翻譯及其調(diào)控

1、翻譯及其調(diào)控復(fù)旦大學(xué)藥學(xué)院藥理與生化教研室蛋白質(zhì)生物合成（protein biosynthesis）是指DNA結(jié)構(gòu)基因中貯存的遺傳信息，通過轉(zhuǎn)錄生成mRNA，再指導(dǎo)多肽鏈合成的過程。蛋白質(zhì)的生物合成過程也稱為翻譯（translation）。本章學(xué)習(xí)內(nèi)容1.蛋白質(zhì)生物合成過程（掌握）2.蛋白質(zhì)合成后的折疊與加工（熟悉）3.蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)運與定位（熟悉）4.蛋白質(zhì)合成的調(diào)控（了解）第一節(jié) 蛋白質(zhì)的生物合成一、蛋白質(zhì)的合成體系一、蛋白質(zhì)的合成體系氨基酸原料，氨基酸原料，mRNA，tRNA，核糖體，各種蛋白，核糖體，各種蛋白質(zhì)因子和酶類，質(zhì)因子和酶類，ATP，GTP，無機離子等。，無機離子等。（一）蛋白質(zhì)

2、生物合成的模板（一）蛋白質(zhì)生物合成的模板-mRNA1.原核原核生物翻譯模板生物翻譯模板mRNA的特點的特點1）多順反子；）多順反子；2）轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物不需加工即可作為翻）轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物不需加工即可作為翻譯的模板；譯的模板；3）SD序列序列2.真核真核生物翻譯模板生物翻譯模板mRNA的特點的特點1）單順反子；）單順反子；2）轉(zhuǎn)錄和翻譯在不同時空；）轉(zhuǎn)錄和翻譯在不同時空；3）5端帽子結(jié)構(gòu)及端帽子結(jié)構(gòu)及Kozak序列。序列。單順反子與多順反子ORF AORF BORF CORF D35原核生物mRNA多順反子ORF35mGpppGp真核生物mRNA單順反子capAAAAAPoly-A tail原核生物原核生物S

3、D序列序列真核生物真核生物Kozak序列序列:kozak序列：起始密碼子處的一段保守序列，序列：起始密碼子處的一段保守序列，-CCACCAUGG-，用于增強翻，用于增強翻譯起始的效率譯起始的效率SD序列是序列是mRNA與核糖與核糖體識別、結(jié)合的位點。體識別、結(jié)合的位點。3.mRNA遺傳密碼的特點：遺傳密碼的特點：1.方向性方向性2.連續(xù)性連續(xù)性3.兼并性兼并性簡并性簡并性(degeneracy)：多數(shù)氨基酸擁有一個以上：多數(shù)氨基酸擁有一個以上的密碼子；多少與該氨基酸在生物中的利用的密碼子；多少與該氨基酸在生物中的利用度相關(guān)；度相關(guān)；4.擺動性：擺動性：擺動性擺動性(wobble)：密碼子與反密

4、碼子配對的擺動：密碼子與反密碼子配對的擺動現(xiàn)象；現(xiàn)象；5.通用性通用性破譯遺傳密碼的突破性工作主要包括：破譯遺傳密碼的突破性工作主要包括：1.1.體外翻譯系統(tǒng)的建立；體外翻譯系統(tǒng)的建立；2.2.核酸的人工合成：核酸的人工合成：3.3.核糖體結(jié)合技術(shù)。核糖體結(jié)合技術(shù)。 89遺傳密碼的發(fā)現(xiàn)：遺傳密碼的發(fā)現(xiàn)：n1954年前蘇聯(lián)年前蘇聯(lián)-美國物理學(xué)家伽莫夫美國物理學(xué)家伽莫夫G. Gamow用數(shù)學(xué)用數(shù)學(xué)的方法推斷的方法推斷3個堿基編碼一個氨基酸。個堿基編碼一個氨基酸。Nature文章文章n1961年克里克第一個用年克里克第一個用T4噬菌體實驗證明了遺傳密碼噬菌體實驗證明了遺傳密碼中中3個堿基編碼一個氨基

5、酸。個堿基編碼一個氨基酸。增加或減少增加或減少1個和個和2個堿基個堿基均會引起突變，無法產(chǎn)生正常功能的蛋白質(zhì)，而加入或減少均會引起突變，無法產(chǎn)生正常功能的蛋白質(zhì)，而加入或減少3個堿個堿基時卻可以合成正常功能的蛋白質(zhì)基時卻可以合成正常功能的蛋白質(zhì) 遺傳密碼從一個固定的起點開始遺傳密碼從一個固定的起點開始,以非重疊的方式閱讀以非重疊的方式閱讀,編碼之間沒有分隔符。編碼之間沒有分隔符。n1961年尼倫伯格年尼倫伯格M.W.Nirenberg和馬太和馬太H.Matthaei利用無細胞系統(tǒng)進行體外合成破譯了第一個遺傳密利用無細胞系統(tǒng)進行體外合成破譯了第一個遺傳密碼。碼。與羅伯特與羅伯特W霍利及哈爾霍利及

