生物化學(xué)第14章翻譯

1、蛋白質(zhì)的生物合成蛋白質(zhì)的生物合成（翻譯（翻譯）Protein Biosynthesis，Translationl蛋白質(zhì)的生物合成，即蛋白質(zhì)的生物合成，即翻譯翻譯，就是將，就是將核酸中由核酸中由 4 種種核苷酸序列核苷酸序列編碼的遺傳編碼的遺傳信息，通過信息，通過遺傳密碼遺傳密碼破譯的方式解讀破譯的方式解讀為蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)中為蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)中20種種氨基酸的排氨基酸的排列順序列順序 。解決以下的幾個問題：解決以下的幾個問題：1. 氨基酸的選擇和參與氨基酸的選擇和參與2. 合成的蛋白質(zhì)如何從無活性合成的蛋白質(zhì)如何從無活性變得有活性？變得有活性？3. 蛋白質(zhì)的靶向輸送蛋白質(zhì)的靶向輸送蛋白質(zhì)合成體系蛋

2、白質(zhì)合成體系Protein Biosynthesis System第第 一一 節(jié)節(jié) l合成原料：合成原料：20種有遺傳密碼的氨基酸種有遺傳密碼的氨基酸l 三種三種RNAmRNA（messenger RNA, 信使信使RNA）rRNA（ribosomal RNA, 核蛋白體核蛋白體RNA）tRNA（transfer RNA, 轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)移RNA）l參與的蛋白質(zhì)因子、酶及酶的輔助因子：參與的蛋白質(zhì)因子、酶及酶的輔助因子： 如起始階段的如起始階段的起始因子起始因子、延長階段的、延長階段的延延長因子長因子、終止階段的、終止階段的釋放因子釋放因子，轉(zhuǎn)肽酶、，轉(zhuǎn)肽酶、氨基酰氨基酰-tRNA合成酶。合成酶。l能

3、源：能源： ATP主要參與氨基酸的活化；主要參與氨基酸的活化； GTP提供翻譯起始、延長、終止階段提供翻譯起始、延長、終止階段所需能量所需能量一、翻譯模板一、翻譯模板mRNA及遺傳密碼及遺傳密碼l 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(cistron)。 原核細(xì)胞中數(shù)個結(jié)構(gòu)基因常串聯(lián)為一個原核細(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)錄生成的轉(zhuǎn)錄單位，轉(zhuǎn)錄生成的mRNA可編碼幾可編碼幾種功能相關(guān)的蛋白質(zhì)，為種功能相關(guān)的蛋白質(zhì)，為多順反子多順反子(polycistron) 。 真核真核mRNA只編碼一種蛋白

4、質(zhì)，為只編碼一種蛋白質(zhì)，為單順單順反子反子(single cistron) 。原核生物的多順反子原核生物的多順反子真核生物的單順反子真核生物的單順反子非編碼序列非編碼序列核蛋白體結(jié)合位點(diǎn)核蛋白體結(jié)合位點(diǎn)起始密碼子起始密碼子終止密碼子終止密碼子編碼序列編碼序列PPP5 3 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)PPPmG -5 3 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)l mRNA上存在遺傳密碼上存在遺傳密碼mRNA分子上分子上從從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(

5、triplet coden)。起始密碼起始密碼(initiation coden): AUG 終止密碼終止密碼(termination coden): UAA，UAG，UGA 遺遺傳傳密密碼碼表表從從mRNA 5 端端起始密碼子起始密碼子AUG到到3 端端終止密碼子之間的核苷酸序列，各個終止密碼子之間的核苷酸序列，各個三聯(lián)體密碼連續(xù)排列編碼一個蛋白質(zhì)多三聯(lián)體密碼連續(xù)排列編碼一個蛋白質(zhì)多肽鏈，稱為肽鏈，稱為開放閱讀框架開放閱讀框架(open reading frame, ORF)。 l遺傳密碼的特點(diǎn)遺傳密碼的特點(diǎn)1. 方向性方向性5 端端 3 端端2. 連續(xù)性連續(xù)性(commaless)編碼蛋白

