蛋白質(zhì)的合成培訓(xùn)課件

蛋白質(zhì)的合成第一節(jié)蛋白質(zhì)合成體系第二節(jié)氨基酸與tRNA的連接第三節(jié)肽鏈的合成過程第四節(jié)蛋白質(zhì)合成后的加工和靶向輸送第五節(jié)蛋白質(zhì)合成的干擾和抑制2蛋白質(zhì)的合成重點(diǎn)難點(diǎn)熟悉了解掌握蛋白質(zhì)合成的概念及特點(diǎn)；蛋白質(zhì)合成體系的組成及各自功能；遺傳密碼的特點(diǎn)；翻譯后加工的主要方式。蛋白質(zhì)合成基本過程；原核生物與真核生物蛋白質(zhì)合成的異同；蛋白質(zhì)合成后的靶向輸送機(jī)制。分子伴侶的功能；各類蛋白質(zhì)亞細(xì)胞定位分揀信號的特點(diǎn)；抗生素和毒素對蛋白質(zhì)合成的影響3蛋白質(zhì)的合成蛋白質(zhì)合成體系Protein-synthesizingSystem第一節(jié)4蛋白質(zhì)的合成密碼子（codon)

在mRNA的開放閱讀框區(qū)域，每3個(gè)相鄰的核苷酸為一組，編碼

一種氨基酸，稱為三聯(lián)體密碼（tripletcode）或密碼子。

遺傳密碼（geneticcode）起始密碼子和終止密碼子起始密碼子（initiationcodon）：AUG終止密碼子（terminationcodon）：UAA、UAG、UGA一、mRNA是蛋白質(zhì)合成的模板5蛋白質(zhì)的合成第1個(gè)核苷酸（5′端）第2個(gè)核苷酸第3個(gè)核苷酸（3′端）UCAGU苯丙氨酸苯丙氨酸亮氨酸亮氨酸絲氨酸絲氨酸絲氨酸絲氨酸酪氨酸酪氨酸終止密碼子終止密碼子半胱氨酸半胱氨酸終止密碼子色氨酸UCAGC亮氨酸亮氨酸亮氨酸亮氨酸脯氨酸脯氨酸脯氨酸脯氨酸組氨酸組氨酸谷氨酰胺谷氨酰胺精氨酸精氨酸精氨酸精氨酸UCAGA異亮氨酸異亮氨酸異亮氨酸*甲硫氨酸蘇氨酸蘇氨酸蘇氨酸蘇氨酸天冬酰胺天冬酰胺賴氨酸賴氨酸絲氨酸絲氨酸精氨酸精氨酸UCAGG纈氨酸纈氨酸纈氨酸纈氨酸丙氨酸丙氨酸丙氨酸丙氨酸天冬氨酸天冬氨酸谷氨酸谷氨酸甘氨酸甘氨酸甘氨酸甘氨酸UCAG遺傳密碼表6蛋白質(zhì)的合成遺傳密碼的特點(diǎn)：

方向性（directional）連續(xù)性（non-punctuated）簡并性（degeneracy）擺動(dòng)性（wobble）通用性（universal）7蛋白質(zhì)的合成密碼子的連續(xù)性（a）氨基酸的排列順序?qū)?yīng)于mRNA中密碼子的排列順序；（b）核苷酸插入導(dǎo)致移碼突變8蛋白質(zhì)的合成密碼子的擺動(dòng)性9蛋白質(zhì)的合成運(yùn)載氨基酸：氨基酸各由其特異的tRNA攜帶，一種氨基酸可有幾種對應(yīng)的tRNA，氨基酸結(jié)合在tRNA3ˊ-CCA的位置，結(jié)合需要ATP供能；充當(dāng)“適配器”：每種tRNA的反密碼子決定了所攜帶的氨基酸能準(zhǔn)確地在mRNA上對號入座。tRNA的作用二、tRNA是氨基酸和密碼子之間的特異銜接子10蛋白質(zhì)的合成合成肽鏈時(shí)mRNA與tRNA的相互識別、肽鍵形成、肽鏈延長等過程全部在核糖體上完成，核糖體沿著模板mRNA鏈從5′端向3′端移動(dòng)。核糖體類似于一個(gè)移動(dòng)的多肽鏈“裝配廠”三、核糖體是蛋白質(zhì)合成的場所11蛋白質(zhì)的合成核糖體的功能位點(diǎn)12蛋白質(zhì)的合成酶類：氨酰-tRNA合成酶肽酰轉(zhuǎn)移酶轉(zhuǎn)位酶

蛋白質(zhì)因子：起始因子（initiationfactor，IF）延長因子（elongationfactor，EF）釋放因子（releasefactor，RF）四、蛋白質(zhì)合成需要多種酶類和蛋白質(zhì)因子13蛋白質(zhì)的合成種類生物學(xué)功能起始因子IF1IF2IF3占據(jù)核糖體A位，防止tRNA過早結(jié)合于A位促進(jìn)fMet-tRNAfMet與小亞基結(jié)合阻止大、小亞基過早結(jié)合；增強(qiáng)P位結(jié)合fMet-tRNAfMet的特異性延長因子EF-TuEF-TsEF-G

