2023/6/13中山大學藥學院金晶蛋白質生物合成—翻譯及翻譯后加工金晶ProteinBiosynthesis—TranslationandPosttranslationalProcessing2023/6/132023/6/13翻譯（translation）：也稱蛋白質的生物合成意思就是把核酸中由A、C、G、T四種符號組成的遺傳信息，破讀為蛋白質分子中的20種氨基酸排列順序。翻譯的模板：DNA----原始模板

RNA----直接模板翻譯的場所：核蛋白體（細胞質）翻譯過程：起始、延長、終止三個階段Translation2023/6/13OutlineForChapter6Section1:GeneticCodeSection2:ProteinBiosynthesisSection3:PosttranslationalProcessingSection4:TransportofProteinSection5:ProgressofFunctionalProteinProteinBiosynthesis—TranslationandPosttranslationalProcessing2023/6/131961年，Nirenberg證明了mRNA的模板作用。一、遺傳密碼及密碼的破譯2023/6/13細菌＋礬土顆粒輕輕研磨細菌液離心，去除細胞壁和膜提取液（DNA、mRNA、tRNA、核糖體、酶、離子）DNA水解酶，20種氨基酸等蛋白質mRNA的模板作用的證實2023/6/13mRNA的模板作用的證實2023/6/13

mRNA上存在遺傳密碼mRNA分子上從5至3方向，由AUG開始，每3個核苷酸為一組，決定肽鏈上某一個氨基酸或蛋白質合成的起始、終止信號，稱為三聯體密碼（tripletcodon）。2023/6/13GeneticCode密碼子codon：mRNA上每3個相鄰核苷酸組成一個三聯體triplet，編碼一種氨基酸，三聯體即稱之為密碼子。遺傳密碼（geneticcodon)：密碼子的總和。它決定肽鏈上某一個氨基酸或蛋白質合成的起始、終止信號。2023/6/13理論值：

43=64

起始密碼子startcodon

：

AUG，編碼甲硫氨酸(真核)

甲酰甲硫氨酸(原核)

終止密碼子stopcodon

：

UAA、UAG、UGA密碼子（codon）2023/6/13破譯遺傳密碼，必須了解閱讀密碼的方式。遺傳密碼的閱讀，可能有兩種方式：一種是重疊閱讀，一種是非重疊閱讀。例如mRNA上的堿基排列是AUGCUACCG。若非重疊閱讀為AUG、CUA、CCG、；若重疊閱讀為AUG、UGC、GCU、CUA、UAC、ACC、CCG。兩種不同的閱讀方式，會產生不同的氨基酸排列。

密碼閱讀方式2023/6/13研究發現：在編碼區增加或刪除一個堿基，便無法產生正常功能的蛋白質；增加或刪除兩個堿基，也無法產生正常功能的蛋白質。但是當增加或刪除三個堿基時，卻合成了具有正常功能的蛋白質?？死锟送ㄟ^實驗證明了遺傳密碼中三個堿基編碼一個氨基酸，閱讀密碼的方式是從一個固定的起點開始，以非重疊的方式進行，編碼之間沒有分隔符。密碼閱讀方式2023/6/132023/6/13遺傳密碼子的破譯破譯密碼的實驗研究先后由三個實驗逐步發展了四種破譯方法，于1965年完成。1)在體外無細胞蛋白質合成體系中加入人工合成的polyU。－苯丙氨酸，即polyPhe。2)混合共聚物(mixedcopolymers)實驗對密碼子中堿基組成的測定3)aa-tRNA與確定的三核苷酸序列(密碼子)結合4)用重復共聚物(repeatingcopolymers)破譯密碼2023/6/13RobertW.HolleyHarGobindKhoranaMarshallW.NirenbergCornellUniversity

Ithaca,NY,USAUniversityofWisconsin

Madison,WI,USANationalInstitutesofHealth

Bethesda,MD,USAb.1922

d.1993b.1922

(inRaipur,India)b.1927TheNobelPrizeinPhysiologyorMedicine1968"fortheirinterpretationofthegeneticcodeanditsfunctioninproteinsynthesis"2023/6/13密碼子codon2023/6/13二、遺傳密碼的性質（一）密碼子的簡并現象（Degeneracyofcodon）

1、簡并現象的概念：一種AA受兩個以上codon編碼的遺傳現象遺傳密碼中，除色氨酸和甲硫氨酸僅有一個密碼子外，其余氨基酸有2、3、4個或多至6個三聯體為其編碼。2023/6/13密碼子的簡并現象2023/6/13

2、簡并現象的機理同工tRNA（isoacceptingtRNAs）密碼子家族（codonfamily）:編碼相同AA的幾個密碼子稱為密碼子家族,其成員互稱為同義密碼子(synonymouscodons)

★密碼子的簡并可把突變對生物體的影響降到最小密碼子的簡并現象2023/6/13擺動性(wobble)轉運氨基酸的tRNA的反密碼需要通過堿基互補與mRNA上的遺傳密碼反向配對結合，但反密碼與密碼間不嚴格遵守常見的堿基配對規律，稱為擺動配對。擺動配對2023/6/132023/6/13密碼子、反密碼子配對的擺動現象tRNA反密碼子第1位堿基IUGACmRNA密碼子第3位堿基U,C,AA,GU,CUGI-------次黃嘌呤2023/6/13通用性(universal)除了動物細胞中的線粒體和植物細胞中的葉綠體外，從最簡單的病毒、原核生物到人類都使用一套遺傳密碼。2023/6/13連續性(commaless)編碼蛋白質氨基酸序列的各個三聯體密碼連續閱讀，密碼間既無間斷也無交叉基因損傷引起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)

