生物化學(xué)：第12章 蛋白質(zhì)的生物合成

1、DNARNA蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)復(fù)制復(fù)制轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄翻譯翻譯DNARNA蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)復(fù)制復(fù)制復(fù)制復(fù)制轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄反轉(zhuǎn)錄反轉(zhuǎn)錄翻譯翻譯1958年，年， F. Crick1蛋白質(zhì)的生物合成蛋白質(zhì)的生物合成（翻譯）（翻譯）第十二章第十二章Protein Biosynthesis (Translation)2蛋白質(zhì)生物合成蛋白質(zhì)生物合成(protein biosynthesis) ，是，是細(xì)胞內(nèi)以細(xì)胞內(nèi)以mRNA為模板，按照為模板，按照mRNA分子中核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)苷酸的排列順序所組成的密碼信息合成蛋白質(zhì)的過程。的過程。 其本質(zhì)是將其本質(zhì)是將mRNA分子中分子中4種核苷酸種核苷酸序列

2、編碼的遺傳信息序列編碼的遺傳信息（核酸語言）（核酸語言），解讀為蛋，解讀為蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)中白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)中20種氨基酸的排列順序種氨基酸的排列順序（蛋白（蛋白質(zhì)語言），質(zhì)語言），也稱也稱翻譯翻譯(translation) 。蛋白質(zhì)生物合成的定義蛋白質(zhì)生物合成的定義3第一節(jié)第一節(jié)蛋白質(zhì)生物合成體系蛋白質(zhì)生物合成體系Protein Biosynthesis System41. 基本原料：基本原料：20種編碼氨基酸種編碼氨基酸2. 模板：模板：mRNA3. 適配器：適配器：tRNA4. 裝配機(jī)：核糖體裝配機(jī)：核糖體5. 主要酶和蛋白質(zhì)因子：氨基酰主要酶和蛋白質(zhì)因子：氨基酰-tRNA合成酶、合成酶、轉(zhuǎn)肽

3、酶、轉(zhuǎn)位酶、起始、延長、釋放因子等轉(zhuǎn)肽酶、轉(zhuǎn)位酶、起始、延長、釋放因子等6. 能源物質(zhì)：能源物質(zhì)：ATP、GTP7. 無機(jī)離子：無機(jī)離子：Mg2+、 K+蛋白質(zhì)生物合成體系蛋白質(zhì)生物合成體系蛋白質(zhì)合成的三大物質(zhì)基礎(chǔ)蛋白質(zhì)合成的三大物質(zhì)基礎(chǔ)5蛋白質(zhì)合成的三大物質(zhì)基礎(chǔ)蛋白質(zhì)合成的三大物質(zhì)基礎(chǔ)6一、一、mRNAmRNA是蛋白質(zhì)生物合成的模板是蛋白質(zhì)生物合成的模板1.1.堿基排列順序決定了氨基酸的排列順序堿基排列順序決定了氨基酸的排列順序78mRNA的基本結(jié)構(gòu)的基本結(jié)構(gòu)Start of genetic messageCapEndTail5-端非翻譯區(qū)端非翻譯區(qū) 5 3 3-端非翻譯區(qū)端非翻譯區(qū) 開放閱

4、讀框架開放閱讀框架 從從mRNA 5 -端的起始密碼子端的起始密碼子AUG到到3 -端終止密端終止密碼子之間的核苷酸序列，稱為碼子之間的核苷酸序列，稱為開放閱讀框架開放閱讀框架(open reading frame, ORF)。為什么會有非翻譯區(qū)的存在，他們有什么功能？為什么會有非翻譯區(qū)的存在，他們有什么功能？原核生物的多順反子原核生物的多順反子( (polycistron): ):一條一條mRNA編碼幾種功能相關(guān)的蛋白質(zhì)編碼幾種功能相關(guān)的蛋白質(zhì)真核生物的單順反子真核生物的單順反子( (monocistron): ):非編碼序列非編碼序列核糖體結(jié)合位點(diǎn)核糖體結(jié)合位點(diǎn)起始密碼子起始密碼子終止密碼

5、子終止密碼子編碼序列編碼序列PPP5 3 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)PPPmG -5 3 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)AAA 92. 2. mRNA上存在遺傳密碼上存在遺傳密碼在在mRNA的開放閱讀框架區(qū)，以每的開放閱讀框架區(qū)，以每3個相鄰的個相鄰的核苷酸為一組，代表一種氨基酸核苷酸為一組，代表一種氨基酸或其他信息或其他信息，這，這種三聯(lián)體種三聯(lián)體(triplet)形式的核苷酸序列稱為形式的核苷酸序列稱為密碼子密碼子。密碼子（密碼子（codon）10遺遺傳傳密密碼碼表表64個個密碼子密碼子61個個代表代表20種氨基酸種氨基酸3個個不編碼任何氨基酸，稱不編碼任何氨基酸，稱終止密碼子終止密碼子( termination cod

6、on) UAA、UAG、UGAAUG 代表甲硫氨酸和代表甲硫氨酸和起始密碼子起始密碼子 (initiation codon)11遺傳密碼的破譯遺傳密碼的破譯12歸功于三個經(jīng)典的生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)：歸功于三個經(jīng)典的生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)：體外翻譯系統(tǒng)的建立體外翻譯系統(tǒng)的建立核苷酸結(jié)合技術(shù)核苷酸結(jié)合技術(shù)核酸的人工合成核酸的人工合成1968年諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎年諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎“遺傳密碼的破譯遺傳密碼的破譯”尼倫伯格（尼倫伯格（1927-）Marshall Nirenberg科拉納（科拉納（1922-）Har Khorana霍利（霍利（1922-1993）Robert Holley13遺傳密碼的特點(diǎn)遺傳密碼的特點(diǎn)14

7、1. 方向性方向性(direction)翻譯時遺傳密碼的閱讀方向是翻譯時遺傳密碼的閱讀方向是53，即讀碼從，即讀碼從mRNA的起始密碼子的起始密碼子AUG開始，按開始，按53的方向逐一閱的方向逐一閱讀，直至終止密碼子。讀，直至終止密碼子。 NC肽鏈延伸方向肽鏈延伸方向53讀碼方向讀碼方向氨基酸的排列順序?qū)?yīng)于氨基酸的排列順序?qū)?yīng)于mRNA序列中密碼子的排列順序序列中密碼子的排列順序2. 連續(xù)性連續(xù)性 (commaless):mRNA序列上的各個密碼子及密碼子的序列上的各個密碼子及密碼子的各堿基是連續(xù)排列的，之間沒有間隔，即具各堿基是連續(xù)排列的，之間沒有間隔，即具有無標(biāo)點(diǎn)性。有無標(biāo)點(diǎn)性。翻譯時從

8、翻譯時從AUG開始向開始向3-端連端連續(xù)讀碼，每個堿基只讀一次，不重疊閱讀。續(xù)讀碼，每個堿基只讀一次，不重疊閱讀。 AlaValHisMet終止密碼終止密碼15基因損傷引起基因損傷引起mRNA分子中閱讀框架內(nèi)的分子中閱讀框架內(nèi)的堿基發(fā)生插入或缺失，可能導(dǎo)致堿基發(fā)生插入或缺失，可能導(dǎo)致框移突變框移突變(frameshift mutation)，“后果很嚴(yán)重后果很嚴(yán)重”。纈纈 脯脯 蘇蘇 天冬天冬纈纈 丙丙 酪酪 甘甘纈纈 丙丙 絲絲 精精16核苷酸插入或缺失導(dǎo)致核苷酸插入或缺失導(dǎo)致框移突變框移突變Excessive bleeding, after a minor accident, develo

