蛋白質的生物合成 1

一、mRNA（一）mRNA上的開放閱讀框開放閱讀框（openreadingframe,ORF)：mRNA5′端起始密碼子開始到3′端終止密碼子之間連續(xù)的、無重疊的一連串密碼子組成的蛋白質編碼區(qū)?！ぁぁぁぁUGGCGAACGCU······UAG·····當前1頁，總共83頁。（二）密碼子

1.數量64個2.特殊密碼子(1)起始密碼子:ORF起始部位的AUG（編碼Met）UUG或GUG(少數原核生物）(2)終止密碼子：UAA、UAG、UGA（不編碼AA）當前2頁，總共83頁。3.密碼子的特點（1）簡并性

一種AA有幾個密碼子Trp（UGG)和Met(AUG)：只有一個密碼子同義密碼子：編碼同一種氨基酸的不同密碼子

簡并性的意義：？當前3頁，總共83頁。

GCUACUGCCACCGCAACAGCGACG

AlaThr意義：可以降低堿基突變造成的有害效應當前4頁，總共83頁。當前5頁，總共83頁。（2）通用性從細菌到人，遺傳密碼子幾乎是通用的植物細胞的葉綠體、哺乳動物線粒體中密碼子的特殊性：UGA：不是終止密碼子，而是Trp的密碼子

UAA,UAG,AGA,AGG：

終止密碼子AUA：Met（notforIle）當前6頁，總共83頁。（3）密碼子有方向性5′3′（4）mRNA中密碼子間無間隔，不重疊5′·····AUGGCGAACGCU·····UAG·····3′當前7頁，總共83頁。二、tRNA

功能：1）氨基酸的“搬運工具”2）識別mRNA的密碼子

反密碼環(huán)氨基酸臂當前8頁，總共83頁。（一）種類20種AA都有其特定的一種至幾種tRNA（二）搖擺性（wobble）反密碼子（anti-codon）的第1位與密碼子（codon）第3位配對時，不嚴格遵循堿基配對原則I—C，I—A,I-U，U—G

當前9頁，總共83頁。當前10頁，總共83頁。當前11頁，總共83頁。當前12頁，總共83頁。（三）起始tRNA與普通tRNA1.起始tRNA真核：tRNAimet原核：tRNAifmet2.普通tRNA：除起始tRNAtRNAemet：肽鏈延伸中攜帶Met·····AUGGCGAUGGCUAUG····UAG·····當前13頁，總共83頁。三、核糖體

（一）核糖體（核蛋白體）的組成1.原核生物核糖體（70S）：（1）組成30S小亞單位：16SrRNA和21種蛋白質50S大亞單位：5SrRNA、23SrRNA、~32種蛋白質當前14頁，總共83頁。當前15頁，總共83頁。2、真核生物的核糖體（80S）40S小亞單位：18SrRNA＋~33蛋白質60S大亞單位:28SrRNA、5SrRNA、5.8SrRNA+49蛋白質當前16頁，總共83頁。當前17頁，總共83頁。（二）核糖體的重要位點1、氨基酰-tRNA位點（Asite）2、肽酰-tRNA位點（Psite）3、tRNA退出位點（Esite）肽鍵形成部位當前18頁，總共83頁。第二節(jié)蛋白質的合成一、氨酰-tRNA的合成（氨基酸的活化）二、肽鏈合成的起始三、肽鏈的延伸四、終止五、肽鏈的折疊和翻譯后加工當前19頁，總共83頁。（一）氨基酸的活化1.總反應為：

氨基酸＋tRNA＋ATP氨基酰-tRNA＋AMP＋PPi

氨基酰-tRNA合成酶(鎂離子)氨基酰-tRNA鍵：高能鍵一、氨酰-tRNA的合成當前20頁，總共83頁。

當前21頁，總共83頁。第一步反應氨基酸＋ATP＋E—→氨基酰-AMP-E＋PPi

當前22頁，總共83頁。第二步反應氨基酰-AMP-E＋tRNA↓

氨基酰-tRNA＋AMP＋E當前23頁，總共83頁。氨酰-tRNA當前24頁，總共83頁。2.Met－tRNAifMet的甲?；?原核生物）N10-甲酰－FH4FH4Met－tRNAifMetfMet－tRNAifMet甲酰基轉移酶（特異）當前25頁，總共83頁。（二）氨基酰-tRNA合成酶的特點1.每一種AA都只有一種特定的氨基酰-tRNA合成酶2.具有校讀功能（1）識別AA及其tRNA（2）將tRNA與正確的AA連接（3）可將錯誤的氨基酰-tRNA水解

保證蛋白質合成的精確性

當前26頁，總共83頁。當前27頁，總共83頁。

蛋白質合成中mRNA模板的方向：5′→3′蛋白質的合成方向：N端→C端

二、肽鏈合成的起始

當前28頁，總共83頁。參與的物質（1）30S和50S亞單位mRNAfMet－tRNAifMet（2）GTP（3）Mg2+（4）起始因子（一）原核生物翻譯的起始

當前29頁，總共83頁。三種起始因子的作用：IF1:防止氨基酰-tRNA進入AsiteIF2：引導fMet－tRNAifMet進入PsiteIF3：防止30S結合50S亞單位當前30頁，總共83頁。2.起始過程

