1、蛋白质生物合成蛋白质生物合成（翻译（翻译）Protein Biosynthesis，Translation第第 十十 二二 章章1/882/88蛋白质合成体系蛋白质合成体系Protein Biosynthesis SystemProtein Biosynthesis System 第第 一一 节节 3/88总反应是式：总反应是式：n n（氨基酸）氨基酸）蛋白质蛋白质合成酶系合成酶系传递遗传信息传递遗传信息模板模板mRNAmRNA氨基酸转运及翻译氨基酸转运及翻译“适配机适配机”tRNA”tRNA蛋白质蛋白质蛋白质合成蛋白质合成“装配机装配机”rRNA”rRNA供能物质供能物质ATPATP、GTP
2、GTP其它必需因子其它必需因子4/88一、一、mRNA是蛋白质生物合成直接模板是蛋白质生物合成直接模板1.1.碱基排列次序决定了氨基酸排列次序碱基排列次序决定了氨基酸排列次序5/88*遗传密码概念：遗传密码概念：mRNAmRNA分子上从分子上从5 5 至至3 3 方向，方向，每相邻每相邻3 3个核苷酸为一组，代表一个氨基酸或个核苷酸为一组，代表一个氨基酸或其它信息，这么三个核苷酸称为其它信息，这么三个核苷酸称为三联体密码三联体密码(triplet coden)(triplet coden)2.mRNA2.mRNA上存在遗传密码上存在遗传密码6/88*开放读码框架开放读码框架（open read
3、ing frame,open reading frame,ORFORF)从从mRNA mRNA 5 5 端端起起始始密密码码子子AUGAUG到到3 3 端端终终止止密密码码子子之之间间核核苷苷酸酸序序列列，各各个个三三联联体体密密码码连连续续排排列列编编码码一个蛋白质多肽链，称为开放阅读框架一个蛋白质多肽链，称为开放阅读框架 5-5-AUGAUGACAACACCACCAGCAGCAAUGAUGCAGCAGGUAGUAUCA-3UCA-37/88遗遗传传密密码码表表6464个个密码子：密码子：6161个个代表代表2020种氨基酸；种氨基酸；3 3个个不表示氨基酸，表示终止信号，称不表示氨基酸，表
4、示终止信号，称终止密码终止密码8/88*遗传密码特点：遗传密码特点：1.1.方向性方向性 三联体密码阅读方向是三联体密码阅读方向是5 5 3 3。55339/882.2.连续性连续性10/88起始密码：起始密码：AUGAUG多肽链多肽链刚刚合成出来：合成出来：真核，第一个真核，第一个AAAA总是总是甲硫氨酸甲硫氨酸 原核，第一个原核，第一个AAAA总是总是甲酰甲硫氨酸甲酰甲硫氨酸11/883.3.简并性简并性(degeneracy)(degeneracy)一个氨基酸有二个以上密码，一个氨基酸有二个以上密码，这些密码这些密码一、二位碱基是相同，而第三位碱基不一样。一、二位碱基是相同，而第三位碱基
5、不一样。同义密码同义密码12/8813/884.4.通用性通用性 蛋白质生物合成整套密码，从原核生物蛋白质生物合成整套密码，从原核生物到人类都通用。到人类都通用。已发觉少数例外，如动物细胞线粒体已发觉少数例外，如动物细胞线粒体 AUAAUA：甲硫氨酸和起始密码甲硫氨酸和起始密码 AGA.AGGAGA.AGG：终止密码，终止密码，14/885.5.摆动性摆动性(wobble)(wobble)发生于密码子第发生于密码子第三三个碱基个碱基和反密码第和反密码第一一个碱基间个碱基间不严格恪守碱基配对标准不严格恪守碱基配对标准15/8816/88tRNAtRNA反密码子反密码子第第1 1位碱基位碱基I I
