三个碱基称为反密码子,.,氨酰,-tRNA,合成酶识别部位,起始,tRNA,（,tRNAi,）,概念,：专一性识别起始密码子（,AUG,）的,tRNA,特点,：只识别起始密码子；形成氨酰,tRNA,后只结合于核糖体的,P,位,原因,：结构与识别编码区中间,AUG,的,tRNA,不同,真核细胞,：起始,tRNA,携带的是甲硫氨酸（,Met,）,表示,：,tRNA,i,Met,原核细胞,：起始,tRNA,携带的是甲酰甲硫氨酸（,fMet,）,表示,：,tRNA,f,Met,formyl,：甲酰基,tRNAi,种类,起始,tRNA-tRNA,i,met,只能识别翻译,起始,信号,AUG,只能结合于核糖体的,肽位,普通,tRNA-tRNA,met,在翻译,延长,中发挥作用,只能结合于核糖体的,氨基酰位,起始,tRNA,与普通,tRNA,原核生物,起始,tRNA,延长,tRNA,真核生物,起始,tRNA,延长,tRNA,起始密码只能辨认,甲酰甲硫氨酸（,fMet),fMet,-tRNA,i,met,延长识别,Met,时为,Met-tRNA,met,起始密码只能辨认甲硫氨（,Met),Met-,tRNA,i,met,延长识别,Met,时为,Met-tRNA,e,met,三、核糖体,-,蛋白质生物合成的场所,核糖体的组成,核糖体,又称,核蛋白体,，是由,rRNA,和多种蛋白质结合而成的一种大的核糖核蛋白颗粒，是蛋白质生物合成的场所。,(,一,)rRNA,的特点,种类：原核生物有,5S,、,23S,、,16S rRNA,；真核生物有,28S,、,18S,、,5.8S,、,5S rRNA,含量最多：占细胞总,RNA 80%,90%,rRNA,与蛋白质构成核糖体,核糖体,亚单位,rRNA,蛋白质,原核生物,(70S),小亚基,(30S),大亚基,(50S),16S rRNA,5S rRNA,23S rRNA,21,种,31,种,真核生物,(80S),小亚基,(40S),大亚基,(60S),18S rRNA,5.8SrRNA,5S rRNA,28S rRNA,33,种,49,种,原核及真核生物核糖体的组成,多核糖体,概念：,结合于同一,mRNA,上不同时间开始翻译的多个核糖体总称为多核糖体,优点：,提高,mRNA,的利用率,加快蛋白质的合成速度,50S,P,A,50S,E,转,肽,酶,（二）核糖体上的主要功能部位,肽酰位,(P),：,结合肽酰,-tRNA,氨酰位,(A),：,结合氨酰,-tRNA,催化肽键生成，兼有酯酶活性,空载,tRNA,排除位（真核无,E,位）,5,3mRNA,四、原核生物蛋白质生物合成,氨基酸的活化,肽链的终止,肽链合成的起始,肽链的延长,AA+tRNA,AAtRNA,ATP,AMP+PPi,AA-tRNA,合成酶,（一）氨基酸的活化,第一步反应,氨基酸,+ATP+E,氨基酰,-AMP-E+PPi,意义：,tRNA,结合的氨基酸是活化状态,有利于在核糖体形成肽键。,tRNA,通过反密码子与,mRNA,上的密码子互相识别，将活化的氨基酸掺入到正在合成肽链的合适位置中。,氨基酸,+ATP+tRNA+H,2,O,氨基酰,-tRNA,+AMP+PPi,氨基酰,tRNA,合成酶,反应：,氨基酰,-tRNA,的表示方法：,Ala-tRNA,Ala,Ser-tRNA,Ser,Met-tRNA,Met,氨基酰,-tRNA,合成酶的专一性,：一种酶只识别一种氨基酸和相应的,tRNA,，并且具有矫正活性。