生物化學(xué)蛋白質(zhì)的生物合成翻譯

1、目目 錄錄 l蛋白質(zhì)的生物合成蛋白質(zhì)的生物合成，即，即翻譯翻譯，就是將核酸，就是將核酸 中由中由 4 種種核苷酸序列核苷酸序列編碼的遺傳信息，通編碼的遺傳信息，通 過(guò)過(guò)遺傳密碼遺傳密碼破譯的方式解讀為蛋白質(zhì)一級(jí)破譯的方式解讀為蛋白質(zhì)一級(jí) 結(jié)構(gòu)中結(jié)構(gòu)中20種種氨基酸的排列順序氨基酸的排列順序 。 核苷酸三聯(lián)體決定核苷酸三聯(lián)體決定 氨基酸的對(duì)應(yīng)關(guān)系氨基酸的對(duì)應(yīng)關(guān)系 l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 l第二節(jié)第二節(jié) 蛋白質(zhì)生物合成過(guò)程蛋白質(zhì)生物合成過(guò)程 l第三節(jié)第三節(jié) 蛋白質(zhì)合成后加工和輸送蛋白質(zhì)合成后加工和輸送 l第四節(jié)第四節(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

2、制 目目 錄錄 蛋白質(zhì)合成體系蛋白質(zhì)合成體系 Protein Biosynthesis System 第第 一一 節(jié)節(jié) 目目 錄錄 l20種氨基酸種氨基酸(AA)作為原料作為原料 l酶及眾多蛋白因子酶及眾多蛋白因子 如如IF、eIF lATP、GTP l 三種三種RNA mRNA（messenger RNA） rRNA（ribosomal RNA） tRNA（transfer RNA） 目目 錄錄 一、翻譯模板一、翻譯模板mRNA及遺傳密碼及遺傳密碼 l mRNA是遺傳信息的攜帶者是遺傳信息的攜帶者 n遺傳學(xué)將編碼一個(gè)多肽的遺傳單位稱為遺傳學(xué)將編碼一個(gè)多肽的遺傳單位稱為順?lè)醋禹樂(lè)醋?(cist

3、ron)。 原核細(xì)胞中數(shù)個(gè)結(jié)構(gòu)基因常串聯(lián)為一個(gè)轉(zhuǎn)錄單原核細(xì)胞中數(shù)個(gè)結(jié)構(gòu)基因常串聯(lián)為一個(gè)轉(zhuǎn)錄單 位，轉(zhuǎn)錄生成的位，轉(zhuǎn)錄生成的mRNAmRNA可編碼幾種功能相關(guān)的蛋可編碼幾種功能相關(guān)的蛋 白質(zhì)，為白質(zhì)，為多順?lè)醋佣囗樂(lè)醋?polycistron) mRNA(polycistron) mRNA 。 真核一個(gè)真核一個(gè)mRNAmRNA只編碼一種蛋白質(zhì)，為只編碼一種蛋白質(zhì)，為單順?lè)醋訂雾樂(lè)醋?(single cistron)(single cistron)。 原核生物的多順?lè)醋釉松锏亩囗樂(lè)醋?真核生物的單順?lè)醋诱婧松锏膯雾樂(lè)醋?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

4、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) 目目 錄錄 l mRNA上存在遺傳密碼上存在遺傳密碼 mRNA分子上從分子上從5 至至3 方向，由方向，由AUG開開 始，每始，每3個(gè)核苷酸為一組，決定肽鏈上某一個(gè)核苷酸為一組，決定肽鏈上某一 個(gè)氨基酸或蛋白質(zhì)合成的起始、終止信號(hào)，個(gè)氨基酸或蛋白質(zhì)合成的起始、終止信號(hào)， 稱為稱為三聯(lián)體密碼三聯(lián)體密碼(triplet coden)。 起始密碼起始密碼(initiation coden): AUG 終止密碼終止密碼(termination coden): UAA，UAG，UGA 遺遺 傳傳

5、密密 碼碼 表表 目目 錄錄 從從mRNA 5 端起始密碼子端起始密碼子AUG到到3 端終止端終止 密碼子之間的核苷酸序列，各個(gè)三聯(lián)體密碼連密碼子之間的核苷酸序列，各個(gè)三聯(lián)體密碼連 續(xù)排列編碼一個(gè)蛋白質(zhì)多肽鏈，稱為續(xù)排列編碼一個(gè)蛋白質(zhì)多肽鏈，稱為開放閱讀開放閱讀 框架框架(open reading frame, ORF)。 目目 錄錄 1. 連續(xù)性連續(xù)性(commaless) l遺傳密碼的特點(diǎn)遺傳密碼的特點(diǎn) 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，密碼間既無(wú)間斷也無(wú)交叉。碼連續(xù)閱讀，密碼間既無(wú)間斷也無(wú)交叉。 目目 錄錄 基因損傷引起基因損傷引起mRNA