9、ped subretinal hemorrhage leading to the loss of an eye. (視網(wǎng)膜下出血視網(wǎng)膜下出血)Hollopeter et al, Nature 2001Nurden et al, J Clin Invest 199517 許多真核生物基因轉(zhuǎn)錄后有一個對許多真核生物基因轉(zhuǎn)錄后有一個對mRNA外顯子外顯子加工的過程，可通過特定堿基的加工的過程，可通過特定堿基的插入、缺失或置插入、缺失或置換換，使，使mRNA序列中出現(xiàn)移碼突變、錯義突變或序列中出現(xiàn)移碼突變、錯義突變或無義突變，導(dǎo)致無義突變，導(dǎo)致mRNA與其與其DNA模板序列不匹配，模板序列不匹配，使同

10、一前體使同一前體mRNA翻譯出序列、功能不同的蛋白翻譯出序列、功能不同的蛋白質(zhì)質(zhì)。這種基因表達(dá)的調(diào)節(jié)方式稱為。這種基因表達(dá)的調(diào)節(jié)方式稱為mRNA編輯編輯（mRNA editing）。）。 183. 簡并性簡并性(degeneracy)一種氨基酸可具有一種氨基酸可具有2個或個或2個以上的密碼子為個以上的密碼子為其編碼。這一特性稱為遺傳密碼的其編碼。這一特性稱為遺傳密碼的簡并性簡并性。除色氨酸和甲硫氨酸僅有除色氨酸和甲硫氨酸僅有1個密碼子外，其個密碼子外，其余氨基酸有余氨基酸有2、3、4或或6個密碼子為其編碼。為同個密碼子為其編碼。為同一種氨基酸編碼的各密碼子稱為一種氨基酸編碼的各密碼子稱為簡并性

11、密碼子簡并性密碼子，也稱也稱同義密碼子同義密碼子 。19各種氨基酸的密碼子數(shù)目各種氨基酸的密碼子數(shù)目2021How can we take advantage of degeneracy of genetic codon? Insert a restriction enzyme site (site-directed mutagenesis) without changing amino acid sequence. Inactivate restriction enzyme site without changing amino acid sequence to facilitate enz

12、yme digestion.Galpha13pUC92GTCGAC V DSalIVal: GTC GTA GTG GTT4. 通用性通用性(universal) 從簡單的病毒到高等的人類，幾乎使用同一套遺從簡單的病毒到高等的人類，幾乎使用同一套遺傳密碼。傳密碼。 表明各種生物是從同一祖先進(jìn)化而來的。表明各種生物是從同一祖先進(jìn)化而來的。 已發(fā)現(xiàn)少數(shù)例外，如動物細(xì)胞的線粒體、植物細(xì)已發(fā)現(xiàn)少數(shù)例外，如動物細(xì)胞的線粒體、植物細(xì)胞的葉綠體。胞的葉綠體。例如：線粒體起始密碼子為例如：線粒體起始密碼子為AUG、AUU；終止密碼為；終止密碼為AGA，AGC； 而而UGA編碼編碼色氨酸等。色氨酸等。Expre

13、ssing human proteins in bacteria to:manufacture proteins drugs;characterize human protein structure and function225. 擺動性擺動性(wobble) 反密碼子與密碼子之間的配對有時并不嚴(yán)反密碼子與密碼子之間的配對有時并不嚴(yán)格遵守常見的堿基配對規(guī)律，這種現(xiàn)象稱為格遵守常見的堿基配對規(guī)律，這種現(xiàn)象稱為擺動配對擺動配對( (wobble base pairing) )。 擺擺動動配配對對233 2 11 2 3/UtRNAtRNA反密碼子反密碼子第第1 1位堿基位堿基I IU UG GA

14、 AC CmRNAmRNA密碼子密碼子第第3 3位堿基位堿基U, C, AU, C, AA, GA, GU, CU, CU UG G密碼子、反密碼子配對的密碼子、反密碼子配對的擺動擺動現(xiàn)象現(xiàn)象24擺動配對能使擺動配對能使1種種tRNA識別識別mRNA的的1-3種簡并性密碼子種簡并性密碼子mRNA的功能：的功能： 蛋白質(zhì)合成的直接模板，堿基排列順蛋白質(zhì)合成的直接模板，堿基排列順序決定了氨基酸的排列順序，密碼的閱序決定了氨基酸的排列順序，密碼的閱讀方向?yàn)樽x方向?yàn)?325二、核二、核糖糖體是蛋白質(zhì)生物合成的場所體是蛋白質(zhì)生物合成的場所核核糖體糖體的組成的組成核糖體核糖體又稱又稱核蛋白體核蛋白體，是由

15、是由rRNA和多種蛋白質(zhì)組和多種蛋白質(zhì)組成的復(fù)合體，成的復(fù)合體，是蛋白質(zhì)生物是蛋白質(zhì)生物合成的場所。合成的場所。Paul Zamecnik（1913-2009） 26原核生物大亞基大亞基小亞基小亞基1.1.核核糖體糖體組成及結(jié)構(gòu)組成及結(jié)構(gòu)真核生物27rRNA的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 修飾堿基較少多為甲基化修飾堿基較少多為甲基化 不同來源的不同來源的rRNArRNA某些區(qū)域具有某些區(qū)域具有 高度的同源性高度的同源性 含有大量的莖環(huán)結(jié)構(gòu)含有大量的莖環(huán)結(jié)構(gòu)282.2.原核生物原核生物核糖體核糖體結(jié)構(gòu)模式結(jié)構(gòu)模式（3 3個位點(diǎn)）個位點(diǎn)）29轉(zhuǎn)肽酶轉(zhuǎn)肽酶 核糖體的功能：核糖體的功能： 蛋白質(zhì)合成的場所，由大

16、小亞基組成，蛋白質(zhì)合成的場所，由大小亞基組成， 小亞基與小亞基與mRNA結(jié)合，核糖體上有結(jié)合，核糖體上有P P位位 和和A A位，是形成肽鍵的中心位，是形成肽鍵的中心302009年諾貝爾化學(xué)獎年諾貝爾化學(xué)獎“核糖體核糖體(Ribosome)的結(jié)構(gòu)和功能研究的結(jié)構(gòu)和功能研究”萬卡特拉曼萬卡特拉曼-萊馬克里斯南萊馬克里斯南（美）（美）托馬斯托馬斯-施泰茨施泰茨（美）（美）阿達(dá)阿達(dá)-尤納斯尤納斯（以）（以）31三、三、tRNAtRNA是氨基酸的運(yùn)載工具及蛋白質(zhì)是氨基酸的運(yùn)載工具及蛋白質(zhì)生物合成的適配器生物合成的適配器ntRNA的作用的作用 運(yùn)載氨基酸：運(yùn)載氨基酸：氨基酸各由其特異的氨基酸各由其特異的

17、tRNA攜帶，一種氨基攜帶，一種氨基酸可有幾種對應(yīng)的酸可有幾種對應(yīng)的tRNA，氨基酸結(jié)合在，氨基酸結(jié)合在tRNA的的3 -CCA的位置，結(jié)合需要的位置，結(jié)合需要ATP供能；供能； 充當(dāng)充當(dāng)“適配器適配器”：每種每種tRNA的反密碼子決定了所攜帶的的反密碼子決定了所攜帶的氨基酸能準(zhǔn)確地在氨基酸能準(zhǔn)確地在mRNA上對號入座。上對號入座。Mahlon Hoagland (1921- 2009)“發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)tRNA” Francis Crick （1916-2004） “提出提出tRNA適配器假說適配器假說”32James Watson (1928-)Francis Crick（1916-2004）Na

