蛋白質的生物合成（翻譯）第十二章ProteinBiosynthesis(Translation)生物化學與分子生物學教研室孔麗君

Email：kong_lijun@163.comTel6913241目前一頁\總數一百六十三頁\編于三點本章重要知識點蛋白質生物合成（翻譯）的概念mRNA、tRNA、核蛋白體在翻譯過程中的作用，遺傳密碼的特點氨基酰-tRNA合成酶的作用特點原核、真核生物翻譯過程的異同分子伴侶的作用，翻譯后修飾的形式信號肽及其作用，各類蛋白質靶向輸送的特點抗生素、毒素和干擾素抑制翻譯的機制目前二頁\總數一百六十三頁\編于三點蛋白質生物合成的概念蛋白質生物合成(proteinbiosynthesis)也稱翻譯(translation)，是生物細胞以mRNA為模板，按照mRNA分子中核苷酸的排列順序所組成的密碼信息合成蛋白質的過程。定義目前三頁\總數一百六十三頁\編于三點

翻譯的本質：mRNA分子中AGCU四種核苷酸序列編碼的遺傳信息轉換成蛋白質一級結構中20種氨基酸的排列順序。目前四頁\總數一百六十三頁\編于三點（1）維持多種正常生命活動（生長、發育）（2）適應環境的變化（細菌對乳糖和葡萄糖的利用）（3）參與組織的更新和修復生物學意義目前五頁\總數一百六十三頁\編于三點第一節

蛋白質生物合成體系ProteinBiosynthesisSystem目前六頁\總數一百六十三頁\編于三點基本原料：20種編碼氨基酸模板：mRNA適配器：tRNA裝配機：核蛋白體主要酶和蛋白質因子：氨基酰-tRNA合成酶、轉肽酶、起始因子、延長因子、釋放因子等能源物質：ATP、GTP無機離子：Mg2+、K+蛋白質生物合成體系目前七頁\總數一百六十三頁\編于三點

目前八頁\總數一百六十三頁\編于三點

1961年，Nirenberg證明了mRNA的模板作用。

翻譯模板mRNA及遺傳密碼目前九頁\總數一百六十三頁\編于三點

DNAmRNA蛋白質4/56一、mRNA是蛋白質生物合成的直接模板目前十頁\總數一百六十三頁\編于三點（一）mRNA的基本結構StartofgeneticmessageCapEndTail5’-端非翻譯區533’-端非翻譯區開放閱讀框架從mRNA5-端起始密碼子AUG到3-端終止密碼子之間的核苷酸序列，稱為開放閱讀框架(openreadingframe,ORF)。目前十一頁\總數一百六十三頁\編于三點ORF開放閱讀框架(openreadingframe,ORF)。目前十二頁\總數一百六十三頁\編于三點

遺傳學將編碼一個多肽的遺傳單位稱為順反子（cistron）。原核細胞中數個結構基因常串聯為一個轉錄單位，轉錄生成的mRNA可編碼幾種功能相關的蛋白質，為多順反子（polycistron）。真核生物一個mRNA只編碼一種蛋白質，為單順反子（singlecistron）。

目前十三頁\總數一百六十三頁\編于三點原核生物的多順反子真核生物的單順反子非編碼序列核蛋白體結合位點起始密碼子終止密碼子編碼序列PPP53蛋白質PPPmG-53蛋白質AAA…目前十四頁\總數一百六十三頁\編于三點原核細胞mRNA的結構特點5′3′順反子順反子順反子插入順序插入順序先導區末端順序AGGAGGUSD區特點半衰期短許多原核生物mRNA以多順反子形式存在AUG作為起始密碼；AUG上游7～12個核苷酸處有一被稱為SD序列的保守區，16SrRNA3’-端反向互補而使mRNA與核糖體結合。目前十五頁\總數一百六十三頁\編于三點真核細胞mRNA的結構特點

5′

“帽子”PolyA

3′

順反子m7G-5′ppp-N-3′p帽子結構功能使mRNA免遭核酸酶的破壞使mRNA能與核糖體小亞基結合并開始合成蛋白質被蛋白質合成的起始因子所識別，從而促進蛋白質的合成。Poly(A)尾巴的功能是mRNA由細胞核進入細胞質所必需的形式它大大提高了mRNA在細胞質中的穩定性

AAAAAAA-OH目前十六頁\總數一百六十三頁\編于三點和原核生物和真核生物mRNA的比較目前十七頁\總數一百六十三頁\編于三點（二）遺傳密碼在mRNA的開放閱讀框架區，以每3個相鄰的核苷酸為一組，代表一種氨基酸(或其他信息)，這種三聯體形式的核苷酸序列稱為密碼子。起始密碼子(initiationcodon)：AUG（或甲硫氨酸）終止密碼子(terminationcodon)：UAA、UAG、UGA密碼子（codon）起始密碼子和終止密碼子：目前十八頁\總數一百六十三頁\編于三點遺傳密碼表目前十九頁\總數一百六十三頁\編于三點遺傳密碼的特點1.方向性(directional)翻譯時遺傳密碼的閱讀方向是5’→3’，即讀碼從mRNA的起始密碼子AUG開始，按5’→3’的方向逐一閱讀，直至終止密碼子。NC肽鏈延伸方向5′3′讀碼方向目前二十頁\總數一百六十三頁\編于三點2.連續性(non-punctuated)編碼蛋白質氨基酸序列的各個三聯體密碼連續閱讀，密碼子及密碼子的各堿基之間既無間隔也無交叉。5’…….AUG

