真核生物蛋白质合成课件.ppt

1、-1二、真核生物蛋白质合成二、真核生物蛋白质合成 真核生物蛋白质合成过程真核生物蛋白质合成过程类似类似于原核细胞的蛋于原核细胞的蛋白质生物合成过程，最大的白质生物合成过程，最大的区别区别在于在于翻译起始复合物翻译起始复合物形成形成，以及各阶段所使用的，以及各阶段所使用的蛋白质因子蛋白质因子的种类和数量的种类和数量的不同。的不同。-2（一）真核生物蛋白质的合成起始（一）真核生物蛋白质的合成起始umRNA：单顺反子、：单顺反子、 m7Gppp和和poly (A)u核糖体：核糖体：40S小亚基小亚基+ 60S大亚基大亚基=80Su“活化活化”的起始的起始tRNA：Met-tRNAiMetu翻译起始因

2、子（翻译起始因子（Initiation factor, IF）：种类多：种类多u其他：其他：GTP、Mg2+1、所需主要成分：、所需主要成分：-3真核生物中主要翻译起始因子的种类和功能真核生物中主要翻译起始因子的种类和功能eIF, eukaryotic initiation factor-4n核糖体大、小亚基分离；核糖体大、小亚基分离；n起始起始Met-tRNAiMet与小亚基结合；与小亚基结合；nmRNA与核糖体小亚基结合；与核糖体小亚基结合；n小亚基沿小亚基沿mRNA链向链向3 的方向扫描，定的方向扫描，定位起始密码子位起始密码子AUG；n核糖体大亚基结合。核糖体大亚基结合。2、真核生物翻

3、译起始复合物形成过程、真核生物翻译起始复合物形成过程-5I. 40S核糖体小亚基与起始因子eIF-3相结合，使得核糖体大小亚基分离；eIF-1进入A位；（1）-6II. 在eIF-5-GTP和eIF-2-GTP的帮助下，起始Met-tRNAiMet与40S小亚基相结合，形成43S前起始复合物；（2）-7III.eIF-4F结合在mRNA的5-UTR；其中eIF-4E与“帽子”结构结合，eIF-4G可与eIF-4E及PBP结合，eIF-4A有解旋酶活性；（4）mRNA闭环翻译模型 PAB，polyA binding protein-8IV.eIF-4B与eIF-4F结合，激活eIF-4A解旋酶活

4、性，去除5-UT二级结构；43S前起始复合物与mRNA结合；（5）（6）-9V. 43S前起始复合物沿mRNA向3端扫描移动并识别起始密码子AUG；（7）（8）AUG-10VI. eIF2水解ATP，使eIF3和它自己离开复合物；大小亚基结合；（8）（9）（10）-11VII. eIF5B水解ATP，释放其他起始因子，形成80S翻译起始复合体。（12）（11）（10）-123、真、原核生物翻译起始的区别、真、原核生物翻译起始的区别 原核生物原核生物：30S小亚基首先与小亚基首先与mRNA模板相结合，模板相结合，再与再与fMet-tRNAfMet结合，最后与结合，最后与50S大亚基结合，大亚基结

5、合，形成形成70S起始复合物。起始复合物。真核生物真核生物：40S小亚基首先与小亚基首先与Met-tRNAiMet相结合，相结合，再与模板再与模板mRNA结合，最后与结合，最后与60S大亚基结合生成大亚基结合生成80S起始复合物。起始复合物。-13（二）肽链的延伸（二）肽链的延伸 真核生物肽链合成的延长过程与原核基本相真核生物肽链合成的延长过程与原核基本相似，都包含进位、转位和移位等三个步骤。整个似，都包含进位、转位和移位等三个步骤。整个延伸过程除延伸过程除延伸因子种类不同外延伸因子种类不同外，真核细胞核糖，真核细胞核糖体体没有没有E位位，转位时空载，转位时空载tRNA直接从直接从P位脱落。位