,（二）肽链合成的起始,原核生物肽链第一个氨基酸是,甲酰甲硫氨酸,fMet,tRNA,fMet,or,fMet,tRNA,f,第一个氨酰,tRNA,为,甲酰甲硫氨酰,tRNA,Met,fMet,起始阶段完成的工作,核糖体大、小亚基,mRNA,起始氨基酰,-tRNA,翻译起始复合物：,1,核糖体大小亚基分离,2 mRNA,在核糖体小亚基定位结合,3,起始氨基酰,-tRNA,与起始密码子结合,4,核糖体大亚基结合,起始因子,功能,IF-1,占据氨基酰位（,A,位），,防止,tRNA,过早地结合到,A,位,IF-2,促进,fMet-tRNAi,fMet,结合到,30S,小亚基,IF-3,结合,30S,小亚基，,促进大,、,小亚基分离，并提高,P,位对,fMet-tRNAi,fMet,的敏感性,原核生物起始因子的生物功能,1.,核蛋白体大小亚基分离,50S,IF-1,IF-1,促进大小亚基分离,防止氨酰,tRNA,过早的结合,A,位。,IF-3,IF-3,可防止核糖体的亚基过早聚合,50S,E,2.mRNA,在小亚基上定位结合,mRNA,定位基础是,S-D,序列,S-D,序列（核糖体结合位点）是指,位于起始密码上游（,5-,端方向）,10,个核苷酸左右，可与,16S rRNA 3-,端的核苷酸序列互补。,如,AGGAGG,，,16S rRNA,的,3,端与,S-D,序列互补的序列：,UCCUCC,IF-1,IF-3,3,5,16S rRNA,mRNA,在小亚基上定位结合,IF3,IF-3,促进,mRNA,在小亚基定位结,合,AUG,5,3,IF-1,IF-3,AUG,5,3,3.,fMet-tRNAi,fMet,结合到小亚基,-,首先占据,P,位,IF-2,GTP,IF-2,促进,fMet-tRNAi,fMet,与小亚基结合,同时,tRNA,的反密码,子与,mRNA,的密码子,配对结合,4.,核蛋白体大亚基的结合,IF,2,自复合物解离的同时发生,GTP,水解,（消耗一个高能磷酸键），,大亚基随之与小亚基结合，并释放各种起始因子，形成,70S,起始复合物，为延伸作好了准备。,IF-1,IF-3,50S,AUG,5,3,IF-2,GTP,GDP+Pi,GTP,U,A,C,P,A,U,A,C,A,U,G,U,U,G,A,G,G,A,U,A,A,C,G,U,A,A,5,3,P,A,起始复合,体的形成,P,A,mRNA,A,U,G,U,U,G,A,G,G,A,U,A,A,C,G,U,A,A,5,3,IF3,SD,16SrRNA,A,U,G,U,U,G,A,G,G,A,U,A,A,C,G,U,A,A,5,3,U,A,C,P,A,核糖体循环（,ribosomal cycle,）：,肽链在核糖体上连续、循环地进行延长，每个循环合成一个肽键，延长一个氨基酸。,进位,（,entrance,）,/,注册（,registration,）,成肽,（,peptide bond formation,）,转位,（,translocation,）,（三）肽链的延长,每次核糖体循环包括三步反应：,1.,进位：氨基酰,-tRNA,进到核糖体的,A,位,原核延长因子,EF-T,主要是促进氨基酰,-tRNA,进到,A,位,（消耗一个高能磷酸键）,。包括,Tu,（,40kD,）和,Ts(28kD,）两个亚基。,50S,A A A,A U G,5,3,aa,2,U,U,U,需要,EF-Tu,、,EF-Ts,两个因子和,GTP,参与,Tu,Ts,Tu,GTP,Tu,A,A,C,GTP,Tu,GDP,A,A,C,A,A,C,Pi,Ts,GTP,Ts,GDP,Tu-Ts,循环,50S,A A A,A U G,5,3,成肽：,肽酰转移酶,催化肽键的生成,aa,2,U,U,U,原核生物的肽酰转移酶为,核糖体大亚基的,23S rRNA,fMet,fMet,每次移动一个遗传密码的距离，转位耗能,（消耗,GTP,的一个高能磷酸键）。,原核生物的转位酶是,EF-G(80kD),，真核为延长因子,2,转位,-,核糖体与,mRNA,相对移动 同时有肽酰,-tRNA,由,A,位移向,P,位,50S,E,aa,2,U,U,U,fMet,A A A,A U G,5,3,（四）肽链合成的终止,当,mRNA,上终止密码子出现后，多肽链合成停止，肽链从肽酰,-tRNA,中释出，,mRNA,、核蛋白体等分离。终止过程需要释放因子参加。终止过程需消耗,GTP,。