6、U UG GA AC CmRNAmRNA密码子密码子第第3 3位碱基位碱基U,C,AU,C,AA,GA,GU,CU,CU UG G密码子、反密码子配正确密码子、反密码子配正确摆动摆动现象现象17/88mRNAmRNA功效：功效：蛋白质合成直接模板，碱基次序按三蛋白质合成直接模板，碱基次序按三联密码决定了氨基酸排列次序，密码阅联密码决定了氨基酸排列次序，密码阅读方向为读方向为535318/88二、核蛋白体是蛋白质生物合成场所二、核蛋白体是蛋白质生物合成场所rRNA+rRNA+蛋白质蛋白质 核蛋白体核蛋白体蛋白质合蛋白质合成场所成场所19/88原核生物原核生物大亚基大亚基小亚基小亚基1.1.核蛋白
7、体组成及结构核蛋白体组成及结构真核生物真核生物20/882.2.核糖体上功效结合位点核糖体上功效结合位点*有结合各种蛋白因子部位有结合各种蛋白因子部位*小亚基上有容纳小亚基上有容纳mRNAmRNA部位部位*有有P P位、位、A A位位、E E位位*有形成肽键部位有形成肽键部位 P P、A A之间有转肽酶之间有转肽酶21/88原核生物翻译过程中核蛋白体结构模式原核生物翻译过程中核蛋白体结构模式:A A位：氨基酰位位：氨基酰位(aminoacyl site)(aminoacyl site)P P位：肽酰位位：肽酰位(peptidyl site)(peptidyl site)E E位：排出位位：排出
8、位(exit site)(exit site)22/8823/88核糖体功效：核糖体功效：蛋白质合成场所，由大小亚基组成，蛋白质合成场所，由大小亚基组成，小亚基与小亚基与mRNAmRNA结合，核糖体上有结合，核糖体上有P P位位和和A A位，是形成肽键中心位，是形成肽键中心24/88三、三、tRNAtRNA是氨基酸运载工具是氨基酸运载工具和翻译适配器和翻译适配器25/88氨基酸臂氨基酸臂反密码环反密码环26/8827/88tRNAtRNA三级结构示意图三级结构示意图28/88tRNAtRNA功效：功效：经过经过3CCA-OH3CCA-OH将氨基酸带到蛋白质合成将氨基酸带到蛋白质合成场所，经过反
9、密码子将氨基酸正确就位场所，经过反密码子将氨基酸正确就位.tRNAtRNA二级结构与功效关系？二级结构与功效关系？29/88四、翻译需要酶类、蛋白质因子四、翻译需要酶类、蛋白质因子转肽酶转肽酶：核糖体大亚基上一个蛋白质组分：核糖体大亚基上一个蛋白质组分 形成肽键形成肽键 氨基酰氨基酰-tRNA-tRNA合成酶合成酶：催化氨基酸活化：催化氨基酸活化蛋白因子蛋白因子：起始、延长、释放因子：起始、延长、释放因子30/88转肽活性转肽活性：将将P P位上肽酰基转给位上肽酰基转给A A位上位上氨基，生成肽键氨基，生成肽键31/88氨基酸活化氨基酸活化 第第 二二 节节 32/88氨基酸氨基酸+tRNA+