18、ture ( 1953) 1 page 1 figure提出提出tRNAtRNA應(yīng)接器假說應(yīng)接器假說Watson:Ideas are more important than facts.New ideas need new facts.Never be in a room where you are the brightest person.Choose a field ahead of time but expecting to get an answer in reasonable time 33二級結(jié)構(gòu)二級結(jié)構(gòu)三級結(jié)構(gòu)三級結(jié)構(gòu)反密碼環(huán)反密碼環(huán)氨基酸臂氨基酸臂ntRNA的構(gòu)象的構(gòu)象clov

19、erleaf34tRNA的功能：的功能： 通過通過3-CCA-OH將氨基酸帶到蛋白質(zhì)合成場將氨基酸帶到蛋白質(zhì)合成場所，通過反密碼子將氨基酸正確就位。所，通過反密碼子將氨基酸正確就位。tRNA二級結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系？二級結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系？35四、蛋白質(zhì)生物合成需要酶類、四、蛋白質(zhì)生物合成需要酶類、蛋白質(zhì)因子等蛋白質(zhì)因子等（一）重要的酶類（一）重要的酶類氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶(aminoacyltRNA synthetase)，催化氨基酸的活化；催化氨基酸的活化；轉(zhuǎn)肽酶轉(zhuǎn)肽酶(peptidase)，催化核糖體，催化核糖體P位上的肽?；D(zhuǎn)移位上的肽?；D(zhuǎn)移至至A位氨基酰位氨基酰-tRNA的

20、氨基上，使酰基與氨基結(jié)合形的氨基上，使酰基與氨基結(jié)合形成肽鍵成肽鍵; 并受釋放因子的作用后發(fā)生變構(gòu)，表現(xiàn)出酯并受釋放因子的作用后發(fā)生變構(gòu)，表現(xiàn)出酯酶的水解活性，使酶的水解活性，使P位上的肽鏈與位上的肽鏈與tRNA分離；分離；轉(zhuǎn)位酶轉(zhuǎn)位酶(translocase)，催化核糖體向，催化核糖體向mRNA的的3-端移端移動一個密碼子的距離，使下一個密碼子定位于動一個密碼子的距離，使下一個密碼子定位于A位。位。 36轉(zhuǎn)肽活性：轉(zhuǎn)肽活性：將將P P位上的肽酰基轉(zhuǎn)給位上的肽?；D(zhuǎn)給A A位位上的氨基，生成肽鍵上的氨基，生成肽鍵37（二）蛋白質(zhì)因子（二）蛋白質(zhì)因子起始因子（起始因子（initiation fa

21、ctor，IF）延長因子（延長因子（elongation factor，EF）釋放因子（釋放因子（release factor，RF）38參與參與原核生物原核生物翻譯的各種蛋白質(zhì)因子及其生物學(xué)功能翻譯的各種蛋白質(zhì)因子及其生物學(xué)功能種類種類生物學(xué)功能生物學(xué)功能起始因子起始因子IF-1占據(jù)占據(jù)A位防止結(jié)合其他位防止結(jié)合其他tRNAIF-2促進(jìn)起始促進(jìn)起始tRNA與小亞基結(jié)合與小亞基結(jié)合IF-3促進(jìn)大小亞基分離，提高促進(jìn)大小亞基分離，提高P位對結(jié)合起始位對結(jié)合起始tRNA的的敏感性敏感性延長因子延長因子EF-Tu促進(jìn)氨基酰促進(jìn)氨基酰-tRNA進(jìn)入進(jìn)入A位，結(jié)合并分解位，結(jié)合并分解GTPEF-Ts調(diào)節(jié)

22、亞基調(diào)節(jié)亞基EF-G有轉(zhuǎn)位酶活性有轉(zhuǎn)位酶活性，促進(jìn)，促進(jìn)mRNA-肽酰肽酰-tRNA由由A位移位移至至P位，促進(jìn)位，促進(jìn)tRNA卸載與釋放卸載與釋放釋放因子釋放因子RF-1特異識別特異識別UAA、UAG，誘導(dǎo)轉(zhuǎn)肽酶轉(zhuǎn)變?yōu)轷ッ?，誘導(dǎo)轉(zhuǎn)肽酶轉(zhuǎn)變?yōu)轷ッ窻F-2特異識別特異識別UAA、UGA，誘導(dǎo)轉(zhuǎn)肽酶轉(zhuǎn)變?yōu)轷ッ?，誘導(dǎo)轉(zhuǎn)肽酶轉(zhuǎn)變?yōu)轷ッ窻F-3可與核糖體其他部位結(jié)合，有可與核糖體其他部位結(jié)合，有GTP酶活性，能介酶活性，能介導(dǎo)導(dǎo)RF-1及及RF-2與核糖體的相互作用與核糖體的相互作用39參與參與真核生物真核生物翻譯的各種蛋白質(zhì)因子及其生物學(xué)功能翻譯的各種蛋白質(zhì)因子及其生物學(xué)功能種類種類生物學(xué)功能生物學(xué)功

23、能起始因子起始因子eIF-1多功能因子，參與多個翻譯步驟多功能因子，參與多個翻譯步驟eIF-2促進(jìn)起始促進(jìn)起始tRNA與小亞基結(jié)合與小亞基結(jié)合eIF-2B, eIF-3最先結(jié)合小亞基，促進(jìn)大小亞基分離最先結(jié)合小亞基，促進(jìn)大小亞基分離eIF-4AeIF-4F復(fù)合物成分，有復(fù)合物成分，有RNA解螺旋酶活性，能解除解螺旋酶活性，能解除mRNA5 -端的發(fā)夾結(jié)構(gòu)，使其與小亞基結(jié)合端的發(fā)夾結(jié)構(gòu)，使其與小亞基結(jié)合eIF-4B結(jié)合結(jié)合mRNA，促進(jìn)，促進(jìn)mRNA掃描定位起始掃描定位起始AUGeIF-4EeIF-4F復(fù)合物成分，結(jié)合復(fù)合物成分，結(jié)合mRNA 5 帽子帽子eIF-4GeIF-4F復(fù)合物成分，結(jié)合

24、復(fù)合物成分，結(jié)合eIF-4E、eIF-3和和PolyA 結(jié)合蛋白結(jié)合蛋白eIF-5促進(jìn)各種起始因子從小亞基解離，進(jìn)而結(jié)合大亞基促進(jìn)各種起始因子從小亞基解離，進(jìn)而結(jié)合大亞基eIF-6促進(jìn)核糖體分離成大小亞基促進(jìn)核糖體分離成大小亞基延長因子延長因子eEF1-促進(jìn)氨基酰促進(jìn)氨基酰-tRNA進(jìn)入進(jìn)入A位，結(jié)合分解位，結(jié)合分解GTP，相當(dāng)于，相當(dāng)于EF-TueEF1-調(diào)節(jié)亞基，相當(dāng)于調(diào)節(jié)亞基，相當(dāng)于EF-TseEF-2有轉(zhuǎn)位酶活性，促進(jìn)有轉(zhuǎn)位酶活性，促進(jìn)mRNA-肽酰肽酰-tRNA由由A位移至位移至P位，促進(jìn)位，促進(jìn)tRNA卸載與釋放，卸載與釋放，相當(dāng)于相當(dāng)于EF-G 釋放因子釋放因子eRF識別所有終止

