蛋白質的生物合成-翻譯分子生物學的中心法則(centraldogma)RNA復制轉錄復制翻譯DNARNA蛋白質逆轉錄2翻譯（蛋白質的生物合成）?以氨基酸為原料?以mRNA為模板?以tRNA為運載工具?以核糖體為合成場所?起始、延長、終止各階段蛋白因子蛋白質生物合成體系?20種氨基酸?mRNA?tRNA?核糖體?酶及蛋白質因子?ATP、GTP參與合成后加工成為有活性蛋白質3第一節蛋白質合成中三類RNA的作用41、蛋白質合成的模板-mRNA?編碼比例?64個遺傳密碼?由3個堿基組成的三聯體?三聯體=一個密碼子一個氨基酸3:1起始密碼：AUG?終止密碼：UAA、UGA、UAG?一些原核生物中的起始密碼：GUG?人類線粒體特有的密碼子?密碼子UGAAUA標準編碼終止異亮氨酸線粒體編碼色氨酸甲硫氨酸密碼子AGAAGG標準編碼線粒體編碼精氨酸精氨酸終止終止5?非重疊性和重疊性非重疊性（nonoverlapping)?模板上的堿基三聯體在翻譯中運用不發生重疊?特點：讀碼框架固定，翻譯成一種肽?例如：AUACGAUCU異亮-精-絲?重疊性?讀碼框架移動1～2個堿基(overlapping)同一序列的模板具有不同氨基酸序列的多肽?病毒、噬菌體?6?閱讀無間隔?連續閱讀從mRNA5'?肽鏈合成N端C端?框移突變3'?簡并性?61個密碼子編碼20個氨基酸?一個A.A有多個密碼?密碼第1、2位上堿基不變，第3位堿基可改變?如：ACUACCACAACG都編碼蘇氨酸72、蛋白質合成的“銜接子”-tRNA?銜接子(adaptermolecules)?攜帶特異的氨基酸?特異識別模板上的遺傳密碼?氨基酸的特異“搬運工具”?1A.A----2～6特異tRNA8?tRNA的構象氨基酸臂反密碼環二級結構三級結構?擺動假設(wobblehypothesis)?密碼子與反密碼子的相互作用前二對嚴格堿基配對第三對擺動配對?擺動配對的意義?適應遺傳密碼的簡并性?使蛋白質合成的準確性和速度達到平衡101密碼反密碼5'23GC3CG2UACI13'mRNAtRNA3'5'自由度的大小由tRNA反密碼子第一位堿基的種類決定tRNA的反密碼子與mRNA分子上的密碼子擺動配對113、蛋白質合成的場所和裝配機—核糖體?功能?分子結構?核糖體組成蛋白質合成的場所原核生物核糖體(rRNA+rP)70S（30S小亞基）（50S大亞基）rRNArP真核生物80S（40S小亞基）（60S大亞基）rRNArP大亞基小亞基5S23S16S36種L1～L3621種S1～S215S5.8S28S18S49種L1～L4933種S1～12S33?核糖體結構?RNA一級結構變化較大?RNA二級結構具有相似性—二維柄-環結構?體外實驗三維結構：三個結構域?重建具有活性的核糖體研究核糖體中不同的蛋白質與rRNA的相互關系?研究核糖體結構的復雜性?核糖體在蛋白質合成中空間構象的改變?核糖體與特異蛋白質、mRNA、tRNA的反應部位?新技術?低溫電子顯微鏡技術?中子散射技術14第二節蛋白質合成的過程??????原核生物氨基酸的活化與轉運肽鏈合成的起始肽鏈的延長“核糖體循環”肽鏈合成的終止蛋白質的加工、修飾15一、氨基酸的活化與特異tRNA的連接1、氨基酰tRNA合成酶?氨基酰tRNA?氨基酰tRNA合成酶氨基酰tRNA合成酶A.A+特異tRNA氨基酰tRNAATPAMP+PPi氨基酸+ATP-E氨基酰-AMP-E+PPi?催化反應氨基酰-AMP-E+tRNA氨基酰-tRNA+AMP+E(-COOH)(3'-CCA-OH)162、氨基酰tRNA合成酶的高度專一性?氨基酰tRNA合成酶?對底物氨基酸和tRNA都有高度特異性?具有校正活性?結合位點?酶的兩個位點?催化反應活化1個氨基酸消耗2個ATP結合正確的A.A活化?