GCA

GUA

CAU……UAA3’AlaValHisMet終止密碼目前二十一頁\總數一百六十三頁\編于三點基因損傷引起mRNA閱讀框架內的堿基發生插入或缺失，可能導致框移突變(frameshiftmutation)。纈脯蘇天冬纈丙酪甘纈丙絲精目前二十二頁\總數一百六十三頁\編于三點許多真核生物基因轉錄后有一個對mRNA外顯子加工的過程，可通過特定堿基的插入、缺失或置換，使mRNA序列中出現移碼突變、錯義突變或無義突變，導致mRNA與其DNA模板序列不匹配，使同一前體mRNA翻譯出序列、功能不同的蛋白質。這種基因表達的調節方式稱為mRNA編輯（mRNAediting）。目前二十三頁\總數一百六十三頁\編于三點3.簡并性(degenerate，synonymous)一種氨基酸可具有2個或2個以上的密碼子為其編碼。這一特性稱為遺傳密碼的簡并性。除色氨酸和甲硫氨酸僅有1個密碼子外，其余氨基酸有2、3、4個或多至6個三聯體為其編碼。為同一種氨基酸編碼的各密碼子稱為簡并性密碼子，也稱同義密碼子。目前二十四頁\總數一百六十三頁\編于三點各種氨基酸的密碼子數目目前二十五頁\總數一百六十三頁\編于三點

密碼子簡并性的生物學意義：減少有害突變。

遺傳密碼的特異性主要取決于前兩位堿基。

GCUACUGCCACCGCAACAGCGACG

AlaThr目前二十六頁\總數一百六十三頁\編于三點4.通用性(universal)從簡單的病毒到高等的人類，幾乎使用同一套遺傳密碼，因此，遺傳密碼表中的這套“通用密碼”基本上適用于生物界的所有物種，具有通用性。密碼的通用性進一步證明各種生物進化自同一祖先。目前二十七頁\總數一百六十三頁\編于三點已發現少數例外，如動物細胞的線粒體、植物細胞的葉綠體。通用密碼線粒體密碼AUA異亮蛋、起始AGA精終止AGG精終止UGA終止色目前二十八頁\總數一百六十三頁\編于三點5.擺動性(wobble)tRNA上反密碼子的第1位堿基與mRNA密碼子的第3位堿基配對時，反密碼子與密碼子之間的配對有時并不嚴格遵守常見的堿基配對規律，可以在一定范圍內變動，這種現象稱為擺動配對(wobblebasepairing)。tRNA反密碼子第1位堿基IUGACmRNA密碼子第3位堿基U,C,AA,GU,CUG目前二十九頁\總數一百六十三頁\編于三點擺動配對U目前三十頁\總數一百六十三頁\編于三點二、核蛋白體是蛋白質生物合成的場所核蛋白體的組成核蛋白體又稱核糖體(ribosome)，是由rRNA和多種核糖體蛋白（ribosomalprotein,rp)）結合而成的一種大的核糖核蛋白顆粒，是蛋白質生物合成的場所。目前三十一頁\總數一百六十三頁\編于三點核蛋白體的組成目前三十二頁\總數一百六十三頁\編于三點各種細胞核蛋白體都有大小兩個亞基,每個亞基都是由多種核蛋白體蛋白rp和rRNA組成。大小亞基所含有的蛋白質分別稱為rpL或rpS,它們多是參與蛋白質生物合成過程的酶和蛋白質因子。目前三十三頁\總數一百六十三頁\編于三點原核生物真核生物核蛋白體小亞基大亞基核蛋白體小亞基大亞基S值70S30S50S80S40S60SrRNA16S-rRNA23S-rRNA5S-rRNA18S-rRNA28S-rRNA5.8S-rRNA5S-rRNA蛋白質rpS21種rpL36種rpS33種rpL49種不同細胞核蛋白體的組成目前三十四頁\總數一百六十三頁\編于三點有容納mRNA的通道可結合模板mRNA結合起始tRNA結合和水解ATP有3個tRNA的結合位點：A位、P位、E位具有轉肽酶的活性，催化肽鍵形成能結合參與蛋白質合成的多種因子，如IF、EF、RF小亞基：大亞基：目前三十五頁\總數一百六十三頁\編于三點原核生物核蛋白體結構模式

目前三十六頁\總數一百六十三頁\編于三點原核生物核蛋白體至少有六個功能部位：①容納mRNA的部位；②結合氨基酰tRNA的氨基酰(aminoacylsite，A位)；③結合肽酰tRNA的肽酰位(peptidylsite，P位)；④tRNA排出位(exitsite，E位)；⑤肽基轉移酶所在的部位；⑥轉位酶位點。真核生物核蛋白體與原核相似，但組分更復雜。目前三十七頁\總數一百六十三頁\編于三點原核生物核蛋白體結構模式目前三十八頁\總數一百六十三頁\編于三點三、tRNA是氨基酸的運載工具及蛋白質生物合成的適配器tRNA的作用運載氨基酸：氨基酸各由其特異的tRNA攜帶，一種氨基酸可有幾種對應的tRNA，氨基酸結合在tRNA3ˊ-CCA的位置，結合需要ATP供能；充當“適配器”：每種tRNA的反密碼子決定了所攜帶的氨基酸能準確地在mRNA上對號入座。目前三十九頁\總數一百六十三頁\編于三點

