蛋白質(zhì)的生物合成翻譯4

第一節(jié)參與翻譯過程的物質(zhì)與功能

一、mRNA的結(jié)構(gòu)與功能（一）mRNA的結(jié)構(gòu)特點參與翻譯過程的物質(zhì)共包括：mRNA、tRNA、ribosome、氨基酸（AA）、氨?；?tRNA合成酶以及各種翻譯因子等。mRNAFigure.AribosomeassemblesfromitssubunitsonmRNA,translatesthenucleotidetripletsintoprotein,andthendissociatesfromthemRNA.當(dāng)前第1頁\共有73頁\編于星期六\11點（二）遺傳密碼當(dāng)前第2頁\共有73頁\編于星期六\11點（三）

密碼子的特性三聯(lián)體，連續(xù)性，不重疊，通用性，兼并性，兼職等。但存在例外。1.密碼子的兼并性（degeneracy）：多種密碼子負責(zé)編碼一種氨基酸。2.密碼子的例外:1）在支原體：UGATrp(色)；2）在纖毛蟲：UAA和UAGGlu（谷）；3）在人的線粒體：①UGA（終止密碼子）Trp(色)；②AGA，AGG（精）終止密碼子。另加UAA、UAG，線粒體共有4個終止密碼子；③內(nèi)部蛋氨酸的密碼子有2個：AUG和AUA，起始密碼子有4個：AUN；4）在酵母線粒體：除上述3點外，還有CUA亮Thr(蘇)。當(dāng)前第3頁\共有73頁\編于星期六\11點（四）遺傳密碼的破譯理論推算階段：1954年科普作家G.Gamow首先對遺傳密碼進行了理論推測：41=4；42=16；43=64；44=256。AA=20。（4=A、T、C、G）；所以，密碼子是三聯(lián)體。后來的實驗證實是對的。實驗證實階段：實驗一：1961年，Nirenberg的無細胞翻譯系統(tǒng)研究。無細胞翻譯系統(tǒng)的建立方法：破碎大腸桿菌（E.Coli），用DNA酶（DNase）處理，使模板DNA降解，不能再行轉(zhuǎn)錄生成新的mRNA，原有的mRNA因其壽命較短而消失。在該體系中存在除模板和各種氨基酸以外的蛋白質(zhì)合成所需全部成分。這就是無細胞翻譯系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中分別加入人工合成的polyU、polyA、polyC或polyG，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)中分別產(chǎn)生了poly(Phe)、poly(Lys)、poly(Pro)或poly(Gly)。這說明Phe、Lys、Pro和Gly的密碼子分別為UUU、AAA、CCC和GGG。當(dāng)前第4頁\共有73頁\編于星期六\11點在上述實驗的基礎(chǔ)上，將兩種堿基按不同比例混合，如：U:G=5:1，合成模板mRNA，其三聯(lián)體的種類共8種：UUU、UUG、UGU、GUU、GGG、GGU、GUG、UGG根據(jù)概率推算，上述8種三聯(lián)體在模板中出現(xiàn)的機率為125:25:25:25:1:5:5:5。利用這種mRNA模板在無細胞翻譯系統(tǒng)中合成多肽，經(jīng)氨基酸種類和含量測定發(fā)現(xiàn)，Phe:Cys=5:1；Phe:Val=5:1；Phe:Gly=25:1。由于苯丙氨酸的密碼子為UUU，故可以推知，半胱氨酸和纈氨酸的密碼子由2個U和1個G組成，而苷氨酸的密碼子由1個U和2個G組成。應(yīng)用類似的方法，測定了其他氨基酸的密碼子堿基組成。當(dāng)前第5頁\共有73頁\編于星期六\11點實驗二：三聯(lián)體結(jié)合實驗---Nirenberg（1964年）。破譯了全部密碼子，但沒有解決密碼子的閱讀方向問題。為了解決上述無細胞翻譯系統(tǒng)測定密碼子的不足，Nirenberg等人又設(shè)計進行了三聯(lián)體結(jié)合實驗。該實驗是在以下2個事實的基礎(chǔ)上進行的：1）

tRNA、氨基酸和三聯(lián)體的結(jié)合是特異的；2）由tRNA、氨基酸和三聯(lián)體三者構(gòu)成的復(fù)合體大分子不能通過硝酸纖維素濾膜，而由tRNA和氨基酸二者組成的復(fù)合體可以通過此膜。在無細胞翻譯系統(tǒng)中加入已知序列的三聯(lián)體如ACA和一種用14C標(biāo)記的氨基酸如絲氨酸（Ser），ACA進入核糖體后，如果攜帶標(biāo)記Ser的tRNA能夠與其結(jié)合，則不能透過硝酸纖維素濾膜，證明ACA就是Ser的密碼子。反之，ACA不是Ser的密碼子，再更換其他的三聯(lián)體，直至找到Ser的密碼子。通過本實驗，Nirenberg等人成功地破譯了20種氨基酸的全部遺傳密碼。當(dāng)前第6頁\共有73頁\編于星期六\11點實驗三：重復(fù)共聚物體外翻譯實驗---Khorana（1965年）密碼子全部被破譯。表.重復(fù)多聚核苷酸的不同設(shè)計方式及無細胞翻譯實驗結(jié)果重復(fù)序列可組成的三聯(lián)體密碼合成多肽的氨基酸組成(UC)nUCUCUCSer-Leu(UUC)nUUCUCUCUUPhe-Ser-Leu(UUAC)nUUACUUACUUACLeu-Leu-Thr-Tyr