促進(jìn)氨酰-tRNA進(jìn)入A位，結(jié)合并分解GTPEF-Tu的調(diào)節(jié)亞基有轉(zhuǎn)位酶活性，促進(jìn)mRNA-肽酰-tRNA由A位移至P位；促進(jìn)tRNA卸載與釋放釋放因子RF1RF2RF3

特異識別終止密碼UAA或UAG；誘導(dǎo)肽酰轉(zhuǎn)移酶轉(zhuǎn)變?yōu)轷ッ柑禺愖R別終止密碼UAA或UGA；誘導(dǎo)肽酰轉(zhuǎn)移酶轉(zhuǎn)變?yōu)轷ッ妇哂蠫TPase活性，當(dāng)新合成肽鏈從核糖體釋放后，促進(jìn)RF1或RF2與核糖體分離原核生物肽鏈合成所需要的蛋白質(zhì)因子14蛋白質(zhì)的合成種類生物學(xué)功能起始因子eIF1eIF1AeIF2eIF2B，eIF3eIF4AeIF4BeIF4EeIF4GeIF4FeIF5eIF5B結(jié)合于小亞基的E位，促進(jìn)eIF2-tRNA-GTP復(fù)合物與小亞基相互作用原核IF1的同源物，防止tRNA過早結(jié)合于A位具有GTPase活性，促進(jìn)起始Met-tRNAMet與小亞基結(jié)合最先與小亞基結(jié)合的起始因子；促進(jìn)后續(xù)步驟的進(jìn)行eIF4F復(fù)合物成分，具有RNA解旋酶活性，解開mRNA二級結(jié)構(gòu)，使其與小亞基結(jié)合結(jié)合mRNA，促進(jìn)mRNA掃描定位起始密碼AUGeIF4F復(fù)合物成分，結(jié)合于mRNA的5′-帽結(jié)構(gòu)eIF4F復(fù)合物成分，結(jié)合eIF4E和poly(A)結(jié)合蛋白(PABP)包含eIF4A、eIF4E、eIF4G的復(fù)合物促進(jìn)各種起始因子從小亞基解離，從而使大、小亞基結(jié)合具有GTPase活性，促進(jìn)各種起始因子從小亞基解離，從而使大、小亞基結(jié)合延長因子eEF1αeEF1

γeEF2與原核EF-Tu功能相似與原核EF-Ts功能相似與原核EF-G功能相似釋放因子eRF識別所有終止密碼真核生物肽鏈合成所需要的蛋白質(zhì)因子15蛋白質(zhì)的合成氨基酸與tRNA的連接TheAttachmentofAminoAcidontoitstRNA第二節(jié)16蛋白質(zhì)的合成氨基酸與tRNA連接的專一性由氨酰-tRNA合成酶決定。氨酰-tRNA合成酶具有高度專一性，既能識別特異的氨基酸，又能辨認(rèn)應(yīng)該結(jié)合該種氨基酸的tRNA。因此，氨酰-tRNA合成酶對底物氨基酸和tRNA都有高度特異性。

一、氨酰-tRNA合成酶識別特定氨基酸和tRNA反應(yīng)過程氨基酸+tRNA氨酰-tRNAATP

AMP＋PPi氨酰-tRNA合成酶17蛋白質(zhì)的合成氨酰-tRNA合成酶催化ATP分解為焦磷酸與AMP；第一步反應(yīng)第二步反應(yīng)AMP、酶、氨基酸三者結(jié)合為中間復(fù)合體（氨酰-AMP-酶），其中氨基酸的羧基與磷酸腺苷的磷酸以酐鍵相聯(lián)而活化；第三步反應(yīng)活化氨基酸與tRNA3′-CCA末端的腺苷酸的核糖2′或3′位的游離羥基以酯鍵結(jié)合，形成相應(yīng)的氨酰-tRNA。18蛋白質(zhì)的合成氨酰-tRNA的合成19蛋白質(zhì)的合成二、肽鏈合成的起始需要特殊的起始氨酰-tRNA起始氨酰-tRNA:Met-tRNAiMet參與肽鏈延長的甲硫氨酰-tRNA：Met-tRNAMet

真核生物原核生物起始氨酰-tRNA:fMet-tRNAfMet20蛋白質(zhì)的合成肽鏈的合成過程SynthesisProcessofPeptideChain第三節(jié)21蛋白質(zhì)的合成原核生物翻譯起始復(fù)合物的形成一、翻譯起始復(fù)合物的裝配啟動(dòng)肽鏈合成核糖體大小亞基分離mRNA與核糖體小亞基結(jié)合fMet-tRNAfMet結(jié)合在核糖體P位翻譯起始復(fù)合物形成。真核生物翻譯起始復(fù)合物的形成43S前起始復(fù)合物的形成mRNA與核糖體小亞基結(jié)合核糖體大亞基的結(jié)合22蛋白質(zhì)的合成mRNA的S-D序列23蛋白質(zhì)的合成原核翻譯起始復(fù)合物的形成24蛋白質(zhì)的合成真核翻譯起始復(fù)合物的形成25蛋白質(zhì)的合成二、在核糖體上重復(fù)進(jìn)行的三步反應(yīng)延長肽鏈翻譯起始復(fù)合物形成后，核糖體從mRNA的5′端向3′端移動(dòng)，依據(jù)密碼子順序，從N端開始向C端合成多肽鏈在核糖體上重復(fù)進(jìn)行進(jìn)位、成肽和轉(zhuǎn)位，每循環(huán)1次，肽鏈上即可增加1個(gè)氨基酸殘基真核生物的肽鏈延長機(jī)制與原核生物基本相同，但亦有差異，如二者所需延長因子不同，真核生物需要eEF1

