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1、蛋白质的生物合成（翻译）,第十二章,Protein Biosynthesis (Translation),第一节 蛋白质生物合成体系,Protein Biosynthesis System,基本原料：20种编码氨基酸 模板：mRNA 适配器：tRNA 装配机：核蛋白体 主要酶和蛋白质因子： 能源物质：ATP、GTP 无机离子：Mg2+、 K+,蛋白质生物合成体系,一、模板-mRNA,（一）结构,从mRNA 5-端起始密码子AUG到3-端终止密码子之间的核苷酸序列，称为开放阅读框架(open reading frame, ORF)。,原核生物的多顺反子,真核生物的单顺反子,（二）遗传密码,在mR
2、NA的开放阅读框架区，以每3个相邻的核苷酸为一组，代表一种氨基酸(或其他信息)，这种三联体形式的核苷酸序列称为密码子。,1、密码子（codon）,起始密码：AUG,终止密码：UAA，UAG，UGA,遗传密码：64种,有意义密码：61种,遗传密码表,2、遗传密码的特点,1. 方向性,2. 连续性,基因损伤引起mRNA阅读框架内的碱基发生插入或缺失，可能导致框移突变。,3. 简并性,除色氨酸和甲硫氨酸仅有1个密码子， 其余氨基酸有2、3、4个或多至6个三联体为其编码。,各种氨基酸的密码子数目,4. 通用性,已发现少数例外，如动物细胞的线粒体、植物细胞的叶绿体。,U,3 2 1,1 2 3,摆动配对
3、,5. 摆动性,5. 摆动性,mRNA上密码子的前两位碱基与反密码子严格遵守碱基配对规律，而密码子的第三位碱基与反密码子的第一位碱基并不严格遵守碱基配对规律，称为摆动配对。,二、场所-核蛋白体,（一）组成,不同细胞核蛋白体的组成,核蛋白体的组成,原核生物核蛋白体结构模式,原核生物翻译过程中核蛋白体结构模式:,A位：氨基酰位 (aminoacyl site),P位：肽酰位 (peptidyl site),E位：排出位 (exit site),1.mRNA与小亚基结合，大亚基上有转肽酶的活性。 2.存在三个位点：P位，A位，E位。 3. 核蛋白体对进入的氨基酰-tRNA 具有校正作用。,（二）核蛋
4、白体的特点,三、适配器-tRNA,二级结构,三级结构,反密码环,氨基酸臂,（一）tRNA的构象,三、适配器-tRNA,（二）tRNA的作用,1、运载氨基酸 2、充当“适配器”：每种tRNA的反密码子决定了所携带的氨基酸能准确地在mRNA上对号入座。,四、酶类、蛋白质因子等,（一）重要的酶类,氨基酰-tRNA合成酶 转肽酶(peptidase) 转位酶(translocase),（二）蛋白质因子,起始因子（initiation factor，IF） 延长因子（elongation factor，EF） 释放因子（release factor，RF）,参与原核生物翻译的各种蛋白质因子及其生物学功能
5、,参与真核生物翻译的各种蛋白质因子及其生物学功能,ATP、GTP，Mg2+、K+ 等。,（三）能源物质及离子,第二节 氨基酸的活化,Activation of Amino Acids,（一）概念 氨基酸与特异的tRNA结合形成氨基酰-tRNA的过程称为氨基酸的活化。,（二）反应过程,2、氨基酰-tRNA合成酶对底物氨基酸和tRNA都有高度特异性。,氨基酰-tRNA合成酶的特性,1、每活化一个氨基酸需要消耗2个高能磷酸键,3、氨基酰-tRNA合成酶具有校正活性。,（三）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-tRN
6、A： Met-tRNAMet,氨基酸的三字母缩写-tRNA氨基酸的三字母缩写,例如：,tRNA,二、起始氨基酰-tRNA,起始氨基酰-tRNA: Met-tRNAiMet,参与肽链延长的甲硫氨酰-tRNA：Met-tRNAMet,1、真核生物,2、原核生物,起始氨基酰-tRNA: fMet-tRNAfMet （N甲酰甲硫氨酰tRNA）,第三节 肽链的生物合成过程,The Biosynthesis Process of Peptide Chain,一、原核生物的肽链合成过程,（一）起始,IF-1 IF-2 IF-3,IF-3,IF-1,1.核蛋白体大小亚基分离,IF-3,IF-1,2.mRNA在
