第12章蛋白质生物合成.pptx

目录目录蛋白质的生物合成蛋白质的生物合成（翻译）（翻译）第第12章章Protein Biosynthesis(Translation)目录目录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mRNA、tRNA、核蛋白体在翻译过程中的作、核蛋白体在翻译过程中的作用，用，遗传密码的特点遗传密码的特点氨基酰氨基酰-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目录目录蛋白质生物合成的概念蛋白质生物合成的概念蛋蛋白白质质生生物物合合成成(protein biosynthesis)也也称称翻翻译译(translation)，是是生生物物细细胞胞以以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码信息合成蛋白质的过程。密码信息合成蛋白质的过程。n定义定义目录目录（1）氨基酸的活化）氨基酸的活化（2）肽链的生物合成）肽链的生物合成（3）肽链形成后的加工和靶向输送）肽链形成后的加工和靶向输送n反应过程反应过程目录目录（1）维持多种生命活动）维持多种生命活动（2）适应环境的变化）适应环境的变化（3）参与组织的更新和修复）参与组织的更新和修复n生物学意义生物学意义目录目录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 System目录目录1.基本原料：基本原料：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：核蛋白体装配机：核蛋白体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、起始因子、延长因子、释放因子等转肽酶、起始因子、延长因子、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目录目录一、一、mRNA是蛋白质生物合成的直接模板是蛋白质生物合成的直接模板nmRNA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)。原核生物的多顺反子原核生物的多顺反子真核生物的单顺反子真核生物的单顺反子非编码序列非编码序列核蛋白体结合位点核蛋白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 目录目录n遗传密码遗传密码在在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，这种三联体形式的核苷酸序列称为密码子。种三联体形式的核苷酸序列称为密码子。起始密码子起始密码子(initiation codon)：AUG终止密码子终止密码子(termination codon)：UAA、UAG、UGA密码子（密码子（codon）起始密码子和终止密码子：起始密码子和终止密码子：目录目录遗遗传传密密码码表表目录目录n遗传密码的特点遗传密码的特点1.方向性方向性(directional)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，即读码从码从mRNA的起始密码子的起始密码子AUG开始，按开始，按53的方向逐一阅读，直至终止密码子。的方向逐一阅读，直至终止密码子。NC肽链延伸方向肽链延伸方向53读码方向读码方向目录目录2.连续性连续性(non-punctuated)编码蛋白质氨基酸序列的各个三联体密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。既无间隔也无交叉。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终止密码终止密码目录目录基因损伤引起基因损伤引起mRNA阅读框架内的碱基发阅读框架内的碱基发生插入或缺失，可能导致生插入或缺失，可能导致框移突变框移突变(frameshift mutation)。缬缬 脯脯 苏苏 天冬天冬缬缬 丙丙 酪酪 甘甘缬缬 丙丙 丝丝 精精目录目录许多真核生物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，可通过特定碱基的插入、缺失或置加工的过程，可通过特定碱基的插入、缺失或置换，使换，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。这种基因表达的调节方式称为质。这种基因表达的调节方式称为mRNA编辑编辑（mRNA editing）。目录目录3.简并性简并性(degenerate)一一种种氨氨基基酸酸可可具具有有2个个或或2个个以以上上的的密密码码子子为为其其编编码码。这这一一特特性性称称为为遗遗传传密密码码的的简简并并性。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个个或或多多至至6个个三三联联体体为为其其编编码码。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简并性密码子，也称同义密码子为简并性密码子，也称同义密码子。目录目录各种氨基酸的密码子数目各种氨基酸的密码子数目目录目录4.通用性通用性(universal)从简单的病毒到高等的人类，几乎使用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，遗传密码表中的这同一套遗传密码，因此，遗传密码表中的这套套“通用密码通用密码”基本上适用于生物界的所有基本上适用于生物界的所有物种，具有通用性。物种，具有通用性。密码的通用性进一步证明各种生物进化密码的通用性进一步证明各种生物进化自同一祖先。自同一祖先。目录目录已发现少数例外，如动物细胞的线粒体、已发现少数例外，如动物细胞的线粒体、植物细胞的叶绿体。