6、脱落。真核生物延伸因子真核生物延伸因子：EF-1和和EF-2原核生物延伸因子：原核生物延伸因子：EF-T (EF-Tu, EF-Ts)、 EF-GEF-1：含含，和和等等3个亚基，个亚基， 和和(EF-1A)的功能与的功能与EF-Tu相似，相似，(EF-1B)的功能与的功能与EF-Ts相似。相似。EF-2：功能与原核生物功能与原核生物EF-G相似相似-14（三）肽链的终止（三）肽链的终止真核生物释放因子真核生物释放因子：eRF原核生物释放因子原核生物释放因子：RF1、RF2、RF3eRF：一方面可识别一方面可识别UAA、UGA和和UAG等所有终止等所有终止密码子，另一方面可催化延伸复合物解体。

7、密码子，另一方面可催化延伸复合物解体。 真核生物肽链合成的终止过程除释放因子不同真核生物肽链合成的终止过程除释放因子不同外，其他与原核基本一致。外，其他与原核基本一致。-15AP40S 5mRNAFree tRNAPolypeptideReleasefactorRibosomalSubunitseRFGTP-16电镜下的观察到的多肽合成过程电镜下的观察到的多肽合成过程在多肽合成过程中，当第一个核糖体离开起始密码子后，空出的起始密码子的位置时，第二个核糖体的小亚基就会结合上来，并装配成完整的起始复合物，开始蛋白质的合成。同样，第三个核糖体、第四个核糖体、依次结合到mRNA上 -17多聚核糖体多聚

8、核糖体（polyribosomes）-使蛋白质合成高速、使蛋白质合成高速、高效进行。高效进行。在多肽合成过程中，同一条mRNA分子能够同多个核糖体结合，同时合成若干条多肽链，结合在同一条mRNA上的核糖体就称为多聚核糖体 。-18三、蛋白质合成的干扰与抑制三、蛋白质合成的干扰与抑制 (p140-142)Interference & Inhibition of Protein Biosynthesis 蛋白质生物合成是很多天然蛋白质生物合成是很多天然抗生素抗生素的作用靶点。它们的作用靶点。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

9、抑制蛋白质生物合成过程而起作用的。功能，干扰和抑制蛋白质生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新抗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、原核生物蛋菌药物的作用靶点。同时尽量利用真核、原核生物蛋白质合成体系的任何差异，以设计、筛选仅对病原微白质合成体系的任何差异，以设计、筛选仅对病原微生物特效而不损害人体的药物。生物特效而不损害人体的药物。 -19几种常见蛋白质合成抑制剂的结构式几种常见蛋白质合成抑制剂的结构式-20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 新霉素、土霉素）新霉素、土

10、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 放线菌酮放线菌酮嘌呤霉素嘌呤霉素原核核糖体原核核糖体小亚基小亚基原核核糖体原核核糖体小亚基小亚基原核核糖体原核核糖体大亚基大亚基原核核糖体原核核糖体大亚基大亚基原核核糖体原核核糖体大亚基大亚基真核核糖体真核核糖体大亚基大亚基真核、原核真核、原核核糖体核糖体抑制氨基酰抑制氨基酰-tRNA与小亚基结合与小亚基结合改变构象引起读码错误、抑制改变构象引起读码错误、抑制起始起始抑制转肽酶、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，抑制肽链延

11、结合，抑制肽链延长长抑制转肽酶、阻断延长抑制转肽酶、阻断延长氨基酰氨基酰-tRNA类似物，进位后引类似物，进位后引起未成熟肽链脱落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医学研究究抗肿瘤抗肿瘤药药抗生素抑制蛋白质生物合成的原理抗生素抑制蛋白质生物合成的原理 -21四环素族四环素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-22 嘌呤霉素嘌呤霉素作用示意图作用示意图-23四、四、 蛋白质前体的加工与折叠蛋白质前体的加工与折叠1、N端端fMet或或Met的切除的切除 无论原核生物还是真核生物，无论原核生物还是真核生物，N端