2023/6/13偏愛密碼（codonbias)一個AA有多個密碼子如：CCACCTCCG

CCC都代表Pro,人類基因CCACCT或

CCC，而大腸桿菌選擇CCG2023/6/13線粒體密碼的特殊性真核細胞線粒體mRNA中的密碼子與胞漿中mRNA的密碼子有以下三點不同:線粒體中UGA不代表終止密碼子，而是編碼Trp;肽鏈內的Met由AUG和AUA二個密碼子編碼，起始部位的Met由AUG、AUA、AUU和AGG均為起始密碼;AGA和AGG不是Arg的密碼子，而是終止密碼子，即UAA、UAG、AGA和AGG均為終止密碼子。2023/6/13ArgIle起始2023/6/13三.閱讀框架(readingframes)閱讀框架(readingframes):

從特定的起始密碼子開始由3個核苷酸一組組成的編碼順序。閱讀框架15’UUAUGAGCGCUAAAU3’

Leu

stop

AlaLeuAsn閱讀框架25’UUAUGAGCGCUAAAU3’

TyrGluArg

Stop閱讀框架35’UUAUGAGCGCUAAAU3’

MetSerAlaLys

2023/6/13ORF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，各個三聯體密碼連續排列編碼一條多肽鏈，稱為開放閱讀框架(openreadingframe,ORF)。2023/6/13OutlineForChapter6Section1:GeneticCodeSection2:ProteinBiosynthesisSection3:PosttranslationalProcessingSection4:TransportofProteinSection5:ProgressofFunctionalProteinProteinBiosynthesis—TranslationandPosttranslationalProcessing2023/6/13Section2:

ProteinBiosynthesis2023/6/13參與蛋白質生物合成的物質20種氨基酸(AA)作為原料酶及眾多蛋白因子，如IF、eIFATP、GTP、無機離子三種RNAmRNA（messengerRNA,信使RNA）rRNA（ribosomalRNA,核蛋白體RNA）tRNA（transferRNA,轉移RNA）2023/6/13一、生物合成的模板——mRNA單順反子mRNA（monocistronicmRNA）：

多順反子mRNA（polycistronicmRNA）:

mRNA分子的組成：?

編碼區起始AUG到終止密碼子?

前導序列AUG之前的5’端非編碼區（5’UTR）?

尾巴終止密碼子之后，不翻譯的3’端遺傳學將編碼一個多肽的遺傳單位稱為順反子（cistron）。2023/6/13（一）原核生物mRNA的特征

（1）大部分為多順反子mRNA

spacer:各順反子之間（基因之間）的非編碼區長度變化很大

因此，多順反子的mRNA翻譯有兩種情況：

a、spacer較長時，下一個基因的產物合成起始是獨立的

b、spacer長度較短時,兩個順反子使用相同的核糖體或小亞基2023/6/13Spacer較長時Spacer較短時2023/6/13

(2)

其他特征b、

5’端有300個左右NT的leader（A/G－－－－AUG）c、

AUG作為起始密碼子（GUG、UUG）d、

AUG前有S–D序列原核生物mRNA的特征a、半衰期短，僅幾分鐘時間2023/6/132023/6/13?可受核糖體結合并保護

?

與核糖體小亞基內16SrRNA的3’端富含嘧啶的序列3’------UCCUCC-----5’互補，使tRNA正確定位于起始codonS–D序列S–D序列（Shine-Dalgarnosequence）：位于AUG上游4~13個NT處的富含嘌呤的3~9個NT的共同序列，其一致序列為AGGAGG

2023/6/132023/6/13（二）真核生物mRNA的特征

（1）一般為單順反子

（2）5’端的帽子對翻譯有增強作用，且5’帽子和3’polyA尾對翻譯效率的調節有協同作用

（3）“第一AUG規律”即-----絕大部分以AUG作為起始codon2023/6/13

（4）起始AUG有如下特點

a、起始密碼子常處于Kozak序列中

CCACCAUGG-3只有5~10％的情況下………+1+4

b、-3位的A和＋4位的G…..至關準確翻譯真核生物mRNA的特征2023/6/13mRNA結構簡圖2023/6/13二、蛋白質合成的場所－核糖體（Ribosomes）●核糖體是細胞內一種核糖核蛋白顆粒(ribonucleoproteinparticle)，主要由rRNA和蛋白質構成，其惟一功能是按照mRNA的指令將氨基酸合成蛋白質多肽鏈，所以核糖體是細胞內蛋白質合成的分子機器。2023/6/132023/6/13核糖體的結構

（1）

ProkE.coli

小亞基16SRNA21種proteinsS1-------S21

大亞基23SRNA5SRNA34種proteinsL1----L34

（2）Euk

大亞基28SRNA5SRNA5.8SRNA49種proteins

小亞基18SRNA33種proteins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-rRNA5S-rRNA23S-rRNA18S-rRNA28S-rRNA5S-rRNA5.8S-rRNA蛋白質rpS21種rpL34種rpS33種rpL49種2023/6/13(一)核糖體RNA(rRNA)rRNAs的主要功能是結構。蛋白質和每種主要rRNA的特殊位點相結合，以特定的順序裝配成亞基。核糖體具有各種活性中心，每一活性中心都由特定的一組蛋白和rRNA的一定區域裝配而成。這些活性中心要求結構中的rRNA的直接參與或者具有催化作用。2023/6/132023/6/13亞單位締合與mRNA的SD序列互補結合肽酰tRNA被pre-tRNA保護A位點需要2023/6/13