植物细胞的叶绿体。通用密码通用密码 线粒体密码线粒体密码AUA 异亮异亮 蛋、起始蛋、起始AGA 精精 终止终止AGG 精精 终止终止UGA 终止终止 色色目录目录5.摆动性摆动性(wobble)反密码子与密码子之间的配对有时并不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，这种现象称严格遵守常见的碱基配对规律，这种现象称为摆动配对为摆动配对(wobble base pairing)。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,CUGU3 2 11 2 3摆摆动动配配对对目录目录二、核蛋白体是蛋白质生物合成的场所二、核蛋白体是蛋白质生物合成的场所n核蛋白体的组成核蛋白体的组成核核蛋蛋白白体体又又称称核核糖糖体体，是是由由rRNA和和多多种种蛋蛋白白质质结结合合而而成成的的一一种种大大的的核核糖糖核核蛋蛋白白颗颗粒粒，是是蛋白质生物合成的场所。蛋白质生物合成的场所。目录目录原核生物原核生物真核生物真核生物核蛋白核蛋白体体小亚基小亚基大亚基大亚基核蛋白核蛋白体体小亚基小亚基大亚基大亚基S值值70S30S50S80S40S60SrRNA16S-rRNA23S-rRNA5S-rRNA18S-rRNA28S-rRNA5.8S-rRNA5S-rRNA蛋白质蛋白质rpS 21种种rpL 36种种rpS 33种种rpL 49种种 不同细胞核蛋白体的组成不同细胞核蛋白体的组成核蛋白体核蛋白体的组成的组成目录目录n原核生物核蛋白体结构模式原核生物核蛋白体结构模式 目录目录三、三、tRNAtRNA是氨基酸的运载工具及蛋白质是氨基酸的运载工具及蛋白质生物合成的适配器生物合成的适配器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 3-CCA的位置，结合需要的位置，结合需要ATP供能；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携带的氨基酸能准确地在所携带的氨基酸能准确地在mRNA上对号入座。上对号入座。二级结构三级结构反密码环反密码环氨基酸臂氨基酸臂ntRNA的构象的构象目录目录四、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)，催催化化核核蛋蛋白白体体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，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)，催催化化核核蛋蛋白白体体向向mRNA3-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。目录目录（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）目录目录参与原核生物翻译的各种蛋白质因子及其生物学功能参与原核生物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IF-1占据占据A位防止结合其他位防止结合其他tRNAIF-2促进起始促进起始tRNA与小亚基结合与小亚基结合IF-3促进大小亚基分离，提高促进大小亚基分离，提高P位对结合起始位对结合起始tRNA的的敏感性敏感性延长因子延长因子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可与核蛋白体其他部位结合，有可与核蛋白体其他部位结合，有GTP酶活性，能酶活性，能介导介导RF-1及及RF-2与核蛋白体的相互作用与核蛋白体的相互作用参与真核生物翻译的各种蛋白质因子及其生物学功能参与真核生物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促进核蛋白体分离成大小亚基促进核蛋白体分离成大小亚基延长因子延长因子eIF1-促进氨基酰促进氨基酰-tRNA进入进入A位，结合分解位，结合分解GTP，相当于，相当于EF-TueIF1-调节亚基，相当于调节亚基，相当于EF-TseIF-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，相当于卸载与释放，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的功能的功能目录目录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）能源物质及离子目录目录第二节第二节氨基酸的活化氨基酸的活化Activation of Amino Acids目录目录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的的过程称为氨基酸的活化。过程称为氨基酸的活化。参与氨基酸的活化的酶：参与氨基酸的活化的酶：氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶。目录目录n反应过程反应过程一、一、氨基酸活化形成氨基酰氨基酸活化形成氨基酰-tRNA氨基酸氨基酸+tRNA氨基酰氨基酰-tRNAATP AMPPPi氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶目录目录氨基酸氨基酸 ATP-E 氨基酰氨基酰-AMP-E PPi 第一步反应第一步反应目录目录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 E目录目录n氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶结构结构氨基酰氨基酰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形成氨基酰腺苷形成氨基酰腺苷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目录目录l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都都有高度特异性。