生物化學(xué)---蛋白質(zhì)生物合成

1、蛋白質(zhì)是絕大多數(shù)信息途徑的終產(chǎn)物蛋白質(zhì)是絕大多數(shù)信息途徑的終產(chǎn)物蛋白質(zhì)的合成機(jī)制是最復(fù)雜的生物合成機(jī)蛋白質(zhì)的合成機(jī)制是最復(fù)雜的生物合成機(jī)制制盡管蛋白質(zhì)的合成具有極其復(fù)雜，但還是盡管蛋白質(zhì)的合成具有極其復(fù)雜，但還是有相當(dāng)高的速率有相當(dāng)高的速率1.核糖體是蛋白質(zhì)合成的場所（核糖體是蛋白質(zhì)合成的場所（Paul Zamecnic)2. tRNA的發(fā)現(xiàn)（的發(fā)現(xiàn)（Mahlon Hoagland and Zamecnik)3. tRNA充當(dāng)適配器的作用充當(dāng)適配器的作用 （一）（一）平均說來，每個閱讀框中的每平均說來，每個閱讀框中的每20個密碼個密碼子就應(yīng)該有一個終止密碼子。如果一個子就應(yīng)該有一個終止密碼子。

2、如果一個閱讀框有閱讀框有50個以上的連續(xù)密碼子無一個個以上的連續(xù)密碼子無一個終止密碼子，這段順序為開放閱讀框終止密碼子，這段順序為開放閱讀框（open reading frame)（三）、（三）、Established the chemicalstructure oftRNAEstablished the in vitro system for revealing the genetic codesDevised methods to synthesize RNAs with definedsequencesCopolymer of alwayslead to synthesis of pol

3、ypeptides of :ABABABABABABAB- aa1-aa2-aa1-aa2- 破解遺傳密破解遺傳密碼的濾膜結(jié)碼的濾膜結(jié)合試驗合試驗1、均聚多核苷、均聚多核苷酸鏈指導(dǎo)蛋白酸鏈指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成質(zhì)的合成2、核糖體結(jié)合、核糖體結(jié)合技術(shù)技術(shù)The for detecting the bindingof a trinucleotide to a specific aminoacyl-tRNAmolecule: about codons were assigned bythis simple and elegantmethod.氨基酸一旦與氨基酸一旦與tRNA形成氨酰形成氨酰-tRNA后，進(jìn)

4、后，進(jìn)一步的去向就由一步的去向就由tRNA來決定。來決定。Chapeville and Lipmann 實驗實驗返回l一、核糖體和多核糖體一、核糖體和多核糖體l（一）、核糖體（一）、核糖體l 1、核糖體的結(jié)構(gòu)與裝配、核糖體的結(jié)構(gòu)與裝配l （1）、原核生物核糖體組件）、原核生物核糖體組件原核生物大腸桿菌核糖體的組成原核生物大腸桿菌核糖體的組成（3）、原核及真核核糖體的組成）、原核及真核核糖體的組成與構(gòu)件圖示與構(gòu)件圖示 （二）、多核糖體（二）、多核糖體1、1、tRNA結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)Class Arg Cys Gln Glu Ile Leu Met Trp Tyr ValClass Ala Asn Asp

5、 Gly His Lys Phe Pro Ser Thr1、E.Coli Glu-tRNA合成酶合成酶tRNA識別位點(diǎn)識別位點(diǎn)一些氨酰一些氨酰-tRNA合成酶所識別的確定因素在存在于合成酶所識別的確定因素在存在于反密碼子中反密碼子中酵母酵母tRNAphe 的確定因素為五個不同的堿基的確定因素為五個不同的堿基共有的共有的12個核苷酸確定個核苷酸確定t RNAser 家族家族單一單一G:U堿基對決定堿基對決定tRNAAla sICIUGUIA1、原核生物蛋白質(zhì)合成中的起始因子、原核生物蛋白質(zhì)合成中的起始因子2、真核生物蛋白質(zhì)合成中的起始因、真核生物蛋白質(zhì)合成中的起始因子子leIF1 功能與原核生物

