分子生物學(xué)原理：第十一章 蛋白質(zhì)的生物合成2

1、目錄目錄目錄目錄 蛋白質(zhì)的生物合成蛋白質(zhì)的生物合成 （翻譯）（翻譯） 第十一章 目錄目錄 蛋白質(zhì)的生物合成與核酸蛋白質(zhì)的生物合成與核酸 密切相關(guān)，蛋白質(zhì)分子中密切相關(guān)，蛋白質(zhì)分子中 的氨基酸排列順序歸根結(jié)的氨基酸排列順序歸根結(jié) 底是由底是由DNADNA上的基因所決上的基因所決 定。定。 mRNAmRNA分子中來自分子中來自DNADNA基基 因編碼的核苷酸序列信息因編碼的核苷酸序列信息 轉(zhuǎn)換為蛋白質(zhì)中的氨基酸轉(zhuǎn)換為蛋白質(zhì)中的氨基酸 序列，故稱為序列，故稱為翻譯翻譯。 生物體蛋白質(zhì)歷經(jīng)肽鏈合生物體蛋白質(zhì)歷經(jīng)肽鏈合 成的起始、延長(zhǎng)與終止及成的起始、延長(zhǎng)與終止及 翻譯后加工和靶向輸送后翻譯后加工和靶向

2、輸送后 發(fā)揮生物學(xué)功能。發(fā)揮生物學(xué)功能。 DNA mRNA 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì) 目錄目錄 蛋白質(zhì)生物合成的概念蛋白質(zhì)生物合成的概念 蛋白質(zhì)生物合成蛋白質(zhì)生物合成(protein biosynthesis)也稱也稱 翻譯翻譯(translation)，是生物細(xì)胞以，是生物細(xì)胞以mRNA為模板，為模板， 按照按照mRNA分子中核苷酸的排列順序所組成的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。密碼信息合成蛋白質(zhì)的過程。 n定義定義 目錄目錄 （1）氨基酸的活化）氨基酸的活化 （2）肽鏈的生物合成）肽鏈的生物合成 （3）肽鏈形成后的加工和靶向輸送）肽鏈形成后的加工和靶向輸送 n反應(yīng)過程反應(yīng)過

3、程 目錄目錄 （1）維持多種生命活動(dòng)）維持多種生命活動(dòng) （2）適應(yīng)環(huán)境的變化）適應(yīng)環(huán)境的變化 （3）參與組織的更新和修復(fù)）參與組織的更新和修復(fù) n生物學(xué)意義生物學(xué)意義 目錄目錄目錄目錄 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 SystemProtein Biosynthesis System 目錄目錄 （1）化學(xué)反應(yīng)：底物？酶？輔助因子？能量？）化學(xué)反應(yīng)：底物？酶？輔助因子？能量？ （2）氨基酸順序：特異性？模板？氨基酸載體？）氨基酸順序：特異性？模板？氨基酸載體？ （3）反應(yīng)場(chǎng)所：核蛋白體）反應(yīng)場(chǎng)所：核蛋白體 目錄目錄 1. 基本原料：基

4、本原料：20種編碼氨基酸種編碼氨基酸 2. 模板：模板：mRNA 3. 適配器：適配器：tRNA攜帶氨基酸，按照模板裝配攜帶氨基酸，按照模板裝配 4. 裝配機(jī)：核蛋白體裝配機(jī)：核蛋白體 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)肽酶、起始因子、延長(zhǎng)因子、釋放因子等轉(zhuǎn)肽酶、起始因子、延長(zhǎng)因子、釋放因子等 6. 能源物質(zhì)：能源物質(zhì)：ATP、GTP 7. 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 目錄目錄 一、遺傳密碼的一、遺傳密碼的“攜帶者攜帶者”mRNA nmRNA的基本結(jié)構(gòu)的基本結(jié)構(gòu) Start of geneti

5、c message Cap End Tail 5-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) 開放閱讀框架開放閱讀框架 從從mRNA 5 -端起始密碼子端起始密碼子AUG到到3 -端終止密端終止密 碼子之間的核苷酸序列，稱為開放閱讀框架碼子之間的核苷酸序列，稱為開放閱讀框架 (open reading frame, ORF)。 目錄目錄 （一）模板（一）模板 以以DNA為模板，按堿基互補(bǔ)規(guī)律合成為模板，按堿基互補(bǔ)規(guī)律合成 mRNA，從而轉(zhuǎn)錄了，從而轉(zhuǎn)錄了DNA分子中的遺傳信息。分子中的遺傳信息。 以這些以這些mRNA為模板，合成的蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)為模板，合成的蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu) 和功能多種多

6、樣。和功能多種多樣。 遺傳信息從遺傳信息從mRNA到蛋白質(zhì)，需要遺傳密碼。到蛋白質(zhì)，需要遺傳密碼。 目錄目錄 1954年，年，George Gamov對(duì)氨基酸的編碼對(duì)氨基酸的編碼 做出數(shù)學(xué)推理：做出數(shù)學(xué)推理：3個(gè)核苷酸為一個(gè)氨基酸個(gè)核苷酸為一個(gè)氨基酸 編碼，可編碼編碼，可編碼64種氨基酸。種氨基酸。 1961年，年，Brenner和和Grick 肯定了肯定了3個(gè)核苷個(gè)核苷 酸決定一個(gè)氨基酸的推理。酸決定一個(gè)氨基酸的推理。 隨后的實(shí)驗(yàn)證實(shí)這個(gè)假想是正確的。隨后的實(shí)驗(yàn)證實(shí)這個(gè)假想是正確的。 （二）遺傳密碼（二）遺傳密碼 目錄目錄 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(gè)相鄰的個(gè)

7、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)體形式的核苷酸序列稱為密碼子。種三聯(lián)體形式的核苷酸序列稱為密碼子。 起始密碼子起始密碼子(initiation codon)：AUG 終止密碼子終止密碼子(termination codon) ：UAA、UAG、UGA 密碼子（密碼子（codon） 起始密碼子和終止密碼子：起始密碼子和終止密碼子： 目錄目錄 遺 傳 密 碼 表 目錄目錄 n遺傳密碼的特點(diǎn)遺傳密碼的特點(diǎn) 1. 密碼的方向性密碼的方向性 翻譯時(shí)遺傳密碼的閱讀方向是翻譯時(shí)遺傳密碼的閱讀方向是53，即讀，即讀 碼從碼從mRNA的起始

8、密碼子的起始密碼子AUG開始，按開始，按53 的方向逐一閱讀，直至終止密碼子。的方向逐一閱讀，直至終止密碼子。 mRNA的閱讀框架的閱讀框架 目錄目錄 2. 密碼的連續(xù)性密碼的連續(xù)性 編碼蛋白質(zhì)氨基酸序列的各個(gè)三聯(lián)體密編碼蛋白質(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。既無間隔也無交叉。 AlaValHisMet終止密碼終止密碼 目錄目錄 由于密碼子的連續(xù)性，在開放閱讀框中插入或缺由于密碼子的連續(xù)性，在開放閱讀框中插入或缺 失失1個(gè)或個(gè)或2 個(gè)堿基的基因突變，都會(huì)引起這一點(diǎn)以后的個(gè)堿基的基因突變，都會(huì)引起這一點(diǎn)以后