10、tRNA氨基酰氨基酰-tRNA-tRNAATPATP AMP AMPPPiPPi氨基酰氨基酰-tRNA-tRNA合成酶合成酶一、氨基酸活化形成氨基酰一、氨基酸活化形成氨基酰-tRNA-tRNATyr-tRNATyr-tRNATyrTyr*活化部位活化部位：-COOH-COOH*活化形式：活化形式：氨基酰氨基酰-tRNA-tRNA*能量能量：-2ATP-2ATP*酶对氨基酸和酶对氨基酸和 tRNA tRNA都有都有高度特异性高度特异性33/88氨基酰氨基酰-tRNA-tRNA合成酶含有合成酶含有校正活性校正活性35/88组成单位组成单位合成原料（底物）合成原料（底物）糖原糖原G G UDPG U
11、DPGDNADNAdNMPdNMP dNTP dNTPRNARNANMPNMP NTP NTP蛋白质蛋白质AAAA AA-tRNA AA-tRNAAAAA36/88真核生物：真核生物：Met-tRNAMet-tRNAi iMetMet原核生物：原核生物：fMet-tRNAfMet-tRNAf fMetMet二、起始肽链合成氨基酰二、起始肽链合成氨基酰-tRNA-tRNA延长甲硫氨酰延长甲硫氨酰-tRNA-tRNA5-5-AUGAUGACAACACCACCAGCAGCAAUGAUGCAGCAGGUAGUAUCA-3UCA-337/88tRNAtRNA携带氨基酸关系：携带氨基酸关系：一个一个tRN
12、A-tRNA-只能携带一个氨基酸只能携带一个氨基酸 一个氨基酸一个氨基酸-各种各种tRNAtRNA来携带来携带同工同工tRNAtRNA38/88蛋白质生物合成过程蛋白质生物合成过程 The Process of Protein BiosynthesisThe Process of Protein Biosynthesis 第三节第三节 39/88v翻译起始翻译起始(initiation)(initiation)v翻译延长翻译延长(elongation)(elongation)v翻译终止翻译终止(termination)(termination)整个翻译过程可分为整个翻译过程可分为 ：翻翻译译过
13、过程程从从阅阅读读框框架架5 5-AUG-AUG开开始始，按按mRNAmRNA模模板板三三联联体体密密码码次次序序延延长长肽肽链链，直直至至终终止止密密码出现。码出现。5-5-AUGAUGACAACACCACCAGCAGCAAUGAUGCAGCAGGUAGUAUCAUCAUAAUAA-3-340/88一、原核生物肽链合成过程一、原核生物肽链合成过程（一）肽链合成起始（一）肽链合成起始核糖体大、小亚基核糖体大、小亚基mRNAmRNA模板模板f fMet-tRNAMet-tRNAf fMetMet各种起始因子各种起始因子ATPATP、GTPGTP70S70S起始复合物起始复合物41/88原核生物各
14、种起始因子生物功效原核生物各种起始因子生物功效 42/88IF-3IF-3IF-1IF-11.1.核蛋白体大小亚基分离核蛋白体大小亚基分离原核生物翻译起始复合物形成步骤：原核生物翻译起始复合物形成步骤：43/88A A U U G G53IF-3IF-3IF-1IF-12.mRNA2.mRNA在小亚基定位结合在小亚基定位结合44/88核糖体结核糖体结合位点合位点45/88IF-3IF-1IF-2GTP3.fMet-tRNA3.fMet-tRNAf fmetmet 结合到小亚基结合到小亚基A U G5346/88IF-3IF-3IF-1IF-1IF-2IF-2GTPGTPGDPGDPPiPi4.