,释放因子,功能,RF-1,辨认,UAA,、,UAG,激活转肽酶的酯酶活性而水解酯键,RF-2,辨认,UAA,、,UGA,激活转肽酶的酯酶活性而水解酯键,RF-3,促进,RF-1,或,RF-2,进入,A,位，,具,GTP,酶活性，帮助肽链的释放,50S,E,P,AUG,AAA,5,3,RF-1,RF-1,：辨认,UAA,、,UAG,RF-2,：辨认,UAA,、,UGA,激活转肽酶的酯酶活性,而水解酯键,RF-3,RF-3,：促进,RF-1,或,RF-2,进入,A,位，,具,GTP,酶活性，帮助肽链的释放,fMet,aa,2,aa,3,aa,4,aa,5,aa,aa,aa,aa,aa,aa,n,aa,aa,aa,aa,aa,aa,aa,aa,aa,aa,aa,n,蛋白质的合成是一个高耗能过程：,AA,活化,2,个高能磷酸键（,ATP,）,肽链起始,1,个（,70S,复合物形成，,GTP,）,进位,1,个（,GTP,）,转位,1,个（,GTP,）,第一个氨基酸参入需消耗,3,个（活化,2,个,+,起始,1,个），,以后每掺入一个,AA,需要消耗,4,个,（活化,2,个,+,进位,1,个,+,移位,1,个）。,五、真核细胞肽链合成,氨基酸的活化,肽链合成的起始,肽链的延长,-,核糖体循环,肽链的终止,真核生物的起始,tRNA,是,Met-tRNAi,Met,（一）氨基酸的活化,肽链第一个氨基酸是,甲硫氨酸,（二）肽链的起始,在真核起始因子的作用下，,Met-tRNAi,Met,、,mRNA,与核糖体结合，形成,80S,起始复合物的过程。,起始复合物的形成,1.,核蛋白体大小亚基分离,2.Met-tRNAi,Met,与核糖体小亚基结合,3.mRNA,在小亚基上定位结合,4.,核蛋白体大亚基的结合,原核生物与真核生物翻译的起始步骤比较,原核生物,（,70S,起始复合物形成）,真核生物,（,80S,起始复合物）,1.,核蛋白体大小亚基分离,1.,核蛋白体大小亚基分离,2.mRNA,在小亚基上定位结合,（借助于,S-D,序列）,2.,起始甲硫氨酰,tRNA,与核糖体小亚基结合,（,43S,前起始复合物）,（肽链的第一个氨基酸为甲硫氨酸）,3.,起始甲酰甲硫氨酰,tRNA,的结合,（肽链的第一个氨基酸为甲酰甲硫氨酸）,3.mRNA,与,43S,前起始复合物定位结合,（,48S,复合物）,（真核,mRNA,不含,S-D,序列，但在,mRNA5,端有,Kozak,共有序列,CCPuCCAUGG,借助于,5,帽子结构和,3polyA,结构,和,帽子结合蛋白,，即,eIF-4F,（,eIF-4E,与,eIF-4G,复合物）、,eIF-4A,、,eIF-4B,和,poly,结合蛋白完成）,4.,核蛋白体大亚基的结合,（,70S,起始复合物形成）,4.,大亚基与,48S,复合物结合,（,80S,起始复合物）,真核生物翻译过程的蛋白质因子及其功能,起始因子,功能,eIF-1,多功能因子，参与多个翻译步骤,eIF-2,促进起始,Met-tRNAi,Met,与核糖体,40S,小亚基结合,eIF-2B,与,40S,小亚基结合,促进大、,小亚基分离,eIF-3,与,40S,小亚基结合,促进大、,小亚基分离,;,介导,eIF-4F,复合物,-mRNA,与小亚基结合,eIF-4A,具有,RNA,解旋酶的活性，能解除,mRNA 5,端的发夹结构，使其与,40S,小亚基结合。,是,eIF-4F,复合物的组成成分,。,eIF-4B,与,mRNA,结合，促进,mRNA,扫描并定位起始,AUG,eIF-4E,结合,mRNA,的,5,端帽结构，,是,eIF-4F,复合物的组成成分,eIF-4G,与,eIF-4E,、,eIF-3,和,polyA,结合蛋白（,PAB,）结合。