1、1,6.1 基本概念 6.2 遺傳密碼 6.3 tRNA的功能 6.4 核糖體的結構 6.5 原核生物的翻譯過程 6.6 真核生物的翻譯過程 6.7 翻譯初始產物的后加工,第6章 蛋白質翻譯 （Protein Translation）,2,3,4,典型的酶作用機制,酶等待著被作用的分子來臨,成為一個新分子放出來,5,蛋白質的一級結構：又稱初級結構或化學結構，是指組成蛋質分子的多肽鏈中氨基酸的數目、種類和排列順序，多肽鏈的數目，同時也包括鏈內或鍵間二硫鍵的數目和位置等。,蛋白質的二級結構：是指多肽鏈本身折疊和盤繞方式，是指蛋白質分子中的肽鏈向單一方向卷曲而形成的有周期性重復的主體結構或構象。,蛋

2、白質的三級結構：是指在二級結構的基礎上，進一步卷曲折疊，構成一個很不規則的具有特定構象的蛋白質分子。,蛋白質的四級結構：是由兩條或兩條以上的具有三級結構的多肽聚合而成特定構象的蛋白質分子。構成功能單位的各條肽鏈，稱為亞基，一般地說，亞基單獨存在時沒有生物活力，只有聚合成四級結構才具有完整的生物活性。,6,7, 基因表達的第二步, 指將mRNA鏈上的核苷酸從一個特定的起始位 點開始，按每3個核苷酸代表一個氨基酸的原 則，依次合成一條多肽鏈的過程, 參與翻譯的RNA分子有tRNA、rRNA和mRNA, tRNA 通過 anti-codon(反密碼子) 識別codon,6.1 基本概念, tRNA的

3、功能是轉運氨基酸， mRNA作為翻譯的 模板， rRNA與多種蛋白質組成核糖體作為蛋白 質合成的場所,翻譯的起始,核糖體與mRNA結合并與氨基酰-tRNA生成起始復合物,蛋白質的生物合成是一個比DNA復制和轉錄更為復雜的過程。,Polycistronic transcripts in prokaryotes,9,核糖體沿mRNA5 端向3 端移動，開始了從N端向C端的多肽合成，這是蛋白質合成過程中速度最快的階段,肽鏈的延伸,10,肽鏈的終止及釋放,核糖體從mRNA上解離，準備新一輪合成反應,11,6.2.1 通用遺傳密碼(Universal triplet codon),特征, codon是m

4、RNA 上連續排列的三個核苷酸序列， 并編碼一個氨基酸信息的遺傳單位, codon具有四大生物系統（細菌、病毒、動物、植物） 的通用性與保守性（除mt）, 在一個基因序列中 codon具有不重疊性和無標點性,6.2 遺傳密碼(genetic codon),遺傳密碼是三聯體的推測 1954年俄裔美國大爆炸理論物理學家伽莫夫 （G.Gamow）在自然雜志發表 脫氧核糖核酸與蛋白質之間的關系 論文，提出遺傳密碼的構想，認為在DNA的雙螺旋結構中，四個堿基之間形成一定空穴,游離氨基酸進入空穴形成多肽鏈，四個堿基中由三個堿基決定一種氨基酸，因為氨基酸有20種。 一個堿基決定一種氨基酸時只能決定41 =

5、4種 兩個堿基決定一個氨基酸時只能決定42=16種 三個堿基決定一個氨基酸時能決定43=64種 四個堿基決定一個氨基酸時能決定44=256種,13,遺 傳 密 碼,閱讀方向為5-3,14,20種氨基酸側鏈集團的大小和極性,15,起始密碼的確定： 1966年，劍橋分子研究中心A.J.Clark等發現在體內進行合成的多肽鏈，其開頭在細菌都為甲酰甲硫氨酸，在真核生物都為甲硫氨酸，且都是從AUG這個密碼子開始，因此，把AUG定為起始密碼子。,終止密碼子的推測： Nirenberg 、Khorana的試驗都發現UAA、UAG、UGA三個密碼子不能代表任何的氨基酸。 E.Coli的Trp 突變株不能合成色

