分子生物学蛋白质生物合成.ppt

目录目录蛋白质的生物合成蛋白质的生物合成（翻译）（翻译）第十二章第十二章Protein Biosynthesis(Translation)生物化学与分子生物学教研室生物化学与分子生物学教研室 孔丽君孔丽君 EmailEmail：kong_ Telkong_ Tel[phone]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定义定义目录目录翻译的本质：翻译的本质：mRNA 分子中分子中A G C U四种核苷酸序列编码的四种核苷酸序列编码的 遗传信息转换成蛋白质一级结构中遗传信息转换成蛋白质一级结构中20种氨基酸的排种氨基酸的排列顺序。列顺序。目录目录（1）维持多种正常生命活动（生长、发育）维持多种正常生命活动（生长、发育）（2）适应环境的变化（细菌对乳糖和葡萄糖）适应环境的变化（细菌对乳糖和葡萄糖 的利用）的利用）（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 目录目录 1961年，Nirenberg 证明了mRNA的模板作用。翻译模板mRNA及遗传密码目录目录 DNAmRNA蛋白质蛋白质4/56一、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目录目录（一）（一）mRNA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)。目录目录ORF开放阅读框架(open reading frame,ORF)。目录目录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（cistroncistron）。）。原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mRNAmRNA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（polycistronpolycistron）。）。真真核核生生物物一一个个mRNAmRNA只只编编码码一一种种蛋蛋白白质质，为为单单顺反子顺反子（single single cistroncistron）。）。目录目录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 目录目录原核细胞原核细胞mRNAmRNA的结构特点的结构特点53顺反子顺反子顺反子顺反子顺反子顺反子插入顺序插入顺序插入顺序插入顺序先导区先导区末端顺序末端顺序AGGAGGUAGGAGGUSD区区特点特点半衰期短半衰期短许多原核生物许多原核生物mRNAmRNA以多顺反子形式存在以多顺反子形式存在AUGAUG作为起始密码；作为起始密码；AUGAUG上游上游7 71212个核苷酸处有一被称为个核苷酸处有一被称为SDSD序列序列的的保守区，保守区，16S rRNA316S rRNA3-端反向互补而使端反向互补而使mRNAmRNA与核糖体结合。与核糖体结合。目录目录真核细胞真核细胞mRNAmRNA的结构特点的结构特点5“帽子帽子”PolyA 3 顺反子顺反子m7G-5ppp-N-3 p帽子结构功能帽子结构功能使使mRNAmRNA免遭核酸酶的破坏免遭核酸酶的破坏使使mRNAmRNA能与核糖体小亚基结合并开始能与核糖体小亚基结合并开始合成蛋白质合成蛋白质被蛋白质合成的起始因子所识别，从被蛋白质合成的起始因子所识别，从而促进蛋白质的合成。而促进蛋白质的合成。Poly(A)Poly(A)Poly(A)Poly(A)尾巴的功能尾巴的功能尾巴的功能尾巴的功能是是mRNAmRNA由细胞核进入细胞质由细胞核进入细胞质所必需的形式所必需的形式它大大提高了它大大提高了mRNAmRNA在细胞质在细胞质中的稳定性中的稳定性AAAAAAA-OH目录目录和原核生物和真核生物和原核生物和真核生物mRNA的比较的比较目录目录 （二）遗传密码（二）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。起始起始密码子密码子(initiation codon)：AUG（或甲硫氨酸）（或甲硫氨酸）终止终止密码子密码子(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，synonymous)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密码子简并性的生物学意义：减少有害突变。遗传密码的特异性主要取决于前两位碱基。