水解位點保證A.A序列的正確性氨基酸+ATP-E氨基酰-AMP-E+PPi氨基酰-AMP-E+tRNA氨基酰-tRNA+AMP+E(-COOH)(3'-CCA-OH)17消耗2ATP第一步反應第二步反應3'-CCA-OH?第二遺傳密碼子氨基酰tRNA合成酶識別同類tRNA?氨基酸的特異“搬運工具”?同類tRNA1A.A----2～6特異tRNA和mRNA擺動配對?tRNA具有同一性tRNA具有同一元件19二、核糖體循環（一）肽鏈合成的起始?所需的條件?游離的核糖體大小亞基?三種可溶性起始因子(IF)?mRNA5'端的起始信號?起始tRNA--tRNAimet?GTP20?三種起始因子?IF1?輔助IF3?IF2?有GTP酶活性?特異識別fmet-tRNAimet?形成fmet-tRNAimet-IF2-GTP?IF3?促進30S小亞基結合mRNA?終止時：促使核糖體解離21?mRNA5'端的起始信號?SD序列(shine-Dalgarno序列):---原核生物1.位于起始密碼上游25個核苷酸，2.序列富含嘌呤(如AGGA/GAGG）的一段序列。3.能和原核生物16srRNA相應的富含嘧啶序列互補。4.在IF3、IF1促進下和30S亞基結合。22起始密碼SD序列?肽鏈合成的起始?30s起始復合物形成1.核糖體亞基的拆離2.mRNA在小亞基上就位?起始序列（SD序列）?30S小亞基與mRNA識別、結3.fmet-tRNAfmet的結合合?IF1、IF3協助?fmet-tRNAfmet-IF2-GTP通過其反密碼與mRNA上的起始密碼24AUG相配對?70s起始復合物形成70s起始復合物形成1.IF3脫落2.50S大亞基結合3.GTPGDP+Pi70s起始復合物組成1.大小亞基2.mRNA3.fmet-tRNAimet（結合于核糖體的給位<肽位>）4.IF2、IF1脫落2530S50S（二）肽鏈的延長（進位、成肽、移位）?所需的條件?70S起始復合物?延長tRNA轉運氨基酸?延長因子(EF)?GTP271、進位氨基酰-tRNA根據遺傳密碼的指引，在延長因子的作用下，進入核糖體的A位。參與的延長因子?EF-Tu?協助AA-tRNA進入受位?具有GTP酶活性?EF-Ts?促進EF-Tu的再利用282、轉肽?酶?轉肽酶（大亞基）催化形成肽鍵?轉肽酶：23srRNA/L2/L16/L23?肽鍵?P位：f-met-（肽酰）的α-COO-+A位：氨基酰的α-NH4+形成肽鍵?位置?A位：反應在此位上進行（P位上的f-met退至受位）生成的二肽在A位上。?P位：無負載tRNA303、移位在A位的二肽鏈連同mRNA從A位進入P位?酶?轉位酶----EFG?有GTP酶活性?協助mRNA前移,游離tRNA釋放（E位）?位置?P位：肽-tRNA-mRNA?A位：空留,下一個AA進入?E位：P位上無負載的tRNA在肽鍵形成前釋放?方向?mRNA：從5'3'移動?1個帶有肽鏈的tRNA：從A位P位?肽鏈合成：從N端C端延長32P位上無負載的tRNA在肽鍵形成前在E位釋放?延長的特點?“搖擺前進”?保證蛋白質合成的連續性?防止肽酰tRNA脫落形成無活性的未?延長時的能量成熟蛋白質?每合成一個肽鍵，消耗4個高能磷酸鍵?活化：2個ATP?進位：1個GTP?移位：1個GTP34（三）肽鏈合成的終止?終止密碼的辨認?蛋白質因子的參與?UAA、UAG、UGA?RF1：作用于UAA、UAG?RF2：作用于UGA?RF3：促進釋放?肽鏈從肽酰-tRNA水解結合GTP/GTP酶活性出?mRNA從核糖體中分離及大小亞基的拆開?GTPGDP+Pi?IF3結合30小亞基35（四）真核生物翻譯的一些特點肽翻譯起始復合物鏈mRNA-起始氨基酰-tRNA-核蛋白體合原核生物真核生物成翻譯起始復合物形成翻譯起始復合物形成起?核蛋白體大小亞基分離?核蛋白體大小亞基分離始IF3、IF1與小亞基結合eIF-2B/eIF-3與小亞基結合eIF-6促進核蛋白體分離?mRNA在小亞基定位結合?