6、哈爾葛賓葛賓科拉納共同獲得科拉納共同獲得1968年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎。年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎。n1969年科學(xué)家們破譯了全部的密碼。年科學(xué)家們破譯了全部的密碼。aa-tRNA分離測序及密碼子的擺動性分離測序及密碼子的擺動性 多聚核苷酸體外合成多聚核苷酸體外合成 體外無細胞翻譯體系體外無細胞翻譯體系11n這種體系是用大腸桿菌制備的。方法是在氧化鋁緩沖溶液中研磨大這種體系是用大腸桿菌制備的。方法是在氧化鋁緩沖溶液中研磨大腸桿菌菌體，然后離心除去細胞壁和細胞膜碎片，留下來的液體部腸桿菌菌體，然后離心除去細胞壁和細胞膜碎片，留下來的液體部分即是無細胞體系。分即是無細胞體系。n在這一體系中，保留了大腸

7、桿菌原有的在這一體系中，保留了大腸桿菌原有的DNA、RNA、tRNA、核糖、核糖體、各種酶以及體、各種酶以及Mg2+等金屬離子。再經(jīng)過一段時間保溫后，原有的等金屬離子。再經(jīng)過一段時間保溫后，原有的DNA、RNA都降解掉，蛋白質(zhì)的合成也就停止了。在這種情況下，都降解掉，蛋白質(zhì)的合成也就停止了。在這種情況下，如再向溶液中加入外源如再向溶液中加入外源mRNA和混合的各種氨基酸并補充能量（如和混合的各種氨基酸并補充能量（如ATP），經(jīng)過保溫后即有新的蛋白質(zhì)合成。新合成蛋白質(zhì)的氨基酸），經(jīng)過保溫后即有新的蛋白質(zhì)合成。新合成蛋白質(zhì)的氨基酸組成（種類和順序）應(yīng)當對應(yīng)于所加外源組成（種類和順序）應(yīng)當對應(yīng)于所加

8、外源mRNA中核苷酸排列順序，中核苷酸排列順序，也就是說對應(yīng)于也就是說對應(yīng)于mRNA的密碼。的密碼。n尼倫伯格在試驗中加入的氨基酸一共尼倫伯格在試驗中加入的氨基酸一共20種，但輪流地將一種氨基酸種，但輪流地將一種氨基酸用用14C同位素標記。合成反應(yīng)后，用三氯乙酸將蛋白質(zhì)沉淀，并轉(zhuǎn)移同位素標記。合成反應(yīng)后，用三氯乙酸將蛋白質(zhì)沉淀，并轉(zhuǎn)移至濾紙片上，測定紙片上放射性的有無或強度，即可知是哪一種氨至濾紙片上，測定紙片上放射性的有無或強度，即可知是哪一種氨基酸摻入蛋白質(zhì)，它和加入的外源基酸摻入蛋白質(zhì)，它和加入的外源mRNA模板有怎樣的關(guān)系。模板有怎樣的關(guān)系。不同的氨基酸分別加入到不同的氨基酸分別加入到

9、polyUpolyU試管系統(tǒng)中試管系統(tǒng)中 polyUpolyU合成的肽鏈全部是合成的肽鏈全部是苯丙氨酸（苯丙氨酸（PhePhe）破譯第一個遺傳密碼破譯第一個遺傳密碼Nirenberg和和Mathaei 的體外無細胞翻譯體系的體外無細胞翻譯體系遺傳密碼（genetic code)及密碼的破譯遺傳密碼無細胞體系體外翻譯：特點：翻譯起始點隨機； 閱讀框架隨機。mRNA sequencepotential codeproduct peptidepoly(U)nUUUpoly(Phe)npoly(A)nAAApoly(Lys)npoly(C)nCCCpoly(Pro)npoly(AC)nACA,CACp

10、oly(Thr-His)npoly(AAC)nAAC,ACA,CAApoly(Asn)n, poly(Thr)n, poly(Gln)nACACACACACACACACACACACACACACACACACACACACACACACACACACACACACACACACACACACACACACACACACACACACACACACACACACACACACACACACACACACACACACACACACACACACACACACACACACACACACACACACACACACACACACACACACACACACACACACACACACACACACACACACORF1ORF2ORF3AACAACAACAAC

11、AACAACAACAACAACAACAACAACAACAACAACAACAACAACAACAACAACAACAACAACAACAACAACAACAACAACAACAACAACAACAACAACAACAACAACAACAACAACAACAACAACAACAACAACAACAACAACAACAACAACAACAACAACAACAACAACAACAACAACAACAACAACAACAACAACAACAACAACAACAACAACAACAACAACAACAACAACAACAACAACORF1ORF2ORF315Nirenberg破譯密碼子 同位素標記某種氨基酰tRNA核蛋白體某種三核苷酸寡聚體（密碼子

12、）硝酸纖維素膜放射顯影濾過硝酸纖維素膜AGAUCAUGA64管硝酸纖維素膜可截留核蛋白體，不能截留游離的氨基酰tRNA和三核苷酸寡聚體氨基酰tRNA如果能識別并結(jié)合某種密碼子，則將與核蛋白體形成“核蛋白體-氨基酰tRNA-密碼子復(fù)合體”1963年，年，Speyer和和Ochoa等利用混合共聚物法確定了等利用混合共聚物法確定了Asp、Glu和和Thr等遺傳密碼的堿基組成，但不能明確堿基順等遺傳密碼的堿基組成，但不能明確堿基順序。序。1964-1966年，年，Khorana、Jones和和Nishimura等人應(yīng)用有機等人應(yīng)用有機化學(xué)和酶學(xué)技術(shù)制備已知的核苷酸重復(fù)多聚物，以其為化學(xué)和酶學(xué)技術(shù)制備已