Step1Step2Step3當前31頁，總共83頁。Step1：30S亞單位在mRNA上定位當前32頁，總共83頁。過程：30S亞單位依次結合IF3(Esite),和IF1（Asite）；30S亞單位16SrRNA-3′端與mRNA的SD序列互補，結合到mRNA,并使起始密碼子準確定位在P位點。SD序列（Shine-Dalgarno）:

mRNA分子中緊靠起始密碼子上游的一段富含嘌呤堿基的8－13核苷酸的序列。又稱為核蛋白體結合位點（ribosomalbindingsite，RBS)當前33頁，總共83頁。Step2：定位fMet－tRNAifMetfMet－tRNAifMet-IF2－GTP進入Psite，并與起始AUG配對。當前34頁，總共83頁。Step3：結合50S大亞單位，形成70S復合物

起始密碼子和反密碼子的配對，使30s構象改變，釋放IF3，結合50S大亞單位，釋放IF2和IF1，形成70S起始復合物。消耗1個GTP當前35頁，總共83頁。（二）真核生物翻譯起始起始即將40S亞單位和Met－tRNAiMet、mRNA、60S亞單位組裝成80S起始復合物的過程。當前36頁，總共83頁。當前37頁，總共83頁。1. 43S復合物的形成

40S結合多種起始因子（eIF1A、eIF3、eIF5B-GTP），并俘獲eIF2－GTP-Met－tRNAiMet（Psite），形成43S復合物。當前38頁，總共83頁。2.小亞單位在mRNA上的定位

mRNA的5′Cap與復合體eIF4F結合，并俘獲eIF4B,RNA解旋,形成eIF4F/4B－mRNA復合體。eIF4F/4B－mRNA俘獲43S復合物，43S復合物沿mRNA5′3′方向掃描起始AUG，在mRNA上準確定位。

當前39頁，總共83頁。3、80S復合物的形成

Met－tRNAiMet的反密碼子與mRNA的起始密碼子配對，使eIF2、eIF3釋放，60S與40S結合，eIF5B水解GTP，釋放其他起始因子，形成80S復合物。消耗GTP當前40頁，總共83頁。真核與原核生物肽鏈合成起始的主要區(qū)別1）更多的起始因子參與2）Met－tRNAiMet先定位到核糖體3）mRNA結合多種起始因子后才與核糖體結合4）小核糖體通過Met－tRNAiMet的反密碼子與mRNA起始密碼子之間互補配對而準確定位.當前41頁，總共83頁。二、延伸1.需要70S（80S)起始復合物、氨基酰-tRNA、延伸因子、GTP延伸因子：原核：EF（Tu，Ts，G)真核：EF-1和EF-22.三步循環(huán)進位成肽轉位當前42頁，總共83頁。（一）step1－進位當前43頁，總共83頁。過程：氨基酰-tRNA-Tu-GTP結合到Asite，GTP水解，釋放Tu-GDP只有與密碼子正確互補配對的氨基酰-tRNA才能進入A位點：維持蛋白質合成準確性的另一個機制。進位消耗1GTPTu-GTP：在Ts（GTP交換因子）的參與下生成。Tu：GTPase活性當前44頁，總共83頁。Step2－成肽當前45頁，總共83頁。過程：Asite中氨基酰－tRNA的氨基攻擊Psite的fMet－tRNAfMet(肽酰－tRNA）形成肽鍵，生成二肽酰（肽酰）-tRNA(Asite)，tRNAfMet（空載的tRNA）留在Psite。催化肽鍵形成的酶：轉肽酶(23SrRNA)能量：氨基酰－tRNA中高能鍵斷裂提供當前46頁，總共83頁。當前47頁，總共83頁。Step3－轉位當前48頁，總共83頁。過程：核糖體向mRNA3′方向移動一個密碼子→二肽酰－tRNA進入PSite,空載的tRNA進入Esite并由此進入胞質,第三個（下一個）密碼子進入Asite，進入下一個延伸循環(huán)。轉位需EF-G-GTP水解提供能量(轉位酶）。當前49頁，總共83頁。三、終止1.以終止密碼子出現(xiàn)為信號2.釋放因子：原核三個：RF1(UAG/UAA),RF2(UGA/UAA),RF3(促進RF1或RF2從核糖體上釋放）真核：eRF1、eRF3(eRF3-GTP)當前50頁，總共83頁。3.終止過程當前51頁，總共83頁。過程：（1）終止密碼子進入Asite，RF1（或RF2）與之結合，水解肽酰－tRNA鍵，肽鏈釋放。（2）30S亞單位結合RF3-GDP,并轉變?yōu)镽F3-GTP，RF1從核糖體上釋放。GTP水解，RF3-GDP從核糖體上釋放。（3）RRF（Asite）、EF-G-GTP、IF3依次結合到核糖體,30S與50S亞單位分離，進入下一個翻譯起始過程。RRF：核糖體循環(huán)因子當前52頁，總共83頁。核糖體循環(huán)當前53頁，總共83頁。能量消耗起始、終止分別消耗1和2個GTP氨酰－tRNA形成消耗ATP(AMP)進位、轉位各消耗1個GTP

