生物化學(xué)第十二章 翻譯

1、 Protein Biosynthesis (Translation)蛋白質(zhì)的生物合成蛋白質(zhì)的生物合成(翻譯)第十二章第十二章The biochemistry and molecular biology department of CMU 蛋白質(zhì)的生物合成過程就是將蛋白質(zhì)的生物合成過程就是將mRNA分子中由分子中由堿基序列堿基序列組成的遺傳組成的遺傳信息，通過信息，通過遺傳密碼遺傳密碼破譯的方式轉(zhuǎn)變破譯的方式轉(zhuǎn)變成為蛋白質(zhì)中的成為蛋白質(zhì)中的氨基酸排列順序氨基酸排列順序，因，因而稱為翻譯（而稱為翻譯（translation)。 第一節(jié)第一節(jié)蛋白質(zhì)合成體系蛋白質(zhì)合成體系Protein Biosyn

2、thesis System l 20種氨基酸作為原料種氨基酸作為原料l 酶及蛋白因子，如酶及蛋白因子，如IF、eIF等等l ATP、GTP、無機(jī)離子、無機(jī)離子參與蛋白質(zhì)生物合成的物質(zhì)包括：參與蛋白質(zhì)生物合成的物質(zhì)包括：l 三種三種RNA mRNA rRNA tRNA 1961年，年，Nirenberg 證明了證明了mRNA的模板作用。的模板作用。一、翻譯模板一、翻譯模板mRNA及遺傳密碼及遺傳密碼細(xì)菌礬土顆粒細(xì)菌礬土顆粒輕輕研磨輕輕研磨細(xì)菌液細(xì)菌液離心，去除細(xì)胞壁和膜離心，去除細(xì)胞壁和膜提取液（提取液（DNA、mRNA、tRNA、核糖體、酶、離子）核糖體、酶、離子）DNA水解酶，水解酶，20種

3、氨基酸等種氨基酸等蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)DNase蛋蛋白白質(zhì)質(zhì)合合成成量量時間時間 mRNA mRNA是遺傳信息的攜帶者是遺傳信息的攜帶者 遺傳學(xué)將編碼一個多肽的遺傳單位稱為遺傳學(xué)將編碼一個多肽的遺傳單位稱為順反子順反子（cistroncistron）。）。 原核細(xì)胞中數(shù)個結(jié)構(gòu)基因常串聯(lián)為一個轉(zhuǎn)錄單原核細(xì)胞中數(shù)個結(jié)構(gòu)基因常串聯(lián)為一個轉(zhuǎn)錄單位，轉(zhuǎn)錄生成的位，轉(zhuǎn)錄生成的mRNAmRNA可編碼幾種功能相關(guān)的可編碼幾種功能相關(guān)的蛋白質(zhì)，為蛋白質(zhì)，為多順反子多順反子（polycistronpolycistron）。）。 真核生物一個真核生物一個mRNAmRNA只編碼一種蛋白質(zhì)，為只編碼一種蛋白質(zhì)，為單單順反子順反

4、子（single cistronsingle cistron）。）。mRNA結(jié)構(gòu)簡圖結(jié)構(gòu)簡圖l mRNA上存在遺傳密碼上存在遺傳密碼mRNA分子上從分子上從5 至至3 方向，由方向，由AUG開開始，每始，每3個核苷酸為一組，決定肽鏈上某一個核苷酸為一組，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，個氨基酸或蛋白質(zhì)合成的起始、終止信號，稱為稱為三聯(lián)體密碼（三聯(lián)體密碼（triplet codon）。）。53m7GpppAAAAn3非翻譯區(qū)5非翻譯區(qū)編碼區(qū)AUGUAAORF從從mRNA 5 端起始密碼子端起始密碼子AUG到到3 端終端終止密碼子之間的核苷酸序列，各個三聯(lián)體密止密碼子之間的核苷

5、酸序列，各個三聯(lián)體密碼連續(xù)排列編碼一條多肽鏈，稱為碼連續(xù)排列編碼一條多肽鏈，稱為開放閱讀開放閱讀框架框架(open reading frame, ORF)。 保溫保溫蛋白質(zhì)合成停止蛋白質(zhì)合成停止poly U，ATP，GTP，氨基酸，氨基酸多聚苯丙氨酸（多聚苯丙氨酸（UUU是是Phe的密碼子）的密碼子）同樣方法證明了同樣方法證明了CCC是是Pro的密碼子，的密碼子，AAA是是Lys的密碼子。的密碼子。提取液（提取液（DNA、mRNA、tRNA、核糖、核糖 體、酶、離子）體、酶、離子）遺傳密碼的破譯遺傳密碼的破譯遺遺傳傳密密碼碼表表密密碼碼子子的的第第一一個個字字母母密碼子的第二個字母密碼子的第二