有高度特异性。特性特性tRNA氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶ATP目录目录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学校校对对特性特性目录目录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：目录目录tRNA目录目录二、真核生物起始氨基酰二、真核生物起始氨基酰-tRNA是是Met-tRNAiMettRNAiMet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。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蛋蛋白白体体，为为延延长长中中的肽链添加甲硫氨酸。的肽链添加甲硫氨酸。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-tRNAMetn真核生物真核生物目录目录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。起起始始密密码码子子只只能能辨辨认认fMet-tRNAfMet。n原核生物原核生物起始氨基酰起始氨基酰-tRNA:fMet-tRNAfMet 目录目录fMet-tRNAfMet的的生生成成是是一一碳碳化化合合物物转转移移和和利利用用的的过过程程之之一一，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-氨氨基上。基上。目录目录第三节第三节肽链的生物合成过程肽链的生物合成过程The Biosynthesis Process of Peptide Chain目录目录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，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位密密码码子子所编码的氨基酸。所编码的氨基酸。目录目录起始起始(initiation)延长延长(elongation)终止终止(termination)n整个过程可分为整个过程可分为：一、原核生物的肽链合成过程一、原核生物的肽链合成过程目录目录（一）起始（一）起始 指指mRNA和起始氨基酰和起始氨基酰-tRNA分别与核蛋分别与核蛋白体结合而形成翻译起始复合物的过程。白体结合而形成翻译起始复合物的过程。1.核蛋白体大小亚基分离；核蛋白体大小亚基分离；2.mRNA在小亚基定位结合；在小亚基定位结合；3.起始氨基酰起始氨基酰-tRNA的结合；的结合；4.核蛋白体大亚基结合。核蛋白体大亚基结合。目录目录IF-3IF-11.1.核蛋白体大小亚基分离核蛋白体大小亚基分离目录目录A U G53IF-3IF-12.mRNA2.mRNA在小亚基定位结合在小亚基定位结合目录目录n原核生物原核生物mRNA在核蛋白体小亚基上的准确定位在核蛋白体小亚基上的准确定位和结合涉及两种机制：和结合涉及两种机制：在在各各种种mRNA起起始始AUG上上游游约约813核核苷苷酸酸部部位位，存存在在一一段段由由49个个核核苷苷酸酸组组成成的的一一致致序序列列，富富含含 嘌嘌 呤呤 碱碱 基基，如如-AGGAGG-，称称 为为 Shine-Dalgarno序序列列(S-D序序列列)，又又称称核核蛋蛋白白体体结结合合位位点点(ribosomal binding site,RBS)。一一条条多多顺顺反反子子mRNA序序列列上上的的每每个个基基因因编编码码序序列列均均拥拥有有各各自自的的S-D序列和起始序列和起始AUG。目录目录S-D序列序列小小亚亚基基中中的的16S-rRNA 3-端端有有一一富富含含嘧嘧啶啶碱碱基基的的短短序序列列，如如-UCCUCC-，通通过过与与S-D序序列列碱碱基互补而使基互补而使mRNA与小亚基结合。与小亚基结合。目录目录mRNA序序列列上上紧紧接接S-D序序列列后后的的小小核核苷苷酸酸序序列列，可被核蛋白体小亚基蛋白可被核蛋白体小亚基蛋白rpS-1识别并结合。识别并结合。目录目录IF-3IF-1IF-2GTP3.起始氨基酰起始氨基酰tRNA(fMet-tRNAfMet)结合到小亚基结合到小亚基A U G53目录目录IF-3IF-1IF-2GTPGDPPi4.4.核蛋白体大亚基结合，起始复合物形成核蛋白体大亚基结合，起始复合物形成A U G53目录目录IF-3IF-1A U G53IF-2GTPIF-2-GTPGDPPi起始复合物形成过程起始复合物形成过程目录目录指指在在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蛋白体并聚合成多肽链的过程。核蛋白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蛋蛋白白体体上上连连续续循循环环式式进进行行，又又称称为为核核蛋蛋白白体体循循环环(ribosomal cycle)，包包括括以以下三步：下三步：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。目录目录1.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蛋白体合到核蛋白体A位的过程。位的过程。目录目录 进位需要延长因子进位需要延长因子EF-Tu与与EF-Ts参与。