6、氨酸合成酶蛋白，對他進行誘變可得到回復突變，回復突變有兩種類型：個別氨基酸發生了變化。另一種為完全回復，沒有任何氨基酸組成的變化。說明Trp不是 任何移碼突變 ，從后一種推測可能存在終止密碼,17,終止密碼子的破譯： 1965年劍橋分子研究中心的Brenner,發現 E.coli一些無義突變型是在色氨酸位置上變化,由UGG 變成UGA，把UGA定為終止碼 在酪氨酸位置上變化，由UAC 、UAU變成UAA、UAG， 所以把UAA、UAG碼子也定為終止密碼,密碼子通用性的例外情況 密碼子 通用情況 例外情況 例外的生物 UGA 終止子 色氨酸 人酵母線粒體支原體 UGA 終止子 半胱氨酸 纖毛蟲核

7、基因組 CUA 亮氨酸 蘇氨酸 酵母線粒體 AUA 異亮氨酸 甲硫氨酸 人線粒體 AGA 精氨酸 終止子 人線粒體 AGG 精氨酸 終止子 人線粒體 GUG 纈氨酸 絲氨酸 假絲酵母核基因組 UAA 終止子 谷氨酸 草履蟲四膜蟲核G UAG 終止子 谷氨酸 草履蟲核G AAA 賴氨酸 天冬氨酸 果蠅線粒體 CUG 亮氨酸 終止子 圓柱念珠菌核G CUN 亮氨酸 蘇氨酸 酵母線粒體,19,2、第二遺傳密碼 （表觀遺傳密碼） 決定多肽鏈折疊形成有功能蛋白質的遺傳信息， 蛋白質一級結構決定其空間結構的密碼,20,由DNA序列以外的化學標記編寫的、控制表觀遺 傳印記的另一類遺傳密碼,遺傳密碼是遺傳信息

8、從DNA RNA 流向蛋白質， 是明碼，又叫第一遺傳密碼，是遺傳信息傳遞的第 一層次 第二遺傳密碼是遺傳信息從蛋白質氨基酸序列到蛋 白質的空間結構功能，也既蛋白質分子折疊是遺傳 信息傳遞的第二層次 中心法則解決了蛋白質的形成，但沒有解決蛋白質 如何折疊形成功能蛋白質，給后人留下了新的難 題，從遺傳信息到生物功能研究就是研究蛋白質分 子折疊機制，既破譯第二遺傳密碼,22,我國中科院院士皺承魯領銜此課題， 有望破譯。現已經發現第二遺傳密碼有三個特性 簡并性：不同序列對應相同結構 多義性：類似序列具有不同結構 全局性：局部序列改變會影響整個結構,23,6.2.2 Degeneracy of codo

9、n (密碼子的簡并性),（1） 概念,密碼子的簡并性：多種codons編碼一種氨基酸的現象,同義密碼子(synonyms)：代表同一種氨基酸的密碼子,61個密碼子編碼常規的20種氨基酸，3個為肽鏈終止密碼子,簡并性具有的生物學意義：允許生物體的DNA堿基有較大變異的余地，使基因突變可能造成的危害降至最低，而不影響物種性狀的表達，對環境的適應性和物種遺傳的穩定。,多個遺傳密碼編碼同一種氨基酸的現象 簡并的例子 氨基酸 密碼子數 氨基酸 密碼子數 絲氨酸 6 天冬氨酸 2 亮氨酸 6 酪氨酸 2 精氨酸 6 組氨酸 2 脯氨酸 4 谷氨酸 2 蘇氨酸 4 賴氨酸 2 丙氨酸 4 谷氨酰胺 2 甘氨

10、酸 4 天冬酰胺 2 纈氨酸 4 半胱氨酸 2 異亮氨酸 3 色氨酸 1 終止碼 3 甲硫氨酸 1 苯丙氨酸 2,25,（2） 簡并現象的機理, 同功受體（Isoacceptor ）： 負載同一氨基酸，但識別 不同密碼子的tRNA。 同功tRNA間存在結構上的差異，反密碼子也可不同, Wobble hypothesis; tRNA 的 反密碼子中 : 密碼子 1th(Nt34) : 3 rd-Nt,3 isoacceptors,1 codon family 2 extra codons,26,Wobble base的搖擺配對原則,擺動假說由Crick. F 1966年 提出。即當tRNA的反密

11、碼子與mRNA的密碼子配對時前兩對嚴格遵守堿基互補配對法則，但第三對堿基有一定的自由度可以“擺動”。,27,3）簡并性的相對性 雙關密碼子:（ambiguous codon）多義密碼子 能編碼一種以上氨基酸的密碼子 例如密碼子UUU能編碼笨丙氨酸，偶而 也能編碼亮氨酸。機制在于UUU碼子可 被一種以上tRNA識別，也說明很早以 前UUU就是亮氨酸的密碼子,28,6.2.3 Anti-codon及其兩側堿基修飾對密碼子 解讀的生物學意義,Xo5U (5-羥基尿苷) Cmnm5U (5-羧甲基氨甲基尿苷) mCm5U (5-甲氧基羰甲基尿苷) Xm5s2U (5-甲基-2硫代尿苷) K2C (2-

