1.蛋白質(zhì)生物合成體系2.蛋白質(zhì)生物合成過程3.翻譯后加工和靶向輸送4.蛋白質(zhì)合成與醫(yī)學(xué)本章主要內(nèi)容1蛋白質(zhì)生物合成的概念

蛋白質(zhì)的生物合成，即翻譯，是指生物細(xì)胞以mRNA為模板，按照mRNA分子中核苷酸的排列順序所組成的密碼信息合成蛋白質(zhì)的過程。就是將核酸中由4種核苷酸序列編碼的遺傳信息，通過遺傳密碼破譯的方式解讀為蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)中20種氨基酸的序列。23

第一節(jié)蛋白質(zhì)生物合成體系ProteinBiosynthesisSystem5蛋白質(zhì)生物合成體系RNA

mRNAtRNArRNA原料20種氨基酸酶氨基酰tRNA合成酶轉(zhuǎn)肽酶蛋白質(zhì)因子起始因子IF、eIF延長(zhǎng)因子EF、eEF終止因子RF、eRF其它ATP、GTP、無機(jī)離子6一、mRNA分子含有蛋白質(zhì)合成的遺傳密碼7mRNA的基本結(jié)構(gòu)StartofgeneticmessageCapEndTail5

-端非翻譯區(qū)

5

3

3

-端非翻譯區(qū)

開放閱讀框架

從mRNA5-端起始密碼子AUG到3-端終止密碼子之間的核苷酸序列，稱為開放閱讀框架(openreadingframe,ORF)。原核生物的多順反子真核生物的單順反子非編碼序列核糖體結(jié)合位點(diǎn)起始密碼子終止密碼子編碼序列PPP5

3

蛋白質(zhì)PPPmG-5

3

蛋白質(zhì)AAA…8遺傳密碼密碼子（codon）mRNA分子上從5

至3

方向，由AUG開始，每3個(gè)核苷酸為一組，決定肽鏈上某一個(gè)氨基酸或蛋白質(zhì)合成的起始、終止信號(hào)，稱為三聯(lián)體密碼（tripletcodon）。起始密碼子和終止密碼子起始密碼子(initiationcodon)：AUG終止密碼(terminationcoden):UAAUAGUGA9第一個(gè)核苷酸第二個(gè)核苷酸第三個(gè)核苷酸UCAGU苯丙氨酸苯丙氨酸亮氨酸亮氨酸絲氨酸絲氨酸絲氨酸絲氨酸酪氨酸酪氨酸終止密碼終止密碼半胱氨酸半胱氨酸終止密碼色氨酸UCAGC亮氨酸亮氨酸亮氨酸亮氨酸脯氨酸脯氨酸脯氨酸脯氨酸組氨酸組氨酸谷氨酰胺谷氨酰胺精氨酸精氨酸精氨酸精氨酸UCAGA異亮氨酸異亮氨酸異亮氨酸甲硫氨酸蘇氨酸蘇氨酸蘇氨酸蘇氨酸天冬酰胺天冬酰胺賴氨酸賴氨酸絲氨酸絲氨酸精氨酸精氨酸UCAGG纈氨酸纈氨酸纈氨酸纈氨酸丙氨酸丙氨酸丙氨酸丙氨酸天冬氨酸天冬氨酸谷氨酸谷氨酸甘氨酸甘氨酸甘氨酸甘氨酸UCAG遺傳密碼表101.方向性(directional)翻譯時(shí)遺傳密碼的閱讀方向是5

→3

，即讀碼從mRNA的起始密碼子AUG開始，按5

→3

的方向逐一閱讀，直至終止密碼子。NC肽鏈延伸方向5′3′讀碼方向遺傳密碼的特點(diǎn)112.連續(xù)性(non-punctuated)編碼蛋白質(zhì)氨基酸序列的各個(gè)三聯(lián)體密碼連續(xù)閱讀，密碼子及密碼子的各堿基之間既無間隔也無交叉。

