1、2022-5-20ZhangJG-Biochemistry1 蛋白质的生物合成蛋白质的生物合成张张 金金 国国Protein biosynthesis2022-5-20ZhangJG-Biochemistry2第七章第七章 蛋白质的生物合成（蛋白质的生物合成（4学时）学时） 第一节第一节 遗传密码遗传密码 第二节第二节 蛋白质的生物合成蛋白质的生物合成 第三节第三节 多肽链合成后的折叠与加工多肽链合成后的折叠与加工 第四节第四节 蛋白质合成后的运输和降解蛋白质合成后的运输和降解 本章重点：蛋白质生物合成的原料和基本过程，本章重点：蛋白质生物合成的原料和基本过程，三种三种RNARNA（tRNAt
2、RNA、rRNArRNA、mRNAmRNA）在蛋白质生物合）在蛋白质生物合成中的作用，遗传密码的概念；了解蛋白质生物成中的作用，遗传密码的概念；了解蛋白质生物合成后折叠与加工、运输和降解。合成后折叠与加工、运输和降解。2022-5-20ZhangJG-Biochemistry3从从DNADNA到蛋白质到蛋白质 基因能够自我复制，它的生理功能通过蛋白质基因能够自我复制，它的生理功能通过蛋白质的形式表达出来。的形式表达出来。DNADNA上的核苷酸序列是遗传信上的核苷酸序列是遗传信息的储存者，它通过自主息的储存者，它通过自主复制复制得以延续，通过得以延续，通过转录和翻译转录和翻译才能得到表达。才能得
3、到表达。 DNADNA转录转录生成生成mRNAmRNA，再，再翻译翻译成蛋白质（具有各种成蛋白质（具有各种各样的生理功能），体现丰富多彩的生命世界。各样的生理功能），体现丰富多彩的生命世界。 生物学生物学中心法则图：中心法则图： 2022-5-20ZhangJG-Biochemistry42022-5-20ZhangJG-Biochemistry5RNA穿出细穿出细胞核，胞核，指导蛋指导蛋白质合白质合成成2022-5-20ZhangJG-Biochemistry6 蛋白质生物的合成蛋白质生物的合成 也称为也称为翻译（翻译（TranslationTranslation），）， 蛋白质生物合成的本
4、质是把蛋白质生物合成的本质是把mRNAmRNA分子中分子中4 4种核苷种核苷酸上所携带的酸上所携带的遗传信息（遗传密码）遗传信息（遗传密码）转变为由转变为由2020种种氨基酸氨基酸组成的组成的多肽多肽的过程。的过程。 蛋白质生物合成的意义：蛋白质生物合成的意义： 为什么要合成蛋白质？为什么要合成蛋白质？ （1 1）维持正常生命活动（生长、发育等）；）维持正常生命活动（生长、发育等）； （2 2）适应环境变化；）适应环境变化； （3 3）参与组织的更新和修复。）参与组织的更新和修复。 等等等等2022-5-20ZhangJG-Biochemistry7 蛋白质生物的合成蛋白质生物的合成 蛋白质的
5、生物合成机制是蛋白质的生物合成机制是最复杂的最复杂的生物合生物合成机制，至少有成机制，至少有300300种不同的因子参与，蛋种不同的因子参与，蛋白质合成所需的化学能量约占细胞内全部白质合成所需的化学能量约占细胞内全部生物合成的生物合成的90%90%。2022-5-20ZhangJG-Biochemistry8第一节第一节 遗传密码遗传密码一、中心法则一、中心法则二、遗传密码二、遗传密码 （一）遗传密码（一）遗传密码 的提出的提出mRNA分子中所存储的蛋白质合成信息，是分子中所存储的蛋白质合成信息，是由组成它的四种碱基（由组成它的四种碱基（A、G、C、U）以特）以特定顺序排列成三个一组的三联体代
6、表的。定顺序排列成三个一组的三联体代表的。即即mRNA分子中，每三个相邻碱基代表一种分子中，每三个相邻碱基代表一种氨基酸或翻译时蛋白质的起始、终止信号，氨基酸或翻译时蛋白质的起始、终止信号，称为称为遗传密码（遗传密码（codon），三联体密码），三联体密码 。2022-5-20ZhangJG-Biochemistry9n（二）遗传密码的破译（二）遗传密码的破译 n1966年年64种密码种密码全部确定。全部确定。n起始密码：起始密码： AUGn氨基酸密码氨基酸密码n终止密码：终止密码： UAA， UGA ， UAGn三联体密码的确定三联体密码的确定 43=64 n AAA AAT AAG AAC