12、賴氨酸胞苷) Com5U (5(2)-羥羧甲基尿苷) I (Inosine次黃嘌呤),m7G (7-甲基鳥苷) m5C (5-甲基胞苷) m6A (6-甲基腺苷) s2C (2-硫代胞苷) (假尿苷) Um (2-O-甲基尿苷) Q (Queuosine),a) Methylated Nt at anti-codon and flanked,29,Xo5U (5-羥基尿苷) Cmnm5U (5-羧甲基氨甲基尿苷) mCm5U (5-甲氧基羰甲基尿苷) Xm5s2U (5-甲基-2硫代尿苷) K2C (2-賴氨酸胞苷) Com5U (5(2)-羥羧甲基尿苷) Um (2-O-甲基尿苷) I (I

13、nosine次黃嘌呤),30,c) tRNA中anti-codon堿基修飾的意義, 限制對密碼識讀的隨意性，以保證遺傳的穩定, 提高搖擺能力，防止突變效應，以保證遺傳的穩定,保證正確的讀碼框架，以保證遺傳的穩定,anti-codon兩側的堿基亦被稱為擴展的反密碼子,31,6.3 tRNA的功能,為每個三聯體密碼子翻譯成氨基酸提供了接合體 為準確無誤將所需aa運送到核糖體提供了運送載體 tRNA種類繁多，并與多種蛋白質和核酸相互識 別，決定了它們在結構上存在大量的共性,tRNA的結構“四環一臂” 倒L形的三級結構,33,沉降系數 S 生物大分子在離心場中沉降，受到三種力的影響，它們是離心力，浮力

14、和摩擦力。物質在單位離心力場的沉降速度是個定值，稱為沉降系數（sedimentation coefficient） 。 蛋白質、核酸等的沉降系數在1 X 10-13到 200 X 10-13秒 之間。為方便將10-13秒作為一個單位，稱Svedberg單位，用S表示。 其數值不僅與物質分子的質量有關，也與分子的形狀有關。,34, 小RNA; 4S, tRNA phe, 77Nt , cloverleaf form (1964 Holly R.), 二級結構為三葉草形 5 arms codon usage (codon bias) 是進化中形成的基因表達調控機制之一,47,1209 codons

15、,48,Codon usage in the genes of Animals,2244 codons,49,6.3.6 two of three codon-reading in mitochondrial,a) 線粒體中具有與通用密碼不同的編碼信息, 線粒體中codon較為整齊（均為2/4/6）,2 codon; F, I, Y, H, Q, N, E, k, D,W, M, C 1個tRNA 4 codon; V, P, T, A, R, G, (family) Leu, Ser (2 isoacceptors each) 2個tRNA, In mt 22 tRNA only (32 t

16、RNA in universal codons),線粒體“三中讀二”方式可減少tRNA,50,51, Codon-reading,two of three reading,codon UCU-UCA-UCG-UCC,搖擺性的“三中讀二”原則： 密碼子的1、2位堿基與反密碼子能形成6個氫鍵 時，可三中讀二，如：CCX,CGX,GCX,GGX 密碼子的1、2位堿基與反密碼子能形成4個氫鍵 時，不可三中讀二， AAX,AUX,UAG,UUX 密碼子的1、2位堿基與反密碼子能形成5個氫鍵時 分兩種情況：當第二個堿基為嘧啶時可三中讀二， 如 UCX,ACX,CUX,GUX。當第二個堿基為嘌呤時 不可三中

17、讀二，如CAX,GAX,UGX,AGC 原核生物、真核生物只有大約30種反密碼子，而密 碼子卻有61種，反密碼子少的原因就在于反密碼子 具有搖擺的特性,53, mt tRNA 與通用 密碼 tRNA 的結構差異,- no TC loop in mt-tRNA,- no DHU loop in some mt-tRNA,-G+C/A+U = 0.250.94 in mt-tRNA,G+C/A+U = 12 in universal tRNA U含量高，二級結構松弛，對 codon family的識讀具有更大的搖擺性。,54,所有mRNA都具有兩個必須特征： 一段可翻譯的密碼子序列（開放閱讀框，o