、eEF1

和eEF2這三類延長因子，其功能分別對應(yīng)于原核生物的EF-Tu、EF-Ts和EF-G。此外，在真核生物，一個(gè)新的氨酰-tRNA進(jìn)入A位后會產(chǎn)生變構(gòu)效應(yīng)，致使空載tRNA從E位排出。26蛋白質(zhì)的合成三步反應(yīng)進(jìn)位（positioning）：氨酰-tRNA按照mRNA模板的指令進(jìn)入核糖體A位的過程，又稱注冊成肽（peptidebondformation）：核糖體A位和P位上的tRNA所攜帶的氨基酸縮合成肽的過程轉(zhuǎn)位（translocation）：成肽反應(yīng)后，核糖體需要向mRNA的3′端移動(dòng)一個(gè)密碼子的距離，方可閱讀下一個(gè)密碼子，此過程為轉(zhuǎn)位27蛋白質(zhì)的合成肽鏈延長28蛋白質(zhì)的合成三、終止密碼子和釋放因子導(dǎo)致肽鏈合成終止肽鏈上每增加一個(gè)氨基酸殘基，就需要經(jīng)過一次進(jìn)位、成肽和轉(zhuǎn)位反應(yīng)。如此往復(fù)，直到核糖體的A位對應(yīng)到了mRNA的終止密碼子上。終止密碼子不被任何氨酰-tRNA識別，只有釋放因子RF能識別終止密碼子而進(jìn)入A位，這一識別過程需要水解GTP。29蛋白質(zhì)的合成原核生物有3種RFRF1識別UAA或UAG，RF2識別UAA或UGA，RF3則與GTP結(jié)合并使其水解，協(xié)助RF1與RF2與核糖體結(jié)合。真核生物僅有eRF一種釋放因子所有3種終止密碼子均可被eRF識別。真核生物中肽鏈合成完成后的水解釋放過程尚未完全了解。30蛋白質(zhì)的合成多聚核糖體（polyribosome或polysome）：多個(gè)核糖體結(jié)合在1條mRNA鏈上所形成的聚合物。多聚核糖體的形成可以使肽鏈合成高速度、高效率進(jìn)行。多聚核糖體31蛋白質(zhì)的合成蛋白質(zhì)合成后的加工和靶向輸送ProcessingandTargetingofSynthesizedProteins第四節(jié)32蛋白質(zhì)的合成一、新生肽鏈折疊需要分子伴侶細(xì)胞中大多數(shù)天然蛋白質(zhì)折疊并不是自發(fā)完成的，其折疊過程需要其他酶或蛋白質(zhì)的輔助，這些輔助性蛋白質(zhì)可以指導(dǎo)新生肽鏈按特定方式正確折疊，它們被稱為分子伴侶（molecularchaperone）。目前研究得較為清楚的分子伴侶是熱激蛋白70（heatshockprotein70,Hsp70）家族和伴侶蛋白（chaperonin）。33蛋白質(zhì)的合成Hsp70：在蛋白質(zhì)翻譯后加工過程中，Hsp70與未折疊蛋白的疏水區(qū)結(jié)合，既可避免蛋白質(zhì)因高溫而變性，又可防止新生肽鏈過早折疊。Hsp70也可以使一些跨膜蛋白在轉(zhuǎn)位至膜前保持非折疊狀態(tài)。有些Hsp70通過與多肽鏈結(jié)合、釋放的循環(huán)過程，使多肽鏈發(fā)生正確折疊。這個(gè)過程需要ATP水解供能，并需要其他伴侶蛋白如Hsp40的共同作用。chaperonin：其主要作用是為非自發(fā)性折疊肽鏈提供正確折疊的微環(huán)境。例如，在大腸桿菌，約有10%~15%的細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)的正確折疊依賴伴侶系統(tǒng)GroEL/GroES，熱激條件下依賴該系統(tǒng)的蛋白質(zhì)則高達(dá)30%。在真核細(xì)胞，與GroEL/GroES功能類似的伴侶蛋白是Hsp60。34蛋白質(zhì)的合成Hsp70作用示意圖35蛋白質(zhì)的合成GroES/GroEL系統(tǒng)的作用原理36蛋白質(zhì)的合成二、肽鏈水解加工產(chǎn)生具有活性的蛋白質(zhì)或多肽新生肽鏈的水解是肽鏈加工的重要形式。新生肽鏈N端的甲硫氨酸殘基，在肽鏈離開核糖體后，大部分即由特異的蛋白水解酶切除。還有許多蛋白質(zhì)在初合成時(shí)是分子量較大的沒有活性的前體分子，如胰島素原、胰蛋白酶原等。這些前體分子也需經(jīng)過水解作用切除部分肽段，才能成為有活性的蛋白質(zhì)分子或功能肽。有些多肽鏈經(jīng)水解可以產(chǎn)生數(shù)種小分子活性肽，如阿黑皮素原（pro-opiomelanocortin，POMC）。37蛋白質(zhì)的合成化學(xué)修飾類型被修飾的氨基酸殘基磷酸化絲氨酸、蘇氨酸、酪氨酸N-糖基化天冬酰胺O-糖基化絲氨酸、蘇氨酸羥基化脯氨酸賴氨酸甲基化賴氨酸、精氨酸、組氨酸、天冬酰胺、天冬氨酸、谷氨酸乙?；嚢彼?、絲氨酸體內(nèi)常見的蛋白質(zhì)化學(xué)修飾三、氨基酸殘基的化學(xué)修飾改變蛋白質(zhì)的活性39蛋白質(zhì)的合成四、亞基聚合形成具有四級結(jié)構(gòu)的活性蛋白質(zhì)通過非共價(jià)鍵亞基聚合形成具有四級結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)；具有四級結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)由兩條以上的肽鏈通過非共價(jià)鍵聚合，形成寡聚體（oligomer）；輔基連接后形成完整的結(jié)合蛋白質(zhì)；結(jié)合蛋白質(zhì)合成后都需要結(jié)合相應(yīng)輔基，才能成為具有功能活性的天然蛋白質(zhì)。40蛋白質(zhì)的合成五、蛋白質(zhì)合成后被靶向輸送至細(xì)胞特定部位分泌型蛋白質(zhì)在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)加工及靶向輸送內(nèi)質(zhì)網(wǎng)蛋白的C端含有滯留信號序列大部分線粒體蛋白在細(xì)胞質(zhì)合成后靶向輸入線粒體質(zhì)膜蛋白質(zhì)由囊泡靶向輸送至細(xì)胞膜核蛋白由核輸入因子運(yùn)載經(jīng)核孔入核41蛋白質(zhì)的合成蛋白種類信號序列結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分泌蛋白和膜蛋白信號肽由13～36個(gè)氨基酸殘基組成，位于新生肽鏈N端核蛋白核定位序列由4～8個(gè)氨基酸殘基組成，通常包含連續(xù)的堿性氨基酸（Arg或Lys），在肽鏈的位置不固定內(nèi)質(zhì)網(wǎng)蛋白內(nèi)質(zhì)網(wǎng)滯留信號肽鏈C端的Lys-Asp-Glu-Leu序列核基因組編碼的線粒體蛋白線粒體前導(dǎo)肽由20～35個(gè)氨基酸殘基組成，位于新生肽鏈N端溶酶體蛋白溶酶體靶向信號甘露糖-6-磷酸（Man-6-P）蛋白質(zhì)的亞細(xì)胞定位分撿信號42蛋白質(zhì)的合成信號肽結(jié)構(gòu)特點(diǎn)43蛋白質(zhì)的合成分泌型蛋白質(zhì)的加工與靶向輸送44蛋白質(zhì)的合成核蛋白的靶向輸送45蛋白質(zhì)的合成蛋白質(zhì)合成的干擾和抑制InterferenceandInhibitionofProteinSynthesis第五節(jié)46蛋白質(zhì)的合成一、許多抗生素通過抑制蛋白質(zhì)合成發(fā)揮作用抗生素