15、4.核蛋白体大亚基结合，起始复合物形成核蛋白体大亚基结合，起始复合物形成A A U U G G5347/88IF-3IF-1A U G53IF-2GTPIF-2-GTPGDPPi48/8849/88（二）肽链合成延长（二）肽链合成延长指指依依据据mRNAmRNA密密码码序序列列指指导导下下，氨氨基基酸酸依依次次进进入入核核糖糖体体并并聚聚合合成成多多肽肽链链过过程程。又又称称核核蛋蛋白白体体循循环环(ribosomal cycle)(ribosomal cycle)。v核蛋白体循环核蛋白体循环，每次循环增加一个氨基酸，包，每次循环增加一个氨基酸，包含以下三步：含以下三步：进位进位 成肽成肽转位
16、转位50/88原核延长原核延长因子因子v生物功效对应真核延对应真核延长因子长因子EF-TuEF-Tu促进氨基酰促进氨基酰-tRNA-tRNA进入进入A A位，结位，结合分解合分解GTPGTPEF-1-EF-1-EF-TsEF-Tsv调整亚基EF-1-EF-1-EF-GEF-G有转位酶活性有转位酶活性，促进，促进mRNA-mRNA-肽肽酰酰-tRNA-tRNA由由A A位前移到位前移到P P位，促位，促进卸载进卸载tRNAtRNA释放释放EF-2EF-2肽链合成延长因子肽链合成延长因子 51/881 1、进位（注册）、进位（注册）指依据指依据mRNAmRNA遗传遗传密码指导，使对应氨密码指导，使
17、对应氨基酰基酰-tRNA-tRNA进入核蛋进入核蛋白体白体A A位。位。能量能量：-1GTP-1GTP52/88延长因子延长因子EF-TEF-Tu u催化催化进位（原核生物）进位（原核生物）无活性无活性有活性有活性GTPGTP酶酶活性复合物活性复合物53/88Tu TsGTPGDPA U G53TuTs54/882 2、成肽、成肽是由是由转肽酶转肽酶催化肽键形成过程。催化肽键形成过程。55/883 3、转位、转位延长因子延长因子EF-GEF-G有转位有转位酶活性酶活性，可结合并水，可结合并水解解1 1分子分子GTPGTP，促进核，促进核蛋白体向蛋白体向mRNA3mRNA3侧移侧移动动能量能量：
18、-1GTP-1GTP56/88fMetA U G53fMetTuGTP58/88进位进位核糖体移位核糖体移位肽链形成肽链形成延伸方向：延伸方向：能量：能量：59/88终止相关蛋白因子称终止相关蛋白因子称释放因子释放因子(release factor,RF)(release factor,RF)一一是是识识别别终终止止密密码码，如如RF-1RF-1特特异异识识别别UAAUAA、UAGUAG；而；而RF-2RF-2可识别可识别UAAUAA、UGAUGA。二二是是诱诱导导转转肽肽酶酶改改变变为为酯酯酶酶活活性性，相相当当于于催催化化肽肽酰酰基基转转移移到到水水分分子子-OH-OH上上，使使肽肽链链从
19、从核核蛋蛋白白体上释放。体上释放。释放因子功效释放因子功效原核生物释放因子：原核生物释放因子：RF-1RF-1，RF-2RF-2，RF-3RF-3 （三）终止（三）终止60/88U A G53RFCOO-由由RFRF识别终止密码识别终止密码转肽酶转肽酶：转肽活性转肽活性：形成肽键：形成肽键酯酶活性酯酶活性：终止时，水解酯键：终止时，水解酯键61/8862/88二、真核生物肽链合成过程二、真核生物肽链合成过程（一）起始（一）起始核糖体大、小亚基核糖体大、小亚基mRNAmRNA模板模板Met-tRNAMet-tRNAi iMetMet各种起始因子各种起始因子ATPATP、GTPGTP80S80S起