13、知的核苷酸重復(fù)多聚物，以其為模板進行體外翻譯，完成了所有遺傳密碼的破譯。模板進行體外翻譯，完成了所有遺傳密碼的破譯。1966年，劍橋分子研究中心年，劍橋分子研究中心A.J.Clark等發(fā)現(xiàn)在體內(nèi)進行合成等發(fā)現(xiàn)在體內(nèi)進行合成的多肽鏈，其開頭在細菌都為甲酰甲硫氨酸，在真核生的多肽鏈，其開頭在細菌都為甲酰甲硫氨酸，在真核生物都為甲硫氨酸，且都是從物都為甲硫氨酸，且都是從AUG這個密碼子開始，因這個密碼子開始，因此，把此，把AUG定位起始密碼子。定位起始密碼子。1966年，年，Nirenberg和和KhorUnU繪制全部繪制全部64個密碼子的遺傳密個密碼子的遺傳密碼子表碼子表18ochre）amber

14、）opal）Amber,ochre,and opal nomenclaturen Stop codons were historically given many different names, as they each corresponded to a distinct class of mutants that all behaved in a similar manner. These mutants were first isolated within bacteriophages (T4 and lambda), viruses that infect the bacteria

15、Escherichia coli. Mutations in viral genes weakened their infectious ability, sometimes creating viruses that were able to infect and grow within only certain varieties of E coli.nAmber mutationswere the first set of nonsense mutations to be discovered, isolated by graduate student Harris Bernstein

16、in experiments designed to resolve a debate between Richard Epstein and Charles Steinberg. Bernstein (whose last name means amber in German) had been offered the reward of having any discovered mutants named after himself.Viruses with amber mutations are characterized by their ability to infect only

17、 certain strains of bacteria, known as amber suppressors. These bacteria carry their own mutation that allow a recovery of function in the mutant viruses. For example, a mutation in the tRNA that recognizes the amber stop codon allows translation to read through the codon and produce full-length pro

18、tein, thereby recovering the normal form of the protein and suppressing the amber mutation. Thus, amber mutants are an entire class of virus mutants that can grow in bacteria that contain amber suppressor mutations.nochre mutationwas the second stop codon mutation to be discovered. Given a color nam

19、e to match the name of amber mutants, ochre mutant viruses had a similar property in that they recovered infectious ability within certain suppressor strains of bacteria. The set of ochre suppressors was distinct from amber suppressors, so ochre mutants were inferred to correspond to a different nuc

20、leotide triplet. Through a series of mutation experiments comparing these mutants with each other and other known amino acid codons, Sydney Brenner concluded that the amber and ochre mutations corresponded to the nucleotide triplets UAG and UAA.nopal mutations or umber mutationsthe third and last st

21、op codon in the standard genetic code was discovered soon after, corresponding to the nucleotide triplet UGA. Nonsense mutations that created this premature stop codon were later called opal mutations or umber mutations UAA：赭石密碼：赭石密碼UAG：琥珀密碼：琥珀密碼UGA：乳白石密：乳白石密碼碼起始密碼子起始密碼子閱讀框架閱讀框架 ( reading frames) mR

22、NA中的一段含有翻譯密碼的堿基序列。中的一段含有翻譯密碼的堿基序列。*mRNA的閱讀和翻譯以連續(xù)和不重疊的方式進行；的閱讀和翻譯以連續(xù)和不重疊的方式進行；開放閱讀框架開放閱讀框架：從起始密碼：從起始密碼AUG開始到終止密碼子處的開始到終止密碼子處的正確可讀序列。正確可讀序列。一般一條真核生物一般一條真核生物mRNA序列只編碼一條蛋白質(zhì)多肽鏈。序列只編碼一條蛋白質(zhì)多肽鏈。只在噬菌體中存在基因重疊現(xiàn)象。只在噬菌體中存在基因重疊現(xiàn)象。遺傳密碼的擺動性遺傳密碼的擺動性遺傳密碼的擺動性遺傳密碼的擺動性（二）蛋白質(zhì)合成的場所（二）蛋白質(zhì)合成的場所核糖體核糖體由蛋白質(zhì)、由蛋白質(zhì)、rRNA以及以及Mg2+組成

23、，一般為組成，一般為兩個亞基，一大一小。兩個亞基，一大一小。26272829n核糖體蛋白（核糖體蛋白（RP）：）：Rpl大亞基核糖體蛋白，大亞基核糖體蛋白，rps小亞基核糖體蛋白小亞基核糖體蛋白參與蛋白質(zhì)合成：參與蛋白質(zhì)合成：rRNA折疊，調(diào)整核糖體構(gòu)象等折疊，調(diào)整核糖體構(gòu)象等核糖體外功能：參與調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄翻譯，調(diào)控細胞增核糖體外功能：參與調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄翻譯，調(diào)控細胞增殖、凋亡、分化等殖、凋亡、分化等RP表達異常會引發(fā)貧血、腫瘤等嚴重疾病表達異常會引發(fā)貧血、腫瘤等嚴重疾病核糖體核酸（核糖體核酸（rRNA）：）：構(gòu)成翻譯進行的空間構(gòu)象，定位并結(jié)合構(gòu)成翻譯進行的空間構(gòu)象，定位并結(jié)合mRNA（p81圖