作用位點(diǎn)作用原理應(yīng)用伊短菌素

原核、真核核糖體的小亞基阻礙翻譯起始復(fù)合物的形成抗病毒藥四環(huán)素

原核核糖體的小亞基抑制氨酰-tRNA與小亞基結(jié)合抗菌藥鏈霉素、新霉素、巴龍霉素原核核糖體的小亞基引起讀碼錯(cuò)誤；抑制起始抗菌藥氯霉素、林可霉素、紅霉素原核核糖體的大亞基抑制肽酰轉(zhuǎn)移酶，阻斷肽鏈延長抗菌藥放線菌酮真核核糖體的大亞基抑制肽酰轉(zhuǎn)移酶，阻斷肽鏈延長醫(yī)學(xué)研究嘌呤霉素原核、真核核糖體使肽?；D(zhuǎn)移到它的氨基上，肽鏈脫落抗腫瘤藥夫西地酸、微球菌素原核延長因子EF-G阻止轉(zhuǎn)位抗菌藥大觀霉素原核核糖體的小亞基阻止轉(zhuǎn)位抗菌藥常用抗生素抑制肽鏈合成的原理及應(yīng)用47蛋白質(zhì)的合成白喉毒素的作用原理二、某些毒素抑制真核生物的蛋白質(zhì)合成48蛋白質(zhì)的合成蛋白質(zhì)具有種屬特異性，因此各種生物的蛋白質(zhì)必須由機(jī)體自身合成。蛋白質(zhì)合成體系包括原料氨基酸，模板mRNA、氨基酸搬運(yùn)工具tRNA、蛋白質(zhì)合成場所核糖體，以及合成各階段所需的酶和蛋白質(zhì)因子等。蛋白質(zhì)合成過程包括起始、延長和終止三個(gè)階段。原核生物和真核生物的肽鏈合成過程基本相似，只是真核生物的反應(yīng)更為復(fù)雜、涉及的蛋白質(zhì)因子更多。翻譯后加工包括在分子伴侶幫助下的肽鏈折疊、肽鏈末端及內(nèi)部的水解、肽鏈中氨基酸殘基的化學(xué)修飾、亞基聚合等方式。蛋白質(zhì)在細(xì)胞質(zhì)合成后，還需要被靶向輸送至其發(fā)揮功能的亞細(xì)胞區(qū)域，或分泌到細(xì)胞外。蛋白質(zhì)生物合成是許多藥物和毒素的作用靶點(diǎn)。49蛋白質(zhì)的合成本章知識點(diǎn)框架圖：蛋白質(zhì)的合成蛋白質(zhì)合成體系蛋白質(zhì)合成后的加工和靶向輸送原核生物真核生物1.起始氨酰-tRNA:fMet-tRNAfMet2.翻譯起始復(fù)合物的形成核糖體大小亞基分離mRNA與核糖體小亞基結(jié)合fMet-tRNAfMet結(jié)合在核糖體P位翻譯起始復(fù)合物形成3.進(jìn)位、成肽和轉(zhuǎn)位延長因子：EF-Tu、EF-Ts和EF-G4.肽鏈合成終止RF1識別UAA或UAG，RF2識別UAA或UGA，RF3則與GTP結(jié)合并使其水解，協(xié)助RF1與RF2與核糖體結(jié)合蛋白質(zhì)生物合成是許多藥物和毒素的作用靶點(diǎn)1.起始氨酰-tRNA:Met-tRNAiMet2.翻譯起始復(fù)合物的形成43S前起始復(fù)合物的形成mRNA與核糖體小亞基結(jié)合核糖體大亞基的結(jié)合3.進(jìn)位、成肽和轉(zhuǎn)位延長因子：eEF1