18、pen reading frame，ORF）和一個核糖體結合位點（ribosome binding site, RBS） 在原核生物和真核生物間有重要區別 原核生物mRNA的第一個密碼子AUG上游的重要特征是SD序列 真核生物mRNA除第一個密碼子AUG的上游是核糖體小亞基掃描AUG的信號序列（CCACC）外，5端非翻譯區上游為帽子結構， 3端非翻譯區內有多聚腺苷化的信號AAUAAA以及其下游的多聚A尾巴,6.3.7 mRNA,55, In Prokaryote,Shine-Dalgarno seq. (S.D seq)：只存在于原核生物中，在mRNA起始密碼子AUG的上游約10個核苷酸處含有

19、一段富含嘌呤核苷酸的序列，能與16S rRNA3末端的富含嘧啶的序列結合。前導序列（leading sequence) 不同基因的SD序列不完全相同，從而控制翻譯產物的數量,poly-cistron：即參與一個代謝途徑的若干基因編碼在同一個轉錄單位內，具有多個ORF。 ORF：按照一定的閱讀框，從起始密碼到終止密碼子可連續解讀遺傳密碼的區域。 閱讀框：解讀mRNA中遺傳密碼的三聯體方式。,56,57,In Eukaryote,58, In Eukaryote,mono-cistron,59,6.4 核糖體的結構,在一個生長旺盛的細菌中，大約有2萬個核糖體。其中蛋白質占細胞總蛋白的10，RNA占

20、細胞總RNA的80 真核生物中核糖體的數量更多，蛋白質和RNA占細胞總蛋白質和總RNA相當大比例,60,核糖體的結構,61,62,核糖體:由幾十種蛋白質和幾種RNA組成的亞細胞顆粒，基本不含脂肪,核糖體的組裝,所有核糖體蛋白都首先在細胞質中被合成，運轉到細胞核內，在核仁中被裝配成40S和60S核糖體亞基，然后運轉到細胞質中行使作為蛋白質合成機器的功能,64,Ribosomes,70S (2.5M),80S (4.2M),50S (1.6M),30S (0.9M),60S (2.8M),40S (1.4M),5S rRNA (120 nt) 23S rRNA (2900 nt) 34 prote

21、ins,16S rRNA (1540 nt) 21 proteins,5S rRNA (120 nt) 28S rRNA (4700 nt) 5.8S rRNA (160 nt) 49 proteins,18S rRNA (1900 nt) 33 proteins,Prokaryotes,Eukaryotes,65,Complete initiation Complex of translation,Translation domain,Exit domain menbrane,Exit site,5s site,轉肽酶中心，形成肽鍵,P site,A site,EF-G site,EF-Tu

22、 site,mRNA site,20 Nt,肽基轉移部位,結合或接受 aatRNA部位,8個重要的功能域或位點： 小亞基與mRNA的結合位點； 大亞基與氨酰基tRNA結合的位點A； 大亞基與肽鏈結合的位點P； 空載tRNA離開核糖體的出口位點E； 大亞基的肽基轉移酶結構域； EF-Tu進入核糖體的位點； EF-G結合位點； 大亞基與5S rRNA結合位點。,66,核糖體有兩個結合攜帶氨基酸的tRNA 的位點,P位點：結合多肽鏈-tRNA A位點：氨酰-tRNA進入的位點,67,原核生物和真核生物的翻譯過程分為三個階段： 起始（initiation） 延伸（elongation） 終止（term

23、ination）,6.4 原核生物的翻譯過程,68,6.4.1 起始,IF-1 9.5kd 熱穩定蛋白質，加強IF-2、IF-3的酶活 IF-2 95kd-117kd 熱不穩定蛋白質，促使fMet-tRNA fmet (起始tRNA)選擇性的結合在30S亞基上 IF-3 20kd 促使30S亞基結合于mRNA起始部位， 穩定游離的30S亞基，使其不與50S亞 基結合成70S的顆粒,即核糖體的大小亞基、tRNA和mRNA在起始因子的協助下組合成70S起始復合物的過程,（1）起始因子(initiation factor，IF),IF并不牢固結合于核糖體，在起始復合物形成后就很快解離,69,(2)

