蛋白质生物合成省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

目录目录蛋白质生物合成（翻蛋白质生物合成（翻译）译）第第12章章Protein Biosynthesis(Translation)第1页目录目录本章主要知识点本章主要知识点蛋白质生物合成（翻译）概念蛋白质生物合成（翻译）概念mRNA、tRNA、核蛋白体在翻译过程中作用，、核蛋白体在翻译过程中作用，遗传密码特点遗传密码特点氨基酰氨基酰-tRNA合成酶作用特点合成酶作用特点 原核、真核生物翻译过程异同原核、真核生物翻译过程异同分子伴侣作用，翻译后修饰形式分子伴侣作用，翻译后修饰形式信号肽及其作用，各类蛋白质靶向输送特点信号肽及其作用，各类蛋白质靶向输送特点抗生素、毒素和干扰素抑制翻译机制抗生素、毒素和干扰素抑制翻译机制第2页目录目录蛋白质生物合成概念蛋白质生物合成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排排列列次次序序所所组组成成密密码码信息合成蛋白质过程。信息合成蛋白质过程。n定义定义第3页目录目录（1）氨基酸活化）氨基酸活化（2）肽链生物合成）肽链生物合成（3）肽链形成后加工和靶向输送）肽链形成后加工和靶向输送n反应过程反应过程第4页目录目录（1）维持各种生命活动）维持各种生命活动（2）适应环境改变）适应环境改变（3）参加组织更新和修复）参加组织更新和修复n生物学意义生物学意义第5页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第6页目录目录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第7页目录目录一、一、mRNA是蛋白质生物合成直接模板是蛋白质生物合成直接模板nmRNA基本结构基本结构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)。第8页原核生物多顺反子原核生物多顺反子真核生物单顺反子真核生物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 第9页目录目录n遗传密码遗传密码在在mRNA开放阅读框架区，以每开放阅读框架区，以每3个相邻核苷个相邻核苷酸为一组，代表一个氨基酸酸为一组，代表一个氨基酸(或其它信息或其它信息)，这种三，这种三联体形式核苷酸序列称为密码子。联体形式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：第10页目录目录遗遗传传密密码码表表第11页目录目录n遗传密码特点遗传密码特点1.方向性方向性(directional)翻译时遗传密码阅读方向是翻译时遗传密码阅读方向是53，即读码，即读码从从mRNA起始密码子起始密码子AUG开始，按开始，按53方向方向逐一阅读，直至终止密码子。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读码方向读码方向第12页目录目录2.连续性连续性(non-punctuated)编码蛋白质氨基酸序列各个三联体密码编码蛋白质氨基酸序列各个三联体密码连续阅读，密码子及密码子各碱基之间既无连续阅读，密码子及密码子各碱基之间既无间隔也无交叉。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终止密码终止密码第13页目录目录基因损伤引发基因损伤引发mRNA阅读框架内碱基发生阅读框架内碱基发生插入或缺失，可能造成插入或缺失，可能造成框移突变框移突变(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 精精第14页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外显子外显子加工过程，可经过特定碱基插入、缺失或置换，加工过程，可经过特定碱基插入、缺失或置换，使使mRNA序列中出现移码突变、错义突变或无义序列中出现移码突变、错义突变或无义突变，造成突变，造成mRNA与其与其DNA模板序列不匹配，使模板序列不匹配，使同一前体同一前体mRNA翻译出序列、功效不一样蛋白质。翻译出序列、功效不一样蛋白质。这种基因表示调整方式称为这种基因表示调整方式称为mRNA编辑（编辑（mRNA editing）。第15页目录目录3.简并性简并性(degenerate)一一个个氨氨基基酸酸可可含含有有2个个或或2个个以以上上密密码码子子为其编码。这一特征称为遗传密码简并性。为其编码。这一特征称为遗传密码简并性。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。为为同同一一个个氨氨基基酸酸编编码码各各密密码码子子称称为为简并性密码子，也称同义密码子简并性密码子，也称同义密码子。第16页目录目录各种氨基酸密码子数目各种氨基酸密码子数目第17页目录目录4.