蛋白質(zhì)生物合成-翻譯及翻譯后過程

1、蛋白質(zhì)生物合成 翻譯及翻譯后過程 將存在于mRNA上代表一個多肽的核苷酸殘基序列轉(zhuǎn)換為多肽鏈氨基酸殘基序列的過程n 氨基酸 蛋白質(zhì)mRNA、tRNA、rRNA酶、蛋白質(zhì)因子、ATP、GTP翻譯（Translation ）參與蛋白質(zhì)生物合成的物質(zhì) 三種RNAmRNA、rRNA、tRNA 20種氨基酸（AA）作為原料 酶及眾多蛋白因子，如IF、eIF ATP、GTP、無機離子CAACUGCAGACAUAUAUGAUACAAUUUGAUCAGUAU53 -Gln-Leu-Gln-Thr-Tyr-Met-Ile-Gln-Phe-Asp-Gln-Tyr-一、生物合成的模板mRNA遺傳密碼(genetic

2、 code)能編碼蛋白質(zhì)氨基酸序列的基因中的核苷酸體系 mRNA分子上從53方向，由起始密碼子AUG開始，每3個核苷酸組成的三聯(lián)體，決定肽鏈上某一個氨基酸或蛋白質(zhì)合成的起始、終止信號，稱為三聯(lián)體密碼。密碼子起始密碼： AUG終止密碼： UAA、UAG、UGA遺傳密碼的性質(zhì)簡并性：指一個氨基酸具有2個或2個以上的密碼子擺動性：密碼子與反密碼子配對，有時會出現(xiàn)不遵從堿基配對規(guī)律的情況，稱為遺傳密碼的擺動現(xiàn)象通用性：除個別細胞器的特殊密碼子外，蛋白質(zhì)生物合成的整套密碼，從簡單生物到人類都通用連續(xù)性：mRNA的讀碼方向從53，兩個密碼子之間無任何核苷酸隔開偏愛性：密碼子使用頻率的差異閱讀框架(read

3、ing frames)開放閱讀框(open reading frame, ORF): 從起始密碼AUG到終止密碼處的正確可閱讀序列原核生物mRNA的特點S-D序列：原核生物mRNA起始密碼AUG上游813核苷酸處，存在一段5-UAAGGAGG-3的保守序列，稱為S-D序列。是mRNA與核蛋白體識別、結(jié)合的位點真核生物mRNA的特點真核生物沒有S-D序列，靠帽子結(jié)構(gòu)識別核糖體真核生物的起始密碼位于Kozak序列（CCACCAUGG）中，增加翻譯起始的效率二、生物合成的場所 核蛋白體(Ribosomes)原核生物真核生物核蛋白體小亞基大亞基核蛋白體小亞基大亞基S70S30S50S80S40S60S

4、rRNA16S-rRNA5S-rRNA23S-rRNA18S-rRNA28S-rRNA5S-rRNA5.8S-rRNA蛋白質(zhì)rpS 21種rpL 34種rpS 33種rpL 49種核蛋白體蛋白及rRNA的組成特點小亞基與mRNA的結(jié)合大亞基P位(peptidyl site) ：結(jié)合肽酰tRNA的部位A位(aminoacyl site) ：結(jié)合氨基酰tRNA的部位E位(exit site) ：排出位P位 A位三、氨基酸的活化與轉(zhuǎn)運tRNAA C C氨基酸臂反密碼環(huán)氨基酸的活化氨基酰-tRNA合成酶(aminoacyl-tRNA synthetase)氨基酸 + tRNA氨基酰- tRNAATP

5、AMPPPi氨基酰-tRNA合成酶氨基酸 ATP-E 氨基酰-AMP-E PPi 氨基酰-AMP-E tRNA 氨基酰-tRNA AMP E蛋白質(zhì)的生物合成的過程氨基酸的活化多肽鏈合成的起始肽鏈的延長肽鏈的終止和釋放蛋白質(zhì)合成后的加工修飾一、肽鏈合成起始(initiation)甲硫氨酰tRNA與mRNA結(jié)合到核蛋白體上，生成翻譯起始復(fù)合物（一）原核生物翻譯起始核蛋白體大小亞基分離起始因子 IF3 、IF1介導(dǎo)，利于小亞基與mRNA，fMet-tRNAfMet結(jié)合mRNA在小亞基定位結(jié)合通過5端S-D序列(AGGA)配對結(jié)合到核蛋白體小亞基上的16S-rRNA近3-末端處(UCCU)起始氨基酰-