、eEF1

和eEF24.肽鏈合成終止釋放因子：eRF蛋白質(zhì)的合成過程1.原料：氨基酸2.模板：mRNA3.氨基酸搬運(yùn)工具：tRNA4.蛋白質(zhì)合成場所：核糖體5.酶和蛋白質(zhì)因子1.翻譯后加工：在分子伴侶幫助下的肽鏈折疊、肽鏈末端及內(nèi)部的水解、肽鏈中氨基酸殘基的化學(xué)修飾、亞基聚合。2.蛋白質(zhì)靶向輸送至其發(fā)揮功能的亞細(xì)胞區(qū)域，或分泌到細(xì)胞外。常用抗生素：伊短菌素、四環(huán)素、鏈霉素、新霉素、巴龍霉素、氯霉素、林可霉素、紅霉素、放線菌酮、嘌呤霉素、夫西地酸、微球菌素、大觀霉素50蛋白質(zhì)的合成51蛋白質(zhì)的合成蛋白質(zhì)的合成第一節(jié)蛋白質(zhì)合成體系第二節(jié)氨基酸與tRNA的連接第三節(jié)肽鏈的合成過程第四節(jié)蛋白質(zhì)合成后的加工和靶向輸送第五節(jié)蛋白質(zhì)合成的干擾和抑制53蛋白質(zhì)的合成重點(diǎn)難點(diǎn)熟悉了解掌握蛋白質(zhì)合成的概念及特點(diǎn)；蛋白質(zhì)合成體系的組成及各自功能；遺傳密碼的特點(diǎn)；翻譯后加工的主要方式。蛋白質(zhì)合成基本過程；原核生物與真核生物蛋白質(zhì)合成的異同；蛋白質(zhì)合成后的靶向輸送機(jī)制。分子伴侶的功能；各類蛋白質(zhì)亞細(xì)胞定位分揀信號的特點(diǎn)；抗生素和毒素對蛋白質(zhì)合成的影響54蛋白質(zhì)的合成蛋白質(zhì)合成體系Protein-synthesizingSystem第一節(jié)55蛋白質(zhì)的合成密碼子（codon)

在mRNA的開放閱讀框區(qū)域，每3個(gè)相鄰的核苷酸為一組，編碼

一種氨基酸，稱為三聯(lián)體密碼（tripletcode）或密碼子。

遺傳密碼（geneticcode）起始密碼子和終止密碼子起始密碼子（initiationcodon）：AUG終止密碼子（terminationcodon）：UAA、UAG、UGA一、mRNA是蛋白質(zhì)合成的模板56蛋白質(zhì)的合成第1個(gè)核苷酸（5′端）第2個(gè)核苷酸第3個(gè)核苷酸（3′端）UCAGU苯丙氨酸苯丙氨酸亮氨酸亮氨酸絲氨酸絲氨酸絲氨酸絲氨酸酪氨酸酪氨酸終止密碼子終止密碼子半胱氨酸半胱氨酸終止密碼子色氨酸UCAGC亮氨酸亮氨酸亮氨酸亮氨酸脯氨酸脯氨酸脯氨酸脯氨酸組氨酸組氨酸谷氨酰胺谷氨酰胺精氨酸精氨酸精氨酸精氨酸UCAGA異亮氨酸異亮氨酸異亮氨酸*甲硫氨酸蘇氨酸蘇氨酸蘇氨酸蘇氨酸天冬酰胺天冬酰胺賴氨酸賴氨酸絲氨酸絲氨酸精氨酸精氨酸UCAGG纈氨酸纈氨酸纈氨酸纈氨酸丙氨酸丙氨酸丙氨酸丙氨酸天冬氨酸天冬氨酸谷氨酸谷氨酸甘氨酸甘氨酸甘氨酸甘氨酸UCAG遺傳密碼表57蛋白質(zhì)的合成遺傳密碼的特點(diǎn)：