9、的 讀碼發(fā)生錯(cuò)誤，這種錯(cuò)誤稱為讀碼發(fā)生錯(cuò)誤，這種錯(cuò)誤稱為閱讀框移位閱讀框移位(frame shift)。 基因損傷引起基因損傷引起mRNA閱讀框架內(nèi)的堿基發(fā)生插入閱讀框架內(nèi)的堿基發(fā)生插入 或缺失，可能導(dǎo)致或缺失，可能導(dǎo)致框移突變框移突變(frameshift mutation)。 AlaValHisMet終止密碼終止密碼 GluSerMet 目錄目錄 不同的開放閱讀框會(huì)產(chǎn)生完全不同的多肽鏈不同的開放閱讀框會(huì)產(chǎn)生完全不同的多肽鏈 目錄目錄 3. 密碼的簡(jiǎn)并性與擺動(dòng)性密碼的簡(jiǎn)并性與擺動(dòng)性 一種氨基酸可由一種氨基酸可由2個(gè)或個(gè)或2個(gè)以上的密碼個(gè)以上的密碼 子編碼。這一特性稱為遺傳密碼的簡(jiǎn)并性子編碼。

10、這一特性稱為遺傳密碼的簡(jiǎn)并性 （degeneracy）。）。 除色氨酸和甲硫氨酸僅有除色氨酸和甲硫氨酸僅有1個(gè)密碼子個(gè)密碼子 外，其余氨基酸有外，其余氨基酸有2、3、4個(gè)或多至個(gè)或多至6個(gè)三個(gè)三 聯(lián)體為其編碼。為同一種氨基酸編碼的各聯(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，也稱同義密碼密碼子稱為簡(jiǎn)并性密碼子，也稱同義密碼 子子 。 目錄目錄 各種氨基酸的密碼子數(shù)目各種氨基酸的密碼子數(shù)目 目錄目錄 遺 傳 密 碼 表 目錄目錄 簡(jiǎn)并性主要是由于密碼的第簡(jiǎn)并性主要是由于密碼的第3 3位堿基呈擺動(dòng)。位堿基呈擺動(dòng)。 密碼子的專一性主要由前密碼子的專一性主要由前2 2個(gè)堿基決定。個(gè)堿

11、基決定。 同義的密碼子越多，生物遺傳的穩(wěn)定性越大。同義的密碼子越多，生物遺傳的穩(wěn)定性越大。 簡(jiǎn)并現(xiàn)象對(duì)生物遺傳的穩(wěn)定性具有重要意義。簡(jiǎn)并現(xiàn)象對(duì)生物遺傳的穩(wěn)定性具有重要意義。 遺 傳 密 碼 表 目錄目錄 密碼子的翻譯通過與密碼子的翻譯通過與tRNA的反密碼子配對(duì)的反密碼子配對(duì) 反應(yīng)而實(shí)現(xiàn)。反應(yīng)而實(shí)現(xiàn)。 密碼子密碼子 反密碼子反密碼子 目錄目錄 反密碼子與密碼子之間的配對(duì)有時(shí)并不嚴(yán)格反密碼子與密碼子之間的配對(duì)有時(shí)并不嚴(yán)格 遵守常見的堿基配對(duì)規(guī)律，這種現(xiàn)象稱為擺動(dòng)配遵守常見的堿基配對(duì)規(guī)律，這種現(xiàn)象稱為擺動(dòng)配 對(duì)對(duì)( (wobble base pairing) )。 （次黃嘌呤）（次黃嘌呤） 目錄目

12、錄 方向性方向性 起始密碼和終止密碼起始密碼和終止密碼 簡(jiǎn)并性簡(jiǎn)并性 擺動(dòng)性擺動(dòng)性 連續(xù)性連續(xù)性 氨基酸序列的特異性氨基酸序列的特異性 生物遺傳的穩(wěn)定性生物遺傳的穩(wěn)定性 目錄目錄 4. 密碼的通用性密碼的通用性 從簡(jiǎn)單的病毒到高等的人類，幾乎使用從簡(jiǎn)單的病毒到高等的人類，幾乎使用 同一套遺傳密碼，因此，遺傳密碼表中的這同一套遺傳密碼，因此，遺傳密碼表中的這 套套“通用密碼通用密碼”基本上適用于生物界的所有基本上適用于生物界的所有 物種，具有通用性。物種，具有通用性。 密碼的通用性進(jìn)一步證明各種生物進(jìn)化密碼的通用性進(jìn)一步證明各種生物進(jìn)化 自同一祖先。自同一祖先。 目錄目錄 已發(fā)現(xiàn)少數(shù)例外，如動(dòng)物

13、細(xì)胞的線粒體、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。植物細(xì)胞的葉綠體。 通用密碼通用密碼 線粒體密碼線粒體密碼 AUA 異亮異亮 甲硫、起始甲硫、起始 AGA 精精 終止終止 AGG 精精 終止終止 UGA 終止終止 色色 目錄目錄 二、氨基酸的二、氨基酸的“搬運(yùn)工具搬運(yùn)工具”tRNAtRNA （一（一) tRNA的種類的種類 60-70種種 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tRNA攜帶，一攜帶，一 種氨基酸可有種氨基酸可有2-6種對(duì)應(yīng)的種對(duì)應(yīng)的tRNA。 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的反密碼子決定了所 攜帶的氨基酸

14、能準(zhǔn)確地在攜帶的氨基酸能準(zhǔn)確地在mRNA上對(duì)號(hào)入座。上對(duì)號(hào)入座。 不同不同tRNA的表述方式，采用右上標(biāo)的不同氨基酸的表述方式，采用右上標(biāo)的不同氨基酸 的三字母代號(hào)。的三字母代號(hào)。如如 tRNASer轉(zhuǎn)運(yùn)絲氨酸。轉(zhuǎn)運(yùn)絲氨酸。 目錄目錄 （二）（二）tRNA的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu) tRNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)和三級(jí)結(jié)構(gòu)的二級(jí)結(jié)構(gòu)和三級(jí)結(jié)構(gòu) (a) tRNA分子二級(jí)結(jié)構(gòu)分子二級(jí)結(jié)構(gòu) (b) tRNA三級(jí)結(jié)構(gòu)三級(jí)結(jié)構(gòu) 結(jié)合結(jié)合mRNA 結(jié)合結(jié)合 氨基酸氨基酸 目錄目錄 密碼子密碼子 反密碼子反密碼子 tRNA運(yùn)載氨基酸至核糖體，通過其反密碼子運(yùn)載氨基酸至核糖體，通過其反密碼子 與與mRNA相應(yīng)的密碼子互補(bǔ)結(jié)合，從而按照

15、相應(yīng)的密碼子互補(bǔ)結(jié)合，從而按照mRNA 的密碼子順序依次加入氨基酸殘基。的密碼子順序依次加入氨基酸殘基。 目錄目錄 三、肽鏈的裝配機(jī)三、肽鏈的裝配機(jī)核糖體核糖體 n核糖體的組成核糖體的組成 核糖體核糖體又稱又稱核蛋白體核蛋白體，是由，是由rRNA和多種蛋和多種蛋 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。蛋白質(zhì)生物合成的場(chǎng)所。 目錄目錄 原核生物原核生物真核生物真核生物 核蛋核蛋 白體白體 小亞基小亞基大亞基大亞基 核蛋核蛋 白體白體 小亞基小亞基大亞基大亞基 S值值70S30S50S80S40S60S rRNA16S 23S 5S