24、起始tRNA與起始密碼子的識別,起始密碼子為 AUG，細菌中有時也用GUG和UUG。但三種起始密碼子的使用效率不同。用GUG代替AUG起始效率下降一半；用 UUG代替GUG起始效率又下降一半 AUG和GUG作為起始密碼子代表甲酰化甲硫氨酸；位于內部時AUG代表甲硫氨酸，GUG代表纈氨酸 甲硫氨酸有兩種tRNA，一種識別起始AUG，另一種識別延伸過程中的AUG 在細菌和真核生物的細胞器，起始tRNA攜帶的是甲酰化的甲硫氨酸(fMet-tRNAf)。內部的AUG由Met-tRNA識別,70,(3) 起始復合物與70S核糖體的形成,A. IF3促進70S亞基的解離，并與30S亞基結合。結合有IF3因

25、子的30S亞基與mRNA結合,B. IF2結合于起始tRNA，然后IF2再與30S亞基結合，或者順序顛倒。在IF2與起始tRNA形成的二元復合物結合于30S亞基后，GTP分子立即與30S亞基結合。,C. 50S亞基結合上來，GTP水解，釋放出的能量改變了30S亞基和50S亞基的構象，促進70S核糖體亞基的形成，同時釋放出IF3和IF2因子。,71,6.4.2 肽鏈的延伸,肽鏈的延伸以氨酰基tRNA進入70S起始復合物（進位） 的A位為標志，這一過程需要延伸因子(elongation factor， EF)參與 細菌中的延伸因子為EF-Tu (熱不穩定) 、EF-Ts (熱穩定) 、 EF-G(

26、又叫轉位因子，依賴GTP),（1） 延伸因子,EF-Tu只有在氨酰基tRNA進位時才能與核糖體結合， 進位完成后從核糖體上解離下來，參與下一個進位過程， 是一個典型的輔助因子,72,A. 轉肽與肽鍵的形成,EF-Tu首先與GTP結合，然后與氨酰基tRNA結合形成三元復合物，此三元復合物才能進入核糖體的A位。GTP的存在是氨酰基tRNA能夠進入A位的先決條件之一，不需要GTP的水解,一旦進入A位后，GTP立即水解成GDP，EF-Tu、GDP二元復合物就與氨酰基tRNA解離而釋放出來,(2) 延伸過程,然后肽基轉移酶把位于P位的甲酰甲硫氨酰基或肽基轉移到A位的氨酰基tRNA的氨基上并形成第一個肽鍵

27、或新的肽鍵,B. 轉位,肽鍵形成后，轉位因子EF-G和GTP結合上來。核糖體中具有GTP酶活性的蛋白質將GTP水解，在A位生成的肽基tRNA轉移到P位，同時將原來P位上空載的tRNA逐出核糖體，mRNA移動一個密碼子，核糖體沿mRNA5 3方向移動，每次移動一個密碼子的距離，同時一個新的密碼子進入空的A位， EF-G 催化的移位過程需水解GTP提供能量。 肽鏈合成從N-C。,轉位后EF-G和GDP必須釋放出來，下一個氨酰基tRNA的三元復合物才能進入A位,能使核糖體停在轉位后的狀態，因為它穩定了EF-G GDP與核糖體的復合物，使下一個氨基酸不能加到肽鏈上來,74,C. 兩類延伸因子的交替作用

28、,只有EF-Tu離開核糖體后，EF-G和GTP才能結合上來；同樣，只有EF-G離開核糖體后，新的氨酰基tRNA三元復合物才能進入A位,只有當P位點被肽基tRNA占據而A位點空著時，氨酰基tRNA三元復合物才能進入A位；只有當肽鍵生成后，肽基轉移到A位的氨酰基tRNA上，P位tRNA空載， EF-G和GTP才能結合到核糖體上來,75,D. Ts循環,EF-Ts的作用：使用過的EF-Tu-GDP能夠轉變為有用的形式EF-Tu-GTP 。,76,77,6.4.3 終止和肽鏈的釋放,原核生物和真核生物都有三種終止密碼子UAG(amber，琥珀密碼子)、UAA(ochre，赭石密碼子)、UGA(opal

29、，乳石密碼子) 在細菌中，UAA使用頻率最高，UGA次之，UAG最低 沒有一種tRNA能與終止密碼子作用，而是由特殊的蛋白質因子促成終止作用，稱為釋放因子（releasing factor，RF） 原核生物有三種釋放因子：RF1（識別UAA和UAG）、RF2（識別UGA和UAA）、RF3（刺激RF1和RF2的活性） 釋放因子作用于A位點，并且需要P位被肽基tRNA占據，此過程需要肽基的轉移以及空載tRNA逐出核糖體,78,79,tRNA和mRNA在核糖體中的移動,mRNA 和 tRNA 以相同的方向穿過核糖 體,80,6.5.1 合成起始,需要甲硫氨酰tRNA、ATP、GTP和十幾種起始因子(