6、質(zhì)氨基酸序列的編碼蛋白質(zhì)氨基酸序列的各個三聯(lián)體密碼連續(xù)閱讀，密各個三聯(lián)體密碼連續(xù)閱讀，密碼間既無間斷也無交叉碼間既無間斷也無交叉。 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)致基發(fā)生插入或缺失，可能導(dǎo)致框移突框移突變變(frameshift mutation)。 3. 簡并性簡并性(degeneracy) 除除Met、Trp外，其余氨基酸均由外，其余氨基酸均由2個個以上以上密碼子編碼。密碼子編碼。 同義密碼子同義密碼子 但每一個密碼子僅對應(yīng)一個氨基酸。但每一個密碼子僅對應(yīng)一個氨基酸。不同物種對密碼子有不同物種對密碼子有“偏愛性偏愛性”。3. 簡并性簡并

7、性(degeneracy)(degeneracy)4. 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。 已發(fā)現(xiàn)少數(shù)例外，如動物細(xì)胞的線粒體、已發(fā)現(xiàn)少數(shù)例外，如動物細(xì)胞的線粒體、植物細(xì)胞的葉綠體。植物細(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。 5. 擺動性擺動性(wobble)轉(zhuǎn)運(yùn)氨基酸的轉(zhuǎn)運(yùn)氨基酸的tRNA的的反密碼反密碼需要需要通過堿基互補(bǔ)與通過堿基互補(bǔ)與mRNA上的上的遺傳密碼遺傳密碼反向配對反向配對結(jié)合，但反密碼與密碼間不結(jié)合，但反密

8、碼與密碼間不嚴(yán)格遵守常見的堿基配對規(guī)律，稱為嚴(yán)格遵守常見的堿基配對規(guī)律，稱為擺動配對。擺動配對。 U擺動配對擺動配對密碼子、反密碼子配對的擺動現(xiàn)象密碼子、反密碼子配對的擺動現(xiàn)象tRNA反密碼子反密碼子第第1位堿基位堿基IUGACmRNA密碼子密碼子第第3位堿基位堿基U, C, A A, GU, CUG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 組成、結(jié)構(gòu)與功能特點(diǎn)：組成、結(jié)構(gòu)與功能特點(diǎn)：1. 結(jié)構(gòu)復(fù)雜而精密結(jié)構(gòu)復(fù)雜而精密 由數(shù)種由數(shù)種rRNArRNA（占（占60%60%左右）左右） 及數(shù)十種及數(shù)十種蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)組成。組成。2. rRNA起著起著主導(dǎo)主導(dǎo)的作用，的作用，蛋白質(zhì)蛋

9、白質(zhì) 協(xié)助維持協(xié)助維持rRNA的功能區(qū)域。的功能區(qū)域。12/56原核生物原核生物真核生物真核生物核蛋核蛋白體白體小亞基小亞基大亞基大亞基核蛋核蛋白體白體小亞基小亞基大亞基大亞基S70S30S50S80S40S60SrRNA16S-rRNA5S-rRNA23S-rRNA18S-rRNA28S-rRNA5S-rRNA5.8S-rRNA蛋白蛋白質(zhì)質(zhì)rpS 21種種rpL 36種種rpS 33種種rpL 49種種 不同細(xì)胞核蛋白體的組成不同細(xì)胞核蛋白體的組成 原核生物翻譯過程中核蛋白體結(jié)構(gòu)模式原核生物翻譯過程中核蛋白體結(jié)構(gòu)模式:A位：氨基酰位位：氨基酰位(aminoacyl site)P位：肽酰位位：

10、肽酰位(peptidyl site)E位：排出位位：排出位(exit site)三、三、tRNA是蛋白質(zhì)合成的搬運(yùn)工具是蛋白質(zhì)合成的搬運(yùn)工具反密碼環(huán)反密碼環(huán)氨基酸臂氨基酸臂 tRNA的功能：的功能： 2. 活化氨基酸；活化氨基酸； 1. 搬運(yùn)氨基酸；搬運(yùn)氨基酸； 3. 在在密碼子密碼子與對應(yīng)與對應(yīng)氨基酸氨基酸之間起接合體之間起接合體 (adaptor) 的作用。的作用。15/56如：如：密碼子密碼子GGUGGU-攜帶反密碼子攜帶反密碼子ACCACC的的tRNA-tRNA- -GlyGly密碼子密碼子tRNAtRNA反密碼子反密碼子氨基酸是對號入座氨基酸是對號入座。氨基酸氨基酸 + tRNA氨基