,是,eIF-4F,复合物的组成成分,eIF-5,促进上述起始因子从,40S,小亚基脱落，以便,40S,小亚基与,60S,大亚基结合形成,80S,起始复合物,eIF-6,促进无活性的,80S,核糖体解聚生成,40S,小亚基和,60S,大亚基,40S,50S,40S,1.,核蛋白体大小亚基分离,60S,E,eIF-3,eIF-2B,促进核糖体的大、小亚基分离,eIF-6,40S,eIF-3,eIF-2B,2.,Met-tRNAi,Met,结合到小亚基,-,首先占据,P,位,eIF-2,GTP,3.mRNA,在小亚基上定位结合,eIF-3,eIF-2B,U,A,C,eIF-2,GTP,AAA,AUG,UAA,4.,核蛋白体大亚基的结合,AAA,eIF-3,eIF-2B,AUG UAA,60S,E,60s,U,A,C,eIF-2,GTP,每次核蛋白体循环包括三个步骤：,进位（,entrance,）（注册）,成肽,(peptide bond formation),转位,(translocation),真核细胞核糖体没有,E,位，转位时卸载的,tRNA,直接从,P,位脱落。,（三）肽链的延长阶段,60S,U A A,A U G,5,3,40S,Met,进位：氨基酰,-tRNA,进到核糖体的,A,位,aa,2,A,U,U,50S,U A A,A U G,5,3,Met,40S,成肽：,肽酰转移酶,催化肽键的生成,真核生物的肽酰转移酶为,核糖体大亚基的为,28S rRNA,aa,2,A,U,U,Met,Met,50S,E,40S,每次移动一个遗传密码的距离，转位耗能,（消耗,GTP,的一个高能磷酸键）。,原核生物由转位酶是,EF-G(80kD),，真核为延长因子,2,转位,-,核糖体与,mRNA,相对移动 同时有肽酰,-tRNA,由,A,位移向,P,位,aa,2,A,U,U,Met,U A A,A U G,5,3,50S,E,P,（四）,真核生物翻译的,终止阶段,当,mRNA,上终止密码出现后，多肽链合成停止，肽链从肽酰,-tRNA,中释出，,mRNA,、核蛋白体等分离。终止过程需要,eRF,参加,。,终止过程需消耗,GTP,。,AUG,UAA,5,3,eRF,fMet,aa,2,aa,3,aa,4,aa,5,aa,aa,aa,aa,aa,aa,n,aa,aa,aa,aa,aa,aa,aa,aa,aa,aa,aa,n,原核生物与真核生物蛋白质合成过程的异同,相同点：,遗传密码：,相同,蛋白质合成方向：,沿,mRNA 5 3,方向翻译，肽,链合成方向是,N C,氨基酸活化：,氨基酸需要先活化成氨基酰,-tRNA,后参与蛋白质的合成,能量消耗：,都需要消耗大量,ATP,多聚核蛋白体：,都存在，使蛋白合成快速高效,原核生物与真核生物蛋白质合成过程的异同,原核生物,真核生物,模板：,mRNA,不需要加工，半衰期短，,mRNA,需要加工，半衰期长,1-3,分钟 数小时,-,十几小时,转录与翻译：,偶联 不偶联,翻译过程：,起始：,SD,序列，,fMet-tRNA,i,fmet,5,-CBP,，,Met-tRNAi,Met,，,IF eIF,延长：,EF eEF,终止：,RFs eRF,翻译产物：,由多顺反子,mRNA,翻译成多个 由单顺反子,mRNA,翻译成一,多肽链 条多肽链,不同点：,六、肽链合成后的加工修饰和转运,翻译后加工：,从核糖体上释放出的新生多肽链不具备蛋白质生物活性，必须经过不同的翻译后加工过程才能转变为具有天然构象的功能蛋白质。,新生的肽链,成熟的蛋白质,加工过程包括：,一级结构的修饰,多肽链的折叠,空间结构的修饰,（一）一级结构的修饰,1.,多肽链,N,端的修饰,切除,N-,甲酰基或甲硫氨酸或切除信号肽,（,1,）脱甲酰基酶：去除甲酰基,（,2,）氨基肽酶：去除甲硫氨酸,（,3,）信号肽酶：去除信号肽,aa,2,aa,3,aa,4,aa,5,aa,6,aa,7,aa,8,aa,9,aa,10,aa,n,胰岛素原的水解修饰,胰岛素的水解加工过程,-,非功能片段的切除,胰岛素原的加工,A,链区,B,链区,间插序列（,C,肽区）,HS,SH,SH,SH,HS,HS,信号肽,N,C,核糖体上合成出无规则卷曲的,前胰岛素