6、tRNA的結(jié)合fMet-tRNAifMet和IF-2及GTP形成復(fù)合物核蛋白體大亞基結(jié)合70S起始復(fù)合物形成起始氨基酰tRNA(fMet-tRNAfmet)結(jié)合到小亞基上核蛋白體大亞基結(jié)合起始因子IF和eIF 原核：起始因子 三種； IF-l、2和3 真核：起始因子 十種； eIF 翻譯起始： 1）IF-3 結(jié)合核蛋白體30S亞基，使大、小亞基拆離 2）IF-1協(xié)助IF-3結(jié)合和亞基拆離 3）單獨的30S亞基易于與mRNA及起始tRNA結(jié)合 4）IF-2促進fMet-tRNA結(jié)合mRNA及核蛋白體（二）真核生物翻譯起始復(fù)合物形成起始因子eIF3結(jié)合到核糖體（80S）的小亞基（40S）上，使大亞

7、基（60S）與小亞基解離 甲硫酰tRNA（ Met-tRNAimet ）結(jié)合 mRNA結(jié)合（需帽結(jié)合蛋白CBP）met40S60SMetMet40S60SmRNAeIF-2B、eIF-3、 eIF-6 elF-3GDP+Pi各種elF釋放elF-5ATPADP+PielF4E, elF4G, elF4A, elF4B,PABMetMet-tRNAiMet-elF-2 -GTP真核生物翻譯起始復(fù)合物形成過程二、肽鏈合成延長 根據(jù)mRNA密碼序列的指導(dǎo)，順序添加的氨基酸從N端向C端延伸肽鏈，直到合成終止的過程肽鏈延長在核蛋白體上連續(xù)性循環(huán)式進行，又稱為核蛋白體循環(huán)(ribosomal cycle)

8、，每次循環(huán)增加一個氨基酸進位(entrance)/注冊（registration）成肽(peptide bond formation)轉(zhuǎn)位(translocation)延伸過程所需蛋白因子延長因子(elongation factor, EF)原核延長因子生物功能對應(yīng)真核延長因子EF-Tu促進氨基酰-tRNA進入A位，結(jié)合分解GTPEF-1-EF-Ts調(diào)節(jié)亞基EF-1-EFG有轉(zhuǎn)位酶活性，促進mRNA-肽酰-tRNA由A位前移到P位，促進卸載tRNA釋放EF-2又稱注冊(registration)（一）進位指根據(jù)mRNA下一組遺傳密碼指導(dǎo)，使相應(yīng)氨基酰-tRNA進入核蛋白體A位。 延長因子EF-

9、T催化進位（原核生物） （二）成肽轉(zhuǎn)肽酶(transpeptidase)催化形成肽鍵（三）轉(zhuǎn)位（Translocation）延長因子EF-G有轉(zhuǎn)位酶活性，結(jié)合并水解GTP，使核蛋白體向mRNA的3側(cè)移動進位轉(zhuǎn)位成肽三、肽鏈合成終止 （Termination）終止密碼的辨認及肽鏈從肽酰-tRNA水解出。 mRNA從核蛋白體中分離及大小亞基的拆開 終止過程需釋放因子(RF）。釋放因子(release factor, RF)：與肽鏈合成終止相關(guān)的蛋白因子識別終止密碼，如RF-1特異識別UAA、UAG；而RF-2可識別UAA、UGA誘導(dǎo)轉(zhuǎn)肽酶改變?yōu)轷ッ富钚?，催化肽?；D(zhuǎn)移到-OH上，使肽鏈從核蛋白體上

