生物信息的傳遞-從MRNA到蛋白質(zhì)

1、整理課件第四章第四章 生物信息的傳遞（下）生物信息的傳遞（下） 從從mRNA到蛋白質(zhì)到蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)是生物信息通路上的終產(chǎn)物，一個(gè)活蛋白質(zhì)是生物信息通路上的終產(chǎn)物，一個(gè)活細(xì)胞在任何發(fā)育階段都需要數(shù)千種不同的蛋白質(zhì)。細(xì)胞在任何發(fā)育階段都需要數(shù)千種不同的蛋白質(zhì)。因此，活細(xì)胞內(nèi)時(shí)刻進(jìn)行著各種蛋白質(zhì)的因此，活細(xì)胞內(nèi)時(shí)刻進(jìn)行著各種蛋白質(zhì)的合成合成、修飾修飾、運(yùn)轉(zhuǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)和和降解降解反應(yīng)。反應(yīng)。翻譯翻譯是指將是指將mRNA鏈上的核苷酸從一個(gè)特定鏈上的核苷酸從一個(gè)特定的起始位點(diǎn)開(kāi)始，按每的起始位點(diǎn)開(kāi)始，按每3個(gè)核苷酸個(gè)核苷酸代表代表一個(gè)氨基一個(gè)氨基酸酸的原則，依次合成一條多肽鏈的過(guò)程。的原則，依次合成一條多肽鏈的

2、過(guò)程。2/23/20223在翻譯過(guò)程中：在翻譯過(guò)程中： 核糖體核糖體是蛋白質(zhì)合成的是蛋白質(zhì)合成的場(chǎng)所場(chǎng)所。 mRNA是蛋白質(zhì)合成的是蛋白質(zhì)合成的模板模板。 轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)移RNA(transfer RNA，tRNA)是模板與氨基是模板與氨基酸之間的接合體。酸之間的接合體。 在合成的各個(gè)階段有許多蛋白質(zhì)、酶和其他生在合成的各個(gè)階段有許多蛋白質(zhì)、酶和其他生物大分子參與。物大分子參與。4翻譯過(guò)程的特點(diǎn)：翻譯過(guò)程的特點(diǎn)： 蛋白質(zhì)合成是一個(gè)蛋白質(zhì)合成是一個(gè)需能反應(yīng)需能反應(yīng)，要有各種高能化，要有各種高能化合物的參與。細(xì)胞用來(lái)進(jìn)行合成代謝的合物的參與。細(xì)胞用來(lái)進(jìn)行合成代謝的總能量總能量的的90%消耗在蛋白質(zhì)合成過(guò)程

3、中。消耗在蛋白質(zhì)合成過(guò)程中。 在真核生物細(xì)胞在真核生物細(xì)胞核內(nèi)合成的核內(nèi)合成的mRNA，要運(yùn)送到，要運(yùn)送到細(xì)胞質(zhì)細(xì)胞質(zhì)，才能翻譯生成蛋白質(zhì)。，才能翻譯生成蛋白質(zhì)。 蛋白質(zhì)合成速度很高。大腸桿菌只需要蛋白質(zhì)合成速度很高。大腸桿菌只需要5s就能就能合成一條由合成一條由100個(gè)氨基酸組成的多肽個(gè)氨基酸組成的多肽。2/23/20225 (1)翻譯的起始翻譯的起始:核糖體與核糖體與mRNA結(jié)合并與氨酰結(jié)合并與氨酰-tRNA生成生成起始復(fù)合物起始復(fù)合物。 (2)肽鏈的延伸肽鏈的延伸:由于核糖體沿由于核糖體沿mRNA5端向端向3端移動(dòng)，端移動(dòng)，開(kāi)始了從開(kāi)始了從N端向端向C端的多肽合成，這是蛋白質(zhì)合成過(guò)端的多

4、肽合成，這是蛋白質(zhì)合成過(guò)程中速度最快的階段。程中速度最快的階段。 (3)肽鏈的終止及釋放肽鏈的終止及釋放:核糖體從核糖體從mRNA上解離，準(zhǔn)備上解離，準(zhǔn)備新一輪合成反應(yīng)。新一輪合成反應(yīng)。l 貯存在貯存在DNA上的遺傳信息通過(guò)上的遺傳信息通過(guò)mRNA傳遞到蛋白質(zhì)上。傳遞到蛋白質(zhì)上。mRNA與蛋與蛋白質(zhì)之間的聯(lián)系是通過(guò)白質(zhì)之間的聯(lián)系是通過(guò)遺傳密碼遺傳密碼的破譯來(lái)實(shí)現(xiàn)的。的破譯來(lái)實(shí)現(xiàn)的。l The genetic code is the correspondence between the sequence of the four bases in nucleic acids and the seq

5、uence of the 20 amino acids in proteins.l mRNA上每上每3個(gè)核苷酸翻譯成蛋白質(zhì)多肽鏈上的一個(gè)氨基酸，這個(gè)核苷酸翻譯成蛋白質(zhì)多肽鏈上的一個(gè)氨基酸，這3個(gè)個(gè)核苷酸稱(chēng)為核苷酸稱(chēng)為密碼密碼，也叫，也叫三聯(lián)子密碼三聯(lián)子密碼。Triplets: 43=64, amino acids: 20 (degenerate)l 翻譯時(shí)從起始密碼子翻譯時(shí)從起始密碼子AUG開(kāi)始，沿著開(kāi)始，沿著mRNA5 3的方向連續(xù)閱讀的方向連續(xù)閱讀密碼子，直至終止密碼子為止，生成一條具有特定序列的密碼子，直至終止密碼子為止，生成一條具有特定序列的多肽鏈多肽鏈蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)。2/23/202

6、27 1. 三聯(lián)子密碼及其破譯三聯(lián)子密碼及其破譯u 構(gòu)想：構(gòu)想：1954年，物理學(xué)家年，物理學(xué)家George Gamov 首先對(duì)遺傳密碼進(jìn)行了探討：首先對(duì)遺傳密碼進(jìn)行了探討：41=4、42=16：編碼的：編碼的 aa 數(shù)目小于數(shù)目小于20種種aa，顯然不可能。，顯然不可能。43=64：在四種：在四種核苷酸條件下，核苷酸條件下，64能滿足于能滿足于20種種aa編碼的最小數(shù)。編碼的最小數(shù)。44=256：雖能保證：雖能保證20種種 aa 編碼，但不符合生物體在億萬(wàn)年進(jìn)化過(guò)程中形成并遵循的經(jīng)濟(jì)原則。編碼，但不符合生物體在億萬(wàn)年進(jìn)化過(guò)程中形成并遵循的經(jīng)濟(jì)原則。u證明：證明： 在模板在模板mRNA中插入或

7、刪除一個(gè)堿基，會(huì)改變?cè)撁艽a子以后全中插入或刪除一個(gè)堿基，會(huì)改變?cè)撁艽a子以后全部氨基酸序列。部氨基酸序列。 若同時(shí)對(duì)模板進(jìn)行插入和刪除試驗(yàn)，插入和刪除的堿基數(shù)一樣，若同時(shí)對(duì)模板進(jìn)行插入和刪除試驗(yàn)，插入和刪除的堿基數(shù)一樣，后續(xù)密碼子序列就不會(huì)變化，翻譯得到的后續(xù)的蛋白質(zhì)序列就后續(xù)密碼子序列就不會(huì)變化，翻譯得到的后續(xù)的蛋白質(zhì)序列就保持不變。保持不變。 如果同時(shí)刪去如果同時(shí)刪去3個(gè)核苷酸，翻譯產(chǎn)生少一個(gè)氨基酸的蛋白質(zhì)，序個(gè)核苷酸，翻譯產(chǎn)生少一個(gè)氨基酸的蛋白質(zhì)，序列不發(fā)生變化。列不發(fā)生變化。u密碼破譯方法密碼破譯方法: 在體外無(wú)細(xì)胞蛋白質(zhì)合成體系中加入人工合成的均聚物、在體外無(wú)細(xì)胞蛋白質(zhì)合成體系中加入人

