蛋白質的生物合成ProteinSynthesis(translation)蛋白質的生物合成，即翻譯，就是將核酸中由4種核苷酸序列編碼的遺傳信息，通過遺傳密碼破譯的方式解讀為蛋白質一級結構中20種氨基酸的排列順序。ProteinBiosynthesisSystem

第一節蛋白質合成體系參與蛋白質生物合成的物質原料：20種α－氨基酸(AA)模板：mRNA氨基酸搬運工具：tRNA合成場所：核蛋白體（rRNA+蛋白質）酶及蛋白因子ATP、GTP、無機離子遺傳學將編碼一個多肽的遺傳單位稱為順反子(cistron)。一、mRNA：翻譯的直接模板

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

mRNA

堿基語言(4字符)

蛋白質

氨基酸語言(20字符)?遺傳密碼

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(tripletcoden)。A、C、G、U按照不同組合組成64個三連密碼，其中61個代表不同的氨基酸。其余三個（UAA，UAG，UGA）不代表任何氨基酸，為終止密碼。起始密碼(initiationcoden):AUG終止密碼(terminationcoden):UAA，UAG，UGA苯丙氨酸亮氨酸

絲氨酸亮氨酸異亮氨酸甲硫氨酸或起始符

脯氨酸

蘇氨酸

丙氨酸

酪氨酸

終止符

組氨酸谷氨酰胺天冬酰胺賴氨酸天冬氨酸谷氨酸半胱氨酸

終止符色氨酸

精氨酸

絲氨酸

精氨酸

甘氨酸

纈氨酸標準的通用遺傳密碼表在mRNA分子上，從5ˊ端→3ˊ端，每相鄰的3個核苷酸組成一組，代表相應的氨基酸或翻譯起始、終止信號，統稱為遺傳密碼。相鄰的三個核苷酸稱為密碼子(codon)或三聯體密碼(triplet)

。遺傳密碼的概念：64個密碼子，61個代表不同的氨基酸起始密碼(initiatorcodon)

：

5ˊ端第一個AUG表示起始信號，并代表甲酰蛋氨酸(原核)或蛋氨酸(高等動物)終止密碼(terminatorcodon)

：

UAA、UAG、UGA，不編碼氨基酸,只代表終止信號

方向性和連續性GCmRNAcodon2codon3codon4codon5codon6codon7codon13’AUGGCUCAUCGGCGCAUAAstartcodon

stopcodon5’proteinmethionineglycineserineisoleucineglycinealanineUG三聯體密碼從mRNA5’→3’連續閱讀，無間斷、無交叉遺傳密碼的特點密碼子閱讀框既無間隔也不重疊蛋氨酸天冬酰胺精氨酸谷氨酸甘氨酸AUGAAUAGAGAAGGCCG……一個堿基突變,會如何？堿基丟失賴氨酸丙氨酸后續全變－移碼突變酪氨酸UU一個堿基突變一個氨基酸改變第三個堿基改變

氨基酸有可能不變C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個蛋白質多肽鏈，稱為開放閱讀框架(openreadingframe,ORF)。

ORF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)。

簡并性(degeneracy)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。遺傳密碼舉例：UUAUUGCUUCUCCUACUG亮氨酸(Leu)AUG甲硫氨酸(Met)UUUUUC苯丙氨酸(Phe)ACUACCACAACG蘇氨酸(Thr)普遍性(universal)蛋白質生物合成的整套密碼，從原核生物到人類都通用。已發現少數例外，如動物細胞的線粒體、植物細胞的葉綠體。密碼的通用性進一步證明各種生物進化自同一祖先。

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。擺動性(wobble)5’3’mRNAtRNA3’5’3’5’3’5’反密碼子與密碼子的配對：（1）反向（2）不穩定（擺動性）U擺動配對二、氨基酸的“搬運工具”－tRNA氨基酸臂：3’-CCA-OH攜帶氨基酸