通用性通用性(universal)从简单病毒到高等人类，几乎使用同一从简单病毒到高等人类，几乎使用同一套遗传密码，所以，遗传密码表中这套套遗传密码，所以，遗传密码表中这套“通通用密码用密码”基本上适合用于生物界全部物种，基本上适合用于生物界全部物种，含有通用性。含有通用性。密码通用性深入证实各种生物进化自同密码通用性深入证实各种生物进化自同一祖先。一祖先。第18页目录目录已发觉少数例外，如动物细胞线粒体、植已发觉少数例外，如动物细胞线粒体、植物细胞叶绿体。物细胞叶绿体。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 色色第19页目录目录5.摆动性摆动性(wobble)反密码子与密码子之间配对有时并不严反密码子与密码子之间配对有时并不严格恪守常见碱基配对规律，这种现象称为摆格恪守常见碱基配对规律，这种现象称为摆动配对动配对(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,CUG第20页U3 2 11 2 3摆摆动动配配对对第21页目录目录二、核蛋白体是蛋白质生物合成场所二、核蛋白体是蛋白质生物合成场所n核蛋白体组成核蛋白体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和和各各种种蛋蛋白白质质结结合合而而成成一一个个大大核核糖糖核核蛋蛋白白颗颗粒粒，是是蛋蛋白白质生物合成场所。质生物合成场所。第22页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 不一样细胞核蛋白体组成不一样细胞核蛋白体组成第23页核蛋白体核蛋白体组成组成第24页目录目录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 第25页目录目录三、三、tRNAtRNA是氨基酸运载工具及蛋白质生是氨基酸运载工具及蛋白质生物合成适配器物合成适配器ntRNA作用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tRNA携携带带，一一个个氨氨基基酸酸可可有有几几个个对对应应tRNA，氨氨基基酸酸结结合合在在tRNA 3-CCA位置，结合需要位置，结合需要ATP供能；供能；充充当当“适适配配器器”：每每种种tRNA反反密密码码子子决决定定了了所所携带氨基酸能准确地在携带氨基酸能准确地在mRNA上对号入座。上对号入座。第26页第27页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构象构象第28页目录目录四、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）主要酶类（一）主要酶类氨氨基基酰酰-tRNA合合成成酶酶(aminoacyltRNA synthetase)，催化氨基酸活化；催化氨基酸活化；转转肽肽酶酶(peptidase)，催催化化核核蛋蛋白白体体P位位上上肽肽酰酰基基转转移移至至A位位氨氨基基酰酰-tRNA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作作用用后后发发生生变变构构，表表现现出出酯酯酶酶水水解解活活性，使性，使P位上肽链与位上肽链与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距离，使下一个密码子定位于一个密码子距离，使下一个密码子定位于A位。位。第29页目录目录（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）第30页目录目录参加原核生物翻译各种蛋白质因子及其生物学功效参加原核生物翻译各种蛋白质因子及其生物学功效种类种类生物学功效生物学功效起始因子起始因子IF-1占据占据A位预防结合其它位预防结合其它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，提升促进大小亚基分离，提升P位对结合起位对结合起始始tRNA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调整亚基调整亚基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可与核蛋白体其它部位结合，有可与核蛋白体其它部位结合，有GTP酶酶活性，能介导活性，能介导RF-1及及RF-2与核蛋白体与核蛋白体相互作用相互作用第31页参加真核生物翻译各种蛋白质因子及其生物学功效参加真核生物翻译各种蛋白质因子及其生物学功效种种类类生物学功效生物学功效起始因子起始因子eIF-1多功效因子，参加多个翻译步骤多功效因子，参加多个翻译步骤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复合物成份，有复合物成份，有RNA解螺旋酶解螺旋酶活性，能解除活性，能解除mRNA5-端发夹结构，端发夹结构，使其与小亚基结合使其与小亚基结合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复合物成份，结合复合物成份，结合mRNA 5帽帽子子eIF-4GeIF-4F复合物成份，结合复合物成份，结合eIF-4E、eIF-3和和PolyA 结合蛋白结合蛋白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-调整亚基，相当于调整亚基，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识别全部终止密码子，含有原核生物各识别全部终止密码子，含有原核生物各类类RF功效功效第32页目录目录蛋白质生物合成能源物质为蛋白质生物合成能源物质为ATP和和GTP;参参加加蛋蛋白白质质生生物物合合成成无无机机离离子子有有Mg2+、K+等。