12、的甲硫氨酸端的甲硫氨酸往往在多肽链合成完毕前就被切除往往在多肽链合成完毕前就被切除，此此过程过程是由是由氨肽酶（氨肽酶（amino peptidase）水解来完成的。）水解来完成的。2、二硫键的形成、二硫键的形成 mRNA中没有胱氨酸密码子，而不少蛋白质都中没有胱氨酸密码子，而不少蛋白质都含有二硫键。蛋白质合成后往往通过两个半胱氨酸含有二硫键。蛋白质合成后往往通过两个半胱氨酸的氧化作用生成胱氨酸。的氧化作用生成胱氨酸。（一）蛋白质前体的加工（一）蛋白质前体的加工-24二硫键的形成二硫键的形成-253、特定氨基酸的修饰、特定氨基酸的修饰 氨基酸侧链的修饰氨基酸侧链的修饰作用包括作用包括磷酸化磷酸

13、化（如核糖（如核糖体蛋白质）、体蛋白质）、糖基化糖基化（如各种糖蛋白）、（如各种糖蛋白）、甲基化甲基化（如组蛋白、肌肉蛋白质）、（如组蛋白、肌肉蛋白质）、乙基化乙基化（如组蛋（如组蛋白）、白）、羟基化羟基化（如胶原蛋白）和（如胶原蛋白）和羧基化羧基化等等。等等。发生在小牛组蛋白发生在小牛组蛋白H3前前35个氨基酸残基中的个氨基酸残基中的4种化学修饰种化学修饰-26蛋白质的磷酸化蛋白质的磷酸化 -274、切除新生肽链中非功能片段、切除新生肽链中非功能片段 将多聚蛋白切开，成为几个成熟蛋白；将多聚蛋白切开，成为几个成熟蛋白； 新生肽链新生肽链N和和C端多余部分的切除；端多余部分的切除； 切除中间部

14、分，余下的部分由二硫键链接；切除中间部分，余下的部分由二硫键链接； 蛋白质的内含肽的剪接蛋白质的内含肽的剪接-28新生蛋白质经蛋白酶切割后变成有功能的成熟蛋白质。新生蛋白质经蛋白酶切割后变成有功能的成熟蛋白质。左左：新生蛋白质在去掉：新生蛋白质在去掉N端一部分残基后变成有功能的蛋白质；端一部分残基后变成有功能的蛋白质；右右：某些病毒（反转录病毒）可合成无活性的多聚蛋白质，经蛋：某些病毒（反转录病毒）可合成无活性的多聚蛋白质，经蛋白酶切割后成为有功能成熟蛋白。白酶切割后成为有功能成熟蛋白。-29前胰岛素原蛋白翻译后成熟过程示意图前胰岛素原蛋白翻译后成熟过程示意图-30蜂毒蛋白只有经蛋白酶水解切除

15、蜂毒蛋白只有经蛋白酶水解切除N-端的端的22个氨基酸以后才个氨基酸以后才有生物活性。有生物活性。-31蛋白质剪接图解蛋白质剪接图解-325、亚基的聚合、亚基的聚合 许多蛋白质是由二个以上亚基构成的，这就需许多蛋白质是由二个以上亚基构成的，这就需这些多肽链通过非共价键聚合成多聚体才能表现生这些多肽链通过非共价键聚合成多聚体才能表现生物活性。物活性。6、辅基结合、辅基结合uCytochrome C只有与血红素（只有与血红素（heme）相结合才有功）相结合才有功能。能。uAcetyl-CoA羧化酶常与羧化酶常与Biotin分子相结合。分子相结合。u例如：成人血红蛋白由两条例如：成人血红蛋白由两条链，

16、两条链，两条链及四分子链及四分子血红素所组成。血红素所组成。-33（二）蛋白质的折叠（二）蛋白质的折叠体内蛋白质折叠与肽链合成同步进行。体内蛋白质折叠与肽链合成同步进行。蛋白质的折叠是当前生命科学领域的研究前沿之一。蛋白质的折叠是当前生命科学领域的研究前沿之一。-34需要助折叠蛋白（需要助折叠蛋白（folding helper）的参与：）的参与：A、折叠酶、折叠酶蛋白质二硫键异构酶（蛋白质二硫键异构酶（protein disulfide isomerase，PDI) ：B、分子伴侣（、分子伴侣（Molecular chaperone）定义：定义：细胞内帮助新生肽链正确组装为成熟蛋白质，而本身细