原,切除,C,肽后，形成成熟的胰岛素分子,切除信号肽后折叠成稳定构象的胰岛素原,S,S,S,S,N,N,C,C,A,链,B,链,胰岛素,C,N,S,S,S,S,胰岛素原,S,S,2.,多肽链的水解加工,鸦片促黑皮质激素原的水解,一条合成后的多肽链经加工产生多种不同活性的蛋白质,/,多肽,3.,个别氨基酸的共价修饰,糖基化,羟基化,甲基化,磷酸化,二硫键形成,亲脂性修饰,O,型,A,型,B,型,糖链与,ABO,血型,GlcNAc,：,Gal,：,Glc,：,GalNAc,：,Fuc,：,亲脂化：疏水脂链的连接,Ras,蛋白,脂肪酸链,Ras,蛋白,Ras,蛋白,（二）多肽链的折叠,新生肽链的合成未完成时，肽链的折叠就开始。随序列的延伸逐步折叠，最后形成正确的空间构象。,参与折叠的辅助性蛋白质和酶：,分子伴侣,（,molecular chaperon,）,二硫键异构酶（,protein disulfide isomerase,PDI,）,脯氨酰顺反异构酶（,peptide prolyl cis-trans isomerase,PPI,）,1.,分子伴侣,分子伴侣,(molecular chaperon),是指促进、帮助、监视和加速蛋白质进行正确折叠的一类保守蛋白质分子。,分子伴侣主要有：,热休克蛋白,(heat shock protein,HSP),家族,Hsp70,、,Hsp40,、,GrpE,伴侣素,(chaperonin),E.coli,：,GroEL,、,GroES;,真核：,Hsp60,、,Hsp10,分子伴侣的功能,封闭待折叠蛋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互不干扰,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,机制：,蛋白质在合成时，未折叠的肽段有许多疏水的基团暴露在外，具有分子内或分子间聚集的倾向，使蛋白质不能正确折叠。分子伴侣能可逆的与未折叠的肽段的疏水基团反复结合，使其正确折叠。分子伴侣还能与错误聚集的肽段结合，再诱导其正确折叠。有些分子伴侣具有形成二硫键的酶活性,。,(1),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。,热休克蛋白包括,HSP70,、,HSP40,和,GrpE,三族。,它有,两个主要功能域,：一个是存在于,N-,端的高度保守的,ATP,酶结构域,，能结合和水解,ATP,；另一个是存在于,C-,端的多肽链结合结构域,。蛋白质的折叠需要这两个结构域的相互作用。,大肠杆菌的,HSP70(DnaK),ATP,酶,肽链结合结构域,H,2,N,EEVD-COOH,Grp E,结合部位,DnaJ/HSP40,结合部位,大肠杆菌的,HSP40(Dna J),可激活,Dna K,中的,ATP,酶，生成稳定的,Dna J-Dna K-ADP-,被折叠蛋白质复合物，以利于,Dna K,发挥分子伴侣作用。在,ATP,存在的情况下，,Dna J,和,Dna K,的相互作用能抑制蛋白质的聚集。,Grp E,，核苷酸交换因子，与,Dna K,的,ATP,酶结构域结合，使,Dna K,的构象发生改变、,ADP,从复合物中释放出来并由,ATP,代替,ADP,，从而控制,Dna K,的,ATP,酶活性。,在蛋白质的折叠过程中，,HSP70,还需,2,个辅助因子,HSP40,和,Grp E,。,大肠杆菌中的,HSP70,反应循环,人类细胞中,HSP,蛋白质家族可存在于胞浆、内质网腔、线粒体、胞核等部位，涉及多种细胞保护功能：如使线粒体和内质网蛋白质保持未折叠状态而转运、跨膜，再折叠成功能构象；通过类似上述机制，避免或消除蛋白质变性后因疏水基团暴露而发生的不可逆聚集，以利于清除变性或错误折叠的多肽中间物等。