生物化學(xué)課件：第九章 第二節(jié) 原核生物的蛋白質(zhì)合成

第二節(jié)原核生物的蛋白質(zhì)合成一、氨基酸的活化

氨基酸的活化是指氨基酸與tRNA相連，形成氨酰-tRNA的過程。

氨基酸的活化在細(xì)胞質(zhì)中進行。反應(yīng)由氨酰-tRNA合成酶（又稱氨基酸活化酶）催化。1.氨酰-tRNA的形成一、氨基酸的活化氨酰-tRNA合成酶：此酶具有較高專一性，能有效識別tRNA和相應(yīng)的氨基酸。此酶具有校對功能?；罨粋€氨基酸消耗2分子ATP。1）識別mRNA的起始密碼子為AUG，AUG對應(yīng)的氨基酸為Met。2）有兩種甲硫氨酸專一性的tRNA：tRNAf—只與起始密碼子結(jié)合，以tRNAffmet表示tRNAm—只與肽鏈內(nèi)部的AUG有關(guān)，以tRNAmmet表示

2.起始氨酰tRNA的形成一、氨基酸的活化在原核生物中，多肽鏈起始的氨基酸均為甲酰甲硫氨酸。在真核生物中，多肽鏈起始的氨基酸均為甲硫氨酸。

2.起始氨酰tRNA的形成一、氨基酸的活化原核生物中的fMet-tRNA的合成Met+ATP+tRNAffmet

Met–tRNAffmet

+AMP+PPi一、氨基酸的活化甲硫氨酰tRNA合成酶Met–tRNAffmet+N10-甲酰四氫葉酸fMet–tRNAffmet+四氫葉酸甲?；?/p>

在翻譯的起始階段，還需有3種蛋白質(zhì)因子——起始因子(IF)的參與，即IF1、IF2、IF3。

此時核糖體的P位被起始氨酰-tRNA占據(jù)，A位空著，等待能與第二個密碼子匹配的氨酰-tRNA進位。

起始復(fù)合物的結(jié)構(gòu)：

二、多肽鏈合成的過程1.起始指核糖體與mRNA及起始氨酰-tRNA結(jié)合成起始復(fù)合物。分為三步：(1)核糖體的小亞基30S與mRNA結(jié)合

IF-3促使30S亞基與50S亞基分開，小亞基識別mRNA上翻譯的起始信號，并結(jié)合在這個部位，它的P位正好落在起始密碼子AUG處。形成“小亞基-mRNA”二元復(fù)合物。

二、多肽鏈合成的過程1.起始

IF-2促使起始氨酰-tRNA與mRNA上的起始密碼子結(jié)合（通過反密碼子與密碼子之間的堿基互補配對），形成“小亞基—mRNA—fMet-tRNA”三元復(fù)合物(30S起始復(fù)合物，IF-3釋放)(2)起始氨酰-tRNA結(jié)合上去形成起始復(fù)合物，即“核糖體—mRNA—fMet-tRNA”三元復(fù)合物。IF-2水解GTP,IF-1起促使IF-2和IF-3的作用。(3)大亞基結(jié)合上去形成70S起始復(fù)合物

二、多肽鏈合成的過程1.起始

這一階段是在fMet（或肽鏈）的C末端逐個的添加aa，使肽鏈不斷延伸。每延伸一個aa，需要經(jīng)歷三步：

1）進位與A位處的密碼子相對應(yīng)的aa-tRNA進入核糖體的A位。（EF-Tu,EF-Ts）(消耗一個ATP)

二、多肽鏈合成的過程2.肽鏈的延長肽鏈的延長12122323進位肽鍵形成移位進位(EF-Tu\Ts)GTPGTPN-端235′3′C-端肽鍵形成15′3′（EF-G）2.肽鏈的延長2）轉(zhuǎn)肽P位tRNA上的甲酰甲硫氨基轉(zhuǎn)移至A位tRNA上的aa的氨基上，形成肽鍵。

二、多肽鏈合成的過程肽鍵的形成肽鏈的延長12122323進位肽鍵形成移位進位(EF-Tu\Ts)GTPGTPN-端235′3′C-端肽鍵形成15′3′（EF-G）3）移位核糖體在mRNA上向3’端移動一個密碼子的距離，這樣，原P位空載的tRNA離開了核糖體，原A位的肽酰-tRNA落在P位，而A位空了出來。需要EF-G,同時消耗一個GTP。2.肽鏈的延長

二、多肽鏈合成的過程肽鏈的延長12122323進位肽鍵形成移位進位(EF-Tu\Ts)GTPGTPN-端235′3′C-端肽鍵形成15′3′（EF-G）通過以上三步，完成了氨基酸的一輪添加。每延伸一個氨基酸，需要消耗2分子GTP→GDP。（進位和移位）此過程還需要一些蛋白質(zhì)因子的參與，稱為延長因子（EF）