6、個字母1. 連續(xù)性（連續(xù)性（commaless）l遺傳密碼的特點遺傳密碼的特點編碼蛋白質(zhì)氨基酸序列的各個三編碼蛋白質(zhì)氨基酸序列的各個三聯(lián)體密碼連續(xù)閱讀，密碼間既無間隔聯(lián)體密碼連續(xù)閱讀，密碼間既無間隔也無重疊。也無重疊。 重疊密碼重疊密碼非重疊非重疊連續(xù)的連續(xù)的密碼密碼不連續(xù)的密碼不連續(xù)的密碼基因損傷引起基因損傷引起mRNA閱讀框架內(nèi)的堿閱讀框架內(nèi)的堿基發(fā)生插入或缺失，可能導(dǎo)致框移突變基發(fā)生插入或缺失，可能導(dǎo)致框移突變(frameshift mutation)。 由于對由于對mRNA外顯子的加工，造成外顯子的加工，造成mRNA與其與其DNA模板序列之間不匹配，模板序列之間不匹配，使同一使同一mR

7、NA前體翻譯出序列、功能不同前體翻譯出序列、功能不同的蛋白質(zhì)。這種基因表達(dá)的調(diào)節(jié)方式稱為的蛋白質(zhì)。這種基因表達(dá)的調(diào)節(jié)方式稱為mRNA編輯（編輯（mRNA editing)。 mRNA編輯編輯2. 簡并性（簡并性（degeneracy）遺傳密碼中，除色氨酸和甲硫氨酸遺傳密碼中，除色氨酸和甲硫氨酸僅有一個密碼子外，其余氨基酸有僅有一個密碼子外，其余氨基酸有24個或多至個或多至6個密碼子為之編碼。個密碼子為之編碼。遺傳密碼的簡并性遺傳密碼的簡并性密碼子簡并性的生物學(xué)意義：減少有密碼子簡并性的生物學(xué)意義：減少有害突變。害突變。 遺傳密碼的特異性主要取決于前兩位遺傳密碼的特異性主要取決于前兩位堿基。堿基

8、。GCU ACUGCC ACCGCA ACAGCG ACG AlaThr3. 通用性（通用性（universal） 蛋白質(zhì)生物合成的整套密碼，從原核生蛋白質(zhì)生物合成的整套密碼，從原核生物到人類都通用。物到人類都通用。 有少數(shù)例外，如動物細(xì)胞的線粒體、植有少數(shù)例外，如動物細(xì)胞的線粒體、植物細(xì)胞的葉綠體。物細(xì)胞的葉綠體。 密碼的通用性進(jìn)一步證明各種生物進(jìn)化密碼的通用性進(jìn)一步證明各種生物進(jìn)化自同一祖先。自同一祖先。 4. 擺動性（擺動性（wobble）tRNA上反密碼子的上反密碼子的第第1位位堿基與堿基與mRNA密碼子的密碼子的第第3位位堿基配對時，可以堿基配對時，可以在一定范圍內(nèi)變動，即并不嚴(yán)格遵

9、循堿基在一定范圍內(nèi)變動，即并不嚴(yán)格遵循堿基配對規(guī)律，這一現(xiàn)象稱為配對規(guī)律，這一現(xiàn)象稱為擺動性擺動性。擺動配對擺動配對U 二、核蛋白體是多肽鏈合成的裝置二、核蛋白體是多肽鏈合成的裝置 核蛋白體的組成核蛋白體的組成核蛋核蛋白體白體原核生物原核生物真核生物真核生物蛋白質(zhì)蛋白質(zhì) S S值值 rRNArRNA 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)S S值值rRNArRNA小亞基小亞基2121種種30S30S16S16S3333種種40S40S18S18S大亞基大亞基3434種種50S50S23S23S5S5S4949種種60S60S28S28S5.8S5.8S5S5S核蛋白核蛋白體體70S70S80S80S原核生物核蛋白體結(jié)構(gòu)