30、eIF)參與,eIF2 3種亞基 形成三元起始復合體（eIF2, GTP, tRNA),eIF1 15kd 促使mRNA 與40S亞基結合 eIF3 500kd 促使mRNA 與40S亞基結合 eIF4b 80kd 促使mRNA 與40S亞基結合,eIF4a 50kd 促使與mRNA ,GTP結合,eIF4C 19kd 促使兩亞基結合,eIF5 150kd 釋放eIF2, eIF3,eIF4e (eIF4f 的亞基) 與5端帽子結合,起始因子,6.5 真核生物的翻譯過程,81,真核生物的起始復合物40S小亞基不是在起始密碼子AUG處形成，而是首先在mRNA的5末端形成，其識別信號是mRNA 5

31、末端的帽子結構 在帽子處形成的起始復合物沿著mRNA移動，在向下游移動過程中掃描翻譯起始密碼子前的信號，直到發現起始密碼子AUG，60S亞基結合上來形成80S核糖體 起始因子的作用細節大多不太清楚,82,Initiation of translation in Euk.,eIF-2,GTP,Subunit Initiation Complex,Subunit binding to end of mRNA,Triplex complex,1. GTP首先與eIF2結合，這一結合增加了eIF2與起始tRNA的親和力，然后三者結合成一個三元復合物,3. 40S亞基三元復合物在eIF3的存在下與mRN

32、A結合，這一過程需要水解1分子ATP以提供能量,4. 起始復合物沿著mRNA向起始密碼子AUG移動以便形成80S核糖體,2. 三元復合物直接與40S亞基結合，這一過程不需要mRNA的存在,83,6.5.2 肽鏈的延伸,肽鏈的延伸是將mRNA的核苷酸序列翻譯為多肽鏈的氨基酸序列的過程，其中翻譯的準確性是該過程的關鍵,（1）延伸因子 真核生物中普遍存在的是eEF1和eEF2，在真菌中還有eEF3 eEF1：多聚蛋白質，主要負責氨酰基tRNA轉運至核糖體。大多數生物中由4種不同的亞基組成，分別為、 和 eEF2：是單體蛋白質分子，能與GTP結合，GTP是eIF2發揮功能所必需。 eIF2參與移位，具

33、有GTP酶活性 eEF3：在釀酒酵母、白色念珠菌和裂殖酵母中發現，由一條多肽鏈組成，具有結合和水解ATP和GTP的能力，功能還不清楚,84,（2）延伸循環,與原核生物相似，分為進位、肽鍵形成和移位三個階段。,進位：是指aa-tRNA進入A位。 aa-tRNA是以eEF-1-GTP- aa-tRNA復合物的形式進入A位，并需要GTP的水解，在此過程中，如何保證正確aa-tRNA的進入即翻譯的準確性是一關鍵問題 肽鍵形成： aa-tRNA進位后立即形成肽鍵。肽鍵形成是在大亞基的肽基轉移酶中心的催化下完成的 移位：過程還不了解。移位需要eEF2參與。,85,（3）合成終止,合成終止是在終止因子的作用

34、下肽鏈停止延伸及核糖體與mRNA分離的過程。,終止因子只有一種為eRF，能識別三種終止密碼子UAA、UAG和UGA,終止的機制：當核糖體移動到終止密碼子處時，由于沒有氨酰基tRNA能對其識別，核糖體將在此處暫停， eRF因子可以識別終止密碼子，并與核糖體形成復合物，引起肽鏈的釋放，在核糖體釋放因子(ribosome releasing factor)的共同作用下，核糖體與mRNA解離，肽鏈延伸終止。,86,6.6 翻譯初始產物的后加工,由核糖體釋放的新生肽鏈并不是一個完整的、有生物學功能的蛋白質分子，必須經過后加工，才具有生物學活性，包括形成高級結構、與其他亞基締合及其他的共價修飾。,6.6.

