第五章-基因表达：蛋白质翻译.ppt

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1、 第五章第五章 蛋白质翻译蛋白质翻译 （Protein Translation）翻译：翻译：指将指将mRNA链链上的核苷酸从一个特定的起始上的核苷酸从一个特定的起始位点开始，按每位点开始，按每三个核苷酸三个核苷酸代表一个氨基酸的原则，代表一个氨基酸的原则，依次合成一条多肽链的过程。依次合成一条多肽链的过程。蛋白质合成的场所是蛋白质合成的场所是蛋白质合成的模板是蛋白质合成的模板是模板与氨基酸之间的接合体是模板与氨基酸之间的接合体是蛋白质合成的原料是蛋白质合成的原料是核糖体核糖体mRNAtRNA20种氨基酸种氨基酸主要内容主要内容第一节第一节 蛋白质翻译系统蛋白质翻译系统 -遗传密码、遗传密码、t

2、RNA、核糖体、核糖体第二节第二节 蛋白质的合成蛋白质的合成第三节第三节 蛋白质的运转蛋白质的运转-起始、肽链延伸、肽链的终止及释放、前体加工起始、肽链延伸、肽链的终止及释放、前体加工-翻译翻译-运转同步、翻译后运转运转同步、翻译后运转第一节第一节 蛋白质翻译系统蛋白质翻译系统（Translation System）一、遗传密码一、遗传密码二、二、tRNA三、核糖体三、核糖体一、遗传密码一、遗传密码 三联子三联子（一）三联子密码（一）三联子密码 mRNA链上每三个核苷酸翻译成蛋白质多肽链上链上每三个核苷酸翻译成蛋白质多肽链上的一个氨基酸，这的一个氨基酸，这三个核苷酸三个核苷酸就称为密码子就称为

3、密码子（coden）或三联子密码或三联子密码（triplet coden）。mRNA mRNA 5 5-GCU-GCU AGUAGU ACA ACA AAAAAA CCU-3 CCU-3（二）密码破译（二）密码破译遗传密码的破译，即确定代表每种氨基酸的具体密码。遗传密码的破译，即确定代表每种氨基酸的具体密码。破译工作始于破译工作始于1954年，至年，至1966年年20种氨基酸对应的种氨基酸对应的61个密个密码子和码子和3个终止密码子全部被查清。个终止密码子全部被查清。（三）遗传密码的性质（三）遗传密码的性质1、简并性、简并性 由一种以上密码子编码同一个氨基酸的现象由一种以上密码子编码同一个氨基

4、酸的现象称为称为简并简并（degeneracy）。）。减少了变异对生物的影响减少了变异对生物的影响 对应于同一氨基酸的密对应于同一氨基酸的密码子称为码子称为同义密码子同义密码子（synonymous codon）。）。其特征为其特征为：第一、第二位核：第一、第二位核苷酸往往相同，而第三位核苷酸往往相同，而第三位核苷酸的改变不一定影响所编苷酸的改变不一定影响所编码的氨基酸。码的氨基酸。简述密码的简并性（degeneracy)和同义密码子（synonymous codon)武汉大学2003年试题2、普遍性与特殊性、普遍性与特殊性u蛋白质生物合成的整套密码，从原核生物到蛋白质生物合成的整套密码，从原

5、核生物到人类都通用。人类都通用。u已发现少数例外，如动物细胞的线粒体、植已发现少数例外，如动物细胞的线粒体、植物细胞的叶绿体。物细胞的叶绿体。线粒体与核线粒体与核DNA密码子使用情况的比较密码子使用情况的比较3、连续性连续性 编码蛋白质氨基酸序列的各个三联体密码编码蛋白质氨基酸序列的各个三联体密码连续阅读，密码子间既无间断也无交叉。连续阅读，密码子间既无间断也无交叉。基因损伤引起基因损伤引起mRNA开放式阅读框架（开放式阅读框架（open reading frame,ORF）内的碱基发生插入或缺失，会导致整个）内的碱基发生插入或缺失，会导致整个阅读框架移位阅读框架移位(frame shift)

6、。4、摆动性、摆动性 转转运运氨氨基基酸酸的的tRNA上上的的反反密密码码子子需需要要通通过过碱碱基基互互补补与与mRNA上上的的遗遗传传密密码码子子反反向向配配对对结结合合，在在密密码码子子与与反反密密码码子子的的配配对对中中，前前两两对对严严格格遵遵守守碱碱基基配配对对原原则则，第第三三对对碱碱基基有有一一定定的的自自由由度度，可可以以“摆摆动动”，这这种种现现象象称称为为密密码码子子的的摆摆动动性性（wobblewobble）。mRNA上的密码子与上的密码子与tRNA上的反密码子上的反密码子配对示意图配对示意图tRNA上的反密码子与上的反密码子与mRNA上的密码子的上的密码子的配对与配对