。隨著核糖體在mRNA上從5'→3'方向滑動，新生鏈從N端→C端延伸。mRNA上的核苷酸序列被“翻譯”成多肽鏈上的氨基酸序列。2.肽鏈的延長

二、多肽鏈合成的過程三、肽鏈合成的終止與釋放

當(dāng)核糖體在mRNA上由5'→3'移動至終止密碼子（UAA、UAG、UGA）時，由于沒有與之相應(yīng)的tRNA，終止因子RF進入A位。1

終止因子使肽基轉(zhuǎn)移酶的活性轉(zhuǎn)變?yōu)樗饷富钚?肽基不再轉(zhuǎn)移到氨酰tRNA上，而是轉(zhuǎn)移給水分子)，從而將肽酰tRNA水解。這樣肽鏈被釋放。2

空載的tRNA也離開核糖體。3核糖體的大小亞基解離并離開mRNA。4四、多肽鏈合成的能量消耗蛋白質(zhì)的生物合成是個高耗能過程。僅翻譯過程，其能量消耗情況如下：NTP高能磷酸鍵氨基酸的活化ATP2/aa肽鏈合成的起始GTP1肽鏈的延伸GTP2/輪aa添加肽鏈合成的終止

GTP1例：以游離的氨基酸為原料，起始合成一個100肽，至少需要消耗多少ATP？（注：ATP→AMP折算成2個ATP，GTP折算成ATP）解法一：分階段累計2×100＋1＋2×99＋

1＝400四、多肽鏈合成的能量消耗解法二：以aa為單位累計∵每個游離的氨基酸參入到正在合成的多肽鏈中，至少需要消耗4個高能磷酸鍵（活化—2個；氨酰tRNA進入A位—1個；核糖體移位—1個）。但起始的氨基酸要少消耗1個GTP（可理解成它直接進入P位，不要移位）,合成終止消耗1個GTP?！?n＝4×100四、多肽鏈合成的能量消耗

五、多肽鏈合成的速度

蛋白質(zhì)的生物合成的速度極快。在最適條件下，合成一條含400個氨基酸殘基的多肽鏈大約只要10秒鐘。

多核糖體：在一條mRNA鏈上，可以有多個核糖體同時進行翻譯，每個核糖體上都附著一條正在延長的多肽鏈，越靠近mRNA的3′端的核糖體上的肽鏈越長。這種結(jié)構(gòu)叫做多核糖體。

mRNA上核糖體的多少，視mRNA鏈長而定。一般每隔40個核苷酸有一個核糖體。

多核糖體的結(jié)構(gòu)可大大提高mRNA的翻譯效率。

五、多肽鏈合成的速度多核糖體

第一個編碼區(qū)第一個編碼區(qū)第二個編碼區(qū)第二個編碼區(qū)終止\起始終止起始mRNAmRNA5′5′3′3′蛋白質(zhì)生物合成初始

產(chǎn)物的后加工肽鏈折疊是指從多肽鏈的氨基酸序列形成具有正確三維空間結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)的過程。體內(nèi)多肽鏈的折疊目前認(rèn)為至少有兩類蛋白質(zhì)參與，稱為助折疊蛋白:（1）酶：蛋白質(zhì)二硫鍵異構(gòu)酶（PDI）；（2）分子伴侶一、肽鏈合成后的折疊與加工

Lasky于1978年首先提出分子伴侶（molecularchaperone）的概念，這是一類在細(xì)胞內(nèi)能幫助新生肽鏈正確折疊與裝配組裝成為成熟蛋白質(zhì)，但其本身并不構(gòu)成被介導(dǎo)的蛋白質(zhì)組成部分的一類蛋白因子，在原核生物和真核生物中廣泛存在。肽鏈的折疊1、肽鏈末端的修飾：

N-端fMet或Met的切除2、信號序列的切除3、二硫鍵的形成4、部分肽段的切除5、個別氨基酸的修飾6、糖基側(cè)鏈的添加7、輔基的加入二.蛋白質(zhì)的加工修飾實例：胰島素原的加工1、

水解剪切（N-端序列與信號肽）脫甲酰酶fMet-肽甲酸+Met-肽（原核大多）氨肽酶Met-肽Met+肽（真核、部分原核）（1-多個氨基酸）2、氧化作用形成-S-S-3、化學(xué)修飾、某些氨基酸的側(cè)鏈需進行特殊修飾如：膠原蛋白中Pro→Ho-Pro

Lys→Ho-Lys

還有氨基酸殘基的甲基化、乙?；绕渌揎棧?、糖基化糖蛋白中Asn、Ser、Thr側(cè)鏈糖苷化（以共價鍵接上糖，這一過程在細(xì)胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（N-糖苷鍵）及高爾基體中（O-糖苷鍵）完成．5、激活有些多肽合成后，要經(jīng)過專一性蛋白酶水解，斷裂出一部分肽鏈，才能成為有功能的蛋白質(zhì)（例如：酶原激活）。實例：胰島素原的加工胰島素原的加工A鏈區(qū)B鏈區(qū)間插序列（C肽區(qū)）HSSHSHSHHSHS信號肽NC核糖體上合成出無規(guī)則卷曲的前胰島素原切除C肽后，形成成熟的胰島素分子切除信號肽后折疊成穩(wěn)定構(gòu)象的胰島素原SSSSNNCCA鏈B鏈胰島素CNS－SSS胰島素原SS酶原激活概念:

酶原在一定條件下經(jīng)適當(dāng)物質(zhì)作用可轉(zhuǎn)變成有活性的酶的過程?；钚灾行男纬苫虮┞兜倪^程。

H+或胃蛋白酶胃蛋白酶原胃蛋白酶

胰蛋白酶胰凝乳蛋白酶原胰凝乳蛋白酶

胰凝乳蛋白酶

腸激酶胰蛋白酶原胰蛋白酶三蛋白質(zhì)定位(一)、共翻譯轉(zhuǎn)移●信號肽假說簡圖

(二)、翻譯后轉(zhuǎn)移●蛋白質(zhì)向線粒體定位的機制1、信號肽（signalpeptide）及信號肽的識別信號肽：由編碼分泌蛋白的mRNA在翻譯時首先合成的N端一段帶有疏水氨基酸的多肽，它的主要作用是引導(dǎo)新生的多肽進入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔，隨后被信號肽酶水解。1)N端側(cè)堿性區(qū)含一個或幾個帶正電荷的堿性氨基酸，如Lys和Arg.2)中間較長為疏水核心區(qū)，約10-15殘基，主要含疏水中性氨基酸，如Leu

、

Ile等．3)C端有被信號肽酶裂解的位點．

一些真核細(xì)胞多肽鏈上N-端的信號肽的結(jié)構(gòu)2、分泌蛋白進入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(1)真核細(xì)胞胞液內(nèi)存在信號識別顆粒（SRP）．(2)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上一種膜蛋白稱SRP受體，因可結(jié)合SRP又稱為SRP對接蛋白（DP）．(3)

分泌蛋白進入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的過程1)在胞質(zhì)游離核糖體上以mRNA為模板，合成出N端包括信號肽的最初約70個氨基酸殘基．2)SRP與新生肽鏈N端的信號肽和GTP結(jié)合，還結(jié)合核糖體使多肽合成暫停，SRP引導(dǎo)核糖體-多肽-SRP復(fù)合體，識別結(jié)合ER膜上的與GTP結(jié)合的SRP受體．通過水解GTP使SRP解離并再利用，多肽鏈開始繼續(xù)延長．信號肽假說簡圖3ˊ5ˊSRP循環(huán)mRNA內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔信號肽酶信號肽3)核糖體大亞基與核糖體受體結(jié)合，錨定ER膜上，水解GTP供能，誘導(dǎo)肽轉(zhuǎn)位復(fù)合物開放跨ER膜通道，新生蛋白信號肽插入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)．4)信號肽啟動肽鏈轉(zhuǎn)位，延長的多肽直接經(jīng)核糖體及跨ER膜通道進入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔．5)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔HSP70消耗ATP，促進延伸多肽進入ER腔并折疊成功能構(gòu)象．分泌蛋白質(zhì)的合成和胞吐作用內(nèi)質(zhì)網(wǎng)高爾基體泡泡泡融入質(zhì)膜核糖體芽泡3.

翻譯后轉(zhuǎn)移———線粒體蛋白的靶向輸送(1)90%以上線粒體蛋白前體在胞液合成后輸入線粒體，其中大部分定位于基質(zhì)；(2)線粒體基質(zhì)蛋白前體的N端有保守的20-35殘基信號序列，稱為導(dǎo)肽，富含Ser、Thr及堿性氨基酸．(3)線粒體基質(zhì)蛋白靶向輸送過程線粒體外膜線粒體內(nèi)膜帶有導(dǎo)肽的線粒體蛋白質(zhì)前體跨膜運送過程示意圖內(nèi)外膜接觸位點的蛋白質(zhì)通道線粒體hsp70受體蛋白hsp70導(dǎo)肽蛋白酶切除導(dǎo)肽20Sproteasome26Sproteasome外觀呈啞鈴形狀結(jié)構(gòu)20S26SCP:20S蛋白水解核心酶體（proteolyticcoreparticle）---具有催化活性RP:19S調(diào)節(jié)復(fù)合體（regulatorycomlex）----具有調(diào)節(jié)活性20S蛋白水解核心酶體分子量為700~750KD；

由28個亞基組成，呈4層排列，每層7個，形成同源亞基的α環(huán)或β環(huán)，α7β7β7α7，外形整體成圓柱形狀

TheEnd翻譯(translation)；在蛋白質(zhì)合成期間，將存在于mRNA上代表一個多肽鏈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。2．遺傳密碼(geneticcode)：核酸中的核苷酸殘基序列與蛋白質(zhì)中的氨基酸殘基序列之間的對應(yīng)關(guān)系。連續(xù)的3個核苷酸殘基序列為一個密碼子，特指一個氨基酸。標(biāo)準(zhǔn)的遺傳密碼是由64個密碼子組成的，幾乎為所有生物通用。

六、名詞解釋3.起始密碼子(iniation

codon)；指定蛋白質(zhì)合成起始位點的密碼子。最常見的起始密碼子是蛋氨酸密碼：AUG。4.終止密碼子(ter