25、密碼子，具有原核生物各類識別所有終止密碼子，具有原核生物各類RF的功能的功能40蛋白質(zhì)生物合成的能源物質(zhì)為蛋白質(zhì)生物合成的能源物質(zhì)為ATP和和GTP;參與蛋白質(zhì)生物合成的無機(jī)離子有參與蛋白質(zhì)生物合成的無機(jī)離子有Mg2+、K+ 等。等。（三）能源物質(zhì)及離子（三）能源物質(zhì)及離子41第二節(jié)第二節(jié)氨基酸的活化氨基酸的活化Activation of Amino Acids氨基酸與特異的氨基酸與特異的tRNA結(jié)合形成氨基酰結(jié)合形成氨基酰-tRNA的過程的過程稱為稱為氨基酸的活化氨基酸的活化。參與氨基酸的活化的酶：氨基酰參與氨基酸的活化的酶：氨基酰-tRNA合成酶。合成酶。42氨基酸氨基酸 + tRNA氨基

26、酰氨基酰- tRNAATP AMPPPi氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶* 活化的部位活化的部位：-COOH* 活化的形式：活化的形式：氨基酰氨基酰-tRNA * 能量能量：-2ATP一、一、 氨基酸活化形成氨基酰氨基酸活化形成氨基酰-tRNA反應(yīng)過程反應(yīng)過程43氨基酸氨基酸 ATP-E 氨基酰氨基酰-AMP-E PPi 第一步反應(yīng)第一步反應(yīng)44 第二步反應(yīng)第二步反應(yīng)氨基酰氨基酰-AMP-E tRNA氨基酰氨基酰-tRNA AMP E45氨基酰氨基酰-tRNA合成酶的合成酶的3個結(jié)合位點(diǎn)個結(jié)合位點(diǎn)氨基酸和氨基酸和ATP形成氨基酰腺苷酸形成氨基酰腺苷酸氨基酰轉(zhuǎn)移到氨基酰轉(zhuǎn)移到tRNA上上tRN

27、A負(fù)載了氨基酸負(fù)載了氨基酸46l氨基酰氨基酰-tRNA合成酶對底物氨基酸和合成酶對底物氨基酸和tRNA都有高度特異性。都有高度特異性?；罨夯罨恨D(zhuǎn)移：轉(zhuǎn)移：氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶l氨基酰氨基酰-tRNA合成酶具有校正活性。合成酶具有校正活性。動動力力學(xué)學(xué)校校對對化化學(xué)學(xué)校校對對47控制識別正確的控制識別正確的tRNA和氨基酸和氨基酸n氨基酰氨基酰-tRNA的表示方法的表示方法丙氨酰丙氨酰-tRNA：Ala-tRNAAla精氨酰精氨酰-tRNA：Arg-tRNAArg甲硫氨酰甲硫氨酰-tRNA： Met-tRNAMet各種氨基酸和對應(yīng)的各種氨基酸和對應(yīng)的tRNA結(jié)合后形成的結(jié)合后形

28、成的氨基酰氨基酰-tRNA表示為：表示為：氨基酸的三字母縮寫氨基酸的三字母縮寫-tRNA氨基酸的三字母縮寫氨基酸的三字母縮寫 例如：例如：48 tRNAtRNA攜帶氨基酸的關(guān)系：攜帶氨基酸的關(guān)系： 一種一種tRNA-tRNA-只能攜帶一種氨基酸只能攜帶一種氨基酸 一種氨基酸一種氨基酸-多種多種tRNAtRNA來攜帶來攜帶49二、二、真核生物真核生物起始氨基酰起始氨基酰-tRNA是是Met-tRNAiMet具有起始功能的具有起始功能的tRNAiMet與與甲硫氨酸甲硫氨酸結(jié)合結(jié)合后形成后形成Met-tRNAiMet，可以在，可以在mRNA的起始密的起始密碼子碼子AUG處就位，參與形成翻譯起始復(fù)合物

29、。處就位，參與形成翻譯起始復(fù)合物。起始密碼子只能辨認(rèn)起始密碼子只能辨認(rèn)Met-tRNAiMet。參與肽鏈延長的參與肽鏈延長的tRNAMet和和甲硫氨酸甲硫氨酸結(jié)合后結(jié)合后生成生成Met-tRNAMet，必要時進(jìn)入核糖體，為延長，必要時進(jìn)入核糖體，為延長中的肽鏈添加甲硫氨酸。中的肽鏈添加甲硫氨酸。 起始氨基酰起始氨基酰-tRNA: Met-tRNAiMet 參與肽鏈延長的甲硫氨酰參與肽鏈延長的甲硫氨酰-tRNA：Met-tRNAMet50具有起始功能的具有起始功能的tRNAfMet與甲硫氨酸結(jié)合后，與甲硫氨酸結(jié)合后，甲硫氨酸很快被甲硫氨酸很快被甲?；柞；癁闉镹-甲酰甲硫氨酸甲酰甲硫氨酸(N-f

30、ormyl methionine, fMet)，于是形成，于是形成N-甲酰甲硫氨甲酰甲硫氨酰酰-tRNA(fMet-tRNAfMet)，可以在，可以在mRNA的起始密的起始密碼子碼子AUG處就位，參與形成翻譯起始復(fù)合物。起始處就位，參與形成翻譯起始復(fù)合物。起始密碼子只能辨認(rèn)密碼子只能辨認(rèn)fMet-tRNAfMet。 n原核生物原核生物起始氨基酰起始氨基酰-tRNA: fMet-tRNAfMet 51參與肽鏈延長的甲硫氨酰參與肽鏈延長的甲硫氨酰-tRNA：Met-tRNAMetfMet-tRNAfMet的生成反應(yīng)由的生成反應(yīng)由轉(zhuǎn)甲?；皋D(zhuǎn)甲?；复叽呋?，甲?；鶑幕?，甲酰基從N10-甲酰四氫葉酸轉(zhuǎn)

31、移到甲硫氨酸甲酰四氫葉酸轉(zhuǎn)移到甲硫氨酸的的-氨基上，反應(yīng)如下：氨基上，反應(yīng)如下：52肽鏈的生物合成過程肽鏈的生物合成過程 The Biosynthesis Process of Peptide Chain第三節(jié)第三節(jié) 53 肽鏈的生物合成過程肽鏈的生物合成過程是翻譯的中心環(huán)節(jié)。是翻譯的中心環(huán)節(jié)。翻譯時，從翻譯時，從mRNA的起始密碼子的起始密碼子AUG開始，開始，按按53方向逐一讀碼，直至終止密碼子。方向逐一讀碼，直至終止密碼子。于是，合成中的肽鏈從起始甲硫氨酸開始，于是，合成中的肽鏈從起始甲硫氨酸開始，從從N-端端C-端延長，直至終止密碼子前一端延長，直至終止密碼子前一位密碼子所編碼的氨基酸