方向性（directional）連續(xù)性（non-punctuated）簡并性（degeneracy）擺動(dòng)性（wobble）通用性（universal）58蛋白質(zhì)的合成密碼子的連續(xù)性（a）氨基酸的排列順序?qū)?yīng)于mRNA中密碼子的排列順序；（b）核苷酸插入導(dǎo)致移碼突變59蛋白質(zhì)的合成密碼子的擺動(dòng)性60蛋白質(zhì)的合成運(yùn)載氨基酸：氨基酸各由其特異的tRNA攜帶，一種氨基酸可有幾種對應(yīng)的tRNA，氨基酸結(jié)合在tRNA3ˊ-CCA的位置，結(jié)合需要ATP供能；充當(dāng)“適配器”：每種tRNA的反密碼子決定了所攜帶的氨基酸能準(zhǔn)確地在mRNA上對號入座。tRNA的作用二、tRNA是氨基酸和密碼子之間的特異銜接子61蛋白質(zhì)的合成合成肽鏈時(shí)mRNA與tRNA的相互識別、肽鍵形成、肽鏈延長等過程全部在核糖體上完成，核糖體沿著模板mRNA鏈從5′端向3′端移動(dòng)。核糖體類似于一個(gè)移動(dòng)的多肽鏈“裝配廠”三、核糖體是蛋白質(zhì)合成的場所62蛋白質(zhì)的合成核糖體的功能位點(diǎn)63蛋白質(zhì)的合成酶類：氨酰-tRNA合成酶肽酰轉(zhuǎn)移酶轉(zhuǎn)位酶

蛋白質(zhì)因子：起始因子（initiationfactor，IF）延長因子（elongationfactor，EF）釋放因子（releasefactor，RF）四、蛋白質(zhì)合成需要多種酶類和蛋白質(zhì)因子64蛋白質(zhì)的合成種類生物學(xué)功能起始因子IF1IF2IF3占據(jù)核糖體A位，防止tRNA過早結(jié)合于A位促進(jìn)fMet-tRNAfMet與小亞基結(jié)合阻止大、小亞基過早結(jié)合；增強(qiáng)P位結(jié)合fMet-tRNAfMet的特異性延長因子EF-TuEF-TsEF-G

促進(jìn)氨酰-tRNA進(jìn)入A位，結(jié)合并分解GTPEF-Tu的調(diào)節(jié)亞基有轉(zhuǎn)位酶活性，促進(jìn)mRNA-肽酰-tRNA由A位移至P位；促進(jìn)tRNA卸載與釋放釋放因子RF1RF2RF3

特異識別終止密碼UAA或UAG；誘導(dǎo)肽酰轉(zhuǎn)移酶轉(zhuǎn)變?yōu)轷ッ柑禺愖R別終止密碼UAA或UGA；誘導(dǎo)肽酰轉(zhuǎn)移酶轉(zhuǎn)變?yōu)轷ッ妇哂蠫TPase活性，當(dāng)新合成肽鏈從核糖體釋放后，促進(jìn)RF1或RF2與核糖體分離原核生物肽鏈合成所需要的蛋白質(zhì)因子65蛋白質(zhì)的合成種類生物學(xué)功能起始因子eIF1eIF1AeIF2eIF2B，eIF3eIF4AeIF4BeIF4EeIF4GeIF4FeIF5eIF5B結(jié)合于小亞基的E位，促進(jìn)eIF2-tRNA-GTP復(fù)合物與小亞基相互作用原核IF1的同源物，防止tRNA過早結(jié)合于A位具有GTPase活性，促進(jìn)起始Met-tRNAMet與小亞基結(jié)合最先與小亞基結(jié)合的起始因子；促進(jìn)后續(xù)步驟的進(jìn)行eIF4F復(fù)合物成分，具有RNA解旋酶活性，解開mRNA二級結(jié)構(gòu)，使其與小亞基結(jié)合結(jié)合mRNA，促進(jìn)mRNA掃描定位起始密碼AUGeIF4F復(fù)合物成分，結(jié)合于mRNA的5′-帽結(jié)構(gòu)eIF4F復(fù)合物成分，結(jié)合eIF4E和poly(A)結(jié)合蛋白(PABP)包含eIF4A、eIF4E、eIF4G的復(fù)合物促進(jìn)各種起始因子從小亞基解離，從而使大、小亞基結(jié)合具有GTPase活性，促進(jìn)各種起始因子從小亞基解離，從而使大、小亞基結(jié)合延長因子eEF1αeEF1

γeEF2與原核EF-Tu功能相似與原核EF-Ts功能相似與原核EF-G功能相似釋放因子eRF識別所有終止密碼真核生物肽鏈合成所需要的蛋白質(zhì)因子66蛋白質(zhì)的合成氨基酸與tRNA的連接TheAttachmentofAminoAcidontoitstRNA第二節(jié)67蛋白質(zhì)的合成氨基酸與tRNA連接的專一性由氨酰-tRNA合成酶決定。氨酰-tRNA合成酶具有高度專一性，既能識別特異的氨基酸，又能辨認(rèn)應(yīng)該結(jié)合該種氨基酸的tRNA。因此，氨酰-tRNA合成酶對底物氨基酸和tRNA都有高度特異性。