至此，密碼子全部被破譯成功。正是由于Nirenberg和Khorana二人的創(chuàng)造性成果，他們于1968年共同獲得了諾貝爾化學(xué)獎。當(dāng)前第7頁\共有73頁\編于星期六\11點二、

tRNA的結(jié)構(gòu)與功能（一）tRNA的二級結(jié)構(gòu)Theacceptorarmconsistsofabase-pairedstemthatendsinanunpairedsequencewhosefree2′-or3′-OHgroupcanbelinkedtoanaminoacid.TheTΨCarmisnamedforthepresenceofthistripletsequence.(Ψstandsforpseudouridine,amodifiedbase.)Theanticodonarmalwayscontainstheanticodontripletinthecenteroftheloop.TheDarmisnamedforitscontentofthebasedihydrouridine(anotherofthemodifiedbasesintRNA).TheextraarmliesbetweentheTΨCandanticodonarmsandvariesfrom3~21bases.

當(dāng)前第8頁\共有73頁\編于星期六\11點（二）tRNA的三級結(jié)構(gòu)

所有的tRNA的三級結(jié)構(gòu)經(jīng)X-ray衍射發(fā)現(xiàn)，都呈L形，見下圖。

AmolecularmodelofthestructureofyeasttRNAPheisshowninFigure5.5.當(dāng)前第9頁\共有73頁\編于星期六\11點（三）tRNA的功能AA+ATP＝AA-AMP+PPi(氨基酸活化)AA-AMP+tRNA＝氨?；?tRNA+AMP同功tRNA(isoacceptingtRNA)：識別并攜帶同一種氨基酸的不同tRNA。tRNA正確識別和荷載氨基酸的原因：首先與氨?；?tRNA合成酶的結(jié)構(gòu)有關(guān)；其次與反密碼子有關(guān)；副密碼子的作用非常重要。副密碼子（paracodon）：（四）tRNA的豐富度與密碼子的使用頻率

密碼子優(yōu)化當(dāng)前第10頁\共有73頁\編于星期六\11點（五）搖擺假說（wobblehypothesis）：當(dāng)前第11頁\共有73頁\編于星期六\11點當(dāng)前第12頁\共有73頁\編于星期六\11點三、

核糖體的結(jié)構(gòu)與功能（一）核糖體的組成與結(jié)構(gòu)RNA的特異序列和功能

含CGAAC與GTψCG互補

CCUCCU與SD序列互補

有GAUC和TψCG互補

和Capm7G結(jié)合當(dāng)前第13頁\共有73頁\編于星期六\11點ElectronmicrographsofsubunitsandcompletebacterialribosomesareshowninFigure6.2.Togetherwithmodelsinthecorrespondingorientation.Thecomplete70Sribosomehasanasymmetricconstruction.Thepartitionbetweentheheadandbodyofthesmallsubunitisalignedwiththenotchofthelargesubunit,sothattheplatformofthesmallsubunitfitsintothelargesubunit.Thereisacavitybetweenthesubunitswhichcontainssomeoftheimportantsites.當(dāng)前第14頁\共有73頁\編于星期六\11點當(dāng)前第15頁\共有73頁\編于星期六\11點（二）核糖體的活性位點當(dāng)前第16頁\共有73頁\編于星期六\11點1）mRNA結(jié)合位點：位于30S亞基，由S1/S18/S21蛋白及16SrRNA組成。2）P位點：大部分位于50S，小部分位于30S，能與起始tRNA結(jié)合，涉及16SrRNA3’-端區(qū)域；涉及L2、L14、L18、L24、L27、L33。3）A位點：主要位于50S亞基，涉及16SrRNA及L1、L5、L7、L12、L20、L30、L33。4）肽酰基轉(zhuǎn)移酶活性位點：位于P和A位點的連接處,靠近tRNA的接受臂。涉及23SrRNA、L2、L3、L4、L15、L16。5）5SrRNA位點：在50S上，靠近肽?；D(zhuǎn)移酶活性位點，涉及L5、L8、L25。與23SrRNA結(jié)合。6）EF-Tu位點：位于50S亞基，靠近30S，涉及L5、L1、L20。7）EF-G結(jié)合位點：在50S亞基，靠近30S界面處，L7/L12附近。8）E位點：在50S亞基的頭部。P位點的脫酰基tRNA由此脫離核糖體。當(dāng)前第17頁\共有73頁\編于星期六\11點第二節(jié)肽鏈合成的起始、延伸和終止回顧：mRNA、tRNA、Ribosome等的結(jié)構(gòu)與功能。mRNA:蛋白質(zhì)合成的模板；tRNA:氨基酸的攜帶者；Ribosome:蛋白質(zhì)合成的場所。蛋白質(zhì)合成的原料是細胞中的20種氨基酸，反應(yīng)所需的能量由ATP與GTP提供。蛋白質(zhì)的生物合成過程主要包括：合成的起始；肽鏈的延伸；合成的終止與多肽鏈釋放。當(dāng)前第18頁\共有73頁\編于星期六\11點