10、模式原核生物核蛋白體結(jié)構(gòu)模式 30S小亞基：有小亞基：有mRNA結(jié)合位點結(jié)合位點50S大亞基：大亞基： E位：排出位（位：排出位（Exit site）轉(zhuǎn)肽酶活性轉(zhuǎn)肽酶活性大小亞基共同組成：大小亞基共同組成：A位：位：氨基酰位氨基酰位(aminoacyl site)P位：位：肽酰位肽酰位(peptidyl site)三、三、tRNA與氨基酸的活化與氨基酸的活化反密碼環(huán)反密碼環(huán)氨基酸臂氨基酸臂tRNAtRNA在翻譯過程在翻譯過程中起中起接合體接合體（adaptoradaptor）作用，又是作用，又是氨基酸的運(yùn)氨基酸的運(yùn)載體。載體。氨基酸氨基酸 + tRNA氨基酰氨基酰- tRNAATP AMPPP

11、i氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶（一）氨基酰（一）氨基酰-tRNA合成酶合成酶(aminoacyl-tRNA synthetase)l 氨基酸的活化氨基酸的活化第一步反應(yīng)第一步反應(yīng)氨基酸氨基酸ATPE 氨基酰氨基酰-AMP-EAMP PPi第二步反應(yīng)第二步反應(yīng)氨基酰氨基酰-AMP-E tRNA 氨基酰氨基酰-tRNA AMP E 氨基酰氨基酰-tRNA合成酶對氨基酸和合成酶對氨基酸和tRNA都有高度都有高度特異性。特異性。 氨基酰氨基酰-tRNA合成酶具有校正活性合成酶具有校正活性(proof-reading activity) 。 氨基酰氨基酰-tRNA的表示方法：的表示方法：Ala-t

12、RNAAla Ser-tRNASerMet-tRNAMet 氨基酸的活化形式：氨基酸的活化形式：氨基酰氨基酰tRNAtRNA氨基酸的活化部位：氨基酸的活化部位：羧基羧基氨基酸與氨基酸與tRNAtRNA連接方式：連接方式：酯鍵酯鍵氨基酸活化耗能：氨基酸活化耗能：2 2個個PP真核生物：真核生物： Met-tRNAiMet原核生物：原核生物： fMet-tRNAifMet（二）起始肽鏈合成的氨基酰（二）起始肽鏈合成的氨基酰-tRNA fMet-tRNAifMet的生成的生成：Met-tRNAifMetfMet-tRNAifMet轉(zhuǎn)甲?；窷10-CHO FH4 第二節(jié)第二節(jié)蛋白質(zhì)生物合成過程蛋白質(zhì)

13、生物合成過程The Process of Protein Biosynthesis蛋白質(zhì)合成中蛋白質(zhì)合成中mRNA模板的方向：模板的方向：5 3；蛋白質(zhì)的合成方向：蛋白質(zhì)的合成方向：N端端 C端。端。蛋白質(zhì)合成過程：蛋白質(zhì)合成過程：起始起始延長延長終止終止一、肽鏈合成起始一、肽鏈合成起始指指mRNA和起始氨基酰和起始氨基酰-tRNA分別分別與核蛋白體結(jié)合而形成與核蛋白體結(jié)合而形成翻譯起始復(fù)合物翻譯起始復(fù)合物 (translational initiation complex)。參與起始過程的蛋白質(zhì)因子稱起始參與起始過程的蛋白質(zhì)因子稱起始因子（因子（initiation factor，IF）。）

14、。參與起始過程的蛋白質(zhì)因子稱起始因參與起始過程的蛋白質(zhì)因子稱起始因子（子（initiation factor，IF）。原核生物起）。原核生物起始因子有三種：始因子有三種：IF-1：占據(jù)：占據(jù)A位防止結(jié)合其他位防止結(jié)合其他tRNA。IF-2：促進(jìn)起始：促進(jìn)起始tRNA與小亞基結(jié)合。與小亞基結(jié)合。IF-3：促進(jìn)大小亞基分離，提高：促進(jìn)大小亞基分離，提高P位對位對結(jié)合起始結(jié)合起始tRNA敏感性。敏感性。（一）原核生物翻譯起始復(fù)合物形成（一）原核生物翻譯起始復(fù)合物形成核蛋白體大小亞基分離；核蛋白體大小亞基分離；mRNA在小亞基定位結(jié)合；在小亞基定位結(jié)合；起始氨基酰起始氨基酰-tRNA的結(jié)合；的結(jié)合；