32、位密碼子所編碼的氨基酸。 54一、原核生物的肽鏈合成過程一、原核生物的肽鏈合成過程起始起始(initiation)延長延長(elongation)終止終止(termination )整個過程可分為整個過程可分為 ：55（一）肽鏈合成起始（一）肽鏈合成起始 指指mRNA和起始氨基酰和起始氨基酰-tRNA分別與核糖分別與核糖體結(jié)合而形成翻譯起始復(fù)合物的過程。體結(jié)合而形成翻譯起始復(fù)合物的過程。1. 核糖體大、小亞基分離；核糖體大、小亞基分離；2. mRNA在小亞基上定位結(jié)合；在小亞基上定位結(jié)合；3. 起始氨基酰起始氨基酰-tRNA的結(jié)合；的結(jié)合； 4. 核糖體大亞基結(jié)合。核糖體大亞基結(jié)合。56IF-

33、3IF-11.1.核糖體大小亞基分離核糖體大小亞基分離57IF-3 、IF-1與小亞基結(jié)合，與小亞基結(jié)合，促進(jìn)大、小亞基分離促進(jìn)大、小亞基分離2.2.mRNA在小亞基定位結(jié)合在小亞基定位結(jié)合( (兩種機(jī)制）兩種機(jī)制） mRNA 起始密碼子上游起始密碼子上游S-D序列序列，與小亞基中的，與小亞基中的16S-rRNA的堿基互補(bǔ)，使的堿基互補(bǔ)，使mRNA與小亞基結(jié)合。與小亞基結(jié)合。 mRNA上上S-D序列后的小核苷酸序列可被序列后的小核苷酸序列可被小亞基蛋白小亞基蛋白rpS-1識別并結(jié)合。識別并結(jié)合。A U G53IF-3IF-158通過通過RNA-RNA、RNA-蛋白質(zhì)相互作用，蛋白質(zhì)相互作用，m

34、RNA序列上的序列上的起始起始AUG即可在核糖體小亞基上準(zhǔn)確定位而形成復(fù)合體。即可在核糖體小亞基上準(zhǔn)確定位而形成復(fù)合體。593.3.起始氨基酰起始氨基酰-tRNA(fMet-tRNA-tRNA(fMet-tRNAfMetfMet ) )結(jié)合到小亞基結(jié)合到小亞基IF-3IF-1IF-2GTPA U G5360fMet-tRNAfMet與與結(jié)合了結(jié)合了GTP的的IF-2一起，一起，識別并結(jié)合對應(yīng)于識別并結(jié)合對應(yīng)于P位的位的mRNA序列上的序列上的AUG，促進(jìn)促進(jìn)mRNA的準(zhǔn)確就位的準(zhǔn)確就位4.4.核糖體大亞基結(jié)合，起始復(fù)合物形成核糖體大亞基結(jié)合，起始復(fù)合物形成 （核糖體、（核糖體、mRNAmRNA

35、、 fMet-tRNAfMet ）IF-3IF-1IF-2GTPGDPPiA U G5361結(jié)合于結(jié)合于IF-2的的GTP被水解，被水解，釋放的能量促使釋放的能量促使3種種IF釋放，釋放，同時核糖體大亞基結(jié)合同時核糖體大亞基結(jié)合,形成起始復(fù)合物形成起始復(fù)合物起始復(fù)合物形成過程起始復(fù)合物形成過程IF-3IF-1A U G53IF-2GTPIF-2-GTPGDPPi62指在指在mRNA模板的指導(dǎo)下，氨基酸依次進(jìn)入模板的指導(dǎo)下，氨基酸依次進(jìn)入核糖體并聚合成多肽鏈的過程。核糖體并聚合成多肽鏈的過程。1. 進(jìn)位進(jìn)位(positioning)/注冊注冊(registration)2. 成肽成肽(pepti

36、de bond formation)3. 轉(zhuǎn)位轉(zhuǎn)位(translocation) （二）延長（二）延長 肽鏈延長在核糖體上連續(xù)循環(huán)式進(jìn)行，又稱肽鏈延長在核糖體上連續(xù)循環(huán)式進(jìn)行，又稱為核糖體循環(huán)為核糖體循環(huán)(ribosomal cycle)，包括以下三，包括以下三步：步： 每輪循環(huán)使多肽鏈增加一個氨基酸殘基。每輪循環(huán)使多肽鏈增加一個氨基酸殘基。631. 進(jìn)位進(jìn)位 又稱又稱注冊注冊(registration)，是指一個氨基酰是指一個氨基酰-tRNA按照按照mRNA模板的指令進(jìn)入并結(jié)模板的指令進(jìn)入并結(jié)合到核糖體合到核糖體A位的過程。位的過程。64 進(jìn)位需要延長因子進(jìn)位需要延長因子EF-T(Tu+Ts

37、)參與。參與。 氨基酰氨基酰-tRNA先與先與EF-Tu-GTP結(jié)合結(jié)合,然后以然后以氨基酰氨基酰-tRNA-Tu-GTP活性復(fù)合物活性復(fù)合物形式進(jìn)入并結(jié)合形式進(jìn)入并結(jié)合A位。位。 6566 進(jìn)位需要延長因子進(jìn)位需要延長因子EF-T(Tu+Ts)參與。參與。 氨基酰氨基酰-tRNA先與先與EF-Tu-GTP結(jié)合結(jié)合, 再以再以氨基酰氨基酰-tRNA-Tu-GTP活性復(fù)合物形式進(jìn)入活性復(fù)合物形式進(jìn)入并結(jié)合并結(jié)合A位；位； EF-Tu有有GTP酶活性，酶活性，水解水解GTP釋能。釋能。 Tu TsGTPGDPA U G53TuTsGTP進(jìn)位的反應(yīng)過程：進(jìn)位的反應(yīng)過程：672. 成肽成肽 成肽是在成

38、肽是在轉(zhuǎn)肽酶轉(zhuǎn)肽酶(peptidase)的催化下，核糖的催化下，核糖體體P位上起始氨基酰位上起始氨基酰-tRNA的的N-甲酰甲硫氨?；柞＜琢虬滨；螂孽；螂孽?tRNA的的肽?；孽；D(zhuǎn)移到轉(zhuǎn)移到A位并與位并與A位上氨位上氨基酰基酰-tRNA的的-氨基氨基結(jié)合形成肽鍵的過程。結(jié)合形成肽鍵的過程。 68成肽成肽69E位位fMetfMet轉(zhuǎn)肽酶催化的肽鍵形成的過程轉(zhuǎn)肽酶催化的肽鍵形成的過程成肽的反應(yīng)過程成肽的反應(yīng)過程3. 轉(zhuǎn)位轉(zhuǎn)位 轉(zhuǎn)位是在轉(zhuǎn)位是在轉(zhuǎn)位酶轉(zhuǎn)位酶的催化下，核糖體向的催化下，核糖體向mRNA的的3 -端移動一個密碼子的距離，使端移動一個密碼子的距離，使mRNA序列上的序列上的下一個密

39、碼子進(jìn)入核糖體的下一個密碼子進(jìn)入核糖體的A位、而占據(jù)位、而占據(jù)A位的肽位的肽酰酰-tRNA移入移入P位的過程位的過程, 而卸載的而卸載的tRNA則移入則移入E位。位。 延長因子延長因子EF-G有有轉(zhuǎn)位酶（轉(zhuǎn)位酶（translocase）活性?；钚?。7172轉(zhuǎn)位轉(zhuǎn)位E位位fMetfMet轉(zhuǎn)位的反應(yīng)過程轉(zhuǎn)位的反應(yīng)過程E位位fMetfMet轉(zhuǎn)位的反應(yīng)過程轉(zhuǎn)位的反應(yīng)過程fMetA U G53fMetTuGTP成肽成肽轉(zhuǎn)位轉(zhuǎn)位下一輪進(jìn)位下一輪進(jìn)位75進(jìn)進(jìn)位位轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)位位成肽成肽肽鏈合成延長肽鏈合成延長(核糖體循環(huán)核糖體循環(huán))過程過程76（三）終止（三）終止 指核糖體指核糖體A位位出現(xiàn)出現(xiàn)mRNA的的終止密碼

