真核蛋白质的生物合成(翻译).ppt

真核生物蛋白质生物合成过程真核生物蛋白质生物合成过程The Process of Protein Biosynthesis氨基酸的活化与搬运氨基酸的活化与搬运肽链合成肽链合成起始阶段起始阶段(initiation)延长阶段延长阶段(elongation)终止阶段终止阶段(termination)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分别与核蛋分别与核蛋白体结合而形成翻译起始复合物白体结合而形成翻译起始复合物(translational initiation complex)。有多种蛋有多种蛋白质因子参与这一过程，称为起始因子白质因子参与这一过程，称为起始因子（initiation factor，IF）起始因子起始因子生物功能生物功能原核原核生物生物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的敏感的敏感性性真核真核生物生物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IF-4AeIF-4F复合物成分，有解螺旋酶活性，促进复合物成分，有解螺旋酶活性，促进mRNA结合结合小亚基小亚基IF-4B结合结合mRNA，促进促进mRNA扫描定位起始扫描定位起始tRNAIF-4EeIF-4F复合物成分，结合复合物成分，结合mRNA5-帽子帽子IF-4GeIF-4F复合物成分，结合复合物成分，结合eIF-4E和和PABeIF-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、小亚基原核、真核生物各种起始因子的生物功能原核、真核生物各种起始因子的生物功能（一）真核生物翻译起始复合物形成（一）真核生物翻译起始复合物形成核蛋白体大小亚基分离；核蛋白体大小亚基分离；Met-Met-tRNAiMet结合；结合mRNA在核蛋白体小亚基就位；在核蛋白体小亚基就位；核蛋白体大亚基结合。核蛋白体大亚基结合。MetMet40S60SMeMet tMet40S60SmRNAeIF-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真核生物翻译起始特点真核生物翻译起始特点核蛋白体为核蛋白体为80S（40S60S）起始起始tRNA携带的甲硫氨酸不需要甲酰化携带的甲硫氨酸不需要甲酰化mRNA5端帽子结构与其在核蛋白体上就位端帽子结构与其在核蛋白体上就位有关，需要帽子结合蛋白复合物有关，需要帽子结合蛋白复合物(eIF-4F)参参与与eIF2与与Met-tRNAiMet和和GTP结合构成复合体结合构成复合体后先与后先与40S小亚基结合，然后才与小亚基结合，然后才与mRNA结合结合二、肽链的延长二、肽链的延长指指根根据据mRNA密密码码序序列列的的指指导导，依依次次添添加加氨氨基基酸酸从从N端端向向C端端延延伸伸肽肽链链，直到合成终止的过程。直到合成终止的过程。肽链延长在核蛋白体上连续性循环式进行，肽链延长在核蛋白体上连续性循环式进行，又称为核蛋白体循环又称为核蛋白体循环(ribosomal cycle)，每次每次循环增加一个氨基酸，包括以下三步：循环增加一个氨基酸，包括以下三步：进位（进位（entrance）或注册（或注册（registration）成肽（成肽（peptide bond formation）转位（转位（translocation）需要延长因子（需要延长因子（elongationfactor，EF）和和GTP的参与的参与肽链合成的延长因子肽链合成的延长因子原核生物原核生物功能功能真核生物真核生物EF-TuEF-Ts促进氨基酰促进氨基酰-tRNA进入进入A位，位，结合分解结合分解GTP调节亚基调节亚基EF-1 EF-1 EF-G有转位酶活性，协助有转位酶活性，协助mRNA-肽酰肽酰-tRNA由由A位前移至位前移至P位，位，促进卸载促进卸载tRNA释放释放EF-2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相似，但有不同的反应体系和延长因子。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。真核生物延长过程真核生物延长过程三、肽链合成的终止三、肽链合成的终止当当mRNA上终止密码出现后，多肽链上终止密码出现后，多肽链合成停止，肽链从肽酰合成停止，肽链从肽酰-tRNA中释出，中释出，mRNA、核蛋白体等分离，这些过程称核蛋白体等分离，这些过程称为肽链合成终止。为肽链合成终止。