蛋白質(zhì)合成及轉(zhuǎn)運王鏡巖生物化學(全)

1、第第3838章章 蛋白質(zhì)合成及轉(zhuǎn)運蛋白質(zhì)合成及轉(zhuǎn)運 第一節(jié)第一節(jié) 蛋白質(zhì)合成的分子基礎(chǔ)蛋白質(zhì)合成的分子基礎(chǔ) （要件）（要件）一、一、mRNAmRNA是蛋白質(zhì)合成的模板是蛋白質(zhì)合成的模板 mRNAmRNA以核苷酸序列的方式攜帶遺傳信息，以核苷酸序列的方式攜帶遺傳信息，通過這些信息來指導合成多肽鏈中的氨通過這些信息來指導合成多肽鏈中的氨基酸的序列。每一個氨基酸可通過基酸的序列。每一個氨基酸可通過mRNAmRNA上上3 3個核苷酸序列組成的遺傳密碼來決定，個核苷酸序列組成的遺傳密碼來決定，這些密碼以連續(xù)的方式連接，組成讀碼這些密碼以連續(xù)的方式連接，組成讀碼框架框架 。原核細胞原核細胞mRNAmRNA

2、的結(jié)構(gòu)特點的結(jié)構(gòu)特點5 3 順反子順反子順反子順反子順反子順反子插入順序插入順序插入順序插入順序先導區(qū)先導區(qū)末端順序末端順序AGGAGGUSD區(qū)區(qū) 半衰期短半衰期短 許多原核生物許多原核生物mRNAmRNA以多順反子形式存在以多順反子形式存在 AUGAUG作為起始密碼；作為起始密碼；AUGAUG上游上游7 71212個核苷酸處個核苷酸處有一被稱為有一被稱為SDSD序列的保守區(qū)，序列的保守區(qū)， 16S rRNA3- 16S rRNA3- 端反向互補而使端反向互補而使mRNAmRNA與核糖體結(jié)合。與核糖體結(jié)合。真核細胞真核細胞mRNAmRNA的結(jié)構(gòu)特點的結(jié)構(gòu)特點5 “帽子帽子”PolyA 3 順反

3、子順反子m7G-5 ppp-N-3 p帽子結(jié)構(gòu)功能帽子結(jié)構(gòu)功能 使使mRNAmRNA免遭核酸酶的破壞免遭核酸酶的破壞 使使mRNAmRNA能與核糖體小亞基結(jié)合并開始能與核糖體小亞基結(jié)合并開始合成蛋白質(zhì)合成蛋白質(zhì) 被蛋白質(zhì)合成的起始因子所識別，從被蛋白質(zhì)合成的起始因子所識別，從而促進蛋白質(zhì)的合成。而促進蛋白質(zhì)的合成。 是是mRNAmRNA由細胞核進入細由細胞核進入細胞質(zhì)所必需的形式胞質(zhì)所必需的形式 它大大提高了它大大提高了mRNAmRNA在細在細胞質(zhì)中的穩(wěn)定性胞質(zhì)中的穩(wěn)定性AAAAAAA-OH tRNAtRNA在蛋白質(zhì)合成中處于關(guān)鍵地位，它不但為每個在蛋白質(zhì)合成中處于關(guān)鍵地位，它不但為每個三聯(lián)體

4、密碼子譯成氨基酸提供接合體，還為準確無誤三聯(lián)體密碼子譯成氨基酸提供接合體，還為準確無誤地將所需氨基酸運送到核糖體上提供運送載體。地將所需氨基酸運送到核糖體上提供運送載體。1 1、tRNAtRNA的結(jié)構(gòu)特征的結(jié)構(gòu)特征三葉草型二級結(jié)構(gòu)三葉草型二級結(jié)構(gòu)2 2、tRNAtRNA的功能的功能: :（1 1）被特定的氨酰）被特定的氨酰- tRNA- tRNA合成酶識別，合成酶識別，使使tRNAtRNA接受正確的活化氨基酸。接受正確的活化氨基酸。（2 2）識別識別mRNAmRNA鏈上的密碼子。鏈上的密碼子。（3 3）在蛋白質(zhì)合成過程中，）在蛋白質(zhì)合成過程中，tRNAtRNA起著連起著連接生長的多肽鏈與核糖體