一、氨基酸的激活與氨酰基-tRNA的合成1.氨基酸的激活與氨?；?tRNA的合成過程氨基酸不能直接與模板相結(jié)合，必須首先與相應(yīng)的tRNA結(jié)合，形成氨酰基‐tRNA。這一過程就是氨基酸的激活。將氨基酸接合于tRNA以形成氨?；\tRNA的激活反應(yīng)是在氨酰基‐tRNA合成酶的催化作用下進行的，需要ATP提供能量。這個反應(yīng)是不可逆轉(zhuǎn)的。AA+ATP＝AA-AMP+PPi(氨基酸活化)AA-AMP+tRNA＝氨?；?tRNA+AMP氨酰基-tRNA是蛋白質(zhì)合成過程中的一個關(guān)鍵性物質(zhì)，它們的合成不僅僅是一個攜帶氨基酸的過程。因為：（1）它為肽鍵的形成提供能量；（2）tRNA上的反密碼子與mRNA上的密碼子識別，執(zhí)行遺傳信息的解讀過程。當(dāng)前第19頁\共有73頁\編于星期六\11點2.氨?；?tRNA合成過程中的校正（proofreading）機制如何保證翻譯的正確性？（1）氨?；?tRNA合成酶能夠正確識別其底物氨基酸的側(cè)鏈。有些是高度專一的，有些則專一性不高。（2）對專一性不高的氨?；\tRNA合成酶的校正。（3）氨?；?tRNA合成酶也必須識別正確的tRNA。另外，還與tRNA的反密碼子有關(guān)；副密碼子的作用也非常重要。當(dāng)前第20頁\共有73頁\編于星期六\11點二、原核生物蛋白質(zhì)翻譯過程（一）翻譯的起始1.30S起始復(fù)合物的形成30S起始復(fù)合物包括fMet-tRNA、mRNA與30S小亞基結(jié)合。這一過程是在起始因子和GTP參與下完成的。原核起始因子有3種：IF1，IF2和IF3。IF1：IF1是一個小的堿性蛋白，它能增加IF2和IF3的活性。IF1與16SrRNA的結(jié)合位點在A位點

。另外，IF1具有活化GTP酶的作用。IF2：具有很強的GTP酶活性，在肽鏈合成起始時催化GTP水解。功能是生成IF2?GTP?fMet-tRNA三元復(fù)合物，在IF3存在下，使起始tRNA與核糖體小亞基結(jié)合。IF3：IF3與16SrRNA相互作用位點在P位點附近。IF3能通過促使mRNA的S-D序列與16SrRNA的3’-端堿基配對，讓核糖體識別mRNA上的特異啟動信號，又能刺激fMet-tRNAf與核糖體結(jié)合在AUG上。當(dāng)前第21頁\共有73頁\編于星期六\11點mRNA和fMet-tRNA

結(jié)合于IF·30S·GTP聚合體上。在結(jié)

合時，fMet-tRNA與IF2-GTP復(fù)合物緊密接觸。

在核糖體小亞基上的16SrRNA3’-端有一段順序：5’-PyACCUCCUA-3’。其中Py可以是任何嘧啶核苷酸。它可與

mRNA中的AUG上游約10個堿基處有一段富含嘌呤的序列

AGGA或GAGG（Shine-Dalgarno順序）互補。正是由這樣的

配對將AUG（或GUG，UUG）密碼子帶到核糖體的起始位置

上。fMet-tRNA

與小亞基上的A位點結(jié)合。

2.70S起始復(fù)合物的形成30S起始復(fù)合物一旦完全形成后，IF3即釋放出來。50S大亞基參加進來，并引起GTP水解和釋放其它兩個起始因子，最后的復(fù)合物稱為70S起始復(fù)合物。當(dāng)前第22頁\共有73頁\編于星期六\11點IF1：IF1是一個小的堿性蛋白，它能增加IF2和IF3的活性。IF1與16SrRNA的結(jié)合位點在A位點