7、 n ATA ATT ATG ATC n AGA AGT AGG AGC . n1968年，年，Holley (霍利霍利) 、Nirenberg(尼伦尼伦伯格伯格)、Khorana(柯拉纳柯拉纳)获诺贝尔奖。获诺贝尔奖。2022-5-20ZhangJG-Biochemistry102022-5-20ZhangJG-Biochemistry11 镰刀形红细胞贫血镰刀形红细胞贫血、分子病、遗传病、分子病、遗传病 人的人的16号染色体上有一段号染色体上有一段DNA序列（基因），决定血红序列（基因），决定血红蛋白的氨基酸组成。当此蛋白的氨基酸组成。当此DNA序列的某一对碱基发生改序列的某一对碱基发生改
8、变（突变），转录的变（突变），转录的mRNA碱基改变，引起血红蛋白的碱基改变，引起血红蛋白的氨基酸组成发生变化，最终导致镰刀型细胞贫血症。如氨基酸组成发生变化，最终导致镰刀型细胞贫血症。如链第链第6位应是位应是谷氨酸谷氨酸，其对应的碱基密码是，其对应的碱基密码是GAA，当颠换，当颠换成成GUA时，表达的氨基酸改为时，表达的氨基酸改为缬氨酸缬氨酸。 正常人正常人mRNA GAA 患者患者 mRNA GUA 1 2 3 4 5 6 7 8 Hb-A Val His Leu Thr Pro Glu Glu Lys Hb-S Val His Leu Thr Pro Val Glu Lys 2022-5
9、-20ZhangJG-Biochemistry12（三）遗传密码的特性（三）遗传密码的特性1）方向性：）方向性： 每个密码子三联体决定一种每个密码子三联体决定一种AA。阅读方向是从阅读方向是从mRNA的的起始密码起始密码 AUG开始，开始，按按5 3方向直到终止密码止。方向直到终止密码止。2）通用性：）通用性：所有生物的几乎一样所有生物的几乎一样 。但现发现线粒体和叶绿体中密码含义与染色质但现发现线粒体和叶绿体中密码含义与染色质DNA密码含义略有差异。密码含义略有差异。3）不重叠性：）不重叠性：mRNA中的每个核苷酸只使用中的每个核苷酸只使用一次，不重叠使用，即密码子三联体一次，不重叠使用，即
10、密码子三联体不重叠不重叠。并且连续性，无标点符号。并且连续性，无标点符号。有少数例外，如大肠杆菌有少数例外，如大肠杆菌R17噬菌体的噬菌体的RNA基基因组中，有部分基因重叠。因组中，有部分基因重叠。2022-5-20ZhangJG-Biochemistry13基因损伤引起基因损伤引起mRNA阅读框架内的碱基阅读框架内的碱基发生插入或缺失，可能导致框移突变发生插入或缺失，可能导致框移突变(frameshift mutation)。置换。置换后果很严重！后果很严重！2022-5-20ZhangJG-Biochemistry14 镰刀形红细胞贫血镰刀形红细胞贫血、分子病、遗传病、分子病、遗传病 人的
11、人的16号染色体上有一段号染色体上有一段DNA序列（基因），决定血红序列（基因），决定血红蛋白的氨基酸组成。当此蛋白的氨基酸组成。当此DNA序列的某一对碱基发生改序列的某一对碱基发生改变（突变），转录的变（突变），转录的mRNA碱基改变，引起血红蛋白的碱基改变，引起血红蛋白的氨基酸组成发生变化，最终导致镰刀型细胞贫血症。如氨基酸组成发生变化，最终导致镰刀型细胞贫血症。如链第链第6位应是位应是谷氨酸谷氨酸，其对应的碱基密码是，其对应的碱基密码是GAA，当颠换，当颠换成成GUA时，表达的氨基酸改为时，表达的氨基酸改为缬氨酸缬氨酸。 正常人正常人mRNA GAA 患者患者 mRNA GUA 1 2
12、3 4 5 6 7 8 Hb-A Val His Leu Thr Pro Glu Glu Lys Hb-S Val His Leu Thr Pro Val Glu Lys 2022-5-20ZhangJG-Biochemistry15 4）简并性：）简并性： 2种或种或2种以上密码子编码一种氨基酸的现象称为种以上密码子编码一种氨基酸的现象称为密码子的简并性。密码子的简并性。 如如GGN（GGA、GGU、GGG、GGC）都编码）都编码Gly，那么这，那么这4种密码子就称为种密码子就称为Gly的简并密码。的简并密码。只有只有Met和和Trp没有简并密码。一般情况下密码子没有简并密码。一般情况下密码
13、子的简并性只涉及第三位碱基。的简并性只涉及第三位碱基。 同义密码子，同义密码子，即编码同一种即编码同一种AA的不同密码子。的不同密码子。2022-5-20ZhangJG-Biochemistry162022-5-20ZhangJG-Biochemistry17 5）密码子的摇摆性：）密码子的摇摆性： 密码子中第三位碱基与密码子中第三位碱基与tRNA上的反密码子第一上的反密码子第一位碱基的配对有时不一定完全遵循位碱基的配对有时不一定完全遵循A-U、G-C的的原则，称为摇摆性。原则，称为摇摆性。 也就是说密码子的碱基配对只有第一、二位是严也就是说密码子的碱基配对只有第一、二位是严谨的，第三位严谨度