5、的作用。接生長的多肽鏈與核糖體的作用。 tRNAtRNA含有兩個關(guān)鍵的含有兩個關(guān)鍵的部位：部位： 一個是一個是氨基酸結(jié)合部氨基酸結(jié)合部位，位， 另一個是另一個是與與mRNAmRNA的結(jié)的結(jié)合部位。合部位。 對于組成蛋白質(zhì)的對于組成蛋白質(zhì)的2020種氨基酸來說，每一種氨基酸來說，每一種至少有一種種至少有一種tRNAtRNA來來負責轉(zhuǎn)運。負責轉(zhuǎn)運。 氨酰氨酰- tRNA- tRNA合成酶特點合成酶特點a a、專一性：、專一性： 對氨基酸有極高的專一性，每種氨基酸都對氨基酸有極高的專一性，每種氨基酸都有專一的酶，只作用于有專一的酶，只作用于L-L-氨基酸，不作用氨基酸，不作用于于D-D-氨基酸。氨基

6、酸。 對對tRNAtRNA 具有極高專一性。含同義密碼子具有極高專一性。含同義密碼子的的tRNAtRNA由相同的氨酰由相同的氨酰-tRNA-tRNA合成酶識別合成酶識別b b、校對作用：、校對作用：氨酰氨酰-tRNA-tRNA合成酶的水解部位可以水解錯誤合成酶的水解部位可以水解錯誤活化的氨基酸?；罨陌被?。 tRNAtRNA分子攜帶氨基酸的分子機制分子攜帶氨基酸的分子機制 tRNAtRNA分子上與多肽合成有關(guān)的位點至分子上與多肽合成有關(guān)的位點至少有少有4 4個，分別為個，分別為: : 33端端CCACCA上的氨基酸接受位點上的氨基酸接受位點 氨酰氨酰-tRNA-tRNA合成酶識別的位點合成酶

7、識別的位點 核糖體識別位點核糖體識別位點 反密碼子位點。反密碼子位點。氨氨基基酸酸的的活活化化EEAAEAAtRNAAAEtRNAAAEtRNAAA氨基酸氨基酸氨酰腺苷酸氨酰腺苷酸第一步第一步第二步第二步氨氨基基酸酸的的活活化化3-氨酰氨酰-tRNA密密碼碼子子與與反反密密碼碼子子的的配配對對關(guān)關(guān)系系反密碼子反密碼子tRNA5 3 A U C5 mRNA3 密碼子密碼子1 2 3核核 糖糖 體體核糖體是由核糖體是由rRNArRNA和多種蛋白質(zhì)結(jié)合而成的和多種蛋白質(zhì)結(jié)合而成的一種大的核糖核蛋白顆粒，蛋白質(zhì)肽鍵的一種大的核糖核蛋白顆粒，蛋白質(zhì)肽鍵的合成就是在這種核糖體上進行的。合成就是在這種核糖體

8、上進行的。1 1、核糖體的結(jié)構(gòu)和組成、核糖體的結(jié)構(gòu)和組成2、核糖體的功能、核糖體的功能核核糖糖體體的的組組成成原核生物核原核生物核糖體的組成糖體的組成原核生物核糖體結(jié)構(gòu)示意圖原核生物核糖體結(jié)構(gòu)示意圖原核細胞原核細胞70S核糖體的核糖體的A位、位、P位及位及mRNA結(jié)合部位示意圖結(jié)合部位示意圖30S與與mRNA結(jié)合部位結(jié)合部位結(jié)合或結(jié)合或接受肽接受肽基的部基的部位）位）結(jié)結(jié)合或接受合或接受AA- tRNAAA- tRNA的部位）的部位）50SmRNA第二節(jié)第二節(jié) 蛋白質(zhì)合成的機理蛋白質(zhì)合成的機理（原核生物）（原核生物）氨氨基基酸酸的的活活化化EEAAEAAtRNAAAEtRNAAAEtRNAAA

9、氨基酸氨基酸氨酰腺苷酸氨酰腺苷酸第一步第一步第二步第二步氨氨基基酸酸的的活活化化3-氨酰氨酰-tRNAN-N-甲酰甲硫氨酰甲酰甲硫氨酰-tRNA-tRNAt tMetMet的形成的形成CHOCHO-HN-CH-COO-tRNA-HN-CH-COO-tRNA CH CH2 2 CH CH2 2 S S CH CH3 3 + +H H2 2N-CH-COO-tRNAN-CH-COO-tRNA CH CH2 2 CH CH2 2 S S CH CH3 3Met-tRNAtMetfMet-tRNAtMet轉(zhuǎn)甲酰酶轉(zhuǎn)甲酰酶原核生物多肽鏈的合成過程原核生物多肽鏈的合成過程 原核生物多肽鏈的合成分為三個階原