5’…….AUG

GCA

GUA

CAU……UAA3’AlaValHisMet終止密碼12基因損傷引起mRNA閱讀框架內(nèi)的堿基發(fā)生插入或缺失，可能導(dǎo)致框移突變(frameshiftmutation)。纈脯蘇天冬纈丙酪甘纈丙絲精133.簡(jiǎn)并性(degenerate)一種氨基酸可具有2個(gè)或2個(gè)以上的密碼子為其編碼。這一特性稱為遺傳密碼的簡(jiǎn)并性。除色氨酸和甲硫氨酸僅有1個(gè)密碼子外，其余氨基酸有2、3、4個(gè)或多至6個(gè)三聯(lián)體為其編碼。為同一種氨基酸編碼的各密碼子稱為簡(jiǎn)并性密碼子，也稱同義密碼子。14各種氨基酸的密碼子數(shù)目15密碼子簡(jiǎn)并性的生物學(xué)意義：減少有害突。

遺傳密碼的特異性主要取決于前兩位堿基。

GCU

ACU

GCC

ACC

GCA

ACA

GCG

ACG

AlaThr164.通用性(universal)蛋白質(zhì)生物合成的整套密碼，從原核生物到人類都通用。有少數(shù)例外，如動(dòng)物細(xì)胞的線粒體、植物細(xì)胞的葉綠體。密碼的通用性進(jìn)一步證明各種生物進(jìn)化自同一祖先。17已發(fā)現(xiàn)少數(shù)例外，如動(dòng)物細(xì)胞的線粒體、植物細(xì)胞的葉綠體。

通用密碼線粒體密碼AUA異亮甲硫、起始AGA精終止AGG精終止UGA終止色184.擺動(dòng)性（wobble）

tRNA上反密碼子的第1位堿基與mRNA密碼子的第3位堿基配對(duì)時(shí)，可以在一定范圍內(nèi)變動(dòng)，即并不嚴(yán)格遵循堿基配對(duì)規(guī)律，這一現(xiàn)象稱為擺動(dòng)性。19tRNA反密碼子第1位堿基IUGACmRNA密碼子第3位堿基U,C,AA,GU,CUG擺動(dòng)配對(duì)U32112320二、tRNA是氨基酸的特異“搬運(yùn)工具”tRNA的作用運(yùn)載氨基酸：氨基酸各由其特異的tRNA攜帶，一種氨基酸可有幾種對(duì)應(yīng)的tRNA，氨基酸結(jié)合在tRNA3

-CCA的位置，結(jié)合需要ATP供能；充當(dāng)“適配器”：每種tRNA的反密碼子決定了所攜帶的氨基酸能準(zhǔn)確地在mRNA上對(duì)號(hào)入座。21二級(jí)結(jié)構(gòu)三級(jí)結(jié)構(gòu)反密碼環(huán)氨基酸臂tRNA的構(gòu)象2223核糖體又稱核蛋白體，是由rRNA和多種蛋白質(zhì)結(jié)合而成的一種大的核糖核蛋白顆粒，是蛋白質(zhì)生物合成的場(chǎng)所。三、核糖體是肽鏈合成的“裝配機(jī)”

rRNA與特定蛋白質(zhì)組成核糖體24

核糖體的組成核糖體原核生物真核生物蛋白質(zhì)S值rRNA蛋白質(zhì)S值rRNA小亞基21種30S16S33種40S18S大亞基34種50S23S5S49種60S28S5.8S5S核糖體70S80S252.A位：氨基酰位，又稱受位。1.P位：肽酰位，又稱給位。3.E位：排出位。原核生物核糖體結(jié)構(gòu)模式26氨基酰-tRNA合成酶：ATP存在下合成氨基酰-tRNA，具有絕對(duì)特異性。轉(zhuǎn)肽酶：催化核糖體“P位”上的肽酰基轉(zhuǎn)移至“A位”的氨基酰-tRNA的氨基上，使酰基與氨基縮合形成肽鍵。轉(zhuǎn)位酶：催化核糖體向mRNA的3

端移動(dòng)定位于“A位”。四、多種酶與因子參與蛋白質(zhì)生物合成重要的酶類27起始因子（initiationfactor，IF）延長(zhǎng)因子（elongationfactor，EF）釋放因子（releasefactor，RF）蛋白質(zhì)因子28