14、低，谨的，第三位严谨度低，Crick把这种情况称为把这种情况称为摇摆性，有人也称摆动配对或不稳定配对。显然，摇摆性，有人也称摆动配对或不稳定配对。显然，密码子的第三位和反密码子的第一位是摇摆位点。密码子的第三位和反密码子的第一位是摇摆位点。2022-5-20ZhangJG-Biochemistry182022-5-20ZhangJG-Biochemistry192022-5-20ZhangJG-Biochemistry20n6）终止密码、起始密码）终止密码、起始密码n终止密码有终止密码有3组：组： UAA，UAG，UGAn其中其中UGA也代表硒代半胱氨酸（也代表硒代半胱氨酸（SeC）的）的遗传
15、密码遗传密码n起始密码：起始密码： AUGnAUG是常用的起始密码，也代表甲硫氨酸是常用的起始密码，也代表甲硫氨酸的密码。的密码。nGUG是缬氨酸的密码，偶尔也作为起始密是缬氨酸的密码，偶尔也作为起始密码。码。2022-5-20ZhangJG-Biochemistry21 7 7）线粒体的遗传密码）线粒体的遗传密码 19801980年的研究发现，无论动物、植物、酵年的研究发现，无论动物、植物、酵母，其线粒体的个别遗传密码与标准密码母，其线粒体的个别遗传密码与标准密码有所不同。有所不同。 2022-5-20ZhangJG-Biochemistry222022-5-20ZhangJG-Bioche
16、mistry23第二节蛋白质的生物合成第二节蛋白质的生物合成 主要由主要由mRNA、tRNA、rRNA以及有关的以及有关的酶和蛋白质因子共同组成。酶和蛋白质因子共同组成。 原核生物与真核生物的蛋白质合成过程中原核生物与真核生物的蛋白质合成过程中有很大的区别，真核生物此过程更复杂，有很大的区别，真核生物此过程更复杂，着重介绍原核生物蛋白质合成的过程，并着重介绍原核生物蛋白质合成的过程，并指出真核生物与其不同这处。指出真核生物与其不同这处。2022-5-20ZhangJG-Biochemistry24参与蛋白质生物合成的物质参与蛋白质生物合成的物质n1、三种、三种RVAnmRNA-模板模板nrRN
17、A-构成核糖体作为蛋白质合成场所构成核糖体作为蛋白质合成场所ntRNA-搬运工具搬运工具n2、三种三种酶酶n氨基酰氨基酰-tRNA合成酶：合成酶：催化氨基酸与催化氨基酸与tRNA结合结合n转肽酶转肽酶(肽合成酶肽合成酶) ： 催化氨基酸之间形成肽键，催化氨基酸之间形成肽键，使肽链延长。使肽链延长。 n转位酶：转位酶：催化肽键从核糖体上催化肽键从核糖体上A部位部位P部位。部位。 2022-5-20ZhangJG-Biochemistry25 3 3、三种蛋白质因子、三种蛋白质因子 起始因子（起始因子（initiation factor initiation factor ）IFIF 延伸因子（延
18、伸因子（elongation factorelongation factor）EFEF， 释放因子（释放因子（release factorrelease factor）RFRF。n4 4、二十种氨基酸二十种氨基酸-原料原料 5 5、能源物质、能源物质 ATPATP、GTPGTP 6 6、无机离子、无机离子 MgMg2+2+ 、K K+ + 参与蛋白质生物合成的成份至少有参与蛋白质生物合成的成份至少有300300种。种。 2022-5-20ZhangJG-Biochemistry26 一、核糖体的结构和功能一、核糖体的结构和功能 （一）（一） rRNArRNA（核糖体）是肽链合成的场所（核糖体）
19、是肽链合成的场所 核糖体，又称核蛋白体核糖体，又称核蛋白体，是细胞内一种核糖核蛋，是细胞内一种核糖核蛋白颗粒，为椭球形的粒状小体。白颗粒，为椭球形的粒状小体。 主要由主要由RNARNA和蛋白质和蛋白质构成，其功能是按照构成，其功能是按照mRNAmRNA的的指令将氨基酸合成蛋白质多肽链，所以核糖体是指令将氨基酸合成蛋白质多肽链，所以核糖体是细胞内蛋白质合成的分子机器。细胞内蛋白质合成的分子机器。 核糖体按沉降系数分为两类：核糖体按沉降系数分为两类： 原核生物中：原核生物中：70 S70 S， 真核细胞中：真核细胞中：80 S80 S。2022-5-20ZhangJG-Biochemistry27