参与。目录目录Tu TsGTPGDPA U G53TuTsGTPn进位的反应过程：进位的反应过程：目录目录2.成肽成肽 成肽是在成肽是在转肽酶转肽酶(peptidase)的催化下，核蛋的催化下，核蛋白体白体P位上起始氨基酰位上起始氨基酰-tRNA的的N-甲酰甲硫氨酰甲酰甲硫氨酰基或肽酰基或肽酰-tRNA的肽酰基转移到的肽酰基转移到A位并与位并与A位上位上氨基酰氨基酰-tRNA的的-氨基结合形成肽键的过程。氨基结合形成肽键的过程。目录目录n成肽的反应过程成肽的反应过程目录目录3.转位转位 转位是在转位酶的催化下，核蛋白体向转位是在转位酶的催化下，核蛋白体向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序列上的下一个密码子进入核蛋白体序列上的下一个密码子进入核蛋白体的的A位、而占据位、而占据A位的肽酰位的肽酰-tRNA移入移入P位的位的过程。过程。转位需要延长因子转位需要延长因子EF-G参与。参与。目录目录EF-G有有转位酶（转位酶（translocase）活性，可结合并活性，可结合并水解水解1分子分子GTP，释放的能量促进核蛋白体向，释放的能量促进核蛋白体向mRNA的的3侧移动，使起始二肽酰侧移动，使起始二肽酰-tRNA-mRNA相对位移进相对位移进入核蛋白体入核蛋白体P位，而卸载的位，而卸载的tRNA则移入则移入E位。位。n转位转位目录目录目录目录fMetA U G53fMetTuGTP成肽成肽转位转位下一轮进位下一轮进位进进位位转转位位成肽成肽n肽链合成延长肽链合成延长(核蛋白体循环核蛋白体循环)过程过程目录目录（三）终止（三）终止 指核蛋白体指核蛋白体A位出现位出现mRNA的终止密码子的终止密码子后，多肽链合成停止，肽链从肽酰后，多肽链合成停止，肽链从肽酰-tRNA中释中释出，出，mRNA、核蛋白体大、小亚基等分离的、核蛋白体大、小亚基等分离的过程。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。目录目录RF-3可结合核蛋白体其他部位，有可结合核蛋白体其他部位，有GTP酶活性，酶活性，能介导能介导RF-1、RF-2与核蛋白体的相互作用。与核蛋白体的相互作用。n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，使肽链从核蛋白体上释放。的酯键水解，使肽链从核蛋白体上释放。原原核核肽肽链链合合成成终终止止过过程程 目录目录n原核肽链合成终止过程：原核肽链合成终止过程：目录目录 多聚核蛋白体的形成可以使蛋白质生物多聚核蛋白体的形成可以使蛋白质生物合成以高速度、高效率进行。合成以高速度、高效率进行。（四）多聚核蛋白体（四）多聚核蛋白体(polysome)1条条mRNA模板链都可附着模板链都可附着10100个核个核蛋白体，这些核蛋白体依次结合起始密码子蛋白体，这些核蛋白体依次结合起始密码子并沿并沿53方向读码移动，同时进行肽链合成，方向读码移动，同时进行肽链合成，这种这种mRNA与多个核蛋白体形成的聚合物称与多个核蛋白体形成的聚合物称为多聚核蛋白体为多聚核蛋白体(polysome)。目录目录多聚核蛋白体多聚核蛋白体目录目录电镜下的多聚核蛋白体电镜下的多聚核蛋白体目录目录二、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.核蛋白体大小亚基分离；核蛋白体大小亚基分离；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.核蛋白体大亚基结合。核蛋白体大亚基结合。MetMet40S40S60S60SMeMet 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物形成过程复合物形成过程目录目录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蛋蛋白白体体没没有有E位位，转转位位时卸载的时卸载的tRNA直接从直接从P位脱落。位脱落。（二）延长（二）延长目录目录（三）终止（三）终止 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。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（多顺反子）编码几种蛋白质（多顺反子）一条一条mRNA编码一种蛋白质（单顺反子）编码一种蛋白质（单顺反子）转录后很少加工转录后很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蛋白体核蛋白体30S小亚基小亚基50S大亚基大亚基 70S核蛋白体核蛋白体40S小亚基小亚基60S大亚基大亚基 80S核蛋白体核蛋白体起始阶段起始阶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核蛋白体小亚基先与核蛋白体小亚基先与mRNA结合结合,再与再与fMet-tRNAfMet结合结合核蛋白体小亚基先与核蛋白体小亚基先与Met-tRNAiMet结合，结合，再与再与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长阶段延长阶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终止阶段终止阶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eRF目录目录第四节第四节蛋白质翻译后修饰和靶向输送蛋白质翻译后修饰和靶向输送Posttranslational Modification and Targeting Transfer of Protein目录目录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的的三三维维构构象象及及对对肽肽链链一一级级结结构构的的修修饰饰、空空间间结结构构的的修修饰饰等等。