7、与“摆动摆动”分析分析二、二、tRNA的结构、功能与种类的结构、功能与种类 tRNA在在蛋蛋白白质质生生物物合合成成过过程程中中起起关关键键作作用用。tRNA不不但但为为每每个个三三联联密密码码子子翻翻译译成成氨氨基基酸酸提提供供了了接接合合体体，还还为为准准确确无无误误地地将将所所需需氨氨基基酸酸运运送送到到核核糖糖体体上上提提供供了了运运送送载载体体，所所以以它它又又被被称称为为第第二二遗遗传密码传密码。u原原核核生生物物中中大大约约有有30-45种种tRNA，真真核核细细胞胞中中可可能存在能存在50种种 tRNA。（一）（一）tRNA的结构的结构 最最常常见见tRNA分分子子有有76个个

8、碱碱基基，相相对对分分子子质质量量约约为为2.5104，不不同同的的tRNA分分子子可可有有7495个个核核苷苷酸酸不不等。等。tRNA的的稀稀有有碱碱基基含含量量非非常常丰丰富富，约约有有70余余种种。每每个个tRNA分分子子至至少少含含有有2个个稀稀有有碱碱基基，最最多多有有19个个，多多数数分分布布在在非非配配对对区区，特特别别是是在在反反密密码码子子3端端邻邻近近部部位位出出现现的的频频率率最最高高，对对于于维维持持反反密密码码环环的的稳稳定定性性、密码子和反密码子之间的配对很重要。密码子和反密码子之间的配对很重要。1、tRNA的二级结构的二级结构 不不同同tRNA在在结结构构上上存存

9、在在大大量量的的共共性性，由由小小片片段段碱碱基基互互补补配配对对形形成成三三叶叶草草形形分分子子结结构构，有有5条条根根据据结结构构或或已已知知功功能能命名的命名的手臂手臂和和4个环个环。D臂臂/环（环（D arm/loop）uD臂臂是是根根据据它它含含有有特特殊殊的的碱碱基基D（Dihydrouracil，二氢尿嘧啶）命名的；二氢尿嘧啶）命名的；u一般有一般有2 3个个D碱基；碱基；u茎区长度常为茎区长度常为4bp；u氨基酰氨基酰tRNA聚合酶结合聚合酶结合反密码子臂反密码子臂/环（环（anti-codon arm/loop）u茎区长度常为茎区长度常为5bp的配对；的配对；u环区含有反密码

10、子（环区含有反密码子（anti-codon）；）；u负责对负责对mRNA上的密码子的识别与配对。上的密码子的识别与配对。额外臂额外臂/环（环（Extra arm/loop）u长度可变性大，从长度可变性大，从4 nt到到21 nt不等；不等；u有些有些tRNA没有额外臂没有额外臂/环；环；u连接两个区域（连接两个区域（D-反密码子臂和反密码子臂和TC-受体臂）。受体臂）。TC臂臂/环（环（TC arm/loop）u特殊的碱基特殊的碱基（假尿嘧啶）；（假尿嘧啶）；u茎区长度常为茎区长度常为5 bp的配对；的配对；u负责和核糖体上的负责和核糖体上的rRNA 识别结合；识别结合；受体臂（受体臂（acc

11、eptor arm）utRNA 的的5与与3-末末端端7bp碱碱基基配配对对形形成成的的杆杆状状结结构构和和3端未配对的端未配对的3-4个碱基所组成；个碱基所组成；u3端端的的最最后后3个个碱碱基基序序列列永永远远是是CCA，最最后后一一个个碱碱基基A的的3或或2自由羟基（自由羟基（-OH）可以被氨酰化；）可以被氨酰化；u负责携带氨基酸。负责携带氨基酸。2、tRNA的三级结构的三级结构 研研究究酵酵母母tRNAPhe、tRNAfMet和和大大肠肠杆杆菌菌tRNAfMet、tRNAArg等的三级结构，发现都呈等的三级结构，发现都呈L形折叠式形折叠式。酵母酵母tRNAphe的三级结构示意图（根据的