20、（二）（二）不同细胞核蛋白体的组成不同细胞核蛋白体的组成 原核生物真核生物核蛋白体小亚基大亚基核蛋白体小亚基大亚基S70S30S50S80S40S60SrRNA16S-rRNA5S-rRNA23S-rRNA18S-rRNA28S-rRNA5S-rRNA5.8S-rRNA蛋白质rpS 21种rpL 36种rpS 33种rpL 49种2022-5-20ZhangJG-Biochemistry282022-5-20ZhangJG-Biochemistry29 核糖体上的功能部位核糖体上的功能部位 单个核糖体上有单个核糖体上有6 6个活性部位，在蛋白质合成中各有专一个活性部位，在蛋白质合成中各有专一的
21、识别作用。三个主要部位：的识别作用。三个主要部位：A A部位、部位、P P部位、部位、E E部位。部位。 1.A1.A部位：氨基酸部位、接受位，部位：氨基酸部位、接受位，在大亚基上，是结合氨在大亚基上，是结合氨酰基酰基-tRNA-tRNA的部位。的部位。 2.P2.P部位：肽基部位，部位：肽基部位，肽酰基结合部位，在小亚基上。肽酰基结合部位，在小亚基上。 3.E3.E部位：出口位，部位：出口位，是将已经完成翻译任务的是将已经完成翻译任务的tRNAtRNA从核糖从核糖体上释放的部位。体上释放的部位。 4.4.转肽酶部位转肽酶部位( (肽合成酶肽合成酶) )，简称，简称T T因子：位于大亚基上，因
22、子：位于大亚基上，催化氨基酸间形成肽键，使肽链延长。催化氨基酸间形成肽键，使肽链延长。 5.5.转位酶，简称转位酶，简称G G因子，对因子，对GTPGTP具有活性，催化肽键从具有活性，催化肽键从A A部部位位P P部位。部位。 6.mRNA6.mRNA结合部位，在小亚基上。结合部位，在小亚基上。2022-5-20ZhangJG-Biochemistry30核糖体是蛋白质合成的工厂核糖体是蛋白质合成的工厂2022-5-20ZhangJG-Biochemistry31大肠杆菌核糖体的结构模型大肠杆菌核糖体的结构模型 n大肠杆菌大肠杆菌70S核糖体为一椭圆形球体，核糖体为一椭圆形球体，30S亚基比较
23、亚基比较扁平，分成头部与基部两部分，基部一侧伸出一个平扁平，分成头部与基部两部分，基部一侧伸出一个平台，平台与头部间有一个裂口。台，平台与头部间有一个裂口。n50S亚基象一个半球，平面侧伸出亚基象一个半球，平面侧伸出3个突起。个突起。n当当30S亚基与亚基与50S亚基结合成亚基结合成70S核糖体时，两个亚核糖体时，两个亚基接合面上留有相当大的空隙，蛋白质的合成可能就基接合面上留有相当大的空隙，蛋白质的合成可能就在这个空隙中进行。在这个空隙中进行。2022-5-20ZhangJG-Biochemistry32原核生物翻译过程中核蛋白体结构模式原核生物翻译过程中核蛋白体结构模式:A位：氨基酰位位：
24、氨基酰位(aminoacyl site)P位：肽酰位位：肽酰位(peptidyl site)E位：排出位位：排出位(exit site)2022-5-20ZhangJG-Biochemistry33二、二、 tRNA转运活化的氨基酸至转运活化的氨基酸至mRNA模板上模板上ntRNA作用：作用：ntRNA的反密码子环与的反密码子环与mRNA的密码配对的密码配对ntRNA的的3-端端CCA-OH是氨基酸的结合位点是氨基酸的结合位点ntRNA起起结合体（结合体（adaptor适配器）适配器）作用，氨基酸作用，氨基酸运载体运载体ntRNA分子上与蛋白质生物合成有关的位点至少有分子上与蛋白质生物合成有关
25、的位点至少有4个：个：n3-CCA-OH，是，是AA接受位点；接受位点；n识别氨酰识别氨酰-tRNA合成酶的位点；合成酶的位点；n核糖体识别位点，使延长中的肽链附着于核糖体上；核糖体识别位点，使延长中的肽链附着于核糖体上；n反密码子位点反密码子位点2022-5-20ZhangJG-Biochemistry342022-5-20ZhangJG-Biochemistry35mRNAmRNA是翻译的直接模板是翻译的直接模板n 原核生物与真核生物原核生物与真核生物mRNA的区别的区别原核生物多顺反子原核生物多顺反子（真核）单顺反子（真核）单顺反子（真核）（真核） 5端帽子结构端帽子结构 3端端poly
