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1、蛋白质生物合成, 翻译及翻译后过程,将存在于mRNA上代表一个多肽的核苷酸残基序列转换为多肽链氨基酸残基序列的过程,翻译（Translation ）,参与蛋白质生物合成的物质,三种RNAmRNA、rRNA、tRNA 20种氨基酸（AA）作为原料 酶及众多蛋白因子，如IF、eIF ATP、GTP、无机离子,CAACUGCAGACAUAUAUGAUACAAUUUGAUCAGUAU,5,3,-Gln-Leu-Gln-Thr-Tyr-Met-Ile-Gln-Phe-Asp-Gln-Tyr-,一、生物合成的模板mRNA,遗传密码(genetic code)能编码蛋白质氨基酸序列的基因中的核苷酸体系,mR
2、NA分子上从53方向，由起始密码子AUG开始，每3个核苷酸组成的三联体，决定肽链上某一个氨基酸或蛋白质合成的起始、终止信号，称为三联体密码。,密码子,起始密码： AUG 终止密码： UAA、UAG、UGA,遗传密码的性质,简并性：指一个氨基酸具有2个或2个以上的密码子 摆动性：密码子与反密码子配对，有时会出现不遵从碱基配对规律的情况，称为遗传密码的摆动现象 通用性：除个别细胞器的特殊密码子外，蛋白质生物合成的整套密码，从简单生物到人类都通用 连续性：mRNA的读码方向从53，两个密码子之间无任何核苷酸隔开 偏爱性：密码子使用频率的差异,阅读框架(reading frames),开放阅读框(op
3、en reading frame, ORF): 从起始密码AUG到终止密码处的正确可阅读序列,原核生物mRNA的特点,S-D序列：原核生物mRNA起始密码AUG上游813核苷酸处，存在一段5-UAAGGAGG-3的保守序列，称为S-D序列。是mRNA与核蛋白体识别、结合的位点,真核生物mRNA的特点,真核生物没有S-D序列，靠帽子结构识别核糖体 真核生物的起始密码位于Kozak序列（CCACCAUGG）中，增加翻译起始的效率,二、生物合成的场所 核蛋白体(Ribosomes),核蛋白体蛋白及rRNA的组成特点,小亚基与mRNA的结合,大亚基,P位(peptidyl site) ：结合肽酰tRN
4、A的部位 A位(aminoacyl site) ：结合氨基酰tRNA的部位 E位(exit site) ：排出位,P位 A位,三、氨基酸的活化与转运tRNA,A C C,氨基酸臂,反密码环,氨基酸的活化,氨基酰-tRNA合成酶(aminoacyl-tRNA synthetase),氨基酸 ATP-E 氨基酰-AMP-E PPi,氨基酰-AMP-E tRNA 氨基酰-tRNA AMP E,蛋白质的生物合成的过程,氨基酸的活化 多肽链合成的起始 肽链的延长 肽链的终止和释放 蛋白质合成后的加工修饰,一、肽链合成起始(initiation),甲硫氨酰tRNA与mRNA结合到核蛋白体上，生成翻译起始复
5、合物,（一）原核生物翻译起始,核蛋白体大小亚基分离起始因子 IF3 、IF1介导，利于小亚基与mRNA，fMet-tRNAfMet结合 mRNA在小亚基定位结合通过5端S-D序列(AGGA)配对结合到核蛋白体小亚基上的16S-rRNA近3-末端处(UCCU) 起始氨基酰-tRNA的结合fMet-tRNAifMet和IF-2及GTP形成复合物 核蛋白体大亚基结合70S起始复合物形成,起始氨基酰tRNA(fMet-tRNAfmet)结合到小亚基上 核蛋白体大亚基结合,起始因子IF和eIF,原核：起始因子 三种； IF-l、2和3 真核：起始因子 十种； eIF 翻译起始： 1）IF-3 结合核蛋白