等。（三）能源物质及离子（三）能源物质及离子第33页目录目录第二节第二节氨基酸活化氨基酸活化Activation of Amino Acids第34页目录目录氨基酸与特异氨基酸与特异tRNA结合形成氨基酰结合形成氨基酰-tRNA过程过程称为氨基酸活化。称为氨基酸活化。参加氨基酸活化酶：参加氨基酸活化酶：氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶。第35页目录目录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合成酶合成酶第36页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第37页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第38页目录目录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合成酶合成酶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第39页目录目录氨基酰氨基酰-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。特征特征tRNA氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶ATP第40页目录目录氨基酰氨基酰-tRNA合成酶含有校正活性。合成酶含有校正活性。动动力力学学校校对对化化学学校校对对特征特征第41页目录目录n氨基酰氨基酰-tRNA表示方法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各种氨基酸和对应各种氨基酸和对应tRNA结合后形成氨基结合后形成氨基酰酰-tRNA表示为：表示为：氨基酸三字母缩写氨基酸三字母缩写-tRNA氨基酸三字母缩写氨基酸三字母缩写 比如：比如：第42页目录目录tRNA第43页目录目录二、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，能能够够在在mRNA起起始始密密码码子子AUG处处就就位位，参参加加形形成成翻翻译译起起始始复复合合物物。起起始始密密码子只能识别码子只能识别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，为为延延长长中中肽链添加甲硫氨酸。肽链添加甲硫氨酸。起始氨基酰起始氨基酰-tRNA:Met-tRNAiMet 参加肽链延长甲硫氨酰参加肽链延长甲硫氨酰-tRNA：Met-tRNAMetn真核生物真核生物第44页目录目录含含有有起起始始功功效效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)，能能够够在在mRNA起起始始密密码码子子AUG处处就就位位，参参加加形形成成翻翻译译起起始始复复合合物。起始密码子只能识别物。起始密码子只能识别fMet-tRNAfMet。n原核生物原核生物起始氨基酰起始氨基酰-tRNA:fMet-tRNAfMet 第45页目录目录fMet-tRNAfMet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-甲酰四氢叶酸转移到甲硫氨酸甲酰四氢叶酸转移到甲硫氨酸-氨基上。氨基上。第46页目录目录第三节第三节肽链生物合成过程肽链生物合成过程The Biosynthesis Process of Peptide Chain第47页目录目录肽肽链链生生物物合合成成过过程程是是翻翻译译中中心心步步骤骤。翻翻译译时时，从从mRNA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，直至终止密码子前一位密码子所编码氨基酸。直至终止密码子前一位密码子所编码氨基酸。第48页目录目录起始起始(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、原核生物肽链合成过程一、原核生物肽链合成过程第49页目录目录（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过程。白体结合而形成翻译起始复合物过程。