（精品课件教案ppt） 第五章 蛋白质的生物合成 — 翻译.ppt

1、第五章第五章 蛋白质的生物合成蛋白质的生物合成 翻译翻译主要内容主要内容第一节第一节 蛋白质合成体系的组成蛋白质合成体系的组成 第三节第三节 氨基酸及功能蛋白质合成后的修饰氨基酸及功能蛋白质合成后的修饰第二节第二节 蛋白质生物合成的机理蛋白质生物合成的机理第四节第四节蛋白质的运输和降解蛋白质的运输和降解第一节第一节 蛋白质合成体系的组成蛋白质合成体系的组成 一一.基因与基因表达的一般概念基因与基因表达的一般概念n基因作为唯一能够自主复制、永久存在的单位，其生理学功能基因作为唯一能够自主复制、永久存在的单位，其生理学功能以蛋白质形式得到表达。以蛋白质形式得到表达。DNA序列是遗传信息的贮存者，它

2、通序列是遗传信息的贮存者，它通过自主复制得到永存，并通过转录生成过自主复制得到永存，并通过转录生成mRNA，翻译生成蛋白，翻译生成蛋白质的过程控制所有生命现象。质的过程控制所有生命现象。n 编码链（编码链（coding strand）又称）又称sense strand，是指与，是指与mRNA序列序列相同的那条链。非编码链（相同的那条链。非编码链（anticoding strand），又称），又称antisense strand，是指那条根据碱基互补原则指导，是指那条根据碱基互补原则指导mRNA生物合成的生物合成的DNA链。链。nGenetic information is perpetuate

3、d by replication（复制）（复制）in which a double- stranded nucleic acid is duplicated to give identical copies.n 基因表达包括转录（基因表达包括转录（transcription）和翻译（）和翻译（translation）两个阶段。）两个阶段。转录是指拷贝出一条与转录是指拷贝出一条与DNA链序列完全相同（除了链序列完全相同（除了TU之外）的之外）的RNA单链的过程，是基因表达的核心步骤。翻译是指以新生的单链的过程，是基因表达的核心步骤。翻译是指以新生的mRNA为模为模板，把核苷酸三联子遗传密码翻译成

4、氨基酸序列、合成蛋白质多肽链板，把核苷酸三联子遗传密码翻译成氨基酸序列、合成蛋白质多肽链的过程，是基因表达的最终目的。的过程，是基因表达的最终目的。 n 只有只有mRNA所携带的遗传信息才被用来指导蛋白质生物合成，所以所携带的遗传信息才被用来指导蛋白质生物合成，所以人们一般用人们一般用U、C、A、G这这4种核苷酸而不是种核苷酸而不是T、C、A、G的组合来表的组合来表示遗传性状。所谓翻译是指将示遗传性状。所谓翻译是指将mRNA链上的核苷酸从一个特定的起始链上的核苷酸从一个特定的起始位点开始，按每位点开始，按每3个核苷酸代表一个氨基酸的原则，依次合成一条多肽个核苷酸代表一个氨基酸的原则，依次合成一

5、条多肽链的过程。链的过程。二二. 遗传密码遗传密码三联子三联子 nmRNA上每上每3个核苷酸翻译成蛋白质多肽链上的一个氨基酸，这个核苷酸翻译成蛋白质多肽链上的一个氨基酸，这3个核苷酸就称为一个密码，也叫三联子密码。翻译时从起始密个核苷酸就称为一个密码，也叫三联子密码。翻译时从起始密码子码子AUG开始，沿开始，沿mRNA53的方向连续阅读直到终止密码子，的方向连续阅读直到终止密码子，生成一条具有特定序列的多肽链。生成一条具有特定序列的多肽链。n mRNA中只有中只有4种核苷酸，而蛋白质中有种核苷酸，而蛋白质中有20种氨基酸，若以一种种氨基酸，若以一种核苷酸代表一种氨基酸，只能代表核苷酸代表一种氨

6、基酸，只能代表4种种(41=4)。若以两种核苷酸。若以两种核苷酸作为一个密码（二联子），能代表作为一个密码（二联子），能代表42=16种氨基酸。而假定以种氨基酸。而假定以3个核苷酸代表一个氨基酸，则可以有个核苷酸代表一个氨基酸，则可以有43=64种密码，满足了编码种密码，满足了编码20种氨基酸的需要。种氨基酸的需要。 50-60年代破译遗传密码方面的三项重要成果：年代破译遗传密码方面的三项重要成果： （1 1）Paul ZamecnikPaul Zamecnik等人证实细胞中蛋白质合成的场所。他们把放等人证实细胞中蛋白质合成的场所。他们把放射性标记的氨基酸注射到大鼠体内，经过一段时间后收获其肝