2.活化氨基酸；

1.搬運氨基酸；

3.在密碼子與對應氨基酸之間起接合體 (adaptor)的作用。15/56如：密碼子GGU--攜帶反密碼子ACC的tRNA--Gly密碼子—tRNA反密碼子—氨基酸對號入座目前四十頁\總數一百六十三頁\編于三點二級結構反密碼環氨基酸臂tRNA的構象(攜帶氨基酸)(識別遺傳密碼)目前四十一頁\總數一百六十三頁\編于三點三級結構tRNA在翻譯過程中起接合體（adaptor）作用，是氨基酸的運載體。目前四十二頁\總數一百六十三頁\編于三點四、蛋白質生物合成需要蛋白質因子、酶類等（一）蛋白質因子起始因子（initiationfactor，IF）延長因子（elongationfactor，EF）釋放因子（releasefactor，RF）目前四十三頁\總數一百六十三頁\編于三點（二）重要的酶類氨基酰-tRNA合成酶(aminoacyltRNAsynthetase)，催化氨基酸的活化；轉肽酶(peptidase)，催化核蛋白體P位上的肽酰基轉移至A位氨基酰-tRNA的氨基上，使酰基與氨基結合形成肽鍵;并受釋放因子的作用后發生變構，表現出酯酶的水解活性，使P位上的肽鏈與tRNA分離；轉位酶(translocase)，催化核蛋白體向mRNA3’-端移動一個密碼子的距離，使下一個密碼子定位于A位。目前四十四頁\總數一百六十三頁\編于三點參與原核生物翻譯的各種蛋白質因子及其生物學功能種類生物學功能起始因子IF-1占據A位防止結合其他tRNAIF-2促進起始tRNA與小亞基結合IF-3促進大小亞基分離，提高P位對結合起始tRNA的敏感性延長因子EF-Tu促進氨基酰-tRNA進入A位，結合并分解GTPEF-Ts調節亞基EF-G有轉位酶活性，促進mRNA-肽酰-tRNA由A位移至P位，促進tRNA卸載與釋放釋放因子RF-1特異識別UAA、UAG，誘導轉肽酶轉變為酯酶RF-2特異識別UAA、UGA，誘導轉肽酶轉變為酯酶RF-3可與核蛋白體其他部位結合，有GTP酶活性，能介導RF-1及RF-2與核蛋白體的相互作用目前四十五頁\總數一百六十三頁\編于三點參與真核生物翻譯的各種蛋白質因子及其生物學功能種類生物學功能起始因子eIF-1多功能因子，參與多個翻譯步驟eIF-2促進起始tRNA與小亞基結合eIF-2B,eIF-3最先結合小亞基，促進大小亞基分離eIF-4AeIF-4F復合物成分，有RNA解螺旋酶活性，能解除mRNA5′-端的發夾結構，使其與小亞基結合eIF-4B結合mRNA，促進mRNA掃描定位起始AUGeIF-4EeIF-4F復合物成分，結合mRNA5′帽子eIF-4GeIF-4F復合物成分，結合eIF-4E、eIF-3和PolyA結合蛋白eIF-5促進各種起始因子從小亞基解離，進而結合大亞基eIF-6促進核蛋白體分離成大小亞基延長因子eIF1-α促進氨基酰-tRNA進入A位，結合分解GTP，相當于EF-TueIF1-βγ調節亞基，相當于EF-TseIF-2有轉位酶活性，促進mRNA-肽酰-tRNA由A位移至P位，促進tRNA卸載與釋放，相當于EF-G釋放因子eRF識別所有終止密碼子，具有原核生物各類RF的功能目前四十六頁\總數一百六十三頁\編于三點蛋白質生物合成的能源物質為ATP和GTP;參與蛋白質生物合成的無機離子有Mg2+、K+等。（三）能源物質及離子目前四十七頁\總數一百六十三頁\編于三點第二節

氨基酸的活化ActivationofAminoAcids目前四十八頁\總數一百六十三頁\編于三點氨基酸與特異的tRNA結合形成氨基酰-tRNA的過程稱為氨基酸的活化。參與氨基酸的活化的酶：氨基酰-tRNA合成酶。目前四十九頁\總數一百六十三頁\編于三點反應過程一、氨基酸活化形成氨基酰-tRNA氨基酸+tRNA氨基酰-tRNAATP

AMP＋PPi氨基酰-tRNA合成酶反應分兩步：目前五十頁\總數一百六十三頁\編于三點第一步反應氨基酸＋ATP＋E—→氨基酰-AMP-E＋AMP＋PPi

目前五十一頁\總數一百六十三頁\編于三點第二步反應氨基酰-AMP-E＋tRNA↓

氨基酰-tRNA＋AMP＋E目前五十二頁\總數一百六十三頁\編于三點

氨基酸的活化形式：氨基酰－tRNA

氨基酸的活化部位：α－羧基

氨基酸與tRNA連接方式：酯鍵

氨基酸活化耗能：2個~P目前五十三頁\總數一百六十三頁\編于三點1、對底物氨基酸和tRNA都有高度特異性。氨基酰-tRNA合成酶的特性：tRNA氨基酰-tRNA合成酶ATP目前五十四頁\總數一百六十三頁\編于三點

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L-氨基酸，不作用于D-氨基酸。

對tRNA具有極高專一性。目前五十五頁\總數一百六十三頁\編于三點2、氨基酰-tRNA合成酶具有校正活性。動力學校對化學校對目前五十六頁\總數一百六十三頁\編于三點氨基酰-tRNA的表示方法丙氨酰-tRNA：Ala-tRNAAla精氨酰-tRNA：Arg-tRNAArg甲硫氨酰-tRNA：