16SrRNA2023/6/13Assemblyofthe30Sribosomalsubunitandmaturationof16SrRNAinE.coli.2023/6/13(二)核糖體蛋白質

50S34個蛋白質23SrRNA原核生物

30S21個蛋白質16SrRNA60S49個蛋白質28SrRNA真核生物

40S33個蛋白質18SrRNA2023/6/1370S核糖體30S小亞基50S大亞基2023/6/13平臺2023/6/13鼻脊谷莖2023/6/132023/6/13

?兩者之間形成一個mRNA通道

?

根據功能將核糖體上的活性部位分為兩類

?翻譯區域7個活性位點占2/3?逐出位點2個位點（多肽的逐出）占1/3

(1)mRNA結合位點

a、位于30S亞基的頭部核糖體的活性位點b、16SrRNA3’端是mRNA與小亞基初始結合不可缺少的2023/6/13

（2）

P位點：肽酰－tRNA位點

a、大部分在小亞基內，小部分在大亞基內

16SrRNA的3‘末端、L2等蛋白

b、能夠與起始tRNA（fMet--tRNAf）相結合，且P

位點會影響A位點的活性核糖體的活性位點（3）A位點：氨?；鵷RNA位點

a、主要在大亞基上

b、

A位點內mRNA表面只對特定的aa—tRNA分子表現出特異性，且A位點結合aa—tRNA要求在P

位點上必須有肽酰tRNA存在2023/6/13（4）肽基轉移酶活性位點

活性中心在大亞基上，位于P位點和A位點的連接處靠近tRNA的接受臂核糖體的活性位點

（5）

5srRNA位點（與tRNA進入有關）（6）EF—Tu位點

位于大亞基內，與氨?；鵷RNA的結合有關

（7）EF—G轉位因子結合位點

大亞基靠近小亞基的界面處2023/6/13（8）

E位點（包括兩個：脫?；鵷RNA和多肽的逐出位點）

?E1為脫酰基tRNA離開核糖體提供出口

?E1對蛋白質合成的準確性起重要作用

?E2為多肽離開核糖體提供出口（占核糖體1／3）核糖體的活性位點2023/6/13E位點：排出位(exitsite),供已卸去氨基現tRNA暫短停留后離去。P位點：肽酰位(peptidylsite),供肽?；璽RNA結合A位點:氨基酰位(aminoacylsite),氨基酰－tRNA結合30s2023/6/132023/6/132023/6/13PolysomesEachmRNAtranscriptisreadsimultaneouslybymorethanoneribosome.

Asecond,third,fourth,etc.ribosomestartstoreadthemRNAtranscriptbeforethefirstribosomehascompletedthesynthesisofonepolypeptidechain.MultipleribosomesonasinglemRNAtranscriptarecalledpolyribosomesorpolysomes.

Multipleribosomescannotbepositionedcloserthan80nt.2023/6/13Polysomes2023/6/13Electronmicrographsofribosomesactivelyengagedinproteinsynthesisrevealedby"beadsonastring"appearance.

2023/6/13三、蛋白質合成的機制（一）合成元件——tRNA、rRNA和蛋白質因子1、tRNA——最小的RNA，4S，70~80個basetRNA在蛋白質翻譯中起接合的作用。tRNA的氨基酸臂上攜帶氨基酸。tRNA分子的反密碼環與mRNA上的密碼配對。密碼-反密碼-氨基酸三聯體保證了翻譯的準確性2023/6/13TψC環附加環反密碼子環DHU環結合氨基酸部位二級結構(1)各種tRNA均含有70~80個堿基，其中22個堿基是恒定的。2023/6/13(2)5’端和3’端配對（常為7bp）形成莖區，稱為受體臂（acceptorarm）或稱氨基酸臂。在3’端永遠是4個堿基（XCCA）的單鏈區，在其末端有2’-OH或3’-OH，是被氨基?；稽c。此臂負責攜帶特異的氨基酸。2023/6/13（3）TψC常由5bp的莖和7nt和環組成。此臂負責和核糖體上的rRNA識別結合；(堿基ψ-假尿嘧啶）。2023/6/13(4)反密碼子臂(anticodonarm)常由5bp的莖區和環區組成，它負責對密碼子的識別與配對。2023/6/13(5)D環(Darm)的莖區長度常為4bp，也稱雙氫尿嘧啶環。負責和氨基酰tRNA聚合酶結合;2023/6/13(6)額外環(extraarm)可變性大，從4Nt到21Nt不等，其功能是在tRNA的L型三維結構中負責連接兩個區域（D環－反密碼子環和TψC-受體臂）。2023/6/13（2）“L”形三級結構---anti-codonarm位于”L”另一端，與結合在核糖體小亞基上的codonofmRNA配對b、“L”結構域的功能---aaacceptarm位于“L”的一端，契合于核糖體的肽基轉移酶結合位點PA,以利肽鍵的形成

a、“L”構型的結構力

?二級結構中的堿基堆積力和氫鍵

?二級結構中未配對堿基形成的氫鍵tRNA的高級結構2023/6/13tRNA三維結構2023/6/13tRNA的三級結構示意圖2023/6/13---TΨCloop&DHUloop