11、酰氨基酰- tRNAATP AMPPPi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)：酶找相應(yīng)的氨基酸酶找相應(yīng)的氨基酸氨基酸氨基酸 ATP-E 氨基酰氨基酰-AMP-E AMP PPi第二步反應(yīng)：第二步反應(yīng)：酶找相應(yīng)的酶找相應(yīng)的tRNAtRNA氨基酰氨基酰-AMP-E tRNA 氨基酰氨基酰-tRNA AMP El氨基酰氨基酰tRNA合成酶合成酶有有20種，分別特異種，分別特異性識別相應(yīng)的性識別相應(yīng)的20種種氨基酸氨基酸和相應(yīng)的和相應(yīng)的tRNA.。l 氨基

12、酰氨基酰tRNA合成酶合成酶的活性是絕對的活性是絕對專一性的，酶同時對氨基酸和專一性的，酶同時對氨基酸和tRNA高度特異地識別。高度特異地識別。l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(proofreading activity) 。l氨基酰氨基酰-tRNA的表示方法：的表示方法：Ala-tRNAAla Ser-tRNASerMet-tRNAMet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大腸桿菌大腸桿菌起始密碼子編碼的起始密碼子編碼的met須甲?；毤柞；疌H3

13、SCH2CH2CHH2NCOOtRNAfMet轉(zhuǎn)甲?；皋D(zhuǎn)甲?；窷10-CHO-FH4CH3SCH2CH2CHH-C-HNCOOtRNAfMetO20/56真核真核細(xì)胞細(xì)胞起始密碼子編碼的起始密碼子編碼的met不須不須甲酰化甲?；鞍踪|(zhì)生物合成過程蛋白質(zhì)生物合成過程 The Process of Protein Biosynthesis 第第 二二 節(jié)節(jié) l翻譯的起始翻譯的起始(initiation)l翻譯的延長翻譯的延長(elongation)l翻譯的終止翻譯的終止(termination )整個翻譯過程可分為整個翻譯過程可分為 ：翻譯過程從閱讀框架的翻譯過程從閱讀框架的5 -AUG開始，

14、開始，按按mRNA模板三聯(lián)體密碼的順序延長肽模板三聯(lián)體密碼的順序延長肽鏈，多肽鏈的合成是從鏈，多肽鏈的合成是從N端向端向C端端，直至，直至終止密碼終止密碼出現(xiàn)。出現(xiàn)。 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)合翻譯起始復(fù)合物物 (translational initiation complex)。原核生物各種起始因子原核生物各種起始因子(IF)(IF)的生物功能：的生物功能： -IF-3 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 P位位 對結(jié)合起始對結(jié)合起始tRNAtRNA敏感性敏感

15、性IF-2 IF-2 促進(jìn)起始促進(jìn)起始tRNAtRNA與小亞基結(jié)合與小亞基結(jié)合IF-1 IF-1 占據(jù)占據(jù)A A位防止結(jié)合其他位防止結(jié)合其他tRNAtRNA 生物功能生物功能起始因起始因子子（一）翻譯的起始因子（一）翻譯的起始因子leIF-2：促進(jìn)起始：促進(jìn)起始Met-tRNAiMet與與40S小亞基結(jié)合小亞基結(jié)合leIF-2B：鳥苷酸交換因子（：鳥苷酸交換因子（GEF），將），將eIF-2上的上的GDP交換交換成成GTPleIF-3：最先與：最先與40S小亞基結(jié)合，促進(jìn)大小亞基分離小亞基結(jié)合，促進(jìn)大小亞基分離leIF-4A：eIF-4F復(fù)合物成分，有解旋酶活性，有利用復(fù)合物成分，有解旋酶活性

16、，有利用mRNA掃描掃描leIF-4B：結(jié)合：結(jié)合mRNA，促進(jìn)，促進(jìn)mRNA掃描定位起始掃描定位起始AUGleIF-4E：eIF-4F復(fù)合物成分，結(jié)合復(fù)合物成分，結(jié)合mRNA的的5 端帽子結(jié)構(gòu)端帽子結(jié)構(gòu)leIF-4G：eIF-4F復(fù)合物成分，連接復(fù)合物成分，連接eIF-4E、eIF-3和和PABP等等組分組分leIF-5：水解：水解GTP， 促進(jìn)各種起始因子從核糖體釋放，進(jìn)而促進(jìn)各種起始因子從核糖體釋放，進(jìn)而結(jié)合大亞基結(jié)合大亞基leIF -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真核生物起始因子真核生物起始因子（eIF）的生物功能：的生物功能： （一）原核生物翻譯起始復(fù)合物