Met-tRNAMet各種氨基酸和對應的tRNA結合后形成的氨基酰-tRNA表示為：氨基酸的三字母縮寫-tRNA氨基酸的三字母縮寫

例如：目前五十七頁\總數一百六十三頁\編于三點tRNA目前五十八頁\總數一百六十三頁\編于三點真核生物：Met-tRNAiMet原核生物：fMet-tRNAifMet二、起始肽鏈合成的氨基酰-tRNA目前五十九頁\總數一百六十三頁\編于三點甲酰化形成N-甲酰甲硫氨酰-tRNA(fMet-tRNAfMet)，可以在mRNA的起始密碼子AUG處就位，參與形成翻譯起始復合物。起始密碼子只能辨認fMet-tRNAifMet。（一）原核生物起始氨基酰-tRNA:fMet-tRNAi

fMet

目前六十頁\總數一百六十三頁\編于三點fMet-tRNAi

fMet的生成是一碳化合物轉移和利用的過程之一，反應由轉甲酰基酶催化，甲酰基從N10-甲酰四氫葉酸轉移到甲硫氨酸的α-氨基上。目前六十一頁\總數一百六十三頁\編于三點起始氨基酰-tRNA:Met-tRNAiMet

參與肽鏈延長的甲硫氨酰-tRNA：

Met-tRNAeMet（二）真核生物真核細胞起始密碼子編碼的Met不需甲酰化目前六十二頁\總數一百六十三頁\編于三點

第三節蛋白質生物合成過程TheProcessofProteinBiosynthesis目前六十三頁\總數一百六十三頁\編于三點肽鏈的生物合成過程是翻譯的中心環節。翻譯時，從mRNA的起始密碼子AUG開始，按5ˊ→3ˊ方向逐一讀碼，直至終止密碼子。于是，合成中的肽鏈從起始甲硫氨酸開始，從N-端→C-端延長，直至終止密碼子前一位密碼子所編碼的氨基酸。目前六十四頁\總數一百六十三頁\編于三點

蛋白質合成中mRNA模板的方向：5′→3′；蛋白質的合成方向：N端→C端。蛋白質合成過程：起始延長終止目前六十五頁\總數一百六十三頁\編于三點一、肽鏈合成起始指mRNA和起始氨基酰-tRNA分別與核蛋白體結合而形成翻譯起始復合物(translationalinitiationcomplex)。參與起始過程的蛋白質因子稱起始因子（initiationfactor，IF）。目前六十六頁\總數一百六十三頁\編于三點參與起始過程的蛋白質因子稱起始因子（initiationfactor，IF）。原核生物起始因子有三種：IF-1：占據A位防止結合其他tRNA。IF-2：促進起始tRNA與小亞基結合。IF-3：促進大小亞基分離，提高P位對結合起始tRNA敏感性。目前六十七頁\總數一百六十三頁\編于三點（一）起始指mRNA和起始氨基酰-tRNA分別與核蛋白體結合而形成翻譯起始復合物的過程。1.核蛋白體大小亞基分離；2.mRNA在小亞基定位結合；3.起始氨基酰-tRNA的結合；4.核蛋白體大亞基結合。目前六十八頁\總數一百六十三頁\編于三點IF-3IF-11.核蛋白體大小亞基分離目前六十九頁\總數一百六十三頁\編于三點AUG5'3'IF-3IF-12.mRNA在小亞基定位結合目前七十頁\總數一百六十三頁\編于三點原核生物mRNA在核蛋白體小亞基上的準確定位和結合涉及兩種機制：在各種mRNA起始AUG上游約8～13核苷酸部位，存在一段由4～9個核苷酸組成的一致序列，富含嘌呤堿基，如-AGGAGG-，稱為Shine-Dalgarno序列(S-D序列)，又稱核蛋白體結合位點(ribosomalbindingsite,RBS)。一條多順反子mRNA序列上的每個基因編碼序列均擁有各自的S-D序列和起始AUG。目前七十一頁\總數一百六十三頁\編于三點S-D序列小亞基中的16S-rRNA3ˊ-端有一富含嘧啶堿基的短序列，如-UCCUCC-，通過與S-D序列堿基互補而使mRNA與小亞基結合。mRNA序列上緊接S-D序列后的小核苷酸序列，可被核蛋白體小亞基蛋白rpS-1識別并結合。目前七十二頁\總數一百六十三頁\編于三點S-D序列目前七十三頁\總數一百六十三頁\編于三點IF-3IF-1IF-2GTP3.起始氨基酰tRNA(fMet-tRNAi