7、脏，进射性标记的氨基酸注射到大鼠体内，经过一段时间后收获其肝脏，进行蔗糖梯度沉淀并分析各种细胞成份中的放射性蛋白质。行蔗糖梯度沉淀并分析各种细胞成份中的放射性蛋白质。 如果注射后经数小时（或数天）收获肝脏，所有细胞成份中都带如果注射后经数小时（或数天）收获肝脏，所有细胞成份中都带有放射性标记的蛋白质有放射性标记的蛋白质; ; 如果注射后几分钟内即收获肝脏，那么，放射性标记只存在于含如果注射后几分钟内即收获肝脏，那么，放射性标记只存在于含有核糖体颗粒的细胞质成份中。有核糖体颗粒的细胞质成份中。n2 2）Francis CrickFrancis Crick等人第一次证实只有用三联子密码的形式才能把

8、包等人第一次证实只有用三联子密码的形式才能把包含在由含在由AUGCAUGC四个字母组成遗传信息（核酸）准确无误地翻译成由四个字母组成遗传信息（核酸）准确无误地翻译成由2020种种不同氨基酸组成的蛋白质序列，实现遗传信息的表达。不同氨基酸组成的蛋白质序列，实现遗传信息的表达。实验实验1:1: 用吖啶类试剂（诱导核苷酸插入或丢失）处理用吖啶类试剂（诱导核苷酸插入或丢失）处理T4T4噬菌体噬菌体rIIrII位点上位点上的两个基因，使之发生移码突变（的两个基因，使之发生移码突变（frame-shiftframe-shift），就生成完全不同的、），就生成完全不同的、没有功能的蛋白质。没有功能的蛋白质。

9、实验实验2:2: 研究烟草坏死卫星病毒发现，其外壳蛋白亚基由研究烟草坏死卫星病毒发现，其外壳蛋白亚基由400400个氨基酸组成，个氨基酸组成，相应的相应的RNARNA片段长片段长12001200个核苷酸，与密码三联子体系正好相吻合。个核苷酸，与密码三联子体系正好相吻合。 n实验实验3:3: 以均聚物为模板指导多肽的合成。以均聚物为模板指导多肽的合成。 在含有在含有tRNAtRNA、核糖体、核糖体、AA-AA-tRNAtRNA合成酶及其它蛋白质因子的细胞抽提物中加入合成酶及其它蛋白质因子的细胞抽提物中加入mRNAmRNA或人工合成的或人工合成的均聚物作为模板以及均聚物作为模板以及ATPATP、G

10、TPGTP、氨基酸等成分时又能合成新的肽链，、氨基酸等成分时又能合成新的肽链，新生肽链的氨基酸顺序由外加的模板来决定。新生肽链的氨基酸顺序由外加的模板来决定。 1961 1961年，年，NirenbergNirenberg等以等以polypoly（U U）作模板时发现合成了多聚苯丙）作模板时发现合成了多聚苯丙氨酸，从而推出氨酸，从而推出UUUUUU代表苯丙氨酸（代表苯丙氨酸（PhePhe）。以）。以polypoly（C C）及）及polypoly（A A）做模板分别得到多聚脯氨酸和多聚赖氨酸。做模板分别得到多聚脯氨酸和多聚赖氨酸。n实验实验4:4: 以特定序列的共聚物为模板指导多肽的合成。以多

11、聚二核苷酸作以特定序列的共聚物为模板指导多肽的合成。以多聚二核苷酸作模板可合成由模板可合成由2 2个氨基酸组成的多肽，个氨基酸组成的多肽，5UGU GUG UGU GUG UGU GUG3,5UGU GUG UGU GUG UGU GUG3,不管读码从不管读码从U U开始还是从开始还是从G G开始，开始，都只能有都只能有UGUUGU（CysCys）及）及GUGGUG（ValVal）两种密码子。）两种密码子。n实验实验5:5: 以共聚三核苷酸作为模板可得到有以共聚三核苷酸作为模板可得到有3 3种氨基酸组成的多肽。如以多种氨基酸组成的多肽。如以多聚（聚（UUCUUC）为模板，可能有）为模板，可能有