一、氨酰-tRNA合成酶識別特定氨基酸和tRNA反應(yīng)過程氨基酸+tRNA氨酰-tRNAATP

AMP＋PPi氨酰-tRNA合成酶68蛋白質(zhì)的合成氨酰-tRNA合成酶催化ATP分解為焦磷酸與AMP；第一步反應(yīng)第二步反應(yīng)AMP、酶、氨基酸三者結(jié)合為中間復(fù)合體（氨酰-AMP-酶），其中氨基酸的羧基與磷酸腺苷的磷酸以酐鍵相聯(lián)而活化；第三步反應(yīng)活化氨基酸與tRNA3′-CCA末端的腺苷酸的核糖2′或3′位的游離羥基以酯鍵結(jié)合，形成相應(yīng)的氨酰-tRNA。69蛋白質(zhì)的合成氨酰-tRNA的合成70蛋白質(zhì)的合成二、肽鏈合成的起始需要特殊的起始氨酰-tRNA起始氨酰-tRNA:Met-tRNAiMet參與肽鏈延長的甲硫氨酰-tRNA：Met-tRNAMet

真核生物原核生物起始氨酰-tRNA:fMet-tRNAfMet71蛋白質(zhì)的合成肽鏈的合成過程SynthesisProcessofPeptideChain第三節(jié)72蛋白質(zhì)的合成原核生物翻譯起始復(fù)合物的形成一、翻譯起始復(fù)合物的裝配啟動(dòng)肽鏈合成核糖體大小亞基分離mRNA與核糖體小亞基結(jié)合fMet-tRNAfMet結(jié)合在核糖體P位翻譯起始復(fù)合物形成。真核生物翻譯起始復(fù)合物的形成43S前起始復(fù)合物的形成mRNA與核糖體小亞基結(jié)合核糖體大亞基的結(jié)合73蛋白質(zhì)的合成mRNA的S-D序列74蛋白質(zhì)的合成原核翻譯起始復(fù)合物的形成75蛋白質(zhì)的合成真核翻譯起始復(fù)合物的形成76蛋白質(zhì)的合成二、在核糖體上重復(fù)進(jìn)行的三步反應(yīng)延長肽鏈翻譯起始復(fù)合物形成后，核糖體從mRNA的5′端向3′端移動(dòng)，依據(jù)密碼子順序，從N端開始向C端合成多肽鏈在核糖體上重復(fù)進(jìn)行進(jìn)位、成肽和轉(zhuǎn)位，每循環(huán)1次，肽鏈上即可增加1個(gè)氨基酸殘基真核生物的肽鏈延長機(jī)制與原核生物基本相同，但亦有差異，如二者所需延長因子不同，真核生物需要eEF1