12、三级结构示意图（根据X-射线衍射数据绘制）。射线衍射数据绘制）。a和和b表示用不同方法构建的模型。表示用不同方法构建的模型。uD臂臂和和反反密密码码子子臂臂的的杆杆状状区区域形成了域形成了第二个双螺旋第二个双螺旋。“L”形三级结构组成特点形三级结构组成特点u受受体体臂臂和和TC臂臂的的杆杆状状区区域域构成了构成了第一个双螺旋第一个双螺旋；uTC臂臂和和D臂臂的的套套索索状状结结构构位位于于“L”的的转转折折点点，利利于于“L”结构的稳定。结构的稳定。u受受 体体 臂臂 顶顶 端端 的的 碱碱 基基 位位 于于“L”的一个端点；的一个端点；u反反密密码码子子臂臂的的套套索索状状结结构构生生成了成

13、了“L”的另一个端点。的另一个端点。“L”结构域的功能结构域的功能 在在翻翻译译过过程程中中，tRNA上上受受体体臂臂上上携携带带的的氨氨基基酸酸必必须须靠靠近近位位于于核核糖糖体体大大亚亚基基上上的的多多肽肽合合成成位位点点，而而反反密密码码子子必必须须与与小小亚基上的亚基上的mRNA相配对相配对。使得分子中两个不同的功能基使得分子中两个不同的功能基团得到最大限度分离。团得到最大限度分离。（二）（二）tRNA的功能的功能1、解读、解读mRNA的遗传信息的遗传信息2、运输的工具，运载氨基酸、运输的工具，运载氨基酸tRNA有两个关键部位：有两个关键部位：u 3端端CCA：接受氨基酸，形成氨酰：接

14、受氨基酸，形成氨酰-tRNA。u 与与mRNA结合部位结合部位反密码子部位反密码子部位tRNA凭借自身的反密码子与凭借自身的反密码子与mRNA链上的密码子链上的密码子相识别，把所带氨基酸放到肽链的一定位置。相识别，把所带氨基酸放到肽链的一定位置。（三）（三）tRNA的种类的种类1、起始、起始tRNA和延伸和延伸tRNA 能能特特异异地地识识别别mRNA模模板板上上起起始始密密码码子子的的tRNA称称起始起始tRNA，其他，其他tRNA统称为统称为延伸延伸tRNA。真真核核生生物物：起起始始密密码码子子AUG所所编编码码的的氨氨基基酸酸是是甲甲硫硫氨氨酸酸（Met），），起始起始tRNA为为Me

15、t-tRNAiMet。原原核核生生物物：起起始始密密码码子子AUG所所编编码码的的氨氨基基酸酸并并不不是是Met本本身身,而而是是甲甲酰酰甲甲硫硫氨氨酸酸（fMet），起起始始AA-tRNA为为fMet-tRNAfMet2、同工、同工tRNA 一一种种tRNA只只能能携携带带一一种种氨氨基基酸酸，但但是是一一种种氨氨基基酸酸可可被被不不止止一一种种tRNA携携带带。同同一一生生物物中中，携携带带同同一一种氨基酸的不同种氨基酸的不同tRNA称作称作同功同功tRNA。u不同的反密码子识别氨基酸不同的反密码子识别氨基酸A的同义密码；的同义密码；u携携带带的的氨氨基基酸酸相相同同而而反反密密码码子子不

16、不同同的的一一组组tRNA；u在在一一个个同同工工tRNA组组内内，所所有有tRNA均均专专一一于于相相同同的氨基酰的氨基酰-tRNA合成酶。合成酶。3、校正、校正tRNA 在在蛋蛋白白质质的的结结构构基基因因中中，一一个个核核苷苷酸酸的的改改变变可可能能使使代代表表某某个个氨氨基基酸酸的的密密码码子子变变成成终终止止密密码码子子（UAG、UGA、UAA），使使蛋蛋白白质质合合成成提提前前终终止止，合合成成无无功功能能的的或或无无意意义义的的多多肽肽，这这种种突突变变就就称称为为无无义义突突变变。此此外外，由由于于结结构构基基因因中中某某个个核核苷苷酸酸的的变变化化使使一一种种氨氨基基酸酸的的

17、密密码码子子变变为为另另一种氨基酸的密码子一种氨基酸的密码子，这种基因突变叫，这种基因突变叫错义突变错义突变。为为了了维维持持翻翻译译的的相相对对正正确确性性，生生物物体体通通过过校校正正基基因因合合成成一一类类tRNA，以以“代代偿偿”或或“校校正正”原原有有突突变变所所产产生生的的不良后果，这类不良后果，这类tRNA被称为被称为校正校正tRNA。1）无义突变校正）无义突变校正 通通过过校校正正tRNA识识别别无无义义突突变变位位点点，将将某某种种氨氨基基酸酸插插入该位点，使得多肽链继续延伸，而不中途停止。入该位点，使得多肽链继续延伸，而不中途停止。tRNA反义密码子的突变反义密码子的突变；