12、3 3种起读方式：种起读方式：5UUC UUC UUC UUC UUC5UUC UUC UUC UUC UUC33或或 5UCU UCU UCU UCU UCU5UCU UCU UCU UCU UCU33或或 5CUU CUU CUU CUU CUU5CUU CUU CUU CUU CUU33分别产生分别产生UUCUUC（PhePhe）、）、UCUUCU（SerSer）或或CUUCUU（LeuLeu）. . 多聚三核苷酸为模板时也可能只合成多聚三核苷酸为模板时也可能只合成2 2种多肽：种多肽：5GUA GUA GUA 5GUA GUA GUA GUA GUAGUA GUA33或或5UAG UA

13、G UAG UAG UAG5UAG UAG UAG UAG UAG33或或5AGU AGU AGU 5AGU AGU AGU AGU AGUAGU AGU33由第二种读码方式产生的密码子由第二种读码方式产生的密码子UAGUAG是终止密码，不编码是终止密码，不编码任何氨基酸，因此，只产生任何氨基酸，因此，只产生GUAGUA（ValVal）或）或AGUAGU（SerSer）。）。n实验实验6:6: 以随机多聚物指导多肽合成。以随机多聚物指导多肽合成。NirenbergNirenberg等及等及OchoaOchoa等又用各种随等又用各种随机的多聚物作模板合成多肽。例如，以只含机的多聚物作模板合成多肽

14、。例如，以只含A A、C C的多聚核苷酸作模板，的多聚核苷酸作模板，任意排列时可出现任意排列时可出现8 8种三联子，即种三联子，即CCCCCC、CCACCA、CACCAC、ACCACC、CAACAA、ACAACA、AACAAC、AAAAAA，获得由，获得由AsnAsn、HisHis、ProPro、GlnGln、ThrThr、LysLys等等6 6种氨基酸组成的种氨基酸组成的多肽。多肽。n（3 3）氨基酸的）氨基酸的“活化活化”与核糖体结合技术。与核糖体结合技术。 如果把氨基酸与如果把氨基酸与ATPATP和肝脏细胞质共培养，氨基酸就会被固定和肝脏细胞质共培养，氨基酸就会被固定在某些热稳定且可溶性

15、在某些热稳定且可溶性RNARNA分子（分子（transfer RNAtransfer RNA，tRNAtRNA）上。现将氨基）上。现将氨基酸活化后的产物称为氨基酰酸活化后的产物称为氨基酰-tRNA-tRNA（aminoacyl-tRNAaminoacyl-tRNA），并把催化该过），并把催化该过程的酶称为氨基酰合成酶（程的酶称为氨基酰合成酶（aminoacyl-tRNA Synthetaseaminoacyl-tRNA Synthetase）。）。n 以人工合成的三核苷酸如以人工合成的三核苷酸如UUUUUU、UCUUCU、UGUUGU等为模板，在含核糖体、等为模板，在含核糖体、AA-tRNAA

16、A-tRNA的反应液中保温后通过硝酸纤维素滤膜，只有游离的的反应液中保温后通过硝酸纤维素滤膜，只有游离的AA-tRNAAA-tRNA因相对分子质量小而通过滤膜，而核糖体或与核糖体结合的因相对分子质量小而通过滤膜，而核糖体或与核糖体结合的AA-tRNAAA-tRNA则则留在滤膜上，这样可把已结合与未结合的留在滤膜上，这样可把已结合与未结合的AA-tRNAAA-tRNA分开。分开。 当体系中带有多聚核苷酸模板时，从大肠杆菌中提取的核糖体经常与当体系中带有多聚核苷酸模板时，从大肠杆菌中提取的核糖体经常与特异性氨基酰特异性氨基酰-tRNA-tRNA相结合。如果把核糖体与相结合。如果把核糖体与polyp

17、oly（U U）和）和Phe-Phe-tRNAPhetRNAPhe共温育，核糖体就能同时与共温育，核糖体就能同时与polypoly（U U）和）和Phe-tRNAPhePhe-tRNAPhe相结合。相结合。 4 4种核苷酸组成种核苷酸组成6161个编码氨基酸的密码子和个编码氨基酸的密码子和3 3个终止密码子，它们个终止密码子，它们不能与不能与tRNAtRNA的反密码子配对，但能被终止因子或释放因子识别，终止的反密码子配对，但能被终止因子或释放因子识别，终止肽链的合成。由一种以上密码子编码同一个氨基酸的现象称为简并肽链的合成。由一种以上密码子编码同一个氨基酸的现象称为简并（degeneracyd

18、egeneracy），对应于同一氨基酸的密码子称为同义密码子），对应于同一氨基酸的密码子称为同义密码子（synonymous codonsynonymous codon）。）。 一个氨基酸可以有几个不同的密码子的特性一个氨基酸可以有几个不同的密码子的特性。同义密码子：编码同一个氨基酸的一组密码子。同义密码子：编码同一个氨基酸的一组密码子。注意：注意：Trp 和和 Met只有一个密码子。只有一个密码子。Leu、Arg、Ser 均有均有6个密码子。个密码子。ATGATG CGGCGG三三. .遗传密码的特点遗传密码的特点AAAAAA TGGTGG CCGCCG AATAAT GATGAT三三. .