,大肠杆菌中的,HSP70,反应循环,(2),伴侣素,(chaperonin),伴侣素是分子伴侣的另一家族，如大肠杆菌的,Gro EL,和,Gro ES,（真核细胞中同源物为,HSP60,和,HSP10,）等家族。,其主要作用是为非自发性折叠蛋白质提供能折叠形成天然空间构象的微环境。,当待折叠肽链进入,Gro EL,的桶状空腔后，,Gro ES,可作为“盖子”瞬时封闭,Gro EL,空腔出口。封闭后的桶状空腔提供了能完成该肽链折叠的微环境。,Gro EL-Gro ES,复合物,2.,蛋白质二硫键异构酶,多肽链内或肽链之间二硫键的正确形成对稳定分泌型蛋白质、膜蛋白质等的天然构象十分重要，这一过程主要在细胞内质网进行。,二硫键异构酶在内质网腔活性很高，可在较大区段肽链中催化错配二硫键断裂并形成正确二硫键连接，最终使蛋白质形成热力学最稳定的天然构象。,3.,肽,-,脯氨酰顺反异构酶,多肽链中肽酰,-,脯氨酸间形成的肽键有顺反两种异构体，空间构象有明显差别。,肽酰,-,脯氨酰顺反异构酶可促进上述顺反两种异构体之间的转换。,肽酰,-,脯氨酰顺反异构酶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，可使多肽在各脯氨酸弯折处形成准确折叠。,正常,异常,朊病毒蛋白结构的差异,Normal,PrPc,，,40%,-helix,no,-folding,sensitive to protease,Abnormal,PrPSc,30%,-helix,45%,-folding,，,not sensitive protease,（三）空间结构的修饰,（一）通过非共价键亚基聚合形成具有四级结构的蛋白质,（二）辅基连接后形成完整的结合蛋白质,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,(oligomer),。,如血红蛋白由四个亚基构成：,22,。,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。,如：金属离子、维生素、核酸、多糖和脂质等。,（四）蛋白质合成后的转运,蛋白质的靶向转运（,protein targeting,）,蛋白质合成后，定向输送到最终发挥生物功能的细胞部位，这一过程称为蛋白质的靶向转运。,蛋白质合成后的去向：,留在胞浆,进入各细胞器,分泌至胞外,靶向输送的蛋白质中存在分选信号，主要为,N,端的特异氨基酸序列，可引导蛋白质转移到细胞的适当靶部位，这一序列称为,信号肽,。,mRNA,在多聚核糖体翻译的同时，蛋白质就插入到内质网膜，共翻译插入（,cotranslational insertion,）。,信号肽,(signal peptide),信号肽的性质,由,12,35,个氨基酸组成，分三个区段：,N,端附近有带正电荷的氨基酸，称为碱性氨基末端；,中间为中性氨基酸组成的疏水核心区；,C,端通常为小分子氨基酸（,丙氨酸）,，可被信号肽酶裂解，称为加工区。,N,信号肽,碱性氨基末端区,疏水核心区,信号肽酶作用区,信号肽的一级结构,分泌蛋白,N,端信号肽,内质网腔蛋白,N,端信号肽,C,端,-Lys-Asp-Glu-Leu-COO,-,(KDEL,序列,),线粒体蛋白,N,端信序列,(20-35,氨基酸,),核蛋白核定位序列,(-Pro-Pro-Lys-Lys-Lys-Arg-Lys-Val-,；,SV40,抗原,),过氧化物体蛋白,C,端,Ser-Lys-Leu-,(SKL,序列,),溶酶体蛋白甘露糖,-6-,磷酸,(Man-6-P),靶向输送蛋白的信号序列或成分,1.,分泌型蛋白的转运,当肽链合成至约,70,个氨基酸残基时，,信号肽识别颗粒（,SRP,）,与信号肽、,GTP,及核蛋白体结合，形成核蛋白体,-,多肽,-SRP,复合体，使肽链合成暂停。,SRP,引导该复合体识别并结合内质网（,ER,）上的,SPR,受体,。,核蛋白体大亚基与,ER,上的核蛋白体受体结合，锚定在,ER,上。,具有,GTP,酶活性的,SRP,水解,GTP,并脱离复合体，肽链合成又开始进行。