8、工合成的均聚物、隨機(jī)共聚物和特定序列的隨機(jī)共聚物和特定序列的共聚物為模板共聚物為模板； aa-tRNA與確定的三核苷酸序列結(jié)合（核糖體結(jié)合技術(shù)與確定的三核苷酸序列結(jié)合（核糖體結(jié)合技術(shù)）。2/23/202210（1）Marshall Nirenberg (1961), 共聚物為模板共聚物為模板In vitro Poly(U) poly(Phe) peptide Poly(C) poly(Pro) peptide Poly(A) poly(Lys) peptide Poly(G) poly(Gly) peptidepoly(UCUCUC) poly(Ser-Leu-Ser-Leu) UCU/CUC

9、 Ser/Leu ?u密碼子的破譯密碼子的破譯 (1968. nobel prize)共聚物共聚物實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)（2）M. Nirenberg & P. Leder (1964. Science 145;1399)In vitrotRNAaaRibosomeNitrocellulose filter UCU(trinucleotide)Ser-C14, Leu, Lys, Arg,Ser, Leu-C14, Lys, Arg,Ser, Leu, Lys-C14, Arg, 核糖體結(jié)合實(shí)驗(yàn)核糖體結(jié)合實(shí)驗(yàn) 把已結(jié)合到核糖體上的aa-tRNA與未結(jié)合的aa-tRNA分開(kāi)。Ser-C14. Leu-

10、C14 . Lys-C14 . Gly-C14 . 每次只有一種每次只有一種被被C14標(biāo)記標(biāo)記（3）Stop codon 的證實(shí)的證實(shí)61個(gè)個(gè)codons被破譯，被破譯，(僅剩僅剩UAA,UAG,UGA？)l Brenner (1961) 獲得獲得T4 phage 頭部蛋白基因的琥珀突變（頭部蛋白基因的琥珀突變（amber） 證明證明:突變體頭部蛋白較野生型的變短突變體頭部蛋白較野生型的變短 推測(cè)推測(cè):頭部蛋白基因發(fā)生了終止突變，使蛋白質(zhì)合成中斷。頭部蛋白基因發(fā)生了終止突變，使蛋白質(zhì)合成中斷。l Garen (1965) 獲得，獲得， 堿性磷酸酯酶基因堿性磷酸酯酶基因（phoA）Amber突變

11、株的大突變株的大 量回復(fù)突變株量回復(fù)突變株 分析；回復(fù)突變株中對(duì)應(yīng)分析；回復(fù)突變株中對(duì)應(yīng)“回復(fù)回復(fù)”的氨基酸的氨基酸Stop codon 的證實(shí)的證實(shí)發(fā)生終止突變發(fā)生終止突變的原氨基酸的原氨基酸 Trp (UGG)Ser : UCG, UCC, UCA, UCU, AGU, AGCLeu : UUG, UUA, CUU, CUC, CUA, CUGTyr : UAU, UACLys : AGG, AAAGln : CAG, CAAGlu : GAG, GAA證明：終止突變密碼為證明：終止突變密碼為 UAG (amber 琥珀突變琥珀突變)UAA (ocher 赭色突變赭色突變)UGA (opa

12、l 蛋白石突變蛋白石突變)?!回復(fù)突變的氨基酸和密碼2. 遺傳密碼的性質(zhì)遺傳密碼的性質(zhì)u密碼的連續(xù)性密碼的連續(xù)性。起始密碼子決定所有后續(xù)密碼子的位置。起始密碼子決定所有后續(xù)密碼子的位置。2/23/202216u密碼的簡(jiǎn)并性密碼的簡(jiǎn)并性。 由一種以上密碼由一種以上密碼子編碼同一個(gè)氨子編碼同一個(gè)氨基酸的現(xiàn)象稱(chēng)為基酸的現(xiàn)象稱(chēng)為簡(jiǎn)并簡(jiǎn)并(degeneracy)，對(duì)應(yīng)于同一種對(duì)應(yīng)于同一種氨基酸的幾個(gè)密氨基酸的幾個(gè)密碼子稱(chēng)為碼子稱(chēng)為同義密同義密碼子碼子（s y n o n y m o u s coden）。2/23/202217 同義密碼子同義密碼子第一、二第第一、二第位核苷酸往往是相同的，位核苷酸往往是

13、相同的，而第三位核苷酸的改變而第三位核苷酸的改變不一定影響所編碼的氨不一定影響所編碼的氨基酸?；?。 一般說(shuō)來(lái)，編碼某一氨一般說(shuō)來(lái)，編碼某一氨基酸的密碼子越多，該基酸的密碼子越多，該氨基酸在蛋白質(zhì)中出現(xiàn)氨基酸在蛋白質(zhì)中出現(xiàn)的頻率也越高（精氨酸的頻率也越高（精氨酸例外）。例外）。2/23/202218密碼子密碼子 通用編碼通用編碼線粒體編碼線粒體編碼哺乳動(dòng)物哺乳動(dòng)物 酵母菌酵母菌果蠅果蠅植物植物UGA終止碼終止碼色氨酸色氨酸色氨酸色氨酸色氨酸色氨酸終止碼終止碼AUA異亮氨酸異亮氨酸 蛋氨酸蛋氨酸蛋氨酸蛋氨酸蛋氨酸蛋氨酸 異亮氨酸異亮氨酸CUA亮氨酸亮氨酸亮氨酸亮氨酸蘇氨酸蘇氨酸亮氨酸亮氨酸亮氨酸

14、亮氨酸AGA精氨酸精氨酸終止碼終止碼精氨酸精氨酸絲氨酸絲氨酸精氨酸精氨酸u密碼的普遍性與特殊性密碼的普遍性與特殊性。密碼子密碼子表是具有普遍性的，適用于一切表是具有普遍性的，適用于一切生物，但也有些特殊情況。生物，但也有些特殊情況。2/23/202219u密碼子與反密碼子的相互作密碼子與反密碼子的相互作用。用。在密碼子與反密碼子的配對(duì)在密碼子與反密碼子的配對(duì)中，前兩對(duì)嚴(yán)格遵守堿基配對(duì)原則，中，前兩對(duì)嚴(yán)格遵守堿基配對(duì)原則，第三對(duì)堿基有一定的自由度，可以第三對(duì)堿基有一定的自由度，可以 擺動(dòng)擺動(dòng) ，因而使某些，因而使某些tRNAtRNA可以識(shí)可以識(shí)別別1 1個(gè)以上的密碼子個(gè)以上的密碼子-擺動(dòng)假說(shuō)擺動(dòng)

15、假說(shuō)（wobble hypothesiswobble hypothesis）。R 從從mRNA 5 端起始密碼子端起始密碼子AUG到到3 端終止密碼端終止密碼子之間的核苷酸序列，各個(gè)三聯(lián)體密碼連續(xù)排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(chēng)為列編碼一個(gè)蛋白質(zhì)多肽鏈，稱(chēng)為開(kāi)放閱讀框架開(kāi)放閱讀框架(open reading frame, ORF)。 An ORF is a suspected coding region. tRNA在蛋白質(zhì)合成中處于關(guān)鍵地位。在蛋白質(zhì)合成中處于關(guān)鍵地位。2/23/202221v tRNA不僅為每個(gè)三聯(lián)密碼子不僅為每個(gè)三聯(lián)密碼子翻譯成氨基酸提供

16、了翻譯成氨基酸提供了接合體接合體，還為準(zhǔn)確無(wú)誤地將所需氨基酸還為準(zhǔn)確無(wú)誤地將所需氨基酸運(yùn)送到核糖體上提供運(yùn)送運(yùn)送到核糖體上提供運(yùn)送載體載體，它又被稱(chēng)為，它又被稱(chēng)為第二遺傳密碼第二遺傳密碼。v 特點(diǎn)：存在經(jīng)過(guò)特殊修飾的堿特點(diǎn)：存在經(jīng)過(guò)特殊修飾的堿基，基，3端都以端都以CCA-OH結(jié)束結(jié)束，這是其氨基酸結(jié)合位點(diǎn)。這是其氨基酸結(jié)合位點(diǎn)。整理課件2/23/202222tRNA上堿基的修飾上堿基的修飾tRNA產(chǎn)生產(chǎn)生 1. tRNA的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu) (1) 由于小片段堿基互補(bǔ)配對(duì)，形成由于小片段堿基互補(bǔ)配對(duì)，形成三葉草形的二級(jí)結(jié)構(gòu)三葉草形的二級(jí)結(jié)構(gòu)。三葉。三葉草形草形tRNA分子上有分子上有4條根據(jù)它們的結(jié)