19、遗传密码的特点遗传密码的特点（1 1） 密码的密码的无标点性、无重叠性无标点性、无重叠性 （2）密码子的简并性）密码子的简并性 密码子的通用性是指生物细胞共同使用同一套遗传密码字典。只密码子的通用性是指生物细胞共同使用同一套遗传密码字典。只有在一些线粒体中使用的遗传密码与通用密码有所区别。所以说遗传密有在一些线粒体中使用的遗传密码与通用密码有所区别。所以说遗传密码基本通用，但非绝对通用。码基本通用，但非绝对通用。 （3 3）密码子的通用性和例外）密码子的通用性和例外( 4 ) 起始密码子和终止密子起始密码子和终止密子 在在6464个密码子中，有个密码子中，有3 3个密码子不编码任何氨基酸，从而

20、成为肽链合个密码子不编码任何氨基酸，从而成为肽链合成的终止信号，称为终止密码子或无义密码子，它们是成的终止信号，称为终止密码子或无义密码子，它们是UAAUAA、UAGUAG、UGAUGA。其余的其余的6161个密码子均编码不同的氨基酸，其中个密码子均编码不同的氨基酸，其中AUGAUG既是既是MetMet的密码子，又的密码子，又是肽链合成的起始信号，称为起始密码子。是肽链合成的起始信号，称为起始密码子。（5 5）密码子的摆动性）密码子的摆动性 密码子的专一性主要是由前两位的碱基决定，而第三位碱基有较大密码子的专一性主要是由前两位的碱基决定，而第三位碱基有较大的灵活性。的灵活性。四、参与蛋白质合成

21、的三类四、参与蛋白质合成的三类RNARNA及核糖体及核糖体1.rRNA1.rRNA 与蛋白质一起构成核糖体与蛋白质一起构成核糖体蛋白质合成蛋白质合成“工厂工厂” 核糖体结构组成核糖体结构组成 核糖体的基本功能核糖体的基本功能结合结合mRNAmRNA，在，在mRNAmRNA上选择适当的区域开始翻译上选择适当的区域开始翻译密码子（密码子（mRNAmRNA）和反密码子（）和反密码子（tRNAtRNA）的正确配对）的正确配对肽键的形成肽键的形成 存在存在 核糖体可游离存在，真核中，也可同内质网结合，形成粗糙核糖体可游离存在，真核中，也可同内质网结合，形成粗糙的内质网。原核中，与的内质网。原核中，与mR

22、NAmRNA形成串状形成串状多核糖体多核糖体原核生原核生物核糖物核糖体组成体组成真核生真核生物核糖物核糖体组成体组成n2. tRNA2. tRNA 结合氨基酸：一种氨基酸有几种结合氨基酸：一种氨基酸有几种tRNAtRNA携带，结合需要携带，结合需要ATPATP供能供能, ,氨氨基酸结合在基酸结合在tRNA3-CCAtRNA3-CCA的位置。的位置。 反密码子：每种反密码子：每种tRNAtRNA的反密码子，的反密码子，决定了所带氨基酸能准确的在决定了所带氨基酸能准确的在mRNAmRNA上对号入座上对号入座 。 反密码子与反密码子与mRNAmRNA的第三个核苷酸配的第三个核苷酸配对时，不严格遵从碱

23、基配对原则对时，不严格遵从碱基配对原则 3. mRNA3. mRNA 携带着携带着DNADNA的遗传信息，是多肽的遗传信息，是多肽链的合成模板链的合成模板 在原核细胞内，存在时间短，在在原核细胞内，存在时间短，在转录的同时翻译转录的同时翻译 在真核细胞内，较稳定在真核细胞内，较稳定 蛋白质合成时，蛋白质合成时，mRNAmRNA结合于核糖结合于核糖体小亚基上，大亚体小亚基上，大亚 基结合带氨基基结合带氨基酸的酸的tRNAtRNA，tRNAtRNA的反密码子与的反密码子与mRNAmRNA密码子配对，密码子配对，ATPATP供能，合成蛋白供能，合成蛋白质质。四四. . 核糖体核糖体n核糖体像一个能沿