20、始复合物起始复合物63/8864/88原核、真核生物各种起始因子生物功效原核、真核生物各种起始因子生物功效 65/88metmet40S40S60S60SMetMetMetMet40S40S60S60SmRNAeIF-2BeIF-2B、eIF-3eIF-3、eIF-6 elF-3elF-3GDP+Pi各种各种各种各种elFelF释放释放释放释放elF-5ATPADP+PielF4E,elF4G,elF4A,elF4B,PABMetMet-tRNAiMet-elF-2-GTP真核生物翻译起始真核生物翻译起始复合物形成过程复合物形成过程66/88v核蛋白体大小亚基分离；核蛋白体大小亚基分离；v起始
21、氨基酰起始氨基酰-tRNA结合；结合；vmRNA在核蛋白体小亚基就位；在核蛋白体小亚基就位；v核蛋白体大亚基结合。核蛋白体大亚基结合。v核蛋白体大小亚基分离；核蛋白体大小亚基分离；vmRNAmRNA在小亚基定位结合；在小亚基定位结合；v起始氨基酰起始氨基酰-tRNA-tRNA结合；结合；v核蛋白体大亚基结合。核蛋白体大亚基结合。原核生物原核生物真核生物真核生物67/88（二）延长（二）延长*延长过程与原核基本相同延长过程与原核基本相同*不一样反应体系和延长因子不一样反应体系和延长因子*真核细胞核蛋白体真核细胞核蛋白体没有没有E E位位（三）终止（三）终止*终止过程与原核基本相同终止过程与原核基
22、本相同*只有只有一个释放因子一个释放因子eRFeRF68/88多聚核蛋白体多聚核蛋白体(polysome)使蛋白质合成高速、使蛋白质合成高速、高效进行。高效进行。69/88电镜下多聚核蛋白表达象电镜下多聚核蛋白表达象70/8871/88原核生物原核生物真核生物真核生物mRNAv*多顺反子v*转录后极少加工v*转录、翻译和mRNA降解可同时发生*单顺反子单顺反子*转录后进行首尾修饰及剪接转录后进行首尾修饰及剪接*mRNA在核内合成，加工进入在核内合成，加工进入胞液，作为模板指导翻译胞液，作为模板指导翻译核糖体核糖体30S小亚基小亚基+50S大亚基大亚基70S70S核糖体核糖体有有E E位位40S
23、小亚基小亚基+60S大亚基大亚基80S80S核糖体核糖体没有没有E E位位起始阶段起始阶段v*起始氨基酰tRNA为fMet-tRNAfMetv*小亚基+mRNA+fMet-tRNAfMetv*mRNAS-D序列与16SrRNA3-端互补序列结合v*起始氨基酰tRNA为Met-tRNAiMetv*小亚基+fMet-tRNAfMet+mRNA v*mRNA帽子结构与帽子结合蛋白复合物结合终止阶段终止阶段三种三种RFv一个原核生物与真核生物肽链合成过程主要原核生物与真核生物肽链合成过程主要区分区分72/88多顺反子多顺反子单顺反子单顺反子非编码序列非编码序列非编码序列非编码序列73/88蛋白质翻译后
24、修饰和靶向输送蛋白质翻译后修饰和靶向输送Posttranslational Modification&Posttranslational Modification&Protein TransportationProtein Transportation第第 四四 节节74/88主要包含主要包含v多肽链折叠为天然构象蛋白质多肽链折叠为天然构象蛋白质 v肽链一级结构修饰肽链一级结构修饰v空间结构修饰空间结构修饰v靶向输送靶向输送 75/88蛋白质合成后靶向输送蛋白质合成后靶向输送蛋白质靶向输送蛋白质靶向输送(protein targeting)(protein targeting)蛋白质合成后，定
25、向地抵达其执行功效目蛋白质合成后，定向地抵达其执行功效目标地点。标地点。蛋白质合成后去向为：蛋白质合成后去向为：保留在胞浆；进入细胞核、线粒体和其它细保留在胞浆；进入细胞核、线粒体和其它细胞器；分泌至体液。胞器；分泌至体液。76/88全全部部靶靶向向输输送送蛋蛋白白质质结结构构中中存存在在分分选选信信号号，主主要要为为N N末末端端特特异异氨氨基基酸酸序序列列，可可引引导导蛋蛋白白质质转转移移到到细细胞胞适适当当靶靶部部位位，这这一一序序列列称称为为信号序列信号序列 。信号序列信号序列(signal sequence)(signal sequence)77/88靶向靶向输送蛋白送蛋白v信号序列