24、圖4-1）肽基轉(zhuǎn)移酶，催化肽鍵形成肽基轉(zhuǎn)移酶，催化肽鍵形成（三）蛋白質(zhì)合成的搬運工具（三）蛋白質(zhì)合成的搬運工具tRNA1.氨基酸的活化與氨基酰-tRNA合成酶黃色堿基為識黃色堿基為識別必須位點別必須位點nAA + tRNA 氨基酰-tRNAn細胞中一般只有二十種氨基酰-tRNA合成酶，不同tRNA與同一氨基酸的結(jié)合均由同一個酶催化。合成酶有很強的校對功能。氨基酰-tRNA合成酶催化的反應(yīng)氨基酸氨基酸 + ATP-E氨基酰氨基酰-AMP-E + PPi氨基酰氨基酰-AMP-E + tRNA氨基酰氨基酰-tRNA + AMP + E氨基酸氨基酸 + tRNA + ATP氨基酰氨基酰-tRNA +

25、AMP + PPi氨基酰氨基酰-tRNA 合成酶合成酶總反應(yīng)式為：總反應(yīng)式為： 氨基酰-tRNA的表示方法AA-tRNAAA通式Asp-tRNAAspSer-tRNASerGly-tRNAGlyMet-tRNAMetfMet-tRNAifMetMet-tRNAiMet*一個特殊的一個特殊的tRNA 原核生物起始原核生物起始Met轉(zhuǎn)運轉(zhuǎn)運甲?；柞；?氨基酸的活化氨基酸的活化 起始起始 Initiation 延伸延伸 Elongation 終止與釋放終止與釋放 Termination & Release二、蛋白質(zhì)合成的過程二、蛋白質(zhì)合成的過程多肽鏈合成的過程核蛋白體循環(huán)1.肽鏈合成的起始

26、核糖體小亞基先與mRNA結(jié)合。起始氨基酰-tRNA再與mRNA配對。核糖體大亞基與小亞基結(jié)合，起始氨基酰-tRNA位于大亞基的 P位2.肽鏈合成的延伸階段 翻譯過程中肽鏈的延伸是以下三種化學(xué)過程的循環(huán)。 1）進位 2）成肽 3）移位核蛋白體循環(huán)之進位核蛋白體循環(huán)之成肽核蛋白體循環(huán)之移位翻譯延長因子的種類和功能原核生物功能真核生物EF-Tu/EF-Ts協(xié)助AAcyl-tRNA進入A位，結(jié)合GTPEF-1 /EF-1 /EF-1EF-G轉(zhuǎn)位酶，協(xié)助mRNA由A位前移至P位，釋放游離的tRNAEF-23.肽鏈合成的終止 當A位上出現(xiàn)終止密碼時，釋放因子(releasing factor, RF)進入

27、，促進酯鍵水解。 之后，tRNA和mRNA被釋放，核糖體大、小亞基解聚。 解聚的大、小亞基參與下一輪翻譯過程。核蛋白體循環(huán)(ribosome cycle)當一條多肽鏈合成結(jié)束后，核蛋白體大小兩個亞基解聚，解聚后的大小亞基可以重新參與一條新的多肽鏈的合成 ，這就構(gòu)成了核蛋白體循環(huán)(ribosome cycle) 。在蛋白質(zhì)合成的過程中，往往幾個核蛋白質(zhì)體附著在同一條mRNA鏈上，形成多核蛋白體(polyribosome)結(jié)構(gòu)。 多肽鏈合成終止后，解離的大小亞基又重新組裝成核糖體，參加新肽鏈的合成，循環(huán)往復(fù)利用。多肽鏈在核糖體上的合成過程又稱核糖體循環(huán)。核糖體循環(huán)核糖體循環(huán) 在原核細胞內(nèi)一條在原核

28、細胞內(nèi)一條mRNAmRNA鏈上可結(jié)合多達幾鏈上可結(jié)合多達幾百個核糖體。每個核糖百個核糖體。每個核糖體合成一條多肽鏈，在體合成一條多肽鏈，在一條一條mRNAmRNA鏈上同時合成鏈上同時合成多條相同的多肽鏈，大多條相同的多肽鏈，大大提高了翻譯的效率。大提高了翻譯的效率。 多順反子分別獨立多順反子分別獨立起始，相鄰順反子間距起始，相鄰順反子間距超過核糖體跨度時，兩超過核糖體跨度時，兩亞基解離后重新組裝。亞基解離后重新組裝。46真核生物翻譯的起始真核生物翻譯的起始49n真核生物的釋放因子比原核生物的少，只有兩種，真核生物的釋放因子比原核生物的少，只有兩種，eRF-1和和eRF-3，前者可以識別三種終止