起始氨基酰-tRNA結合小亞mRNA5'端起始信號SD序列基Met-tRNAiMet-elF2-GTP?起始氨基酰-tRNA結合mRNA位(fMet-tRNAimet)-IF2(GTP)elF4E/elF4G/elF4A/elF4B/PAB37?mRNA在核蛋白體小亞基就40SelF-3②metMetMet-tRNAiMet-elF-2-GTP③ATPelF4E,elF4G,elF4A,elF4B,PABADP+PimRNA60SMeteIF-2B、eIF-3、eIF-6elF-5①④各種elF釋放GDP+Pi40S60SMet真核生物翻譯起始復合物形成過程38肽核蛋白體循環鏈進位、成肽、轉位每次循環增加一個氨基酸合原核生物真核生物成核蛋白體循環核蛋白體循環延?進位?進位長EF-Tu結合分解GTP，EF-1-α促進氨基酰-tRNA進入A位EF-Ts調節亞基EF-1-βγ?成肽轉肽酶催化的肽鍵形成轉肽酶催化的肽鍵形成?轉位?轉位EFG有轉位酶活性(GTP酶活EF-2性)轉位時卸載的tRNA直接從促進mRNA-肽酰-tRNA由AP位脫落（沒有E位）位移到P位，促進tRNA從E位釋放39每合成一個肽鍵，消耗4個高能磷酸鍵?成肽肽mRNA上終止密碼出現，多肽鏈合成停止，鏈肽鏈從肽酰-tRNA中釋出，mRNA、核蛋白體等分離合原核生物真核生物成核蛋白體循環核蛋白體循環終?終止密碼的辨認?終止密碼的辨認止?肽鏈從肽酰-tRNA水解出RF-1識別UAA、UAGeRFRF-2識別UAA、UGA?肽鏈從肽酰-tRNA水解出RF3：促進釋放結合GTP/GTP酶活性40可溶性蛋白質因子原核生物起始因子IF-1、IF-2、IF-3真核生物9種eIF延長因子EF-Tu、EF-Ts、EFG釋放因子RF-1、RF-2、RF-3eEF1-αeEF1-βγeEF-2eRF41第三節翻譯后的加工?多肽鏈折疊為天然的三維結構?促進蛋白折疊功能的大分子?分子伴侶?肽鏈一級結構的修飾?高級結構修飾?蛋白質合成后的靶向輸送（熱休克蛋白/伴侶素）?蛋白二硫鍵異構酶?肽-脯氨酰順反異構酶?肽鏈N端的修飾?個別氨基酸的修飾?多肽鏈的水解修飾?亞基聚合?輔基連接?疏水脂鏈的共價連接?分泌性蛋白的靶向輸送?信號肽43?多肽鏈折疊為天然功能構象的蛋白質?新生肽鏈的折疊在肽鏈合成中、合成后完成，新生肽鏈N端在核蛋白體上一出現，肽鏈的折疊即開始?？赡茈S著序列的不斷延伸肽鏈逐步折疊，產生正確的二級結構、模序、結構域到形成完整空間構象。一般認為，多肽鏈自身氨基酸順序儲存著蛋白質折疊的信息，即一級結構是空間構象的基礎。細胞中大多數天然蛋白質折疊都不是自動完成，而需要其他酶、蛋白輔助。??44?幾種有促進蛋白折疊功能的大分子1.分子伴侶(molecularchaperon)2.蛋白二硫鍵異構酶(proteindisulfideisomerase,PDI)3.肽-脯氨酰順反異構酶(peptideprolylcis-transisomerase,PPI)45?分子伴侶分子伴侶是細胞一類保守蛋白質，可識別肽鏈的非天然構象，促進各功能域和整體蛋白質的正確折疊。1.熱休克蛋白(heatshockprotein,HSP)HSP70、HSP40和GreE族2.伴侶素(chaperonins)GroEL和GroES家族461、熱休克蛋白促進蛋白質折疊的基本作用——結合保護待折疊多肽片段，再釋放該片段進行折疊。形成HSP70和多肽片段依次結合、解離的循環。HSP40結合待折疊多肽片段HSP70-ATP復合物ATP水解HSP40-HSP70-ADP-多肽復合物ADP復合物解離，釋出多肽鏈片段進行正確折疊47GrpEATP2、伴侶素的主要作用——為非自發性折疊蛋白質提供能折疊形成天然空間構象的微環境。