17、形成（一）原核生物翻譯起始復(fù)合物形成l核蛋白體大小亞基分離；核蛋白體大小亞基分離；lmRNA在小亞基定位結(jié)合；在小亞基定位結(jié)合；l起始氨基酰起始氨基酰- -tRNA的結(jié)合；的結(jié)合； l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 IF-3IF-1IF-2GTP3. 起始氨基酰起始氨基酰tRNA( fMet-tRNAimet )結(jié)合到結(jié)合到小亞基小亞基A U G53IF-3IF-1IF-2GTPGDPPi4. 核蛋白體大亞基結(jié)合，起始復(fù)合物形成核蛋白

18、體大亞基結(jié)合，起始復(fù)合物形成A U G53（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l核蛋白體大小亞基分離；核蛋白體大小亞基分離；l起始氨基酰起始氨基酰- -tRNA結(jié)合結(jié)合；lmRNA在核蛋白體小亞基就位；在核蛋白體小亞基就位；l核蛋白體大亞基結(jié)合。核蛋白體大亞基結(jié)合。mRNA eIF-6 GDP+PielF-5ATPADP+PielF4E, elF4G, elF4A, elF4B,PABPMetMet-tRNAiMet-elF-2 -GTP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)合物形成過程起始因子起始因子IF和和eIF（eukaryotic IF）IF與與e

19、IF在形成起始復(fù)合物中的作用比較在形成起始復(fù)合物中的作用比較大小亞基分離大小亞基分離IFeIF步驟步驟IF3（IF1）eIF3mRNA的就位的就位核酸之間及與核酸之間及與蛋白質(zhì)的辨認(rèn)蛋白質(zhì)的辨認(rèn)結(jié)合結(jié)合eIF4G，eIF4EeIF4A ， eIF4BPABP起始起始tRNA就位就位IF2, GTP(IF1)eIF2 大小亞基結(jié)合大小亞基結(jié)合IF脫落及脫落及GTP水解水解eIF脫落，脫落，eIF5 , GTP水解水解27/56 真核生物與原核生物翻譯起始的不同點(diǎn)：真核生物與原核生物翻譯起始的不同點(diǎn)：1. 起始起始Met-tRNAiMet不需甲?；?；不需甲酰化；2. eIF種類多種類多；3. 小亞

20、基先與小亞基先與Met-tRNAiMet結(jié)合，再與結(jié)合，再與 mRNA結(jié)合；結(jié)合；5. ATP和和GTP供能。供能。4. mRNA與與40s亞基的結(jié)合依靠亞基的結(jié)合依靠帽子結(jié)合蛋白帽子結(jié)合蛋白 側(cè)側(cè)復(fù)合物復(fù)合物與與mRNA帽子結(jié)構(gòu)的識別結(jié)合。帽子結(jié)構(gòu)的識別結(jié)合。28/56二、肽鏈合成延長二、肽鏈合成延長指根據(jù)指根據(jù)mRNA密碼序列的指導(dǎo)，密碼序列的指導(dǎo)，次序添加氨基酸次序添加氨基酸從從N端向端向C端端延伸肽延伸肽鏈，直到合成終止的過程。鏈，直到合成終止的過程。 l每次循環(huán)包括以下三步每次循環(huán)包括以下三步： 進(jìn)位進(jìn)位(entrance) 成肽成肽(peptide bond formation)

21、轉(zhuǎn)位轉(zhuǎn)位(translocation)l肽鏈延長在核蛋白體上連續(xù)性循環(huán)式肽鏈延長在核蛋白體上連續(xù)性循環(huán)式進(jìn)行，又稱為進(jìn)行，又稱為核蛋白體循環(huán)核蛋白體循環(huán)(ribosomal cycle)，每次循環(huán)增加一個氨基酸。，每次循環(huán)增加一個氨基酸。l延伸過程所需蛋白因子稱為延伸過程所需蛋白因子稱為延長因子延長因子(elongation factor, EF)原核生物：原核生物：EF-T (EF-Tu, EF-Ts)EF-G真核生物：真核生物：EF-1 、EF-2原核延長因原核延長因子子生物功能生物功能對應(yīng)真核延長對應(yīng)真核延長因子因子EF-TuEF-Tu結(jié)合結(jié)合GTPGTP，攜帶氨基酰，攜帶氨基酰-tRN