终止相关的蛋白因子称为释放因子终止相关的蛋白因子称为释放因子(release factor,RF)一、识别终止密码一、识别终止密码二二、诱诱导导转转肽肽酶酶改改变变为为酯酯酶酶活活性性，相相当当于于催催化化肽肽酰酰基基转转移移到到水分子水分子-OH上，使肽链从核蛋白体上释放。上，使肽链从核蛋白体上释放。释放因子的功能释放因子的功能真核生物释放因子：真核生物释放因子：eRF,识别识别3种密码子种密码子第二节第二节蛋白质合成后加工和输送蛋白质合成后加工和输送 Post-translational Processing&Protein Transportation从核蛋白体释放出的新生多肽链不具备蛋白从核蛋白体释放出的新生多肽链不具备蛋白质生物活性，必需经过不同的翻译后复杂加工过质生物活性，必需经过不同的翻译后复杂加工过程才转变为具有天然构象的功能蛋白。程才转变为具有天然构象的功能蛋白。主要包括主要包括多肽链折叠为天然的三维结构多肽链折叠为天然的三维结构 肽链一级结构的修饰肽链一级结构的修饰高级结构修饰高级结构修饰 在胞液核蛋白体合成的各种蛋白质，还需要靶在胞液核蛋白体合成的各种蛋白质，还需要靶 向输送到特定细胞部位发挥生物作用。向输送到特定细胞部位发挥生物作用。一、多肽链折叠为天然功能构象的蛋白质一、多肽链折叠为天然功能构象的蛋白质新生肽链的折叠在肽链合成中、合成后完成，新生新生肽链的折叠在肽链合成中、合成后完成，新生肽链肽链N端在核蛋白体上一出现，肽链的折叠即开始。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，产生正确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、结构域到形成完整空间构象。的二级结构、模序、结构域到形成完整空间构象。一般认为，多肽链自身氨基酸顺序储存着蛋白质折一般认为，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。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，而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、蛋白辅助。需要其他酶、蛋白辅助。几种有促进蛋白折叠功能的大分子几种有促进蛋白折叠功能的大分子1.分子伴侣分子伴侣(molecular chaperon)2.蛋白二硫键异构酶蛋白二硫键异构酶 (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)1.热休克蛋白热休克蛋白(heat shock protein,HSP)HSP70、HSP40和和GreE族族 2.伴侣素伴侣素(chaperonins)GroEL和和GroES家族家族分子伴侣分子伴侣分子伴侣是细胞一类保守蛋白质，可分子伴侣是细胞一类保守蛋白质，可识别肽链的非天然构象，促进各功能域和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叠。整体蛋白质的正确折叠。热休克蛋白促进蛋白质折叠的基本作用热休克蛋白促进蛋白质折叠的基本作用结合保护待折叠多肽片段，再释放该片段进结合保护待折叠多肽片段，再释放该片段进行折叠。形成行折叠。形成HSP70和多肽片段依次结合、解离和多肽片段依次结合、解离的循环。的循环。HSP40结合待结合待折叠多肽片段折叠多肽片段 HSP70-ATP复合物复合物 HSP40-HSP70-ADP-多肽复合物多肽复合物 ATP水解水解GrpE ATPADP复合物解离，释出多肽链片段进行正确折叠复合物解离，释出多肽链片段进行正确折叠 伴侣素伴侣素GroEL/GroES系统促进蛋白质折叠过程系统促进蛋白质折叠过程 伴侣素的主要作用伴侣素的主要作用为非自发性折叠蛋白质提供能折叠形成天然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空间构象的微环境。蛋白二硫键异构酶蛋白二硫键异构酶 多肽链内或肽链之间二硫键的正确形成多肽链内或肽链之间二硫键的正确形成对稳定分泌蛋白、膜蛋白等的天然构象十分对稳定分泌蛋白、膜蛋白等的天然构象十分重要，这一过程主要在细胞内质网进行。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。学最稳定的天然构象。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脯氨酸间形成的肽键有顺反两种异构体，空间构象明显差别。两种异构体，空间构象明显差别。肽酰肽酰-脯氨酰顺反异构酶可促进上述顺反两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。种异构体之间的转换。