位于“L”兩臂的交界處，利于“L”結構的穩定---“L”結構中堿基堆積力大使其拓撲結構趨于穩定

wobblebase

位于“L”結構末端堆積力小自由度大使堿基配對搖擺2023/6/13tRNA的種類（2）同工tRNA（isoacceptingtRNAs）

（1）起始tRNA和延伸tRNA

起始tRNA:Prok中，攜帶甲酰甲硫氨酸（fMet）

Euk中，攜帶甲硫氨酸（Met）延伸tRNA：其他tRNA攜帶AA相同而反密碼子不同的一組tRNA

?不同的反密碼子識別AA的同義密碼

?結構上能被AA–tRNA合成酶識別的共性2023/6/13

(3)校正tRNA

2023/6/13氨基酸+tRNA氨基酰-tRNAATP

AMP＋PPi氨基酰-tRNA合成酶氨基酰-tRNA合成酶(aminoacyl-tRNAsynthetase)氨基酸的活化2023/6/13第一步反應氨基酸＋ATP-E—→氨基酰-AMP-E

＋PPi

2023/6/13第二步反應氨基酰-AMP-E＋

tRNA↓氨基酰-tRNA＋AMP

＋

E2023/6/132023/6/13tRNA氨基酰-tRNA合成酶ATP

tRNA與酶結合的模型2023/6/13氨基酰-tRNA合成酶對底物氨基酸和tRNA都有高度特異性。氨基酰-tRNA合成酶具有校正活性(proofreadingactivity)。氨基酰-tRNA的表示方法：Ala-tRNAAla

Ser-tRNASerMet-tRNAMet氨基酸的活化2023/6/13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~P2023/6/13真核生物：

Met-tRNAiMet原核生物：fMet-tRNAifMet起始肽鏈合成的氨基酰-tRNA2023/6/133、翻譯輔助因子起始因子initiationfactorsIFeukaryoteinitiationfactorseIF延伸因子elongationfactorsEFeukaryoteelongationfactorseEF終止因子releasefactorsRF能量與酶

ATP、GTP,多種酶2023/6/13三、蛋白質合成的機制（二）合成過程——起始、延伸、終止1、肽鏈合成起始（initiation）肽鏈合成起始階段，是指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。需要起始因子（IF或eIF）和ATP、GTP參與。翻譯的起始是mRNA能忠實翻譯的關鍵步驟，也是調節蛋白質合成的部位。翻譯過程分為起始、延長和終止三個階段。2023/6/13翻譯起始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。2023/6/13原核生物的翻譯起始復合物的形成（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。2023/6/13IF-3IF-1（1）核蛋白體大小亞基分離2023/6/13AUG5'3'IF-3IF-1（2）mRNA在小亞基定位結合mRNA借助SD序列使起始密碼子對準P點2023/6/13在原核生物mRNA起始密碼AUG上游，存在4~9個富含嘌呤堿的一致性序列，如-AGGAGG-，稱為S-D序列。又稱為核蛋白體結合位點（ribosomalbindingsite，RBS)

S-D序列2023/6/13S-D序列2023/6/13IF-3IF-1IF-2GTPAUG5'3'（3）起始氨基酰tRNA與小亞基結合2023/6/13IF-3IF-1IF-2GTPGDPPiAUG5'3'（4）

核蛋白體大亞基結合2023/6/13IF-3IF-1AUG5'3'IF-2GTPIF-2-GTPGDPPi起始過程消耗1個GTP小結：起始復合物的形成過程2023/6/13關于起始的幾個問題:SD(Shine-Dalgarno)順序的作用：有助于mRNA的翻譯從起始密碼子處開始。 小亞基上16SrRNA3’端的六核苷酸和Shine-Dalgarno順序互補，相互結合，使下游的AUG起始密碼子定位在P位上。

16SrRNA3’端：3’-UCCUCC-5’S-D順序：5’-AAACAGGAGG-3’翻譯時的第一個密碼子是怎樣被識別的呢？2023/6/13fMet-tRNAi

Met識別起始AUG攜帶Met-tRNAMet

只能攜帶Met進入正在延伸的肽鏈中

f：甲?；?/p>

i：起始如何正確選擇起始密碼子？2023/6/13fMet-tRNA與Met-tRNA有什么不同?甲基化和非甲基化原核生物和真核生物2023/6/13真核生物翻譯起始復合物形成核蛋白體大小亞基分離；起始氨基酰-tRNA結合；mRNA在核蛋白體小亞基就位；核蛋白體大亞基結合。2023/6/13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2023/6/13Met40SMetMet40S60SmRNAeIF-2B、eIF-3、

eIF-6

①elF-2②GDP+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-GTPMet60S43S48S80S2023/6/13核蛋白體是80S；起始因子種類多；起始tRNA的Met不需甲?；?；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真核生物翻譯起始的特點2023/6/13真核細胞與原核細胞