29、密碼，前者可以識別三種終止密碼，后者作用類似后者作用類似RF-3，促進，促進eRF-1與核糖體的結(jié)合，與核糖體的結(jié)合，激發(fā)終止反應(yīng)。激發(fā)終止反應(yīng)。三、蛋白質(zhì)合成與藥物蛋白質(zhì)生物合成的阻斷劑抗生素氯霉素/林可霉素/大環(huán)內(nèi)酯類與50S亞基結(jié)合、可逆性抑制蛋白質(zhì)生物合成四環(huán)素與30S小亞基結(jié)合，阻止氨基酰tRNA向30S亞基上的A位點結(jié)合鏈霉素/卡那霉素與30S小亞基結(jié)合，引起小亞基構(gòu)象改變，導(dǎo)致讀碼錯誤嘌呤霉素對細胞無選擇性，是氨基酰tRNA3端結(jié)構(gòu)類似物，能結(jié)合核蛋白體的A位點紅霉素識別并結(jié)合在核蛋白體23S rRNA的上特定位點，抑制細菌蛋白的合成氯霉素/氯胺苯醇抑制肽?；D(zhuǎn)移酶活性放線菌酮抑

30、制轉(zhuǎn)位酶活性蘚霉素/硫鏈絲菌素阻止T因子/G因子與GTPase位點相互作用抗代謝物長春新堿主要抑制微管蛋白的聚合而影響紡錘體微管的形成。使有絲分裂停止于中期。還可干擾蛋白質(zhì)代謝及抑制RNA多聚酶的活力，并抑制細胞膜類脂質(zhì)的合成和氨基酸在細胞膜上的轉(zhuǎn)運。三尖杉酯堿抑制真核細胞內(nèi)蛋白質(zhì)的合成，使多聚核糖體解聚，是干擾蛋白質(zhì)合成功能的抗癌藥物L(fēng)-門冬酰胺酶減少腫瘤細胞天冬酰胺的來源，抑制蛋白質(zhì)合成其他藥物白喉毒素DT是ADP-核糖基化酶，可使eEF-2發(fā)生ADP-核糖基化從而失活。干擾素通過誘導(dǎo)一種蛋白激酶的活化，使eIF-2磷酸化失活；可以誘導(dǎo)一種poly(2,5A)n，后者活化核酸內(nèi)切酶Rnas

31、e L，降解病毒的RNA核酸。第二節(jié) 蛋白質(zhì)合成后的折疊與加工一、蛋白質(zhì)合成后的折疊1.核糖體上新合成的多肽鏈必須經(jīng)歷折疊（folding）過程才能成為具有天然空間構(gòu)象（native conformation）的蛋白質(zhì)。2.蛋白質(zhì)折疊異常和疾?。函偱２?，老年性癡呆，可傳播性海綿狀腦病，帕金森氏癥，肌萎縮性脊索側(cè)索硬化癥等。3.蛋白質(zhì)折疊過程中，分子伴侶起著非常重要的作用。分子伴侶（molecular chaperone）在蛋白質(zhì)折疊過程中，分子伴侶起著非常重要的作用，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)系統(tǒng)是質(zhì)量控制的主要場所。分子伴侶分子伴侶是指能夠結(jié)合和穩(wěn)定另外一種蛋白質(zhì)的不穩(wěn)定構(gòu)象,并能通過有控制的結(jié)合和釋放,促進新

32、生多肽鏈的折疊、多聚體的裝配或降解及細胞器蛋白的跨膜運輸?shù)囊活惖鞍踪|(zhì) 。分子伴侶包括兩大類：一類能與核糖體結(jié)合，如觸發(fā)因子（TF），新生鏈結(jié)合復(fù)合物（NAC）；另一類不與核糖體結(jié)合，如hsp70家族,hsp60家族，二硫鍵異構(gòu)酶（PDI），脯氨酰-順反異構(gòu)酶（PPI）。熱休克蛋白nHSP70家族包括HSp70、Hsp40和GrpE三種蛋白。Hsp70等協(xié)同作用可與待折疊多肽片段的78個疏水殘基結(jié)合，保持肽鏈成伸展狀態(tài)，避免肽鏈內(nèi)、肽鏈間疏水基團相互作用引起的錯誤折疊和聚集，在通過水解ATP釋放此肽段，以利于肽鏈進行正確折疊。nHsp60家族主要包括Hsp60和Hsp10兩種蛋白。Hsp60家族

33、的主要作用是為非自發(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。n分子伴侶并未加快折疊反應(yīng)速度，只是防止蛋白質(zhì)錯誤折疊或是消除不正確折疊，增加功能性蛋白質(zhì)折疊產(chǎn)率。n熱休克蛋白熱休克蛋白（heat shock protein, hsp) 是一種分子伴侶是一種分子伴侶,至少至少包括有兩大類，包括有兩大類， hsp60和和hsp70，前者幫助尚，前者幫助尚未折疊或錯誤折疊的多未折疊或錯誤折疊的多肽鏈形成正確的折疊，肽鏈形成正確的折疊，而后者可以和新生肽鏈而后者可以和新生肽鏈結(jié)合，防止其聚集，有結(jié)合，防止其聚集，有利于正確折疊的形成。利于正確折疊的形成。蛋白質(zhì)二硫鍵異構(gòu)酶真核細胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中GSH和