17、構(gòu)或已知功能命名的手條根據(jù)它們的結(jié)構(gòu)或已知功能命名的手臂：臂：受體臂受體臂：鏈兩端堿基序列互補(bǔ)形成的桿狀結(jié)構(gòu)；鏈兩端堿基序列互補(bǔ)形成的桿狀結(jié)構(gòu)；3端有未配對(duì)的端有未配對(duì)的34個(gè)堿基；個(gè)堿基；3端的端的CCA，最后一個(gè)，最后一個(gè)堿基堿基2羥基可被氨?；u基可被氨?；?。 TC臂臂：其中其中表示擬尿嘧啶，是表示擬尿嘧啶，是tRNA分子所擁有的不常見(jiàn)核苷酸。分子所擁有的不常見(jiàn)核苷酸。反密碼子臂反密碼子臂：位于套索中央，有位于套索中央，有三聯(lián)反密碼子三聯(lián)反密碼子。 D臂臂：含有含有二氫尿嘧啶二氫尿嘧啶。2/23/2022232/23/202224tRNA 二級(jí)結(jié)構(gòu)二級(jí)結(jié)構(gòu)2/23/202225 最常見(jiàn)最

18、常見(jiàn)tRNA有有76個(gè)堿基。所有個(gè)堿基。所有tRNA含含7495個(gè)核苷酸。個(gè)核苷酸。tRNA長(zhǎng)度的不同主要是由其中的兩條手臂引起。在長(zhǎng)度的不同主要是由其中的兩條手臂引起。在D臂中臂中存在存在多至多至3個(gè)個(gè)可變核苷酸位點(diǎn)?？勺兒塑账嵛稽c(diǎn)。 tRNA分子中最大的變化發(fā)生分子中最大的變化發(fā)生多余臂多余臂上。上。 一類(lèi)是只含有一條僅為一類(lèi)是只含有一條僅為35個(gè)核苷酸的個(gè)核苷酸的多余臂多余臂的的tRNA，占所有，占所有tRNA的的75%； 一類(lèi)是有較大一類(lèi)是有較大多余臂多余臂的的tRNA，包括桿狀結(jié)構(gòu)上的，包括桿狀結(jié)構(gòu)上的5個(gè)核苷酸和套索個(gè)核苷酸和套索結(jié)構(gòu)上的結(jié)構(gòu)上的311個(gè)核苷酸。個(gè)核苷酸。2/23/

19、202226 (2)三級(jí)結(jié)構(gòu)三級(jí)結(jié)構(gòu) tRNA三級(jí)結(jié)構(gòu)都呈三級(jí)結(jié)構(gòu)都呈L形折疊式形折疊式 tRNA的三級(jí)結(jié)構(gòu)與氨酰的三級(jí)結(jié)構(gòu)與氨酰-tRNA合成合成酶對(duì)酶對(duì)tRNA的識(shí)別有關(guān)的識(shí)別有關(guān)。 2. tRNA的功能的功能 翻譯階段翻譯階段遺傳信息遺傳信息從從mRNA轉(zhuǎn)移到結(jié)構(gòu)極不相同的轉(zhuǎn)移到結(jié)構(gòu)極不相同的蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)分子分子，信息是以能被翻譯成單個(gè)氨基酸的，信息是以能被翻譯成單個(gè)氨基酸的三聯(lián)體密碼子三聯(lián)體密碼子形形式存在的，這里起作用的是式存在的，這里起作用的是tRNA的解碼機(jī)制的解碼機(jī)制。 氨基酸在合成蛋白質(zhì)之前先通過(guò)氨基酸在合成蛋白質(zhì)之前先通過(guò)AAtRNA合成酶活化合成酶活化，在消耗在消耗ATP

20、的情況下結(jié)合到的情況下結(jié)合到tRNA上，生成上，生成有活性的有活性的AAtRNA，由，由AA tRNA上的反密碼子與上的反密碼子與mRNA上的密碼子相上的密碼子相互識(shí)別并配對(duì)互識(shí)別并配對(duì)，將將AA帶到帶到mRNA-核糖體復(fù)合物上核糖體復(fù)合物上，插入插入到正在合成的多肽鏈的適當(dāng)位置上到正在合成的多肽鏈的適當(dāng)位置上。2/23/202227 3. tRNA的種類(lèi)的種類(lèi)起始起始tRNA和延伸和延伸tRNA。 一類(lèi)能特異地識(shí)別一類(lèi)能特異地識(shí)別mRNA模板上起始密碼子的模板上起始密碼子的tRNA叫叫（原核生物起始（原核生物起始tRNA攜帶甲酰甲硫氨酸）。攜帶甲酰甲硫氨酸）。 其他其他tRNA統(tǒng)稱(chēng)為統(tǒng)稱(chēng)為延

21、伸延伸tRNA。同工同工tRNA。幾個(gè)代表相同氨基酸的幾個(gè)代表相同氨基酸的tRNA稱(chēng)為稱(chēng)為同工同工tRNA。校正校正tRNA。分兩類(lèi)：分兩類(lèi)：無(wú)義突變的校正無(wú)義突變的校正tRNA和和錯(cuò)義突變的校錯(cuò)義突變的校正正tRNA。均通過(guò)改變其反密碼子區(qū)校正突變而依然合成原均通過(guò)改變其反密碼子區(qū)校正突變而依然合成原氨基酸。氨基酸。2/23/2022282/23/202229無(wú)義突變和錯(cuò)義突變的校無(wú)義突變和錯(cuò)義突變的校正正4. 氨酰氨酰-tRNA合成合成u氨酰氨酰-tRNA合成酶合成酶是一類(lèi)催化氨基酸與是一類(lèi)催化氨基酸與tRNA結(jié)合的特異性結(jié)合的特異性酶。其反應(yīng)包括兩步酶。其反應(yīng)包括兩步:氨基酸活化生成酶氨

22、基酸活化生成酶-氨酰腺苷酸復(fù)合物氨酰腺苷酸復(fù)合物。 AA + ATP + 酶酶(E) EAAAMP + PPi氨?；D(zhuǎn)移到氨?；D(zhuǎn)移到tRNA3末端腺苷殘基的末端腺苷殘基的2或或3羥基上羥基上 EAAAMP + tRNA AAtRNA + E + AMP2/23/202230 蛋白質(zhì)合成的真實(shí)性主要決定于蛋白質(zhì)合成的真實(shí)性主要決定于tRNA能否把正確的氨基酸放到新生能否把正確的氨基酸放到新生多肽鏈的正確位置上，而這一步主要多肽鏈的正確位置上，而這一步主要決定于決定于AAtRNA合成酶是否使氨基合成酶是否使氨基酸與對(duì)應(yīng)的酸與對(duì)應(yīng)的tRNA相結(jié)合。相結(jié)合。 AA-tRNA合成酶既要能識(shí)別合成酶既要

23、能識(shí)別tRNA，又，又要能識(shí)別氨基酸，它對(duì)兩者都具有高要能識(shí)別氨基酸，它對(duì)兩者都具有高度的專(zhuān)一性。度的專(zhuān)一性。2/23/202231 生物細(xì)胞內(nèi)，核糖體像一個(gè)能沿生物細(xì)胞內(nèi)，核糖體像一個(gè)能沿mRNA模板移動(dòng)模板移動(dòng)的工廠，執(zhí)行著蛋白質(zhì)合成的功能。的工廠，執(zhí)行著蛋白質(zhì)合成的功能。2/23/202232v核糖體是由幾十種蛋核糖體是由幾十種蛋白質(zhì)和幾種核糖體組白質(zhì)和幾種核糖體組成的亞細(xì)胞顆粒。成的亞細(xì)胞顆粒。v一個(gè)細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)約有一個(gè)細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)約有20000個(gè)核糖體，而個(gè)核糖體，而真核細(xì)胞內(nèi)可達(dá)真核細(xì)胞內(nèi)可達(dá)106個(gè)。個(gè)。v 核糖體是一個(gè)致密的核糖核蛋白顆粒，可以解離為大小兩核糖體是一個(gè)致密的核糖核蛋