。另外，IF1具有活化GTP酶的作用。IF3：與16SrRNA相互作用位點在P位點附近。IF3能通過促使mRNA的S-D序列與16SrRNA的3’-端堿基配對，讓核糖體識別mRNA上的特異啟動信號，又能刺激fMet-tRNA與核糖體結(jié)合在AUG上。IF2：具有很強的GTP酶活性，在肽鏈合成起始時催化GTP水解。功能是生成IF2?GTP?fMet-tRNAMetf三元復(fù)合物。在IF3存在下，使起始tRNA與核糖體小亞基結(jié)合。當(dāng)前第23頁\共有73頁\編于星期六\11點（二）多肽鏈的延伸、移位循環(huán)在起始階段形成的起始復(fù)合物可以接受第二個氨?；?tRNA，以形成蛋白質(zhì)第一個肽鍵。在第二個氨?；?tRNA進入A位點之后，便形成一個肽鍵，并產(chǎn)生出一個連接于第二個氨基酸的tRNA上的二肽。然后便發(fā)生移位，肽酰-tRNA和與之結(jié)合的mRNA密碼子協(xié)同轉(zhuǎn)移至P位點。這個氨基酸加成過程一再重復(fù)，每次加上一個氨基酸，直至形成一條完整的多肽鏈。肽鏈的延伸要求有延伸因子EF‐TU和EF‐TS參與。當(dāng)前第24頁\共有73頁\編于星期六\11點Figure6.20EF-Tu-GTPplacesaminoacyl-tRNAontheribosomeandthenisreleasedasEF-Tu-GDP.EF-TsisrequiredtomediatethereplacementofGDPbyGTP.ThereactionconsumesGTPandreleasesGDP.Theonlyaminoacyl-tRNAthatcannotberecognizedbyEF-Tu-GTPisfMet-tRNAf,whosefailuretobindpreventsitfromrespondingtointernalAUGorGUGcodons.當(dāng)前第25頁\共有73頁\編于星期六\11點Figure6.21Peptidebondformationtakesplacebyreactionbetweenthepolypeptideofpeptidyl-tRNAinthePsiteandtheaminoacidofaminoacyl-tRNAintheAsite.Peptidyltransferase

istheactivityoftheribosomal50Ssubunitthatsynthesizesapeptidebondwhenanaminoacidisaddedtoagrowingpolypeptidechain.TheactualcatalyticactivityisaproperyoftherRNA.當(dāng)前第26頁\共有73頁\編于星期六\11點（三）多肽鏈合成的終止Figure6.27MolecularmimicryenablestheelongationfactorTu-tRNAcomplex,thetranslocationfactorEF-G,andthereleasefactorsRF1/2-RF3tobindtothesameribosomalsite.當(dāng)前第27頁\共有73頁\編于星期六\11點當(dāng)前第28頁\共有73頁\編于星期六\11點Figure6.8Initiationrequiresfreeribosomesubunits.Whenribosomesarereleasedattermination,theydissociatetogeneratefreesubunits.Initiationfactorsarepresentonlyondissociated30Ssubunits.Whensubunitsreaassociatetogiveafunctionalribosomeatinitiation,theyreleasethefactors.當(dāng)前第29頁\共有73頁\編于星期六\11點Initiationinvolvesthereactionsthatprecedeformationofthepeptidebondbetweenthefirsttwoaminoacidsoftheprotein.ItrequirestheribosometobindtothemRNA,forminganinitiationcomplexthatcontainsthefirstaminoacyl-tRNA.Thisisarelativelyslowstepinproteinsynthesis,andusuallydeterminestherateatwhichanmRNAistranslated.

Elongationincludesallthereactionsfromsynthesisofthefirstpeptidebondtoadditionofthelastaminoacid.Aminoacidsareaddedtothechainoneatatime;theadditionofanaminoacidisthemostrapidstepinproteinsynthesis.

Terminationencompassesthestepsthatareneededtoreleasethecompletedpolypeptidechain;atthesametime,theribosomedissociatesfromthemRNA.當(dāng)前第30頁\共有73頁\編于星期六\11點當(dāng)前第31頁\共有73頁\編于星期六\11點Figure6.23Modelsfortranslocationinvolvetwostages.First,atpeptidebondformationtheaminoacylendofthetRNAintheAsitebecomeslocatedinthePsite.Second,theanticodonendofthetRNAbecomeslocatedinthePsite.當(dāng)前第32頁\共有73頁\編于星期六\11點表.大腸桿菌起始因子、延伸因子和終止因子的特性與功能因子分子量（kD）特性和功能起始因子IF19促進核糖體的解離和IF2活性IF2100由一個要求GTP的反應(yīng)使fMet-tRNA結(jié)合于核糖體的P位點IF322將mRNA結(jié)合于核糖體小亞基，可促進前導(dǎo)序列與16SrRNA3ˊ端堿基配對延伸因子EF-TU43將氨酰-tRNA結(jié)合于核糖體A位點EF-TS30重新生成EF-TU-GTPEF-G77肽基-tRNA密碼子和A位點移至P位點，此過程GTP參與。釋放因子RF136水解肽基-tRNA，要求UAA或UAG密碼子RF238水解肽基-tRNA，要求UAA或UGA密碼子RF346促進RF1，RF2活性當(dāng)前第33頁\共有73頁\編于星期六\11點三、真核生物蛋白質(zhì)的生物合成