18、tRNA其它结构的改变；其它结构的改变；tRNA反密码子化学修饰。反密码子化学修饰。无义突变校正无义突变校正通过三个不同的途径进行：通过三个不同的途径进行：2）错义突变校正错义突变校正 校校正正tRNA识识别别错错义义突突变变位位点点，通通过过插插入入原原来来的的氨氨基基酸酸或或其其它它的的氨氨基基酸酸而而校校正正错错义义突突变变，从从而而能能完完全全恢恢复复或部分恢复蛋白质活性或部分恢复蛋白质活性。tRNA反密码子发生突变反密码子发生突变，tRNA其其他他的的结结构构变变化化或或是是氨氨酰酰tRNA合合成成酶酶的的突突 变而改变了其荷载氨基酸的变化。变而改变了其荷载氨基酸的变化。有两种方式可

19、以形成校正有两种方式可以形成校正tRNA：3）校正突变的特点：）校正突变的特点：不不是是所所有有终终止止密密码码子子的的校校正正都都产产生生有有功功能能的的蛋蛋白白质质，起起到到校校正正的的作作用用关关键键是是要要看看氨氨基基酸酸取取代代的的情情况。况。校校正正的的作作用用不不可可能能是是完完全全的的，校校正正的的效效率率很很低低，通常为通常为15%。4、氨酰、氨酰-tRNA（AA-tRNA）合成酶）合成酶（AARS）AA-tRNA合合成成酶酶：是是一一类类催催化化氨氨基基酸酸与与tRNA结结合合的特异性酶。的特异性酶。其反应式如下：其反应式如下：实际上包括实际上包括两步两步反应：反应：第一步

20、第一步是氨基酸活化生成酶是氨基酸活化生成酶-氨基酰腺苷酸复合物。氨基酰腺苷酸复合物。第二步第二步是氨酰基转移到是氨酰基转移到tRNA 3 末端腺苷残基的末端腺苷残基的2 或或3-羟基上。羟基上。研究发现，被错误活化的氨基酸不会被结合到相应的研究发现，被错误活化的氨基酸不会被结合到相应的tRNA上，而是被酶本身水解，即活化阶段产生的误差在后一阶上，而是被酶本身水解，即活化阶段产生的误差在后一阶段被再次校正了。段被再次校正了。三、核糖体三、核糖体 核核 糖糖 体体 是是 由由 几几 十十 种种 蛋蛋 白白 质质 和和 多多 种种 核核 糖糖 体体RNA（ribosomal RNA，rRNA）所所组

21、组成成的的亚亚细细胞胞颗颗粒。粒。真真核核生生物物：所所有有正正在在进进行行蛋蛋白白质质合合成成的的核核糖糖体体都都不不是是在在细细胞胞质质内内自自由由漂漂浮浮，而而是是直直接接或或间间接接与与细细胞胞骨骨架架结结构构有有关关联联或或者与内质网膜结构相连的。者与内质网膜结构相连的。原原核核生生物物：细细菌菌核核糖糖体体大大都都通通过过与与mRNA相相互互作作用用，被被固固定在核基因组上。定在核基因组上。（一）核糖体的结构（一）核糖体的结构 核核糖糖体体是是一一个个致致密密的的核核糖糖核核蛋蛋白白颗颗粒粒，可可解解离离为为大大、小小两两个个亚亚基基，每每个个亚亚基基都都含含有有rRNA和和许许多

22、多不不同的同的蛋白质蛋白质分子。分子。真核生物：真核生物：核糖体中核糖体中RNA占占3/5，蛋白质占，蛋白质占2/5。原核生物：原核生物：核糖体由约核糖体由约2/3的的RNA及及1/3的蛋白质组成。的蛋白质组成。原核生物、真核生物的核糖体在组成上存在着很大差异。原核生物、真核生物的核糖体在组成上存在着很大差异。原原核核与与真真核核细细胞胞核核糖糖体体的的组组成成比比较较核糖体蛋白质核糖体蛋白质rRNA 按特定的顺序形成完整的核糖体按特定的顺序形成完整的核糖体（二）核糖体的功能（二）核糖体的功能核糖体是翻译进行的场所核糖体是翻译进行的场所-合成多肽合成多肽/蛋白质蛋白质。在在单单个个核核糖糖体体