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，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。可使多肽在各脯氨酸弯折处形成准确折叠。二、一级结构的修饰二、一级结构的修饰（一）（一）切除切除N-端的甲酰基或端的甲酰基或N-蛋氨酸蛋氨酸:（二）（二）个别氨基酸的共价修饰个别氨基酸的共价修饰羟脯氨酸羟脯氨酸,羟赖氨酸的羟化羟赖氨酸的羟化;-OH磷酸化磷酸化;二硫键的形成二硫键的形成组氨酸的甲基化组氨酸的甲基化糖苷和脂质的共价修饰糖苷和脂质的共价修饰（三）水解修饰（三）水解修饰 酶原的激活酶原的激活胰岛素的加工过程胰岛素的加工过程鸦片促黑皮质素原鸦片促黑皮质素原(POMC)的水解修饰的水解修饰Endophin三、高级结构的修饰三、高级结构的修饰（一）亚基聚合（一）亚基聚合 （二）辅基连接（二）辅基连接四级结构四级结构 Hb(22+血红素血红素)蛋白质合成后需要经过复杂机制，定向蛋白质合成后需要经过复杂机制，定向输送到最终发挥生物功能的细胞靶部位，输送到最终发挥生物功能的细胞靶部位，这一过程称为蛋白质的靶向输送。这一过程称为蛋白质的靶向输送。四、蛋白质合成后的靶向输送四、蛋白质合成后的靶向输送 蛋白质的靶向输送蛋白质的靶向输送(protein targeting)所所有有靶靶向向输输送送的的蛋蛋白白质质结结构构中中存存在在分分选选信信号号，主主要要为为N末末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细细胞胞的的适适当当靶靶部部位位，这这一一序序列称为信号序列列称为信号序列。信号序列信号序列(signal sequence)靶向输送蛋白靶向输送蛋白信号序列或成分信号序列或成分分泌蛋白分泌蛋白N端信号肽端信号肽内质网腔蛋白内质网腔蛋白N端信号肽，端信号肽，C端端-Lys-Asp-Glu-Leu-COO-(KDEL序列序列)线粒体蛋白线粒体蛋白N端信号序列（端信号序列（2035氨基酸残基）氨基酸残基）核蛋白核蛋白核定位序列（核定位序列（-Pro-Pro-Lys-Lys-Lys-Arg-Lys-Val-，SV40 T抗原）抗原）过氧化体蛋白过氧化体蛋白-Ser-Lys-Leu-（PST序列）序列）溶酶体蛋白溶酶体蛋白Man-6-P（甘露糖甘露糖-6-磷酸）磷酸）靶向输送蛋白的信号序列或成分靶向输送蛋白的信号序列或成分 分泌性蛋白质合成后透过膜性结构分泌性蛋白质合成后透过膜性结构.必须具备三个条件：必须具备三个条件：1、信号肽、信号肽 2、蛋白质自身的结构特点、蛋白质自身的结构特点 3、转运的机构。、转运的机构。（一）分泌蛋白的靶向输送（一）分泌蛋白的靶向输送真核细胞分泌蛋白等前体合成后靶向真核细胞分泌蛋白等前体合成后靶向输送过程首先要进入内质网。输送过程首先要进入内质网。信号肽信号肽(signal peptide)各种新生分泌蛋白的各种新生分泌蛋白的N端有保守的端有保守的氨基酸序列称信号肽。氨基酸序列称信号肽。信号肽的一级结构信号肽的一级结构1336个氨基酸残基组成个氨基酸残基组成碱性碱性N端：带正电荷的碱性氨基酸端：带正电荷的碱性氨基酸疏水核心区：疏水中性氨基酸为主疏水核心区：疏水中性氨基酸为主 C端加工区：极性小分子氨基酸端加工区：极性小分子氨基酸信号肽的特点：信号肽的特点：转运的机构转运的机构信号肽、信号肽识别粒子（信号肽、信号肽识别粒子（SRP包括包括7SRNA和六种蛋白组成）、膜上的对接蛋白（和六种蛋白组成）、膜上的对接蛋白（DP）识别并结合后，将所携带的蛋白质送出细胞。识别并结合后，将所携带的蛋白质送出细胞。Figure 27-33 in textbook信号肽引导真核分泌蛋白进入内质网信号肽引导真核分泌蛋白进入内质网 （二）线粒体蛋白的靶向输送（二）线粒体蛋白的靶向输送 （三）细胞核蛋白的靶向输送（三）细胞核蛋白的靶向输送 所有靶向输送的胞核蛋白多肽链内含有特异信号所有靶向输送的胞核蛋白多肽链内含有特异信号序列，称为核定位序列（序列，称为核定位序列（nuclear localization sequence。NLS）。）。NLS为为48个氨基酸残基组成的短序列，富含带个氨基酸残基组成的短序列，富含带正电的赖氨酸、精氨酸及脯氨酸。不同正电的赖氨酸、精氨酸及脯氨酸。不同NLS间未发现间未发现共有序列。共有序列。NLS可位于肽链不同部位，且在蛋白质进可位于肽链不同部位，且在蛋白质进核定位后不被切除。核定位后不被切除。新合成胞核蛋白靶向输送涉及几种蛋白质成分，新合成胞核蛋白靶向输送涉及几种蛋白质成分，包括核输入因子（包括核输入因子（nuclear importin）和和，以及一，以及一种小种小GTP酶酶Ran蛋白。蛋白。