,信号肽引导后续肽链通过,转位子复合物,（内质网上跨膜通道）进入内质网腔，并被,信号肽酶,（位于,ER,膜腔面）切除而降解。,肽链在内质网腔中经加工修饰后，被膜包装进入分泌小泡转运至高尔基体。,在高尔基复合体中被包装进分泌小泡，转移至细胞其它部位或分泌到细胞外。,1.,分泌型蛋白的转运,内质网膜上有一,种称为易位子,(translocon),的蛋白复合体，直径,8.5nm,，中心有一个直径,2nm,的通道，其功能与新生成的多肽进入,ER,有关。,108,108,108,108,内质网腔,细胞质,SRP,受体,信号识别颗粒,(SRP),核糖体结合蛋白,tRNA,A,P,核糖体,mRNA,信号肽,A,内质网中的,驻留蛋白质,先经粗面内质网上的附着核糖体合成并进入内质网腔，然后随囊泡输送到高尔基复合体。但是，内质网蛋白质多肽链的,C-,端含有滞留信号序列（,KDEL,），可与相应受体结合。在高尔基复合体上，内质网蛋白质通过其滞留信号序列与受体结合后，随囊泡输送回内质网。,（,2,）靶向输送至内质网的蛋白质,C-,端含有滞留信号序列,（,3,）蛋白质,6-,磷酸甘露糖基化是靶向输送至溶酶体的信号,(4),真核细胞线粒体蛋白质的靶向输送,（,5,）细胞核蛋白质在胞液中合成后经核孔靶向输送入核,细胞核蛋白的靶向输送,细胞核蛋白经核孔进入细胞核。,需要核输入因子,、,和小,GTP,酶,Ran,蛋白参与。,细胞核蛋白含有核定位序列（,NLS,）。,NLS,（,4,8,个氨基酸，富含碱性氨基酸）可位于肽链的不同部位。入核后不被切除。,质膜蛋白质的靶向输送,1.,病毒利用宿主蛋白质合成机器,合成病毒蛋白,（五）,蛋白质生物合成与医学的关系,a.,病毒,mRNA,与宿主细胞,mRNA,竞争结合核糖体小亚基，抑制宿主细胞蛋白质合成（如,呼吸道病毒、肠道病毒、疱疹口炎病毒,）,b.,病毒存在一种蛋白酶，可水解,eIF-4G,氨基端的结合位点，一方面不影响病毒,mRNA,与核糖体小亚基的结合，但使,eIF-4F,复合物不能形成而干扰宿主细胞蛋白质合成（如,脊髓灰质炎病毒,等）,A,P,E,二、抗生素对蛋白质生物合成的影响,链霉素、卡那霉素与核蛋白体结合，引起读码错误,四环素（广谱）抑制氨基酰,tRNA,进位,氯霉素与核蛋白体大亚基结合，抑制转肽酶活性，阻断翻译延长,嘌呤霉素是酪氨酰,-tRNA,类似物，可取代其进位，使肽链提前释放,2.,抗生素对蛋白质生物合成的影响,常用抗生素对蛋白质合成的抑制作用原理,红霉素,3.,毒素干扰蛋白质生物合成,白喉毒素,（,diphtheria toxin,）：是一种化学修饰酶，能催化哺乳动物的延长因子（,eEF-2,）与,NAD,+,反应，生成,eEF-2,的腺苷二磷酸核糖衍生物，使,eEF-2,失活，从而抑制哺乳动物蛋白质的合成。,4.,干扰素抑制病毒蛋白质合成,interferon,IFN,真核细胞感染病毒后分泌的具有抗病毒作用的蛋白质，抑制病毒的繁殖。包括,IFN-,、,IFN-,和,IFN-,，它们分别由白细胞、成纤维细胞和活化的,T,细胞产生,IFN,抑制蛋白质合成的机制：,(a),干扰素诱导,IF-2,磷酸化失活,(b),干扰素诱导,病毒,mRNA,降解,1,2,干扰素作用的机理,概念：,密码子 多核蛋白体 移码突变 同义密码子,开放阅读框架 蛋白质靶向转运 信号肽,SD,序列 分子伴侣,简述：,遗传密码子的特点。,原核生物与真核生物翻译起始有何异同。,真核生物翻译后加工修饰有哪些方式。,简述三种,RNA,在蛋白质合成过程中的作用。,DNA,的遗传信息如何传递到蛋白质分子中去。,填空：,合成蛋白质的原料是,，它的活化类型是,。,参与氨基酸活化与转运的酶是,，参与肽键形成的酶是,。,肽链延长包括,、,和,三个过程。,在,64,个密码子中，起始密码子是,，终止密码子是,、,和,。,多肽链合成的方向是,到,，而阅读,mRNA,的方向是,到,。,谢 谢,