6、功能與原核生物IF1相似。相似。leIF2 引導(dǎo)結(jié)合引導(dǎo)結(jié)合Met-tRNA與核糖體小亞基與核糖體小亞基結(jié)合結(jié)合l 2 與與GTP結(jié)合結(jié)合l 2 功能尚不清楚功能尚不清楚l 2 結(jié)合結(jié)合Met-tRNAleIF3 參與參與43S核糖體復(fù)合物的形成核糖體復(fù)合物的形成,與原與原核生物的核生物的IF3功能不同功能不同,它是第一個和小亞基結(jié)它是第一個和小亞基結(jié)合因子。合因子。leIF4l 4A 促使促使eIF4E從從mRNA帽子結(jié)構(gòu)上釋放出來帽子結(jié)構(gòu)上釋放出來 l 4B 促進(jìn)促進(jìn)eIF4B與與mRNA結(jié)合結(jié)合 l 4C 參與參與43S核糖體復(fù)合物的形成核糖體復(fù)合物的形成l 4E 與與P220一起和一起

7、和eIF4A, mRNA結(jié)合形成復(fù)結(jié)合形成復(fù)合物合物l 4F 是是eIF4A-eIF4E-p220-mRNA復(fù)合物，特復(fù)合物，特稱為帽子結(jié)構(gòu)結(jié)合蛋白復(fù)合物（稱為帽子結(jié)構(gòu)結(jié)合蛋白復(fù)合物（CBPC），具），具ATP酶活力酶活力lP220 促使促使eIF4A在帽子結(jié)構(gòu)附近尋找在帽子結(jié)構(gòu)附近尋找結(jié)合位結(jié)合位,引導(dǎo)引導(dǎo) eIF4F-mRNA復(fù)合物的生成。復(fù)合物的生成。leIF5 促使促使eIF4E 、eIF2、 eIF3離開離開48S起起始復(fù)合物始復(fù)合物,引導(dǎo)引導(dǎo)60S大亞基與大亞基與40S小亞基結(jié)小亞基結(jié)合合,生成生成80S起始復(fù)合物。起始復(fù)合物。leIF6 加速失活的加速失活的80S解離。解離。l1

8、、原核生物蛋白質(zhì)生物合成的延伸因子、原核生物蛋白質(zhì)生物合成的延伸因子l EFTu 形成形成AAtRNA-GTP-EFTU復(fù)合物，引導(dǎo)復(fù)合物，引導(dǎo)AAtRNA結(jié)合在核糖結(jié)合在核糖體的體的A位。位。l EFTs 協(xié)助協(xié)助EFTU形成形成AAtRNA-GTP-EFTu復(fù)合物。復(fù)合物。l EFG 移位因子，幫助移位過程的進(jìn)移位因子，幫助移位過程的進(jìn)行。行。 lEF1 促進(jìn)促進(jìn)AA-酰酰tRNA與核糖體結(jié)合與核糖體結(jié)合lEF1 促使促使EF1 再循環(huán)再循環(huán)lEF2 作用與原核生物的作用與原核生物的EF-G相似相似l1、原核生物蛋白質(zhì)生物合成的終止和釋、原核生物蛋白質(zhì)生物合成的終止和釋放因子放因子lRF1

9、 識別識別UAA、UAG終止密碼子終止密碼子lRF2 識別識別UAA、UGA終止密碼子終止密碼子lRF3 加強(qiáng)加強(qiáng)RF1 和和RF2 的作用的作用l2、真核生物蛋白質(zhì)生物合成的終止和釋、真核生物蛋白質(zhì)生物合成的終止和釋放因子放因子lRF 具有三種原核因子的功能具有三種原核因子的功能返回 多肽鏈合成的起始多肽鏈合成的起始 多肽鏈的延伸多肽鏈的延伸 多肽鏈終止和釋放多肽鏈終止和釋放一、原核生物蛋白質(zhì)合成的分子機(jī)制一、原核生物蛋白質(zhì)合成的分子機(jī)制（1）、）、70S核糖體的解聚核糖體的解聚（2）、）、30S核糖體核糖體IF1.3復(fù)合物的形成復(fù)合物的形成（3）、）、 30S核糖體起始復(fù)合物的形成核糖體起