蛋白質生物合成起始的特點比較特點真核原核核糖體80S(40S+60S)70S(30S+50S)起始因子種類eIF多IF少起始tRNA攜帶的Met不需甲酰化甲?；痬RNA上起始識別的結構5’-帽子結構3’-polyA尾S-D序列2023/6/132、肽鏈的延伸（elongation）指按照mRNA密碼序列的指導，依次添加氨基酸從N端向C端延伸肽鏈，直到合成終止的過程。2023/6/13肽鏈的延長是在核蛋白體上連續性循環式進行，又稱為核蛋白體循環（ribosomalcycle)，每次循環增加一個氨基酸分為以下三步：進位（entrance）成肽（peptidebondformation）轉位（translocation）肽鏈的延伸（elongation）2023/6/13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2023/6/13（1）進位指根據mRNA下一組遺傳密碼指導，使相應氨基酰-tRNA進入核蛋白體A位。2023/6/13延長因子EF-T催化進位（原核生物）2023/6/13肽鏈延伸過程中EF-Tu和EF-Ts循環2023/6/13TuTsGTPGDPAUG5'3'TuTsGTP肽鏈延伸過程中EF-Tu和EF-Ts循環2023/6/13（2）成肽是由轉肽酶（transpeptidase）催化的肽鍵形成過程。2023/6/13（3）轉位（translocation）延長因子EF-G有轉位酶（translocase）活性，可結合并水解1分子GTP，促進核蛋白體向mRNA的3’側移動。2023/6/132023/6/13fMetAUG5'3'fMetTuGTP轉位（translocation）2023/6/13進位轉位成肽延伸過程演示圖2023/6/13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。真核生物延長過程2023/6/13（3）肽鏈合成的終止當mRNA上終止密碼出現后，多肽鏈合成停止，肽鏈從肽酰-tRNA中釋出，mRNA、核蛋白體等分離，這些過程稱為肽鏈合成終止。2023/6/13終止相關的蛋白因子稱為釋放因子(releasefactor,RF)識別終止密碼:RF-1特異識別UAA、UAG；RF-2可識別UAA、UGA。RF-3----刺激RF-1和RF-2的活性誘導轉肽酶改變為酯酶活性，使肽鏈從核蛋白體上釋放。釋放因子的功能原核生物釋放因子：RF-1，RF-2，RF-3真核生物釋放因子：eRF2023/6/13原核肽鏈合成終止過程2023/6/13UAG5'3'RFCOO-肽鏈合成的終止2023/6/13多核糖體（polyribosome)在蛋白質合成時，一條mRNA鏈上同時具有許多個核糖體（每隔80核苷酸有一個核糖體）一條mRNA可同時合成多條多肽鏈2023/6/13核糖體循環原核生物中：復制、轉錄、翻譯同步，多肽合成后，進入大亞基的管腔內，經滑面內質網進高爾基體，進行后加工。2023/6/13IF-3IF-1AUG5'3'IF-2GTPIF-2-GTPGDPPi1、合成起始翻譯全過程2023/6/13翻譯全過程TuTsGTPGDPAUG5'3'TuTsGTP肽鏈延伸過程中EF-Tu和EF-Ts循環2、延伸過程2023/6/13翻譯全過程fMetAUG5'3'fMetTuGTP轉位（translocation）2、延伸過程2023/6/133、合成終止UAG5'3'RFCOO-翻譯全過程2023/6/13四、蛋白質生物合成的調節轉錄水平調節轉錄后水平調節翻譯水平調節2023/6/13實驗證明，翻譯效率與起始密碼前的5′-非編碼區的AUG有關，該AUG稱5′-AUG，去掉5′-AUG，翻譯效率就提高。正常情況下，含5′-AUG的基因在哺乳類基因中僅占10%，而在原癌基因中表達65%，可見原癌基因受到嚴密的調控，這是一種調控機制。（一）5′-AUG的作用2023/6/13（二）氨酰－tRNA合成酶結合tRNA的校正化學校正動力學校正增加了負載前水解掉的機會2023/6/13真核mRNA轉錄不久即在其5’端加上m7GPPPN的帽子和3’端加上50-150個多聚腺苷酸(polyA)n尾。戴“帽”（capping)：①防止降解，延長壽命；②與核糖小亞基結合；③為翻譯起始因子識別polyA功能：①為mRNA進入細胞質所必需②保持mRNA穩定性，延長壽命polyA尾對mRNA穩定性及翻譯效率有調控作用,polyA對mRNA具有轉運和穩定性作用。（三）polyA尾的調節2023/6/13蛋白質的合成受到許多抗生素和毒素的抑制抗生素一般是細菌或真菌所產生的具有抑制其它生物生長的物質。許多微生物可以生產抗生素，它們利用這些抗生素作為化學防御武器抵御競爭者和來犯之敵。某些抗生素通過抑制肽鍵的形成防止細菌的生長?？股匾蚓哂袣⒕蛞种萍毦L的作用而被廣泛用于臨床，部分用于科研。（四）蛋白質生物合成的阻斷劑2023/6/13抗生素嘌呤霉素的結構非常類似于氨酰-tRNA的3’末端的結構。因為結構上的相似，嘌呤霉素可以進入核糖體的A位。肽酰轉移酶催化新生成的多肽轉移至嘌呤霉素的游離的氨基上。由于肽酰－嘌呤霉素在A位處的結合弱，很快就從核糖體上解離，因此就可終止蛋白質的合成。盡管嘌呤霉素可以有效地阻止原核生物的蛋白質合成，但它不能用于臨床，因為嘌呤霉素同樣也阻止真核生物中的蛋白質合成，所以嘌呤霉素對人是有毒的。臨床上可用的抗生素應當是對細菌的蛋白質合成是特異的，而對人是沒有作用的抑制劑?？股仡愖钄鄤?023/6/13嘌呤霉素的作用機制2023/6/13抗生素作用點作用原理應用四環素族（金霉素新霉素、土霉素）鏈霉素、卡那霉素氯霉素、林可霉素紅霉素梭鏈孢酸