16、 18S 28S 5.8S 5S 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)rpS 21種種rpL 36種種rpS 33種種rpL 49種種 不同細(xì)胞核蛋白體的組成不同細(xì)胞核蛋白體的組成 目錄目錄 n核糖體上的功能部位核糖體上的功能部位 (a) 核糖體大小亞基結(jié)合后形成的間隙為核糖體大小亞基結(jié)合后形成的間隙為mRNA結(jié)合部位結(jié)合部位; (b) 翻譯過程中的核蛋白體結(jié)合模式翻譯過程中的核蛋白體結(jié)合模式 E位：排出位位：排出位 exit site P位：肽酰位位：肽酰位 peptidyl site A位：氨基酰位位：氨基酰位 aminoacyl site 目錄目錄 四、肽鏈生物合成需要的酶類和四、肽鏈生物合成需要的酶類和 蛋白

17、質(zhì)因子蛋白質(zhì)因子 底物產(chǎn)物 氨基酸氨基酸 氨基酰氨基酰 -tRNA-tRNA 多肽鏈多肽鏈 起始起始 起始因子起始因子 延長(zhǎng)延長(zhǎng) 延長(zhǎng)因子延長(zhǎng)因子 終止終止 釋放因子釋放因子 轉(zhuǎn)肽酶轉(zhuǎn)肽酶 轉(zhuǎn)位酶轉(zhuǎn)位酶 ATP GTPGTP 無機(jī)離子無機(jī)離子 Mg2+、K+ 氨基酰氨基酰-tRNA 合成酶合成酶 目錄目錄 四、肽鏈生物合成需要的酶類和四、肽鏈生物合成需要的酶類和 蛋白質(zhì)因子蛋白質(zhì)因子 重要的酶類重要的酶類 氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶(aminoacyl tRNA synthetase)，催，催 化氨基酸的活化；化氨基酸的活化； 轉(zhuǎn)肽酶轉(zhuǎn)肽酶(peptidase)，催化核蛋白體，催化核蛋

18、白體P位上的肽?；D(zhuǎn)位上的肽?；D(zhuǎn) 移至移至A位氨基酰位氨基酰-tRNA的氨基上，使?；c氨基結(jié)合的氨基上，使?；c氨基結(jié)合 形成肽鍵形成肽鍵;并受釋放因子的作用后發(fā)生變構(gòu)，表現(xiàn)出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，使酯酶的水解活性，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)，催化核蛋白體向，催化核蛋白體向mRNA3-端移端移 動(dòng)一個(gè)密碼子的距離，使下一個(gè)密碼子定位于動(dòng)一個(gè)密碼子的距離，使下一個(gè)密碼子定位于A位。位。 目錄目錄 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

19、與蛋白質(zhì)生物合成的無機(jī)離子有Mg2+、 K+ 等。等。 能源物質(zhì)及離子能源物質(zhì)及離子 目錄目錄 蛋白質(zhì)因子蛋白質(zhì)因子 起始因子（起始因子（initiation factor，IF） 延長(zhǎng)因子（延長(zhǎng)因子（elongation factor，EF） 釋放因子（釋放因子（release factor，RF） 目錄目錄 UGA 目錄目錄目錄目錄 第二節(jié)第二節(jié) 蛋白質(zhì)的生物合成過程蛋白質(zhì)的生物合成過程 目錄目錄 蛋白質(zhì)的生物合成過程包括蛋白質(zhì)的生物合成過程包括 氨基酸的活化氨基酸的活化 蛋白質(zhì)合成的起始蛋白質(zhì)合成的起始 蛋白質(zhì)合成的延長(zhǎng)蛋白質(zhì)合成的延長(zhǎng) 蛋白質(zhì)合成的終止蛋白質(zhì)合成的終止 目錄目錄 n反應(yīng)

20、過程反應(yīng)過程 一、一、 氨基酸的活化與搬運(yùn)氨基酸的活化與搬運(yùn) 氨基酸氨基酸 + tRNA氨基酰氨基酰- tRNA ATP AMPPPi 氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶 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的的 過程稱為氨基酸的活化。過程稱為氨基酸的活化。 參與氨基酸的活化的酶：參與氨基酸的活化的酶：氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶。 目錄目錄 1. 氨基酰氨基酰tRNA合成酶催化合成酶催化ATP分解為焦磷酸與分解為焦磷酸與 AMP 2. 氨基酸氨基酸 AMP-E 氨基酰氨基酰-AMP-E 3. 氨基酰氨基酰-AMP-E tRNA 氨基酰氨基酰-tRN

21、A AMP E 氨基酰氨基酰-tRNA的形成的形成 AMP 目錄目錄 n氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 氨基酰氨基酰tRNA合成酶的合成酶的3個(gè)結(jié)合位點(diǎn)個(gè)結(jié)合位點(diǎn) 氨基酸和氨基酸和ATP形成氨基酰腺苷形成氨基酰腺苷 氨基酰轉(zhuǎn)移到氨基酰轉(zhuǎn)移到tRNA上上 tRNA負(fù)載了氨基酸負(fù)載了氨基酸 目錄目錄 l氨基酰氨基酰-tRNA合成酶對(duì)底物氨基酸和合成酶對(duì)底物氨基酸和tRNA都都 有高度特異性。有高度特異性。 特性特性 tRNA 氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶 ATP 目錄目錄 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(dòng)動(dòng) 力力 學(xué)學(xué) 校校 對(duì)對(duì) 化化 學(xué)學(xué)

22、 校校 對(duì)對(duì) 特性特性 目錄目錄 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(duì)應(yīng)的各種氨基酸和對(duì)應(yīng)的tRNA結(jié)合后形成的結(jié)合后形成的 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： 目錄目錄 MetMet密碼：密碼： 起始起始MetMet密碼密碼 閱讀框內(nèi)部閱讀框內(nèi)部MetMet密碼密碼 結(jié)合兩種結(jié)合兩種MetMet密碼的密碼的Met-Me

23、t-tRNAtRNA結(jié)構(gòu)不同。結(jié)構(gòu)不同。 在原核細(xì)胞中，結(jié)合起始在原核細(xì)胞中，結(jié)合起始MetMet密碼的是密碼的是tRNAtRNAfMet fMet。 。 起始起始MetMet結(jié)合結(jié)合tRNAtRNAfMet fMet后，由 后，由N N10 10- -甲酰四氫葉酸提供 甲酰四氫葉酸提供 甲?；?，生成甲酰甲硫氨酸甲?；?，生成甲酰甲硫氨酸- - tRNAtRNAfMet fMet。 。 在真核生物，具有起始功能的是在真核生物，具有起始功能的是tRNAitRNAiMet Met （initiator- initiator- tRNAtRNA）。）。 Met密碼密碼 目錄目錄 原核生物的多順反子原核

24、生物的多順反子 真核生物的單順反子真核生物的單順反子 非編碼序列非編碼序列核蛋白體結(jié)合位點(diǎn)核蛋白體結(jié)合位點(diǎn) 起始密碼子起始密碼子終止密碼子終止密碼子編碼序列編碼序列 PPP5 3 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì) PPP mG - 5 3 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì) AAA 目錄目錄 二、肽鏈合成的起始二、肽鏈合成的起始 指指mRNA和起始氨基酰和起始氨基酰-tRNA分別與核蛋分別與核蛋 白體結(jié)合而形成翻譯起始復(fù)合物白體結(jié)合而形成翻譯起始復(fù)合物 (translation initiation complex) 的過程。的過程。 目錄目錄 1. 核蛋白體大小亞基分離；核蛋白體大小亞基分離； 2. mRNA在小亞基定位結(jié)合；在小亞