6、閱讀框架內(nèi)的堿閱讀框架內(nèi)的堿 基發(fā)生插入或缺失，可能導(dǎo)致框移突基發(fā)生插入或缺失，可能導(dǎo)致框移突 變變(frameshift mutation)。 Tyr Gly Ser Arg Pro Thr Asp 2. 簡(jiǎn)并性簡(jiǎn)并性(degeneracy) 遺傳密碼中，除色氨酸和甲硫氨酸遺傳密碼中，除色氨酸和甲硫氨酸 僅有一個(gè)密碼子外，其余氨基酸有僅有一個(gè)密碼子外，其余氨基酸有2、3、 4個(gè)或多至個(gè)或多至6個(gè)三聯(lián)體為其編碼。個(gè)三聯(lián)體為其編碼。 2. 簡(jiǎn)并性簡(jiǎn)并性(degeneracy) 目目 錄錄 3. 通用性通用性(universal) 蛋白質(zhì)生物合成的整套密碼，從原核蛋白質(zhì)生物合成的整套密碼，從原核

7、生物到人類都通用。生物到人類都通用。 少數(shù)例外，如動(dòng)物細(xì)胞的少數(shù)例外，如動(dòng)物細(xì)胞的線粒體線粒體、植、植 物細(xì)胞的物細(xì)胞的葉綠體葉綠體。 目目 錄錄 4. 擺動(dòng)性擺動(dòng)性(wobble) 轉(zhuǎn)運(yùn)氨基酸的轉(zhuǎn)運(yùn)氨基酸的tRNA的反密碼需要通過(guò)的反密碼需要通過(guò) 堿基互補(bǔ)與堿基互補(bǔ)與mRNA上的遺傳密碼反向配對(duì)上的遺傳密碼反向配對(duì) 結(jié)合，但反密碼與密碼間不嚴(yán)格遵守常見(jiàn)結(jié)合，但反密碼與密碼間不嚴(yán)格遵守常見(jiàn) 的堿基配對(duì)規(guī)律，稱為擺動(dòng)配對(duì)。的堿基配對(duì)規(guī)律，稱為擺動(dòng)配對(duì)。 U 擺動(dòng)配對(duì)擺動(dòng)配對(duì) 目目 錄錄 密碼子、反密碼子配對(duì)的擺動(dòng)現(xiàn)象密碼子、反密碼子配對(duì)的擺動(dòng)現(xiàn)象 tRNA反密碼子反密碼子 第第1位堿基位堿基 I

8、UGAC mRNA密碼子密碼子 第第3位堿基位堿基 U, C, AA, GU, CUG 二、核蛋白體是多肽鏈合成的裝置二、核蛋白體是多肽鏈合成的裝置 目目 錄錄 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 rRNA 16S- rRNA 5S-rRNA 23S-rRNA 18S- rRNA 28S-rRNA 5S-rRNA 5.8S-rRNA 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 核核

9、蛋蛋 白白 體體 的的 組組 成成 原核生物翻譯過(guò)程中核蛋白體結(jié)構(gòu)模式原核生物翻譯過(guò)程中核蛋白體結(jié)構(gòu)模式: A位：氨基酰位位：氨基酰位 (aminoacyl site) P位：肽酰位位：肽酰位 (peptidyl site) E位：排出位位：排出位 (exit site) 三、三、tRNA與氨基酸的活化與氨基酸的活化 反密碼環(huán)反密碼環(huán) 氨基酸臂氨基酸臂 tRNA的三級(jí)結(jié)構(gòu)示意圖的三級(jí)結(jié)構(gòu)示意圖 目目 錄錄 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 （一）（一）氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶 (aminoacyl-tRNA

10、synthetase) l 氨基酸的活化氨基酸的活化 tRNA 與酶結(jié)與酶結(jié) 合模型合模型 tRNA 氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶 ATP 第一步反應(yīng)第一步反應(yīng) 氨基酸氨基酸 ATP-E 氨基酰氨基酰-AMP-E PPi 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 E 目目 錄錄 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都有都有 高度特異性高度特異性。 l氨基酰氨基酰-tRNA合成酶具有合成酶具有校正活性校正活性(proofreading activity) 。 l氨基酰氨基酰-tRNA的表示方法：的表示方法：