10、核生物多肽鏈的合成分為三個階段：肽鏈合成的起始、肽鏈的延伸、段：肽鏈合成的起始、肽鏈的延伸、肽鏈合成的終止和釋放。肽鏈合成的終止和釋放。1、肽鏈合成的起始肽鏈合成的起始2、肽鏈的延長、肽鏈的延長3、肽鏈合成的終止及釋放、肽鏈合成的終止及釋放 翻譯開始于翻譯開始于mRNAmRNA與核糖體的結(jié)合與核糖體的結(jié)合 在原核細生物在原核細生物中一個中一個mRNAmRNA上可以有多個起始位點，上可以有多個起始位點，為多個蛋白質(zhì)編碼。原核細胞中的核糖體是如何為多個蛋白質(zhì)編碼。原核細胞中的核糖體是如何對對mRNAmRNA分子內(nèi)如此眾多的分子內(nèi)如此眾多的AUGAUG起始位點進行識別起始位點進行識別? ? 細菌的細

11、菌的mRNAmRNA通常含有一段通常含有一段富含嘌呤堿基富含嘌呤堿基的序列，稱的序列，稱作作SDSD序列序列，它們通常在起始，它們通常在起始AUGAUG序列上游序列上游1010個堿基個堿基左右的位置，能與細菌左右的位置，能與細菌16SrRNA 316SrRNA 3端的端的7 7個嘧啶堿個嘧啶堿基進行堿基互補性的識別，以幫助從起始基進行堿基互補性的識別，以幫助從起始AUGAUG處開處開始翻譯。始翻譯。在真核生物在真核生物的的mRNAmRNA中，最靠近中，最靠近55端的端的AUGAUG序列通常是起始密碼。核糖體小亞基首先結(jié)序列通常是起始密碼。核糖體小亞基首先結(jié)合在合在mRNAmRNA的的55端，然

12、后向端，然后向33端移動，直到端移動，直到AUGAUG序列被序列被tRNAitRNAiMetMet上的反密碼子識別。上的反密碼子識別。這種這種識別被類似識別被類似GCCGCCpuCCAUGGGCCGCCpuCCAUGG這樣的序列所加這樣的序列所加強強，核糖體與它怎樣進行的識別過程目前尚核糖體與它怎樣進行的識別過程目前尚不清楚不清楚 。無此序列，小亞基將不能識別。無此序列，小亞基將不能識別AUGAUG階段原核階段原核 真核真核 功功 能能IF1IF2 eIF2 參與起始復合物的形成參與起始復合物的形成IF3 eIF3、eIF4C起始起始CBP I 與與mRNA帽子結(jié)合帽子結(jié)合 eIF4A B F

13、 參與尋找第一個參與尋找第一個AUGeIF5 協(xié)助協(xié)助eIF2 、 eIF3、eIF4C的釋放的釋放eIF6 協(xié)助協(xié)助60S亞基從無活性的核糖體上解離亞基從無活性的核糖體上解離EF-Tu eEF1 協(xié)助氨酰協(xié)助氨酰-tRNA進入核糖體進入核糖體延長延長EF-Ts eEF1 幫助幫助EF-Tu 、 eEF1 周轉(zhuǎn)周轉(zhuǎn) EF-G eEF2 移位因子移位因子RF-1終止終止 eRF 釋放完整的肽鏈釋放完整的肽鏈RF-2肽鏈合成的起始肽鏈合成的起始30S亞基亞基 mRNA IF3- IF1復合復合物物30S mRNA GTP- fMet tRNA- IF2- IF1復合物復合物70S起始復合物起始復合

14、物 mRNA +30S亞基亞基-IF3IF-3IF2GTPIF3 IF2 IF1IF2-GTP-fMet-tRNAIF350S50S亞基亞基IF2+ IF1+GDP+PiIF-1IF170S起始起始復合物復合物肽鏈的延長肽鏈合成的肽鏈合成的終止及釋放終止及釋放（1 1）釋放因子）釋放因子RFRF1 1或或RFRF2 2進入進入核糖體核糖體A A位。位。 （2 2）多肽鏈的）多肽鏈的釋放釋放（3 3）70S70S核糖核糖體解離體解離tRNARFRF肽鍵的形成肽鍵的形成TuTs循環(huán)循環(huán)多核糖體與核糖體循環(huán)多核糖體與核糖體循環(huán)合成完畢合成完畢的肽鏈的肽鏈多核糖體多核糖體3mRNA延伸中的肽鏈延伸中的