10、始復(fù)合物的形成（4）、）、 70S核糖體起始復(fù)合物的形成核糖體起始復(fù)合物的形成起始起始RNA可被可被E.coli 核糖體識別的不同核糖體識別的不同S-D序列序列（1）、氨基酸的進(jìn)位）、氨基酸的進(jìn)位（2）、轉(zhuǎn)肽）、轉(zhuǎn)肽（3）、移位）、移位E.coli 核糖體中多肽鏈延伸事情的循環(huán)圖解核糖體中多肽鏈延伸事情的循環(huán)圖解使使70S核糖體與核糖體與mRNA復(fù)合物返回到延伸循復(fù)合物返回到延伸循環(huán)起點(diǎn)的三個步驟：環(huán)起點(diǎn)的三個步驟：脫?；擋；鵷RNA自自P位點(diǎn)的脫離位點(diǎn)的脫離肽基肽基-tRNA從從A位點(diǎn)移到位點(diǎn)移到P位點(diǎn)位點(diǎn)23SRNA的肽基轉(zhuǎn)的肽基轉(zhuǎn)移中心移中心核糖體向后移動，核糖體向后移動，使下一密子進(jìn)

11、使下一密子進(jìn) 入入A位點(diǎn)位點(diǎn)該過程需要該過程需要EFG的幫助的幫助蛋白質(zhì)合成的能量消耗為每個氨基酸至少需四蛋白質(zhì)合成的能量消耗為每個氨基酸至少需四個高能磷酸鍵，此外還需兩個個高能磷酸鍵，此外還需兩個GTP，運(yùn)于氨酰，運(yùn)于氨酰-tRNA合成中氨基酸的活化合成中氨基酸的活化肽鏈終止事件肽鏈終止事件多核糖體的電子顯微圖多核糖體的電子顯微圖E.coli色氨酸操縱子色氨酸操縱子真核真核mRNA的特征結(jié)構(gòu)的特征結(jié)構(gòu)43S前起始復(fù)合物的形成前起始復(fù)合物的形成 43S起始復(fù)合物與起始復(fù)合物與mRNA的結(jié)合的結(jié)合及及40S核糖體亞基遷移至正確的核糖體亞基遷移至正確的起始密碼子起始密碼子AUG 80S起始復(fù)合物的

12、形成起始復(fù)合物的形成 真核生物中，延伸循環(huán)與原核生真核生物中，延伸循環(huán)與原核生物中非常相似。三個真核延伸因子物中非常相似。三個真核延伸因子稱作稱作eIF1、eIF、eIF2,它們具有它們具有與相應(yīng)的細(xì)菌延伸因子與相應(yīng)的細(xì)菌延伸因子EF-Tu、EF-Ts、EF-G 類似的功能。類似的功能。真核生物中一個稱為真核生物中一個稱為eIF的釋放的釋放因子識別所有的三個終止密碼子因子識別所有的三個終止密碼子eIF2通過通過亞基的亞基的ser殘基可逆磷酸殘基可逆磷酸化作用對其功能進(jìn)行調(diào)節(jié)化作用對其功能進(jìn)行調(diào)節(jié)鏈霉素鏈霉素嘌呤霉素嘌呤霉素白喉毒素白喉毒素蓖麻毒蛋白蓖麻毒蛋白蛋白折疊途徑蛋白折疊途徑多肽鏈的蛋白

13、酶切割多肽鏈的蛋白酶切割蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)原核蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)原核蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)真核蛋白分類與轉(zhuǎn)運(yùn)真核蛋白分類與轉(zhuǎn)運(yùn)分泌性蛋白和許多膜蛋白的合成與穿分泌性蛋白和許多膜蛋白的合成與穿過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜的轉(zhuǎn)運(yùn)相偶聯(lián)過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜的轉(zhuǎn)運(yùn)相偶聯(lián)線粒體蛋白的輸入線粒體蛋白的輸入真核中蛋白降解的通用途徑蛋白酶體返回l一、氨基末端和羧基末端的修飾一、氨基末端和羧基末端的修飾l氨基末端氨基末端fMet 和和 Met被切除被切除,在在50%的真核生的真核生物蛋白中物蛋白中,其翻譯后氨基末端的氨基都要乙酰化其翻譯后氨基末端的氨基都要乙?；?羧基末端也被修飾。羧基末端也被修飾。l二、信號肽的切除二、信號肽的切除1530AAl三、氨基酸殘基的修