40、子終止密碼子后，后，多肽鏈合成停止，肽鏈從肽酰多肽鏈合成停止，肽鏈從肽酰-tRNA中釋出，中釋出，mRNA、核糖體大、小亞基等分離的過程。、核糖體大、小亞基等分離的過程。 終止階段需要釋放因子終止階段需要釋放因子RF-1、 RF-2和和 RF-3參與。參與。 77RF-3可結(jié)合核糖體其他部位，有可結(jié)合核糖體其他部位，有GTP酶活性，能酶活性，能介導(dǎo)介導(dǎo)RF-1、RF-2與核糖體的相互作用。與核糖體的相互作用。 釋放因子的功能：釋放因子的功能：識別終止密碼子識別終止密碼子RF-1特異識別特異識別UAA、UAG； RF-2特異識別特異識別UAA、UGA。誘導(dǎo)轉(zhuǎn)肽酶轉(zhuǎn)變?yōu)轷ッ富钚哉T導(dǎo)轉(zhuǎn)肽酶轉(zhuǎn)變?yōu)轷ッ?/p>

41、活性催化新生肽鏈與結(jié)合在催化新生肽鏈與結(jié)合在P位的位的tRNA之間之間的酯鍵水解，使肽鏈從核糖體上釋放。的酯鍵水解，使肽鏈從核糖體上釋放。78U A G53RFCOO-原核肽鏈合成終止過程原核肽鏈合成終止過程 RF結(jié)合結(jié)合終止密碼子終止密碼子后核糖體構(gòu)象改變，后核糖體構(gòu)象改變，酯酶活性水解酯鍵，釋出合成的肽鏈酯酶活性水解酯鍵，釋出合成的肽鏈，并促使并促使mRNA、tRNA及及RF從核糖體脫離從核糖體脫離79原原核核肽肽鏈鏈合合成成終終止止過過程程 80耗能耗能？二、真核生物的肽鏈合成過程二、真核生物的肽鏈合成過程（一）起始（一）起始1. 核糖體大小亞基分離；核糖體大小亞基分離；2. 起始氨基酰

42、起始氨基酰-tRNA的結(jié)合；的結(jié)合； 3. mRNA在小亞基定位結(jié)合；在小亞基定位結(jié)合；4. 核糖體大亞基結(jié)合。核糖體大亞基結(jié)合。81mRNA eIF-6 GDP+PielF-5ATPADP+PielF4E, elF4G, elF4A, elF4B, PABMetMet-tRNAiMet-elF-2 -GTP真核生物翻譯起始真核生物翻譯起始復(fù)合物形成過程復(fù)合物形成過程82真核生物肽鏈合成的延長過程與原核生物真核生物肽鏈合成的延長過程與原核生物基本相似，但有不同的反應(yīng)體系和延長因子?；鞠嗨?，但有不同的反應(yīng)體系和延長因子。另外，真核細(xì)胞核糖體沒有另外，真核細(xì)胞核糖體沒有E位，轉(zhuǎn)位時位，轉(zhuǎn)位時卸載

43、的卸載的tRNA直接從直接從P位脫落。位脫落。（二）延長（二）延長83（三）終止（三）終止 真核生物翻譯終止過程與原核生物相似，真核生物翻譯終止過程與原核生物相似，但只有但只有1個釋放因子個釋放因子eRF，可識別所有終止密碼，可識別所有終止密碼子，完成原核生物各類子，完成原核生物各類RF的功能。的功能。 84Movie-02 多聚核糖體的形成可以使蛋白質(zhì)生物合多聚核糖體的形成可以使蛋白質(zhì)生物合成以高速度、高效率進(jìn)行。成以高速度、高效率進(jìn)行。多聚核糖體多聚核糖體(polysome) 1條條mRNA模板鏈都可附著模板鏈都可附著10100個核個核糖體，這些核糖體依次結(jié)合起始密碼子并沿糖體，這些核糖體

44、依次結(jié)合起始密碼子并沿53方向讀碼移動，同時進(jìn)行肽鏈合成，這方向讀碼移動，同時進(jìn)行肽鏈合成，這種種mRNA與多個核糖體形成的聚合物稱為多與多個核糖體形成的聚合物稱為多聚核糖體聚核糖體(polysome) 。 85多聚核糖體多聚核糖體(原核和真核生物原核和真核生物)一條一條mRNAmRNA上同時結(jié)合多個核糖體進(jìn)行蛋白質(zhì)多肽鏈合成上同時結(jié)合多個核糖體進(jìn)行蛋白質(zhì)多肽鏈合成86電鏡下的多聚核糖體電鏡下的多聚核糖體87原核生物與真核生物肽鏈合成過程的主要差別原核生物與真核生物肽鏈合成過程的主要差別原核生物原核生物真核生物真核生物mRNA一條一條mRNA編碼幾種蛋白質(zhì)（編碼幾種蛋白質(zhì)（多順反子多順反子）

45、一條一條mRNA編碼一種蛋白質(zhì)（編碼一種蛋白質(zhì)（單順反子單順反子）轉(zhuǎn)錄后很少加工轉(zhuǎn)錄后很少加工轉(zhuǎn)錄后進(jìn)行首尾修飾及剪接轉(zhuǎn)錄后進(jìn)行首尾修飾及剪接轉(zhuǎn)錄、翻譯和轉(zhuǎn)錄、翻譯和mRNA的降解可同時發(fā)生的降解可同時發(fā)生mRNA在核內(nèi)合成，加工后進(jìn)入胞液，再在核內(nèi)合成，加工后進(jìn)入胞液，再作為模板指導(dǎo)翻譯作為模板指導(dǎo)翻譯核糖體核糖體30S小亞基小亞基50S大亞基大亞基 70S核糖體核糖體40S小亞基小亞基60S大亞基大亞基 80S核糖體核糖體起始階段起始階段起始氨基酰起始氨基酰-tRNA為為fMet-tRNAfMet起始氨基酰起始氨基酰-tRNA為為Met-tRNAiMet核糖體小亞基先與核糖體小亞基先與mR

46、NA結(jié)合結(jié)合,再與再與fMet-tRNAfMet結(jié)合結(jié)合核糖體小亞基先與核糖體小亞基先與Met-tRNAiMet結(jié)合，再結(jié)合，再與與mRNA結(jié)合結(jié)合mRNA中的中的S-D序列與序列與16S rRNA 3 -端的端的一段序列結(jié)合一段序列結(jié)合mRNA中的帽子結(jié)構(gòu)與帽子結(jié)合蛋白復(fù)合中的帽子結(jié)構(gòu)與帽子結(jié)合蛋白復(fù)合物結(jié)合物結(jié)合有有3種種IF參與起始復(fù)合物的形成參與起始復(fù)合物的形成有至少有至少10種種eIF參與起始復(fù)合物的形成參與起始復(fù)合物的形成延長階段延長階段延長因子為延長因子為EF-Tu、EF-Ts和和EF-G延長因子為延長因子為eEF-1、eEF-1和和eEF-2終止階段終止階段釋放因子為釋放因子為