17、胞内帮助新生肽链正确组装为成熟蛋白质，而本身却不是最终功能蛋白质分子的组成成分的分子。却不是最终功能蛋白质分子的组成成分的分子。肽基脯氨酸顺反异构酶（肽基脯氨酸顺反异构酶（peptidyl prolyl cis-trans isomerase，PPI) 可以识别和水解非正确配对的二硫键，使它们在正确的可以识别和水解非正确配对的二硫键，使它们在正确的半胱氨酸残基位置上重新形成二硫键；半胱氨酸残基位置上重新形成二硫键； 催化加速肽基脯氨酸的顺反异构化，在蛋白质的折叠催化加速肽基脯氨酸的顺反异构化，在蛋白质的折叠/解解折叠中起重要作用。它也可能参与蛋白质复合物的组装折叠中起重要作用。它也可能参与蛋白

18、质复合物的组装/解组解组装、蛋白质运输及调节蛋白质活性。装、蛋白质运输及调节蛋白质活性。-35分类：分类： 伴侣素家族（伴侣素家族（chaperonin, Cpn） 应激蛋白家族应激蛋白家族(Stress family) 热休克蛋白热休克蛋白 70 家族家族（ Hsp70 ） heat shock protein family热休克蛋白热休克蛋白 90 家族（家族（ Hsp90 ）功能：功能： 可阻止多肽的错误折叠。可阻止多肽的错误折叠。 和部分折叠或没有折叠的蛋白质分子结合，稳定其和部分折叠或没有折叠的蛋白质分子结合，稳定其构象，免遭其它酶的水解或促进蛋白质折叠成正确的构象，免遭其它酶的水解

19、或促进蛋白质折叠成正确的空间结构。空间结构。-36第三节第三节 蛋白质的运转机制蛋白质的运转机制（Mechanism of Protein translocation）-37 细胞各部分都有特定的蛋白质组分，因此合成细胞各部分都有特定的蛋白质组分，因此合成的蛋白质必须准确无误地定向运送才能保证生命活的蛋白质必须准确无误地定向运送才能保证生命活动的正常进行。动的正常进行。-38 蛋白质的合成和运转是同时发生的，则属于蛋白质的合成和运转是同时发生的，则属于翻译运转同步机制翻译运转同步机制；若蛋白质从核糖体上释放后；若蛋白质从核糖体上释放后才发生运转，则属于才发生运转，则属于翻译后运转机制翻译后运转

20、机制。-39蛋白性质 运转机制 主要类型 分泌 蛋白质在结合核糖体上合成，并以翻译-运转同步机制运输免疫球蛋白、卵蛋白、水解酶、激素等细胞器发育 蛋白质在游离核糖体上合成，以翻译后运转机制运输 细胞核、叶绿体、线粒体、乙醛酸循环体、过氧化物酶体等细胞器中的蛋白质 膜的形成 两种机制兼有 质膜、内质网、类囊体中的蛋白质 几类主要蛋白质的运转几类主要蛋白质的运转-40-41一、翻译一、翻译-运转同步运转同步（co-translational translocation）（一）信号肽假说（一）信号肽假说 认为编码认为编码分泌蛋白分泌蛋白的的mRNA在翻译时首先合成的在翻译时首先合成的是是N-末端带有

21、疏水氨基酸残基的末端带有疏水氨基酸残基的信号肽信号肽，它被，它被内质网内质网膜上的膜上的受体受体识别并与之相结合识别并与之相结合。信号肽经由膜中蛋白。信号肽经由膜中蛋白质形成的质形成的孔道孔道到达内质网内腔，随即被位于腔表面的到达内质网内腔，随即被位于腔表面的信号肽酶水解，由于它的引导，新生的多肽就能够通信号肽酶水解，由于它的引导，新生的多肽就能够通过内质网膜进入腔内，最终被分泌到胞外。翻译结束过内质网膜进入腔内，最终被分泌到胞外。翻译结束后，核糖体亚基解聚、孔道消失，内质网膜又恢复原后，核糖体亚基解聚、孔道消失，内质网膜又恢复原先的脂双层结构。先的脂双层结构。 -42信号序列特点：信号序列特