11、 Ala-tRNAAla Ser-tRNASer Met-tRNAMet 目目 錄錄 真核生物真核生物： Met-tRNAiMet(initiator-tRNA) 原核生物原核生物： fMet-tRNAifMet (N-formyl methionine) （二）（二）起始肽鏈合成的氨基酰起始肽鏈合成的氨基酰-tRNA 目目 錄錄 蛋白質(zhì)生物合成過(guò)程蛋白質(zhì)生物合成過(guò)程 The Process of Protein Biosynthesis 第第 二二 節(jié)節(jié) 目目 錄錄 l翻譯的起始翻譯的起始(initiation) l翻譯的延長(zhǎng)翻譯的延長(zhǎng)(elongation) l翻譯的終止翻譯的終止(ter

12、mination ) 整個(gè)翻譯過(guò)程可分為整個(gè)翻譯過(guò)程可分為 ： 目目 錄錄 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分別分別 與核蛋白體結(jié)合而形成與核蛋白體結(jié)合而形成翻譯起始復(fù)合物翻譯起始復(fù)合物 (translational initiation complex)。 原核、真核生物各種起始因子的生物功能原核、真核生物各種起始因子的生物功能 促促進(jìn)進(jìn)核核蛋蛋白白體體分分離離成成大大小小亞亞基基eIF-6 促促進(jìn)進(jìn)各各種種起起始始因因子子從從小小亞亞基基解解離離，進(jìn)進(jìn)而而結(jié)結(jié)合合大大亞亞基基eIF-5 eIF-4F復(fù)復(fù)合合物物成成分分，結(jié)結(jié)合合eIF-4E和

13、和PABeIF-4G eIF-4F復(fù)復(fù)合合物物成成分分，結(jié)結(jié)合合mRNA5帽帽子子eIF-4E 結(jié)結(jié)合合mRNA，促促進(jìn)進(jìn)mRNA掃掃描描定定位位起起始始AUGeIF-4B eIF-4F復(fù)復(fù)合合物物成成分分，有有解解螺螺旋旋酶酶活活性性，促促進(jìn)進(jìn)mRNA結(jié)結(jié) 合合小小亞亞基基 IF-4A 最最先先結(jié)結(jié)合合小小亞亞基基促促進(jìn)進(jìn)大大小小亞亞基基分分離離eIF-2B，eIF-3 促促進(jìn)進(jìn)起起始始tRNA與與小小亞亞基基結(jié)結(jié)合合eIF-2 真真核核 生生物物 促促進(jìn)進(jìn)大大小小亞亞基基分分離離，提提高高P位位對(duì)對(duì)結(jié)結(jié)合合起起始始tRNA敏敏感感性性EIF-3 促促進(jìn)進(jìn)起起始始tRNA與與小小亞亞基基結(jié)結(jié)

14、合合EIF-2 占占據(jù)據(jù)A位位防防止止結(jié)結(jié)合合其其他他tRNAIF-1 原原核核 生生物物 生生物物功功能能起起始始因因子子 促促進(jìn)進(jìn)核核蛋蛋白白體體分分離離成成大大小小亞亞基基eIF-6 促促進(jìn)進(jìn)各各種種起起始始因因子子從從小小亞亞基基解解離離，進(jìn)進(jìn)而而結(jié)結(jié)合合大大亞亞基基eIF-5 eIF-4F復(fù)復(fù)合合物物成成分分，結(jié)結(jié)合合eIF-4E和和PABeIF-4G eIF-4F復(fù)復(fù)合合物物成成分分，結(jié)結(jié)合合mRNA5帽帽子子eIF-4E 結(jié)結(jié)合合mRNA，促促進(jìn)進(jìn)mRNA掃掃描描定定位位起起始始AUGeIF-4B eIF-4F復(fù)復(fù)合合物物成成分分，有有解解螺螺旋旋酶酶活活性性，促促進(jìn)進(jìn)mRNA結(jié)