24、白顆粒，可以解離為大小兩個(gè)亞基，個(gè)亞基，大亞基大亞基約為約為小亞基小亞基相對(duì)分子質(zhì)量的二倍。每個(gè)亞相對(duì)分子質(zhì)量的二倍。每個(gè)亞基都含有一個(gè)分子質(zhì)量較大的基都含有一個(gè)分子質(zhì)量較大的rRNArRNA和許多蛋白質(zhì)分子。這和許多蛋白質(zhì)分子。這些大分子些大分子rRNArRNA能在特定位點(diǎn)與蛋白質(zhì)結(jié)合，從而完成核糖能在特定位點(diǎn)與蛋白質(zhì)結(jié)合，從而完成核糖體不同亞基的組裝。體不同亞基的組裝。v 原核生物核糖體由約原核生物核糖體由約2/32/3的的RNARNA及及1/31/3的蛋白質(zhì)組成。真核生的蛋白質(zhì)組成。真核生物核糖體中物核糖體中RNARNA占占3/53/5，蛋白質(zhì)占，蛋白質(zhì)占2/52/5。2/23/2022

25、33 1. 核糖體的結(jié)構(gòu)核糖體的結(jié)構(gòu)u原核生物、真核生物細(xì)胞質(zhì)及細(xì)胞器中的核糖體存在原核生物、真核生物細(xì)胞質(zhì)及細(xì)胞器中的核糖體存在著很大差異。如下圖：著很大差異。如下圖：2/23/202234核糖體核糖體來(lái)源來(lái)源大亞基大亞基小亞基小亞基沉降系數(shù)沉降系數(shù)RNA沉降系數(shù)沉降系數(shù)RNA80S脊椎動(dòng)物脊椎動(dòng)物60S28S40S18S5S5.8S80S無(wú)脊椎動(dòng)物無(wú)脊椎動(dòng)物植物植物60S25S40S1618S5S5.8S70S原核生物原核生物50S23S30S16S55S脊椎動(dòng)物線粒體脊椎動(dòng)物線粒體40S1617S30S1013S2/23/202235u大腸桿菌核糖體小亞基由大腸桿菌核糖體小亞基由21種蛋

26、白質(zhì)組成，分別用種蛋白質(zhì)組成，分別用S1S21表示，大亞基表示，大亞基由由36種蛋白質(zhì)組成，分別種蛋白質(zhì)組成，分別用用L1L36表示。表示。u真核生物細(xì)胞核糖體蛋白真核生物細(xì)胞核糖體蛋白質(zhì)中，大亞基含有質(zhì)中，大亞基含有49種蛋種蛋白質(zhì)，小亞基有白質(zhì)，小亞基有33種蛋白種蛋白質(zhì)，它們的相對(duì)分子質(zhì)量質(zhì)，它們的相對(duì)分子質(zhì)量在在81034.0104之間。之間。2/23/202236 在高倍電鏡下得到的原核生物在高倍電鏡下得到的原核生物70S核糖體大、小亞基相核糖體大、小亞基相結(jié)合的模型，核糖體分子可容納兩個(gè)結(jié)合的模型，核糖體分子可容納兩個(gè)tRNA和約和約40bp長(zhǎng)的長(zhǎng)的mRNA。2/23/202237

27、v核糖體有三個(gè)核糖體有三個(gè)tRNA結(jié)合位點(diǎn)，位于結(jié)合位點(diǎn)，位于大小亞基交界面大小亞基交界面 其中，其中， A位點(diǎn)位點(diǎn) （氨?；稽c(diǎn)，與新?lián)饺氲陌滨＃ò滨；稽c(diǎn)，與新?lián)饺氲陌滨RNA結(jié)結(jié)合）；合）；P位點(diǎn)位點(diǎn)（肽?；稽c(diǎn)，與延伸中的酰肽（肽?；稽c(diǎn)，與延伸中的酰肽tRNA結(jié)合）；結(jié)合）；E位點(diǎn)位點(diǎn)（肽酰轉(zhuǎn)移后即釋放（肽酰轉(zhuǎn)移后即釋放tRNA位點(diǎn)）。位點(diǎn)）。 tRNA的移動(dòng)順的移動(dòng)順序是：序是： A位點(diǎn)位點(diǎn)- P位點(diǎn)位點(diǎn)- E位點(diǎn)。位點(diǎn)。2/23/2022402. 核糖體的功能核糖體的功能v 核糖體存在于每個(gè)細(xì)胞中進(jìn)行蛋白質(zhì)的合成。盡管在不同核糖體存在于每個(gè)細(xì)胞中進(jìn)行蛋白質(zhì)的合成。盡管在不同生物

28、體內(nèi)其大小有別，但組織結(jié)構(gòu)基本相同，而且執(zhí)行的生物體內(nèi)其大小有別，但組織結(jié)構(gòu)基本相同，而且執(zhí)行的功能完全相同。功能完全相同。v 核糖體包括核糖體包括5個(gè)以上活性中心個(gè)以上活性中心，即：，即：nmRNA結(jié)合部位；結(jié)合部位；n接受接受AA-tRNA部位部位(A位位)；n結(jié)合肽基結(jié)合肽基tRNA的部位的部位(P位位) ；n肽基轉(zhuǎn)移部位；肽基轉(zhuǎn)移部位；n形成肽鍵的部位形成肽鍵的部位(轉(zhuǎn)肽酶中心轉(zhuǎn)肽酶中心)。n此外，還有負(fù)責(zé)肽鏈延伸的各種此外，還有負(fù)責(zé)肽鏈延伸的各種延伸因子的結(jié)合位點(diǎn)延伸因子的結(jié)合位點(diǎn)。2/23/202241v 核糖體核糖體小亞基小亞基負(fù)責(zé)對(duì)負(fù)責(zé)對(duì)模板模板mRNA進(jìn)行序列特異性識(shí)別進(jìn)行序

29、列特異性識(shí)別，如，如起始部分的識(shí)別、密碼子與反密碼子的相互作用等，起始部分的識(shí)別、密碼子與反密碼子的相互作用等，mRNA的結(jié)合位點(diǎn)也在小亞基上的結(jié)合位點(diǎn)也在小亞基上。v 大亞基大亞基負(fù)責(zé)負(fù)責(zé)攜帶攜帶AA-tRNA、肽鍵、肽鍵的 形 成 、的 形 成 、 A A -tRNA與肽鏈的結(jié)與肽鏈的結(jié)合、合、A位、位、P位、位、轉(zhuǎn)肽酶中心等在大轉(zhuǎn)肽酶中心等在大亞基上。亞基上。2/23/202242v核糖體在體內(nèi)及體外都可核糖體在體內(nèi)及體外都可解 離 為 亞 基 或 結(jié) 合 成解 離 為 亞 基 或 結(jié) 合 成70S/80S的顆粒。的顆粒。在翻譯在翻譯的起始階段需要游離的亞的起始階段需要游離的亞基 ， 隨