fMet)結合到小亞基AUG5'3'目前七十四頁\總數一百六十三頁\編于三點IF-3IF-1IF-2GTPGDPPi4.核蛋白體大亞基結合，起始復合物形成AUG5'3'目前七十五頁\總數一百六十三頁\編于三點IF-3IF-1AUG5'3'IF-2GTPIF-2-GTPGDPPi起始復合物形成過程起始過程消耗1個GTP。目前七十六頁\總數一百六十三頁\編于三點指在mRNA模板的指導下，氨基酸依次進入核蛋白體并聚合成多肽鏈的過程。1.進位(positioning)/注冊(registration)2.成肽(peptidebondformation)3.轉位(translocation)（二）延長肽鏈延長在核蛋白體上連續循環式進行，又稱為核蛋白體循環(ribosomalcycle)，包括以下三步：每輪循環使多肽鏈增加一個氨基酸殘基。目前七十七頁\總數一百六十三頁\編于三點原核延長因子生物功能對應真核延長因子EF-Tu促進氨基酰-tRNA進入A位，結合分解GTPEF-1-αEF-Ts調節亞基EF-1-βγEFG有轉位酶活性，促進mRNA-肽酰-tRNA由A位前移到P位，促進卸載tRNA釋放EF-2肽鏈合成的延長因子目前七十八頁\總數一百六十三頁\編于三點1.進位又稱注冊（registration)，是指一個氨基酰-tRNA按照mRNA模板的指令進入并結合到核蛋白體A位的過程。目前七十九頁\總數一百六十三頁\編于三點進位需要延長因子EF-Tu與EF-Ts參與。目前八十頁\總數一百六十三頁\編于三點目前八十一頁\總數一百六十三頁\編于三點TuTsGTPGDPAUG5'3'TuTsGTP進位的反應過程：目前八十二頁\總數一百六十三頁\編于三點2.成肽成肽是在轉肽酶(peptidase)的催化下，核蛋白體P位上起始氨基酰-tRNA的N-甲酰甲硫氨酰基或肽酰-tRNA的肽酰基轉移到A位并與A位上氨基酰-tRNA的α-氨基結合形成肽鍵的過程。目前八十三頁\總數一百六十三頁\編于三點成肽的反應過程目前八十四頁\總數一百六十三頁\編于三點肽鍵的形成目前八十五頁\總數一百六十三頁\編于三點3.轉位轉位是在轉位酶的催化下，核蛋白體向mRNA的3′-端移動一個密碼子的距離，使mRNA序列上的下一個密碼子進入核蛋白體的A位、而占據A位的肽酰-tRNA移入P位的過程。轉位需要延長因子EF-G參與。目前八十六頁\總數一百六十三頁\編于三點EF-G有轉位酶（translocase）活性，可結合并水解1分子GTP，釋放的能量促進核蛋白體向mRNA的3′側移動，使起始二肽酰-tRNA-mRNA相對位移進入核蛋白體P位，而卸載的tRNA則移入E位。轉位目前八十七頁\總數一百六十三頁\編于三點目前八十八頁\總數一百六十三頁\編于三點fMetAUG5'3'fMetTuGTP成肽→轉位→下一輪進位目前八十九頁\總數一百六十三頁\編于三點進位轉位成肽肽鏈合成延長(核蛋白體循環)過程目前九十頁\總數一百六十三頁\編于三點（三）終止指核蛋白體A位出現mRNA的終止密碼子后，多肽鏈合成停止，肽鏈從肽酰-tRNA中釋出，mRNA、核蛋白體大、小亞基等分離的過程。終止階段需要釋放因子RF-1、RF-2和RF-3參與。目前九十一頁\總數一百六十三頁\編于三點RF-3可結合核蛋白體其他部位，有GTP酶活性，能介導RF-1、RF-2與核蛋白體的相互作用。釋放因子的功能：識別終止密碼子RF-1特異識別UAA、UAG；RF-2特異識別UAA、UGA。誘導轉肽酶轉變為酯酶活性催化新生肽鏈與結合在P位的tRNA之間的酯鍵水解，使肽鏈從核蛋白體上釋放。目前九十二頁\總數一百六十三頁\編于三點原核肽鏈合成終止過程目前九十三頁\總數一百六十三頁\編于三點原核肽鏈合成終止過程：目前九十四頁\總數一百六十三頁\編于三點

氨基酸活化：2個~P ATP 起始： 1個 GTP 延長： 2個 GTP 終止： 1個 GTP 結論：每合成一個肽鍵至少消耗4個~P。原核生物蛋白質合成的能量計算目前九十五頁\總數一百六十三頁\編于三點多聚核蛋白體的形成可以使蛋白質生物合成以高速度、高效率進行。（四）多聚核蛋白體(polysome)1條mRNA模板鏈都可附著10～100個核蛋白體，這些核蛋白體依次結合起始密碼子并沿5′→3′方向讀碼移動，同時進行肽鏈合成，這種mRNA與多個核蛋白體形成的聚合物稱為多聚核蛋白體(polysome)。目前九十六頁\總數一百六十三頁\編于三點多聚核蛋白體多個核蛋白體聚集到同一mRNA上合成相同的多肽鏈，提高蛋白質的合成速率。目前九十七頁\總數一百六十三頁\編于三點電鏡下的多聚核蛋白體目前九十八頁\總數一百六十三頁\編于三點二、真核生物的肽鏈合成過程（一）起始1.核蛋白體大小亞基分離；2.起始氨基酰-tRNA的結合；3.mRNA在小亞基定位結合；4.核蛋白體大亞基結合。（起始復合物形成）目前九十九頁\總數一百六十三頁\編于三點真核生物翻譯起始因子

起始因子生物功能eIF-2促進起始tRNA與小亞基結合eIF-2B,eIF-3促進大小亞基分離eIF-4AeIF-4F復合物成分，有解螺旋酶活性，促進mRNA結合小亞基eIF-4B促進mRNA掃描定位起始AUGeIF-4EeIF-4F復合物成分，結合mRNA5’帽子eIF-4GeIF-4F復合物成分，結合eIF-4E和PABeIF-5促進各種起始因子從小亞基解離，進而結合大亞基eIF-6促進核蛋白體分離成大小亞基目前一百頁\總數一百六十三頁\編于三點Met40SMetMet40S60SmRNAeIF-2B、eIF-3、

eIF-6

①elF-3②GDP+Pi各種elF釋放elF-5④ATPADP+PielF4E,elF4G,elF4A,elF4B,PAB③真核生物翻譯起始復合物形成過程Met-tRNAiMet-elF-2