15、結(jié) 合合小小亞亞基基 IF-4A 最最先先結(jié)結(jié)合合小小亞亞基基促促進(jìn)進(jìn)大大小小亞亞基基分分離離eIF-2B，eIF-3 促促進(jìn)進(jìn)起起始始tRNA與與小小亞亞基基結(jié)結(jié)合合eIF-2 真真核核 生生物物 促促進(jìn)進(jìn)大大小小亞亞基基分分離離，提提高高P位位對(duì)對(duì)結(jié)結(jié)合合起起始始tRNA敏敏感感性性EIF-3 促促進(jìn)進(jìn)起起始始tRNA與與小小亞亞基基結(jié)結(jié)合合EIF-2 占占據(jù)據(jù)A位位防防止止結(jié)結(jié)合合其其他他tRNAIF-1 原原核核 生生物物 生生物物功功能能起起始始因因子子 e 目目 錄錄 （一）原核生物翻譯起始復(fù)合物形成（一）原核生物翻譯起始復(fù)合物形成 l1. 1. 核蛋白體大小亞基分離；核蛋白體大小

16、亞基分離； l2. mRNA在小亞基定位結(jié)合；在小亞基定位結(jié)合； l3. 3. 起始氨基酰起始氨基酰- -tRNA的結(jié)合；的結(jié)合； l4. 4. 核蛋白體大亞基結(jié)合。核蛋白體大亞基結(jié)合。 IF-3 IF-1 1. 核蛋白體大小亞基分離核蛋白體大小亞基分離 A U G53 IF-3 IF-1 2. mRNA在小亞基定位結(jié)合在小亞基定位結(jié)合 S-DS-D序列：序列：mRNA mRNA 起始密碼前的一段富含嘌起始密碼前的一段富含嘌 呤核苷酸的序列呤核苷酸的序列, ,可與核糖體可與核糖體 IF-3 IF-1 IF-2 GTP 3. 起始氨基酰起始氨基酰tRNA( fMet-tRNAimet )結(jié)合到結(jié)

17、合到 小亞基小亞基 A U G53 IF-3 IF-1 IF-2 GTP GDPPi 4. 核蛋白體大亞基結(jié)合，起始復(fù)合物形成核蛋白體大亞基結(jié)合，起始復(fù)合物形成 A U G53 IF-3 IF-1 A U G 53 IF-2 GTPIF-2-GTP GDP Pi 目目 錄錄 （二）真核生物翻譯起始復(fù)合物形成（二）真核生物翻譯起始復(fù)合物形成 l核蛋白體大小亞基分離；核蛋白體大小亞基分離； l起始氨基酰起始氨基酰- -tRNA結(jié)合；結(jié)合； lmRNA在核蛋白體小亞基準(zhǔn)確就位；在核蛋白體小亞基準(zhǔn)確就位； l核蛋白體大亞基結(jié)合。核蛋白體大亞基結(jié)合。 mRNA eIF-6 GDP+Pi elF-5 AT

18、P ADP+Pi elF4E, elF4G, elF4A, elF4B,PAB Met Met-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(guò)程復(fù)合物形成過(guò)程 目目 錄錄 二、肽鏈合成延長(zhǎng)二、肽鏈合成延長(zhǎng) 指根據(jù)指根據(jù)mRNA密碼序列的指導(dǎo)，次序添加密碼序列的指導(dǎo)，次序添加 氨基酸從氨基酸從N端向端向C端延伸肽鏈，直到合成終止端延伸肽鏈，直到合成終止 的過(guò)程。的過(guò)程。又稱為又稱為核蛋白體循環(huán)核蛋白體循環(huán)(ribosomal cycle) l包括以下三步：包括以下三步： 進(jìn)位進(jìn)位(entrance) 成肽成肽(peptide bond formation)

19、 轉(zhuǎn)位轉(zhuǎn)位(translocation) 目目 錄錄 l延伸過(guò)程所需蛋白因子稱為延長(zhǎng)因子延伸過(guò)程所需蛋白因子稱為延長(zhǎng)因子 (elongation factor, EF) 原核生物：原核生物：EF-T (EF-Tu, EF-Ts) EF-G 真核生物：真核生物：EF-1 、EF-2 目目 錄錄 原核延長(zhǎng)原核延長(zhǎng) 因子因子 生物功能生物功能 對(duì)應(yīng)真核延對(duì)應(yīng)真核延 長(zhǎng)因子長(zhǎng)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，位， 結(jié)合分解結(jié)合分解GTP EF-1- EF-Ts調(diào)節(jié)亞基調(diào)節(jié)亞基EF-1- EF-G 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位前移