30、 后 才 結(jié) 合 成基 ， 隨 后 才 結(jié) 合 成70S/80S顆粒，開(kāi)始翻譯顆粒，開(kāi)始翻譯進(jìn)程。肽鏈釋放后，核糖進(jìn)程。肽鏈釋放后，核糖體脫離體脫離mRNA解聚成亞基解聚成亞基，直接參與另一輪蛋白質(zhì)，直接參與另一輪蛋白質(zhì)的合成。的合成。 蛋白質(zhì)合成是一個(gè)需能反應(yīng)。真核生物中可能有近蛋白質(zhì)合成是一個(gè)需能反應(yīng)。真核生物中可能有近300種生物大分子種生物大分子參與蛋白質(zhì)的生物合成，這些組參與蛋白質(zhì)的生物合成，這些組分約占細(xì)胞干重的分約占細(xì)胞干重的35%。 細(xì)胞用來(lái)進(jìn)行合成代謝總能量的細(xì)胞用來(lái)進(jìn)行合成代謝總能量的90%消耗在蛋白質(zhì)消耗在蛋白質(zhì)合成過(guò)程中。合成過(guò)程中。蛋白質(zhì)的生物合成包括蛋白質(zhì)的生物合成

31、包括：氨基酸活化氨基酸活化肽鏈的起始、延伸、終止肽鏈的起始、延伸、終止新合成多肽鏈的折疊和加工新合成多肽鏈的折疊和加工2/23/202243 1. 氨基酸活化氨基酸活化 氨基酸氨基酸是生物合成蛋白質(zhì)的原料，氨基酸在氨酰是生物合成蛋白質(zhì)的原料，氨基酸在氨酰-tRNA合成合成酶的作用下生成活化氨基酸酶的作用下生成活化氨基酸AA-tRNA才能被準(zhǔn)確地運(yùn)送才能被準(zhǔn)確地運(yùn)送到核糖體中，參與多肽鏈的起始或延伸。到核糖體中，參與多肽鏈的起始或延伸。v 氨基酸活化反應(yīng)氨基酸活化反應(yīng)包括兩步包括兩步: 氨基酸活化生成酶氨基酸活化生成酶-氨酰腺苷酸復(fù)合物。氨酰腺苷酸復(fù)合物。AA + ATP + 酶酶(E) EAA

32、AMP + PPi 氨酰基轉(zhuǎn)移到氨?；D(zhuǎn)移到tRNA3末端腺苷殘基的末端腺苷殘基的2或或3羥基上羥基上EAAAMP + tRNA AAtRNA + E + AMP2/23/2022442/23/20224520種氨基酸的結(jié)構(gòu)種氨基酸的結(jié)構(gòu) tRNA與相應(yīng)氨基酸的結(jié)合是蛋白質(zhì)合成中的關(guān)鍵步驟，只有與相應(yīng)氨基酸的結(jié)合是蛋白質(zhì)合成中的關(guān)鍵步驟，只有tRNA攜帶了正確的氨基酸，多肽合成的準(zhǔn)確性才有保障。攜帶了正確的氨基酸，多肽合成的準(zhǔn)確性才有保障。 在細(xì)菌中，起始氨基酸是在細(xì)菌中，起始氨基酸是甲酰甲硫氨酸甲酰甲硫氨酸；所以，與核糖體?。凰?，與核糖體小亞基相結(jié)合的是亞基相結(jié)合的是N-甲酰甲硫氨酰甲酰甲

33、硫氨酰-tRNAfMet，可以與延伸中的，可以與延伸中的Met-tRNAMet區(qū)分開(kāi)。區(qū)分開(kāi)。 真核生物中，多肽合成是從生成真核生物中，多肽合成是從生成甲硫氨酰甲硫氨酰tRNAiMet開(kāi)始的，開(kāi)始的，體內(nèi)存在兩種體內(nèi)存在兩種tRNAMet。只有。只有甲硫氨酰甲硫氨酰tRNAiMet能與能與40S小小亞基相結(jié)合，起始肽鏈合成，普通亞基相結(jié)合，起始肽鏈合成，普通tRNAMet攜帶的甲硫氨酸攜帶的甲硫氨酸只能被摻入正在延伸的肽鏈中。只能被摻入正在延伸的肽鏈中。2/23/202246 2. 翻譯的起始翻譯的起始 細(xì)菌中翻譯的起始需要如下細(xì)菌中翻譯的起始需要如下7種成分種成分: 30S小亞基，小亞基，

34、模板模板mRNA， fMet-tRNAfMet， 3個(gè)翻譯起始因子（個(gè)翻譯起始因子（IF-l、IF-2和和IF-3），）， GTP， 50S大亞基，大亞基， Mg2。2/23/2022472/23/202248v翻譯起始又可被分成翻譯起始又可被分成3步：步：n30S小亞基與翻譯起始因子小亞基與翻譯起始因子IF-l，IF-3的作用下通過(guò)的作用下通過(guò)mRNA 的的SD序列序列與之相結(jié)合；與之相結(jié)合；n在在IF-2和和GTP的幫助下，的幫助下，fMet-tRNAfMet進(jìn)入小亞基的進(jìn)入小亞基的P位位，tRNA上的反密碼子與上的反密碼子與mRNA上的起始密碼子配對(duì)；上的起始密碼子配對(duì)；n帶有帶有tRN

35、A、mRNA及及3個(gè)翻譯個(gè)翻譯起始因子的小亞基復(fù)合物與起始因子的小亞基復(fù)合物與50S大亞基結(jié)合；然后，釋放大亞基結(jié)合；然后，釋放翻譯起始因子。翻譯起始因子。2/23/2022492/23/202250v30S亞基具有專(zhuān)一性的識(shí)別和選擇亞基具有專(zhuān)一性的識(shí)別和選擇mRNA起始位點(diǎn)起始位點(diǎn)的性質(zhì)，而的性質(zhì)，而IF-3能協(xié)助該亞基完成這種選擇。能協(xié)助該亞基完成這種選擇。30S亞亞基通過(guò)其基通過(guò)其16S rRNA的的3端與端與mRNA5端起始密碼子端起始密碼子上游堿基（上游堿基（SD序列序列）配對(duì)）配對(duì)結(jié)合。結(jié)合。2/23/202251v 所有原核生物所有原核生物mRNA上都有一個(gè)上都有一個(gè)5-AGGA

36、GGU-3序列（序列（SD序列序列），這個(gè)富嘌呤區(qū)與，這個(gè)富嘌呤區(qū)與30S亞基上亞基上16S rRNA3端的富嘧啶端的富嘧啶區(qū)序列區(qū)序列5-GAUCACCUCCUUA-3相互補(bǔ)相互補(bǔ)。2/23/202252v 細(xì)菌核糖體上一般存在細(xì)菌核糖體上一般存在3個(gè)與氨酰個(gè)與氨酰tRNA結(jié)合的位點(diǎn)，即結(jié)合的位點(diǎn)，即A位點(diǎn)（位點(diǎn)（aminoacyl site），），P位點(diǎn)（位點(diǎn)（Peptidyl site）和和E位點(diǎn)（位點(diǎn)（exit site）。）。只有只有fMet-tRNAfMet能與第一個(gè)能與第一個(gè)P位點(diǎn)相結(jié)合，其位點(diǎn)相結(jié)合，其他所有他所有tRNA都必須通過(guò)都必須通過(guò)A位點(diǎn)到達(dá)位點(diǎn)到達(dá)P位點(diǎn)，再由位點(diǎn)，

37、再由E位點(diǎn)離開(kāi)位點(diǎn)離開(kāi)核糖體。核糖體。2/23/202253v真核生物翻譯的起始機(jī)制與原核生物基本相同。真核生物翻譯的起始機(jī)制與原核生物基本相同。v其差異是：其差異是：l核糖體較大核糖體較大;l有較多的起始因子有較多的起始因子;lmRNA具有具有5端帽子結(jié)端帽子結(jié) 構(gòu)構(gòu); l Met-tRNAi Met不甲?；患柞；?lmRNA分子分子5 端的端的“帽帽子子”和和3 端的多聚端的多聚A都參都參與形成翻譯起始復(fù)合物與形成翻譯起始復(fù)合物。 3. 肽鏈的延伸肽鏈的延伸u當(dāng)?shù)谝粋€(gè)氨基酸與核糖體結(jié)合以后，按照當(dāng)?shù)谝粋€(gè)氨基酸與核糖體結(jié)合以后，按照mRNA模板密碼子的排列，氨基酸通過(guò)新生肽鍵的方式模板密碼