第二節(jié)蛋白質(zhì)生物合成過程TheProcessofProteinBiosynthesis

氨基酸的活化（胞液）肽鏈合成的起始（核糖體）肽鏈合成的延長(zhǎng)（核糖體）肽鏈合成的終止（核糖體）蛋白質(zhì)合成中

mRNA模板的方向：5′→3′；蛋白質(zhì)的合成方向：N端→C端。蛋白質(zhì)生物合成的反應(yīng)步驟氨基酸與特異的tRNA結(jié)合形成氨基酰-tRNA的過程稱為氨基酸的活化。參與氨基酸的活化的酶：氨基酰-tRNA合成酶。活化的反應(yīng)過程一、氨基酸活化與搬運(yùn)氨基酸+tRNA氨基酰-tRNAATP

AMP＋PPi氨基酰-tRNA合成酶

氨基酰-tRNA合成酶對(duì)底物氨基酸和tRNA都有高度特異性氨基酰-tRNA合成酶特性tRNA氨基酰-tRNA合成酶ATP氨基酰-tRNA的表示方法丙氨酰-tRNA：Ala-tRNAAla精氨酰-tRNA：Arg-tRNAArg甲硫氨酰-tRNA：

Met-tRNAMet各種氨基酸和對(duì)應(yīng)的tRNA結(jié)合后形成的氨基酰-tRNA表示為：氨基酸的三字母縮寫-tRNA氨基酸的三字母縮寫

例如：真核生物：

Met-tRNAiMet原核生物：

fMet-tRNAifMet起始肽鏈合成的氨基酰-tRNA注意區(qū)別1.

核糖體大小亞基分離；2.mRNA在小亞基定位結(jié)合；3.起始氨基酰-tRNA的結(jié)合；4.核糖體大亞基結(jié)合。

指mRNA和起始氨基酰-tRNA分別與核糖體結(jié)合而形成翻譯起始復(fù)合物。二、肽鏈合成的起始（原核生物翻譯過程）IF-3IF-11.核糖體大小亞基分離AUG5'3'IF-3IF-12.mRNA在小亞基定位結(jié)合IF-3IF-1IF-2GTPAUG5'3'3.起始氨基酰tRNA與小亞基結(jié)合IF-3IF-1IF-2GTPGDPPiAUG5'3'4.核糖體大亞基結(jié)合IF-3IF-1AUG5'3'IF-2GTPIF-2-GTPGDPPi起始過程消耗1個(gè)GTP。核糖體大小亞基分離；起始氨基酰-tRNA結(jié)合；mRNA在核糖體小亞基就位；核糖體大亞基結(jié)合。真核生物翻譯起始復(fù)合物形成Met40SMetMet40S60SmRNAeIF-2B、eIF-3、

eIF-6

①elF-3②GDP+Pi各種elF釋放elF-5④ATPADP+PielF4E,elF4G,elF4A,elF4B,PAB③真核生物翻譯起始復(fù)合物形成過程Met-tRNAiMet-elF-2

-GTPMet60S

肽鏈延長(zhǎng)是在核糖體上連續(xù)發(fā)生的循環(huán)過程，每次循環(huán)增加一個(gè)氨基酸，分為以下三步：進(jìn)位（entrance）成肽（peptidebondformation）轉(zhuǎn)位（translocation）

三、肽鏈合成的延長(zhǎng)

進(jìn)位指根據(jù)mRNA下一組遺傳密碼指導(dǎo)，使相應(yīng)氨基酰-tRNA進(jìn)入核糖體A位。

延長(zhǎng)因子EF-T催化進(jìn)位（原核生物）

TuTsGTPGDPAUG5'3'TuTsGTP進(jìn)位的反應(yīng)過程此過程消耗1個(gè)GTP。成肽是由轉(zhuǎn)肽酶催化的肽鍵形成過程。3.轉(zhuǎn)位延長(zhǎng)因子有轉(zhuǎn)位酶活性，促進(jìn)核糖體向mRNA的3

端移動(dòng)。轉(zhuǎn)位fMetAUG5'3'fMetTuGTP進(jìn)位轉(zhuǎn)位成肽真核生物肽鏈合成的延長(zhǎng)階段當(dāng)mRNA上終止密碼出現(xiàn)后，多肽鏈合成停止，肽鏈從肽酰-tRNA中釋出，mRNA、核糖體等分離，這些過程稱為肽鏈合成終止。

四、肽鏈合成的終止終止相關(guān)的蛋白因子稱為釋放因子(releasefactor,RF)