15、核蛋白體大亞基結(jié)合。核蛋白體大亞基結(jié)合。IF-3IF-11. 核蛋白體大小亞基分離核蛋白體大小亞基分離A U G53IF-3IF-12. mRNA在小亞基定位結(jié)合在小亞基定位結(jié)合S-D序列：序列：在原核生物在原核生物mRNA起始密碼起始密碼AUG上上游，存在游，存在49個富含嘌呤堿的一致性序列，個富含嘌呤堿的一致性序列，如如-AGGAGG-，稱為，稱為S-D序列。又稱為核序列。又稱為核蛋白體結(jié)合位點（蛋白體結(jié)合位點（ribosomal binding site，RBS) S-D序列序列 IF-3IF-1IF-2GTPA U G533. 起始氨基酰起始氨基酰tRNA與小亞基結(jié)合與小亞基結(jié)合IF-

16、3IF-1IF-2GTPGDPPiA U G534. 核蛋白體大亞基結(jié)合核蛋白體大亞基結(jié)合IF-3IF-1A U G53IF-2GTPIF-2-GTPGDPPi起始過程消耗起始過程消耗1個個GTP。（二）真核生物翻譯起始復(fù)合物形成（二）真核生物翻譯起始復(fù)合物形成核蛋白體大小亞基分離；核蛋白體大小亞基分離；起始氨基酰起始氨基酰-tRNA-tRNA結(jié)合；結(jié)合；mRNAmRNA在核蛋白體小亞基就位；在核蛋白體小亞基就位；核蛋白體大亞基結(jié)合。核蛋白體大亞基結(jié)合。真核生物翻譯起始因子真核生物翻譯起始因子 起始因子起始因子生物功能生物功能eIF-2促進(jìn)起始促進(jìn)起始tRNA與小亞基結(jié)合與小亞基結(jié)合eIF-2

17、B, eIF-3 促進(jìn)大小亞基分離促進(jìn)大小亞基分離eIF-4AeIF-4F復(fù)合物成分，有解螺旋酶活性，促進(jìn)復(fù)合物成分，有解螺旋酶活性，促進(jìn)mRNA結(jié)合小亞基結(jié)合小亞基eIF-4B促進(jìn)促進(jìn)mRNA掃描定位起始掃描定位起始AUGeIF-4EeIF-4F復(fù)合物成分，結(jié)合復(fù)合物成分，結(jié)合mRNA 5帽子帽子eIF-4GeIF-4F復(fù)合物成分，結(jié)合復(fù)合物成分，結(jié)合eIF-4E和和PABeIF-5促進(jìn)各種起始因子從小亞基解離，進(jìn)而結(jié)合促進(jìn)各種起始因子從小亞基解離，進(jìn)而結(jié)合大亞基大亞基eIF-6促進(jìn)核蛋白體分離成大小亞基促進(jìn)核蛋白體分離成大小亞基mRNA eIF-6 GDP+PielF-5ATPADP+Pi

18、elF4E, elF4G, elF4A, elF4B,PAB真核生物翻譯起始真核生物翻譯起始復(fù)合物形成過程復(fù)合物形成過程Met-tRNAiMet-elF-2 -GTP 真核生物翻譯起始的特點真核生物翻譯起始的特點 核蛋白體是核蛋白體是80S； 起始因子種類多；起始因子種類多； 起始起始tRNA的的Met不需甲酰化；不需甲酰化； mRNA的的5帽子和帽子和3poly A尾結(jié)構(gòu)與尾結(jié)構(gòu)與mRNA在核蛋白體就位有關(guān)；在核蛋白體就位有關(guān)； 起始起始tRNA先與核蛋白體小亞基結(jié)合，然先與核蛋白體小亞基結(jié)合，然后再結(jié)合后再結(jié)合mRNA二、肽鏈的延長二、肽鏈的延長指按照指按照mRNA密碼序列的指導(dǎo)，依密碼序