DHU環：與氨基酰-tRNA合成酶結合額外環：tRNA的分類標志TψC環：與核蛋白體結合反密碼環：識別密碼子tRNA是翻譯官兼操作工反密碼子—識別密碼子,使所攜帶的氨基酸準確地對號入座密碼子與反密碼子的配對關系tRNA轉運氨基酸具有特異性：一種tRNA可攜帶一種氨基酸；而一種氨基酸可由數種tRNA攜帶三、蛋白質的合成工廠——核蛋白體（“裝配機”）1、組成：大、小兩個亞基2、主要成分：蛋白質＋rRNA核蛋白體的組成21種核蛋白體的組成原核真核小亞基rRNA蛋白質rRNA蛋白質大亞基16S18S33種5S，23S5S，5.8S，28S49種34種大小30S40S大小50S60S核蛋白體大小70S80S結合型：位于粗面內質網，合成分泌蛋白（含信號肽）.游離型：游離于胞質中,參與細胞固有蛋白的合成3、分類：mRNA

2tRNA停靠位點轉肽酶A結合AA-tRNAP結合肽酰-tRNA和起始Met-tRNA4.功能區：受位（A位）給位（P位）轉肽酶活性位點原核生物翻譯過程中核蛋白體結構模式:A位：氨基酰位(aminoacylsite)蛋白質的合成過程

PROCESSOFPROTEINSYNTHESIS第二節氨基酸的活化與轉運核糖體循環（活化氨基酸在核糖體上的縮合）肽鏈合成的起始（initiation）肽鏈的延長（elongation）肽鏈合成的終止（termination）

一、氨基酸的活化與轉運（一）氨基酸的活化與轉運是酶促需能反應氨基酰tRNA合成酶-2ATP第一步反應氨基酸＋ATP-E—→

氨基酰-AMP-E＋PPi

第二步反應氨基酰-AMP-E+tRNA

氨基酰－tRNA+AMP+E酶

催化反應絕對專一性

1個A.A1個氨基酰tRNA合成酶活化A.A---活化“-COOH”

消耗2個ATP活化A.A+tRNA

氨基酰tRNA氨基酰tRNA合成酶酶的兩個位點結合位點結合正確的A.A活化水解位點保證A.A序列的正確性對底物氨基酸和tRNA都有高度特異性氨基酰-tRNA合成酶保證翻譯的忠實性

能辨認并水解錯誤結合的氨基酸，具有校正活性

AA接到肽鏈的什么地方去？——由氨酰-tRNA合成酶決定——由codon-anticodon決定AA接到什么樣的tRNA上去？二、核蛋白體循環（ribosomalcycle）：起始Initiation延長Elongation終止Termination1、肽鏈合成的起始需要因子：Mg2＋、GTP、ATP、起始因子(IF)模板mRNA核糖體大小亞基組成起始復合體

fmet-tRNAfmet(met-tRNAmet)種類起始tRNA---tRNAimet只能識別翻譯起始信號AUG只能結合于核糖體的肽位(P)普通tRNA----tRNAmet在翻譯延長中發揮作用只能結合于核糖體的氨基酰位(A)起始tRNA與普通tRNA原核生物起始tRNA延長tRNA真核生物起始tRNA延長tRNA起始密碼只能辨認甲酰甲硫氨酸（fMet)fMet-tRNAimet延長識別Met時為Met-tRNAmet起始密碼只能辨認甲硫氨（Met)Met-tRNAimet延長識別Met時為Met-tRNAemet原核起始因子(initiationfactor,IF)：

IF2:促進小亞基與攜帶氨基酰的起始 tRNA結合

GTP酶活性（GTP→GDP+Pi）

IF3:抑制大、小亞基過早聚合促進小亞基與mRNA結合

IF1:輔助IF2、IF3起始復合體形成過程核糖體大小亞基分離mRNA在小亞基定位結合起始氨基酰-tRNA的結合（30S起始復合物形成）核糖體大亞基結合（70S起始復合物形成）IF-3IF-11.