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结合；结合；4.核蛋白体大亚基结合。核蛋白体大亚基结合。第50页目录目录IF-3IF-11.1.核蛋白体大小亚基分离核蛋白体大小亚基分离第51页目录目录A U G53IF-3IF-12.mRNA2.mRNA在小亚基定位结合在小亚基定位结合第52页目录目录n原核生物原核生物mRNA在核蛋白体小亚基上准确定位和在核蛋白体小亚基上准确定位和结合包括两种机制：结合包括两种机制：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S-D序列和起始序列和起始AUG。第53页目录目录S-D序列序列小小亚亚基基中中16S-rRNA 3-端端有有一一富富含含嘧嘧啶啶碱碱基基短短序序列列，如如-UCCUCC-，经经过过与与S-D序序列列碱碱基基互互补而使补而使mRNA与小亚基结合。与小亚基结合。第54页目录目录mRNA序序列列上上紧紧接接S-D序序列列后后小小核核苷苷酸酸序序列列，可可被核蛋白体小亚基蛋白被核蛋白体小亚基蛋白rpS-1识别并结合。识别并结合。第55页目录目录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第56页目录目录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第57页目录目录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第58页目录目录指指在在mRNA模模板板指指导导下下，氨氨基基酸酸依依次次进进入入核核蛋白体并聚合成多肽链过程。蛋白体并聚合成多肽链过程。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)，包包含含以以下三步：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。第59页目录目录1.进位进位 又称又称注册注册(registration)，是指一个氨基酰是指一个氨基酰-tRNA按照按照mRNA模板指令进入并结合模板指令进入并结合到核蛋白体到核蛋白体A位过程。位过程。第60页目录目录 进位需要延长因子进位需要延长因子EF-Tu与与EF-Ts参加。参加。第61页第62页目录目录Tu TsGTPGDPA U G53TuTsGTPn进位反应过程：进位反应过程：第63页目录目录2.成肽成肽 成肽是在成肽是在转肽酶转肽酶(peptidase)催化下，核蛋白体催化下，核蛋白体P位上起始氨基酰位上起始氨基酰-tRNAN-甲酰甲硫氨酰基或肽甲酰甲硫氨酰基或肽酰酰-tRNA肽酰基转移到肽酰基转移到A位并与位并与A位上氨基酰位上氨基酰-tRNA-氨基结合形成肽键过程。氨基结合形成肽键过程。第64页目录目录n成肽反应过程成肽反应过程第65页目录目录3.转位转位 转位是在转位酶催化下，核蛋白体向转位是在转位酶催化下，核蛋白体向mRNA3-端移动一个密码子距离，使端移动一个密码子距离，使mRNA序列上下一个密码子进入核蛋白体序列上下一个密码子进入核蛋白体A位、而位、而占据占据A位肽酰位肽酰-tRNA移入移入P位过程。位过程。转位需要延长因子转位需要延长因子EF-G参加。参加。第66页目录目录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，释放能量促进核蛋白体向，释放能量促进核蛋白体向mRNA3侧移动，使起始二肽酰侧移动，使起始二肽酰-tRNA-mRNA相对位移进入相对位移进入核蛋白体核蛋白体P位，而卸载位，而卸载tRNA则移入则移入E位。位。n转位转位第67页目录目录第68页目录目录fMetA U G53fMetTuGTP成肽成肽转位转位下一轮进位下一轮进位第69页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)过程过程第70页目录目录（三）终止（三）终止 指核蛋白体指核蛋白体A位出现位出现mRNA终止密码子后，终止密码子后，多肽链合成停顿，肽链从肽酰多肽链合成停顿，肽链从肽酰-tRNA中释出，中释出，mRNA、核蛋白体大、小亚基等分离过程。、核蛋白体大、小亚基等分离过程。终止阶段需要释放因子终止阶段需要释放因子RF-1、RF-2和和 RF-3参加。参加。第71页目录目录RF-3可结合核蛋白体其它部位，有可结合核蛋白体其它部位，有GTP酶活性，酶活性，能介导能介导RF-1、RF-2与核蛋白体相互作用。与核蛋白体相互作用。n释放因子功效：释放因子功效：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位位tRNA之间酯之间酯键水解，使肽链从核蛋白体上释放。键水解，使肽链从核蛋白体上释放。第72页原原核核肽肽链链合合成成终终止止过过程程 第73页目录目录n原核肽链合成终止过程：原核肽链合成终止过程：第74页目录目录 多聚核蛋白体形成能够使蛋白质生物合多聚核蛋白体形成能够使蛋白质生物合成以高速度、高效率进行。