26、A尾巴尾巴n n 三联体密码三联体密码-mRNA上每三个相邻的碱基构成一个遗传上每三个相邻的碱基构成一个遗传密码，决定一种氨基酸密码，决定一种氨基酸.n 蛋白质生物合成蛋白质生物合成的本质是把的本质是把mRNA分子中四种核苷酸上所分子中四种核苷酸上所携带的遗传信息转变为由二十种氨基酸组成的多肽的过程。携带的遗传信息转变为由二十种氨基酸组成的多肽的过程。 2022-5-20ZhangJG-Biochemistry362022-5-20ZhangJG-Biochemistry37三、三、 氨基酸的活化（氨酰氨基酸的活化（氨酰-tRNA-tRNA的合成）的合成）氨基酸 + tRNA氨基酰-tRNA氨
27、基酰-tRNA合成酶ATPAMP+PPi氨酰氨酰-tRNA-tRNA合成酶合成酶的特点：的特点：（1）高度特异性，双向识别功能，既能识别氨基酸，又能）高度特异性，双向识别功能，既能识别氨基酸，又能识别识别tRNA ；（2）只作用于）只作用于L-氨基酸。氨基酸。这种严格的专一性大大减少多肽合成中的差错。这种严格的专一性大大减少多肽合成中的差错。注意：每个氨基酸的活化反应，净消耗注意：每个氨基酸的活化反应，净消耗2个高能键个高能键。2022-5-20ZhangJG-Biochemistry38四、蛋白质生物合成的过程四、蛋白质生物合成的过程 蛋白质生物合成可分为三个阶段：蛋白质生物合成可分为三个阶
28、段： 1、多肽链合成的起始、多肽链合成的起始、 2、肽链的延长、肽链的延长、 3、肽链的终止和释放。、肽链的终止和释放。 多肽链的折叠和翻译后的加工修饰。多肽链的折叠和翻译后的加工修饰。2022-5-20ZhangJG-Biochemistry39大肠杆菌蛋白质合成五个主要阶段所需成分大肠杆菌蛋白质合成五个主要阶段所需成分2022-5-20ZhangJG-Biochemistry40蛋白质因子蛋白质因子n蛋白质因子蛋白质因子n起始因子起始因子IF，真核细胞蛋白质生物合成的起，真核细胞蛋白质生物合成的起始因子至少达十多种，因此起始过程更为复始因子至少达十多种，因此起始过程更为复杂些。杂些。n延伸
29、因子延伸因子EFn释放因子释放因子RF2022-5-20ZhangJG-Biochemistry412022-5-20ZhangJG-Biochemistry422022-5-20ZhangJG-Biochemistry43蛋白质合成过程蛋白质合成过程（一）肽链延伸的方向及速度（一）肽链延伸的方向及速度 应用放射性同位素示踪技术证明应用放射性同位素示踪技术证明多肽链的合成是多肽链的合成是从从N-端向端向C 端端进行的。进行的。 肽链延长速度肽链延长速度：大肠杆菌一个核糖体每秒钟可延：大肠杆菌一个核糖体每秒钟可延长长20个氨基酸。兔网织细胞个氨基酸。兔网织细胞373min可合成一可合成一个由个由
30、46个氨基酸组成的血红蛋白个氨基酸组成的血红蛋白-链。链。 mRNA上翻译的方向上翻译的方向 mRNA上信息的阅读是从上信息的阅读是从mRNA的的5末端向末端向3末末端进行的。在细胞内常见转录与翻译同时进行。端进行的。在细胞内常见转录与翻译同时进行。2022-5-20ZhangJG-Biochemistry44原核生物中的甲酰原核生物中的甲酰Met fMet - tRNAiMet2022-5-20ZhangJG-Biochemistry45（二）肽链合成的起始（二）肽链合成的起始n蛋氨酰蛋氨酰-tRNA与与mRNA结合到核糖体形成起始复合物结合到核糖体形成起始复合物n(1)起始复合物的生成起始
31、复合物的生成30S50S70SIF3 IF130SIF3 IF130SIF3 IF150SAUGfMet-tRNAfmetIF3 IF1AUGMetIF3 IF1IF2AUGMetAUGS-D序列序列-mRNA起始密码前的一起始密码前的一段富含嘌呤核苷酸的序列段富含嘌呤核苷酸的序列.(9-12bp)5-AGGAPuPuUUUPuPuAUG-3（2）起始因子）起始因子IF和和eIF2022-5-20ZhangJG-Biochemistry46n(3) 真核生物翻译起始的特点真核生物翻译起始的特点neIF 111 n 蛋氨酰蛋氨酰-tRNAimet nmRNA的的5端有帽子结构，端有帽子结构，3端