35、1 肽鏈中氨基酸殘基的化學修飾,肽鏈中氨基酸殘基的化學修飾是翻譯后處理的重要內容，反應的主要類型有以下幾種：,87,88,乙酰化： 主要發生在N末端的氨基和賴氨酸的氨基上 甲基化： 發生在氨基、 氨基、精氨酸的胍基和C末端的羧基和側鏈的羧基上 磷酸化： 主要發生在絲氨酸的羥基和蘇氨酸及酪氨酸的羥基上 泛酸化：發生在氨基和氨基上 轉氨基酸作用：主要發生在N末端的氨基上 多聚ADP核糖基化：主要發生在精氨酸的胍基上 糖基化：可以通過N糖苷鍵連接于天冬氨酰的酰氨基上，也可以通過O糖苷鍵連接于絲氨酸和蘇氨酸的羥基上以及羥賴氨酸和羥富氨酸的羥基上，也可以通過S糖苷鍵連接于半胱氨酸的巰基上,89,6.6.

36、2 肽鏈N端甲硫氨酸或甲酰甲硫氨酸的除去,成熟的蛋白質末端大部分不是甲硫氨酸，故必須切去N端的一個或幾個氨基酸。甲酰基由脫甲酰酶催化去除。,6.6.3 信號肽的切除,無論原核生物還是真核生物，蛋白質除游離于胞漿內發揮作用外，還有一部分要分泌到細胞外和定位于膜系統中起作用 如革蘭氏陰性菌的細胞膜具有兩層膜結構，內膜含有與能量代謝和物質轉運有關的蛋白質；外膜有促進離子和營養物質進入細胞的蛋白質，膜周質中含有水解酶及其他蛋白質,90,真核生物細胞更加復雜，細胞內有各種不同的細胞器，每種細胞器又有不同的膜結構。蛋白質在細胞內的定位更加復雜 蛋白質不但要決定是否越膜，還要決定要越膜的種類。在越膜過程中，

37、有時要在翻譯的同時發生一些處理過程（cotranslational processing），而翻譯后發生的共價修飾稱為翻譯后加工（post translational processing）,91,6.6.4 肽鏈的折疊,肽鏈的折疊在肽鏈合成沒有結束時就已經開始。核糖體可保護30至40個氨基酸殘基長的肽鏈，當肽鏈從核糖體中露出后，便開始折疊 三級結構的形成幾乎和肽鏈合成的終止同時完成。例如，大腸桿菌半乳糖苷酶的抗體可識別酶的三級結構，能與合成該酶的多核糖體結合。該酶的活性形式為四聚體，當新生的肽鏈還未由核糖體釋放時，就能與游離的酶分子形成活性形式。說明高級結構的形成在合成終止前就開始了。由此可

38、見，蛋白質的折疊是從N端開始的,92,6.6.5 切除前體中功能不必需肽段,6.6.6 二硫鍵的形成,在蛋白質的前體分子中，有一些肽段是功能所不需要的，在成熟的分子中不存在。肽段的切除是在專一性的蛋白水解酶的作用下完成的。如前胰島素原的加工過程中去除了分子內部的連接肽(C肽)。多種多肽激素和酶的前體大都要經過這一加工過程。,在mRNA分子中，沒有胱氨酸的密碼子，而不少蛋白質分子中含有胱氨酸二硫鍵，有的還有多個，且二硫鍵是蛋白質的功能基團。二硫鍵是通過兩個半胱氨酸的巰基氧化形成的，有的在切除肽段前就已形成。,93,6.6.7 多肽鏈N端和 C端的修飾,在少數情況下，合成的多肽一端或兩端存在修飾氨

39、基酸，如微管蛋白的鏈在酶的作用下C端能被酪氨酸修飾，且不需要tRNA。還發現一種能從活化的tRNA上將氨基酸殘基轉移到成熟的蛋白質N端上。哺乳動物中也有類似的現象，意義不詳。 在病毒和細菌中，有些蛋白質N端氨基被乙酰化； 在真核生物中，細胞中有半數以上的蛋白質N端被乙酰化 乙酰化受N乙酰轉移酶催化，該酶對N端氨基酸有選擇性，能被修飾的有：甘氨酸、丙氨酸、絲氨酸、甲硫氨酸和天冬氨酸。可能具有調解蛋白質穩定性的作用 多數多肽的C端被酰胺化，特別是多肽激素，如催產素、加壓素、促胃液素、縮膽囊素和分泌素。酰胺化能保護多肽免受外切酶的水解 另外N端還有葡萄糖胺和脂肪酸基團的修飾等,6.7 蛋白質運轉機制