22、点：（1）一般带有）一般带有10-15个个疏水氨基酸疏水氨基酸；（2）在靠近该序列）在靠近该序列N-端常常有端常常有1个或数个个或数个带正电荷的氨带正电荷的氨基酸基酸；（3）在其）在其C-末端末端靠近蛋白酶切割位点靠近蛋白酶切割位点处常常带有数个处常常带有数个极极性氨基酸性氨基酸，离切割位点最近的那个氨基酸往往带有，离切割位点最近的那个氨基酸往往带有很短的侧链（丙氨酸或甘氨酸）。很短的侧链（丙氨酸或甘氨酸）。信号肽：信号肽： 指新合成多肽链中用于指导蛋白质跨膜转移的指新合成多肽链中用于指导蛋白质跨膜转移的N-末端氨基酸序列（末端氨基酸序列（13-36个氨基酸残基）。个氨基酸残基）。-43信号肽

23、序列信号肽序列-44（二）新生蛋白质通过同步转运途径进入（二）新生蛋白质通过同步转运途径进入内质网内腔的机制内质网内腔的机制SRP（信号识别蛋白）（信号识别蛋白）SRP的受体的受体-DP（停靠蛋白）（停靠蛋白）-45新生蛋白质通过同步转运途径进入内质网内腔的新生蛋白质通过同步转运途径进入内质网内腔的主要过程主要过程-46二、翻译后运转（二、翻译后运转（post-translational translocation）(一一) 转运到线粒体（转运到线粒体（mitochondria）(二二) 转运到叶绿体（转运到叶绿体（chloroplast）(三三) 转运到细胞核（转运到细胞核（nuclear）

24、 蛋白质的合成主要是在细胞质中，细胞器不能蛋白质的合成主要是在细胞质中，细胞器不能或很少合成蛋白质。因此，构成细胞器的各种蛋白或很少合成蛋白质。因此，构成细胞器的各种蛋白质在细胞质内游离核糖体上合成后，需要向不同细质在细胞质内游离核糖体上合成后，需要向不同细胞器进行运输。胞器进行运输。-47（一）线粒体蛋白质跨膜运转（一）线粒体蛋白质跨膜运转1、运转到线粒体内腔、运转到线粒体内腔2、运转到线粒体内膜腔、运转到线粒体内膜腔A. 保留性机制保留性机制B. 非保留性机制非保留性机制类型：类型：-48（1）通过线粒体膜的蛋白质运转之前大多数以前体）通过线粒体膜的蛋白质运转之前大多数以前体形式存在，由成

25、熟蛋白质和位于形式存在，由成熟蛋白质和位于N端的端的2080个个残基的残基的前导肽（前导肽（leader peptide）组成；组成；（2）蛋白质跨线粒体膜运转时，首先由外膜上的）蛋白质跨线粒体膜运转时，首先由外膜上的Tom受体复合蛋白受体复合蛋白识别与识别与Hsp70或或MSF (mitochondrial import stimulation factor )等分等分子伴侣子伴侣相结合的待运转多肽，通过相结合的待运转多肽，通过Tom和和Tim组成的膜通道进入线粒体内腔；是一种需能过组成的膜通道进入线粒体内腔；是一种需能过程。程。1、运转到线粒体内、运转到线粒体内腔腔-49蛋白质运转到线粒蛋

26、白质运转到线粒体内腔的过程体内腔的过程-502、运转到线粒体内膜腔、运转到线粒体内膜腔A. 保留性机制（保留性机制（conservative sorting mechanism）细胞色素细胞色素c1采用这种机制采用这种机制。其含有其含有2个信号序列：个信号序列：第一第一个是前导肽序列个是前导肽序列，引导蛋，引导蛋白质进入线粒体内腔；整白质进入线粒体内腔；整个蛋白质进入内腔后，第个蛋白质进入内腔后，第一个信号序列被切除，一个信号序列被切除，第第二个信号序列（含有连续二个信号序列（含有连续的不带电荷的氨基酸）引的不带电荷的氨基酸）引导它跨越内膜进入内膜腔导它跨越内膜进入内膜腔。-51B. 非保留性