、eEF1

和eEF2這三類延長因子，其功能分別對應(yīng)于原核生物的EF-Tu、EF-Ts和EF-G。此外，在真核生物，一個(gè)新的氨酰-tRNA進(jìn)入A位后會產(chǎn)生變構(gòu)效應(yīng)，致使空載tRNA從E位排出。77蛋白質(zhì)的合成三步反應(yīng)進(jìn)位（positioning）：氨酰-tRNA按照mRNA模板的指令進(jìn)入核糖體A位的過程，又稱注冊成肽（peptidebondformation）：核糖體A位和P位上的tRNA所攜帶的氨基酸縮合成肽的過程轉(zhuǎn)位（translocation）：成肽反應(yīng)后，核糖體需要向mRNA的3′端移動(dòng)一個(gè)密碼子的距離，方可閱讀下一個(gè)密碼子，此過程為轉(zhuǎn)位78蛋白質(zhì)的合成肽鏈延長79蛋白質(zhì)的合成三、終止密碼子和釋放因子導(dǎo)致肽鏈合成終止肽鏈上每增加一個(gè)氨基酸殘基，就需要經(jīng)過一次進(jìn)位、成肽和轉(zhuǎn)位反應(yīng)。如此往復(fù)，直到核糖體的A位對應(yīng)到了mRNA的終止密碼子上。終止密碼子不被任何氨酰-tRNA識別，只有釋放因子RF能識別終止密碼子而進(jìn)入A位，這一識別過程需要水解GTP。80蛋白質(zhì)的合成原核生物有3種RFRF1識別UAA或UAG，RF2識別UAA或UGA，RF3則與GTP結(jié)合并使其水解，協(xié)助RF1與RF2與核糖體結(jié)合。真核生物僅有eRF一種釋放因子所有3種終止密碼子均可被eRF識別。真核生物中肽鏈合成完成后的水解釋放過程尚未完全了解。81蛋白質(zhì)的合成多聚核糖體（polyribosome或polysome）：多個(gè)核糖體結(jié)合在1條mRNA鏈上所形成的聚合物。多聚核糖體的形成可以使肽鏈合成高速度、高效率進(jìn)行。多聚核糖體82蛋白質(zhì)的合成蛋白質(zhì)合成后的加工和靶向輸送ProcessingandTargetingofSynthesizedProteins第四節(jié)83蛋白質(zhì)的合成一、新生肽鏈折疊需要分子伴侶細(xì)胞中大多數(shù)天然蛋白質(zhì)折疊并不是自發(fā)完成的，其折疊過程需要其他酶或蛋白質(zhì)的輔助，這些輔助性蛋白質(zhì)可以指導(dǎo)新生肽鏈按特定方式正確折疊，它們被稱為分子伴侶（molecularchaperone）。目前研究得較為清楚的分子伴侶是熱激蛋白70（heatshockprotein70,Hsp70）家族和伴侶蛋白（chaperonin）。84蛋白質(zhì)的合成Hsp70：在蛋白質(zhì)翻譯后加工過程中，Hsp70與未折疊蛋白的疏水區(qū)結(jié)合，既可避免蛋白質(zhì)因高溫而變性，又可防止新生肽鏈過早折疊。Hsp70也可以使一些跨膜蛋白在轉(zhuǎn)位至膜前保持非折疊狀態(tài)。有些Hsp70通過與多肽鏈結(jié)合、釋放的循環(huán)過程，使多肽鏈發(fā)生正確折疊。這個(gè)過程需要ATP水解供能，并需要其他伴侶蛋白如Hsp40的共同作用。chaperonin：其主要作用是為非自發(fā)性折疊肽鏈提供正確折疊的微環(huán)境。例如，在大腸桿菌，約有10%~15%的細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)的正確折疊依賴伴侶系統(tǒng)GroEL/GroES，熱激條件下依賴該系統(tǒng)的蛋白質(zhì)則高達(dá)30%。在真核細(xì)胞，與GroEL/GroES功能類似的伴侶蛋白是Hsp60。85蛋白質(zhì)的合成Hsp70作用示意圖86蛋白質(zhì)的合成GroES/GroEL系統(tǒng)的作用原理87蛋白質(zhì)的合成二、肽鏈水解加工產(chǎn)生具有活性的蛋白質(zhì)或多肽新生肽鏈的水解是肽鏈加工的重要形式。新生肽鏈N端的甲硫氨酸殘基，在肽鏈離開核糖體后，大部分即由特異的蛋白水解酶切除。還有許多蛋白質(zhì)在初合成時(shí)是分子量較大的沒有活性的前體分子，如胰島素原、胰蛋白酶原等。這些前體分子也需經(jīng)過水解作用切除部分肽段，才能成為有活性的蛋白質(zhì)分子或功能肽。有些多肽鏈經(jīng)水解可以產(chǎn)生數(shù)種小分子活性肽，如阿黑皮素原（pro-opiomelanocortin，POMC）。88蛋白質(zhì)的合成化學(xué)修飾類型被修飾的氨基酸殘基磷酸化絲氨酸、蘇氨酸、酪氨酸N-糖基化天冬酰胺O-糖基化絲氨酸、蘇氨酸羥基化脯氨酸賴氨酸甲基化賴氨酸、精氨酸、組氨酸、天冬酰胺、天冬氨酸、谷氨酸乙?；嚢彼?、絲氨酸體內(nèi)常見的蛋白質(zhì)化學(xué)修飾三、氨基酸殘基的化學(xué)修飾改變蛋白質(zhì)的活性90蛋白質(zhì)的合成四、亞基聚合形成具有四級結(jié)構(gòu)的活性蛋白質(zhì)通過非共價(jià)鍵亞基聚合形成具有四級結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)；具有四級結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)由兩條以上的肽鏈通過非共價(jià)鍵聚合，形成寡聚體（oligomer）；輔基連接后形成完整的結(jié)合蛋白質(zhì)；結(jié)合蛋白質(zhì)合成后都需要結(jié)合相應(yīng)輔基，才能成為具有功能活性的天然蛋白質(zhì)。91蛋白質(zhì)的合成五、蛋白質(zhì)合成后被靶向輸送至細(xì)胞特定部位分泌型蛋白質(zhì)在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)加工及靶向輸送內(nèi)質(zhì)網(wǎng)蛋白的C端含有滯留信號序列大部分線粒體蛋白在細(xì)胞質(zhì)合成后靶向輸入線粒體質(zhì)膜蛋白質(zhì)由囊泡靶向輸送至細(xì)胞膜核蛋白由核輸入因子運(yùn)載經(jīng)核孔入核92蛋白質(zhì)的合成蛋白種類信號序列結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分泌蛋白和膜蛋白信號肽由13～36個(gè)氨基酸殘基組成，位于新生肽鏈N端核蛋白核定位序列由4～8個(gè)氨基酸殘基組成，通常包含連續(xù)的堿性氨基酸（Arg或Lys），在肽鏈的位置不固定內(nèi)質(zhì)網(wǎng)蛋白內(nèi)質(zhì)網(wǎng)滯留信號肽鏈C端的Lys-Asp-Glu-Leu序列核基因組編碼的線粒體蛋白線粒體前導(dǎo)肽由20～35個(gè)氨基酸殘基組成，位于新生肽鏈N端溶酶體蛋白溶酶體靶向信號甘露糖-6-磷酸（Man-6-P）蛋白質(zhì)的亞細(xì)胞定位分撿信號93蛋白質(zhì)的合成信號肽結(jié)構(gòu)特點(diǎn)94蛋白質(zhì)的合成分泌型蛋白質(zhì)的加工與靶向輸送95