25、基定位結(jié)合； 3. 起始氨基酰起始氨基酰-tRNA的結(jié)合；的結(jié)合； 4. 核蛋白體大亞基結(jié)合。核蛋白體大亞基結(jié)合。 （一）原核生物蛋白質(zhì)合成的起始（一）原核生物蛋白質(zhì)合成的起始 目錄目錄 IF-3 IF-1 （1 1）70S70S核糖體在核糖體在IF-1IF-1影響下解離形成影響下解離形成30S30S和和50S50S兩個(gè)亞基。兩個(gè)亞基。 （2 2）IF-3IF-3結(jié)合游離的結(jié)合游離的30S30S亞基，以阻止亞基，以阻止30S30S亞基在與亞基在與mRNAmRNA結(jié)結(jié) 合前與大亞基結(jié)合，防止無活性核糖體的形成。合前與大亞基結(jié)合，防止無活性核糖體的形成。 目錄目錄 A U G53 IF-3 IF-

26、1 （3 3）核糖體小亞基結(jié)合）核糖體小亞基結(jié)合mRNA的的55端。端。 目錄目錄 n原核生物原核生物mRNAmRNA在核蛋白體小亞基上的準(zhǔn)在核蛋白體小亞基上的準(zhǔn) 確定位和結(jié)合涉及兩種機(jī)制：確定位和結(jié)合涉及兩種機(jī)制： 在各種在各種mRNAmRNA起始起始AUGAUG上游約上游約8 81313核苷酸部核苷酸部 位，存在一段由位，存在一段由4 49 9個(gè)核苷酸組成的一致序列，個(gè)核苷酸組成的一致序列， 富含嘌呤堿基，如富含嘌呤堿基，如-AGGAGG-AGGAGG-，稱為，稱為Shine-Shine- DalgarnoDalgarno序列序列(S-D(S-D序列序列) )，又稱核蛋白體結(jié)合位點(diǎn)，又稱核

27、蛋白體結(jié)合位點(diǎn) (ribosomal binding site, RBS)(ribosomal binding site, RBS)。 一條多順反子一條多順反子mRNAmRNA序列上的每個(gè)基因編碼序序列上的每個(gè)基因編碼序 列均擁有各自的列均擁有各自的S-DS-D序列和起始序列和起始AUGAUG。 目錄目錄 小亞基中的小亞基中的16S-rRNA 3-端有一富含嘧啶堿基端有一富含嘧啶堿基 的短序列，如的短序列，如-CCUCCU-，通過與，通過與S-D序列堿序列堿 基互補(bǔ)而使基互補(bǔ)而使mRNA與小亞基結(jié)合。與小亞基結(jié)合。 mRNA序列上緊接序列上緊接S-D序列后的小核苷酸序列，序列后的小核苷酸序列，

28、 可被核蛋白體小亞基蛋白可被核蛋白體小亞基蛋白rpS-1識(shí)別并結(jié)合。識(shí)別并結(jié)合。 原核生物原核生物mRNA的起始的起始AUG上游的上游的S-D序列及序列及rpS-1識(shí)別序列識(shí)別序列 RNA-RNARNA-蛋白質(zhì)蛋白質(zhì) 目錄目錄 通過通過RNA-RNA，RNA-蛋白質(zhì)相互作用，小蛋白質(zhì)相互作用，小 亞基可以準(zhǔn)確定位亞基可以準(zhǔn)確定位mRNA上的起始上的起始AUG。 RNA-RNARNA-蛋白質(zhì)蛋白質(zhì) 目錄目錄 IF-3 IF-1 IF-2 GTP (4) 起始起始tRNA(fMet-tRNAfMet )、 IF-2結(jié)合到上述復(fù)合體。結(jié)合到上述復(fù)合體。 IF-3 被釋放，形成被釋放，形成30S起始復(fù)

29、合體。起始復(fù)合體。 A U G53 目錄目錄 IF-3 IF-1 IF-2 GTP GDPPi （5 5）50S50S亞基與上述復(fù)合物結(jié)合，形成亞基與上述復(fù)合物結(jié)合，形成70S70S起始復(fù)起始復(fù) 合體。合體。GTP水解釋能。水解釋能。 A U G53 目錄目錄 IF-3 IF-1 A U G 53 IF-2 -GTP GDP 起始復(fù)合物形成過程起始復(fù)合物形成過程 目錄目錄 原核生物蛋白質(zhì)合成的原核生物蛋白質(zhì)合成的 起始過程起始過程 起始階段首先由起始階段首先由IF-1促使無促使無 活性的活性的70S核糖體解離形成核糖體解離形成 30S和和50S兩個(gè)亞基；兩個(gè)亞基； 核糖體小亞基結(jié)合于核糖體小亞

30、基結(jié)合于 mRNA的的5 端形成復(fù)合物端形成復(fù)合物, 起起 始始tRNA (fMet-tRNAfMet)通過通過 其反密碼子與其反密碼子與mRNA分子上分子上 AUG密碼子的堿基配對(duì)加入密碼子的堿基配對(duì)加入 復(fù)合體復(fù)合體; 50S亞基與亞基與中形成的復(fù)合中形成的復(fù)合 體結(jié)合體結(jié)合, 起始后期完成起始后期完成70S起起 始復(fù)合體的形成。始復(fù)合體的形成。 目錄目錄 （二）真核生物蛋白質(zhì)合成的起始（二）真核生物蛋白質(zhì)合成的起始 Met-tRNAiMet與與GTP結(jié)合后結(jié)合后, 再與帶有再與帶有eIF-3的小亞基的小亞基(40S)相相 結(jié)合。結(jié)合。 mRNA先與先與eIF4B和和eIF4F發(fā)生作用。發(fā)

31、生作用。 40S亞基復(fù)合體與亞基復(fù)合體與mRNA復(fù)合體結(jié)合后，在復(fù)合體結(jié)合后，在mRNA鏈上滑動(dòng)鏈上滑動(dòng) 尋找尋找AUG起始密碼子。起始密碼子。 eIF-5替換替換eIF2和和eIF3后，后，60S亞基與亞基與40S亞基結(jié)合并水解亞基結(jié)合并水解 GTP。 eIF4C幫助幫助60S亞基結(jié)合形成完整的亞基結(jié)合形成完整的80S起始復(fù)合體后被釋放。起始復(fù)合體后被釋放。 釋放后釋放后eIF2-GDP復(fù)合體在復(fù)合體在eIF2B的作用下進(jìn)入下一輪。的作用下進(jìn)入下一輪。 目錄目錄 指第二個(gè)和以后的密碼子編碼的氨基酸進(jìn)入指第二個(gè)和以后的密碼子編碼的氨基酸進(jìn)入 核糖體，并形成肽鍵的過程。核糖體，并形成肽鍵的過程。

32、 1. 進(jìn)位反應(yīng)進(jìn)位反應(yīng) 2. 轉(zhuǎn)肽反應(yīng)轉(zhuǎn)肽反應(yīng) 3. 移位反應(yīng)移位反應(yīng) 三、肽鏈合成的延長(zhǎng)三、肽鏈合成的延長(zhǎng) 肽鏈延長(zhǎng)在核蛋白體上連續(xù)循環(huán)式進(jìn)行，又稱為核肽鏈延長(zhǎng)在核蛋白體上連續(xù)循環(huán)式進(jìn)行，又稱為核 蛋白體循環(huán)蛋白體循環(huán)(ribosomal cycle)，包括以下三步：，包括以下三步： 每輪循環(huán)使多肽鏈增加一個(gè)氨基酸殘基。每輪循環(huán)使多肽鏈增加一個(gè)氨基酸殘基。 目錄目錄 1. 進(jìn)位進(jìn)位 又稱又稱注冊(cè)注冊(cè)(registration)， 是是指一個(gè)氨基酰指一個(gè)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) 合到核蛋白體合到核蛋白體A位的過程。位的過程。 （一）原核生物蛋白質(zhì)