15、肽鏈5核糖體循環(huán)核糖體循環(huán)多核糖體1 1、真核細胞核糖體比原核細胞核糖體更大更復雜；、真核細胞核糖體比原核細胞核糖體更大更復雜；2 2、起始氨基酸為、起始氨基酸為MetMet，不是，不是fMetfMet；3 3、肽鏈合成的起始：由、肽鏈合成的起始：由40S40S核糖體亞基首核糖體亞基首 先識別先識別mRNAmRNA的的55端端- -帽子，然后沿帽子，然后沿mRNAmRNA移動尋找移動尋找AUGAUG；4 4、起始因子有、起始因子有1212種，但只有種，但只有2 2種延長因子和種延長因子和1 1種終種終止因子；止因子；5 5、真核細胞種線粒體、葉綠體的核糖體大小、組成、真核細胞種線粒體、葉綠體的

16、核糖體大小、組成及蛋白質(zhì)合成過程都類似于原核細胞。及蛋白質(zhì)合成過程都類似于原核細胞。第三節(jié)第三節(jié) 蛋白質(zhì)的運輸及翻譯后修飾蛋白質(zhì)的運輸及翻譯后修飾 在核糖體上新合成的多肽被送往細胞的各個部在核糖體上新合成的多肽被送往細胞的各個部分，以行使各自的生物功能分，以行使各自的生物功能 ，所以新合成的所以新合成的多肽的輸送是有目的、定向地進行的。多肽的輸送是有目的、定向地進行的。 對真核生物來說，對真核生物來說，游離狀態(tài)的核糖體停留游離狀態(tài)的核糖體停留在胞漿中，只合成供裝在胞漿中，只合成供裝配線粒體及葉綠體膜的配線粒體及葉綠體膜的蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)。結(jié)合于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的核糖結(jié)合于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的核糖體新合成的多肽進入

17、內(nèi)體新合成的多肽進入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)進行后加工。質(zhì)網(wǎng)進行后加工。 一、蛋白質(zhì)通過其信號肽引導到目的地一、蛋白質(zhì)通過其信號肽引導到目的地 每需要運輸?shù)亩嚯亩己幸欢伟被嵝蛄?，稱每需要運輸?shù)亩嚯亩己幸欢伟被嵝蛄校Q為為信號肽序列信號肽序列(signal leader sequence)(signal leader sequence)，引，引導多肽至不同的運系統(tǒng)。在真核細胞中，當某導多肽至不同的運系統(tǒng)。在真核細胞中，當某一種多肽的一種多肽的N N端剛開始合成不久，這種多肽合端剛開始合成不久，這種多肽合成后的去向就已被決定。成后的去向就已被決定。 疏水性的氨基酸區(qū)疏水性的氨基酸區(qū) 信號肽酶識別位點信號肽酶

18、識別位點 SRPSRP：信號識別體；信號識別體；2 2個功能個功能（1 1）識別信號肽，（）識別信號肽，（2 2）暫時阻止肽鏈延伸。）暫時阻止肽鏈延伸。 SRP受體受體停泊蛋白停泊蛋白分泌蛋白質(zhì)的合成和胞吐作用分泌蛋白質(zhì)的合成和胞吐作用內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)高爾基體高爾基體泡泡泡泡泡融入泡融入質(zhì)膜質(zhì)膜核糖體核糖體芽泡芽泡帶有導肽的線粒體蛋白質(zhì)帶有導肽的線粒體蛋白質(zhì)前體跨膜運送過程示意圖前體跨膜運送過程示意圖 1 1、肽鏈末端的修飾：、肽鏈末端的修飾： N-N-端端fMetfMet或或MetMet的切除的切除 2 2、信號序列的切除、信號序列的切除 3 3、二硫鍵的形成、二硫鍵的形成 4 4、部分肽段的切除、部分肽段的切除 5 5、個別氨基酸的修飾、個別氨基酸的修飾 6 6、糖基側(cè)鏈的添加、糖基側(cè)鏈的添加