40、,在生物體內，蛋白質的合成位點與功能位點常常被一層或多層細胞膜所隔開，這樣就產生了蛋白質運轉的問題。 真核生物細胞內，幾乎在任何時候，都有數以百計或千計的蛋白質離開核糖體并被輸送到細胞質、細胞核、線粒體、內質網和溶酶體、葉綠體等各個部分，補充和更新細胞功能。 由于細胞各部分都有特定的蛋白質組分，因此合成的蛋白質必須準確無誤地定向運送才能保證生命活動的正常進行。,95,In Prok. - 核糖體附著在細胞內膜（inner membrane）,蛋白質合成方式,游離型與分泌型合成蛋白質的核糖體 在結構與功能上沒有差別,蛋白質運轉可分為兩大類：翻譯運轉同步機制和翻譯后運轉機制 分泌蛋白質大多是以翻譯

41、-運轉同步機制運輸的。在細胞器發育過程中，由細胞質進入細胞器的蛋白質大多是以翻譯后運轉機制運輸的。而參與生物膜形成的蛋白質，則依賴于上述兩種不同的運轉機制鑲入膜內,跨膜運輸和鑲入膜內的幾種主要蛋白質,97,細胞溶質,分泌泡,溶酶體,98,6.7.1 翻譯-運轉同步機制 蛋白質分泌的信號肽假說,分泌蛋白是一類典型的翻譯和轉運同步進行的蛋白質 分泌是蛋白質從細胞內部釋放到胞外空間的過程 一般認為，蛋白質定位的信息存在于該蛋白質自身結構中，并且通過與膜上特殊受體的相互作用得以表達，這就是信號肽假說的基礎,信號肽假說認為，蛋白質跨膜運轉信號也是由mRNA編碼的。在起始密碼子后，有一段編碼疏水性氨基酸序

42、列的RNA區域，這個氨基酸序列被稱為信號肽。信號肽合成后便與膜上特定受體相互作用，帶正電的信號肽與帶負電荷的磷脂膜作用，引導蛋白質進入內膜，產生通道，允許這段多肽在延長的同時穿過膜結構，因此，這種方式是邊翻譯邊跨膜運轉。,100,signal S. 的基本結構,101,signal Seq.引導的穿膜機制,-signal S. 帶正電的區段與帶負電的磷脂膜互作, 引導蛋白質進入 inner M.,102,- 疏水區段嵌入磷脂膜內或形成helix, - 并對磷脂雙層膜產生擾動效應， - 誘發形成非脂雙層結構， 以保證Signal S. 所牽引的蛋白質順利穿膜,103,104,真核生物細胞質中合成

43、的蛋白質如何到達不同的部位取決于蛋白質是否具有轉運信號 如果沒有轉運信號，蛋白質就保留在細胞質中。不同的細胞定位需要不同的轉運信號 細胞表面蛋白、分泌蛋白和溶酶體蛋白（統稱為分泌蛋白）具有與原核生物相似的信號肽。真核生物的信號肽也能形成螺旋的發夾結構，在信號肽識別顆粒(signal recognition particle，SRP)協助下插入到糙面內質網膜中 新生肽向內質網內腔運轉過程中，SRP和DP(docking protein又稱SRP受體蛋白)介導蛋白質的跨膜運轉過程,真核細胞分泌蛋白穿膜的分子模式,105,絕大部分被運入內質網內腔的蛋白質都帶有一個信號肽，該序列常位于蛋白質的氨基末端

44、，長度一般在13-36個殘基之間，有3個特點： （1）一般帶有10-15個疏水氨基酸； （2）在靠近該序列N-端常常有1個或數個帶正電荷的氨基酸； （3）在其C-末端靠近蛋白酶切割位點處常常帶有數個極性氨基酸，離切割位點最近的氨基酸往往帶有很短的側鏈（丙氨酸或甘氨酸）。,106,SRP是一個RNA和蛋白質組成的復合物，由 7 SL RNA和 6種蛋白質組成。其中，7 SL RNA由 300個核苷酸組成 SRP有兩個結構域，一個是信號肽識別結構域，由7 SL RNA中的100至250個核苷酸與 19、54、68和 72 kDa蛋白質構成，另一個由7 SL RNA的其他部分與9和14 kDa蛋白質組成，使肽鏈延伸暫停，叫做延伸作用制動結構域，即當SRP與DP結合后，多肽合成恢復,SRP能同時識別正在合成需要通過內質網膜進行運轉的新生肽和結合核糖體，SRP與信號肽結合是多肽正確運轉的前提，但同時也導致了該多肽合成的暫時終止（此時新生肽一般長約70個殘基左右）。SRP-信號肽-核糖體復合物即被引向內質網膜并與SRP的受體DP相結合。SRP與DP結合后，多肽合成恢復。信號肽通過膜上