32、有端有polyAn核糖体为核糖体为n先结合上先结合上蛋氨酰蛋氨酰-tRNAimet ，再结合，再结合mRNAMetAUG80S2022-5-20ZhangJG-Biochemistry472022-5-20ZhangJG-Biochemistry48（4 4）tRNAtRNA对密码子的识别对密码子的识别反密码子的作用反密码子的作用氨基酸臂氨基酸臂tRNA凭借自身的反密码凭借自身的反密码子与子与mRNA分子上的密码分子上的密码子相识别而把所携带的氨子相识别而把所携带的氨基酸送到肽链的一定位置基酸送到肽链的一定位置上。上。三叶草型二级结构三叶草型二级结构折叠成倒写折叠成倒写L-型三维结构型三维结构
33、2022-5-20ZhangJG-Biochemistry4980S核糖体 + eIF3 40S小亚基 eIF3 +60S大亚基 eIF4Met-tRNAimet + GTP + eIF2Met-tRNAimet-eIF2-GTP辅eIF240S-Met-tRNAimet-GTP-40S-Met-tRNAimet-mRNA -GTPeIF1eIF4A,4BeIF4E (帽结合因子)mRNAATPADP+PieIF5eIF5GDP+Pi80S-Met-tRNAimet-mRNAeIF4D活化80S起始复合物MetAUG80S2022-5-20ZhangJG-Biochemistry50n（三）肽
34、链的延长（三）肽链的延长n 延长因子延长因子(EF) 原核生物 功能 真核生物 EF-Tu 协助氨基酰-tRNA进入 EF-1 EF-Ts A位；结合GTP （） EF-G 转位酶，协助mRNA前移 由A位进入P 位；游离 EF-2 tRNA的释放2022-5-20ZhangJG-Biochemistry512022-5-20ZhangJG-Biochemistry52核糖体循环核糖体循环: 进位，成肽，移位进位，成肽，移位n（1）进位）进位 氨基酰氨基酰tRNA进入进入A位位,需需要要EF-T协助协助 （-GTP）EF-T + GTP +AA-tRNAAA-tRNATu-GTP + TsAA
35、-tRNA-mRNATu-GDP +PimRNAPiGTP Ts2022-5-20ZhangJG-Biochemistry53n（2） 成肽成肽n 转肽酶转肽酶n（3）移位）移位 移位酶移位酶 （消耗（消耗1分子分子GTP）nmRNA向前移动一个密码子的位置向前移动一个密码子的位置n耗能耗能OCCHNH2OROCCHNH2OH3CSCH2CH2OCCHNHCCHOOH3CSCH2CH2RA位P位A位P位转肽酶NH22022-5-20ZhangJG-Biochemistry54n（四）肽链合成的终止（四）肽链合成的终止n终止密码的辨认，肽链从肽链终止密码的辨认，肽链从肽链-tRNA上水解出，上水
36、解出，mRNA从核糖体中分离，大小亚基拆开。从核糖体中分离，大小亚基拆开。n都需要都需要RF(1,2,3)和和RR参与终止，参与终止，nRF的作用是的作用是n辨认终止密码辨认终止密码n促进肽链促进肽链C端与端与tRNA3-OH酯键的水解。酯键的水解。nRR的作用的作用n把把mRNA从核蛋白体上游离出来从核蛋白体上游离出来2022-5-20ZhangJG-Biochemistry55n原核生物原核生物n终止因子（终止因子（ RF ）n RF-1识别识别UAA及及UAGn RF-2识别识别UAA及及UGAn RF-3n能促进能促进RF-1和和RF-2对核糖体的结合。对核糖体的结合。n是酯酶的激活物
37、是酯酶的激活物2022-5-20ZhangJG-Biochemistry562022-5-20ZhangJG-Biochemistry57小结：真核生物翻译的特点小结：真核生物翻译的特点 遗传密码遗传密码 转录与翻转录与翻译译 mRNAmRNA 原核生物原核生物 相同相同 偶联偶联 无需加工无需加工 多顺反子多顺反子 5 5端：端：SDSD序序l真核生物真核生物l相同相同 l不偶联，不偶联，mRNAmRNA的的前体要加工前体要加工l5 5端：帽子端：帽子l3 3端：尾巴端：尾巴l单顺反子单顺反子2022-5-20ZhangJG-Biochemistry58续表续表 核糖体核糖体 起始起始tRN
38、AtRNA 合成过程合成过程 线粒体线粒体 原核生物原核生物 简单简单 fmet-tRNAfmet-tRNAf fmetmet 需需ATPATP、GTPGTP IFIF1 1、IFIF2 2、IFIF3 3 EF-TUEF-TU、EF-TSEF-TS、EFGEFG RFRF1 1、RFRF2 2、RFRF3 3l真核生物真核生物l大而复杂大而复杂 lMet-tRNAMet-tRNAi imetmetl需需ATPATPl起始因子多起始因子多l延伸因子少延伸因子少 （EFTEFT1 1、EFTEFT2 2）l一种释放因子一种释放因子RFRFl独立的蛋白质合独立的蛋白质合成系统成系统2022-5-2