33、合成的延長(zhǎng)（一）原核生物蛋白質(zhì)合成的延長(zhǎng) 虛位以待？虛位以待？ 目錄目錄 進(jìn)位需要延長(zhǎng)因子進(jìn)位需要延長(zhǎng)因子 EF-Tu與與EF-Ts參與。參與。 目錄目錄 Tu Ts GTP GDP A U G53 Tu Ts n進(jìn)位的反應(yīng)過程：進(jìn)位的反應(yīng)過程： 目錄目錄 2.成肽成肽 成肽是在肽?；D(zhuǎn)移酶成肽是在肽酰基轉(zhuǎn)移酶(transpeptidase)的催的催 化下，核蛋白體化下，核蛋白體P位上起始氨基酰位上起始氨基酰-tRNA的的N-甲甲 酰甲硫氨?；螂孽ｕ＜琢虬滨；螂孽?tRNA的肽?；D(zhuǎn)移到的肽酰基轉(zhuǎn)移到A位位 并與并與A位上氨基酰位上氨基酰-tRNA的的-氨基結(jié)合形成肽鍵氨基結(jié)合形成肽鍵 的

34、過程。的過程。 目錄目錄 n成肽的反應(yīng)過程成肽的反應(yīng)過程 目錄目錄 成肽反應(yīng)成肽反應(yīng): P位肽?；c位肽?；cA位氨基?；g形成肽鍵位氨基?；g形成肽鍵 目錄目錄 3. 移位移位 移位是指核蛋白體向移位是指核蛋白體向mRNA的的3 -端移動(dòng)端移動(dòng) 一個(gè)密碼子的距離，使一個(gè)密碼子的距離，使mRNA序列上的下一序列上的下一 個(gè)密碼子進(jìn)入核蛋白體的個(gè)密碼子進(jìn)入核蛋白體的A位、而占據(jù)位、而占據(jù)A位的位的 肽酰肽酰-tRNA移入移入P位的過程。位的過程。 轉(zhuǎn)位需要延長(zhǎng)因子轉(zhuǎn)位需要延長(zhǎng)因子EF-G參與。參與。 目錄目錄 目錄目錄 EF-G有有移位酶（移位酶（translocase）活性，可結(jié)合活性，可

35、結(jié)合 并水解并水解1分子分子GTP，釋放的能量促進(jìn)核蛋白體向，釋放的能量促進(jìn)核蛋白體向 mRNA的的3側(cè)移動(dòng)，使起始二肽酰側(cè)移動(dòng)，使起始二肽酰-tRNA-mRNA 相對(duì)位移進(jìn)入核蛋白體相對(duì)位移進(jìn)入核蛋白體P位，而卸載的位，而卸載的tRNA則移則移 入入E位。位。 n移位移位 目錄目錄 fMet A U G53 fMet TuGTP 成肽成肽移位移位下一輪進(jìn)位下一輪進(jìn)位 n原核生物蛋白質(zhì)合成的延伸階段原核生物蛋白質(zhì)合成的延伸階段核糖體循環(huán)核糖體循環(huán) 目錄目錄 真核生物肽鏈合成的延長(zhǎng)過程與原核生物真核生物肽鏈合成的延長(zhǎng)過程與原核生物 基本相似，但有不同的反應(yīng)體系和延長(zhǎng)因子?；鞠嗨疲胁煌姆磻?yīng)

36、體系和延長(zhǎng)因子。 另外，真核細(xì)胞核蛋白體沒有另外，真核細(xì)胞核蛋白體沒有E位，轉(zhuǎn)位位，轉(zhuǎn)位 時(shí)卸載的時(shí)卸載的tRNA直接從直接從P位脫落。位脫落。 （二）真核生物蛋白質(zhì)合成的延長(zhǎng)（二）真核生物蛋白質(zhì)合成的延長(zhǎng) 目錄目錄 四、肽鏈合成的終止四、肽鏈合成的終止 （一）原核生物蛋白質(zhì)合成的終止（一）原核生物蛋白質(zhì)合成的終止 終止密碼子進(jìn)入核糖體的終止密碼子進(jìn)入核糖體的A A 位點(diǎn)位點(diǎn) 細(xì)菌中存在細(xì)菌中存在3 3 類釋放因子類釋放因子 RF-3RF-3是一種依賴于核糖體的是一種依賴于核糖體的GTPaseGTPase mRNAmRNA、tRNAtRNA 及及RF RF 從核糖體脫離從核糖體脫離 目錄目錄

37、RF-3可結(jié)合核蛋白體其他部位，有可結(jié)合核蛋白體其他部位，有GTP酶活性，酶活性， 能介導(dǎo)能介導(dǎo)RF-1、RF-2與核蛋白體的相互作用。與核蛋白體的相互作用。 n釋放因子的功能：釋放因子的功能： 識(shí)別終止密碼子識(shí)別終止密碼子 結(jié)構(gòu)類似結(jié)構(gòu)類似tRNA，競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合核糖體。，競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合核糖體。 RF-1特異識(shí)別特異識(shí)別UAA、UAG； RF-2特異識(shí)別特異識(shí)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)轷ッ富钚?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，使肽鏈從核蛋白體上釋放。的酯鍵水解，使肽鏈從核蛋白體上釋放。 原原 核核 生生 物物 蛋蛋 白白

38、質(zhì)質(zhì) 合合 成成 的的 終終 止止 目錄目錄 （二）真核生物蛋白質(zhì)合成的終止（二）真核生物蛋白質(zhì)合成的終止 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(gè)釋放因子個(gè)釋放因子eRF，可識(shí)別所有終止密碼，可識(shí)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。 目錄目錄 UGA 目錄目錄 原核生物與真核生物蛋白質(zhì)合成過程的不同點(diǎn)原核生物與真核生物蛋白質(zhì)合成過程的不同點(diǎn) 目錄目錄 多聚核蛋白體的形成可以使蛋白質(zhì)生物多聚核蛋白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。合成以高速度、高效率進(jìn)行。 五、多核糖體五、多核糖體 1條

39、條mRNA模板鏈都可附著模板鏈都可附著10100個(gè)核個(gè)核 蛋白體，這些核蛋白體依次結(jié)合起始密碼子蛋白體，這些核蛋白體依次結(jié)合起始密碼子 并沿并沿53方向讀碼移動(dòng)，同時(shí)進(jìn)行肽鏈合成，方向讀碼移動(dòng)，同時(shí)進(jìn)行肽鏈合成， 這種這種mRNA與多個(gè)核蛋白體形成的聚合物稱與多個(gè)核蛋白體形成的聚合物稱 為多核糖體為多核糖體(polysome) 。 目錄目錄 多核糖體多核糖體 目錄目錄 電鏡下的多核糖體電鏡下的多核糖體 目錄目錄目錄目錄 第三節(jié)第三節(jié) 蛋白質(zhì)的成熟蛋白質(zhì)的成熟多肽鏈的折疊、多肽鏈的折疊、 翻譯后修飾、靶向輸送翻譯后修飾、靶向輸送 目錄目錄 新生多肽鏈不具備蛋白質(zhì)的生物學(xué)活性，必須新生多肽鏈不具備