真核生物蛋白質(zhì)合成與原核生物兩者相比，密碼相同，各種組分相似，亦有核糖體、tRNA及各種蛋白質(zhì)因子?？偟暮铣赏緩揭蚕嗨疲衅鹗?、延伸及終止階段，但也有不同之處。（一）真核生物蛋白質(zhì)合成的起始真核生物的起始氨基酸是蛋氨酸。參與翻譯起始反應(yīng)的起始因子已發(fā)現(xiàn)有10幾種。這個過程可分為3個步驟：1.43S前起始復(fù)合物的形成起始因子eIF-2與GTP形成穩(wěn)定復(fù)合物，后者與MettRNAMetI形成三元復(fù)合物，再與40S亞基形成43S前起始復(fù)合物。2.48S前起始復(fù)合物的形成在起始因子eIF-4A，eIF-4B，eIF-4E和ATP的參與下，43S前起始復(fù)合物與mRNA結(jié)合。eIF-4A有使mRNA二級結(jié)構(gòu)解旋的作用。eIF-4B則有結(jié)合mRNA并識別起始密碼子AUG的作用。形成48S前起始復(fù)合物。當(dāng)前第34頁\共有73頁\編于星期六\11點據(jù)Kozak等的研究，大多數(shù)起始密碼子的上游存在CCACC（稱為Kozak序列）AUGG。在43S前起始復(fù)合物沿mRNA向3ˊ端方向移動時，遇到CCACC序列時，即停止移動。起始密碼子AUG的識別可能是通過與tRNA上的反密碼子的作用。eIF-2也參與了這個識別過程。3.80S起始復(fù)合物的形成48S前起始復(fù)合物與核糖體60S大亞基結(jié)合，便形成了80S起始復(fù)合物。這一過程由GTP水解提供能量。各種起始因子釋放出來，參與下一輪的起始復(fù)合物形成。當(dāng)前第35頁\共有73頁\編于星期六\11點Figure6.18Ineukaryoticinitiation,eIF-2formsaternarycomplexwithMet-tRNAf.Theternarycomplexbindstofree40Ssubunits,whichattachtothe5endofmRNA.Laterinthereaction,GTPishydrolyzedwheneIF-2isreleasedintheformofeIF2-GDP.eIF-2Bregeneratestheactiveform.當(dāng)前第36頁\共有73頁\編于星期六\11點Figure6.19SeveraleukaryoticinitiationfactorsarerequiredtounwindmRNA,bindthesubunitinitiationcomplex,andsupportjoiningwiththelargesubunit.當(dāng)前第37頁\共有73頁\編于星期六\11點1.肽鏈的延伸真核生物的肽鏈延伸與原核相似，只是延伸因子EF-TU和EF-TS被eEF-1取代，而EF-G則被eEF-2取代。在真菌中，還要求第三種因子，即eEF-3的參與，以維持其翻譯的準(zhǔn)確性。2.肽鏈的終止真核生物的肽鏈合成的終止僅涉及一個釋放因子eRF。eRF分子量約為115kD。它可識別3種終止密碼子：UAA，UAG，UGA。eRF在活化了肽酰轉(zhuǎn)移酶釋放新生的肽鏈后，即從核糖體上解離。解離要求GTP的水解。故肽鏈合成的終止需要消耗能量。（二）肽鏈的延伸與終止當(dāng)前第38頁\共有73頁\編于星期六\11點四、原核生物與真核生物翻譯的比較⑴原核生物的翻譯與轉(zhuǎn)錄偶聯(lián)在一起，即邊轉(zhuǎn)錄邊翻譯；而真核生物的翻譯與轉(zhuǎn)錄不偶聯(lián)。真核mRNA前體需經(jīng)加工修飾成為成熟mRNA后，從核內(nèi)輸入細胞質(zhì)，然后進行翻譯。⑵真核生物蛋白質(zhì)合成機構(gòu)比原核生物復(fù)雜，起始步驟涉及起始因子眾多，過程復(fù)雜。如起始氨基酸；核糖體組成；起始因子的種類等等。⑶真核生物蛋白質(zhì)合成的調(diào)控復(fù)雜。⑷真核生物與原核生物的蛋白質(zhì)合成可為不同的抑制劑所抑制。當(dāng)前第39頁\共有73頁\編于星期六\11點Conclusion:RibosomesareribonucleoproteinparticlesinwhichamajorityofthemassisprovidedbyrRNA.Theshapesofallribosomesaregenerallysimilar,butonlythoseofbacteria(70S)havebeencharacterizedindetail.Thesmall(30S)subunithasasquashedshape,witha"body"containingabouttwo-thirdsofthemassdividedfromthe"head"byacleft.Thelarge(50S)subunitismorespherical,withaprominent"stalk"ontherightanda"centralprotuberance."Locationsofallproteinsareknownapproximatelyinthesmallsubunit.

EachsubunitcontainsasinglemajorrRNA,16Sand23Sinprokaryotes,18Sand28Sineukaryoticcytosol.TherearealsominorrRNAs,mostnotably5SrRNAinthelargesubunit.BothmajorrRNAshaveextensivebasepairing,mostlyintheformofshort,imperfectlypairedduplexstemswithsingle-strandedloops.ConservedfeaturesintherRNAcanbeidentifiedbycomparingsequencesandthesecondarystructuresthatcanbedrawnforrRNAofavarietyoforganisms.The16SrRNAhasfourdistinctdomains;thethreemajordomainshavebeenmappedintoregionsofthesmallsubunit.Eukaryotic18SrRNAhasadditionaldomains.Oneendofthe30SsubunitmayconsistlargelyorentirelyofrRNA.