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聚合物称为与多个核蛋白体形成聚合物称为多聚核蛋白体多聚核蛋白体(polysome)。第75页目录目录多聚核蛋白体多聚核蛋白体第76页目录目录电镜下多聚核蛋白体电镜下多聚核蛋白体第77页目录目录二、真核生物肽链合成过程二、真核生物肽链合成过程（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结合；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。第78页MetMet40S40S60S60SMetMetMetMet40S40S60S60SmRNAeIF-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第79页目录目录真真核核生生物物肽肽链链合合成成延延长长过过程程与与原原核核生生物物基基本相同，但有不一样反应体系和延长因子。本相同，但有不一样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，转转位位时卸载时卸载tRNA直接从直接从P位脱落。位脱落。（二）延长（二）延长第80页目录目录（三）终止（三）终止 真核生物翻译终止过程与原核生物相同，真核生物翻译终止过程与原核生物相同，但只有但只有1个释放因子个释放因子eRF，可识别全部终止密码，可识别全部终止密码子，完成原核生物各类子，完成原核生物各类RF功效。功效。第81页原核生物与真核生物肽链合成过程主要差异原核生物与真核生物肽链合成过程主要差异原核生物原核生物真核生物真核生物mRNA一条一条mRNA编码几个蛋编码几个蛋白质（多顺反子）白质（多顺反子）一条一条mRNA编码一个蛋白编码一个蛋白质（单顺反子）质（单顺反子）转录后极少加工转录后极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、翻译和转录、翻译和mRNA降降解可同时发生解可同时发生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，再与再与mRNA结结合合mRNA中中S-D序列与序列与16S rRNA 3-端一段序列结端一段序列结合合mRNA中帽子结构与帽子中帽子结构与帽子结合蛋白复合物结合结合蛋白复合物结合有有3种种IF参加起始复合物参加起始复合物形成形成有最少有最少10种种eIF参加起始参加起始复合物形成复合物形成延长阶段延长阶段延延长长因子因子为为EF-Tu、EF-Ts和和EF-G延延长长因子因子为为eEF-1、eEF-1和和eEF-2终止阶段终止阶段释释放因子放因子为为RF-1、RF-2和和RF-3释释放因子放因子为为eRF第82页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第83页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生生物物学学活活性性，必必须须经经过过复复杂杂加加工工过过程程才才能能转转变变为为含含有有天天然然构构象象功功效效蛋蛋 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含含多多肽肽链链折折叠叠为为天天然然三三维维构构象象及及对对肽肽链链一一级级结结构构修修饰饰、空空间间结结构构修修饰饰等等。翻翻译译后后修修饰饰使使得得蛋蛋白白质质组组成成愈愈加加多多样样化化，从从而而使使蛋蛋白质结构上展现更大复杂性。白质结构上展现更大复杂性。第84页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靶靶位位点点过过程程称称为为蛋蛋白白质质靶靶向向输输送送(protein targeting)。第85页目录目录一、多肽链折叠为天然构象蛋白质一、多肽链折叠为天然构象蛋白质新生肽链折叠在肽链合成中、合成后完成，新生新生肽链折叠在肽链合成中、合成后完成，新生肽链肽链N-端在核蛋白体上一出现，肽链折叠即开端在核蛋白体上一出现，肽链折叠即开始。可能伴随序列不停延伸肽链逐步折叠，产生始。可能伴随序列不停延伸肽链逐步折叠，产生正确二级结构、模序、结构域到形成完整空间构正确二级结构、模序、结构域到形成完整空间构象。象。普通认为，多肽链本身氨基酸次序储存着蛋白质普通认为，多肽链本身氨基酸次序储存着蛋白质折叠信息，即一级结构是空间构象基础。折叠信息，即一级结构是空间构象基础。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，而需要其它酶和蛋白质辅助。而需要其它酶和蛋白质辅助。第86页目录目录n几个有促进蛋白质折叠功效大分子几个有促进蛋白质折叠功效大分子: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)第87页目录目录1.分子伴侣分子伴侣:分子伴侣是细胞内一类可识别肽链非天然分子伴侣是细胞内一类可识别肽链非天然构象、促进各功效域和整体蛋白质正确折叠保构象、促进各功效域和整体蛋白质正确折叠保守蛋白质。