26、或成份分泌蛋白分泌蛋白信号信号肽内内质网腔蛋白网腔蛋白信号信号肽，C端端-Lys-Asp-Glu-Leu-COO-(KDEL序列序列)线粒体蛋白粒体蛋白N端靶向序列（端靶向序列（2035氨基酸残基）氨基酸残基）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）过氧化体蛋白氧化体蛋白-Ser-Lys-Leu-（PST序列）序列）溶溶酶酶体蛋白体蛋白Man-6-P（甘露糖（甘露糖-6-磷酸）磷酸）靶向输送蛋白信号序列或成份靶向输送蛋白信号序列或成份 78/88（一）分泌蛋白靶向输送（一）分泌蛋白靶向输送真核细胞分泌蛋白等
27、前体合成后靶向真核细胞分泌蛋白等前体合成后靶向输送过程首先要进入内质网。输送过程首先要进入内质网。信号肽信号肽(signal peptide)(signal peptide)各种新生分泌蛋白各种新生分泌蛋白N N端有保守氨基酸端有保守氨基酸序列称序列称信号肽。信号肽。79/88信号肽酶信号肽酶裂解位点裂解位点信号肽一级结构信号肽一级结构80/88DPDP、核蛋白受体、肽转位复合物、核蛋白受体、肽转位复合物1.1.信号肽被信号肽被SRPSRP识别识别2.2.SRPSRP把核糖体带至把核糖体带至内质网内质网膜胞浆面膜胞浆面3.3.信号肽带动蛋白质穿膜而出信号肽带动蛋白质穿膜而出4.4.信号肽反折回
28、膜被信号肽酶水解信号肽反折回膜被信号肽酶水解信号肽识信号肽识别颗粒别颗粒81/88蛋白质生物合成干扰和抑制蛋白质生物合成干扰和抑制Interference&Inhibition of Protein Interference&Inhibition of Protein BiosynthesisBiosynthesis第第 五五 节节82/88一、抗生素类一、抗生素类抗生素抗生素作用点作用点作用原理作用原理应用应用四环素族四环素族链霉素链霉素氯霉素氯霉素 放线菌酮放线菌酮嘌呤霉素嘌呤霉素原核核蛋白原核核蛋白体小亚基体小亚基原核核蛋白原核核蛋白体小亚基体小亚基原核核蛋白原核核蛋白体大亚基体大亚基真
29、核核蛋白真核核蛋白体大亚基体大亚基真核、原核真核、原核核蛋白体核蛋白体 v抑制氨基酰-tRNA与小亚基结合v改变构象引发读码错误、抑制起始v抑制转肽酶、阻断延长v抑制转肽酶、阻断延长v氨基酰-tRNA类似物，进位后引发未成熟肽链脱落抗菌药抗菌药抗菌药抗菌药抗菌药抗菌药医学研究医学研究抗肿瘤药抗肿瘤药抗生素抑制蛋白质生物合成原理抗生素抑制蛋白质生物合成原理 83/88四四环环素素族族氯霉素氯霉素链霉素和卡那霉素链霉素和卡那霉素嘌呤霉素嘌呤霉素放线菌酮放线菌酮真核真核84/88二、其它干扰蛋白质生物合成物质二、其它干扰蛋白质生物合成物质v毒素毒素(toxin)(toxin)v干扰素干扰素(inte
30、rferon)(interferon)85/88干扰素作用机理干扰素作用机理干扰素诱导蛋白激酶干扰素诱导蛋白激酶1.干扰素诱导干扰素诱导eIF2磷酸化而失活磷酸化而失活ATPeIF2ADPeIF2-P（失活）（失活）Pi磷酸酶磷酸酶86/882.干扰素诱导病毒干扰素诱导病毒RNA降解降解降解降解mRNAdsRNA干扰素干扰素AAPAPPPP2 5 2 5 5 2-5 AAPPPATP2-5A合成酶合成酶RNaseLRNaseL活化活化寡聚核苷酸寡聚核苷酸87/88复习题复习题1.1.核蛋白体循环核蛋白体循环2.2.遗传密码特点遗传密码特点3.3.三种三种RNARNA在翻译中作用在翻译中作用137550625681375506256888/88