23、上上，含含有有多多个个功功能能活活性性中中心心，在在蛋蛋白白质质合合成成过过程程中中各各有有专专一一的的识识别别作作用用和和功功能能。核核糖糖体体上上至少有至少有5个活性中心个活性中心。umRNA结合部位结合部位 小亚基小亚基u结合或接受结合或接受AA-tRNA部位（部位（A位位）大亚基大亚基u结合或接受肽基结合或接受肽基tRNA的部位的部位大亚基大亚基u肽基转移部位（肽基转移部位（P位位）大亚基大亚基u形成肽键的部位（形成肽键的部位（转肽酶中心转肽酶中心）大亚基大亚基此外，还有负责肽链延伸的各种延伸因子的结合位点。此外，还有负责肽链延伸的各种延伸因子的结合位点。核核糖糖体体小小亚亚基基负负责

24、责对对模模板板mRNA进进行行序序列列特特异异性性识识别别；大大亚亚基基负负责责携携带带氨氨基基酸酸及及tRNA的的功功能能，肽肽键键的的形形成成、AA-tRNA、肽肽基基-tRNA的的结结合合等等，A位位、P位位、转转肽肽酶酶中中心心等等主主要在大亚基上。要在大亚基上。第二节第二节 蛋白质的合成蛋白质的合成（Protein Synthesize）蛋白质的合成过程包括：蛋白质的合成过程包括：氨基酸活化氨基酸活化肽链的起始肽链的起始肽链的伸长肽链的伸长肽链的终止肽链的终止多肽链的加工和折叠多肽链的加工和折叠一、原核生物蛋白质合成过程一、原核生物蛋白质合成过程（细菌）（细菌）（一）氨基酸的活化（一

25、）氨基酸的活化 在在氨氨酰酰-tRNA合合成成酶酶的的作作用用下下生生成成活活化化氨氨基基酸酸AA-tRNA。氨基酸氨基酸+tRNA氨基酰氨基酰-tRNAATP AMPPPi氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶u氨酰氨酰-tRNA的表示方法：的表示方法：Ala-tRNAAla Ser-tRNASerMet-tRNAMet u起始密码子：起始密码子：AUG（多数）或（多数）或 GUG（少数）（少数）u起始氨基酸是：起始氨基酸是：甲酰甲硫氨酸甲酰甲硫氨酸u起始起始AA-tRNA是：是：N-甲酰甲硫氨酰甲酰甲硫氨酰-tRNA fMettRNAfMetu起始起始tRNA是：是：tRNAfMet活化活化活

26、化活化步骤步骤步骤步骤分为两步：分为两步：分为两步：分为两步：第一步：第一步：第一步：第一步：1、起始密码子与起始、起始密码子与起始 tRNA2、内部、内部AUG和和GUG密码子的识别密码子的识别u延伸延伸tRNA：tRNAMet和和tRNAValu延伸延伸AA-tRNA：Met-tRNAMet和和Ala-tRNAValu合成氨基酸：合成氨基酸：甲硫氨酸（甲硫氨酸（AUG）和和缬氨酸缬氨酸（GUG）起始起始tRNAfMet和延伸和延伸tRNAMet 在在结构上存在差异结构上存在差异，结，结构上的差异保证了正确的识别！构上的差异保证了正确的识别！(二二)翻译的起始（翻译起始复合物形成）翻译的起始

27、（翻译起始复合物形成）umRNA：模板和核糖体识别：模板和核糖体识别（SD序列）序列）u核糖体：核糖体：30S小亚基、小亚基、50S大亚基大亚基u活化的起始活化的起始tRNA：fMet-tRNAfMetu翻译起始因子翻译起始因子（Initiation factor,IF）：IF-1、IF-2、IF-3u其他：其他：GTP、Mg2+1、所需成分（细菌）：、所需成分（细菌）：2、SD序列序列 SD序序 列列：Shine和和 Dalgarno发发 现现，起起 始始 密密 码码 子子 上上 游游约约4-10个个核核苷苷酸酸处处一一段段富富含含嘌嘌呤呤的的序序列列，可与可与16S rRNA 3-OH核苷