10、釋放。 原核生物釋放因子：RF-1，RF-2，RF-3 真核生物釋放因子：eRF 四、核蛋白體循環(huán)多聚核蛋白體 (polysome)細胞內(nèi)一條mRNA鏈上結(jié)合著多個核糖體每個核糖體都獨立完成一條多肽鏈的合成 蛋白質(zhì)合成高速、高效進行蛋白質(zhì)生物合成的調(diào)節(jié)閱讀框架的漂移、重疊和5-AUG的作用翻譯錯誤：氨基酰合成酶校正RNA的結(jié)構(gòu)：帽子、poly (A)尾、空間結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)生物合成阻斷劑： 抗生素類大環(huán)內(nèi)酯類、氯霉素、氨基糖苷類、四環(huán)素抗代謝藥物抗腫瘤藥其他生物活性物質(zhì)白喉毒素、干擾素氨基糖苷類抗生素放線菌酮氯霉素四環(huán)素族嘌呤霉素干擾素的作用機理干擾素誘導(dǎo)的蛋白激酶dsRNA1. 干擾素誘導(dǎo)eIF2

11、磷酸化而失活A(yù)TPeIF2ADPeIF2-P（失活）Pi磷酸酶2. 干擾素誘導(dǎo)病毒RNA降解降解mRNAdsRNA干擾素AAPAPPPP252552- 5AAPPPATP2-5A合成酶RNaseLRNaseL活化蛋白質(zhì)合成后的折疊折疊(folding):蛋白質(zhì)可憑借相互作用在細胞環(huán)境（特定的酸堿度、溫度等）下，進行自我組裝蛋白質(zhì)自發(fā)獲得成熟的構(gòu)型自我裝配需要輔助蛋白協(xié)助分子伴侶分子伴侶（molecular chaperones）一類在序列上沒有相關(guān)性但有共同功能的蛋白質(zhì)。在細胞內(nèi)幫助其他含多肽的結(jié)構(gòu)完成正確的組裝，且在組裝完畢后與之分離，不構(gòu)成這些蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)執(zhí)行功能時的組份 作用蛋白合成開始時

12、，防止新生肽鏈在未完成折疊之前相互聚合，幫助蛋白質(zhì)獲得最初的正確結(jié)構(gòu)封閉所暴露出來的疏水區(qū)段，為蛋白質(zhì)折疊創(chuàng)造無干擾的隔離環(huán)境識別錯誤折疊的變性新蛋白，幫助復(fù)性或使其降解應(yīng)激蛋白70家族（heat-shock protein 70）：參與蛋白質(zhì)的從頭折疊、跨膜運輸、錯誤折疊多肽的降解及其調(diào)控過程伴侶素系統(tǒng)（chaperonin system）:具有獨特的雙層環(huán)狀結(jié)構(gòu)的寡聚蛋白，以依賴ATP的方式為非自發(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)境分子伴侶的分類及作用翻譯后的加工修飾新和成的多肽只有經(jīng)過細胞內(nèi)各種修飾處理后才能成為有活性的成熟蛋白質(zhì)翻譯后加工蛋白質(zhì)氨基酸側(cè)鏈的微小改變特定氨基酸

13、殘基上添加體積較大的基團剪切 從新生肽鏈上去除不等的氨基酸殘基常見的加工修飾方式（一）側(cè)鏈氨基酸的微小修飾：二硫鍵的形成和正確配對蛋白質(zhì)合成后通過兩個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學修飾（二）剪切和剪接加工新生肽鏈N端fMet或Met的切除剪切 直接從新生肽鏈上除去不等的氨基酸殘基 分泌型蛋白的信號肽的切除前體蛋白加工：切除前體蛋白的一端肽段；去除蛋白內(nèi)含子活性肽的剪切釋放：一條已合成的多肽鏈經(jīng)翻譯加工后生成不同活性的蛋白質(zhì)或多肽剪接 蛋白質(zhì)前體通過多肽剪除某些氨基酸片段，再以一定的順序結(jié)合起來生成成熟有活性的蛋白質(zhì)NC信號肽PMOCKRKR103肽 ( ？)ACTH