守蛋白质。n分子伴侣有以下功效：分子伴侣有以下功效：封闭待折叠蛋白质暴露疏水区段；封闭待折叠蛋白质暴露疏水区段；创建一个隔离环境，能够使蛋白质折叠互不创建一个隔离环境，能够使蛋白质折叠互不干扰；干扰；促进蛋白质折叠和去聚集；促进蛋白质折叠和去聚集；碰到应激刺激，使已折叠蛋白质去折叠。碰到应激刺激，使已折叠蛋白质去折叠。第88页目录目录(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：第89页目录目录(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多肽折叠为有天然空间构象蛋白质。叠多肽折叠为有天然空间构象蛋白质。热休克蛋白包含热休克蛋白包含HSP70、HSP40和和GrpE三族。三族。第90页目录目录它它有有两两个个主主要要功功效效域域：一一个个是是存存在在于于N-端端高高度度保保守守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-端端多多肽肽链链结结合合结结构构域域。蛋蛋白白质质折折叠需要这两个结构域相互作用。叠需要这两个结构域相互作用。大肠杆菌大肠杆菌HSP70(DnaK)ATP酶肽链结合结构域H2NEEVD-COOHGrp E结合部位结合部位DnaJ/HSP40结合部位结合部位第91页目录目录大大肠肠杆杆菌菌HSP40(Dna J)可可激激活活Dna K中中ATP酶酶，生生成成稳稳定定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存存在在情情况况下下，Dna J和和Dna K相互作用能抑制蛋白质聚集。相互作用能抑制蛋白质聚集。Grp E，核核苷苷酸酸交交换换因因子子，与与Dna KATP酶酶结结构构域域结结合合，使使Dna K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 KATP酶活性。酶活性。在在蛋蛋白白质质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。第92页目录目录大肠杆菌中大肠杆菌中HSP70 反应循环反应循环第93页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，包括各种细胞内质网腔、线粒体、胞核等部位，包括各种细胞保护功效：如使线粒体和内质网蛋白质保持未折保护功效：如使线粒体和内质网蛋白质保持未折叠状态而转运、跨膜，再折叠成功效构象；经过叠状态而转运、跨膜，再折叠成功效构象；经过类似上述机制，防止或消除蛋白质变性后因疏水类似上述机制，防止或消除蛋白质变性后因疏水基团暴露而发生不可逆聚集，以利于去除变性或基团暴露而发生不可逆聚集，以利于去除变性或错误折叠多肽中间物等。错误折叠多肽中间物等。第94页目录目录(2)伴侣蛋白伴侣蛋白(chaperonin)伴侣蛋白是分子伴侣另一家族，如大肠杆伴侣蛋白是分子伴侣另一家族，如大肠杆菌菌Gro EL和和Gro ES（真核细胞中同源物为（真核细胞中同源物为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整天然空间构象微环境。能折叠形整天然空间构象微环境。第95页目录目录当待折叠肽链进入当待折叠肽链进入Gro EL桶状空腔后，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。封闭后桶状空腔提供了能完成该肽链折叠微环境。闭后桶状空腔提供了能完成该肽链折叠微环境。nGro EL-Gro ES复合物复合物第96页目录目录nGro EL-Gro ES反应循环反应循环 第97页目录目录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正确形成对稳定分多肽链内或肽链之间二硫键正确形成对稳定分泌型蛋白质、膜蛋白质等天然构象十分主要，泌型蛋白质、膜蛋白质等天然构象十分主要，这一过程主要在细胞内质网进行。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天硫键连接，最终使蛋白质形成热力学最稳定天然构象。然构象。第98页目录目录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-脯氨酸间形成肽键有顺反两种异脯氨酸间形成肽键有顺反两种异构体，空间构象有显著差异。构体，空间构象有显著差异。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转换。构体之间转换。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限速酶，在肽链合成需形成顺式构型时，可使限速酶，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。多肽在各脯氨酸弯折处形成准确折叠。第99页目录目录二、蛋白质一级结构修饰主要是二、蛋白质一级结构修饰主要是