19、列的指導(dǎo)，依次添加氨基酸次添加氨基酸從從N端向端向C端端延伸肽鏈，直延伸肽鏈，直到合成終止的過程。到合成終止的過程。 肽鏈的延長是在核蛋白體上連續(xù)性循環(huán)式肽鏈的延長是在核蛋白體上連續(xù)性循環(huán)式進(jìn)行，又稱為核蛋白體循環(huán)（進(jìn)行，又稱為核蛋白體循環(huán)（ribosomal cycle)，每次循環(huán)增加一個氨基酸，分為，每次循環(huán)增加一個氨基酸，分為以下三步：以下三步： 進(jìn)位進(jìn)位（entrance） 成肽成肽（peptide bond formation） 轉(zhuǎn)位轉(zhuǎn)位（translocation）原核延原核延長因子長因子生物功能生物功能對應(yīng)真核對應(yīng)真核延長因子延長因子EF-Tu促進(jìn)氨基酰促進(jìn)氨基酰-tRNA進(jìn)入進(jìn)

20、入A位，位，結(jié)合分解結(jié)合分解GTPEF-1-EF-Ts調(diào)節(jié)亞基調(diào)節(jié)亞基EF-1-EFG有轉(zhuǎn)位酶活性，促進(jìn)有轉(zhuǎn)位酶活性，促進(jìn)mRNA-肽酰肽酰-tRNA由由A位前移到位前移到P位，位，促進(jìn)卸載促進(jìn)卸載tRNA釋放釋放EF-2肽鏈合成的延長因子肽鏈合成的延長因子 （一）進(jìn)位（一）進(jìn)位指根據(jù)指根據(jù)mRNA下一組遺傳密碼指下一組遺傳密碼指導(dǎo)，使相應(yīng)氨基酰導(dǎo)，使相應(yīng)氨基酰-tRNA進(jìn)入核蛋白進(jìn)入核蛋白體體A位。位。延長因子延長因子EF-T催化催化進(jìn)位（原核生物）進(jìn)位（原核生物）Tu TsGTPGDPA U G53TuTsGTP（二）成肽（二）成肽是由轉(zhuǎn)肽酶（是由轉(zhuǎn)肽酶（transpeptidase）催化

21、的肽）催化的肽鍵形成過程。鍵形成過程。（三）轉(zhuǎn)位（三）轉(zhuǎn)位延長因子延長因子EF-G有轉(zhuǎn)位酶有轉(zhuǎn)位酶（translocase ）活性，可結(jié)合并水解）活性，可結(jié)合并水解1分分子子GTP，促進(jìn)核蛋白體向，促進(jìn)核蛋白體向mRNA的的3側(cè)移動。側(cè)移動。fMetA U G53fMetTuGTP進(jìn)進(jìn)位位轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)位位成肽成肽真核生物肽鏈合成的延長過程與原核真核生物肽鏈合成的延長過程與原核基本相似，但有不同的反應(yīng)體系和延長因基本相似，但有不同的反應(yīng)體系和延長因子。子。另外，真核細(xì)胞核蛋白體沒有另外，真核細(xì)胞核蛋白體沒有E E位，轉(zhuǎn)位，轉(zhuǎn)位時卸載的位時卸載的tRNAtRNA直接從直接從P P位脫落。位脫落。（四）真核

22、生物延長過程（四）真核生物延長過程 三、肽鏈合成的終止三、肽鏈合成的終止當(dāng)當(dāng)mRNA上終止密碼出現(xiàn)后，多肽鏈上終止密碼出現(xiàn)后，多肽鏈合成停止，肽鏈從肽酰合成停止，肽鏈從肽酰-tRNA中釋出，中釋出，mRNA、核蛋白體等分離，這些過程稱、核蛋白體等分離，這些過程稱為肽鏈合成終止。為肽鏈合成終止。終止相關(guān)的蛋白因子稱為釋放因子終止相關(guān)的蛋白因子稱為釋放因子 (release factor, RF) 識別終止密碼，如識別終止密碼，如RF-1特異識別特異識別UAA、UAG；而而RF-2可識別可識別UAA、UGA。 誘導(dǎo)轉(zhuǎn)肽酶改變?yōu)轷ッ富钚裕闺逆湉暮说罢T導(dǎo)轉(zhuǎn)肽酶改變?yōu)轷ッ富钚?，使肽鏈從核蛋白體上釋放。

23、白體上釋放。 釋放因子的功能釋放因子的功能原核生物釋放因子：原核生物釋放因子：RF-1，RF-2，RF-3 真核生物釋放因子：真核生物釋放因子：eRF 原原核核肽肽鏈鏈合合成成終終止止過過程程 U A G53RFCOO- 原核生物蛋白質(zhì)合成的原核生物蛋白質(zhì)合成的能量計算能量計算氨基酸活化：氨基酸活化：2個個PATP起始：起始： 1個個GTP延長：延長： 2個個GTP終止：終止： 1個個GTP結(jié)論：結(jié)論：每合成一個肽鍵至少消耗每合成一個肽鍵至少消耗4個個P。 多聚核蛋白體多聚核蛋白體 （polysome)一個一個mRNA分子可分子可同時有多個核蛋白體在同時有多個核蛋白體在進(jìn)行同一種蛋白質(zhì)的合進(jìn)行