6、体30S亚基，使大、小亚基拆离 2）IF-1协助IF-3结合和亚基拆离 3）单独的30S亚基易于与mRNA及起始tRNA结合 4）IF-2促进fMet-tRNA结合mRNA及核蛋白体,（二）真核生物翻译起始复合物形成,起始因子eIF3结合到核糖体（80S）的小亚基（40S）上，使大亚基（60S）与小亚基解离 甲硫酰tRNA（ Met-tRNAimet ）结合 mRNA结合（需帽结合蛋白CBP）,真核生物翻译起始复合物形成过程,二、肽链合成延长,根据mRNA密码序列的指导，顺序添加的氨基酸从N端向C端延伸肽链，直到合成终止的过程,肽链延长在核蛋白体上连续性循环式进行，又称为核蛋白体循环(ribo
7、somal cycle)，每次循环增加一个氨基酸,进位(entrance)/注册（registration） 成肽(peptide bond formation) 转位(translocation),延伸过程所需蛋白因子延长因子 (elongation factor, EF),又称注册(registration),（一）进位,指根据mRNA下一组遗传密码指导，使相应氨基酰-tRNA进入核蛋白体A位。,延长因子EF-T催化进位（原核生物）,（二）成肽,转肽酶(transpeptidase)催化形成肽键,（三）转位（Translocation）,延长因子EF-G有转位酶活性，结合并水解GTP，使核
8、蛋白体向mRNA的3侧移动,三、肽链合成终止 （Termination）,终止密码的辨认及肽链从肽酰-tRNA水解出。 mRNA从核蛋白体中分离及大小亚基的拆开 终止过程需释放因子(RF）。,释放因子(release factor, RF)：与肽链合成终止相关的蛋白因子,识别终止密码，如RF-1特异识别UAA、UAG；而RF-2可识别UAA、UGA 诱导转肽酶改变为酯酶活性，催化肽酰基转移到-OH上，使肽链从核蛋白体上释放。,原核生物释放因子：RF-1，RF-2，RF-3 真核生物释放因子：eRF,四、核蛋白体循环 多聚核蛋白体 (polysome),细胞内一条mRNA链上结合着多个核糖体 每
9、个核糖体都独立完成一条多肽链的合成 蛋白质合成高速、高效进行,蛋白质生物合成的调节,阅读框架的漂移、重叠和5-AUG的作用 翻译错误：氨基酰合成酶校正 RNA的结构：帽子、poly (A)尾、空间结构 蛋白质生物合成阻断剂： 抗生素类大环内酯类、氯霉素、氨基糖苷类、四环素 抗代谢药物抗肿瘤药 其他生物活性物质白喉毒素、干扰素,四环素族,干扰素的作用机理,1. 干扰素诱导eIF2磷酸化而失活,2. 干扰素诱导病毒RNA降解,蛋白质合成后的折叠,折叠(folding):蛋白质可凭借相互作用在细胞环境（特定的酸碱度、温度等）下，进行自我组装 蛋白质自发获得成熟的构型自我装配 需要辅助蛋白协助分子伴侣
10、,分子伴侣（molecular chaperones）,一类在序列上没有相关性但有共同功能的蛋白质。在细胞内帮助其他含多肽的结构完成正确的组装，且在组装完毕后与之分离，不构成这些蛋白质结构执行功能时的组份,作用 蛋白合成开始时，防止新生肽链在未完成折叠之前相互聚合，帮助蛋白质获得最初的正确结构 封闭所暴露出来的疏水区段，为蛋白质折叠创造无干扰的隔离环境 识别错误折叠的变性新蛋白，帮助复性或使其降解,应激蛋白70家族（heat-shock protein 70）：参与蛋白质的从头折叠、跨膜运输、错误折叠多肽的降解及其调控过程 伴侣素系统（chaperonin system）:具有独特的双层环状结