GCU ACUGCC ACCGCA ACAGCG ACG AlaThr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)tRNAtRNA上反密码子的第上反密码子的第1 1位碱基与位碱基与mRNAmRNA密码密码子的第子的第3 3位碱基配对时，位碱基配对时，反密码反密码子与子与密码子密码子之之间的配对有时并不严格遵守常见的碱基配对间的配对有时并不严格遵守常见的碱基配对规律，可以在一定范围内变动，这种现象称规律，可以在一定范围内变动，这种现象称为摆动配对为摆动配对(wobble base(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,CUG目录目录摆动配对摆动配对U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(ribosome)，是是由由rRNA和和多多种种核核糖糖体体蛋蛋白白（ribosomal protein,rp)）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，是是蛋蛋白白质质生物合成的场所。生物合成的场所。目录目录核蛋白体核蛋白体的组成的组成目录目录各各种种细细胞胞核核蛋蛋白白体体都都有有大大小小两两个个亚亚基基 ,每每个个亚亚基基都都是是由由多多种种核核蛋蛋白白体体蛋蛋白白rprp 和和rRNArRNA 组组成成。大大小小亚亚基基所所含含有有的的蛋蛋白白质质分分别别称称为为rpLrpL或或 rpSrpS,它它们们多多是是参参与与蛋蛋白白质质生生物物合合成过程的酶和蛋白质因子成过程的酶和蛋白质因子。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目录目录有容纳有容纳mRNAmRNA的通道可结合模的通道可结合模板板mRNA结合起始结合起始tRNA 结合和水解结合和水解ATP有有3 3个个tRNAtRNA的结合位点：的结合位点：A A位、位、P P位、位、E E位位具有转肽酶的活性，催化肽键形成具有转肽酶的活性，催化肽键形成能结合参与蛋白质合成的多种因子，如能结合参与蛋白质合成的多种因子，如 IFIF、EFEF、RFRF小亚基：小亚基：大亚基：大亚基：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 目录目录原核生物核蛋白体至少有六个功能部位：原核生物核蛋白体至少有六个功能部位：容纳容纳mRNA的部位；的部位；结合氨基酰结合氨基酰tRNA的氨基酰的氨基酰 (aminoacyl site，A位位)；结合肽酰结合肽酰tRNA的肽酰位的肽酰位(peptidyl site，P位位)；tRNA排出位排出位(exit site，E位位)；肽基转移酶所在的部位；肽基转移酶所在的部位；转位酶位点。转位酶位点。真核生物核蛋白体与原核相似，但组分更复杂。真核生物核蛋白体与原核相似，但组分更复杂。目录目录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。目录目录 2.活化氨基酸；活化氨基酸；1.搬运氨基酸；搬运氨基酸；3.在密码子与对应氨基酸之间起接合体在密码子与对应氨基酸之间起接合体(adaptor)的作用。的作用。15/56如：如：密码子密码子GGUGGU-携带反密码子携带反密码子ACCACC的的tRNA-tRNA-GlyGly 密码子密码子tRNAtRNA反密码子反密码子氨基酸氨基酸 对号入座对号入座目录目录二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(携带氨基酸携带氨基酸)(识别遗传密码识别遗传密码)三级结构tRNA在翻译过程中起在翻译过程中起接合体接合体（adaptor）作用，）作用，是是氨基酸的运载体。氨基酸的运载体。目录目录四、蛋白质生物合成需要四、蛋白质生物合成需要蛋白质因子、酶类等蛋白质因子、酶类等（一）蛋白质因子（一）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（二）重要的酶类（二）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-端端移移动动一个密码子的距离，使下一个密码子定位于一个密码子的距离，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位移位移至至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种类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，参与多个翻多功能因子，参与多个翻译译步步骤骤eIF-2促促进进起始起始tRNA与小与小亚亚基基结结合合eIF-2B,eIF-3最先最先结结合小合小亚亚基，促基，促进进大小大小亚亚基分离基分离eIF-4AeIF-4F复合物成分，有复合物成分，有RNA解螺旋解螺旋酶酶活性，能解除活性，能解除mRNA5-端的端的发夹结发夹结构，使其与小构，使其与小亚亚基基结结合合eIF-4B结结合合mRNA，促，促进进mRNA扫扫描定位起始描定位起始AUGeIF-4EeIF-4F复合物成分，复合物成分，结结合合mRNA 5帽子帽子eIF-4GeIF-4F复合物成分，复合物成分，结结合合eIF-4E、eIF-3和和PolyA 