38、子的排列，氨基酸通過(guò)新生肽鍵的方式被有序地結(jié)合上去。被有序地結(jié)合上去。u每加一個(gè)每加一個(gè)AA是一個(gè)循環(huán)，每個(gè)循環(huán)包括：是一個(gè)循環(huán)，每個(gè)循環(huán)包括： 后續(xù)后續(xù)AA-tRNA與核糖體結(jié)合與核糖體結(jié)合 肽鍵的生成肽鍵的生成 移位。移位。2/23/202254后續(xù)后續(xù)AA-tRNA與核糖體結(jié)合。與核糖體結(jié)合。2/23/202255n起始復(fù)合物形成后，第二個(gè)起始復(fù)合物形成后，第二個(gè)AA-tRNA在在延伸因子延伸因子EF-Tu及及GTP的作的作用下，生成用下，生成AA-tRNAEF-TuGTP復(fù)合物復(fù)合物，然后結(jié)合到核糖體的，然后結(jié)合到核糖體的A位位上。上。n由于由于EF-Tu不能與不能與fMettRNA起

39、反應(yīng)，所以起始起反應(yīng)，所以起始tRNA不會(huì)被結(jié)合到不會(huì)被結(jié)合到A位上位上，這就是，這就是mRNA內(nèi)部的內(nèi)部的AUG不會(huì)被起始不會(huì)被起始tRNA讀讀出，肽鏈中間不會(huì)出現(xiàn)出，肽鏈中間不會(huì)出現(xiàn)fMet的原因。的原因。肽鍵的生成肽鍵的生成l 經(jīng)過(guò)上一步反應(yīng)后，在核糖經(jīng)過(guò)上一步反應(yīng)后，在核糖體體mRNAAAtRNA復(fù)合物中，復(fù)合物中，AA-tRNA占據(jù)占據(jù)A位，位，fMet-tRNA fMet占據(jù)占據(jù)P位。位。l 在在肽基轉(zhuǎn)移酶肽基轉(zhuǎn)移酶的催化下，的催化下，A位上的位上的AA-tRNA轉(zhuǎn)移到轉(zhuǎn)移到P位，與位，與fMet-tRNA fMet上的氨基酸生成肽鍵。上的氨基酸生成肽鍵。l A位點(diǎn)騰空準(zhǔn)備接受新的

40、位點(diǎn)騰空準(zhǔn)備接受新的AA-tRNA，進(jìn)行下一輪合成反應(yīng)。起始進(jìn)行下一輪合成反應(yīng)。起始tRNA則離開(kāi)了核糖體則離開(kāi)了核糖體P位點(diǎn)。位點(diǎn)。2/23/202256移位移位l 肽鍵延伸過(guò)程中最后一步，核糖體肽鍵延伸過(guò)程中最后一步，核糖體向向mRNA3端方向移動(dòng)一個(gè)密碼子。端方向移動(dòng)一個(gè)密碼子。此時(shí)，仍與第二個(gè)密碼子相結(jié)合的此時(shí)，仍與第二個(gè)密碼子相結(jié)合的二肽基二肽基tRNA，從，從A位進(jìn)入位進(jìn)入P位，去位，去氨酰氨酰-tRNA被擠入被擠入E位，位，mRNA上上的第三位密碼子則對(duì)應(yīng)于的第三位密碼子則對(duì)應(yīng)于A位。位。2/23/202257 4. 肽鏈的終止肽鏈的終止u當(dāng)終止密碼子當(dāng)終止密碼子UAA、UAG或

41、或UGA出現(xiàn)在核糖體的出現(xiàn)在核糖體的A位時(shí)，沒(méi)位時(shí)，沒(méi)有相應(yīng)的有相應(yīng)的AA-tRNA能與之結(jié)合，能與之結(jié)合，而而釋放因子釋放因子能識(shí)別這些密碼子并能識(shí)別這些密碼子并與之結(jié)合，與之結(jié)合，水解水解P位上多肽鏈與位上多肽鏈與tRNA之間的二酯鍵之間的二酯鍵，釋放新生釋放新生的肽鏈和的肽鏈和tRNA，核糖體大、小，核糖體大、小亞基解體，蛋白質(zhì)合成結(jié)束。亞基解體，蛋白質(zhì)合成結(jié)束。2/23/2022582/23/202259u釋放因子釋放因子RF具有具有GTP酶活性，它催化酶活性，它催化GTP水解，使肽鏈與水解，使肽鏈與核糖體解離。核糖體解離。 細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)存在三種終止因子（或稱(chēng)細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)存在三種終止因子（

42、或稱(chēng)釋放因子，釋放因子，RF1，RF2，RF3）。一旦）。一旦RF與終止密碼相結(jié)合，它們就能誘導(dǎo)與終止密碼相結(jié)合，它們就能誘導(dǎo)肽基轉(zhuǎn)移酶把一個(gè)水分子而不是氨基酸加到延伸中的肽鏈肽基轉(zhuǎn)移酶把一個(gè)水分子而不是氨基酸加到延伸中的肽鏈上。上。 RF1能識(shí)別能識(shí)別UAG和和UAA，RF2識(shí)別識(shí)別UGA和和UAA，RF3可能與核糖體的解體有關(guān)?？赡芘c核糖體的解體有關(guān)。 真核細(xì)胞只有一個(gè)真核細(xì)胞只有一個(gè)（RF）終止因子）終止因子。 5. 蛋白質(zhì)前體的加工蛋白質(zhì)前體的加工u新生多肽鏈大多數(shù)是沒(méi)有功能的，必須經(jīng)過(guò)新生多肽鏈大多數(shù)是沒(méi)有功能的，必須經(jīng)過(guò)加工修飾加工修飾才能才能轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)變?yōu)橛谢钚缘牡鞍踪|(zhì)有活性的蛋白

43、質(zhì)。N端端fMet或或iMet的切除的切除二硫鍵的形成二硫鍵的形成特定氨基酸的修飾。氨基酸側(cè)鏈的修飾包括：特定氨基酸的修飾。氨基酸側(cè)鏈的修飾包括： 磷酸化（如核糖體蛋白質(zhì)）、磷酸化（如核糖體蛋白質(zhì)）、 糖基化（如各種糖蛋白）糖基化（如各種糖蛋白） 、 甲基化（如組蛋白、肌肉蛋白質(zhì)）甲基化（如組蛋白、肌肉蛋白質(zhì)） 、 乙基化（如組蛋白）乙基化（如組蛋白） 、 羥基化（如膠原蛋白）和竣基化等。羥基化（如膠原蛋白）和竣基化等。切除新生鏈中非功能片段切除新生鏈中非功能片段2/23/202260 6. 蛋白質(zhì)的折疊蛋白質(zhì)的折疊u新生多肽鏈必須經(jīng)過(guò)新生多肽鏈必須經(jīng)過(guò)正確的折疊正確的折疊，才能形成動(dòng)力學(xué)和熱

44、力，才能形成動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)穩(wěn)定的三維構(gòu)象，從而表現(xiàn)出生物學(xué)活性或功能。學(xué)穩(wěn)定的三維構(gòu)象，從而表現(xiàn)出生物學(xué)活性或功能。u多肽鏈的折疊式一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，新生肽鏈一般首先折疊多肽鏈的折疊式一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，新生肽鏈一般首先折疊成二級(jí)結(jié)構(gòu)，再進(jìn)一步折疊盤(pán)繞成三級(jí)結(jié)構(gòu)。對(duì)于寡居蛋成二級(jí)結(jié)構(gòu)，再進(jìn)一步折疊盤(pán)繞成三級(jí)結(jié)構(gòu)。對(duì)于寡居蛋白質(zhì)，一般還需要組裝成更為復(fù)雜的四級(jí)結(jié)構(gòu)。白質(zhì)，一般還需要組裝成更為復(fù)雜的四級(jí)結(jié)構(gòu)。是能在細(xì)胞內(nèi)是能在細(xì)胞內(nèi)輔助新生輔助新生肽鏈正確折疊的一類(lèi)蛋白質(zhì)肽鏈正確折疊的一類(lèi)蛋白質(zhì)。它是一類(lèi)在序列上沒(méi)有相關(guān)。它是一類(lèi)在序列上沒(méi)有相關(guān)性但有性但有共同功能的保守性蛋白質(zhì)共同功能的保守性蛋白質(zhì)。