放線菌酮嘌呤霉素原核小亞基原核小亞基原核大亞基原核大亞基原核大亞基真核大亞基真核、原核核蛋白體抑制氨基酰-tRNA與小亞基結合改變構象引起讀碼錯誤、抑制起始抑制轉肽酶、阻斷延長抑制轉肽酶、妨礙轉位與EFG-GTP結合，抑制肽鏈延長抑制轉肽酶、阻斷延長氨基酰-tRNA類似物，進位后引起未成熟肽鏈脫落抗菌藥抗菌藥抗菌藥抗菌藥抗菌藥醫學研究抗腫瘤藥抗生素抑制蛋白質生物合成的原理2023/6/13四環素可以和原核生物核糖體的30S亞基結合，就是說，封住了A位點，阻止氨酰-tRNA進入A位。在體外，四環素也可以作用于真核生物的核糖體，但由于它不能跨細胞質膜轉運，所以它不能抑制真核生物蛋白質的合成。氯霉素可以與50S的核糖體亞基相互作用，抑制肽酰轉移酶，所以可以廣泛用作治療細菌感染的藥物?？股仡愖钄鄤?023/6/13鏈霉素、卡那霉素、新霉素等，主要抑制革蘭氏陰性細菌蛋白質合成的三個階段：①50S起始復合物的形成，使氨基酰tRNA從復合物中脫落；②在肽鏈延伸階段，使氨基酰tRNA與mRNA錯配；③在終止階段，阻礙終止因了與核蛋白體結合，使已合成的多肽鏈無法釋放，而且還抑制70S核糖體的介離?？股仡愖钄鄤?023/6/13放線菌酮（cycloheximide）能抑制真核生物80S核糖體的肽?；D移酶，而不抑制細菌70S核糖體（以及線粒體和葉綠體中）中的肽?；D移酶。紅霉素(erythromycin)與50S大亞基結合，并阻斷移位作用因而將肽酰-tRNA“凍結”在A位點上。對紅霉素產生抗性是由于50S大亞基中某一個蛋白質產生突變之故?？股仡愖钄鄤?023/6/132023/6/13其他干擾蛋白質生物合成的物質毒素(toxin)干擾素(interferon)2023/6/13OutlineForChapter6Section1:GeneticCodeSection2:ProteinBiosynthesisSection3:PosttranslationalProcessingSection4:TransportofProteinSection5:ProgressofFunctionalProteinProteinBiosynthesis—TranslationandPosttranslationalProcessing2023/6/13第三節蛋白質合成后的折疊與修飾加工從核蛋白體釋放出的新生多肽鏈不具備蛋白質生物活性，必需經過不同的翻譯后復雜加工過程才轉變為天然構象的功能蛋白。主要包括多肽鏈折疊為天然的三維結構肽鏈一級結構的修飾高級結構修飾2023/6/13一、多肽鏈折疊為天然功能構象的蛋白質新生肽鏈的折疊在肽鏈合成中、合成后進行，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、模體、結構域到形成完整的空間構象。大多數天然蛋白質折疊都需要其他酶和蛋白質的輔助。folding2023/6/13幾種有促進蛋白折疊功能的大分子1.分子伴侶(molecularchaperon)2.蛋白二硫鍵異構酶(proteindisulfideisomerase,PDI)3.肽-脯氨酰順反異構酶(peptideprolylcis-transisomerase,PPI)2023/6/131.分子伴侶(molecularchaperon)細胞中的一類保守蛋白，在細胞內幫助新生肽鏈正確組裝成為成熟蛋白質，而本身卻不是最終功能蛋白質分子的組成成分的分子，分兩類：熱休克蛋白（heatshockprotein）伴侶素（chaperonin）2023/6/13熱休克蛋白（heatshockprotein）熱休克蛋白（heatshockprotein）

：對某些能自發折疊的蛋白質，可促進需要折疊的多肽折疊為有空間構象的蛋白質HSP70、HSP40和GrpE族

2023/6/13熱休克蛋白(heatshockprotein,HSP)熱休克蛋白促進蛋白質折疊的基本作用：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。參與蛋白質折疊、組裝、跨膜、分泌與降解2023/6/13HSP40結合待折疊片段，并將多肽導向HSP70－ATP復合物HSP40激活HSP70-ATP的ATPase活性，形成穩定的HSP40-HSP70-ADP-多肽復合物GrpE與HSP40作用，促進ATP交換ADP，復合物解離熱休克蛋白（heatshockprotein）2023/6/13伴侶素（chaperonin）伴侶素（chaperonin）：由一大的寡聚體裝配組成。裝配形成一未折疊蛋白插入的結構。為非自發折疊蛋白質提供能折疊形成天然空間構象的微環境GroEL和GroES家族2023/6/13Chaperonesbindtointeractiveregionsofproteinsastheyaresynthesizedtopreventrandomaggregation.Regionsoftheproteinarereleasedtointeractinanorderlymannertogivetheproperconformation.2023/6/13伴侶素（chaperonin）Hsp60由14個亞基形成兩個7聚體環，以相反方向垛疊在一起。2023/6/13近端遠端空心環（圓桶結構）與Hsp10（E.coli中為GroES）亞基形成的7聚體連接；單個GroES七聚體形成一“屋頂”蓋在空穴外。2023/6/13底物和ATP結合在同一環；GroES蓋住該環，近端環的中央空腔增大；