24、同一種蛋白質(zhì)的合成，這種成，這種mRNA和多個和多個核蛋白體的聚合物稱為核蛋白體的聚合物稱為多聚核蛋白體。多聚核蛋白體。蛋白質(zhì)合成后加工和輸送蛋白質(zhì)合成后加工和輸送Posttranslational Processing & Protein Transportation第第 三三 節(jié)節(jié)從核蛋白體釋放出的新生多肽鏈不具備從核蛋白體釋放出的新生多肽鏈不具備蛋白質(zhì)生物活性，必需經(jīng)過不同的翻譯后復(fù)蛋白質(zhì)生物活性，必需經(jīng)過不同的翻譯后復(fù)雜加工過程才轉(zhuǎn)變?yōu)樘烊粯?gòu)象的功能蛋白。雜加工過程才轉(zhuǎn)變?yōu)樘烊粯?gòu)象的功能蛋白。主要包括主要包括 多肽鏈折疊為天然的三維結(jié)構(gòu)多肽鏈折疊為天然的三維結(jié)構(gòu) 肽鏈一級結(jié)構(gòu)的

25、修飾肽鏈一級結(jié)構(gòu)的修飾 高級結(jié)構(gòu)修飾高級結(jié)構(gòu)修飾 一、多肽鏈折疊為天然功能構(gòu)象的蛋白質(zhì)一、多肽鏈折疊為天然功能構(gòu)象的蛋白質(zhì) 新生肽鏈的折疊在肽鏈合成中、合成后進(jìn)新生肽鏈的折疊在肽鏈合成中、合成后進(jìn)行，新生肽鏈行，新生肽鏈N端在核蛋白體上一出現(xiàn)，肽端在核蛋白體上一出現(xiàn)，肽鏈的折疊即開始?？赡茈S著序列的不斷延鏈的折疊即開始。可能隨著序列的不斷延伸肽鏈逐步折疊，產(chǎn)生正確的二級結(jié)構(gòu)、伸肽鏈逐步折疊，產(chǎn)生正確的二級結(jié)構(gòu)、模體、結(jié)構(gòu)域到形成完整的空間構(gòu)象。模體、結(jié)構(gòu)域到形成完整的空間構(gòu)象。 大多數(shù)天然蛋白質(zhì)折疊都需要其他酶和蛋大多數(shù)天然蛋白質(zhì)折疊都需要其他酶和蛋白質(zhì)的輔助。白質(zhì)的輔助。幾種有促進(jìn)蛋白折疊功

26、能的大分子幾種有促進(jìn)蛋白折疊功能的大分子1. 分子伴侶分子伴侶 (molecular chaperon) 2. 蛋白二硫鍵異構(gòu)酶蛋白二硫鍵異構(gòu)酶 (protein disulfide isomerase, PDI)3. 肽肽-脯氨酰順反異構(gòu)酶脯氨酰順反異構(gòu)酶 (peptide prolyl cis-trans isomerase, PPI)（1）熱休克蛋白）熱休克蛋白(heat shock protein, HSP) HSP70、HSP40和和GreE族族 （2）伴侶素）伴侶素(chaperonins) GroEL和和GroES家族家族1. 分子伴侶分子伴侶分子伴侶是細(xì)胞中一類保守蛋白質(zhì)，可識

27、別分子伴侶是細(xì)胞中一類保守蛋白質(zhì)，可識別肽鏈的非天然構(gòu)象，促進(jìn)各功能域和整體蛋白質(zhì)肽鏈的非天然構(gòu)象，促進(jìn)各功能域和整體蛋白質(zhì)的正確折疊。的正確折疊。 熱休克蛋白促進(jìn)蛋白質(zhì)折疊的基本作用：熱休克蛋白促進(jìn)蛋白質(zhì)折疊的基本作用：結(jié)合保護(hù)待折疊多肽片段，再釋放該片結(jié)合保護(hù)待折疊多肽片段，再釋放該片段進(jìn)行折疊。形成段進(jìn)行折疊。形成HSP70和多肽片段依次和多肽片段依次結(jié)合、解離的循環(huán)。結(jié)合、解離的循環(huán)。 HSP40結(jié)合待結(jié)合待折疊多肽片段折疊多肽片段 HSP70-ATP復(fù)合物復(fù)合物 HSP40- HSP70-ADP-多肽復(fù)合物多肽復(fù)合物 ATP水解水解GrpE ATPADP復(fù)合物解離，釋出多肽鏈片段進(jìn)行