47、RF-1、RF-2和和RF-3釋放因子為釋放因子為eRF88第四節(jié)第四節(jié)蛋白質(zhì)翻譯后修飾和靶向輸送蛋白質(zhì)翻譯后修飾和靶向輸送Posttranslational Modification and Targeting Transfer of Protein89 新生多肽鏈不具備蛋白質(zhì)的生物學(xué)活性，必須經(jīng)過復(fù)新生多肽鏈不具備蛋白質(zhì)的生物學(xué)活性，必須經(jīng)過復(fù)雜的加工過程才能轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂刑烊粯?gòu)象的功能蛋白質(zhì)，雜的加工過程才能轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂刑烊粯?gòu)象的功能蛋白質(zhì)，這一加工過程稱為這一加工過程稱為翻譯后修飾翻譯后修飾(posttranslational modification)。 翻譯后修飾包括：翻譯后修飾包括：

48、（1）多肽鏈折疊為天然的三維構(gòu)象；）多肽鏈折疊為天然的三維構(gòu)象； （2）對肽鏈一級結(jié)構(gòu)的修飾；）對肽鏈一級結(jié)構(gòu)的修飾； （3）空間結(jié)構(gòu)的修飾等。）空間結(jié)構(gòu)的修飾等。 翻譯后修飾使得蛋白質(zhì)組成更加多樣化，從而使蛋翻譯后修飾使得蛋白質(zhì)組成更加多樣化，從而使蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)上呈現(xiàn)更大的復(fù)雜性。白質(zhì)結(jié)構(gòu)上呈現(xiàn)更大的復(fù)雜性。翻譯后修飾翻譯后修飾90一、多肽鏈折疊為天然構(gòu)象的蛋白質(zhì)一、多肽鏈折疊為天然構(gòu)象的蛋白質(zhì) 新生肽鏈的折疊在肽鏈合成中、合成后完成，新生肽鏈的折疊在肽鏈合成中、合成后完成，新生肽鏈新生肽鏈N-端在核糖體上一出現(xiàn)，肽鏈的折疊端在核糖體上一出現(xiàn)，肽鏈的折疊即開始?？赡茈S著序列的不斷延伸肽鏈逐步折

49、即開始?？赡茈S著序列的不斷延伸肽鏈逐步折疊，產(chǎn)生正確的二級結(jié)構(gòu)、模序疊，產(chǎn)生正確的二級結(jié)構(gòu)、模序(motif)、結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)域域(domain)到形成完整空間構(gòu)象。到形成完整空間構(gòu)象。 一般認(rèn)為，多肽鏈自身氨基酸順序儲存著蛋白一般認(rèn)為，多肽鏈自身氨基酸順序儲存著蛋白質(zhì)折疊的信息，即一級結(jié)構(gòu)是空間構(gòu)象的基礎(chǔ)。質(zhì)折疊的信息，即一級結(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)折疊都不是自動完成，細(xì)胞中大多數(shù)天然蛋白質(zhì)折疊都不是自動完成，而需要其他酶和蛋白質(zhì)輔助而需要其他酶和蛋白質(zhì)輔助。91n幾種具有促進(jìn)蛋白質(zhì)折疊功能的大分子幾種具有促進(jìn)蛋白質(zhì)折疊功能的大分子:1. 分子伴侶分子伴侶 (molecul

50、ar chaperon): 熱休克蛋白熱休克蛋白(heat shock protein, HSP)和伴侶蛋白和伴侶蛋白(chaperonin) 2. 蛋白質(zhì)二硫鍵異構(gòu)酶蛋白質(zhì)二硫鍵異構(gòu)酶 (protein disulfide isomerase, PDI)3. 肽肽-脯氨酰順反異構(gòu)酶脯氨酰順反異構(gòu)酶 (peptide prolyl-cis-trans isomerase, PPI)921. 分子伴侶分子伴侶(molecular chaperon):分子伴侶是細(xì)胞內(nèi)一類可識別肽鏈的非天分子伴侶是細(xì)胞內(nèi)一類可識別肽鏈的非天然構(gòu)象、促進(jìn)各功能域和整體蛋白質(zhì)的正確折然構(gòu)象、促進(jìn)各功能域和整體蛋白質(zhì)的正

51、確折疊的保守蛋白質(zhì)。疊的保守蛋白質(zhì)。 n分子伴侶的功能：分子伴侶的功能：封閉待折疊蛋白質(zhì)的暴露的疏水區(qū)段；封閉待折疊蛋白質(zhì)的暴露的疏水區(qū)段；創(chuàng)建一個隔離的環(huán)境，可以使蛋白質(zhì)的折疊創(chuàng)建一個隔離的環(huán)境，可以使蛋白質(zhì)的折疊互不干擾；互不干擾；促進(jìn)蛋白質(zhì)折疊和去聚集；促進(jìn)蛋白質(zhì)折疊和去聚集；遇到應(yīng)激刺激，使已折疊的蛋白質(zhì)去折疊。遇到應(yīng)激刺激，使已折疊的蛋白質(zhì)去折疊。 93 熱休克蛋白熱休克蛋白(heat shock protein, HSP) 熱休克蛋白屬于應(yīng)激反應(yīng)性蛋白質(zhì)，高溫應(yīng)激熱休克蛋白屬于應(yīng)激反應(yīng)性蛋白質(zhì)，高溫應(yīng)激可誘導(dǎo)該蛋白質(zhì)合成。熱休克蛋白可促進(jìn)需要可誘導(dǎo)該蛋白質(zhì)合成。熱休克蛋白可促進(jìn)需要

52、折疊的多肽折疊為有天然空間構(gòu)象的蛋白質(zhì)。折疊的多肽折疊為有天然空間構(gòu)象的蛋白質(zhì)。 熱休克蛋白包括熱休克蛋白包括HSP70(Dna K)、HSP40(Dna J)和和GrpE三族。三族。94 它有兩個主要功能域：它有兩個主要功能域： 一個是存在于一個是存在于N-端的高度保守的端的高度保守的ATP酶結(jié)構(gòu)域酶結(jié)構(gòu)域，能，能結(jié)合和水解結(jié)合和水解ATP； 另一個是存在于另一個是存在于C-端的端的多肽鏈結(jié)合結(jié)構(gòu)域多肽鏈結(jié)合結(jié)構(gòu)域。蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)的折疊需要這兩個結(jié)構(gòu)域的相互作用。的折疊需要這兩個結(jié)構(gòu)域的相互作用。 大腸桿菌的大腸桿菌的HSP70 (Dna K)ATP酶肽鏈結(jié)合結(jié)構(gòu)域H2NEEVD-COOHG

53、rp E結(jié)合部位結(jié)合部位DnaJ/HSP40結(jié)合部位結(jié)合部位95大腸桿菌中的大腸桿菌中的HSP70 反應(yīng)循環(huán)反應(yīng)循環(huán)96DnaJ與未折疊蛋白質(zhì)結(jié)合，與未折疊蛋白質(zhì)結(jié)合，將多肽導(dǎo)向?qū)⒍嚯膶?dǎo)向DnaK-ATP復(fù)合物，復(fù)合物，并與并與DnaK結(jié)合結(jié)合DnaJ激活激活DnaK的的ATP酶酶, 水解水解ATP生成生成ADP，產(chǎn)生，產(chǎn)生DnaJ-DnaK-ADP-多肽復(fù)合物多肽復(fù)合物在在Grp E作用下，作用下，ATP與與ADP交換，交換，復(fù)合物解離，釋放折疊蛋白質(zhì)復(fù)合物解離，釋放折疊蛋白質(zhì)二、蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)修飾主要是二、蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)修飾主要是肽鍵水解肽鍵水解和和化學(xué)修飾化學(xué)修飾 （一）肽鏈（一）肽鏈N