當(dāng)前第40頁\共有73頁\編于星期六\11點Eachsubunithasseveralactivecenters,concentratedinthetranslationaldomainoftheribosomewhereproteinsaresynthesized.Proteinsleavetheribosomethroughtheexitdomain,whichcanassociatewithamembrane.ThemajoractivesitesarethePandAsites,theEsite,theEF-TuandEF-Gbindingsites,peptidyltransferase,andmRNA-bindingsite.Ribosomalproteinsrequiredforthefunctionofsomeofthesesiteshavebeenidentified,butthesiteshaveyettobemappedintermsofthree-dimensionalribosomestructure.Ribosomeconformationmaychangeatstagesduringproteinsynthesis;differencesintheaccessibilityofparticularregionsofthemajorrRNAshavebeendetected.

ThemajorrRNAscontainregionsthatarelocalizedatsomeofthesesites,mostnotablythemRNA-bindingsiteandPsiteonthe30Ssubunit.The3′terminalregionoftherRNAseemstobeofparticularimportance.FunctionalinvolvementoftherRNAinribosomalsitesisbestestablishedforthemRNA-bindingsite,wheremutationsin16SrRNAaffecttheinitiationreaction.RibosomalRNAisalsothetargetforsomeantibioticsorotheragentsthatinhibitproteinsynthesis.23SrRNAappearstopossesstheessentialcatalyticactivityofpeptidyltransferase.當(dāng)前第41頁\共有73頁\編于星期六\11點AcodoninmRNAisrecognizedbyanaminoacyl-tRNA,whichhasananticodoncomplementarytothecodonandcarriestheaminoacidcorrespondingtothecodon.AspecialinitiatortRNA(fMet-tRNAfinprokaryotesorMet-tRNAiineukaryotes)recognizestheAUGcodon,whichisusedtostartallcodingsequences.Inprokaryotes,GUGisalsoused.Onlythetermination(nonsense)codonsUAA,UAG,andUGAarenotrecognizedbyaminoacyl-tRNAs.

Ribosomesarereleasedfromproteinsynthesistoenterapooloffreeribosomesthatareinequilibriumwithseparatesmallandlargesubunits.SmallsubunitsbindtomRNAandthenarejoinedbylargesubunitstogenerateanintactribosomethatundertakesproteinsynthesis.Recognitionofaprokaryoticinitiationsiteinvolvesbindingofasequenceat

the3′endofrRNAtotheShine-DalgarnomotifwhichprecedestheAUG(orGUG)codoninthemRNA.RecognitionofaeukaryoticmRNAinvolvesbindingtothe5′cap;thesmallsubunitthenmigratestotheinitiationsitebyscanningforAUGcodons.WhenitrecognizesanappropriateAUGcodon(usuallybutnotalwaysthefirstitencounters)itisjoinedbyalargesubunit.

當(dāng)前第42頁\共有73頁\編于星期六\11點Aribosomecancarrytwoaminoacyl-tRNAssimultaneously:itsPsiteisoccupiedbyapolypeptidyl-tRNA,whichcarriesthepolypeptidechainsynthesizedsofar,whiletheAsiteisusedforentrybyanaminoacyl-tRNAcarryingthenextaminoacidtobeaddedtothechain.ThepolypeptidechaininthePsiteistransferredtotheaminoacyl-tRNAintheAsiteandthentheribosometranslocatesonecodonalongthemRNA.TranslocationandseveralotherstagesofribosomefunctionrequirehydrolysisofGTP.

Proteinsynthesisisanexpensiveprocess.ATPisusedtoprovideenergyatseveralstages,includingthechargingoftRNAwithitsaminoacid,andtheunwindingofmRNA.Ithasbeenestimatedthatupto90%ofalltheATPmoleculessynthesizedinarapidlygrowingbacteriumareconsumedinassemblingaminoacidsintoprotein!

當(dāng)前第43頁\共有73頁\編于星期六\11點Additionalfactorsarerequiredateachstageofproteinsynthesis.Theyaredefinedbytheircyclicassociationwith,anddissociationfrom,theribosome.IFfactorsareinvolvedinprokaryoticinitiation.IF-3isneededfor30SsubunitstobindtomRNAandalsoisresponsibleformaintainingthe30Ssubunitinafreeform.IF-2isneededforfMet-tRNAftobindtothe30Ssubunitandisresponsibleforexcludingotheraminoacyl-tRNAsfromtheinitiationreaction.GTPishydrolyzedaftertheinitiatortRNAhasbeenboundtotheinitiationcomplex.Theinitiationfactorsmustbereleasedinordertoallowalargesubunittojointheinitiationcomplex.

ProkaryoticEFfactorsareinvolvedinelongation.EF-Tubindsaminoacyl-tRNAtothe70Sribosome.GTPishydrolyzedwhenEF-Tuisreleased,andEF-TsisrequiredtoregeneratetheactiveformofEF-Tu.EF-Gisrequiredfortranslocation.BindingoftheEF-TuandEF-Gfactorstoribosomesismutuallyexclusive,whichensuresthateachstepmustbecompletedbeforethenextcanbestarted.RFfactorsarerequiredfortermination.Proteinsynthesisineukaryotesisgenerallysimilartotheprocessinprokaryotes,butinvolvesamorecomplexsetofaccessoryfactors.