7、小亚基定位结合,S-D序列 （Shine-Dalgarno）,S-D序列 （Shine-Dalgarno）,在各种原核mRNA起始密码子AUG上游约8-13个核苷酸部位，存在4-9个核苷酸一致的序列，富含嘌呤碱基，如AGGAGG-称为S-D序列（Shine-Dalgarno）,S-D序列 （Shine-Dalgarno）,IF-3,IF-1,3.起始氨基酰tRNA(fMet-tRNAfMet )结合到小亚基,氨基酰tRNA与GTP,IF-2形成复合物，结合在P位。,IF-3,IF-1,IF-2,GTP,GDP,Pi,4.核蛋白体大亚基结合，起始复合物形成,IF-1 占据A位，防止结合其它tRN
8、A。 IF-2 促进起始氨酰tRNA与小亚基结合，并具有GTP酶活性。 IF-3 维持核蛋白体大小亚基的分离。,IF-3,IF-1,IF-2,-GTP,GDP,Pi,起始复合物形成过程,（二）延长,EF-Tu EF-Ts EF-G,1. 进位,又称注册(registration)， 是指一个氨基酰-tRNA按照mRNA模板的指令进入并结合到核蛋白体A位的过程。,进位需要延长因子EF-Tu与EF-Ts参与。,Tu,Ts,GTP,GDP,Tu,Ts,GTP,进位的反应过程：,2.成肽,是由转肽酶催化的肽键形成过程。 成肽反应在A位上进行。,成肽的反应过程,3. 转位,3. 转位,延长因子EF-G有
9、转位酶活性，可结合并水解1分子GTP，促进核蛋白体向mRNA的3侧移动。这种相对位移造成合成的二肽酰tRNA进入P位。,（二）延长,EF-Tu 协助氨基酰tRNA进入A位，并具有GTP酶活性。 EF-Ts 结合并促进GDP释放，利于 EF-Tu再利用 。 EF-G具有转位酶的活性。,fMet,fMet,成肽转位下一轮进位,肽链合成延长(核蛋白体循环)过程,（三）终止,RF-3有GTP酶活性。,释放因子的功能：,识别终止密码子,RF-1特异识别UAA、UAG； RF-2特异识别UAA、UGA。,诱导转肽酶转变为酯酶活性,原核肽链合成终止过程,当mRNA终止密码子出现在A位，不再有任何氨基酰tRN
10、A进入，RF进入A位识别终止密码子。 诱导转肽酶改变为酯酶活性，使肽链从核蛋白体上释放。 GTP供能，tRNA,mRNA,RF与核蛋白体分离，大小亚基分离，重新参与蛋白质合成过程。,终止阶段,原核肽链合成终止过程：,肽链合成所需能量计算,fMet-Ser-Glu,起始,延长,终止,活化,1个GTP,2个GTP*2,1个GTP,2个ATP*3,12个高能磷酸键,二、真核生物的肽链合成过程,（一）起始,2. 起始氨基酰tRNA是甲硫氨酰tRNA。,3.氨基酰tRNA先与小亚基结合，再与mRNA结合。,4. 依靠帽子结构与CBP，Ploy与PABP结合，使mRNA在小亚基中准确定位。,1. 起始因子
11、为eIF.,（二）延长,2. 没有E位。,1. 延长因子不同。,（三）终止,终止因子只有一种eRF，识别UAA,UAG,UGA,原核生物与真核生物肽链合成过程的主要差别,第四节 蛋白质翻译后修饰和靶向输送,Posttranslational Modification and Targeting Transfer of Protein,一、多肽链折叠为天然构象的蛋白质,（一）自发折叠成能量最低的空间结构,（二）大分子的帮助,分子伴侣 蛋白质二硫键异构酶 肽-脯氨酰顺反异构酶,二、一级结构修饰,（一）肽链N端的修饰 （二）个别氨基酸的共价修饰,1糖基化 2羟基化 3甲基化 4磷酸化 5二硫键形成 6亲脂性修饰,例：鸦片促黑皮质素原(POMC)的水解修饰,（三）多肽链的水解修饰,三、空间结构的修饰,（一）亚基聚合,（二）辅基连接,四、合成后蛋白质可被靶向输送至细胞特定部位,蛋白质在核蛋白体上合成后，必须分选出来，定向输送到一个合适的部位才能行使各自的生物学功能。蛋白质的靶向输送与翻译后修饰过程同步进行。,新生蛋白质的去向：,第五节 蛋白质生物合成的干扰和抑制,Interference and Inhibition of Protein Biosynthesis,四环素族,干扰素的作用机制:,1. 干扰素诱导eIF2磷酸化而失活,2. 干扰素诱导病毒RNA降解,