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，从从而而使蛋白质结构上呈现更大的复杂性。使蛋白质结构上呈现更大的复杂性。目录目录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用的的靶靶位位点点的的过过程程称称为为蛋蛋白白质质的的靶靶向向输输送送(protein targeting)。目录目录一、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。可能随着序列的不断延伸肽链逐步折叠即开始。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、结构域到形成完，产生正确的二级结构、模序、结构域到形成完整空间构象。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。目录目录n几种有促进蛋白质折叠功能的大分子几种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)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)目录目录1.分子伴侣分子伴侣: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分子伴侣有以下功能：分子伴侣有以下功能：封闭待折叠蛋白质的暴露的疏水区段；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。目录目录(1)热休克蛋白热休克蛋白(heat shock protein,HSP)(2)伴侣蛋白伴侣蛋白(chaperonin)n分子伴侣主要有：分子伴侣主要有：目录目录(1)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、HSP40和和GrpE三族。三族。目录目录它它有有两两个个主主要要功功能能域域：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，能能结结合合和和水水解解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。蛋蛋白质的折叠需要这两个结构域的相互作用。白质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(DnaK)ATP酶肽链结合结构域H2NEEVD-COOHGrp E结合部位结合部位DnaJ/HSP40结合部位结合部位目录目录大大肠肠杆杆菌菌的的HSP40(Dna J)可可激激活活Dna K中中的的ATP酶酶，生生成成稳稳定定的的Dna J-Dna K-ADP-被被折折叠叠蛋蛋白白质质复复合合物物，以以利利于于Dna K发发挥挥分分子子伴伴侣侣作作用用。在在ATP存存在在的的情情况况下下，Dna J和和Dna K的相互作用能抑制蛋白质的聚集。的相互作用能抑制蛋白质的聚集。Grp E，核核苷苷酸酸交交换换因因子子，与与Dna K的的ATP酶酶结结构构域域结结合合，使使Dna K的的构构象象发发生生改改变变、ADP从从复复合合物物中中释释放放出出来来并并由由ATP代替代替ADP，从而控制，从而控制Dna K的的ATP酶活性。酶活性。在在蛋蛋白白质质的的折折叠叠过过程程中中，HSP70还还需需2个个辅辅助助因因子子HSP40和和Grp E。目录目录大肠杆菌中的大肠杆菌中的HSP70 反应循环反应循环目录目录人类细胞中人类细胞中HSP蛋白质家族可存在于胞浆、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。或错误折叠的多肽中间物等。目录目录(2)伴侣蛋白伴侣蛋白(chaperonin)伴侣蛋白是分子伴侣的另一家族，如大肠伴侣蛋白是分子伴侣的另一家族，如大肠杆菌的杆菌的Gro EL和和Gro ES（真核细胞中同源（真核细胞中同源物为物为HSP60和和HSP10）等家族。）等家族。其主要作用是为非自发性折叠蛋白质提供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。能折叠形成天然空间构象的微环境。目录目录当待折叠肽链进入当待折叠肽链进入Gro EL的桶状空腔后，的桶状空腔后，Gro ES可作为可作为“盖子盖子”瞬时封闭瞬时封闭Gro EL空腔出口。封空腔出口。封闭后的桶状空腔提供了能完成该肽链折叠的微环境。闭后的桶状空腔提供了能完成该肽链折叠的微环境。nGro EL-Gro ES复合物复合物目录目录nGro EL-Gro ES反应循环反应循环 目录目录2.蛋白质二硫键异构酶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。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硫键连接，最终使蛋白质形成热力学最稳定的天然构象。天然构象。目录目录3.肽肽-脯氨酰顺反异构酶脯氨酰顺反异构酶 多肽链中肽酰多肽链中肽酰-脯氨酸间形成的肽键有顺反两种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。异构体，空间构象有明显差别。肽酰肽酰-脯氨酰顺反异构酶可促进上述顺反两种异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。构体之间的转换。肽酰肽酰-脯氨酰顺反异构酶是蛋白质三维构象形成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。使多肽在各脯氨酸弯折