核糖體大小亞基分離AUG5'3'IF-3IF-12.mRNA在小亞基定位結合(4-9富含嘌呤堿基的序列）IF-3IF-1IF-2GTP3.起始氨基酰tRNA(fMet-tRNAfMet)結合到小亞基

,30S起動復合體形成AUG5'3'IF-3IF-1IF-2GTPGDPPi4.核糖體大亞基結合,70S起動復合體形成AUG5'3'P：fmet-tRNAfmet

;mRNA上的AUGA：無氨基酰tRNA，mRNA上第二個密碼子IF-3IF-1AUG5'3'IF-2GTP-GTPGDPPi起始復合體形成過程2、肽鏈延長即核糖體自mRNA5’端向3’端推進翻譯過程，需延長因子(EF)、GTP和無機離子循環進行肽鏈延長肽鏈延長過程：1.進位(entrance)2.轉肽(peptidebondformation)3.移位(translocation)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GTPeEF-1-αEF-Ts調節亞基,促進EF-TU再利用eEF-1-βγEF-G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eEF-2肽鏈合成的延長因子(elongationfactor,EF)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。

（一）進位延長因子EF-Tu

促進氨基酰tRNA

與核糖體受位結合延長因子EF-Ts

促進EF-Tu的再利用TuTsGTPGDPAUG5'3'TuTsGTP核蛋白體對氨基酰tRNA的進位有校正作用(二)成肽轉肽酶催化肽鍵形成的過程E位fMet(三)轉位在轉位酶的作用下，促進核蛋白體向mRNA的3’方向移動，使肽酰tRNA和mRNA相對位移進入核蛋白體P位，而卸載的tRNA進入E位fMetAUG5'3'fMetTuGTP進位轉位成肽蛋白質合成過程動畫多肽鏈延長的特點

每生成一個肽鍵消耗

4個高能磷酸鍵（活化：2；進位：1；移位：1）每一循環生成一個肽鍵mRNA密碼子解讀方向：5→3多肽鏈延伸方向:N端→C端“搖擺前進”:保證蛋白質合成的連續性。防止肽酰tRNA脫落形成無活性的未成熟蛋白質3、肽鏈終止當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、核糖體等分離，這些過程稱為肽鏈合成終止

終止因子辨認終止密碼子（UAA、UGA、UAG）轉肽酶活性轉變：轉肽酶→酯酶（水解酶）肽鏈釋放mRNA釋放大小亞基分離終止因子（或稱釋放因子,releasefactor,RF）

辨認終止密碼，使轉肽酶變為水解酶，水解肽鏈與tRNA的連接，促進肽鏈從核蛋白體釋放。終止過程：原核肽鏈合成終止過程

UAG5'3'RFCOO-真核生物翻譯起始復合物形成過程核蛋白體大小亞基分離；起始氨基酰-tRNA結合；mRNA在核蛋白體小亞基準確就位；核蛋白體大亞基結合。met40S60SMetMet40S60SmRNAeIF-2B、eIF-3、

eIF-6①elF-3②GDP+Pi各種elF釋放elF-5④ATPADP+PielF4E,elF4G,elF4A,elF4B,PAB③MetMet-tRNAiMet-elF-2

-GTP核糖體循環

蛋白質翻譯過程中，核糖體大小亞基聚合完成肽鏈起始、延長及終止過程后解離，它們還可以再聚合成完整的核糖體，開始新的肽鏈合成，循環往復(RibosomeCycle)多核蛋白體（polysome）：

1個mRNA和多個核蛋白體的聚合物，在細胞內的翻譯是以多個核蛋白體的形式進行的，一條mRNA上可同時合成多條多肽，體現了蛋白質合成的高速、高效性40個密碼子/秒/核蛋白體原核生物蛋白質多核糖體合成。真核生物的多核糖體蛋白質合成。電鏡下的多聚核蛋白體現象四、真核生物與原核生物蛋白質合成的差異基本相同略有差別相同點：

密碼相同；組分相似：核蛋白體，tRNA，各種蛋白因子合成途徑相似1、轉錄與翻譯不偶聯2、合成體系復雜3、合成起始AA-tRNA不同4、通常需進行翻譯后加工5、合成的調控更為復雜