-GTPMet60S目前一百零一頁\總數一百六十三頁\編于三點

真核生物翻譯起始的特點核蛋白體是80S；起始因子種類多；起始tRNA的Met不需甲酰化；mRNA的5’帽子和3’polyA尾結構與mRNA在核蛋白體就位有關；起始tRNA先與核蛋白體小亞基結合，然后再結合mRNA目前一百零二頁\總數一百六十三頁\編于三點真核生物肽鏈合成的延長過程與原核基本相似，但有不同的反應體系和延長因子。另外，真核細胞核蛋白體沒有E位，轉位時卸載的tRNA直接從P位脫落。（二）延長目前一百零三頁\總數一百六十三頁\編于三點（三）終止真核生物翻譯終止過程與原核生物相似，但只有1個釋放因子eRF，可識別所有終止密碼子，完成原核生物各類RF的功能。目前一百零四頁\總數一百六十三頁\編于三點真核生物細胞質蛋白質合成特點1、翻譯啟動因子多2、mRNA為單作用子3、核糖體大而復雜4、啟動tRNA不經過甲酰化5、合成過程需要ATP,啟動因子種類多6、肽鏈延長因子終止因子種類少目前一百零五頁\總數一百六十三頁\編于三點1、真核細胞核糖體比原核細胞核糖體更大更復雜；2、起始氨基酸為Met，不是fMet；3、肽鏈合成的起始：由40S核糖體亞基首先識別mRNA的5’端-帽子，然后沿mRNA移動尋找AUG；4、起始因子有12種，但只有2種延長因子和1種終止因子；5、真核細胞種線粒體、葉綠體的核糖體大小、組成及蛋白質合成過程都類似于原核細胞。目前一百零六頁\總數一百六十三頁\編于三點原核生物與真核生物肽鏈合成過程的主要差別原核生物真核生物mRNA一條mRNA編碼幾種蛋白質（多順反子）一條mRNA編碼一種蛋白質（單順反子）轉錄后很少加工轉錄后進行首尾修飾及剪接轉錄、翻譯和mRNA的降解可同時發生mRNA在核內合成，加工后進入胞液，再作為模板指導翻譯核蛋白體30S小亞基＋50S大亞基?70S核蛋白體40S小亞基＋60S大亞基?80S核蛋白體起始階段起始氨基酰-tRNA為fMet-tRNAfMet起始氨基酰-tRNA為Met-tRNAiMet核蛋白體小亞基先與mRNA結合,再與fMet-tRNAfMet結合核蛋白體小亞基先與Met-tRNAiMet結合，再與mRNA結合mRNA中的S-D序列與16SrRNA3-端的一段序列結合mRNA中的帽子結構與帽子結合蛋白復合物結合有3種IF參與起始復合物的形成有至少10種eIF參與起始復合物的形成延長階段延長因子為EF-Tu、EF-Ts和EF-G延長因子為eEF-1α、eEF-1βγ和eEF-2終止階段釋放因子為RF-1、RF-2和RF-3釋放因子為eRF目前一百零七頁\總數一百六十三頁\編于三點第四節

蛋白質翻譯后修飾和靶向輸送PosttranslationalModificationandTargetingTransferofProtein目前一百零八頁\總數一百六十三頁\編于三點新生多肽鏈不具備蛋白質的生物學活性，必須經過復雜的加工過程才能轉變為具有天然構象的功能蛋白質，這一加工過程稱為翻譯后修飾。包括：多肽鏈折疊為天然的三維構象肽鏈一級結構的修飾空間結構的修飾翻譯后修飾(posttranslationalmodification)目前一百零九頁\總數一百六十三頁\編于三點蛋白質合成后被定向輸送到其發揮作用的靶位點的過程稱為蛋白質的靶向輸送(proteintargeting)。翻譯后修飾使得蛋白質組成更加多樣化，從而使蛋白質結構上呈現更大的復雜性。目前一百一十頁\總數一百六十三頁\編于三點一、多肽鏈折疊為天然構象的蛋白質新生肽鏈的折疊在肽鏈合成中、合成后完成，新生肽鏈N-端在核蛋白體上一出現，肽鏈的折疊即開始。可能隨著序列的不斷延伸肽鏈逐步折疊，產生正確的二級結構、模序、結構域到形成完整空間構象。一般認為，多肽鏈自身氨基酸順序儲存著蛋白質折疊的信息，即一級結構是空間構象的基礎。細胞中大多數天然蛋白質折疊都不是自動完成，而需要其他酶和蛋白質輔助。目前一百一十一頁\總數一百六十三頁\編于三點

肽鏈折疊是指從多肽鏈的氨基酸序列形成具有正確三維空間結構的蛋白質的過程。體內多肽鏈的折疊目前認為至少有兩類蛋白質參與，稱為助折疊蛋白:（1）酶：蛋白質二硫鍵異構酶（PDI）肽-脯氨酰順反異構酶(PPI)（2）分子伴侶(molecularchaperon):肽鏈的折疊