45、分為兩類(lèi)：。分為兩類(lèi)：伴侶素伴侶素?zé)嵝菘说鞍谉嵝菘说鞍?/23/202261 7. 蛋白質(zhì)合成的抑制劑蛋白質(zhì)合成的抑制劑u主要是主要是抗生素、核糖體滅活蛋白抗生素、核糖體滅活蛋白等。是治療細(xì)菌感染的重要等。是治療細(xì)菌感染的重要藥物。藥物。u抗菌素對(duì)細(xì)菌蛋白質(zhì)合成的作用：抗菌素對(duì)細(xì)菌蛋白質(zhì)合成的作用：阻止阻止mRNA與核糖體結(jié)合；與核糖體結(jié)合；阻止阻止AA-tRNA與核糖體結(jié)合；與核糖體結(jié)合；干擾干擾AA-tRNA與核糖體結(jié)合而產(chǎn)生錯(cuò)讀；與核糖體結(jié)合而產(chǎn)生錯(cuò)讀；作為競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑抑制蛋白質(zhì)合成。如鏈霉素能干擾作為競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑抑制蛋白質(zhì)合成。如鏈霉素能干擾fMet-tRNA與核糖體與核糖體的結(jié)合，而

46、阻止蛋白質(zhì)合成的正確起始，也會(huì)導(dǎo)致的結(jié)合，而阻止蛋白質(zhì)合成的正確起始，也會(huì)導(dǎo)致mRNA的錯(cuò)讀。的錯(cuò)讀。2/23/202262u由于細(xì)胞各部分都有特定的蛋白質(zhì)組分，蛋白質(zhì)的由于細(xì)胞各部分都有特定的蛋白質(zhì)組分，蛋白質(zhì)的合合成位點(diǎn)成位點(diǎn)與與功能位點(diǎn)功能位點(diǎn)常常被細(xì)胞內(nèi)的膜所隔開(kāi)，因此合常常被細(xì)胞內(nèi)的膜所隔開(kāi)，因此合成的蛋白質(zhì)必須成的蛋白質(zhì)必須準(zhǔn)確無(wú)誤地定向運(yùn)送準(zhǔn)確無(wú)誤地定向運(yùn)送才能保證生命活才能保證生命活動(dòng)的正常進(jìn)行。動(dòng)的正常進(jìn)行。u蛋白質(zhì)運(yùn)轉(zhuǎn)可分為兩大類(lèi)蛋白質(zhì)運(yùn)轉(zhuǎn)可分為兩大類(lèi): 翻譯運(yùn)轉(zhuǎn)同步機(jī)制：翻譯運(yùn)轉(zhuǎn)同步機(jī)制：蛋白質(zhì)的合成和運(yùn)轉(zhuǎn)同時(shí)發(fā)生。蛋白質(zhì)的合成和運(yùn)轉(zhuǎn)同時(shí)發(fā)生。分泌分泌蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)大多是以

47、同步機(jī)制運(yùn)輸?shù)摹４蠖嗍且酝綑C(jī)制運(yùn)輸?shù)?。翻譯后運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)制：翻譯后運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)制：蛋白質(zhì)從核糖體上釋放后才發(fā)生運(yùn)轉(zhuǎn)。蛋白質(zhì)從核糖體上釋放后才發(fā)生運(yùn)轉(zhuǎn)。在在細(xì)胞器發(fā)育過(guò)程細(xì)胞器發(fā)育過(guò)程中，由細(xì)胞質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞器的蛋白質(zhì)大多中，由細(xì)胞質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞器的蛋白質(zhì)大多是以翻譯后運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)制運(yùn)輸?shù)?。是以翻譯后運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)制運(yùn)輸?shù)摹?/23/202263 1. 翻譯運(yùn)轉(zhuǎn)同步機(jī)制翻譯運(yùn)轉(zhuǎn)同步機(jī)制u機(jī)制過(guò)程：機(jī)制過(guò)程： 分泌蛋白的生物合成開(kāi)始于核糖體，翻譯到大約分泌蛋白的生物合成開(kāi)始于核糖體，翻譯到大約50個(gè)氨個(gè)氨基酸殘基基酸殘基，信號(hào)肽信號(hào)肽開(kāi)始從核糖體的大亞基露出，被內(nèi)質(zhì)開(kāi)始從核糖體的大亞基露出，被內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上的網(wǎng)膜上的受體識(shí)別受體識(shí)別

48、(SRP-signal receptor protein,受體受體-信號(hào)受體蛋白信號(hào)受體蛋白)并與之結(jié)合。并與之結(jié)合。 信號(hào)肽過(guò)膜后被內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔的信號(hào)肽過(guò)膜后被內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔的信號(hào)肽酶信號(hào)肽酶(S.S. 酶酶)水解，新水解，新生肽隨之通過(guò)生肽隨之通過(guò)蛋白孔道穿越疏水的雙層磷脂蛋白孔道穿越疏水的雙層磷脂。 當(dāng)核糖體移到當(dāng)核糖體移到mRNA的的“終止終止”密碼子，蛋白質(zhì)合成即密碼子，蛋白質(zhì)合成即告完成，翻譯體系解散，膜上的蛋白孔道消失，核糖體告完成，翻譯體系解散，膜上的蛋白孔道消失，核糖體重新處于自由狀態(tài)重新處于自由狀態(tài)。2/23/202264u蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)定位的信息定位的信息存在于該蛋白質(zhì)自身結(jié)構(gòu)中，并

49、且通過(guò)存在于該蛋白質(zhì)自身結(jié)構(gòu)中，并且通過(guò)與膜上特殊受體的相互作用得以表達(dá)。與膜上特殊受體的相互作用得以表達(dá)。信號(hào)肽（信號(hào)肽（signal peptide）緊接在起始密碼之后，大部分是緊接在起始密碼之后，大部分是疏水氨基酸疏水氨基酸。信。信號(hào)肽的長(zhǎng)度在號(hào)肽的長(zhǎng)度在1336個(gè)殘基個(gè)殘基。 u信號(hào)肽信號(hào)肽的特點(diǎn)：的特點(diǎn)：l1336個(gè)疏水氨基酸個(gè)疏水氨基酸；lN端有帶端有帶正電荷的氨基酸正電荷的氨基酸；lC端接近切割點(diǎn)處有端接近切割點(diǎn)處有數(shù)個(gè)數(shù)個(gè)極性氨基酸極性氨基酸；lC端端氨基酸側(cè)鏈短氨基酸側(cè)鏈短。2/23/202265 信號(hào)肽的信號(hào)肽的signal S. 的基本結(jié)構(gòu)的基本結(jié)構(gòu)110aa 1520a

50、a1530 aa13 aarich Arg+, Lys+ - rich Phe, Leu, IleHydrophilicHelixHydrophobic& HelixS.S. 切割位點(diǎn)切割位點(diǎn)反向平行，形成反向平行，形成 hairpinAla ,Gly2/23/202267蛋白合成蛋白合成-定位內(nèi)質(zhì)網(wǎng)定位內(nèi)質(zhì)網(wǎng)蛋白孔道蛋白孔道2/23/2022SRP-signal receptor protein,信號(hào)受體蛋白信號(hào)受體蛋白)信號(hào)受體蛋白信號(hào)受體蛋白2/23/202269新生蛋白質(zhì)通過(guò)同步轉(zhuǎn)運(yùn)途徑進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)腔的主要過(guò)程新生蛋白質(zhì)通過(guò)同步轉(zhuǎn)運(yùn)途徑進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)腔的主要過(guò)程SRP-signa