20、到位前移到P位，位， 促進(jìn)卸載促進(jìn)卸載tRNA釋放釋放 EF-2 肽鏈合成的延長(zhǎng)因子肽鏈合成的延長(zhǎng)因子 又稱注冊(cè)又稱注冊(cè)(registration) （一）進(jìn)位（一）進(jìn)位 指根據(jù)指根據(jù)mRNA下下 一組遺傳密碼指導(dǎo)，一組遺傳密碼指導(dǎo)， 使相應(yīng)氨基酰使相應(yīng)氨基酰-tRNA 進(jìn)入核蛋白體進(jìn)入核蛋白體A位。位。 延長(zhǎng)因子延長(zhǎng)因子EF-T催化催化 進(jìn)位（原核生物）進(jìn)位（原核生物） Tu Ts GTP GDP A U G53 Tu Ts GTP （二）成肽（二）成肽 是由轉(zhuǎn)肽酶是由轉(zhuǎn)肽酶(transpeptidase)催化的肽鍵催化的肽鍵 形成過(guò)程。形成過(guò)程。 （三）轉(zhuǎn)位（三）轉(zhuǎn)位 延長(zhǎng)因子延長(zhǎng)因子EF

21、-G有轉(zhuǎn)位酶有轉(zhuǎn)位酶( ( translocase ) ) 活性，可結(jié)合并水解活性，可結(jié)合并水解1 1分子分子GTP，促進(jìn)核蛋，促進(jìn)核蛋 白體向白體向mRNA的的3 3側(cè)移動(dòng)側(cè)移動(dòng) 。 fMet A U G53 fMet TuGTP 進(jìn)進(jìn) 位位 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 位位 成肽成肽 目目 錄錄 三、肽鏈合成的終止三、肽鏈合成的終止 當(dāng)當(dāng)mRNA上上終止密碼終止密碼出現(xiàn)后，多肽鏈合成出現(xiàn)后，多肽鏈合成 停止，肽鏈從肽酰停止，肽鏈從肽酰-tRNA中釋出，中釋出，mRNA、核、核 蛋白體等分離，這些過(guò)程稱為肽鏈合成終止。蛋白體等分離，這些過(guò)程稱為肽鏈合成終止。 目目 錄錄 終止相關(guān)的蛋白因子稱為終止相關(guān)的蛋白因子稱

22、為釋放因子釋放因子(release factor, RF) 一是識(shí)別終止密碼，如一是識(shí)別終止密碼，如RF-1RF-1特異識(shí)別特異識(shí)別UAAUAA、UAGUAG；而；而 RF-2RF-2可識(shí)別可識(shí)別UAAUAA、UGAUGA。 二是誘導(dǎo)轉(zhuǎn)肽酶變?yōu)轷ッ富钚?，使肽鏈從核蛋白體二是誘導(dǎo)轉(zhuǎn)肽酶變?yōu)轷ッ富钚?，使肽鏈從核蛋白體 上釋放。上釋放。 釋放因子的功能釋放因子的功能: 原核生物釋放因子：原核生物釋放因子：RF-1，RF-2，RF-3 真核生物釋放因子：真核生物釋放因子：eRF 原原 核核 肽肽 鏈鏈 合合 成成 終終 止止 過(guò)過(guò) 程程 U A G53 RF COO- 多聚核蛋白體多聚核蛋白體 (po

23、lysome) 使蛋白質(zhì)合成高使蛋白質(zhì)合成高 速、高效進(jìn)行。速、高效進(jìn)行。 電鏡下的多聚核蛋白體現(xiàn)象電鏡下的多聚核蛋白體現(xiàn)象 目目 錄錄 蛋白質(zhì)合成后加工和輸送蛋白質(zhì)合成后加工和輸送 Posttranslational Processing & Protein Transportation 第第 三三 節(jié)節(jié) 目目 錄錄 主要包括主要包括 一、多肽鏈折疊為天然三維結(jié)構(gòu)一、多肽鏈折疊為天然三維結(jié)構(gòu) 二、肽鏈一級(jí)結(jié)構(gòu)的修飾二、肽鏈一級(jí)結(jié)構(gòu)的修飾 三、空間結(jié)構(gòu)的修飾三、空間結(jié)構(gòu)的修飾 目目 錄錄 一、多肽鏈折疊為天然功能構(gòu)象蛋白質(zhì)一、多肽鏈折疊為天然功能構(gòu)象蛋白質(zhì) l新生肽鏈新生肽鏈N端在核蛋白體上一