39、0ZhangJG-Biochemistry59 氨基酸与氨基酸与tRNA的特异的特异性结合依靠性结合依靠氨酰氨酰tRNA合合成酶成酶的特异识别作用。的特异识别作用。 密码子与反密码子特密码子与反密码子特异结合，依靠互补碱基配异结合，依靠互补碱基配对结合实现，也有赖于核对结合实现，也有赖于核糖体的构象正常而实现正糖体的构象正常而实现正常的装配功能。常的装配功能。（五）（五）多肽链合成的校正机制多肽链合成的校正机制保证准确翻译的关键是什么？保证准确翻译的关键是什么？2022-5-20ZhangJG-Biochemistry60（六）蛋白质的合成是一个高耗能过程（六）蛋白质的合成是一个高耗能过程 A
40、AAA活化活化 2 2个高能磷酸键（个高能磷酸键（ATPATP） 肽链起始肽链起始 1 1个（个（70S70S复合物形成，复合物形成，GTPGTP） 进位进位 1 1个（个（GTPGTP） 移位移位 1 1个（个（GTPGTP） 终止终止 1 1个个GTPGDPGTPGDPn第一个氨基酸加入需消耗第一个氨基酸加入需消耗3 3个（活化个（活化2+2+起始起始1 1 ）n以后每加入一个以后每加入一个AAAA（形成一个肽键）需要消耗（形成一个肽键）需要消耗4 4个（活化个（活化2 2 + +进位进位 1 1个个 + +移位移位1 1个）。个）。n终止终止 GTPGDPGTPGDP消耗消耗1 1个个n
41、例：合成例：合成200个个AA残基的多肽：残基的多肽： 3+1+1994=800个个ATP2022-5-20ZhangJG-Biochemistry61（七）聚合核糖体（七）聚合核糖体核糖体是肽链合成的场所核糖体是肽链合成的场所 n 多聚核糖体多聚核糖体n 在一条在一条mRNA链上，多个核糖体呈串珠状链上，多个核糖体呈串珠状排列（间隔排列（间隔80个核苷酸），多个核糖体同个核苷酸），多个核糖体同时在一条时在一条mRNA上进行翻译，上进行翻译，n大大加速蛋白质合成的速度，提高了大大加速蛋白质合成的速度，提高了mRNA的利用率的利用率2022-5-20ZhangJG-Biochemistry62
42、蛋白质生物合成是很多天然抗生素和某些毒素的蛋白质生物合成是很多天然抗生素和某些毒素的作用靶点。它们就是通过阻断真核、原核生物蛋作用靶点。它们就是通过阻断真核、原核生物蛋白质翻译体系某组分功能，干扰和抑制蛋白质生白质翻译体系某组分功能，干扰和抑制蛋白质生物合成过程而起作用的。物合成过程而起作用的。 可针对蛋白质生物合成必需的关键组分作为研究可针对蛋白质生物合成必需的关键组分作为研究新抗菌药物的作用靶点。同时尽量利用真核、原新抗菌药物的作用靶点。同时尽量利用真核、原核生物蛋白质合成体系的差异，以设计、筛选仅核生物蛋白质合成体系的差异，以设计、筛选仅对病原微生物特效而不损害人体的药物。对病原微生物特
43、效而不损害人体的药物。 （八）蛋白质生物合成的干扰和抑制（八）蛋白质生物合成的干扰和抑制 2022-5-20ZhangJG-Biochemistry63l抗生素抗生素(antibiotics)是微生物产生的能够杀灭或抑制细菌的一是微生物产生的能够杀灭或抑制细菌的一类药物。类药物。l抗代谢药物抗代谢药物指能干扰生物代谢过程，从而抑制细胞过度生长指能干扰生物代谢过程，从而抑制细胞过度生长的药物，如的药物，如： 6-MP（6-巯基嘌呤，可取代正常碱基，巯基嘌呤，可取代正常碱基，干扰干扰DNA的复制。能抑制嘌呤的合成和向核酸转化，的复制。能抑制嘌呤的合成和向核酸转化，使核糖核酸的形成受到障碍，肿瘤细胞
44、受到抑制。用使核糖核酸的形成受到障碍，肿瘤细胞受到抑制。用于急性粒细胞性和淋巴细胞性白血病，也用于恶性淋于急性粒细胞性和淋巴细胞性白血病，也用于恶性淋巴瘤、绒毛膜上皮瘤、多发性骨髓瘤等。巴瘤、绒毛膜上皮瘤、多发性骨髓瘤等。 ）l 某些毒素也作用于基因信息传递过程某些毒素也作用于基因信息传递过程。2022-5-20ZhangJG-Biochemistry64抗生素抗生素作用点作用点作用原理作用原理应用应用四环素族（金霉素四环素族（金霉素 、四环素、土霉素）四环素、土霉素）链霉素、卡那霉素、链霉素、卡那霉素、新霉素新霉素氯霉素、林可霉素氯霉素、林可霉素红霉素红霉素梭链孢酸梭链孢酸 放线菌酮放线菌酮