14、飾三、氨基酸殘基的修飾l1、蘇、絲、酪氨酸被磷酸化、蘇、絲、酪氨酸被磷酸化l2、天冬、谷氨酸被羧化、天冬、谷氨酸被羧化l3、賴氨基酸被甲基化、賴氨基酸被甲基化l四、糖側(cè)鏈的連接四、糖側(cè)鏈的連接l1、氮連寡糖、氮連寡糖 糖和糖和Asn的氨相接的氨相接l2、氧連寡糖、氧連寡糖 糖和糖和Ser The羥基相接羥基相接 l五、異戊二烯基團(tuán)的附加五、異戊二烯基團(tuán)的附加l六、附基的附加六、附基的附加l七、蛋白酶水解修飾七、蛋白酶水解修飾l八、二硫鍵的形成八、二硫鍵的形成返回 蛋白質(zhì)的投遞蛋白質(zhì)的投遞 蛋白質(zhì)分類并轉(zhuǎn)運(yùn)到蛋白質(zhì)分類并轉(zhuǎn)運(yùn)到它們正確的位置的過程。它們正確的位置的過程。一、分泌到胞外的蛋白質(zhì)、整

15、合到質(zhì)膜一、分泌到胞外的蛋白質(zhì)、整合到質(zhì)膜和進(jìn)入溶酶體的蛋白質(zhì)，運(yùn)轉(zhuǎn)的前幾步和進(jìn)入溶酶體的蛋白質(zhì)，運(yùn)轉(zhuǎn)的前幾步是相同的，起源于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)。是相同的，起源于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)。二、進(jìn)入線粒體、葉綠體和細(xì)胞核有三二、進(jìn)入線粒體、葉綠體和細(xì)胞核有三種獨(dú)特的運(yùn)轉(zhuǎn)過程。種獨(dú)特的運(yùn)轉(zhuǎn)過程。三、細(xì)胞質(zhì)蛋白質(zhì)仍然存在于細(xì)胞質(zhì)三、細(xì)胞質(zhì)蛋白質(zhì)仍然存在于細(xì)胞質(zhì)l 分泌到胞外的蛋白質(zhì)、整和到質(zhì)膜和進(jìn)入溶分泌到胞外的蛋白質(zhì)、整和到質(zhì)膜和進(jìn)入溶酶體的蛋白質(zhì)，運(yùn)轉(zhuǎn)的前幾步是相同的，起源酶體的蛋白質(zhì)，運(yùn)轉(zhuǎn)的前幾步是相同的，起源于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，在氨基末端的信號肽的引導(dǎo)下進(jìn)入于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，在氨基末端的信號肽的引導(dǎo)下進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔。l信號肽的特點(diǎn)

16、：信號肽的特點(diǎn)：l1、含有、含有1015個疏水氨基酸個疏水氨基酸l2、疏水氨基酸前端近氨基末端有一個或多個、疏水氨基酸前端近氨基末端有一個或多個正電荷的氨基酸正電荷的氨基酸l3、在羧基一端有一個極性的短序列氨基酸。、在羧基一端有一個極性的短序列氨基酸。Proteins are translocated to the ER lumenvia the guidance of their N-terminal signalsequences,which share three similar structural features.信號肽指導(dǎo)真核蛋白進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)信號肽指導(dǎo)真核蛋白進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)l1、糖基化