24、出現(xiàn)，肽鏈的端在核蛋白體上一出現(xiàn)，肽鏈的 折疊即開始。折疊即開始。 l一般認(rèn)為，多肽鏈自身氨基酸順序儲(chǔ)存著一般認(rèn)為，多肽鏈自身氨基酸順序儲(chǔ)存著 蛋白質(zhì)折疊的信息，即蛋白質(zhì)折疊的信息，即一級(jí)結(jié)構(gòu)是空間構(gòu)一級(jí)結(jié)構(gòu)是空間構(gòu) 象的基礎(chǔ)象的基礎(chǔ)。 目目 錄錄 促進(jìn)蛋白折疊功能的大分子促進(jìn)蛋白折疊功能的大分子: 1. 分子伴侶分子伴侶 (molecular chaperon) 2. 蛋白二硫鍵異構(gòu)酶蛋白二硫鍵異構(gòu)酶 (protein disulfide isomerase, PDI) 3. 肽肽-脯氨酰順?lè)串悩?gòu)酶脯氨酰順?lè)串悩?gòu)酶 (peptide prolyl cis- trans isomerase,

25、PPI) 目目 錄錄 1)1) 熱休克蛋白熱休克蛋白(heat shock protein, HSP)(heat shock protein, HSP) 是指細(xì)胞在應(yīng)激原特別是環(huán)境高溫誘導(dǎo)下所生成的是指細(xì)胞在應(yīng)激原特別是環(huán)境高溫誘導(dǎo)下所生成的 一一 組蛋白質(zhì)。組蛋白質(zhì)。 HSP70HSP70、HSP40HSP40和和GrpEGrpE族族 2) 2) 伴侶素伴侶素(chaperonins)(chaperonins) 具有獨(dú)特的雙層具有獨(dú)特的雙層7-9 元環(huán)狀結(jié)構(gòu)的寡聚蛋白元環(huán)狀結(jié)構(gòu)的寡聚蛋白,它們以依賴它們以依賴 ATP 的方式促進(jìn)體內(nèi)正常和應(yīng)急條件下的蛋白質(zhì)折疊。的方式促進(jìn)體內(nèi)正常和應(yīng)急條件下

26、的蛋白質(zhì)折疊。 GroELGroEL和和GroESGroES家族家族 1. 分子伴侶分子伴侶 分子伴侶是細(xì)胞中一類保守蛋白質(zhì)，可識(shí)別肽鏈的分子伴侶是細(xì)胞中一類保守蛋白質(zhì)，可識(shí)別肽鏈的 非天然構(gòu)象并與之結(jié)合，幫助多肽在體內(nèi)折疊、組裝、非天然構(gòu)象并與之結(jié)合，幫助多肽在體內(nèi)折疊、組裝、 轉(zhuǎn)運(yùn)或降解等，完成功能后與之分離，不構(gòu)成這些蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)或降解等，完成功能后與之分離，不構(gòu)成這些蛋白 質(zhì)執(zhí)行功能時(shí)的組份。質(zhì)執(zhí)行功能時(shí)的組份。 HSP促進(jìn)蛋白質(zhì)折疊基本作用促進(jìn)蛋白質(zhì)折疊基本作用 結(jié)合保護(hù)待折疊多肽片段，再釋放該片段進(jìn)結(jié)合保護(hù)待折疊多肽片段，再釋放該片段進(jìn) 行折疊，形成行折疊，形成HSP70和多肽片段依次

27、結(jié)合、解離和多肽片段依次結(jié)合、解離 的循環(huán)。的循環(huán)。 HSP40結(jié)合待結(jié)合待 折疊多肽片段折疊多肽片段 HSP70-ATP復(fù)合物復(fù)合物 HSP40- HSP70-ADP-多肽復(fù)合物多肽復(fù)合物 ATP水解水解 GrpE ATP ADP 復(fù)合物解離，釋出多肽鏈片段進(jìn)行正確折疊復(fù)合物解離，釋出多肽鏈片段進(jìn)行正確折疊 伴侶素的主要作用伴侶素的主要作用 為非自發(fā)性折疊蛋白質(zhì)提供能折疊形成天為非自發(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)境然空間構(gòu)象的微環(huán)境。 2、蛋白二硫鍵異構(gòu)酶、蛋白二硫鍵異構(gòu)酶 二硫鍵異構(gòu)酶可催化錯(cuò)配二硫鍵斷裂二硫鍵異構(gòu)酶可催化錯(cuò)配二硫鍵斷裂 并形成正確二硫鍵連接，最終使蛋白質(zhì)