GroEL的疏水殘基參與與GroES的結合；底物殘基暴露在親水環境，構象隨之改變。2023/6/132023/6/132.蛋白二硫鍵異構酶（PDI）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。(proteindisulfideisomerase,PDI)2023/6/133.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。(peptideprolylcis-transisomerase,PPI)2023/6/13二、蛋白質的一級結構修飾1.N端改造

fMet的切除2.氨基酸側鏈的修飾3.多肽鏈的水解修飾2023/6/13所有的多肽都是以N-甲酰甲硫氨酸（原核生物）或甲硫氨酸（真核生物）開始的。但是，甲?；被┒说募琢虬彼釟埢约捌渌~外的氨基末端和羧基末端的一些殘基最終可能被酶法除去，因此不存在于最后的功能性蛋白質中。原核生物修飾時是由肽甲?；赋ゼ柞；?，多數情況甲硫氨酸也被氨肽酶除去，真核生物中甲硫氨酸則全部被切除。1.新生肽鏈N端fMet或Met的切除（N—端修飾

）2023/6/13氨基酸側鏈的修飾包括：二硫鏈的形成羥化、羧化、甲基化等化學修飾2.氨基酸側鏈的修飾2023/6/13mRNA中沒有胱氨酸密碼子，而不少蛋白質含有二硫鍵．這是蛋白質合成后通過兩個半胱氨酸的氧化作用生成的。肽鏈內或兩條肽鏈間的二硫鍵是在肽鏈形成后-SH基被氧化而形成的。二硫鍵在形成蛋白質的空間結構中起著重要作用，有助于保護蛋白質分子的天然構象。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。二硫鍵的形成和正確配對2023/6/13氨基酸的修飾1、糖基化在多肽鏈合成過程中或在合成之后常以共價鍵與單糖或寡糖側鏈連接，生成糖蛋白。糖蛋白是一類重要的蛋白，許多膜蛋白和分泌蛋白均是糖蛋白。糖基化是在酶催化反應下進行的。在蛋白質合成中多種氨基酸均可發生修飾，包括羥基化、糖基化、磷酸化、酰基化、羧化作用、甲基化。2023/6/13糖基化糖可連接在天冬酰胺的酰胺上(N-連接寡糖)或連接在絲氨酸、蘇氨酸或羥賴氨酸的羥基上(O-連接寡糖)，糖基化是多種多樣的，可以在同一條肽鏈上的同一位點連接上不同的寡糖，也可以在不同位點上連接上寡糖。2023/6/13寡糖的兩種鏈接方式連接方式N-連接：O-連接：2023/6/13氨基酸殘基的修飾2、酰基化：蛋白質的乙?；毡榇嬖谟谠松锖驼婧松镏小?、羥基化：肽鏈中某些氨基酸的側鏈被修飾，這都是在翻譯后的加工過程中被專一的酶催化而形成的。例如脯氨酸的羥化有助于膠原蛋白螺旋的穩定2023/6/134、磷酸化：由各種蛋白質激酶催化，將磷酸基團連接于絲氨酸、蘇氨酸和酪氨酸的羥基上。5、羧化作用：一些蛋白質的谷氨酸和天冬氨酸可發生羧化作用。例如血液凝固蛋白酶原的谷氨酸在翻譯后羧化成γ-羧基谷氨酸，后者可以與Ca2+螯合。這依賴于維生素K的羧化酶的催化作用。6、甲基化：在一些蛋白質中賴氨酸被甲基化。如肌肉蛋白和細胞色素c中含有一甲二甲基賴氨酸。氨基酸殘基的修飾2023/6/13OutlineForChapter6Section1:GeneticCodeSection2:ProteinBiosynthesisSection3:PosttranslationalProcessingSection4:TransportofProteinSection5:ProgressofFunctionalProteinProteinBiosynthesis—TranslationandPosttranslationalProcessing2023/6/13蛋白質合成后需要經過復雜機制，定向輸送到最終發揮生物功能的細胞靶部位，這一過程稱為蛋白質的靶向輸送。蛋白質的靶向輸送（proteintargeting）要實現蛋白的定向運輸，細胞首先得面臨這樣的一個問題，即如何選擇和區分不同去向的蛋白，再把它們運往特定的地方？？？這就是分選(sorting)2023/6/13蛋白質是由核糖體合成的，合成之后必須準確無誤地運送到細胞的各個部位。在進化過程中每種蛋白形成了一個明確的地址簽(addresstarget),細胞通過對蛋白質地址簽的識別進行運送,這就是蛋白質的分選(proteinsorting)。分選(sorting)2023/6/13分選分選信號決定其去向并最終定位核糖體存在部位也影響其去向運輸概念意義通過連續的內膜系統運送蛋白質到達其最終目的地的過程運送到特定部位執行其特定功能蛋白質的分選和運輸2023/6/13真核細胞膜結合區室的主要功能細胞器(區室)主要功能胞質溶膠代謝的主要場所；蛋白質合成部位細胞核基因組存在的場所，DNA和RNA的合成地內質網大多數脂的合成場所，蛋白質合成和集散地高爾基體蛋白質和脂的修飾、分選和包裝溶酶體細胞內的降解作用內體內吞物質的分選線粒體通過氧化磷酸化合成ATP葉綠體進行光合作用過氧化物酶體毒性分子的氧化2023/6/13細胞質中蛋白質合成和空間定位路線2023/6/13蛋白質的運輸目的地1、細胞質蛋白質仍然存在于細胞質。2、分泌到胞外的蛋白質、整合到質膜和進入溶酶體的蛋白質，運轉的前幾步是相同的，起源于內質網。3、進入線粒體、葉綠體和細胞核有三種獨特的運轉過程：核孔轉運、跨膜轉運、靠小泡轉運2023/6/13核孔運輸(transportthroughnuclearpore)：胞質溶膠中合成的蛋白質穿過細胞核內外膜形成的核孔進入細胞核，被運輸的蛋白需要有核定位信號。跨膜運輸(acrossmembranetransport)：胞質溶膠中合成的蛋白質進入到內質網、線粒體、葉綠體和過氧化物酶體等則是通過跨膜機制進行運輸的，需要膜上運輸蛋白(proteintranslocators)的幫助，被運輸的蛋白要有信號肽或導肽。小泡運輸(transportbyvesicles)：蛋白質從內質網轉運到高爾基體以及從高爾基體轉運到溶酶體、分泌泡、細胞質膜、細胞外等則是由小泡介導的，這種小泡稱為運輸小泡(transportvesicles)。合成的蛋白質通過三種不同方式進行運輸定位2023/6/13膜被細胞器輸入蛋白質的三種主要機制2023/6/13蛋白質合成場所---游離的核糖體