51、l receptor protein2. 翻譯后運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)制翻譯后運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)制u葉綠體和線粒體中葉綠體和線粒體中有許多蛋白質(zhì)和酶有許多蛋白質(zhì)和酶是由細(xì)胞質(zhì)提供的，是由細(xì)胞質(zhì)提供的，其中絕大多數(shù)以翻其中絕大多數(shù)以翻譯后運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)制進(jìn)入譯后運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)制進(jìn)入細(xì)胞器內(nèi)。細(xì)胞器內(nèi)。2/23/202270u線粒體蛋白質(zhì)跨膜線粒體蛋白質(zhì)跨膜l 特征特征: 通過(guò)線粒體膜的蛋白質(zhì)在運(yùn)轉(zhuǎn)之前大多數(shù)以通過(guò)線粒體膜的蛋白質(zhì)在運(yùn)轉(zhuǎn)之前大多數(shù)以形式存在，它由形式存在，它由成熟蛋白質(zhì)成熟蛋白質(zhì)和位于和位于N端的一段端的一段前導(dǎo)肽（前導(dǎo)肽（leader peptide）共同組成，共同組成，前導(dǎo)肽約含前導(dǎo)肽約含2080個(gè)氨基酸殘基個(gè)氨基酸殘基

52、，當(dāng)前體蛋白過(guò)膜時(shí)，前導(dǎo)肽被，當(dāng)前體蛋白過(guò)膜時(shí)，前導(dǎo)肽被多肽酶所水解多肽酶所水解，釋放成熟蛋白質(zhì)。，釋放成熟蛋白質(zhì)。 蛋白質(zhì)通過(guò)線粒體膜運(yùn)轉(zhuǎn)是一種蛋白質(zhì)通過(guò)線粒體膜運(yùn)轉(zhuǎn)是一種需要能量需要能量的過(guò)程。的過(guò)程。 蛋白質(zhì)通過(guò)線粒體膜運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，首先由外膜上的蛋白質(zhì)通過(guò)線粒體膜運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，首先由外膜上的Tom受體復(fù)合蛋白受體復(fù)合蛋白識(shí)別與識(shí)別與分子伴侶相結(jié)合的待運(yùn)轉(zhuǎn)多肽分子伴侶相結(jié)合的待運(yùn)轉(zhuǎn)多肽，通過(guò)，通過(guò)Tom和和Tim組成的膜通組成的膜通道道進(jìn)入線粒體內(nèi)腔。蛋白質(zhì)跨膜運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的能量來(lái)自線粒體進(jìn)入線粒體內(nèi)腔。蛋白質(zhì)跨膜運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的能量來(lái)自線粒體Hsp70引發(fā)的引發(fā)的ATP水解和膜電位差水解和膜電位差。2/23/2

53、02271整理課件線粒體蛋白質(zhì)跨膜運(yùn)轉(zhuǎn)線粒體蛋白質(zhì)跨膜運(yùn)轉(zhuǎn)l 前導(dǎo)肽的作用與性質(zhì)：前導(dǎo)肽的作用與性質(zhì)： 擁有前導(dǎo)肽的線粒體蛋白質(zhì)前體能夠跨膜運(yùn)轉(zhuǎn)進(jìn)人線粒體，擁有前導(dǎo)肽的線粒體蛋白質(zhì)前體能夠跨膜運(yùn)轉(zhuǎn)進(jìn)人線粒體，在這一過(guò)程中前導(dǎo)肽被水解，前體轉(zhuǎn)變?yōu)槌墒斓鞍?，則失在這一過(guò)程中前導(dǎo)肽被水解，前體轉(zhuǎn)變?yōu)槌墒斓鞍?，則失去繼續(xù)跨膜能力。因此，去繼續(xù)跨膜能力。因此，前導(dǎo)肽對(duì)線粒體蛋白質(zhì)的識(shí)別和前導(dǎo)肽對(duì)線粒體蛋白質(zhì)的識(shí)別和跨膜運(yùn)轉(zhuǎn)起著關(guān)鍵作用?？缒み\(yùn)轉(zhuǎn)起著關(guān)鍵作用。 前導(dǎo)肽具有如下特性：前導(dǎo)肽具有如下特性： 帶帶正電荷的堿性氨基酸（正電荷的堿性氨基酸（特別是精氨酸）含量較為豐富，它們分特別是精氨酸）含量較為豐富

54、，它們分散于不帶電荷的氨基酸序列之間；散于不帶電荷的氨基酸序列之間；缺少帶負(fù)電荷的酸性氨基酸缺少帶負(fù)電荷的酸性氨基酸；羥基氨基酸（特別是絲氨酸）含量較高；羥基氨基酸（特別是絲氨酸）含量較高；有形成有形成-螺旋結(jié)構(gòu)螺旋結(jié)構(gòu)的能力。的能力。2/23/202273u葉綠體蛋白質(zhì)的跨膜運(yùn)轉(zhuǎn)葉綠體蛋白質(zhì)的跨膜運(yùn)轉(zhuǎn) 葉綠體多肽在胞質(zhì)中的游離核葉綠體多肽在胞質(zhì)中的游離核糖體上合成后脫離核糖體并折糖體上合成后脫離核糖體并折疊成具有三級(jí)結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)分疊成具有三級(jí)結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)分子，多肽上某些特定位點(diǎn)結(jié)合子，多肽上某些特定位點(diǎn)結(jié)合于只有葉綠體膜上才有的特異于只有葉綠體膜上才有的特異受體位點(diǎn)。受體位點(diǎn)。葉綠體定位信號(hào)

55、肽葉綠體定位信號(hào)肽一般有兩個(gè)部分，一般有兩個(gè)部分，第一部分決第一部分決定該蛋白質(zhì)能否進(jìn)入葉綠體基定該蛋白質(zhì)能否進(jìn)入葉綠體基質(zhì)，第二部分決定該蛋白能否質(zhì)，第二部分決定該蛋白能否進(jìn)入類(lèi)囊體。進(jìn)入類(lèi)囊體。2/23/2022743. 核定位蛋白的運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)制核定位蛋白的運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)制u為了核蛋白的重復(fù)定位，這些蛋白質(zhì)中的信號(hào)肽為了核蛋白的重復(fù)定位，這些蛋白質(zhì)中的信號(hào)肽 被稱(chēng)被稱(chēng)為為核定位序列（核定位序列（NLSNuclear Localization Sequence）一般一般都不被切除。都不被切除。NLS可以位于核蛋白的任何部位可以位于核蛋白的任何部位。u蛋白質(zhì)向核內(nèi)運(yùn)輸過(guò)程需要蛋白質(zhì)向核內(nèi)運(yùn)輸過(guò)程需要核運(yùn)轉(zhuǎn)

56、因子（核運(yùn)轉(zhuǎn)因子（Importin）、和和一個(gè)低分子量一個(gè)低分子量GTP酶（酶（Ran）參與。）參與。2/23/2022752/23/202276 核定位蛋白跨細(xì)胞核核定位蛋白跨細(xì)胞核膜運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程示意圖。膜運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程示意圖。u蛋白質(zhì)的半衰期大約從蛋白質(zhì)的半衰期大約從30s到許多天不等。像血紅蛋白這到許多天不等。像血紅蛋白這樣少數(shù)蛋白的半衰期與細(xì)胞周期同樣長(zhǎng)。樣少數(shù)蛋白的半衰期與細(xì)胞周期同樣長(zhǎng)。u成熟蛋白成熟蛋白N端的第一個(gè)氨基酸端的第一個(gè)氨基酸（除已被切除的（除已被切除的N端甲硫氨酸端甲硫氨酸之外，但包括翻譯后修飾產(chǎn)物）之外，但包括翻譯后修飾產(chǎn)物）在蛋白的降解中的影響很在蛋白的降解中的影響很大大。當(dāng)某個(gè)蛋白質(zhì)的。當(dāng)某個(gè)蛋白質(zhì)的N端是甲硫氨酸、甘氨酸、丙氨酸、絲端是甲硫氨酸、甘氨酸、丙氨酸、絲氨酸、蘇氨酸和纈氨酸時(shí)，表現(xiàn)穩(wěn)定。其氨酸、蘇氨酸和纈氨酸時(shí)