34、G-S-S-G的相對濃度（51）有利于蛋白質(zhì)二硫鍵的形成。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中的二硫鍵異構(gòu)酶有利于形成正確配對的二硫鍵。肽-脯氨酰順反異構(gòu)酶天然蛋白質(zhì)多肽鏈中肽酰-脯氨酸間肽鍵絕大部分是反式構(gòu)型，僅6%為順式構(gòu)型。肽-脯氨酰順反異構(gòu)酶也是蛋白質(zhì)三維空間構(gòu)象形成的限速酶。二、蛋白質(zhì)合成后的加工（一）一級結(jié)構(gòu)的修飾1.新生肽鏈N端fMet或Met的切除2.特定氨基酸的共價修飾包括磷酸化、甲基化、乙?；?、羥基化、糖基化、羧基化、親脂性修飾等。3.二硫鍵的形成4.多蛋白的加工如鴉片促黑皮質(zhì)原POMC經(jīng)蛋白水解酶水解后可形成促腎上腺皮質(zhì)激素,-促黑素, -內(nèi)啡肽， -脂解釋放激素等。5.前體蛋白的加工如酶原的激活、

35、胰島素原向胰島素的轉(zhuǎn)變、胰高血糖素原向胰高血糖素的轉(zhuǎn)變。蛋白質(zhì)前體可通過多肽的剪輯，剪除某些氨基酸序列片段，然后再以一定的順序結(jié)合起來，最終形成成熟的，有活性的蛋白質(zhì)的現(xiàn)象。1.亞基聚合2.輔基連接對于結(jié)合蛋白來講，其非蛋白部分（輔酶或輔基）都是合成后連接上去的，這類蛋白只有結(jié)合了相應(yīng)輔助成分，才能成為天然有活性的蛋白質(zhì)。（二）、空間結(jié)構(gòu)的修飾蛋白質(zhì)翻譯后添加化學(xué)基團的這一類的加工修飾方式稱為化學(xué)編輯（chemical edit).1.蛋白質(zhì)的脂?；舅崤c肽鏈中的Ser或Thr的羥基以酯鍵結(jié)合。如棕櫚?；?、豆蔻?；?、異戊二?；?、膽固醇化等。2.蛋白質(zhì)的糖基化寡糖與蛋白質(zhì)的連接方式有兩種 ：O

36、-型連接和N-型連接?；瘜W(xué)編輯（chemical edit)O-連寡糖和N-連寡糖的特點nO-連寡糖通常指寡糖通過O-糖苷鍵與蛋白質(zhì)中的絲氨酸、蘇氨酸或羥賴氨酸殘基的側(cè)鏈-OH相連。O-連接寡糖較短，通常只有14個糖殘基。O-連糖基化只發(fā)生于高爾基體中。nN-連寡糖指寡糖通過N-糖苷鍵與天冬酰胺殘基側(cè)鏈的-NH2相連。蛋白質(zhì)中N-連的識別靶序列為Asn-X-Ser/Thr，X不能為脯氨酸（Pro）或天冬氨酸（Asp）。N-連寡糖較長，至少有5個糖殘基。N-連糖基化過程始于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，完成于高爾基體。第三節(jié) 蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)運與定位合成蛋白質(zhì)的場所合成蛋白質(zhì)的場所核糖體核糖體: 存在于幾乎所有細胞。存在于

37、幾乎所有細胞。 附著于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的稱附著核糖體附著于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的稱附著核糖體（bound ribosome），主要合成外輸性），主要合成外輸性蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)。 散在于胞質(zhì)中的稱游離核糖體（散在于胞質(zhì)中的稱游離核糖體（free ribosome），合成細胞本身生長所需的蛋），合成細胞本身生長所需的蛋白質(zhì)。白質(zhì)。 一、蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)運內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(Endoplasmic Reticulum,ER) (1)粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng) (RER) 表面附著大量核糖體，以扁囊為主，少數(shù)管狀表面附著大量核糖體，以扁囊為主，少數(shù)管狀和泡狀結(jié)構(gòu)；和泡狀結(jié)構(gòu)； 管腔與核膜腔相通，有的細胞管腔與核膜腔相通，有的細胞中與核膜呈同

38、心圓分布，圍繞在核的周圍中與核膜呈同心圓分布，圍繞在核的周圍(2)滑面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)滑面內(nèi)質(zhì)網(wǎng) (SER) 膜面光滑，以分支小管和小泡相互交織形成網(wǎng)，膜面光滑，以分支小管和小泡相互交織形成網(wǎng)，與與RER相通。相通。 粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)：參與蛋白質(zhì)合成和蛋白質(zhì)糖基化粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)：參與蛋白質(zhì)合成和蛋白質(zhì)糖基化作用。作用。n由附著于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上的核糖體合成的蛋白質(zhì)進入內(nèi)由附著于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上的核糖體合成的蛋白質(zhì)進入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔后轉(zhuǎn)運。質(zhì)網(wǎng)腔后轉(zhuǎn)運。主要合成分泌性蛋白質(zhì)主要合成分泌性蛋白質(zhì)(即外輸性蛋白質(zhì)即外輸性蛋白質(zhì)),如蛋白類如蛋白類激素激素,消化酶原消化酶原,抗體抗體,胞外基質(zhì)中的蛋白質(zhì)等胞外基質(zhì)中的蛋白質(zhì)等.RER的不同