54、-端和端和C-端有切除和化學(xué)修飾端有切除和化學(xué)修飾（二）各種氨基酸殘基可進(jìn)行多種化學(xué)修飾（二）各種氨基酸殘基可進(jìn)行多種化學(xué)修飾 1糖基化糖基化 2羥基化羥基化 3甲基化甲基化 4磷酸化磷酸化 5二硫鍵形成二硫鍵形成 6親脂性修飾親脂性修飾97三、空間結(jié)構(gòu)修飾包括三、空間結(jié)構(gòu)修飾包括亞基聚合和亞基聚合和輔基連接輔基連接結(jié)合蛋白質(zhì)合成后都需要結(jié)合相應(yīng)輔基，結(jié)合蛋白質(zhì)合成后都需要結(jié)合相應(yīng)輔基，才能成為具有功能活性的天然蛋白質(zhì)。才能成為具有功能活性的天然蛋白質(zhì)。 具有四級結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)由兩條以上的肽鏈具有四級結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)由兩條以上的肽鏈通過非共價鍵聚合，形成寡聚體通過非共價鍵聚合，形成寡聚體(oligo

55、mer)。（一）通過（一）通過非共價鍵亞基聚合非共價鍵亞基聚合形成具有四級結(jié)形成具有四級結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)構(gòu)的蛋白質(zhì)（二）輔基連接后形成完整的結(jié)合蛋白質(zhì)（二）輔基連接后形成完整的結(jié)合蛋白質(zhì)98 蛋白質(zhì)的靶向輸送蛋白質(zhì)的靶向輸送 (protein targeting) 蛋白質(zhì)合成后被定向輸送到其發(fā)揮作蛋白質(zhì)合成后被定向輸送到其發(fā)揮作用的靶位點(diǎn)的過程用的靶位點(diǎn)的過程。99合成后蛋白質(zhì)可被靶向輸送至細(xì)胞合成后蛋白質(zhì)可被靶向輸送至細(xì)胞特定部位特定部位 蛋白質(zhì)在核糖體上合成后，定向輸送到一個蛋白質(zhì)在核糖體上合成后，定向輸送到一個合適的部位才能行使各自的生物學(xué)功能。蛋白質(zhì)合適的部位才能行使各自的生物學(xué)功能。蛋白

56、質(zhì)的靶向輸送與翻譯后修飾過程同步進(jìn)行。的靶向輸送與翻譯后修飾過程同步進(jìn)行。 蛋白質(zhì)合成后的三種去向：蛋白質(zhì)合成后的三種去向： 保留在胞液，保留在胞液， 進(jìn)入細(xì)胞器，進(jìn)入細(xì)胞器， 分泌到胞外。分泌到胞外。100 所有靶向輸送的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)中存在分選信號，所有靶向輸送的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)中存在分選信號，主要是主要是N末端特異氨基酸序列，可引導(dǎo)蛋白質(zhì)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，這類序列稱為轉(zhuǎn)移到細(xì)胞的適當(dāng)靶部位，這類序列稱為信號信號序列序列(signal sequence)。 蛋白質(zhì)肽鏈的蛋白質(zhì)肽鏈的N-端有一長度為端有一長度為13-36個氨基酸殘個氨基酸殘基的信號序列稱為基的信號

57、序列稱為信號肽信號肽(signal peptide)。 信號序列是決定蛋白質(zhì)靶向輸送特性的最重要信號序列是決定蛋白質(zhì)靶向輸送特性的最重要元件，提示指導(dǎo)蛋白質(zhì)靶向輸送的信息存在于元件，提示指導(dǎo)蛋白質(zhì)靶向輸送的信息存在于蛋白質(zhì)自身的一級結(jié)構(gòu)中。蛋白質(zhì)自身的一級結(jié)構(gòu)中。 （一）靶向輸送的蛋白質(zhì)（一）靶向輸送的蛋白質(zhì)N-端存在信號序列端存在信號序列101 N-端含端含1個或幾個帶正電荷的個或幾個帶正電荷的堿性氨基酸殘基堿性氨基酸殘基，如賴，如賴氨酸氨酸K、精氨酸、精氨酸R； 中段為疏水核心區(qū)，主要含中段為疏水核心區(qū)，主要含疏水的中性氨基酸疏水的中性氨基酸，如，如亮氨酸、異亮氨酸等；亮氨酸、異亮氨酸等；

58、 C-端加工區(qū)由一些極性相對較大、側(cè)鏈較短的氨基端加工區(qū)由一些極性相對較大、側(cè)鏈較短的氨基酸（如甘氨酸、丙氨酸、絲氨酸）組成，緊接著是酸（如甘氨酸、丙氨酸、絲氨酸）組成，緊接著是被被信號肽酶信號肽酶(signal peptidase)裂解的位點(diǎn)裂解的位點(diǎn) 。n信號肽信號肽有以下共性：有以下共性：102Gnter Blobel（1936-） 1999年諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎年諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎“信號肽信號肽的發(fā)現(xiàn)的發(fā)現(xiàn)”103 靶向輸送到細(xì)胞核的蛋白質(zhì)其多肽鏈內(nèi)含有特異靶向輸送到細(xì)胞核的蛋白質(zhì)其多肽鏈內(nèi)含有特異信號序列，稱為信號序列，稱為核定位序列核定位序列(nuclear localization s

59、equence, NLS) 。 NLS為含為含48個氨基酸殘基的短序列，富含帶正個氨基酸殘基的短序列，富含帶正電荷的賴氨酸、精氨酸和脯氨酸，可位于肽鏈的電荷的賴氨酸、精氨酸和脯氨酸，可位于肽鏈的不同部位，而不只在不同部位，而不只在N末端。末端。 不同的不同的NLS間未發(fā)現(xiàn)共有序列；間未發(fā)現(xiàn)共有序列； 在蛋白質(zhì)進(jìn)核定在蛋白質(zhì)進(jìn)核定位后，位后，NLS不被切除。不被切除。 n核定位序列核定位序列104n信號肽引導(dǎo)分泌型蛋白質(zhì)進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)信號肽引導(dǎo)分泌型蛋白質(zhì)進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)105（1）合成蛋白質(zhì)信號肽）合成蛋白質(zhì)信號肽（2）核糖體）核糖體-多肽多肽-SRP復(fù)合物形成復(fù)合物形成（3）結(jié)合信號肽識別顆粒）結(jié)合信

60、號肽識別顆粒SRP受體受體（4）新生蛋白質(zhì)信號肽插入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜）新生蛋白質(zhì)信號肽插入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜（5）轉(zhuǎn)位進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔，信號肽被酶降解）轉(zhuǎn)位進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔，信號肽被酶降解（6）多肽鏈折疊）多肽鏈折疊106J. Nanosci. Nanotechnol. 2010, 6534NLS107體內(nèi)腫瘤細(xì)胞靶體內(nèi)腫瘤細(xì)胞靶向快速輸送抗癌向快速輸送抗癌藥物及生物成像藥物及生物成像試劑的試劑的DNA納米納米火車火車Tan et al. PNAs, 2013, in press第五節(jié)第五節(jié)蛋白質(zhì)生物合成的干擾和抑制蛋白質(zhì)生物合成的干擾和抑制Interference and Inhibition of Protein