目前一百一十二頁\總數一百六十三頁\編于三點蛋白質二硫鍵異構酶多肽鏈內或肽鏈之間二硫鍵的正確形成對穩定分泌蛋白、膜蛋白等的天然構象十分重要，這一過程主要在細胞內質網進行。二硫鍵異構酶在內質網腔活性很高，可在較大區段肽鏈中催化錯配二硫鍵斷裂并形成正確二硫鍵連接，最終使蛋白質形成熱力學最穩定的天然構象。目前一百一十三頁\總數一百六十三頁\編于三點肽-脯氨酰順反異構酶多肽鏈中肽酰-脯氨酸間形成的肽鍵有順反兩種異構體，空間構象有明顯差別。肽酰-脯氨酰順反異構酶可促進上述順反兩種異構體之間的轉換。肽酰-脯氨酰順反異構酶是蛋白質三維構象形成的限速酶，在肽鏈合成需形成順式構型時，可使多肽在各脯氨酸彎折處形成準確折疊。目前一百一十四頁\總數一百六十三頁\編于三點Lasky于1978年首先提出分子伴侶（mulecularchaperone）的概念，這是一類在細胞內能幫助新生肽鏈正確折疊與裝配組裝成為成熟蛋白質，但其本身并不構成被介導的蛋白質組成部分的一類蛋白因子，在原核生物和真核生物中廣泛存在。分子伴侶:目前一百一十五頁\總數一百六十三頁\編于三點分子伴侶的概念:是細胞內一類可識別肽鏈的非天然構象、促進各功能域和整體蛋白質的正確折疊的保守蛋白質。（1）熱休克蛋白(heatshockprotein,HSP)HSP70、HSP40和GreE族（2）伴侶素(chaperonins)GroEL和GroES家族細胞內分子伴侶兩大家族:目前一百一十六頁\總數一百六十三頁\編于三點分子伴侶的功能:①封閉待折疊蛋白質的暴露的疏水區段；②創建一個隔離的環境，可以使蛋白質的折疊互不干擾；③促進蛋白質折疊和去聚集；④遇到應激刺激，使已折疊的蛋白質去折疊。目前一百一十七頁\總數一百六十三頁\編于三點(1)熱休克蛋白(heatshockprotein,HSP)熱休克蛋白屬于應激反應性蛋白質，高溫應激可誘導該蛋白質合成。熱休克蛋白可促進需要折疊的多肽折疊為有天然空間構象的蛋白質。熱休克蛋白包括HSP70、HSP40和GrpE三種成員。大腸桿菌中HSP70是由基因danK編碼，故稱Dank；HSP40是由基因danJ編碼,故稱DanJ。目前一百一十八頁\總數一百六十三頁\編于三點熱休克蛋白促進蛋白質折疊的基本作用：熱激蛋白的作用是結合保護待折疊多肽片段，再釋放該片段進行折疊。形成HSP70和多肽片段依次結合、解離的循環。HSP70的作用與另外兩種蛋白質（SP40和GrpE）的調節有關目前一百一十九頁\總數一百六十三頁\編于三點有兩個主要功能域：一是存在于N-端的高度保守的結構域，具有ATP酶活性，能結合和水解ATP；另一個是存在于C-端的多肽鏈結合結構域。蛋白質的折疊需要這兩個結構域的相互作用。大腸桿菌的HSP70(DnaK)結構：ATP酶肽鏈結合結構域H2NEEVD-COOHGrpE結合部位DnaJ/HSP40結合部位目前一百二十頁\總數一百六十三頁\編于三點循環機制：HSP40結合待折疊的多肽片段，并將多肽片段導向HSP70-ATP復合物，產生HSP40-HSP70-ATP-多肽復合物。HSP40與HSP70的相互作用立即激活了HSP70的ATP酶活性，使ATP水解釋放能量，產生穩定的HSP40-HSP70-ADP-多肽復合物GrpE(核苷酸交換因子)與HSP40作用，取代ADP,使復合物變為不穩定，迅速分解釋放出HSP40、HSP70和多肽片段，多肽進行正確的折疊。ATP與HSP70再結合，繼續下一輪循環。目前一百二十一頁\總數一百六十三頁\編于三點HSP40結合待折疊多肽片段HSP70-ATP復合物HSP40-HSP70-ADP-多肽復合物ATP水解GrpEATPADP復合物解離，釋出多肽鏈片段進行正確折疊目前一百二十二頁\總數一百六十三頁\編于三點大腸桿菌中的HSP70反應循環目前一百二十三頁\總數一百六十三頁\編于三點(2)伴侶蛋白(chaperonin)伴侶蛋白是分子伴侶的另一家族，如大腸桿菌的GroEL和GroES（真核細胞中同源物為HSP60和HSP10）等家族。主要作用:為非自發性折疊蛋白質提供能折疊形成天然空間構象的微環境。目前一百二十四頁\總數一百六十三頁\編于三點伴侶素系統促進蛋白質折疊過程目前一百二十五頁\總數一百六十三頁\編于三點當待折疊肽鏈進入GroEL的桶狀空腔后，GroES可作為“蓋子”瞬時封閉GroEL空腔出口。封閉后的桶狀空腔提供了能完成該肽鏈折疊的微環境。GroEL-GroES復合物目前一百二十六頁\總數一百六十三頁\編于三點GroEL-GroES反應循環目前一百二十七頁\總數一百六十三頁\編于三點二、蛋白質一級結構修飾（一）肽鏈末端的修飾

脫甲酰基酶或氨基肽酶除去N－甲酰基或N－甲硫氨酸或N端一段序列，不一定等肽鏈合成終止才發生。主要是肽鍵水解和化學修飾：

目前一百二十八頁\總數一百六十三頁\編于三點（二）個別氨基酸的共價修飾1．糖基化：精氨酸2．羥基化：脯氨酸，賴氨酸3．甲基化：組氨酸4．磷酸化：5．二硫鍵形成：胱氨酸6．親脂性修飾絲氨酸，蘇氨酸，酪氨酸目前一百二十九頁\總數一百六十三頁\編于三點

真核生物翻譯的產物為單一多肽鏈，有時這一肽鏈經不同的切割加工，可產生一個以上功能不同的蛋白質或多肽，此原始肽鏈稱多蛋白（polyprotein）多肽鏈經過翻譯后加工，產生多種不同活性的蛋白質或肽的情況，如：鴉片促黑皮質素原(POMC)的水解修飾（三）多肽鏈的水解修飾目前一百三十頁\總數一百六十三頁\編于三點例：鴉片促黑皮質素原(POMC)的水解修飾ACTH(39肽)α-促黑激素α-MSHβ-促黑激素γ-促黑激素α-內啡肽β-內啡肽γ-內啡肽β-脂酸釋放激素β-LTγ-脂酸釋放激素蛋氨酸腦啡肽目前一百三十一頁\總數一百六十三頁\編于三點