39、區(qū)域可以合成不同的蛋白質(zhì)的不同區(qū)域可以合成不同的蛋白質(zhì);n合成蛋白質(zhì)的糖基化作用合成蛋白質(zhì)的糖基化作用 糖基化作用是糖基化作用是RER的主要功能之一，許多分泌蛋白的主要功能之一，許多分泌蛋白膜、嵌如蛋白和溶酶體蛋白等都是糖蛋白，這些蛋膜、嵌如蛋白和溶酶體蛋白等都是糖蛋白，這些蛋白質(zhì)的糖基化作用是在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)進行的。白質(zhì)的糖基化作用是在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)進行的。n蛋白質(zhì)運輸?shù)鞍踪|(zhì)運輸 蛋白質(zhì)合成后被精確地運輸?shù)剿麄冃惺构δ艿牟课?，這個過程稱為蛋白質(zhì)的分選和運輸，又可稱為蛋蛋白質(zhì)靶向白質(zhì)靶向（protein targeting）。胞漿中合成好的蛋白質(zhì)去向：1）留在原地；2）分泌到細胞外；3）被轉(zhuǎn)運到各類細胞器

40、中。膜被細胞器蛋白的三種輸入機制：1）核孔轉(zhuǎn)運；2）跨膜轉(zhuǎn)運；3）小泡轉(zhuǎn)運分泌蛋白質(zhì)的輸送路徑胞吐到細胞外部胞吐到細胞外部（連續(xù)分泌蛋白質(zhì)）（連續(xù)分泌蛋白質(zhì)）胞吐到細胞外部胞吐到細胞外部蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)輸送小泡輸送小泡高爾基體高爾基體分泌小泡分泌小泡分泌儲備小泡分泌儲備小泡（非連續(xù)分泌蛋白質(zhì)）（非連續(xù)分泌蛋白質(zhì)）折疊，初步糖基化折疊，初步糖基化進一步糖基化進一步糖基化跨膜轉(zhuǎn)運跨膜轉(zhuǎn)運芽生芽生融合融合芽生芽生信號刺激信號刺激蛋白質(zhì)運輸?shù)募毎麑W(xué)過程示意圖蛋白質(zhì)運輸?shù)募毎麑W(xué)過程示意圖蛋白質(zhì)的跨膜轉(zhuǎn)運方式蛋白質(zhì)的跨膜轉(zhuǎn)運方式n信號肽引導(dǎo)的經(jīng)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)運輸途徑信號肽引導(dǎo)的經(jīng)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)運輸途徑 信

41、號肽假設(shè)信號肽假設(shè)n導(dǎo)肽引導(dǎo)的經(jīng)線粒體等的運輸途徑導(dǎo)肽引導(dǎo)的經(jīng)線粒體等的運輸途徑 導(dǎo)肽假設(shè)導(dǎo)肽假設(shè)* 信號肽假設(shè)：信號肽假設(shè)： 信號肽信號肽：位于分泌蛋白：位于分泌蛋白N端的一段肽段，長度端的一段肽段，長度一般為一般為15-35個氨基酸殘基個氨基酸殘基, N-末端含有末端含有1個個或多個帶正電荷的氨基酸或多個帶正電荷的氨基酸,其后是其后是6-12個連續(xù)個連續(xù)的疏水殘基的疏水殘基;在蛋白質(zhì)合成中將核糖體引導(dǎo)到在蛋白質(zhì)合成中將核糖體引導(dǎo)到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)質(zhì)網(wǎng),進入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)后通常被切除；進入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)后通常被切除；n信號序列沒有特異性。信號序列沒有特異性。n內(nèi)含信號肽內(nèi)含信號肽(internal signal p

42、eptides), ,位于肽鏈中部，具信號序列的作用，不能位于肽鏈中部，具信號序列的作用，不能被切除被切除, , 合成的是膜蛋白。合成的是膜蛋白。信號肽假設(shè)的工作原理信號肽假設(shè)的工作原理n信號識別顆粒信號識別顆粒(signal recognition partical, SRP),是一種核糖核酸蛋白復(fù)合是一種核糖核酸蛋白復(fù)合體體,沉降系數(shù)為沉降系數(shù)為11S，含有分子量為，含有分子量為72kd、68kDa、54kDa、19kDa、14kDa及及9kDa的的6條多肽和一個條多肽和一個7S(長約長約300個核苷酸個核苷酸)的的scRNA, 它的作用是它的作用是識別信號序列識別信號序列,并將核并將核糖

43、體引導(dǎo)到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上糖體引導(dǎo)到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上。translation協(xié)助信號肽插入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)膜協(xié)助信號肽插入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)膜使核糖體肽鏈延伸反應(yīng)暫時停止使核糖體肽鏈延伸反應(yīng)暫時停止nSRP受體受體：又稱停靠蛋白（：又稱?？康鞍祝╠ocking protein，DP），能夠與結(jié)合有信號序列的），能夠與結(jié)合有信號序列的SRP牢牢地牢牢地結(jié)合結(jié)合,使正在合成蛋白質(zhì)的核糖體停靠到內(nèi)質(zhì)使正在合成蛋白質(zhì)的核糖體?？康絻?nèi)質(zhì)網(wǎng)上來網(wǎng)上來translationn核糖體受體蛋白轉(zhuǎn)運因子復(fù)合物核糖體受體蛋白轉(zhuǎn)運因子復(fù)合物： 形成跨膜通道，使信號肽和新生肽鏈通過；同形成跨膜通道，使信號肽和新生肽鏈通過；同時與核糖體緊密結(jié)合；時與核糖體