28、形并形成正確二硫鍵連接，最終使蛋白質(zhì)形 成熱力學(xué)最穩(wěn)定的天然構(gòu)象。成熱力學(xué)最穩(wěn)定的天然構(gòu)象。 3、肽、肽-脯氨酰順?lè)串悩?gòu)酶脯氨酰順?lè)串悩?gòu)酶 多肽鏈中肽酰多肽鏈中肽酰- -脯氨酸間的肽鍵有順?lè)磧煞N異脯氨酸間的肽鍵有順?lè)磧煞N異 構(gòu)體，空間構(gòu)象明顯差別。構(gòu)體，空間構(gòu)象明顯差別。 肽酰肽酰- -脯氨酰順?lè)串悩?gòu)酶可促進(jìn)上述順?lè)磧煞N脯氨酰順?lè)串悩?gòu)酶可促進(jìn)上述順?lè)磧煞N 異構(gòu)體之間的轉(zhuǎn)換。異構(gòu)體之間的轉(zhuǎn)換。 目目 錄錄 二、一級(jí)結(jié)構(gòu)的修飾二、一級(jí)結(jié)構(gòu)的修飾 （一）肽鏈（一）肽鏈N端的修飾端的修飾 （二）個(gè)別氨基酸的修飾（二）個(gè)別氨基酸的修飾 （三）多肽鏈的水解修飾（三）多肽鏈的水解修飾 目目 錄錄 鴉片促黑皮

29、質(zhì)素原鴉片促黑皮質(zhì)素原(POMC)的水解修飾的水解修飾 NC 信號(hào)肽信號(hào)肽 PMOC KRKR 103肽肽 ( ？) ACTH -LT -MSH -MSH Endophin 目目 錄錄 三、空間結(jié)構(gòu)的修飾三、空間結(jié)構(gòu)的修飾 （一）亞基聚合（一）亞基聚合 （二）輔基連接（二）輔基連接 （三）疏水脂鏈的共價(jià)連接（三）疏水脂鏈的共價(jià)連接 目目 錄錄 蛋白質(zhì)合成后經(jīng)過(guò)復(fù)雜機(jī)制，定向輸?shù)鞍踪|(zhì)合成后經(jīng)過(guò)復(fù)雜機(jī)制，定向輸 送到最終發(fā)揮生物功能的細(xì)胞靶部位的送到最終發(fā)揮生物功能的細(xì)胞靶部位的 過(guò)程稱為蛋白質(zhì)的靶向輸送。過(guò)程稱為蛋白質(zhì)的靶向輸送。 四、蛋白質(zhì)合成后的靶向輸送四、蛋白質(zhì)合成后的靶向輸送 蛋白質(zhì)的靶

30、向輸送蛋白質(zhì)的靶向輸送(protein targeting) 目目 錄錄 所有靶向輸送的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)中存在分選信所有靶向輸送的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)中存在分選信 號(hào)，主要為號(hào)，主要為N末端特異氨基酸序列，可引導(dǎo)蛋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，這一序列稱為白質(zhì)轉(zhuǎn)移到細(xì)胞的適當(dāng)靶部位，這一序列稱為 信號(hào)序列信號(hào)序列 。 信號(hào)序列信號(hào)序列(signal sequence) 目目 錄錄 靶向輸送蛋白靶向輸送蛋白信號(hào)序列或成分信號(hào)序列或成分 分泌蛋白分泌蛋白信號(hào)肽信號(hào)肽 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔蛋白內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔蛋白信號(hào)肽，信號(hào)肽，C端端-Lys-Asp-Glu-Leu-COO-(KDEL 序列序列) 線粒體蛋

31、白線粒體蛋白N端靶向序列（端靶向序列（2035氨基酸殘基）氨基酸殘基） 核蛋白核蛋白核定位序列（核定位序列（-Pro-Pro-Lys-Lys-Lys-Arg-Lys- Val-，SV40 T抗原）抗原） 過(guò)氧化體蛋白過(guò)氧化體蛋白-Ser-Lys-Leu-（PST序列）序列） 溶酶體蛋白溶酶體蛋白Man-6-P（甘露糖（甘露糖-6-磷酸）磷酸） 靶向輸送蛋白的信號(hào)序列或成分靶向輸送蛋白的信號(hào)序列或成分 目目 錄錄 （一）分泌蛋白的靶向輸送（一）分泌蛋白的靶向輸送 真核細(xì)胞分泌蛋白等前體合成后靶向真核細(xì)胞分泌蛋白等前體合成后靶向 輸送過(guò)程首先要進(jìn)入輸送過(guò)程首先要進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)。 信號(hào)肽信號(hào)肽(s