17、蛋白是通過、糖基化蛋白是通過Asn與寡糖相連與寡糖相連,首先在首先在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)形成核心寡糖內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)形成核心寡糖,核心寡糖和蛋白質(zhì)結(jié)合核心寡糖和蛋白質(zhì)結(jié)合后后,在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體內(nèi)被進(jìn)一步修飾在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體內(nèi)被進(jìn)一步修飾,其修其修飾的程度和蛋白質(zhì)的投遞有關(guān)。飾的程度和蛋白質(zhì)的投遞有關(guān)。l2、蛋白質(zhì)通過運(yùn)輸小泡進(jìn)入高爾基體，在高、蛋白質(zhì)通過運(yùn)輸小泡進(jìn)入高爾基體，在高爾基體中加上爾基體中加上O-連接寡糖，且對連接寡糖，且對N連接寡糖連接寡糖進(jìn)一步修飾。蛋白質(zhì)被重新分類送至最終的目進(jìn)一步修飾。蛋白質(zhì)被重新分類送至最終的目的地。的地。l3、在高爾基體內(nèi)，區(qū)分分泌到胞外的蛋白質(zhì)、在高爾基體內(nèi)，區(qū)分分泌到

18、胞外的蛋白質(zhì)、整和到質(zhì)膜和進(jìn)入溶酶體的蛋白質(zhì)的過程，不整和到質(zhì)膜和進(jìn)入溶酶體的蛋白質(zhì)的過程，不依賴信號肽而是依賴其結(jié)構(gòu)。依賴信號肽而是依賴其結(jié)構(gòu)。l 在高爾基體內(nèi)，磷酸轉(zhuǎn)移酶可以識別寡糖鏈在高爾基體內(nèi)，磷酸轉(zhuǎn)移酶可以識別寡糖鏈上的甘露糖并使之磷酸化，（磷酸轉(zhuǎn)移酶磷酸上的甘露糖并使之磷酸化，（磷酸轉(zhuǎn)移酶磷酸化甘露糖的基礎(chǔ)是它可以識別水解酶中的特征化甘露糖的基礎(chǔ)是它可以識別水解酶中的特征性結(jié)構(gòu)性結(jié)構(gòu)“信號補(bǔ)丁信號補(bǔ)丁”）。磷酸化甘露糖酶可）。磷酸化甘露糖酶可以被高爾基體膜上的受體識別，含有這種受體以被高爾基體膜上的受體識別，含有這種受體-磷酸化甘露糖酶復(fù)合體的小泡在高爾基體的磷酸化甘露糖酶復(fù)合體的

19、小泡在高爾基體的背面出芽，并使它進(jìn)入小泡，小泡內(nèi)的低背面出芽，并使它進(jìn)入小泡，小泡內(nèi)的低PH使受體使受體-磷酸化甘露糖酶復(fù)合體解體，由泡內(nèi)磷酸化甘露糖酶復(fù)合體解體，由泡內(nèi)的磷酸酯酶水解磷酸基團(tuán)，受體重新回到高爾的磷酸酯酶水解磷酸基團(tuán)，受體重新回到高爾基體，含有水解酶的小泡從分類小泡中出芽并基體，含有水解酶的小泡從分類小泡中出芽并被送進(jìn)溶酶體。被送進(jìn)溶酶體。An UDP-GlcNAc analogl1、蛋白質(zhì)的氨基末端有信號肽序列、蛋白質(zhì)的氨基末端有信號肽序列l(wèi)2、分子伴侶（伴侶蛋白）可以識別、分子伴侶（伴侶蛋白）可以識別l3、前體蛋白和細(xì)胞器膜上的受體識別，通過、前體蛋白和細(xì)胞器膜上的受體識別

20、，通過蛋白通道進(jìn)入細(xì)胞器，在細(xì)胞器中被出去信號蛋白通道進(jìn)入細(xì)胞器，在細(xì)胞器中被出去信號肽序列，在分子伴侶的幫助下形成空間結(jié)構(gòu)。肽序列，在分子伴侶的幫助下形成空間結(jié)構(gòu)。l4、前體蛋白進(jìn)入細(xì)胞器時，可以被、前體蛋白進(jìn)入細(xì)胞器時，可以被ATP、GTP水解促進(jìn)，也可以是通過跨膜的電化學(xué)勢水解促進(jìn)，也可以是通過跨膜的電化學(xué)勢促進(jìn)。促進(jìn)。l1、核糖體是在細(xì)胞核中組裝的、核糖體是在細(xì)胞核中組裝的l2、真核生物細(xì)胞分裂期間，核膜破裂，、真核生物細(xì)胞分裂期間，核膜破裂，一旦細(xì)胞分裂完成，核膜被重新建立，一旦細(xì)胞分裂完成，核膜被重新建立，分散的核蛋白必須被重新輸入進(jìn)核中，分散的核蛋白必須被重新輸入進(jìn)核中，為了重新