當(dāng)前第44頁\共有73頁\編于星期六\11點什么是蛋白質(zhì)？

第三節(jié)蛋白質(zhì)翻譯后的加工由一定數(shù)量和種類的氨基酸通過羧基與氨基縮合形成的肽鍵連接在一起，并經(jīng)進一步折疊、盤曲、纏繞而形成的具有一定空間結(jié)構(gòu)和生物功能的生物大分子。當(dāng)前第45頁\共有73頁\編于星期六\11點蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)層次：一級二級三級四級結(jié)構(gòu)當(dāng)前第46頁\共有73頁\編于星期六\11點蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)層次：一級結(jié)構(gòu)或氨基酸序列二級結(jié)構(gòu)Motif立體結(jié)構(gòu)空間結(jié)構(gòu)domain高級結(jié)構(gòu)三級結(jié)構(gòu)

四級結(jié)構(gòu)當(dāng)前第47頁\共有73頁\編于星期六\11點蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)是指多肽鏈中的氨基酸的排列順序。一級結(jié)構(gòu)是蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)層次體系的基礎(chǔ)，它是決定更高層次結(jié)構(gòu)的主要因素，也就是一級結(jié)構(gòu)決定高級結(jié)構(gòu)。這是蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)組織的基本原理。蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)組織的基本原理：

當(dāng)前第48頁\共有73頁\編于星期六\11點蛋白質(zhì)變性：天然態(tài)（折疊態(tài)）變性態(tài)（伸展態(tài)）體外蛋白質(zhì)的復(fù)性：UIN（一）體外蛋白質(zhì)折疊的機制

體外蛋白質(zhì)的折疊可能是始于疏水坍塌（hydrophobiccollapse），或始于轉(zhuǎn)角（turn），或始于共價鍵相互作用（如二硫鍵的形成）。在折疊早期，可能這三種方式聯(lián)合起作用。之后，可能沿著有限的多途徑形成中間態(tài)（熔球態(tài)）。這個過程是快速的。最后再由中間態(tài)進入天然態(tài)，此過程比較慢，是折疊反應(yīng)的限速步驟。變性因素快慢一、蛋白質(zhì)的折疊當(dāng)前第49頁\共有73頁\編于星期六\11點溶劑中的水分子對蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)具有重要的作用：1）結(jié)合在蛋白質(zhì)分子表面的水分子，具有穩(wěn)定表面?zhèn)孺湹臉?gòu)象和表面二級結(jié)構(gòu)片段的作用；2）結(jié)合在蛋白質(zhì)分子內(nèi)部的少量水分子，不僅有助于局部結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，還可直接參與蛋白質(zhì)的功能作用；3）環(huán)境中的水有助于蛋白質(zhì)的折疊和三維結(jié)構(gòu)的形成。當(dāng)前第50頁\共有73頁\編于星期六\11點（二）體內(nèi)蛋白質(zhì)的折疊體內(nèi)環(huán)境復(fù)雜；需要助折疊蛋白（foldinghelper）的參與，從而降低了折疊的錯誤，提高了效率；在翻譯結(jié)束之前即開始（鄒氏學(xué)說）。助折疊蛋白：1.酶：蛋白質(zhì)二硫鍵異構(gòu)酶；肽酰脯氨酰順反異構(gòu)酶。與新生肽鏈的折疊密切相關(guān)，加速蛋白質(zhì)折疊過程。2.分子伴侶：細胞內(nèi)幫助新生肽鏈正確組裝，成為成熟蛋白質(zhì)，而本身卻不是最終功能蛋白質(zhì)分子的組成成分的分子，都稱為分子伴侶（molecularchaperone）。當(dāng)前第51頁\共有73頁\編于星期六\11點Figure8.5Chaperonefamilieshaveeukaryoticandbacterialcounterparts(namedinparentheses).脅迫-70（stress-70）家族：分子伴侶蛋白：脅迫‐70（stress‐70）家族；分子伴侶（chaperonin）家族。廣泛存在于原核和真核生物細胞中。當(dāng)前第52頁\共有73頁\編于星期六\11點Figure8.6DnaJassiststhebindingofDnaK(Hsp70),whichassiststhefoldingofnascentproteins.ATPhydrolysisdrivesconformationalchange.GrpEdisplacestheADP;thiscausesthechaperonestobereleased.Multiplecyclesofassociationanddissociationmayoccurduringthefoldingofasubstrateprotein。當(dāng)前第53頁\共有73頁\編于星期六\11點分子伴侶（chaperonin）家族：Figure8.8GroELformsanoligomeroftworings,eachcomprisingahollowcylindermadeof7subunits.當(dāng)前第54頁\共有73頁\編于星期六\11點Figure8.9TworingsofGroELassociatebacktobacktoformahollowcylinder.GroESformsadomethatcoversthecentralcavityononeside.Proteinsubstratesbindtothecavityinthedistalring.當(dāng)前第55頁\共有73頁\編于星期六\11點二、蛋白質(zhì)的修飾（一）末端氨基的脫甲酰化和N端蛋氨酸的切除對起始氨基酸的修飾。（二）多肽鏈的水解斷裂:胰島素的修飾過程。Prepro-insulinPro-insulininsulinPre-peptideC-peptide當(dāng)前第56頁\共有73頁\編于星期六\11點圖5.人胰島素原的分子結(jié)構(gòu)模式圖Fig.5SketchoftheStructureofHumanProinsulin圖6.由胰島素原轉(zhuǎn)變?yōu)橐葝u素的產(chǎn)物Fig.6ProinsulinChangingintoInsulin當(dāng)前第57頁\共有73頁\編于星期六\11點（三）氨基酸側(cè)鏈的修飾二硫鍵的形成；羥化作用；氨基酸殘基的交聯(lián)；羧化作用；甲基化等。詳細內(nèi)容參見下表。（四）糖基化生成糖蛋白，膜蛋白和分泌蛋白多為糖蛋白。（五）脂類對蛋白質(zhì)的共價修飾(1)在翻譯后，脂肪酸與半胱氨酸、絲氨酸或蘇氨酸側(cè)鏈酯化，以脂酰-CoA為供體；(2)在翻譯中，連接肉豆寇酸于N-端甘氨酸；(3)在翻譯后，通過乙醇胺將糖基-磷脂?；〈迹℅PI）連接于多肽前體的接近C端的氨基酸殘基上，生成與膜結(jié)合的GPI-錨定蛋白（GPI-anchoredprotein）。