32、ignal peptide) 新生分泌蛋白新生分泌蛋白N端的保守氨基酸序列端的保守氨基酸序列 稱信號(hào)肽。稱信號(hào)肽。 信號(hào)肽的一級(jí)結(jié)構(gòu)信號(hào)肽的一級(jí)結(jié)構(gòu) 信號(hào)肽引導(dǎo)真核分泌蛋白進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)信號(hào)肽引導(dǎo)真核分泌蛋白進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng) （二）線粒體蛋白的靶向輸送（二）線粒體蛋白的靶向輸送 （三）細(xì)胞核蛋白的靶向輸送（三）細(xì)胞核蛋白的靶向輸送 目目 錄錄 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 & Inhibition of Protein Biosynthesis 第第 四四 節(jié)節(jié) 目目 錄錄 l抗生素抗生素(antibiotics) 是微生物產(chǎn)生的能夠殺滅或抑制細(xì)菌的是微

33、生物產(chǎn)生的能夠殺滅或抑制細(xì)菌的 一類藥物。一類藥物。 l抗代謝藥物抗代謝藥物 指能干擾生物代謝過(guò)程，從而抑制細(xì)胞過(guò)指能干擾生物代謝過(guò)程，從而抑制細(xì)胞過(guò) 度生長(zhǎng)的藥物，如度生長(zhǎng)的藥物，如：6-MP。 l 某些毒素也作用于基因信息傳遞過(guò)程某些毒素也作用于基因信息傳遞過(guò)程。 一、抗生素類一、抗生素類 抗生素抗生素作用點(diǎn)作用點(diǎn)作用原理作用原理應(yīng)用應(yīng)用 四環(huán)素族（金霉素四環(huán)素族（金霉素 新霉素、土霉素）新霉素、土霉素） 鏈霉素、卡那霉素、鏈霉素、卡那霉素、 新霉素新霉素 氯霉素、林可霉素氯霉素、林可霉素 紅霉素紅霉素 梭鏈孢酸梭鏈孢酸 放線菌酮放線菌酮 嘌呤霉素嘌呤霉素 原核核蛋白原核核蛋白 體小亞基體

34、小亞基 原核核蛋白原核核蛋白 體小亞基體小亞基 原核核蛋白原核核蛋白 體大亞基體大亞基 原核核蛋白原核核蛋白 體大亞基體大亞基 原核核蛋白原核核蛋白 體大亞基體大亞基 真核核蛋白真核核蛋白 體大亞基體大亞基 真核、原核真核、原核 核蛋白體核蛋白體 抑制氨基酰抑制氨基酰-tRNA與小亞基與小亞基 結(jié)合結(jié)合 改變構(gòu)象引起讀碼錯(cuò)誤、抑改變構(gòu)象引起讀碼錯(cuò)誤、抑 制起始制起始 抑制轉(zhuǎn)肽酶、阻斷延長(zhǎng)抑制轉(zhuǎn)肽酶、阻斷延長(zhǎng) 抑制轉(zhuǎn)肽酶、妨礙轉(zhuǎn)位抑制轉(zhuǎn)肽酶、妨礙轉(zhuǎn)位 與與EFG-GTP結(jié)合，抑制肽結(jié)合，抑制肽 鏈延長(zhǎng)鏈延長(zhǎng) 抑制轉(zhuǎn)肽酶、阻斷延長(zhǎng)抑制轉(zhuǎn)肽酶、阻斷延長(zhǎng) 氨基酰氨基酰-tRNA類似物，進(jìn)位類似物，進(jìn)位

35、 后引起未成熟肽鏈脫落后引起未成熟肽鏈脫落 抗菌藥抗菌藥 抗菌藥抗菌藥 抗菌藥抗菌藥 抗菌藥抗菌藥 抗菌藥抗菌藥 醫(yī)學(xué)研究醫(yī)學(xué)研究 抗腫瘤藥抗腫瘤藥 抗生素抑制蛋白質(zhì)生物合成的原理抗生素抑制蛋白質(zhì)生物合成的原理 四四 環(huán)環(huán) 素素 族族 氯霉素氯霉素 鏈霉素和卡那霉素鏈霉素和卡那霉素 嘌呤霉素嘌呤霉素 放線菌酮放線菌酮 嘌嘌 呤呤 霉霉 素素 作作 用用 示示 意意 圖圖 目目 錄錄 二、其他干擾蛋白質(zhì)生物合成的物質(zhì)二、其他干擾蛋白質(zhì)生物合成的物質(zhì) l毒素毒素(toxin) l干擾素干擾素(interferon) 目目 錄錄 白喉毒素白喉毒素(diphtheria toxin)的作用機(jī)理的作用機(jī)理 白白 喉喉