结结合蛋白合蛋白eIF-5促促进进各种起始因子从小各种起始因子从小亚亚基解离，基解离，进进而而结结合大合大亚亚基基eIF-6促促进进核蛋白体分离成大小核蛋白体分离成大小亚亚基基延延长长因子因子eIF1-促促进进氨基氨基酰酰-tRNA进进入入A位，位，结结合分解合分解GTP，相当于，相当于EF-TueIF1-调节亚调节亚基，相当于基，相当于EF-TseIF-2有有转转位位酶酶活性，促活性，促进进mRNA-肽酰肽酰-tRNA由由A位移至位移至P位，促位，促进进tRNA卸卸载载与与释释放，相当于放，相当于EF-G 释释放因子放因子eRF识别识别所有所有终终止密止密码码子，具有原核生物各子，具有原核生物各类类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合成酶合成酶反应分两步：反应分两步：目录目录第一步反应第一步反应氨基酸氨基酸ATPE 氨基酰氨基酰-AMP-EAMP PPi 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 氨基酸的活化形式：氨基酰tRNA氨基酸的活化部位：羧基氨基酸与tRNA连接方式：酯键氨基酸活化耗能：2个P目录目录1、对底物氨基酸和、对底物氨基酸和tRNA都有高度都有高度特异性特异性。氨基酰氨基酰-tRNA合成酶的特性：合成酶的特性：tRNA氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶ATP目录目录 对对氨氨基基酸酸有有极极高高的的专专一一性性，每每种种氨氨基基酸酸都都有有专专一一的的酶酶，只只作作用用于于L-氨氨基基酸酸，不不作作用用于于D-氨基酸。氨基酸。对对tRNA 具有极高专一性。具有极高专一性。目录目录2、氨基酰、氨基酰-tRNA合成酶具有合成酶具有校正校正活性。活性。动动力力学学校校对对化化学学校校对对目录目录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目录目录真核生物真核生物：Met-tRNAiMet原核生物原核生物：fMet-tRNAifMet二、起始肽链合成的氨基酰二、起始肽链合成的氨基酰-tRNA目录目录甲甲酰酰化化形形成成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能辨认只能辨认fMet-tRNAi fMet。（一）原核生物（一）原核生物起始氨基酰起始氨基酰-tRNA:fMet-tRNAi fMet 目录目录fMet-tRNAi fMet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-tRNAeMet（二）真核生物（二）真核生物真核细胞起始密码子编码的真核细胞起始密码子编码的MetMet不需甲酰化不需甲酰化目录目录 第三节第三节蛋白质生物合成过程蛋白质生物合成过程The Process of Protein Biosynthesis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。目录目录蛋白质合成中蛋白质合成中mRNA模板的方向：模板的方向：5 3；蛋白质的合成方向：蛋白质的合成方向：N端端 C端。端。蛋白质合成过程：蛋白质合成过程：起始起始延长延长终止终止目录目录一、肽链合成起始一、肽链合成起始指指mRNA和起始氨基酰和起始氨基酰-tRNA分别与分别与核蛋白体结合而形成核蛋白体结合而形成翻译起始复合物翻译起始复合物(translational initiation complex)。参与起始过程的蛋白质因子称起始因参与起始过程的蛋白质因子称起始因子（子（initiation factor，IF）。）。目录目录参与起始过程的蛋白质因子称起始因子参与起始过程的蛋白质因子称起始因子（initiation factor，IF）。原核生物起始因子有）。原核生物起始因子有三种：三种：IF-1：占据：占据A位防止结合其他位防止结合其他tRNA。IF-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位对结合位对结合起始起始tRNA敏感性。敏感性。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。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S-D序列序列目录目录IF-3IF-1IF-2GTP3.起始氨基酰起始氨基酰tRNA(fMet-tRNAi fMet)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起始过程消耗起始过程消耗1个个GTP。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核蛋蛋白体并聚合成多肽链的过程。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。目录目录原核延长因子生物功能对应真核延长因子EF-Tu促进氨基酰-tRNA进入A位，结合分解GTPEF-1-EF-Ts调节亚基EF-1-EFG有转位酶活性，促进mRNA-肽酰-tRNA由A位前移到P位，促进卸载tRNA释放EF-2肽链合成的延长因子肽链合成的延长因子 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按按照照mRNA模板的指令进入模板的指令进入并结合到核蛋白体并结合到核蛋白体A位的位的过程。