28、正確折疊復(fù)合物解離，釋出多肽鏈片段進(jìn)行正確折疊 伴侶素的主要作用伴侶素的主要作用: :為非自發(fā)性折疊蛋白質(zhì)提供能折疊形為非自發(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。成天然空間構(gòu)象的微環(huán)境。 伴侶素系統(tǒng)促進(jìn)蛋白質(zhì)折疊過程伴侶素系統(tǒng)促進(jìn)蛋白質(zhì)折疊過程 2. 蛋白二硫鍵異構(gòu)酶（蛋白二硫鍵異構(gòu)酶（PDI） 二硫鍵異構(gòu)酶在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔活性很高，二硫鍵異構(gòu)酶在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔活性很高，可在較大區(qū)段肽鏈中催化錯配二硫鍵斷裂可在較大區(qū)段肽鏈中催化錯配二硫鍵斷裂并形成正確二硫鍵連接，最終使蛋白質(zhì)形并形成正確二硫鍵連接，最終使蛋白質(zhì)形成熱力學(xué)最穩(wěn)定的天然構(gòu)象。成熱力學(xué)最穩(wěn)定的天然構(gòu)象。3. 肽肽-脯氨酰順反異構(gòu)酶脯

29、氨酰順反異構(gòu)酶 多肽鏈中肽酰多肽鏈中肽酰- -脯氨酸間形成的肽鍵有順反兩脯氨酸間形成的肽鍵有順反兩種異構(gòu)體，空間構(gòu)象明顯差別。種異構(gòu)體，空間構(gòu)象明顯差別。 肽酰肽酰- -脯氨酰順反異構(gòu)酶可促進(jìn)上述順反兩種脯氨酰順反異構(gòu)酶可促進(jìn)上述順反兩種異構(gòu)體之間的轉(zhuǎn)換。異構(gòu)體之間的轉(zhuǎn)換。 肽酰肽酰- -脯氨酰順反異構(gòu)酶是蛋白質(zhì)三維構(gòu)象形脯氨酰順反異構(gòu)酶是蛋白質(zhì)三維構(gòu)象形成的限速酶，在肽鏈合成需形成順式構(gòu)型時，可成的限速酶，在肽鏈合成需形成順式構(gòu)型時，可使多肽在各脯氨酸彎折處形成準(zhǔn)確折疊。使多肽在各脯氨酸彎折處形成準(zhǔn)確折疊。 二、一級結(jié)構(gòu)的修飾二、一級結(jié)構(gòu)的修飾（一）肽鏈（一）肽鏈N端的修飾端的修飾（二）個別

30、氨基酸的修飾（二）個別氨基酸的修飾（三）多肽鏈的水解修飾（三）多肽鏈的水解修飾鴉片促黑皮質(zhì)素原鴉片促黑皮質(zhì)素原(POMC)的水解修飾的水解修飾NC信號肽信號肽PMOCKRKR103肽肽 ( ？)ACTH -LT -MSH -MSHEndophin三、高級結(jié)構(gòu)的修飾三、高級結(jié)構(gòu)的修飾（一）亞基聚合（一）亞基聚合 （二）輔基連接（二）輔基連接（三）疏水脂鏈的共價連接（三）疏水脂鏈的共價連接 蛋白質(zhì)合成后需要經(jīng)過復(fù)雜機(jī)制，定蛋白質(zhì)合成后需要經(jīng)過復(fù)雜機(jī)制，定向輸送到最終發(fā)揮生物功能的細(xì)胞靶部向輸送到最終發(fā)揮生物功能的細(xì)胞靶部位，這一過程稱為蛋白質(zhì)的靶向輸送。位，這一過程稱為蛋白質(zhì)的靶向輸送。 四、蛋白