伴侶素GroEL/GroES系統促進蛋白質折疊過程48?蛋白二硫鍵異構酶多肽鏈內或肽鏈之間二硫鍵的正確形成對穩定分泌蛋白、膜蛋白等的天然構象十分重要，這一過程主要在細胞內質網進行。二硫鍵異構酶在內質網腔活性很高，可在較大區段肽鏈中催化錯配二硫鍵斷裂并形成正確二硫鍵連接，最終使蛋白質形成熱力學最穩定的天然構象。49?肽-脯氨酰順反異構酶多肽鏈中肽酰-脯氨酸間形成的肽鍵有順反兩種異構體，空間構象明顯差別。肽酰-脯氨酰順反異構酶可促進上述順反兩種異構體之間的轉換。肽酰-脯氨酰順反異構酶是蛋白質三維構象形成的限速酶，在肽鏈合成需形成順式構型時，可使多肽在各脯氨酸彎折處形成準確折疊。50?一級結構的修飾?N-端Met(fMet)去除?二硫鍵的形成?個別氨基酸的修飾?羥化作用:羥脯氨酸羥賴氨酸?酶活性中心的磷酸化?切除某些肽段，成為?胰島素的成熟具有活性的蛋白質?多蛋白的加工?一條合成后的多肽鏈經加工產生多種不同活性的蛋白質/多肽51胰島素的加工過程信號肽NKRKRPMOCC103肽(？)ACTH?-LT?-MSH?-MSHEndophin鴉片促黑皮質素原(POMC)的水解修飾53?高級結構的修飾?亞基的聚合?結合蛋白質的合成?HbA亞單位聚合?糖蛋白的合成?輔基連接?輔基(輔酶)與肽鏈的結合54?蛋白質合成后的靶向輸送?蛋白質的靶向輸送(proteintargeting)蛋白質合成后需要經過復雜機制，定向輸送到最終發揮生物功能的細胞靶部位，這一過程稱為蛋白質的靶向輸送。55?信號序列(signalsequence)所有靶向輸送的蛋白質結構中存在分選信號，主要為N末端特異氨基酸序列，可引導蛋白質轉移到細胞的適當靶部位，這一序列稱為信號序列。56靶向輸送蛋白的信號序列或成分靶向輸送蛋白分泌蛋白內質網腔蛋白線粒體蛋白核蛋白過氧化體蛋白信號肽信號肽，C端-Lys-Asp-Glu-Leu-COO-(KDEL序列)N端靶向序列（20～35氨基酸殘基）核定位序列（-Pro-Pro-Lys-Lys-Lys-Arg-Lys-Val-，信號序列或成分SV40T抗原）-Ser-Lys-Leu-（PST序列）溶酶體蛋白Man-6-P（甘露糖-6-磷酸）57?分泌蛋白的靶向輸送真核細胞分泌蛋白等前體合成后靶向輸送過程首先要進入內質網。?信號肽(signalpeptide)各種新生分泌蛋白的N端有保守的氨基酸序列稱信號肽。58信號肽(signalpeptide):(1)在真核生物未成熟分泌性蛋白質中,可被細胞轉運系統識別的特征性氨基酸序列,約15-30AA(含疏水AA較多)。?(2)作用：把合成的蛋白質移向粗面內質網膜與粗面內質網膜結合(信號肽顆粒識別、結合)把合成的蛋白質送入粗面內質網膜(3)信號肽對靶向輸送有決定作用。59信號肽的一級結構帶有信號肽的分泌性蛋白的加工、分泌的過程胞漿粗面內質網帶有信號肽的分泌蛋白信號肽顆粒識別、結合通道識別信號肽酶切除信號肽高爾基體肽鏈合并進一步加工分泌出胞外61信號肽引導真核分泌蛋白進入內質網?線粒體蛋白的靶向輸送?細胞核蛋白的靶向輸送第四節蛋白質合成與醫學一、分子?。?蛋白質分子中氨基酸序列異常的遺傳病。?例如：鐮刀紅細胞貧血?原因：DNA中出現了一個堿基突變。66HbS：β鏈N端第6個氨基酸為Val導致：HbS攜氧能力下降,缺氧時RBC呈鐮刀狀，脆性增加，溶血正常人Hb(HbA)：β鏈N端第6個氨基酸為Glu67二、蛋白質生物合成的阻斷劑1、抗菌素類阻斷劑（表20-11）68抗生素抑制蛋白質生物合成的原理抗生素四環素族（金霉素新霉素、土霉素）鏈霉素、卡那霉素、新霉素氯霉素、林可霉素作用點原核核蛋白體小亞基原核核蛋白體小亞基原核核蛋白體大亞基原核核蛋白體大亞基原核核蛋白體大亞基真核核蛋白體大亞基真核、原核核蛋白體作用原理抑制氨基酰-tRNA與小亞基結合改變構象引起讀碼錯誤、抑制起始抑制轉肽酶、阻斷延長應用