40、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)，這一加工過程稱為的功能蛋白質(zhì)，這一加工過程稱為翻譯后修飾翻譯后修飾 (posttranslational modification, PTM)(posttranslational modification, PTM)。 翻譯后修飾使得蛋白質(zhì)組成更加多樣化，從而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)雜性使蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)上呈現(xiàn)更大的復(fù)雜性。 翻譯后修飾包括多肽鏈折疊為天然的三維構(gòu)象翻譯后修飾包括多肽鏈折疊為天然的三維構(gòu)象 及對(duì)肽鏈一級(jí)結(jié)構(gòu)的修飾、空間結(jié)

41、構(gòu)的修飾等。及對(duì)肽鏈一級(jí)結(jié)構(gòu)的修飾、空間結(jié)構(gòu)的修飾等。 目錄目錄 蛋白質(zhì)合成后被定向輸送到其發(fā)揮作用的蛋白質(zhì)合成后被定向輸送到其發(fā)揮作用的 靶位點(diǎn)的過程稱為靶位點(diǎn)的過程稱為蛋白質(zhì)的靶向輸送蛋白質(zhì)的靶向輸送 (protein targeting) (protein targeting) 或蛋白質(zhì)分揀或蛋白質(zhì)分揀(protein (protein sorting)sorting)。 目錄目錄 1. 分子伴侶分子伴侶: 分子伴侶是細(xì)胞內(nèi)一類可識(shí)別肽鏈的非天分子伴侶是細(xì)胞內(nèi)一類可識(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)的正確折然構(gòu)象、促進(jìn)各功能域和整體蛋白質(zhì)的正確折 疊的保守蛋白質(zhì)。疊的保守蛋

42、白質(zhì)。 n分子伴侶有以下功能：分子伴侶有以下功能： 封閉待折疊蛋白質(zhì)的暴露的疏水區(qū)段，阻止封閉待折疊蛋白質(zhì)的暴露的疏水區(qū)段，阻止 新生肽鏈的不正常聚集；新生肽鏈的不正常聚集； 創(chuàng)建一個(gè)隔離的環(huán)境，可以使蛋白質(zhì)的折疊創(chuàng)建一個(gè)隔離的環(huán)境，可以使蛋白質(zhì)的折疊 互不干擾；互不干擾； 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。 一、多肽鏈的折疊 目錄目錄 n 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。

43、熱休克蛋白可促進(jìn)需要 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HSP100、 HSP90、 HSP70、 HSP60和和sHSP三族。三族。 人類細(xì)胞中人類細(xì)胞中HSP蛋白質(zhì)家族可存在于胞漿、內(nèi)蛋白質(zhì)家族可存在于胞漿、內(nèi) 質(zhì)網(wǎng)腔、線粒體、胞核等部位，涉及多種細(xì)胞質(zhì)網(wǎng)腔、線粒體、胞核等部位，涉及多種細(xì)胞 保護(hù)功能。保護(hù)功能。 目錄目錄 它有兩個(gè)主要功能域：一個(gè)是存在于N-端的高度 保守的ATP酶結(jié)構(gòu)域，能結(jié)合和水解ATP；另一 個(gè)是存在于C-端的多肽鏈結(jié)合結(jié)構(gòu)域。蛋白質(zhì)的 折疊需要這兩個(gè)結(jié)構(gòu)域的相互作用。 大腸桿菌的大腸桿菌的

44、HSP70 (DnaK) ATP酶肽鏈結(jié)合結(jié)構(gòu)域H2NEEVD-COOH n HSP70是最主要的分子伴侶之一是最主要的分子伴侶之一 目錄目錄 在蛋白質(zhì)的折疊過程中，在蛋白質(zhì)的折疊過程中，HSP70還需還需2個(gè)輔助因子個(gè)輔助因子 HSP40（DnaJ）和）和HSP20（GrpE），它們一起被稱），它們一起被稱 為為HSP70反應(yīng)系統(tǒng)。反應(yīng)系統(tǒng)。 ATP酶肽鏈結(jié)合結(jié)構(gòu)域H2NEEVD-COOH Grp E/HSP20 結(jié)合部位結(jié)合部位 DnaJ/HSP40 結(jié)合部位結(jié)合部位 目錄目錄 真核細(xì)胞的真核細(xì)胞的HSP60和和HSP10（大腸桿菌中同（大腸桿菌中同 源物為源物為Gro EL和和Gro E

45、S）等家族也具有分）等家族也具有分 子伴侶活性。子伴侶活性。 其主要作用是為非自發(fā)性折疊蛋白質(zhì)提供其主要作用是為非自發(fā)性折疊蛋白質(zhì)提供 能折疊形成天然空間構(gòu)象的微環(huán)境。能折疊形成天然空間構(gòu)象的微環(huán)境。 目錄目錄 當(dāng)待折疊肽鏈進(jìn)入當(dāng)待折疊肽鏈進(jìn)入Gro EL的桶狀空腔后，的桶狀空腔后，Gro ES可作為可作為“蓋子蓋子”瞬時(shí)封閉瞬時(shí)封閉Gro EL空腔出口。封空腔出口。封 閉后的桶狀空腔提供了能完成該肽鏈折疊的微環(huán)境。閉后的桶狀空腔提供了能完成該肽鏈折疊的微環(huán)境。 nGro EL-Gro ES復(fù)合物復(fù)合物 目錄目錄 分子伴侶幫助肽鏈折疊分子伴侶幫助肽鏈折疊 HSP70HSP70系統(tǒng)系統(tǒng)幫助一個(gè)新

46、生蛋幫助一個(gè)新生蛋 白質(zhì)折疊，經(jīng)幾次循環(huán)，隨后白質(zhì)折疊，經(jīng)幾次循環(huán)，隨后 將部分正確折疊的蛋白質(zhì)傳遞將部分正確折疊的蛋白質(zhì)傳遞 到到GroEL-GroESGroEL-GroES系統(tǒng)系統(tǒng)中繼續(xù)折中繼續(xù)折 疊，直到形成天然空間構(gòu)象。疊，直到形成天然空間構(gòu)象。 目錄目錄 從核糖體釋放出的新生多肽鏈不一定是具備從核糖體釋放出的新生多肽鏈不一定是具備 生物活性的成熟蛋白質(zhì)，必需經(jīng)過各種翻譯后修生物活性的成熟蛋白質(zhì)，必需經(jīng)過各種翻譯后修 飾、加工過程才轉(zhuǎn)變?yōu)橛谢钚缘某墒斓鞍住ｏ?、加工過程才轉(zhuǎn)變?yōu)橛谢钚缘某墒斓鞍住?主要包括：主要包括： 多肽鏈的有限水解多肽鏈的有限水解 氨基酸側(cè)鏈化學(xué)修飾氨基酸側(cè)鏈化學(xué)修飾

47、 二硫鍵形成二硫鍵形成 二、蛋白質(zhì)的翻譯后修飾二、蛋白質(zhì)的翻譯后修飾 目錄目錄 1.切除切除N-端的甲?；蚣琢虬彼岫说募柞；蚣琢虬彼?原核細(xì)胞內(nèi)的脫甲?；富虬被拿缚梢栽思?xì)胞內(nèi)的脫甲酰基酶或氨基肽酶可以 去除去除N-甲?；⒓柞；-甲酰甲硫氨酸。甲酰甲硫氨酸。 真核細(xì)胞分泌性蛋白和跨膜蛋白前體的真核細(xì)胞分泌性蛋白和跨膜蛋白前體的N- 端端都有一都有一1336個(gè)氨基酸殘基（以疏水氨個(gè)氨基酸殘基（以疏水氨 基酸殘基為主基酸殘基為主)的肽段的肽段信號(hào)肽信號(hào)肽(signal peptide)，這些信號(hào)肽在蛋白質(zhì)成熟過程，這些信號(hào)肽在蛋白質(zhì)成熟過程 中需要被切除。中需要被切除。 （一）多肽鏈