14、-LT-MSH-MSHEndophin鴉片促黑皮質(zhì)素原(POMC)的水解修飾（三）添加化學基團（化學編輯）蛋白質(zhì)的脂?；；D(zhuǎn)移酶催化脂肪酸與肽鏈中的Ser的羥基以酯鍵結(jié)合，使新生的蛋白脂?；鞍踪|(zhì)的糖基化使蛋白質(zhì)能夠抵抗消化酶的作用賦予蛋白質(zhì)傳導(dǎo)信號的功能某些蛋白只有在糖基化之后才能正確折疊 蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)運核孔運輸胞質(zhì)中合成的蛋白質(zhì)穿過胞核內(nèi)外膜形成的核孔進入細胞核 跨膜運輸胞質(zhì)中合成的蛋白質(zhì)進入到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、線粒體、葉綠體和過氧化物酶體等通過跨膜機制進行運輸?shù)?。需要消耗能?小泡運輸?shù)鞍踪|(zhì)從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)轉(zhuǎn)運到高爾基體以及從高爾基體轉(zhuǎn)運到溶酶體、分泌泡、細胞質(zhì)膜、細胞外等是由小泡介導(dǎo)的細胞中蛋白質(zhì)運輸?shù)?/p>

15、方式翻譯中運輸:由與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)結(jié)合的核糖體完成。新生肽鏈在合成過程中，插入到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的特殊通道，然后轉(zhuǎn)移入內(nèi)腔 翻譯后運輸: 由游離核糖體完成。在多肽鏈合成后，將蛋白質(zhì)從細胞質(zhì)轉(zhuǎn)移到線粒體或葉綠體等細胞器和細胞核中靶向輸送蛋白信號序列或成分分泌蛋白信號肽內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔蛋白信號肽，C端-Lys-Asp-Glu-Leu-COO-(KDEL序列)線粒體蛋白N端靶向序列（2035氨基酸殘基）核蛋白核定位序列（-Pro-Pro-Lys-Lys-Lys-Arg-Lys-Val-，SV40 T抗原）過氧化體蛋白-Ser-Lys-Leu-（PST序列）溶酶體蛋白Man-6-P（甘露糖-6-磷酸）靶向輸送蛋白的信號序列或

16、成分 翻譯中運輸過程（信號肽假說）信號肽(Signal sequence) 能啟動蛋白質(zhì)運轉(zhuǎn)的任何一段多肽 使核蛋白體與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的受體結(jié)合，合成的肽鏈進入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)腔運至靶器官，信號肽酶切除信號肽，使成熟的蛋白質(zhì)釋放至胞外結(jié)構(gòu)：約10-40多個氨基酸構(gòu)成，分三個區(qū)：N端為親水區(qū)含堿性氨基酸, 提供正電荷中性或疏水性氨基酸，能夠形成一段螺旋結(jié)構(gòu)，是信號肽的主要功能區(qū) 帶負電荷的C末端，含小分子氨基酸，是信號肽酶切割信號肽的部位信號肽識別粒子（Signal recognition particles- SRP）：6種蛋白質(zhì)與7S-RNA組成復(fù)合體SRP的作用：與合成的分泌蛋白中的信號肽結(jié)合。參加與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上受體結(jié)合的反應(yīng)。7S-RNA:由305bp組成,提供SRP形成的結(jié)構(gòu)骨架對接蛋白（docking protein- DP）：對接蛋白是SRP的受體，與SRP共同催化轉(zhuǎn)運攜有肽鏈的核蛋白體到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上。 參與轉(zhuǎn)運的分子信號肽假設(shè)示意圖編碼分泌型蛋白質(zhì)的mRNA與游離核糖體結(jié)合，蛋白合成起始合成蛋白N-端的信號肽序列信號肽序列被信號肽識別顆粒SRP識別，翻譯暫停SRP-核糖體復(fù)合物與ER上的SRP受體（停泊蛋白，DP）結(jié)合，多肽合成恢復(fù)新生肽鏈通過核蛋白體受體蛋