24、核糖体像一个能沿mRNAmRNA模板移动的工厂，执行着蛋白质合成的模板移动的工厂，执行着蛋白质合成的功能。它是由几十种蛋白质和几种核糖体功能。它是由几十种蛋白质和几种核糖体RNARNA（ribosomal RNAribosomal RNA，rRNArRNA）组成的亚细胞颗粒。一个细菌细胞内约有）组成的亚细胞颗粒。一个细菌细胞内约有2000020000个核糖体，个核糖体，而真核细胞内可达而真核细胞内可达106106个，在未成熟的蟾蜍卵细胞内则高达个，在未成熟的蟾蜍卵细胞内则高达10121012。核糖体和它的辅助因子为蛋白质合成提供了必要条件。核糖体和它的辅助因子为蛋白质合成提供了必要条件。 1.

25、1.核糖体的组成核糖体的组成n 原核生物核糖体由约原核生物核糖体由约2/32/3的的RNARNA及及1/31/3的蛋白质组成。真核生物核糖的蛋白质组成。真核生物核糖体中体中RNARNA占占3/53/5，蛋白质占，蛋白质占2/52/5。核糖体是一个致密的核糖核蛋白颗粒，。核糖体是一个致密的核糖核蛋白颗粒，可以解离为两个亚基，每个亚基都含有一个相对分子质量较大的可以解离为两个亚基，每个亚基都含有一个相对分子质量较大的rRNArRNA和许多不同的蛋白质分子。和许多不同的蛋白质分子。n 大肠杆菌核糖体小亚基由大肠杆菌核糖体小亚基由2121种蛋白质组成，分别用种蛋白质组成，分别用S1S21S1S21表示

26、，表示，大亚基由大亚基由3333种蛋白质组成，分别用种蛋白质组成，分别用L1L33L1L33表示。真核生物细胞核糖表示。真核生物细胞核糖体大亚基含有体大亚基含有4949种蛋白质，小亚基有种蛋白质，小亚基有3333种蛋白质。种蛋白质。2.核糖体的功能核糖体的功能 核糖体包括至少核糖体包括至少5个活性中心，即个活性中心，即mRNA结合部位、结合或接受结合部位、结合或接受AA- tRNA部位（部位（A位）、结合或接受肽基位）、结合或接受肽基tRNA的部位、肽基转移部位的部位、肽基转移部位（P位）及形成肽键的部位（转肽酶中心），此外还有负责肽链延伸的各位）及形成肽键的部位（转肽酶中心），此外还有负责肽

27、链延伸的各种延伸因子的结合位点。小亚基上拥有种延伸因子的结合位点。小亚基上拥有mRNA结合位点，负责对序列特异结合位点，负责对序列特异的识别过程，如起始位点的识别和密码子与反密码子的相互作用。大亚基的识别过程，如起始位点的识别和密码子与反密码子的相互作用。大亚基负责氨基酸及负责氨基酸及tRNA携带的功能，如肽键的形成、携带的功能，如肽键的形成、AA- tRNA、肽基、肽基- tRNA的结合等。的结合等。A位、位、P位、转肽酶中心等主要在大亚基上。位、转肽酶中心等主要在大亚基上。 核糖体可解离为亚基或结合成核糖体可解离为亚基或结合成70S/80S70S/80S颗粒。翻译的起始阶段需要游颗粒。翻译

28、的起始阶段需要游离的亚基，随后才结合成离的亚基，随后才结合成70S/80S70S/80S颗粒，继续翻译进程。体外反应体系颗粒，继续翻译进程。体外反应体系中，核糖体的解离或结合取决于中，核糖体的解离或结合取决于Mg2+Mg2+离子浓度。在大肠杆菌内，离子浓度。在大肠杆菌内，Mg2+Mg2+浓度在浓度在10-3mol/L10-3mol/L以下时，以下时，70S70S解离为亚基，浓度达解离为亚基，浓度达10-2mol/L10-2mol/L时则形成时则形成稳定的稳定的70S70S颗粒。细胞中大多数核糖体处于非活性的稳定状态，单独存颗粒。细胞中大多数核糖体处于非活性的稳定状态，单独存在，只有少数与在，只

29、有少数与mRNAmRNA一起形成多聚核糖体。它从一起形成多聚核糖体。它从mRNAmRNA的的55末端向末端向33末末端阅读密码子，至终止子时合成一条完整的多肽链。端阅读密码子，至终止子时合成一条完整的多肽链。mRNAmRNA上核糖体的上核糖体的多少视多少视mRNAmRNA的长短而定，一般的长短而定，一般4040个核苷酸有一个核糖体。个核苷酸有一个核糖体。 多肽链合成的起始多肽链合成的起始 多肽链的延伸多肽链的延伸 多肽链终止和释放多肽链终止和释放一、原核生物蛋白质合成的分子机制一、原核生物蛋白质合成的分子机制第二节、蛋白质生物合成的机理第二节、蛋白质生物合成的机理（1 1）、）、70S70S核