22、A-tRNA進(jìn)入進(jìn)入A A位位EF-1-EF-1-EF-TsEF-TsGTPGTP交換蛋白，使交換蛋白，使EF-TuEF-Tu上的上的GDPGDP交換交換成成GTPGTPEF-1-EF-1-EFGEFG單體單體G G蛋白，具有蛋白，具有GTPaseGTPase活性，水解活性，水解GTP,GTP,發(fā)揮轉(zhuǎn)位酶作用，促進(jìn)肽酰發(fā)揮轉(zhuǎn)位酶作用，促進(jìn)肽酰- -tRNAtRNA由由A A位前移到位前移到P P位位EF-2EF-2肽鏈合成的延長因子肽鏈合成的延長因子 又稱注冊又稱注冊(registration)（一）進(jìn)位（一）進(jìn)位指根據(jù)指根據(jù)mRNA下下一組遺傳密碼指導(dǎo)，一組遺傳密碼指導(dǎo)，使相應(yīng)氨基酰使相應(yīng)氨

23、基酰-tRNA進(jìn)入核蛋白體進(jìn)入核蛋白體A位。位。目目 錄錄延長因子延長因子EF-T催化催化進(jìn)位（原核生物）進(jìn)位（原核生物）目目 錄錄Tu TsGTPGDPA U G53TuTsGTP目目 錄錄（二）成肽（二）成肽指在指在轉(zhuǎn)肽酶轉(zhuǎn)肽酶(transpeptidase)的作用的作用下，將下，將P位點(diǎn)的位點(diǎn)的肽?；孽；D(zhuǎn)移到轉(zhuǎn)移到A位點(diǎn)位點(diǎn)的的氨基酰氨基酰-tRNA上，在上，在A位形成位形成肽鍵肽鍵，使，使肽鏈延長。肽鏈延長。（三）轉(zhuǎn)位（三）轉(zhuǎn)位延長因子延長因子EF-G有有轉(zhuǎn)位酶轉(zhuǎn)位酶( ( translocase ) )活性，可結(jié)合并水解活性，可結(jié)合并水解1 1分子分子GTP，促進(jìn)，促進(jìn)核蛋白體向

24、核蛋白體向mRNA的的3 3側(cè)移動側(cè)移動 。目目 錄錄fMetA U G53fMetTuGTP目目 錄錄進(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真核生物肽鏈合成的延長過程與原核核基本相似基本相似，但有，但有不同的反應(yīng)體系和延不同的反應(yīng)體系和延長因子長因子。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，位，轉(zhuǎn)位時卸載的轉(zhuǎn)位時卸載的tRNAtRNA直接從直接從P P位脫落。位脫落。（四）真核生物延長過程（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，多上終止密碼出現(xiàn)后，多肽鏈合成停止，肽鏈從肽酰肽鏈合成停止，肽鏈從肽酰-tRN

25、A中釋出，中釋出，mRNA、核蛋白體等分離，、核蛋白體等分離，這些過程稱為這些過程稱為肽鏈合成終止肽鏈合成終止。RF-3：具有：具有GTP酶活性，可結(jié)合并水解酶活性，可結(jié)合并水解 1分子分子GTP，促進(jìn)促進(jìn)RF-1或或RF-2與與 核蛋白體結(jié)合。核蛋白體結(jié)合。 真核生物真核生物的的釋放因子釋放因子：eRF-1和和eRF-3RF-1：UAA，UAGRF-2：UAA，UGA 當(dāng)當(dāng)mRNA上的上的終止密碼子終止密碼子處在處在A位位時，釋放時，釋放因子因子(RF)識別這種信號識別這種信號, 進(jìn)入終止階段進(jìn)入終止階段.34/56eRF-1：識別三種終止密碼識別三種終止密碼eRF-3：與與RF-3類似類似

26、U A G53RFCOO-目目 錄錄原核肽鏈合成終止過程：原核肽鏈合成終止過程：目目 錄錄多聚核蛋白體多聚核蛋白體(polysome)使蛋白質(zhì)合成高使蛋白質(zhì)合成高速、高效進(jìn)行。速、高效進(jìn)行。蛋白質(zhì)合成能量消耗情況蛋白質(zhì)合成能量消耗情況1. 氨基酸活化：氨基酸活化：2個個ATP2. 翻譯起始：原核生物翻譯起始：原核生物1個個GTP 真核生物真核生物1個個GTP， 1個個ATP3. 翻譯延長：每形成一個肽鍵需翻譯延長：每形成一個肽鍵需2個個GTP4. 翻譯終止：翻譯終止：1個個GTP39/56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 &a