當(dāng)前第58頁\共有73頁\編于星期六\11點表.蛋白質(zhì)生物合成中氨基酸殘基的修飾氨基酸修飾方式精氨酸ADP‐核糖基化；氨基未端甲基化天冬酰胺ADP‐核糖基化；糖基化；氨基未端甲基化；β‐羥化作用天冬氨酸在GPI‐錨錠蛋白中以酰胺連接于乙醇胺；β‐羥化作用半胱氨酸二硫鍵形成；脂肪酰化作用谷氨酸Υ‐羥基化作用；甲基化作用谷氨酰胺賴氨酸氨基交聯(lián)；氨基末端甲基化；內(nèi)部環(huán)化成氨基末端焦谷氨酸甘氨酸轉(zhuǎn)變成羥基未端酰胺；氨基未端的肉豆寇?；M氨酸形成白喉酰胺（dipbthamide），ADP‐核糖基化；氨基末端甲基化賴氨酸羥化作用后5‐羥賴氨酸糖基化；交聯(lián)形成；乙?；饔眉琢虬彼岚被炊思柞；鶊F脫甲酰化作用；氨基未端甲基化苯丙氨酸氨基未端甲基化脯氨酸羥化作用形成3‐或4‐羥脯氨酸；氨基未端甲基化絲氨酸磷酸化；糖基化；脂肪?；?；在tRNA水平上硒代半胱氨酸的形成蘇氨酸磷酸化作用；糖基化作用；脂肪酰化作用酪氨酸磷酸化作用；哺乳動物α‐微管蛋白中羥基未端殘基的交換當(dāng)前第59頁\共有73頁\編于星期六\11點（六）

ADP‐核糖基化：細胞核內(nèi)組蛋白。（七）乙?；?/p>

乙酰化普遍存在于原核和真核生物中。有二種:(1)由結(jié)合于核糖體的乙?；D(zhuǎn)移酶催化，將乙酰‐CoA的乙?；D(zhuǎn)移至正在合成的多肽鏈上；（2）翻譯后由細胞質(zhì)的酶催化發(fā)生乙?；?。（八）磷酸化酶、受體、介質(zhì)及調(diào)節(jié)因子等蛋白質(zhì)的普遍修飾方式。在細胞生長和代謝調(diào)節(jié)中有重要功能。發(fā)生在翻譯后，由各種蛋白激酶催化進行。（九）C端酰胺基的引入（十）酪氨基的硫酸化真核生物蛋白質(zhì)的酪氨酸硫酸化。

當(dāng)前第60頁\共有73頁\編于星期六\11點第四節(jié)蛋白質(zhì)的跨膜運輸與定位一、蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)位的途徑1.

共翻譯（cotranslation）轉(zhuǎn)位ProteinsthatarelocalizedcotranslationallyassociatewiththeERmembraneduringsynthesis,sotheirribosomesare"membrane-bound".Theproteinspassintotheendoplasmicreticulum,alongtotheGolgi,andthenthroughtheplasmamembrane,unlesstheyhavesignalsthatcauseretentionatoneofthestepsonthepathway.Theymayalsobedirectedtootherorganelles,suchasendosomesorlysosomes.2.翻譯后轉(zhuǎn)位Proteinsthatarelocalizedpost-translationallyarereleasedintothecytosolaftersynthesisonfreeribosomes.Somehavesignalsfortargetingtoorganellessuchasthenucleusormitochondria.當(dāng)前第61頁\共有73頁\編于星期六\11點Figure8.1Proteinsthatarelocalizedpost-translationallyarereleasedintothecytosolaftersynthesisonfreeribosomes.ProteinsthatarelocalizedcotranslationallyassociatewiththeERmembraneduringsynthesis.當(dāng)前第62頁\共有73頁\編于星期六\11點（一）

共翻譯（co-translation）轉(zhuǎn)位Figure8.3Membrane-boundribosomeshaveproteinswithN-terminalsequencesthatentertheERduringsynthesis.Theproteinsmayflowthroughtotheplasmamembraneormay