30、糖体的解聚核糖体的解聚（2 2）、）、30S30S核糖体核糖体IF1.3IF1.3复合物的形成复合物的形成（3 3）、）、 30S30S核糖体起始复合物的形成核糖体起始复合物的形成（4 4）、）、 70S70S核糖体起始复合物的形成核糖体起始复合物的形成（一）原核生物中多肽链的起始（一）原核生物中多肽链的起始1 1、起始事件、起始事件2 2、多肽链起始事件的顺序过程、多肽链起始事件的顺序过程起始起始RNA甲酰甲硫氨酸甲酰甲硫氨酸-tRNA-tRNA转移酶以转移酶以N N1010- -甲酰基四氢叶酸为甲基供体催化甲甲酰基四氢叶酸为甲基供体催化甲酰甲硫氨酸酰甲硫氨酸-tRNA-tRNA的甲酰化的甲

31、酰化可被可被E.coli 核糖体识别的不同核糖体识别的不同S-D序列序列mRNA识别与对准识别与对准（1）、氨基酸的进位）、氨基酸的进位（2）、转肽）、转肽（3）、移位）、移位3、多肽链的延伸、多肽链的延伸（1）、氨基酸的进位）、氨基酸的进位E.coli 核糖体中多肽链延伸事情的循环图解核糖体中多肽链延伸事情的循环图解(2)(2)、肽基转移、肽基转移使使70S核糖体与核糖体与mRNA复合物返回到延伸循环起点的三个复合物返回到延伸循环起点的三个骤：骤：脱酰基脱酰基tRNA自自P位点的脱离位点的脱离肽基肽基-tRNA从从A位点移到位点移到P位点位点（3 3）、移位）、移位23SRNA是实质的肽基移

32、位酶是实质的肽基移位酶23SRNA的肽基转移中心的肽基转移中心核糖体向后移动，使下一密子核糖体向后移动，使下一密子进进 入入A位点位点该过程需要该过程需要EFG的帮助的帮助结合状态模型结合状态模型肽肽基转移与移位中核糖体两基转移与移位中核糖体两tRNAtRNA分子相对位置模型分子相对位置模型GTPGTP水解刺激核糖体构象的改变进而实施其功能水解刺激核糖体构象的改变进而实施其功能蛋白质合成的能量消耗为每个氨基酸至少需四个高能磷酸键，此外蛋白质合成的能量消耗为每个氨基酸至少需四个高能磷酸键，此外还需两个还需两个GTPGTP，运于氨酰，运于氨酰-tRNA-tRNA合成中氨基酸的活化合成中氨基酸的活化

33、4 4、肽链的终止、肽链的终止肽链终止事件肽链终止事件核糖体的生活周期核糖体的生活周期多聚核糖体是蛋白质合成的活跃结构多聚核糖体是蛋白质合成的活跃结构多核糖体的电子显微图多核糖体的电子显微图E.coliE.coli色氨酸操纵子色氨酸操纵子原核生物中转录与转译间的关系原核生物中转录与转译间的关系真核真核mRNA的特征结构的特征结构二、真核细胞的蛋白质合成二、真核细胞的蛋白质合成 43S43S前起始复合物的形成前起始复合物的形成 43S43S起始复合物与起始复合物与mRNAmRNA的结合及的结合及40S40S核糖体亚基迁移核糖体亚基迁移至正确的起始密码子至正确的起始密码子AUGAUG 80S 80

34、S起始复合物的形成起始复合物的形成1 1、真核蛋白质起始的过程、真核蛋白质起始的过程 真核生物中，延伸循环与原核生物中非常相似。三个真核生物中，延伸循环与原核生物中非常相似。三个真核延伸因子称作真核延伸因子称作eIF1eIF1、eIFeIF、eIF2,eIF2,它们具有与相它们具有与相应的细菌延伸因子应的细菌延伸因子EF-TuEF-Tu、EF-TsEF-Ts、EF-GEF-G类似的功能。类似的功能。2 2、真核生物中肽链的延伸、真核生物中肽链的延伸真核生物中一个称为真核生物中一个称为eIF的释放因子识别所有的三个终止密的释放因子识别所有的三个终止密码子码子3 3、真核肽链的终止、真核肽链的终止