28、酸互补。核苷酸互补。保守序列为保守序列为：5-AGGAPuPu-33、翻译起始因子（、翻译起始因子（Initiation factor,IF）IF1：阻止阻止tRNA进入进入A位。位。IF2：生生成成IF2.GTP.fMet-tRNAfmet复复合合物物，催催化化起起始始tRNA进入核糖体小亚基进入核糖体小亚基P位，反密码子与密码子结合。位，反密码子与密码子结合。IF3：具有解离活性，使具有解离活性，使70S核糖体解离为核糖体解离为30S和和50S亚亚 基；基；定义定义：参与蛋白质生物合成起始的蛋白因子。：参与蛋白质生物合成起始的蛋白因子。原核生物中原核生物中IF的种类和功能的种类和功能：1、

29、30S核糖体小亚基与起始因子IF3相结合，使得核糖体大小亚基分离；IF-1进入A位；IF-2-GTP与IF-1结合；30S小亚基通过SD序列与mRNA模板相结合。翻译起始翻译起始(翻译起始复合物形成翻译起始复合物形成)又可被分成又可被分成3步：步：IF-2GTPA U G53IF-1IF-32、在IF-2和GTP的帮助下，fMet-tRNAfMet进入小亚基的P位，tRNA上的反密码子与mRNA上的起始密码子配对。A U G53IF-1IF-2GTPIF-33、IF3被释放，50S大亚基与带有tRNA、mRNA和2个翻译起始因子的小亚基复合物结合，IF-2水解GTP，释放IF-1和IF-2因子

30、。A U G53IF-3IF-2GTPGDPPiIF-170S起始复合物A U G53IF-2GTPIF-2-GTPGDPPi原核生物：30S小亚基首先与mRNA模板相结合，再与fMet-tRNAfMet结合，最后与50S大亚基结合，形成70S的起始复合物。IF-1IF-3(三三)肽链的延伸肽链的延伸u肽链的延伸以氨酰肽链的延伸以氨酰-tRNA进入进入70S复合物的复合物的A位为标志。位为标志。u延延伸伸过过程程由由许许多多循循环环组组成成，每每加加一一个个氨氨基基酸酸就就是是一一个个循循环环，每每个个循循环环包包括括：AA-tRNA与与核核糖糖体体结结合合（进进位位）、肽肽键键的的生生成成（

31、转转位位）和和tRNA与与mRNA相相对对核核糖体的移动糖体的移动（移位）（移位）。肽链延伸的基本要求肽链延伸的基本要求：v 完整的起始复合物；完整的起始复合物；v 氨基酰氨基酰-tRNA；v 延伸因子（延伸因子（Elongation factor，EF）；v GTP。延伸因子（延伸因子（Elongation factor，EF）EF-T(EF-Tu,EF-Ts)：氨基酸转运：氨基酸转运EF-Tu：EF-Tu-GTP结结合合AA-tRNA（延延伸伸tRNA）进入核糖体进入核糖体A位与位与mRNA结合。结合。EF-Ts：EF-Ts可以帮助可以帮助EF-Tu恢复活性。恢复活性。EF-G：具具有有转

32、转位位酶酶活活性性，促促进进核核蛋蛋白白体体向向mRNA的的3侧侧移移动动，从从而而使使肽肽基基-tRNA从从核核糖糖体体的的A位位向向P位移动。位移动。定义定义：参与蛋白质生物合成中肽链延伸的蛋白因子。：参与蛋白质生物合成中肽链延伸的蛋白因子。原核生物中原核生物中EF的种类和功能的种类和功能：1、AA-tRNA与核糖体与核糖体A位点的结合位点的结合（进位）（进位）需要消耗需要消耗GTP，并需，并需EF-Tu、EF-Ts两种延伸因子两种延伸因子 氨氨基基酰酰-tRNA首首先先与与EF-Tu-GTP复复合合物物相相结结合合，形形成成氨氨基基酰酰-tRNA-EF-Tu-GTP复复合合物物并并与与7

33、0S起起始始复复合合物物中中的的A位位点点相相结结合合。此此时时，GTP水水解解并并释释放放EF-Tu-GDP复合物。复合物。延伸因子延伸因子EF-Ts再生再生GTP，形成形成EF-Tu-GTP复合物重复合物重新参与下一轮循环新参与下一轮循环2、肽键形成（、肽键形成（转位转位）由转肽酶由转肽酶/肽基转移酶催化肽基转移酶催化肽肽键键形形成成之之初初，两两个个氨氨基基酸酸仍仍然然分分别别与与各各自自的的tRNA相相结结合合，仍仍然然分分别别位位于于A位位点点和和P位位点点上。上。A位位点点上上的的氨氨基基酸酸中中的的-氨氨基基作作为为亲亲核核基基团团取取代代了了P位位点点上上的的tRNA，并并与与