45、嘌呤霉素嘌呤霉素原核核蛋白原核核蛋白体小亚基体小亚基原核核蛋白原核核蛋白体小亚基体小亚基原核核蛋白原核核蛋白体大亚基体大亚基原核核蛋白原核核蛋白体大亚基体大亚基原核核蛋白原核核蛋白体大亚基体大亚基真核核蛋白真核核蛋白体大亚基体大亚基真核、原核真核、原核核蛋白体核蛋白体 抑制氨基酰抑制氨基酰-tRNA与小亚基与小亚基结合结合改变构象引起读码错误、抑改变构象引起读码错误、抑制起始制起始抑制转肽酶、阻断延长抑制转肽酶、阻断延长抑制转肽酶、妨碍转位抑制转肽酶、妨碍转位与与EFG-GTP结合，抑制肽结合，抑制肽链延长链延长抑制转肽酶、阻断延长抑制转肽酶、阻断延长氨基酰氨基酰-tRNA类似物，进位类似物，
46、进位后引起未成熟肽链脱落后引起未成熟肽链脱落抗菌药抗菌药抗菌药抗菌药抗菌药抗菌药抗菌药抗菌药抗菌药抗菌药医学研究医学研究抗肿瘤药抗肿瘤药1、抑制蛋白质生物合成的抗生素、抑制蛋白质生物合成的抗生素2022-5-20ZhangJG-Biochemistry65四四环环素素族族氯霉素氯霉素链霉素和卡那霉素链霉素和卡那霉素嘌呤霉素嘌呤霉素放线菌酮放线菌酮2022-5-20ZhangJG-Biochemistry66 2 2、干扰蛋白质生物合成的生物活性物质、干扰蛋白质生物合成的生物活性物质n白喉毒素白喉毒素 n对真核生物剧毒，可对对真核生物剧毒，可对EF-2（延长因子）起共（延长因子）起共价修饰作用价
47、修饰作用n干扰素干扰素(interferon，IF)n是细胞感染病毒后产生的一类糖蛋白，可抑制是细胞感染病毒后产生的一类糖蛋白，可抑制病毒繁殖，保护宿主。病毒繁殖，保护宿主。n干扰素的作用机理干扰素的作用机理 ：诱导诱导eIF2（起始因子）（起始因子）磷酸化使失活从而抑制了病毒蛋白的生物合成；磷酸化使失活从而抑制了病毒蛋白的生物合成；诱导病毒诱导病毒RNA降解，抑制病毒的合成降解，抑制病毒的合成2022-5-20ZhangJG-Biochemistry67干扰素的作用机理干扰素的作用机理干扰素诱导的蛋白激酶干扰素诱导的蛋白激酶dsRNA(双链双链)（1） 干扰素诱导干扰素诱导eIF2磷酸化而失
48、活磷酸化而失活ATPeIF2ADPeIF2-P（失活）（失活）Pi磷酸酶磷酸酶2022-5-20ZhangJG-Biochemistry682. 干扰素诱导病毒干扰素诱导病毒RNA降解降解降解降解mRNAdsRNA干扰素干扰素AAPAPPPP2 5 2 5 5 2 - 5 AAPPPATP2-5A合成酶合成酶RNaseLRNaseL活化活化2022-5-20ZhangJG-Biochemistry69第三节第三节 多肽链合成后的折叠与加工多肽链合成后的折叠与加工n翻译后加工翻译后加工-肽链从核蛋白体释放后，经过折叠肽链从核蛋白体释放后，经过折叠和细胞内修饰处理过程，成为有活性的成熟蛋白和细胞内
49、修饰处理过程，成为有活性的成熟蛋白质。质。n多肽链（一级结构）的修饰：多肽链（一级结构）的修饰：n（1）肽链末端氨基酸的修饰）肽链末端氨基酸的修饰n原核细胞多肽原核细胞多肽N-末端的末端的N-甲硫氨酸的甲酰基可甲硫氨酸的甲酰基可在去甲酰酶的催化下被除去。在去甲酰酶的催化下被除去。n真核细胞中多肽真核细胞中多肽N-末端的末端的Met（有时与少数几个（有时与少数几个氨基酸一起）均可被氨肽酶除去。氨基酸一起）均可被氨肽酶除去。2022-5-20ZhangJG-Biochemistry70n（2）肽链中氨基酸侧链的修饰）肽链中氨基酸侧链的修饰 有些氨基酸没有相应的遗传密码，而是在肽链从有些氨基酸没有相
50、应的遗传密码，而是在肽链从核糖体释放后经化学修饰形成的。如胶原蛋白中核糖体释放后经化学修饰形成的。如胶原蛋白中含有大量的羟脯氨酸和羟赖氨酸羟基化；含有大量的羟脯氨酸和羟赖氨酸羟基化； 有些蛋白质中的有些蛋白质中的AsnAsn、SerSer和和ThrThr发生糖基化形成发生糖基化形成糖蛋白，糖蛋白， SerSer、ThrThr、TyrTyr磷酸化。磷酸化。 （3 3）多肽链二硫键的形成）多肽链二硫键的形成 （4 4）信号序列的切除）信号序列的切除 （5 5）附加异戊二烯基团）附加异戊二烯基团 许多真核生物蛋白质的半胱氨酸残基和异戊二烯许多真核生物蛋白质的半胱氨酸残基和异戊二烯以硫醚键结合。以硫醚