27、机制（非保留性机制（non-conservative sorting mechanism）u细胞色素细胞色素b2进入内膜腔时这个信号序列阻止它的转进入内膜腔时这个信号序列阻止它的转运，然后离开受体蛋白通道，并锚定在内膜中；内运，然后离开受体蛋白通道，并锚定在内膜中；内膜腔中的蛋白酶将信号序列切割下来，把蛋白质释膜腔中的蛋白酶将信号序列切割下来，把蛋白质释放到内膜腔内。放到内膜腔内。u细胞色素细胞色素b2采用该机制，其第二个信号序列是采用该机制，其第二个信号序列是“止止运入运入”序列。序列。-52细胞色素细胞色素c1和细胞色素和细胞色素b2转运到内膜腔的模型转运到内膜腔的模型-53（二（二）叶绿

28、体蛋白质）叶绿体蛋白质跨膜运转跨膜运转 叶绿体多肽在胞质中的游离核糖体上合成后，叶绿体多肽在胞质中的游离核糖体上合成后，脱离核糖体并折叠成具有三级结构的蛋白质分子，脱离核糖体并折叠成具有三级结构的蛋白质分子，多肽上某些特定位点多肽上某些特定位点结合于只有叶绿体膜上才有的结合于只有叶绿体膜上才有的特异受体位点特异受体位点。叶绿体定位信号一般有两个部分叶绿体定位信号一般有两个部分，第一部分决定该蛋白质第一部分决定该蛋白质能否进入叶绿体基质能否进入叶绿体基质，第二，第二部分决定该蛋白部分决定该蛋白能否进入类囊体能否进入类囊体。-54叶绿体蛋白质叶绿体蛋白质跨膜运转跨膜运转-55（三）核定位蛋白的运转

29、机制（三）核定位蛋白的运转机制-56u核定位蛋白质是通过核膜上的核定位蛋白质是通过核膜上的核孔核孔进入细胞核；进入细胞核；u输入细胞核的蛋白质都含输入细胞核的蛋白质都含核定位信号序列（核定位信号序列（nuclear localization signal, NLS）。v NLS可以位于核蛋白的任何部位；一般都不被切除。可以位于核蛋白的任何部位；一般都不被切除。u核定位蛋白质转运核定位蛋白质转运涉及到多种蛋白质和辅助因子涉及到多种蛋白质和辅助因子，如转运受体如转运受体importin和和exportin（分别负责蛋白质输（分别负责蛋白质输入和输出），以及入和输出），以及Ran（GTP 酶酶）等）

30、等.u蛋白质输出细胞核的过程与输入细胞核相似蛋白质输出细胞核的过程与输入细胞核相似-57核定位蛋白跨细核定位蛋白跨细胞核膜运转过程胞核膜运转过程-58三、蛋白质的降解三、蛋白质的降解 蛋白质降解是一个有序的过程。当细胞中存在有蛋白质降解是一个有序的过程。当细胞中存在有错误或半衰期很短的蛋白质时，蛋白质降解系统就会错误或半衰期很短的蛋白质时，蛋白质降解系统就会发生作用。发生作用。原核生物（大肠杆菌）：原核生物（大肠杆菌）： 通过一个依赖于通过一个依赖于ATP的蛋白酶（称为的蛋白酶（称为Lon）来实现的。每）来实现的。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ATP。真核生物：真核生物： 降解依赖于一个只有降解依赖于一个只有76个氨基酸残基、其序列高度保守个氨基酸残基、其序列高度保守的的泛素蛋白（泛素蛋白（Ubiquitin）。细胞内即将被降解的蛋白首先在。细胞内即将被降解的蛋白首先在ATP的作用下与泛蛋白相连，并将该复合体运送到特定的蛋的作用下与泛蛋白相连，并将该复合体运送到特定的蛋白降解体系中直到完全降解。白降解体系中直到完全降解。-59本章结束本章结束谢谢！谢谢！-60-61-62-63-64-65-66-67-68