35、真核细胞中转译起始的三个步骤示意图真核细胞中转译起始的三个步骤示意图 6 6、蛋白质合成的抑制剂、蛋白质合成的抑制剂 抗菌素对蛋白质合成的作用可能是阻止抗菌素对蛋白质合成的作用可能是阻止mRNAmRNA与核糖体结合（氯霉与核糖体结合（氯霉素），或阻止素），或阻止AA-tRNAAA-tRNA与核糖体结合（四环素类），或干扰与核糖体结合（四环素类），或干扰AA-tRNAAA-tRNA与与核糖体结合而产生错读（链霉素、新霉素、卡那霉素等），或作为竞核糖体结合而产生错读（链霉素、新霉素、卡那霉素等），或作为竞争性抑制剂抑制蛋白质合成。争性抑制剂抑制蛋白质合成。 链霉素是一种碱性三糖，干扰链霉素是一种碱

36、性三糖，干扰fMet-tRNAfMet-tRNA与核糖体的结合，从而阻与核糖体的结合，从而阻止蛋白质合成的正确起始，并导致止蛋白质合成的正确起始，并导致mRNAmRNA的错读。若以的错读。若以polypoly（U U）作模板，）作模板，则除苯丙氨酸（则除苯丙氨酸（UUUUUU）外，异亮氨酸（）外，异亮氨酸（AUUAUU）也会掺入。对链霉素敏感）也会掺入。对链霉素敏感位点在位点在30S30S亚基上。亚基上。 嘌呤霉素是嘌呤霉素是AA-tRNAAA-tRNA的结构类似物，能结合在核糖体的的结构类似物，能结合在核糖体的A A位上，抑位上，抑制制AA-tRNAAA-tRNA的进入。它所带的氨基与的进入

37、。它所带的氨基与AA- tRNAAA- tRNA上的氨基一样，能与生长上的氨基一样，能与生长中肽链上的羧基生成肽键，这个反应的产物是一条中肽链上的羧基生成肽键，这个反应的产物是一条33羧基端挂了一嘌羧基端挂了一嘌呤霉素。呤霉素。 青霉素、四环素和红霉素只与原核细胞核糖体发生作用，从而阻青霉素、四环素和红霉素只与原核细胞核糖体发生作用，从而阻遏原核生物蛋白质的合成，抑制细菌生长。氯霉素和嘌呤霉素既能与遏原核生物蛋白质的合成，抑制细菌生长。氯霉素和嘌呤霉素既能与原核细胞核糖体结合，又能与真核生物核糖体结合，妨碍细胞内蛋白原核细胞核糖体结合，又能与真核生物核糖体结合，妨碍细胞内蛋白质合成，影响细胞生

38、长。因此，前质合成，影响细胞生长。因此，前3 3种抗生素被广泛用于人类医学，后种抗生素被广泛用于人类医学，后两种则很少在医学上使用。两种则很少在医学上使用。 第三节、氨基酸及功能蛋白质合成后第三节、氨基酸及功能蛋白质合成后的修饰的修饰 1.1.蛋白质刚刚被合成时，都以蛋白质刚刚被合成时，都以fMetfMet（原核）或（原核）或MetMet（真核）开始，多（真核）开始，多肽合成后，肽合成后，N N端的端的formyl groupformyl group、MetMet残基，有时还包括残基，有时还包括N N揣多个揣多个残基或残基或C C端的残基都会被切除。端的残基都会被切除。50%50%的真核蛋白中

39、，的真核蛋白中，N-N-端残基的端残基的氨基酸会被氨基酸会被N-N-乙基化。乙基化。2.2.切除信号肽。许多蛋白质都带有切除信号肽。许多蛋白质都带有15-3015-30个残基的个残基的signal peptidessignal peptides，负责指导蛋白质在细胞中的精确定位。负责指导蛋白质在细胞中的精确定位。3.3.特定氨基酸的修饰。特定氨基酸的修饰。4.4.氨基酸的糖苷化氨基酸的糖苷化5.5.氨基酸的异戊烯化（氨基酸的异戊烯化（Addition of Isoprenyl GroupsAddition of Isoprenyl Groups）6.6.有些蛋白质还要与辅基有些蛋白质还要与辅基

40、(prosthetic groups)(prosthetic groups)相结合；相结合； Cytochrome C Cytochrome C只有与血红素（只有与血红素（hemeheme）相结合才有功能。此外，）相结合才有功能。此外，Acetyl-Acetyl-CoACoA羧化酶常与羧化酶常与BiotinBiotin分子相结合。有些蛋白质必须经蛋白酶切割后才分子相结合。有些蛋白质必须经蛋白酶切割后才有功能。有些蛋白质只有在形成二硫键之后才有功能。有功能。有些蛋白质只有在形成二硫键之后才有功能。第四节、蛋白质的运输和降解第四节、蛋白质的运输和降解 1 1、绝大部分被运入、绝大部分被运入ERER