48、的有限水解（一）多肽鏈的有限水解 目錄目錄 例：鴉片促黑皮素原例：鴉片促黑皮素原(POMC)的水解修飾的水解修飾 2. 肽鏈中肽鍵水解肽鏈中肽鍵水解 目錄目錄 （二）氨基酸殘基側(cè)鏈的化學(xué)修飾（二）氨基酸殘基側(cè)鏈的化學(xué)修飾 目錄目錄 概念：概念：在肽鏈生物合成的同時(shí)或合成后，在酶的催在肽鏈生物合成的同時(shí)或合成后，在酶的催 化下糖鏈被連接到肽鏈上的特定糖基化位點(diǎn)的過程?；绿擎湵贿B接到肽鏈上的特定糖基化位點(diǎn)的過程。 1. 糖蛋白糖基化糖蛋白糖基化 糖鏈的合成由四類分子協(xié)調(diào)完成糖鏈的合成由四類分子協(xié)調(diào)完成 糖基轉(zhuǎn)移酶糖基轉(zhuǎn)移酶 糖苷酶糖苷酶 糖基供體糖基供體 糖基接受體糖基接受體 意義：意義：糖鏈的

49、存在對(duì)肽鏈的折疊、糖蛋白的進(jìn)一步糖鏈的存在對(duì)肽鏈的折疊、糖蛋白的進(jìn)一步 成熟、亞基聚合、分揀、投送及糖蛋白的降解起著成熟、亞基聚合、分揀、投送及糖蛋白的降解起著 關(guān)鍵作用。關(guān)鍵作用。 目錄目錄 連接方式連接方式 目目 錄錄 N-連接連接： O-連接連接： O N 目錄目錄 （1 1）N-連接型糖蛋白連接型糖蛋白 定義：定義： 聚糖的聚糖的N N- -乙酰葡萄糖胺乙酰葡萄糖胺與多肽鏈中與多肽鏈中Asn-X- Ser/Thr(NXS/T)序列的序列的天冬酰胺天冬酰胺殘基的酰胺氮以共殘基的酰胺氮以共 價(jià)鍵連接稱價(jià)鍵連接稱N- -連接糖蛋白連接糖蛋白。 糖基化位點(diǎn)：糖基化位點(diǎn)： N- -連接糖蛋白中連

50、接糖蛋白中Asn-X-Ser/Thr三個(gè)氨基酸殘三個(gè)氨基酸殘 基組成的序列子稱為糖基化位點(diǎn)。基組成的序列子稱為糖基化位點(diǎn)。 目錄目錄 N-聚糖的加工過程聚糖的加工過程 長(zhǎng)萜醇-14糖基 共翻譯過程共翻譯過程 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)質(zhì)網(wǎng) 高爾基體高爾基體 目錄目錄 （2 2）O- -連接型糖蛋白連接型糖蛋白 糖基或糖鏈的還原端與蛋白質(zhì)肽鏈中的糖基或糖鏈的還原端與蛋白質(zhì)肽鏈中的絲氨酸絲氨酸 （Ser）、）、蘇氨酸蘇氨酸（Thr）或）或羥賴氨酸羥賴氨酸（Hyl）羥基）羥基 中的氧原子相連稱為中的氧原子相連稱為O- 連接糖鏈連接糖鏈。 通過通過N-乙酰半乳糖胺（乙酰半乳糖胺（GalNAc）和絲氨酸或蘇）和絲氨酸或蘇

51、 氨酸殘基的羥基相連的氨酸殘基的羥基相連的O-糖鏈（糖鏈（O- GalNAc）分布）分布 最廣，研究最多。最廣，研究最多。 目錄目錄 生物學(xué)意義：生物學(xué)意義： O-GlcNAc糖基化修飾的蛋白質(zhì)非常廣泛，包括核孔蛋白、糖基化修飾的蛋白質(zhì)非常廣泛，包括核孔蛋白、 RNA聚合酶、轉(zhuǎn)錄因子、染色體蛋白等。聚合酶、轉(zhuǎn)錄因子、染色體蛋白等。 O-GlcNAc生物學(xué)功能多樣，對(duì)某些細(xì)胞的生物學(xué)行為起生物學(xué)功能多樣，對(duì)某些細(xì)胞的生物學(xué)行為起 到調(diào)節(jié)作用。到調(diào)節(jié)作用。 O-GlcNAc糖基化是可逆的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，可以與磷酸化發(fā)生糖基化是可逆的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，可以與磷酸化發(fā)生 置換。置換。磷酸化和磷酸化和O-GlcNAc

52、糖基化修飾可能存在著競(jìng)爭(zhēng)性調(diào)節(jié)。糖基化修飾可能存在著競(jìng)爭(zhēng)性調(diào)節(jié)。 O-GlcNAc糖基化修飾糖基化修飾 特點(diǎn)：特點(diǎn)： 與絲與絲/ /蘇氨酸側(cè)鏈的羥基連接的只有蘇氨酸側(cè)鏈的羥基連接的只有單糖基單糖基的的O- GlcNAc; ; 這種糖基化修飾方式存在于細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核中。這種糖基化修飾方式存在于細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核中。 目錄目錄 2. 2. 磷酸化磷酸化 蛋白質(zhì)磷酸化是蛋白質(zhì)翻譯后修飾的重要形式。蛋白質(zhì)磷酸化是蛋白質(zhì)翻譯后修飾的重要形式。 蛋白質(zhì)磷酸化是調(diào)節(jié)和控制蛋白質(zhì)活性和功能的最基蛋白質(zhì)磷酸化是調(diào)節(jié)和控制蛋白質(zhì)活性和功能的最基 本、最普遍、也是最重要的機(jī)制。本、最普遍、也是最重要的機(jī)制。 重要功能蛋

53、白活性的發(fā)揮重要功能蛋白活性的發(fā)揮 丙酮酸激酶，丙酮酸脫氫酶丙酮酸激酶，丙酮酸脫氫酶 第二信使傳遞第二信使傳遞 信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)（胰高血糖素調(diào)控糖代謝）信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)（胰高血糖素調(diào)控糖代謝） 酶的級(jí)聯(lián)作用酶的級(jí)聯(lián)作用 糖原合酶、糖原磷酸化酶的調(diào)節(jié)糖原合酶、糖原磷酸化酶的調(diào)節(jié) 目錄目錄 2. 2. 磷酸化磷酸化 蛋白質(zhì)磷酸化主要發(fā)生在兩種氨基酸上：一種是蛋白質(zhì)磷酸化主要發(fā)生在兩種氨基酸上：一種是 絲氨酸（包括蘇氨酸）絲氨酸（包括蘇氨酸），另一種是，另一種是酪氨酸酪氨酸。 催化這兩種磷酸化反應(yīng)的酶不一樣，功能也不一催化這兩種磷酸化反應(yīng)的酶不一樣，功能也不一 樣。樣。 少數(shù)雙功能酶可同時(shí)作用于這兩類氨基酸，如促少