44、緊密結(jié)合；translation信號肽引導(dǎo)跨膜過程信號肽引導(dǎo)跨膜過程n信號肽與信號肽與SRP結(jié)合結(jié)合肽鏈延伸終止肽鏈延伸終止SRP與受與受體結(jié)合體結(jié)合SRP脫離信號肽脫離信號肽肽鏈在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上繼肽鏈在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上繼續(xù)合成，同時核糖體與跨膜通道蛋白結(jié)合續(xù)合成，同時核糖體與跨膜通道蛋白結(jié)合信信號肽引導(dǎo)新生肽鏈進入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔號肽引導(dǎo)新生肽鏈進入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔信號肽切除信號肽切除肽鏈延伸至終止肽鏈延伸至終止翻譯體系解散翻譯體系解散n這種肽鏈邊合成邊向內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔轉(zhuǎn)移的方式，是這種肽鏈邊合成邊向內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔轉(zhuǎn)移的方式，是在翻譯過程中完成的，即邊翻譯邊跨膜，故稱在翻譯過程中完成的，即邊翻譯邊跨膜，故稱為為共翻譯共翻譯（co-t

45、ranslation）。）。n從從SRP受體上釋放下來的受體上釋放下來的SRP可以循環(huán)使用，可以循環(huán)使用，稱為稱為SRP循環(huán)循環(huán)。translation導(dǎo)肽假設(shè)n線粒體、葉綠體、過氧化物體、乙醛酸體等的跨膜蛋白質(zhì)是屬于合成后再分選和運輸?shù)?，這些蛋白質(zhì)由胞漿內(nèi)游離核糖體合成，由導(dǎo)肽牽引到靶向部位。n導(dǎo)肽位于蛋白質(zhì)前體的N端，約含2080個氨基酸殘基，導(dǎo)肽所引導(dǎo)的前體蛋白通過細胞膜時，被12種內(nèi)肽酶水解后轉(zhuǎn)化為成熟型蛋白質(zhì)。n導(dǎo)肽的特征： n在新生肽鏈的跨膜中，以及進入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)在新生肽鏈的跨膜中，以及進入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)以后，都需要保護其不發(fā)生錯誤的折疊以后，都需要保護其不發(fā)生錯誤的折疊和變性和變性分子伴侶分

46、子伴侶負責(zé)調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)的負責(zé)調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)的折疊和組裝。折疊和組裝。translation分子伴侶參與蛋白質(zhì)的跨膜運輸n分子伴侶分子伴侶(chaperone): 能與其它構(gòu)象不穩(wěn)定的蛋白相結(jié)合并使之穩(wěn)定能與其它構(gòu)象不穩(wěn)定的蛋白相結(jié)合并使之穩(wěn)定的一類蛋白質(zhì)，通過與多肽結(jié)合來幫助被結(jié)合的一類蛋白質(zhì)，通過與多肽結(jié)合來幫助被結(jié)合的多肽在體內(nèi)的折疊、組裝、轉(zhuǎn)運或降解等，的多肽在體內(nèi)的折疊、組裝、轉(zhuǎn)運或降解等，在完成任務(wù)后從多肽上釋放下來。在完成任務(wù)后從多肽上釋放下來。translationn熱休克蛋白熱休克蛋白（heat shock protein, hsp) 是一種分子伴侶是一種分子伴侶,至少至少包括有兩大

47、類，包括有兩大類， hsp60和和hsp70，前者幫助尚，前者幫助尚未折疊或錯誤折疊的多未折疊或錯誤折疊的多肽鏈形成正確的折疊，肽鏈形成正確的折疊，而后者可以和新生肽鏈而后者可以和新生肽鏈結(jié)合，防止其聚集，有結(jié)合，防止其聚集，有利于正確折疊的形成。利于正確折疊的形成。n蛋白質(zhì)經(jīng)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)進入高爾基體再加工和折疊蛋白質(zhì)經(jīng)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)進入高爾基體再加工和折疊高爾基復(fù)合體是意大高爾基復(fù)合體是意大利科學(xué)家利科學(xué)家Camillo Golgi在在1898年發(fā)現(xiàn)年發(fā)現(xiàn)的的,它是普遍存在于真它是普遍存在于真核細胞中的一種細胞核細胞中的一種細胞器。器。n高爾基復(fù)合體位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)高爾基復(fù)合體位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和質(zhì)膜之間和質(zhì)膜之間, 是膜結(jié)合核是膜結(jié)合核糖體合成的蛋白質(zhì)的分選糖體合成的蛋白質(zhì)的分選和運輸?shù)闹虚g站和運輸?shù)闹虚g站n從從ER分泌出來的小泡同順分泌出來的小泡同順面高爾基網(wǎng)絡(luò)融合后成為面高爾基網(wǎng)絡(luò)融合后成為高爾基體的一