31、質(zhì)合成后的靶向輸送四、蛋白質(zhì)合成后的靶向輸送蛋白質(zhì)的靶向輸送（蛋白質(zhì)的靶向輸送（protein targeting）所有靶向輸送的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)中存在分所有靶向輸送的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)中存在分選信號，主要為選信號，主要為N末端特異氨基酸序列，末端特異氨基酸序列，可引導(dǎo)蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)移到細(xì)胞的適當(dāng)靶部位，可引導(dǎo)蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)移到細(xì)胞的適當(dāng)靶部位，這一序列稱為信號序列這一序列稱為信號序列 。 信號序列信號序列(signal sequence)靶向輸送蛋白靶向輸送蛋白信號序列或成分信號序列或成分分泌蛋白分泌蛋白信號肽信號肽內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔蛋白內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔蛋白信號肽，信號肽，C端端-Lys-Asp-Glu-Leu-COO-(KDEL序列

32、序列)線粒體蛋白線粒體蛋白N端靶向序列（端靶向序列（2035氨基酸殘基）氨基酸殘基）核蛋白核蛋白核定位序列（核定位序列（-Pro-Pro-Lys-Lys-Lys-Arg-Lys-Val-，SV40 T抗原）抗原）過氧化體蛋白過氧化體蛋白-Ser-Lys-Leu-（PST序列）序列）溶酶體蛋白溶酶體蛋白Man-6-P（甘露糖（甘露糖-6-磷酸）磷酸）靶向輸送蛋白的信號序列或成分靶向輸送蛋白的信號序列或成分 （一）（一）分泌蛋白的靶向輸送分泌蛋白的靶向輸送真核細(xì)胞分泌蛋白等前體合成后靶向輸真核細(xì)胞分泌蛋白等前體合成后靶向輸送過程首先要進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，再分別被包裝成送過程首先要進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，再分別被包裝成

33、分泌小泡而分泌出細(xì)胞。分泌小泡而分泌出細(xì)胞。 信號肽信號肽(signal peptide) 各種新生分泌蛋白的各種新生分泌蛋白的N端有保守的氨端有保守的氨基酸序列稱信號肽。基酸序列稱信號肽。 信號肽的一級結(jié)構(gòu)信號肽的一級結(jié)構(gòu)N端側(cè)堿性區(qū)端側(cè)堿性區(qū) 疏水核心區(qū)疏水核心區(qū) C端加工區(qū)端加工區(qū) 信號肽引導(dǎo)真核分泌蛋白進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)信號肽引導(dǎo)真核分泌蛋白進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng) （二）（二）線粒體蛋白的靶向輸送線粒體蛋白的靶向輸送 （三）（三）細(xì)胞核蛋白的靶向輸送細(xì)胞核蛋白的靶向輸送 蛋白質(zhì)生物合成的干擾和抑制蛋白質(zhì)生物合成的干擾和抑制Interference & Inhibition of Protein B

34、iosynthesis第第 四四 節(jié)節(jié)蛋白質(zhì)生物合成是很多天然抗生素蛋白質(zhì)生物合成是很多天然抗生素和某些毒素的作用靶點。它們就是通過和某些毒素的作用靶點。它們就是通過阻斷真核、原核生物蛋白質(zhì)翻譯體系某阻斷真核、原核生物蛋白質(zhì)翻譯體系某組分功能，干擾和抑制蛋白質(zhì)生物合成組分功能，干擾和抑制蛋白質(zhì)生物合成過程而起作用的。過程而起作用的。 抗生素抗生素(antibiotics)是微生物產(chǎn)生的能夠殺滅或抑制細(xì)菌是微生物產(chǎn)生的能夠殺滅或抑制細(xì)菌的一類藥物。的一類藥物。一、抗生素類一、抗生素類四四環(huán)環(huán)素素族族氯霉素氯霉素鏈霉素和卡那霉素鏈霉素和卡那霉素嘌呤霉素嘌呤霉素放線菌酮放線菌酮抗生素抗生素作用點作用點作用原理作用原理應(yīng)用應(yīng)用四環(huán)素族（金霉素四環(huán)素族（金霉素 新霉素、土霉素）新霉素、土霉素）鏈霉素、卡那霉素鏈霉素、卡那霉素氯霉素、林可霉素氯霉素、林可霉素紅霉素紅霉素梭鏈孢酸梭鏈孢酸 放線菌酮放線菌酮嘌呤霉素嘌呤霉素原核小亞基原核小亞基原核小亞基原核小亞基原核大亞基原核大亞基原核大亞基原核大亞基原核大亞基原核大亞基真核大亞基真核大亞基真