11、构的寡聚蛋白，以依赖ATP的方式为非自发性折叠蛋白质提供能折叠形成天然空间构象的微环境,分子伴侣的分类及作用,翻译后的加工修饰,新和成的多肽只有经过细胞内各种修饰处理后才能成为有活性的成熟蛋白质翻译后加工,蛋白质氨基酸侧链的微小改变 特定氨基酸残基上添加体积较大的基团 剪切 从新生肽链上去除不等的氨基酸残基,常见的加工修饰方式,（一）侧链氨基酸的微小修饰： 二硫键的形成和正确配对蛋白质合成后通过两个半胱氨酸的氧化作用生成 甲基化、糖基化、磷酸化及乙酰化等化学修饰,（二）剪切和剪接加工,新生肽链N端fMet或Met的切除 剪切 直接从新生肽链上除去不等的氨基酸残基 分泌型蛋白的信号肽的切除 前体
12、蛋白加工：切除前体蛋白的一端肽段；去除蛋白内含子 活性肽的剪切释放：一条已合成的多肽链经翻译加工后生成不同活性的蛋白质或多肽 剪接 蛋白质前体通过多肽剪除某些氨基酸片段，再以一定的顺序结合起来生成成熟有活性的蛋白质,鸦片促黑皮质素原(POMC)的水解修饰,（三）添加化学基团（化学编辑）,蛋白质的脂酰化酰基转移酶催化脂肪酸与肽链中的Ser的羟基以酯键结合，使新生的蛋白脂酰化 蛋白质的糖基化 使蛋白质能够抵抗消化酶的作用 赋予蛋白质传导信号的功能 某些蛋白只有在糖基化之后才能正确折叠,蛋白质的转运,核孔运输胞质中合成的蛋白质穿过胞核内外膜形成的核孔进入细胞核 跨膜运输胞质中合成的蛋白质进入到内质网
13、、线粒体、叶绿体和过氧化物酶体等通过跨膜机制进行运输的。需要消耗能量 小泡运输蛋白质从内质网转运到高尔基体以及从高尔基体转运到溶酶体、分泌泡、细胞质膜、细胞外等是由小泡介导的,细胞中蛋白质运输的方式,翻译中运输:由与内质网结合的核糖体完成。新生肽链在合成过程中，插入到内质网上的特殊通道，然后转移入内腔 翻译后运输: 由游离核糖体完成。在多肽链合成后，将蛋白质从细胞质转移到线粒体或叶绿体等细胞器和细胞核中,靶向输送蛋白的信号序列或成分,翻译中运输过程（信号肽假说）,信号肽(Signal sequence) 能启动蛋白质运转的任何一段多肽 使核蛋白体与内质网上的受体结合，合成的肽链进入内质网内腔运
14、至靶器官，信号肽酶切除信号肽，使成熟的蛋白质释放至胞外,结构：约10-40多个氨基酸构成，分三个区： N端为亲水区含碱性氨基酸, 提供正电荷 中性或疏水性氨基酸，能够形成一段螺旋结构，是信号肽的主要功能区 带负电荷的C末端，含小分子氨基酸，是信号肽酶切割信号肽的部位,信号肽识别粒子（Signal recognition particles- SRP）：6种蛋白质与7S-RNA组成复合体SRP的作用：与合成的分泌蛋白中的信号肽结合。参加与内质网上受体结合的反应。 7S-RNA:由305bp组成,提供SRP形成的结构骨架 对接蛋白（docking protein- DP）：对接蛋白是SRP的受体，
15、与SRP共同催化转运携有肽链的核蛋白体到内质网上。,参与转运的分子,信号肽假设示意图,编码分泌型蛋白质的mRNA与游离核糖体结合，蛋白合成起始 合成蛋白N-端的信号肽序列 信号肽序列被信号肽识别颗粒SRP识别，翻译暂停 SRP-核糖体复合物与ER上的SRP受体（停泊蛋白，DP）结合，多肽合成恢复 新生肽链通过核蛋白体受体蛋白与蛋白转运子形成的通道进入ER SRP释放，多肽移位到ER内腔，信号肽被酶切除,翻译后运输（导肽假说）,导肽(leading sequence)的一般特性,带正电荷碱性氨基酸（Arg）较丰富， 分散于不带电荷的氨基酸序列之间； 有形成两亲（亲水和疏水）- 螺旋能力。 导肽运送蛋白质时具有以下特点:需要受体; 消耗ATP; 需要分子伴侣; 要电化学梯度驱动; 要信号肽酶切除信号肽;通过接触点进入;非折叠形式运输,线粒体蛋白的靶向输送,细胞核蛋白的靶向输送,蛋白质的正向和逆向运输,正向,逆向,