每個聚合一個AA能量消耗≥4NTP的高能磷酸鍵當前54頁，總共83頁。五、多肽鏈的折疊及翻譯后加工（一）多肽鏈的折疊多數需要其他蛋白質的參與1.分子伴侶熱休克蛋白（HSP)、伴侶素2.酶蛋白二硫鍵異構酶肽－脯氨酰順反異構酶當前55頁，總共83頁。（二）翻譯后加工1、一級結構的加工（1）N端fMet或Met的切除（2）特定氨基殘基的修飾：乙酰化（50%的蛋白質N端被修飾）、磷酸化（如酪蛋白）、羥基化、羧基化、甲基化（如肌蛋白、鈣調蛋白）等（3）多肽鏈的切割：特定位置水解如信號肽等的切除當前56頁，總共83頁。當前57頁，總共83頁。2、空間結構的加工（1）二硫鍵的形成（2）亞基聚合（3）輔基連接：如血紅蛋白連接血紅素（4）糖基化修飾（糖蛋白）（5）疏水脂鏈的連接當前58頁，總共83頁。糖基化修飾（糖蛋白）Asn（Gln）、Ser、Thr-糖當前59頁，總共83頁。疏水脂鏈的連接：特殊位點連接脂肪鏈或多異戊二烯如G蛋白、Ras等當前60頁，總共83頁。中心法則中心法則：遺傳信息從DNA傳遞給RNA,再從RNA傳遞給蛋白質的轉錄和翻譯的過程。

DNA

RNA

Protein當前61頁，總共83頁。

當前62頁，總共83頁。第三節(jié)蛋白質的靶向輸送

proteintargeting蛋白質的靶向輸送：蛋白質合成加工后通過復雜機制定向輸送到內質網或發(fā)揮生物功能的目標位置的過程。去向：胞液、其他細胞器、體液（運輸到靶細胞或器官）當前63頁，總共83頁。信號序列（signalsequence）：新合成的蛋白質分子中引導蛋白質輸送到細胞靶部位的特異氨基酸序列。信號序列包括：信號肽（內質網）、核定位序列NLS（核）、前導肽（線粒體）等當前64頁，總共83頁。靶向輸送蛋白信號序列或成分分泌蛋白信號肽內質網腔蛋白信號肽，C端-Lys-Asp-Glu-Leu-COO-(KDEL序列)線粒體蛋白N端靶向序列（20～35氨基酸殘基）核蛋白核定位序列（-Pro-Pro-Lys-Lys-Lys-Arg-Lys-Val-，SV40T抗原）過氧化體蛋白PST序列（如-Ser-Lys-Leu-）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成分當前65頁，總共83頁。(一）分泌蛋白的靶向輸送1、信號肽（Signalpeptide）狹義：引導新合成的蛋白質轉移到內質網上的一段氨基酸序列（16~30個氨基酸殘基），一般位于新合成肽鏈的N端。廣義：信號肽指的是新合成的蛋白質分子中引導蛋白質輸送到細胞靶部位的特異氨基酸序列。當前66頁，總共83頁。2、信號肽識別顆粒（Signalrecognitionparticle，SRP，核糖核蛋白）及SPR受體

SPR位于胞液中

SPR受體位于內質網（ER)上

當前67頁，總共83頁。3、輸送過程當前68頁，總共83頁。過程：1）肽鏈合成約70AA殘基---SRP與信號肽及大亞單位結合，進一步結合GTP，肽鏈合成暫時停止；2）SRP-GTP識別并結合內質網膜上的SRP受體，同時大亞單位通過核糖體受體錨定到ER膜，跨ER膜通道開放，包含信號肽在內的肽鏈進入內質網；3）GTP水解，SRP釋放，多肽鏈恢復延伸；信號肽在內質網內被特異蛋白酶切割；4）多肽鏈折疊；加工修飾（如N-糖基化修飾）；5）由轉運小泡運輸到高爾基體，進一步修飾和分選包裝，并運送到目的地

.當前69頁，總共83頁。當前70頁，總共83頁。（二）線粒體蛋白的靶向輸送

熱休克蛋白外膜受體復合體跨內外膜蛋白通道特異蛋白酶當前71頁，總共83頁。輸送過程：1)蛋白質前體與HSP70(熱休克蛋白）或線粒體輸入刺激因子（NSF);2)通過信號序列（導肽）識別并結合外膜受體復合物；3）由跨內外膜蛋白質通道轉運至線粒體基質（HSP70水解ATP提供能量）；4)蛋白酶水解信號序列，折疊成功能分子。當前72頁，總共83頁。（三）細胞核蛋白的靶向輸送核輸入因子核孔復合物小GTP酶Ran當前73頁，總共83頁。

當前74頁，總共8