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，核蛋白的催化下，核蛋白体体P位上起始氨基酰位上起始氨基酰-tRNA的的N-甲酰甲硫氨酰基甲酰甲硫氨酰基或肽酰或肽酰-tRNA的肽酰基转移到的肽酰基转移到A位并与位并与A位上氨位上氨基酰基酰-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肽键的形成目录目录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 氨基酸活化：氨基酸活化：2个个PATP起始：起始：1个个GTP延长：延长：2个个GTP终止：终止：1个个GTP结论：结论：每合成一个肽键至少消耗每合成一个肽键至少消耗4个个P。原核生物蛋白质合成的能量计算原核生物蛋白质合成的能量计算目录目录 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多个核蛋白体多个核蛋白体聚集到同一聚集到同一mRNAmRNA上合成相上合成相同的多肽链，同的多肽链，提高蛋白质的提高蛋白质的合成速率。合成速率。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。（起始复合物形成）（起始复合物形成）目录目录真核生物翻译起始因子 起始因子生物功能eIF-2促进起始tRNA与小亚基结合eIF-2B,eIF-3促进大小亚基分离eIF-4AeIF-4F复合物成分，有解螺旋酶活性，促进mRNA结合小亚基eIF-4B促进mRNA扫描定位起始AUGeIF-4EeIF-4F复合物成分，结合mRNA 5帽子eIF-4GeIF-4F复合物成分，结合eIF-4E和PABeIF-5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目录目录MetMet40S40SMeMet 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,PAB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Met-tRNAiMet-elF-2-GTPMetMet60S60S目录目录 真核生物翻译起始的特点核蛋白体是80S；起始因子种类多；起始tRNA的Met不需甲酰化；mRNA的5帽子和3poly A尾结构与mRNA在核蛋白体就位有关；起始tRNA先与核蛋白体小亚基结合，然后再结合mRNA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基基本本相相似似，但但有有不不同同的的反反应应体体系系和和延延长长因因子。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 E位位，转转位时卸载的位时卸载的tRNAtRNA直接从直接从P 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。目录目录真核生物细胞质蛋白质合成特点真核生物细胞质蛋白质合成特点1 1、翻译启动因子多、翻译启动因子多2 2、mRNAmRNA为单作用子为单作用子3 3、核糖体大而复杂、核糖体大而复杂4 4、启动、启动tRNAtRNA不经过甲酰化不经过甲酰化5 5、合成过程需要、合成过程需要ATP,ATP,启动因子种类多启动因子种类多6 6、肽链延长因子、肽链延长因子 终止因子种类少终止因子种类少目录目录1、真核细胞核糖体比原核细胞核糖体更大更复杂；2、起始氨基酸为Met，不是fMet；3、肽链合成的起始：由40S核糖体亚基首 先识别mRNA的5端-帽子，然后沿mRNA移动寻找AUG；4、起始因子有12种，但只有2种延长因子和1种终止因子；5、真核细胞种线粒体、叶绿体的核糖体大小、组成及蛋白质合成过程都类似于原核细胞。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编码编码几种蛋白几种蛋白质质（多（多顺顺反子）反子）一条一条mRNA编码编码一种蛋白一种蛋白质质（单顺单顺反子）反子）转录转录后很少加工后很少加工转录转录后后进进行首尾修行首尾修饰饰及剪接及剪接转录转录、翻、翻译译和和mRNA的降解可同的降解可同时发时发生生mRNA在核内合成，加工后在核内合成，加工后进进入胞液，再入胞液，再作作为为模板指模板指导导翻翻译译核蛋白体核蛋白体30S小小亚亚基基50S大大亚亚基基 70S核蛋白体核蛋白体40S小小亚亚基基60S大大亚亚基基 80S核蛋白体核蛋白体起始阶段起始阶段起始氨基起始氨基酰酰-tRNA为为fMet-tRNAfMet起始氨基起始氨基酰酰-tRNA为为Met-tRNAiMet核蛋白体小核蛋白体小亚亚基先与基先与mRNA结结合合,再与再与fMet-tRNAfMet结结合合核蛋白体小核蛋白体小亚亚基先与基先与Met-tRNAiMet结结合，合，再与