InEuk.---核糖體附著在粗糙內質網(roughendoplasmicreticulumRER)蛋白質合成擴散在細胞質內進入順式高爾基體部分停留選擇，加工，分泌，擴散反式高爾基體合成蛋白質

InProk.

---核糖體附著在細胞內膜（innermembrane）合成蛋白質通過外膜擴散到細胞外2023/6/13兩種途徑（Euk.）：翻譯后轉運(post-translationaltransport)翻譯時轉運（co-translationaltransport

）蛋白質運送方式2023/6/13分泌泡共翻譯轉運翻譯后轉運2023/6/13所有靶向輸送的蛋白質結構中存在分選信號，主要為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，這一序列稱為信號序列。信號序列(signalsequence)2023/6/13根據信號序列運輸方向的不同分為三種類型，即入核信號、引導肽和信號肽。入核信號指導核蛋白的運輸，引導肽指導線粒體、葉綠體和過氧化物酶體蛋白的運輸，信號肽則指導內膜系統的蛋白質運輸。信號序列的類型2023/6/13細胞內某些典型蛋白運輸信號及功能功能信號序列組成輸入內質網

+H3N-Met-Met-Ser-Phe-Val-Ser-Leu-Leu-Leu-Val-Gly-Ile-Leu-Phe-Trp-Ala-Thr-Glu-Ala-Glu-Gln-Leu-Thr-Lys-Cys-Glu-Val-Phe-Gln滯留內質網

-Lys-Asp-Glu-Leu-COO—輸入線粒體

+H3N-Met-Leu-Ser-Leu-Arg-Gln-Ser-Ile-Arg-Phe-Phe-Lys-Pro-Ala-Thr-Arg-Thr-Leu-Cys-Ser-Ser-Arg-Tyr-Leu-Leu-輸入細胞核

-Pro-Pro-Lys-Lys-Lys-Arg-Lys-Val-輸入過氧化物酶體

-Ser-Lys-Leu-說明:+H3N代表氨基端;COO—代表羧基端。2023/6/13（一）信號肽假設（signalhypothesis）信號識別顆粒（SRP）細胞質基質中的核蛋白復合體，SRP有三個重要的功能：(1)它能和新生的分泌蛋白的信號肽相結合；(2)還能和位于膜上的蛋白受體相結合；(3)延伸制動。信號肽(signalpeptide)——分選的信號各種新生分泌蛋白的N端有保守的氨基酸序列稱信號肽。2023/6/13信號肽的一級結構2023/6/13SRP組成6個多肽亞單位小的RNA(7S,300個核苷酸)能識別核糖體外信號肽與核糖體A位結合識別內質網膜上SRP受體SRPRNA與核糖體A位點結合區域識別SRP受體區域SRP識別信號肽區域信號識別顆粒(signalrecognitionparticle,SRP)2023/6/13發現蛋白質有內部信號決定蛋白質在細胞內的轉移和定位TheNobelPrizeinPhysiologyorMedicine1999"forthediscoverythatproteinshaveintrinsicsignalsthatgoverntheirtransportandlocalizationinthecell"GünterBlobelUSARockefellerUniversity

NewYork,NY,USA;HowardHughesMedicalInstituteb.1936

(inWaltersdorf/Silesia,Germany)2023/6/13信號肽與SRP結合→肽鏈延伸暫時終止→SRP與內質網膜上受體結合，SRP解體→肽鏈在內質網上繼續合成，同時信號肽引導新生肽鏈進入內質網腔→信號肽切除→肽鏈延伸至終止。蛋白質轉入內質網合成的過程2023/6/13

Thesignalhypothesis2023/6/132023/6/13◆引導肽(leadingpeptide)將游離核糖體上合成的蛋白質的N-端信號稱為導向信號，或導向序列，由于這一段序列是氨基酸組成的肽，所以又稱為轉運肽。（翻譯后轉運）◆信號肽(signalpeptide)（翻譯時轉運）將膜結合核糖體上合成的蛋白質的N-端的序列稱為信號序列，將組成該序列的肽稱為信號肽。（二）引導肽假設（leadingpeptide）-自學內容2023/6/13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