54、數(shù)雙功能酶可同時(shí)作用于這兩類氨基酸，如促 絲裂原活化蛋白激酶（絲裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein mitogen-activated protein kinase, MAPKkinase, MAPK）。）。 目錄目錄 蛋白酪氨酸激酶轉(zhuǎn)導(dǎo)細(xì)胞增殖與分化信號(hào)蛋白酪氨酸激酶轉(zhuǎn)導(dǎo)細(xì)胞增殖與分化信號(hào) 蛋白質(zhì)酪氨酸激酶（蛋白質(zhì)酪氨酸激酶（Protein Tyrosine kinaseProtein Tyrosine kinase，PTKPTK） 催化蛋白質(zhì)分子中的酪氨酸殘基磷酸化。催化蛋白質(zhì)分子中的酪氨酸殘基磷酸化。 為細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和酶活性調(diào)控的一種主要方式，為細(xì)胞信號(hào)

55、轉(zhuǎn)導(dǎo)和酶活性調(diào)控的一種主要方式， 通常通過引發(fā)蛋白質(zhì)之間的相互作用進(jìn)而介導(dǎo)信通常通過引發(fā)蛋白質(zhì)之間的相互作用進(jìn)而介導(dǎo)信 號(hào)通路。號(hào)通路。 幾乎所有的多肽細(xì)胞生長(zhǎng)因子都是通過此途徑來幾乎所有的多肽細(xì)胞生長(zhǎng)因子都是通過此途徑來 激活細(xì)胞，刺激細(xì)胞生長(zhǎng)。激活細(xì)胞，刺激細(xì)胞生長(zhǎng)。 在細(xì)胞的所有磷酸化修飾中所占比例非常低，保在細(xì)胞的所有磷酸化修飾中所占比例非常低，保 證細(xì)胞在內(nèi)外信號(hào)的刺激下作出靈敏的反應(yīng)。證細(xì)胞在內(nèi)外信號(hào)的刺激下作出靈敏的反應(yīng)。 目錄目錄 蛋白質(zhì)的磷酸化與去磷酸化修飾蛋白質(zhì)的磷酸化與去磷酸化修飾 蛋白質(zhì)磷酸化與去磷酸化是細(xì)胞生理活動(dòng)的分子開關(guān)蛋白質(zhì)磷酸化與去磷酸化是細(xì)胞生理活動(dòng)的分子開

56、關(guān) 目錄目錄 阿爾茨海默癥（阿爾茨海默癥（Alzheimers desease, ADAlzheimers desease, AD） 是一種常見的神經(jīng)退行性疾病，以記憶減退、認(rèn)識(shí)障礙、是一種常見的神經(jīng)退行性疾病，以記憶減退、認(rèn)識(shí)障礙、 人格改變?yōu)橹饕卣鳌Ｈ烁窀淖優(yōu)橹饕卣鳌?病理改變主要包括淀粉樣蛋白沉積（病理改變主要包括淀粉樣蛋白沉積（amyloid amyloid -protein-protein， A A ）導(dǎo)致的老年斑、微管相關(guān)蛋白）導(dǎo)致的老年斑、微管相關(guān)蛋白-Tau-Tau蛋白異常聚集形蛋白異常聚集形 成纖維纏結(jié)及神經(jīng)元缺失、膠質(zhì)細(xì)胞增生。成纖維纏結(jié)及神經(jīng)元缺失、膠質(zhì)細(xì)胞增生。 患

57、者腦中的患者腦中的TauTau蛋白產(chǎn)生異常磷酸化，過度磷酸化的蛋白產(chǎn)生異常磷酸化，過度磷酸化的TauTau蛋蛋 白還存在異常糖基化修飾。白還存在異常糖基化修飾。 TauTau蛋白的異常翻譯后修飾最終導(dǎo)致神經(jīng)元纖維纏結(jié)從而蛋白的異常翻譯后修飾最終導(dǎo)致神經(jīng)元纖維纏結(jié)從而 喪失生物學(xué)功能。喪失生物學(xué)功能。 目錄目錄 3. 3. 乙酰化乙?；?蛋白質(zhì)的乙酰化與去乙?；揎椀鞍踪|(zhì)的乙酰化與去乙?；揎?乙酰化是指將乙?；D(zhuǎn)移到氨基酸側(cè)鏈基乙酰化是指將乙?；D(zhuǎn)移到氨基酸側(cè)鏈基 團(tuán)的氮、氧、碳原子上的過程。團(tuán)的氮、氧、碳原子上的過程。 目錄目錄 乙酰化修飾在生命體新陳代謝過程中普遍存在。乙酰化修飾在生命體新

58、陳代謝過程中普遍存在。 以前對(duì)乙?；难芯繋缀醵技杏诮M蛋白和核以前對(duì)乙酰化的研究幾乎都集中于組蛋白和核 內(nèi)蛋白質(zhì)。內(nèi)蛋白質(zhì)。 近年來的研究發(fā)現(xiàn)了很多蛋白質(zhì)均可以被乙酰近年來的研究發(fā)現(xiàn)了很多蛋白質(zhì)均可以被乙酰 化修飾，這些蛋白質(zhì)幾乎涵蓋了細(xì)胞代謝循環(huán)化修飾，這些蛋白質(zhì)幾乎涵蓋了細(xì)胞代謝循環(huán) 中的所有代謝酶。中的所有代謝酶。 糖酵解糖酵解 丙酮酸激酶（丙酮酸激酶（PKM2），乳酸脫氫酶（），乳酸脫氫酶（LDHA） 糖異生糖異生 磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶（磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶（PEPCK） 脂肪酸代謝脂肪酸代謝 檸檬酸裂酶（檸檬酸裂酶（ACLY） 甲硫氨酸循環(huán)甲硫氨酸循環(huán) 甲硫氨酸腺苷轉(zhuǎn)移酶（甲硫

59、氨酸腺苷轉(zhuǎn)移酶（MAT） 目錄目錄 4. 4. 甲基化甲基化 催化活性甲基化合物（如催化活性甲基化合物（如S- S-腺苷基甲硫氨酸）腺苷基甲硫氨酸） 的甲基轉(zhuǎn)移到其他化合物的過程。的甲基轉(zhuǎn)移到其他化合物的過程。 發(fā)生在蛋白質(zhì)賴氨酸和精氨酸殘基上。發(fā)生在蛋白質(zhì)賴氨酸和精氨酸殘基上。 賴氨酸的賴氨酸的- -氨基可以被一個(gè)、兩個(gè)或氨基可以被一個(gè)、兩個(gè)或 三個(gè)甲基修飾。三個(gè)甲基修飾。 N N COOHCOOH CHCH CHCH2 2 CHCH2 2 CHCH2 2 CHCH2 2 H H2 2N N 賴氨酸 H H H H H H meme meme meme 甲基化甲基化 SAMSAM 目錄目錄

60、三、蛋白質(zhì)合成后的靶向輸送三、蛋白質(zhì)合成后的靶向輸送 蛋白質(zhì)在核蛋白體上合成后，必須分選出來，蛋白質(zhì)在核蛋白體上合成后，必須分選出來， 定向輸送到一個(gè)合適的部位才能行使各自的生物定向輸送到一個(gè)合適的部位才能行使各自的生物 學(xué)功能，這個(gè)過程稱為學(xué)功能，這個(gè)過程稱為靶向輸送靶向輸送。 兩個(gè)途徑：兩個(gè)途徑：共翻譯易位輸送和蛋白質(zhì)翻譯后的靶共翻譯易位輸送和蛋白質(zhì)翻譯后的靶 向輸送。向輸送。 目錄目錄 在核糖體合成的新生多肽的在核糖體合成的新生多肽的N-端都含一段保守端都含一段保守 性很強(qiáng)的序列，有性很強(qiáng)的序列，有133636個(gè)氨基酸殘基，稱為個(gè)氨基酸殘基，稱為 信號(hào)肽信號(hào)肽(signal peptid