識(shí)別終止密碼，如RF-1特異識(shí)別UAA、UAG；而RF-2可識(shí)別UAA、UGA。誘導(dǎo)轉(zhuǎn)肽酶改變?yōu)轷ッ富钚裕闺逆湉暮说鞍左w上釋放。釋放因子的功能原核生物釋放因子：RF-1，RF-2，RF-3

真核生物釋放因子：eRF原核肽鏈合成終止過程

UAG5'3'RFCOO-電鏡下的多聚核糖體現(xiàn)象指多個(gè)核糖體附在同一條mRNA上合成蛋白質(zhì)而形成的串珠狀聚合物。

五、多聚核糖體(polysome)

第三節(jié)翻譯后加工和靶向輸送PosttranslationalProcessing&ProteinTransportation從核糖體釋放出的新生多肽鏈不具備蛋白質(zhì)生物活性，必需經(jīng)過不同的翻譯后復(fù)雜加工過程才轉(zhuǎn)變?yōu)樘烊粯?gòu)象的功能蛋白。加工修飾主要包括新生多肽鏈需經(jīng)多種形式加工才具有生物學(xué)活性多肽鏈折疊為天然的三維結(jié)構(gòu)亞基的聚合與輔基的連接蛋白質(zhì)合成后靶向運(yùn)輸至細(xì)胞特定部位

肽鏈末端的修飾部分氨基酸序列的水解修飾個(gè)別氨基酸殘基的側(cè)鏈修飾

一、新生多肽鏈多種形式的加工糖基化羥基化

甲基化

磷酸化

二硫鍵形成鴉片促黑皮質(zhì)素原(POMC)的水解修飾NC信號(hào)肽PMOCKRKR103肽

(？)ACTH

-LT

-MSH

-MSHEndophin新生肽鏈的折疊在肽鏈合成中、合成后完成，新生肽鏈N-端在核糖體上一出現(xiàn)，肽鏈的折疊即開始。一般認(rèn)為，多肽鏈自身氨基酸順序儲(chǔ)存著蛋白質(zhì)折疊的信息，即一級(jí)結(jié)構(gòu)是空間構(gòu)象的基礎(chǔ)。細(xì)胞中大多數(shù)天然蛋白質(zhì)折疊都不是自動(dòng)完成，而需要其他酶和蛋白質(zhì)輔助。二、多肽鏈折疊為天然構(gòu)象的蛋白質(zhì)幾種有促進(jìn)蛋白質(zhì)折疊功能的大分子分子伴侶(molecularchaperon)蛋白質(zhì)二硫鍵異構(gòu)酶(proteindisulfideisomerase,PDI)3.肽-脯氨酰順反異構(gòu)酶(peptideprolyl-cis-transisomerase,PPI)（1）熱休克蛋白(heatshockprotein,HSP)HSP70、HSP40和GreE族（2）伴侶素(chaperonins)GroEL和GroES家族分子伴侶分子伴侶是細(xì)胞中一類保守蛋白質(zhì)，可識(shí)別肽鏈的非天然構(gòu)象，促進(jìn)各功能域和整體蛋白質(zhì)的正確折疊。

1.亞基的聚合如血紅蛋白通過非共價(jià)鍵將亞基聚合成寡聚體。2．輔基的連接如糖蛋白、脂蛋白、各種酶等，合成后需與輔基連接，才具有活性。3．疏水脂鏈的共價(jià)連接如Ras蛋白、G蛋白等需嵌入疏水雙層膜脂，才具有活性。三、亞基的聚合和輔基的連接蛋白質(zhì)合成后需要經(jīng)過復(fù)雜機(jī)制，定向輸送到最終發(fā)揮生物功能的細(xì)胞靶部位，這一過程稱為蛋白質(zhì)的靶向輸送。蛋白質(zhì)的靶向輸送（proteintargeting）四、蛋白質(zhì)合成后的靶向輸送所有靶向輸送的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)中存在分選信號(hào)，主要為N末端特異氨基酸序列，可引導(dǎo)蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)移到細(xì)胞的適當(dāng)靶部位，這一序列稱為信號(hào)序列。

信號(hào)序列(signalsequence)

第四

節(jié)蛋白質(zhì)生物合成的干擾和抑制

Interference&InhibitionofProteinBiosynthesis

由于DNA分子上基因的缺陷，使其表達(dá)生成的多肽鏈中的某些關(guān)鍵氨基酸發(fā)生改變，從而導(dǎo)致蛋白質(zhì)的功能