27、mp; Protein Transportation第第 三三 節(jié)節(jié)主要包括主要包括:l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) l肽鏈一級結(jié)構(gòu)的修飾肽鏈一級結(jié)構(gòu)的修飾l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)幾種有促進(jìn)蛋白折疊功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-

28、trans isomerase, PPI)1. 熱休克蛋白熱休克蛋白(heat shock protein, HSP) HSP70、HSP40和和GrpE族族 2. 伴侶素伴侶素(chaperonins) GroEL和和GroES家族家族分子伴侶分子伴侶分子伴侶是細(xì)胞中一類保守蛋白分子伴侶是細(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)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)的正確折疊。各功能域和整體蛋白質(zhì)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，再釋放該片段進(jìn)結(jié)合保護(hù)待折疊多肽片段，再釋放該片段進(jìn)行折疊。形成行折

29、疊。形成HSP70和多肽片段依次結(jié)合、解離和多肽片段依次結(jié)合、解離的循環(huán)。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)行正確折疊復(fù)合物解離，釋出多肽鏈片段進(jìn)行正確折疊 目目 錄錄伴侶素伴侶素GroEL/GroES系統(tǒng)促進(jìn)蛋白質(zhì)折疊過程系統(tǒng)促進(jìn)蛋白質(zhì)折疊過程 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)提供能折疊形成天為非自發(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)境然空間構(gòu)象的微環(huán)境。 二、一級結(jié)構(gòu)的修飾二、一級結(jié)構(gòu)的

30、修飾（一）肽鏈一）肽鏈N端的修飾端的修飾（二）個別氨基酸的修飾（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 原核生物原核生物（一）（一） 去除去除N末端蛋氨酸殘基末端蛋氨酸殘基脫甲脫甲?；铬；窶et-fMet-氨基肽酶氨基肽酶真核細(xì)胞真核細(xì)胞（二）（二） 個別氨基酸個別氨基酸的修飾的修飾磷酸化：磷酸化：絲氨酸，蘇氨酸，酪氨酸絲氨酸，蘇氨酸，酪氨酸羥基化：羥基化：脯氨酸，賴氨酸脯氨酸，賴氨酸?；乎；航M氨酸組氨酸甲基化：甲基化：色氨酸色氨酸核糖基化：核糖基化：精氨酸精氨酸意義：意義： 調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與功能。與功能。（三）多肽鏈的水解修飾（三）多肽鏈的

31、水解修飾NC信號肽信號肽KRKR103肽（？）肽（？）ACTH -LT -MSH -MSH -EndophinPOMC（265 aa）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，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)胞靶定向輸送到最終發(fā)揮生物功能的細(xì)胞靶部位，這一過程稱為部位，這一過程稱為蛋白質(zhì)的靶向輸送蛋白質(zhì)的靶向輸送 (protein targeting) 。四、蛋白質(zhì)合成后的靶向輸送四、蛋白質(zhì)合成后的靶向輸送分泌性蛋白前體分泌性蛋白前體N

32、端有端有信號肽信號肽（signal peptide） 信號肽信號肽富含富含疏疏水氨基酸水氨基酸，其作用是使新合，其作用是使新合成的多肽鏈成的多肽鏈易于穿過膜系統(tǒng)，易于穿過膜系統(tǒng)，隨后被隨后被信號肽信號肽酶切除。酶切除。46/56蛋白質(zhì)合成后的去路：蛋白質(zhì)合成后的去路：后兩者稱為后兩者稱為分泌性蛋白分泌性蛋白胞漿；胞內(nèi)細(xì)胞器；胞外胞漿；胞內(nèi)細(xì)胞器；胞外（一）分泌蛋白的靶向輸送（一）分泌蛋白的靶向輸送真核細(xì)胞分泌蛋白等前體合成后真核細(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)。靶向輸送過程首先要進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)。 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端有端有保守的氨基酸序列稱信號肽。保守的氨基酸序列稱信號肽。 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）線粒體蛋白的靶向輸送（二）線粒體蛋白的靶向輸送 目目 錄錄（三）細(xì)胞核蛋白的靶向輸送（三）細(xì)胞核蛋白的靶向輸送目目 錄錄蛋白質(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 &a