酶原轉變為酶分泌型蛋白質“信號肽”的切除部分新生蛋白質部分間隔順序剪接：游離的內蛋白子

（四）蛋白質前體中不必要肽段的切除目前一百三十二頁\總數一百六十三頁\編于三點三、空間結構的修飾具有四級結構的蛋白質由兩條以上的肽鏈通過非共價鍵聚合，形成寡聚體(oligomer)。（一）通過非共價鍵亞基聚合形成具有四級結構的蛋白質

如，血紅蛋白4個亞基的聚合。目前一百三十三頁\總數一百六十三頁\編于三點結合蛋白質合成后都需要結合相應輔基，才能成為具有功能活性的天然蛋白質。（二）輔基連接后形成完整的結合蛋白質（三）酯酰化長鏈脂肪酸與蛋白質共價連接，增強蛋白質的疏水性。

如，蛋白質與糖、脂類、核酸、血紅素等結合形成糖蛋白、脂蛋白、核蛋白、血紅蛋白等結合蛋白質。目前一百三十四頁\總數一百六十三頁\編于三點四、合成后蛋白質可被靶向輸送至細胞特定部位蛋白質在核蛋白體上合成后，必須分選出來，定向輸送到一個合適的部位才能行使各自的生物學功能。蛋白質的靶向輸送與翻譯后修飾過程同步進行。目前一百三十五頁\總數一百六十三頁\編于三點新生蛋白質的去向：保留在細胞液進入細胞核、線粒體等細胞器隨體液分泌到細胞外蛋白質靶向輸送的條件：信號序列、蛋白質自身結構特點、轉運機構目前一百三十六頁\總數一百六十三頁\編于三點新生蛋白質的去向：目前一百三十七頁\總數一百六十三頁\編于三點所有靶向輸送的蛋白質結構中存在分選信號，主要是N末端特異氨基酸序列，可引導蛋白質轉移到細胞的適當靶部位，這類序列稱為信號序列(signalsequence)。信號序列是決定蛋白質靶向輸送特性的最重要元件，提示指導蛋白質靶向輸送的信息存在于蛋白質自身的一級結構中。（一）靶向輸送的蛋白質N-端存在信號序列目前一百三十八頁\總數一百六十三頁\編于三點靶向輸送蛋白信號序列或成分分泌蛋白信號肽內質網腔蛋白信號肽，C端-Lys-Asp-Glu-Leu-COO-(KDEL序列)線粒體蛋白N端靶向序列（20～35氨基酸殘基）核蛋白核定位序列（-Pro-Pro-Lys-Lys-Lys-Arg-Lys-Val-，SV40T抗原）過氧化體蛋白-Ser-Lys-Leu-（PST序列）溶酶體蛋白Man-6-P（甘露糖-6-磷酸）靶向輸送蛋白的信號序列或成分目前一百三十九頁\總數一百六十三頁\編于三點N-端含1個或幾個帶正電荷的堿性氨基酸殘基，如賴氨酸、精氨酸；中段為疏水核心區，主要含疏水的中性氨基酸，如亮氨酸、異亮氨酸等；C-端加工區由一些極性相對較大、側鏈較短的氨基酸（如甘氨酸、丙氨酸、絲氨酸）組成，緊接著是被信號肽酶(signalpeptidase)裂解的位點。信號肽的特點：目前一百四十頁\總數一百六十三頁\編于三點信號肽的一級結構N端側堿性區疏水核心區C端加工區目前一百四十一頁\總數一百六十三頁\編于三點第五節

蛋白質生物合成的干擾和抑制InterferenceandInhibitionofProteinBiosynthesis目前一百四十二頁\總數一百六十三頁\編于三點蛋白質生物合成是很多天然抗生素和某些毒素的作用靶點。抗生素等就是通過阻斷真核、原核生物蛋白質翻譯體系某組分功能、干擾和抑制蛋白質生物合成過程而起作用的。可針對蛋白質生物合成必需的關鍵組分作為研究新抗菌藥物的作用靶點。同時盡量利用真核、原核生物蛋白質合成體系的任何差異，以設計、篩選僅對病原微生物特效而不損害人體的藥物。目前一百四十三頁\總數一百六十三頁\編于三點一、許多抗生素通過抑制蛋白質生物合成發揮作用抗生素(antibiotics)是一類由某些真菌、細菌等微生物產生的藥物，有抑制其他微生物生長或殺死其他微生物的能力，對宿主無毒性的抗生素可用于預防和治療人、動物和植物的感染性疾病。目前一百四十四頁\總數一百六十三頁\編于三點影響翻譯起始的抗生素影響翻譯延長的抗生素干擾進位的抗生素引起讀碼錯誤的抗生素

影響肽鍵形成的抗生素

影響轉位的抗生素

目前一百四十五頁\總數一百六十三頁\編于三點抗生素作用位點作用原理應用伊短菌素原核、真核核蛋白體小亞基阻礙翻譯起始復合物的形成抗腫瘤藥四環素、土霉素原核核蛋白體小亞基抑制氨基酰-tRNA與小亞基結合抗菌藥鏈霉素、新霉素、巴龍霉素原核核蛋白體小亞基改變構象引起讀碼錯誤、抑制起始過程抗菌藥氯霉素、林可霉素、紅霉素原核核蛋白體大亞基抑制轉肽酶、阻斷肽鏈延長抗菌藥嘌呤霉素原核、真核核蛋白體使肽酰基轉移到它的氨基上后脫落抗腫瘤藥放線菌酮真核核蛋白體大亞基抑制轉肽酶、阻斷肽鏈延長醫學研究夫西地酸、細球菌素EF-G抑制EF-G、阻止轉位抗菌藥霉素原核核蛋白體小亞基阻止轉位抗菌藥常用抗生素抑制蛋白質生物合成的原理