21、輸入，使蛋白進(jìn)入核的信號順為了重新輸入，使蛋白進(jìn)入核的信號順序（核定位順序序（核定位順序 NLS）是不被切除的。）是不被切除的。核定位順序核定位順序 可以在蛋白質(zhì)的任何部位?？梢栽诘鞍踪|(zhì)的任何部位。l3、對核的輸入是由一批再細(xì)胞核和細(xì)胞質(zhì)之、對核的輸入是由一批再細(xì)胞核和細(xì)胞質(zhì)之間循環(huán)的蛋白質(zhì)介導(dǎo)的。間循環(huán)的蛋白質(zhì)介導(dǎo)的。l4、蛋白質(zhì)包括：輸入蛋白、蛋白質(zhì)包括：輸入蛋白、和和Ran(GTPase)。l5、輸入蛋白、輸入蛋白、形成一個雜二聚體，作為輸形成一個雜二聚體，作為輸核蛋白的可溶性受體，核蛋白的可溶性受體， 亞基在細(xì)胞質(zhì)中結(jié)合亞基在細(xì)胞質(zhì)中結(jié)合帶有核定位順序帶有核定位順序 NLS的蛋白質(zhì)，這

22、種核定位的蛋白質(zhì)，這種核定位順序順序 NLS的蛋白復(fù)合物錨泊在核孔處，然后的蛋白復(fù)合物錨泊在核孔處，然后在在Ran(GTPase)的幫助下進(jìn)入核內(nèi)，結(jié)合帶有的幫助下進(jìn)入核內(nèi)，結(jié)合帶有核定位順序核定位順序 NLS的蛋白質(zhì)解離，輸入蛋白的蛋白質(zhì)解離，輸入蛋白、被運(yùn)出細(xì)胞核。被運(yùn)出細(xì)胞核。l1、細(xì)菌可將一些蛋白質(zhì)投遞到膜內(nèi)、膜、細(xì)菌可將一些蛋白質(zhì)投遞到膜內(nèi)、膜外、膜之間的外周空間和細(xì)胞外部介質(zhì)。外、膜之間的外周空間和細(xì)胞外部介質(zhì)。l2、投遞過程所需信號肽和真核生物的基、投遞過程所需信號肽和真核生物的基本相似。本相似。l3、蛋白質(zhì)的、蛋白質(zhì)的“轉(zhuǎn)運(yùn)感受態(tài)轉(zhuǎn)運(yùn)感受態(tài)”構(gòu)象和構(gòu)象和“功功能能”構(gòu)象。構(gòu)象。l4、觸發(fā)因子、觸發(fā)因子 膜蛋白的投遞膜蛋白的投遞l1、某些蛋白質(zhì)是由環(huán)境介質(zhì)中輸入進(jìn)細(xì)胞的，、某些蛋白質(zhì)是由環(huán)境介質(zhì)中輸入進(jìn)細(xì)胞的，如：如：LDL、轉(zhuǎn)鐵蛋白、多肽激素和最后要被降、轉(zhuǎn)鐵蛋白、多肽激素和最后要被降解的循環(huán)蛋白。解的循環(huán)蛋白。l2、這些蛋白的輸入需要受體，而受體集中存、這些蛋白的輸入需要受體，而受體集中存在于內(nèi)吞小窩的內(nèi)隔膜中。在于內(nèi)吞小窩的內(nèi)隔膜中。l3、內(nèi)吞小窩用籠狀蛋白組成的網(wǎng)格把它們包、內(nèi)吞小窩用籠狀蛋白組成的網(wǎng)格把它們包裹在細(xì)胞內(nèi)側(cè)。裹在細(xì)胞內(nèi)側(cè)。