34、起起始始氨氨基基酸酸中中的的COOH基团形成肽键。基团形成肽键。3、移位移位核核糖糖体体向向mRNA的的3方方向向移移动动一一个个密密码码子子，使使得得带带有有第第二二个个氨氨基基酸酸（现现为为二二肽肽）的的tRNA从从A位位进进入入P位位，并并使使第第一一个个tRNA从从P位位进入进入E位，空出位，空出A位。位。需要消耗需要消耗GTP，并需，并需EF-G延伸因子延伸因子fMetA U G53fMetTuGTP肽链延伸可被分为进位、转位和移位等三个步骤。只有只有fMet-tRNAfMet能与能与P位点相结合，其它所有位点相结合，其它所有tRNA都必须通都必须通过过A位点到达位点到达P位点，再由

35、位点，再由E位点离开核糖体。位点离开核糖体。（四）肽链的终止（四）肽链的终止（2）70S核核糖糖体体解解离离成成30S和和50S两个亚基。两个亚基。当当终终止止密密码码子子进进入入核核糖糖体体A位位点点时时，在在释释放放因因子子(Relieve factor，RF)的作用下：的作用下：（1）水水解解末末端端肽肽基基tRNA，释释放新生肽和放新生肽和tRNA；释放因子释放因子（Relieve factor，RF）RF1：识别终止密码子：识别终止密码子UAA和和UAGRF2：识别终止密码子：识别终止密码子UAA和和UGARF3：具：具GTP酶活性，刺激酶活性，刺激RF1和和 RF2活性，协助肽链的

36、释放。活性，协助肽链的释放。APE30S 5mRNAFree tRNAPolypeptideReleasefactorRibosomalSubunitsRFGTP肽链的终止过程肽链的终止过程思考：思考：蛋白质合成是一个高能耗能的过程，蛋白质蛋白质合成是一个高能耗能的过程，蛋白质合成过程中哪些步骤需要合成过程中哪些步骤需要GTP的水解作用？的水解作用？二、真核生物蛋白质合成过程二、真核生物蛋白质合成过程 真真核核生生物物蛋蛋白白质质合合成成过过程程类类似似于于原原核核细细胞胞的的蛋蛋白白质质生生物物合合成成过过程程，最最大大的的区区别别在在于于翻翻译译起起始始复复合合物物形形成成，以以及及各各阶

37、阶段段所所使使用用的的蛋蛋白白质质因因子子的的种种类类和和数数量量的不同。的不同。（一）真核生物蛋白质的合成起始特点（一）真核生物蛋白质的合成起始特点 核糖体核糖体80S，由，由40S和和60S两个亚基组成。两个亚基组成。有较多的翻译有较多的翻译起始因子起始因子 mRNA 5端端具具有有m7Gppp帽帽子子结结构构，3端端poly(A)尾巴结构，两者都参与起始复合物的形成尾巴结构，两者都参与起始复合物的形成 起始起始tRNA为为Met-tRNAiMet，不甲酰化，不甲酰化 mRNA是单顺反子是单顺反子eIF5B：替换因子：替换因子 真核生物中翻译起始因子的种类和功能：真核生物中翻译起始因子的种

38、类和功能：eIF4B、eIF4F：识别帽子结构：识别帽子结构eIF4E、eIF4A：形成复合体：形成复合体eIF6、eIF3、eIF4C：结合核糖体的亚基：结合核糖体的亚基Eif2、Eif2b：输送起始：输送起始tRNA真核生物翻译起始复合物形成真核生物翻译起始复合物形成(区别原核生物区别原核生物)原原核核生生物物：30S小小亚亚基基首首先先与与mRNA模模板板相相结结合合，再再与与fMet-tRNAfMet结结合合，最最后后与与50S大大亚亚基基结结合合，形形成成70S起始复合物。起始复合物。真真核核生生物物：40S小小亚亚基基首首先先与与Met-tRNAiMet相相结结合合，再再与与模模板

39、板mRNA结结合合，最最后后与与60S大大亚亚基基结结合合生生成成80S起起始复合物。始复合物。原核生物翻译起始原核生物翻译起始复合物形成过程复合物形成过程Internal Initiation modelA U G53IF-2GTPIF-2-GTPGDPPiIF-1IF-3真核生物翻译起始真核生物翻译起始复合物形成过程复合物形成过程17mGpppGAAAAAAAAAPABP4G4AAUGAGU4EAPE60S5432Scanning model4B23M1A40S5BM（二）肽链的延伸和终止（二）肽链的延伸和终止延伸延伸：真核生物肽链的延伸需要真核生物肽链的延伸需要EF-1和和EF-2两个两