41、内腔的蛋白质都带有一个内腔的蛋白质都带有一个Signal peptideSignal peptide。该。该序列常常位于蛋白质的氨基末端，长度一般在序列常常位于蛋白质的氨基末端，长度一般在13-3613-36个残基之间，个残基之间，有三个特点：有三个特点： （1 1）一般带有）一般带有10-1510-15个疏水氨基酸；个疏水氨基酸； （2 2）常常）常常在靠近该序列在靠近该序列N-N-端疏水氨基酸区上游带有端疏水氨基酸区上游带有1 1个或数个带正电荷的个或数个带正电荷的氨基酸；氨基酸； （3 3）在其）在其C-C-末端靠近蛋白酶切割位点处常常带有数末端靠近蛋白酶切割位点处常常带有数个极性氨基酸

42、，离切割位点最近的那个氨基酸往往带有很短的个极性氨基酸，离切割位点最近的那个氨基酸往往带有很短的侧链（侧链（AlaAla或或GlyGly）。）。n研究发现，信号肽把研究发现，信号肽把Ribosome牵引到牵引到ER上。蛋白质合成之初，一旦信上。蛋白质合成之初，一旦信号肽序列的号肽序列的N端暴露在核糖体外，该序列（包括核糖体）就迅速与端暴露在核糖体外，该序列（包括核糖体）就迅速与SRP（signal recognition particle）相结合，诱发）相结合，诱发SRP与与GTP相结合，停止相结合，停止新生肽的进一步延伸（此时新生肽一般长约新生肽的进一步延伸（此时新生肽一般长约70个残基左右

43、）。个残基左右）。n 受位于受位于ER外膜上的外膜上的SRP-receptor及及ribosome-receptor的牵引，这个的牵引，这个复合物（复合物（GTP-SRP-ribosome-mRNA-新生肽）立即向新生肽）立即向ER外膜靠拢，并外膜靠拢，并通过通过peptide transport complex进入进入ER内腔。内腔。5.Rough ER5.Rough ER上的蛋白质常常通过运转载体将经过修饰的蛋白质送入高尔基上的蛋白质常常通过运转载体将经过修饰的蛋白质送入高尔基体，再分别送到各个亚细胞位点。体，再分别送到各个亚细胞位点。6.6.蛋白质中的核定位序列一般不被切除。蛋白质中的核

44、定位序列一般不被切除。 蛋白质的核定位是通过多个蛋白蛋白质的核定位是通过多个蛋白的共同作用来实现的。的共同作用来实现的。Importin (,Importin (,亚基亚基) )的作用的作用有点像有点像SRPSRP受体。受体。NLSNLS蛋白蛋白- -ImportinImportin复合物停留在核孔上，复合物停留在核孔上，并在并在Ran-GTPaseRan-GTPase的作用下通过的作用下通过核孔。核孔。 细菌细胞内也存在类似的蛋白质运转系统。细菌细胞内也存在类似的蛋白质运转系统。7 7、蛋白质降解是一个有序的过程。、蛋白质降解是一个有序的过程。 n 在大肠杆菌中，许多蛋白质的降解是在大肠杆菌

45、中，许多蛋白质的降解是通过一个依赖于通过一个依赖于ATPATP的蛋白酶（称为的蛋白酶（称为LonLon）来实现的。当细胞中存在有错误或半衰期来实现的。当细胞中存在有错误或半衰期很短的蛋白质时，该蛋白酶就被激活。每很短的蛋白质时，该蛋白酶就被激活。每切除一个肽键要消耗两分子切除一个肽键要消耗两分子ATPATP。 n 在真核生物中，蛋白质的降解需要在真核生物中，蛋白质的降解需要UbiquitinUbiquitin，一个有，一个有7676个氨基酸残基组成个氨基酸残基组成极为保守的蛋白参与。与极为保守的蛋白参与。与UbiquitinUbiquitin相连相连的蛋白将被送到一个依赖于的蛋白将被送到一个依赖于ATPATP的蛋白质的蛋白质降解系统（降解系统（ProteasomeProteasome，Mr. 1Mr. 1106106）。）。 成熟多肽成熟多肽N-N-端第一个残基对蛋白质的稳定性有重要影响端第一个残基对蛋白质的稳定性有重要影响 。