40、个延伸因子延伸因子终止终止：真核生物只有一个终止因子（：真核生物只有一个终止因子（eRF）原核生物延伸因子：原核生物延伸因子：EF-T(EF-Tu,EF-Ts)、EF-G原核生物终止因子：原核生物终止因子：RF1、RF2、RF3三、三、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。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

41、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）蛋白质前体的加工二硫键的形成二硫键的形成3、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（如组蛋白）（如组蛋白）、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

42、基中的4种化学修饰种化学修饰蛋白质的磷酸化蛋白质的磷酸化 4、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

43、活性的多聚蛋白质，经蛋白：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。酶切割后成为有功能成熟蛋白。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蜂毒蛋白只有经蛋白酶水解切除蜂毒蛋白只有经蛋白酶水解切除N-端的端的22个氨基酸以后才有个氨基酸以后才有生物活性。生物活性。蛋白质拼接图解蛋白质拼接图解5、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uCyto

44、chrome C只只有有与与血血红红素素（heme）相相结结合合才才有有功功能。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例例如如：成成人人血血红红蛋蛋白白由由两两条条链链，两两条条链链及及四四分分子子血血红素所组成。红素所组成。（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。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

45、构酶（protein disulfide isomerase，PDI)：B、分子伴侣（、分子伴侣（Molecular chaperone）定定义义：细细胞胞内内帮帮助助新新生生肽肽链链正正确确组组装装为为成成熟熟蛋蛋白白质质，而而本本身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

46、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。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：可促进多种多肽链的折叠或者阻止多肽的错

47、误折叠。可促进多种多肽链的折叠或者阻止多肽的错误折叠。和和部部分分折折叠叠或或没没有有折折叠叠的的蛋蛋白白质质分分子子结结合合，稳稳定定其其构构象象，免免遭遭其其它它酶酶的的水水解解或或促促进进蛋蛋白白质质折折叠叠成成正正确确的的空间结构。空间结构。四、蛋白质合成抑制剂四、蛋白质合成抑制剂第三节第三节 蛋白质的运转机制蛋白质的运转机制（Mechanism of Protein transport）细细胞胞各各部部分分都都有有特特定定的的蛋蛋白白质质组组分分，因因此此合合成成的的蛋蛋白白质质必必须须准准确确无无误误地地定定向向运运送送才才能能保保证证生生命命活活动的正常进行。动的正常进行。蛋蛋白

48、白质质的的合合成成和和运运转转是是同同时时发发生生的的，则则属属于于翻翻译译运运转转同同步步机机制制；若若蛋蛋白白质质从从核核糖糖体体上上释释放放后后才才发发生运转，则属于生运转，则属于翻译后运转机制翻译后运转机制。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一、翻译一、翻译-运转同步运转同步（

49、co-translational translocation）（一）信号肽假说（一）信号肽假说 认认为为编编码码分分泌泌蛋蛋白白的的mRNA在在翻翻译译时时首首先先合合成成的的是是N-末末端端带带有有疏疏水水氨氨基基酸酸残残基基的的信信号号肽肽，它它被被内内质质网网膜膜上上的的受受体体识识别别并并与与之之相相结结合合。信信号号肽肽经经由由膜膜中中蛋蛋白白质质形形成成的的孔孔道道到到达达内内质质网网内内腔腔，随随即即被被位位于于腔腔表表面面的的信信号号肽肽酶酶水水解解，由由于于它它的的引引导导，新新生生的的多多肽肽就就能能够够通通过过内内质质网网膜膜进进入入腔腔内内，最最终终被被分分泌泌到到胞胞

50、外外。翻翻译译结结束束后后，核核糖糖体体亚亚基基解解聚聚、孔孔道道消消失失，内内质质网网膜膜又又恢恢复复原原先的脂双层结构。先的脂双层结构。信号序列特点：信号序列特点：（1）一般带有）一般带有10-15个个疏水氨基酸疏水氨基酸；（2）在在靠靠近近该该序序列列N-端端常常常常有有1个个或或数数个个带带正正电电荷荷的的氨氨基酸基酸；（3）在在其其C-末末端端靠靠近近蛋蛋白白酶酶切切割割位位点点处处常常常常带带有有数数个个极极性性氨氨基基酸酸，离离切切割割位位点点最最近近的的那那个个氨氨基基酸酸往往往往带带有有很短的侧链（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