不相同點：

原核真核

mRNA多順反子(polycistron)單順反子(monocistron)

無“帽、尾”結構有“帽、尾”結構

核蛋白體30S+50S=70S40S+60S=80S起始AAfMet-tRNAfMetMet-tRNAiMetIF、EFIF3種eIF10多種及RFEF-Tu、EF-Ts、EF-GeEF1、eEF2RF1、RF2、RF3eRF轉錄與翻譯轉錄翻譯耦聯不耦聯（分隔進行）的關系（幾乎同時進行）抑制劑抗生素白喉毒素、植物毒素等翻譯后加工不需加工通常需加工真核生物線粒體存在獨立的蛋白質合成體系，與真核細胞質合成體系不同，與原核體系類似。

抗生素有一定的副作用

?蛋白質合成后加工和輸送PosttranslationalProcessing&ProteinTransportation第三節從核糖體釋放出的新生多肽鏈需經過各種翻譯后加工過程才轉變為天然構象的功能蛋白主要包括：?形成二硫鍵?氨基酸修飾?肽鏈的水解?肽鏈折疊?亞基聚合（二）二硫鍵的形成－S－S－多肽鏈內或鏈間由兩個半胱氨酸殘基形成二硫鍵二硫鍵對穩定蛋白質的天然構象十分重要這一過程主要在細胞內質網進行肽鏈合成后的加工與修飾（一）去除N-甲酰基（原核）或N-蛋氨酸（真核）

fMet-(aa)n

Met(aa)n

（aa）nor(aa)n-m

去甲酰基酶氨肽酶胰島素(insulin)核糖核酸酶(ribonuclease)羥化：膠元蛋白前體中的Pro、Lys。脂化：脂蛋白要加脂。乙酰化：組蛋白（Lys、Arg）甲基化：組蛋白，肌蛋白.Lys殘基

磷酸化：磷酸化酶b(Ser/Thr/Tyr)糖基化:在粗面內質網糖苷化與肽鏈合成同時進行.(三)個別氨基酸殘基的化學修飾有些肽鏈中的氨基酸殘基需經一定的化學修飾才能使蛋白質具有活性，參與正常的生理活動磷酸化絲氨酸磷酸化蘇氨酸磷酸化酪氨酸OHProtein

PProtein

ProteinKinaseATPADPPhosphatasesPi

ATP

ADP

磷酸化酶b激酶磷酸化酶b

磷酸化酶a

（無活性）磷酸化酶磷酸酶（有活性）

Pi

H2OP糖原分解

ATP

ADP

糖原合成酶激酶糖原合成酶I

糖原合成酶D

（有活性）磷蛋白磷酸酶（無活性）

Pi

H2OP糖原合成糖蛋白的合成(四)多肽鏈的水解修飾在核糖體合成的肽鏈大多數是蛋白質前體(precursor)，需水解切除部分肽段，才能形成有活性功能的蛋白質例：酶原激活（胰蛋白酶等）分泌型蛋白（胰島素、生長素、清蛋白、POMC、免疫球蛋白）前胰島素原胰島素原胰島素胰島素合成的加工鴉片促黑皮質素原(POMC)的水解修飾NC信號肽PMOCKRKR103肽

(？)ACTH-LT-MSH-MSHEndophin多肽鏈折疊為天然功能構象的蛋白質新生肽鏈N端出現肽鏈開始折疊逐步折疊二級結構模序結構域完整空間構象

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(peptideprolyl

cis-transisomerase,PPI)1.熱休克蛋白(heatshockprotein,HSP)HSP70、HSP40和GreE族2.伴侶素(chaperonins)GroEL和GroES家族分子伴侶分子伴侶是細胞一類保守蛋白質，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。（Lasky

，1978）圖解：助人為樂的分子伴侶太太很快出現在需要她盡力而為的場所（新生肽鏈的折疊，越膜，應激反應等情況），她主動去發現她應該幫助的正在成長的新生肽姑娘（識別折疊中間物），熱情地伸出友誼之手（相互作用和結合），并發出警戒之言"不！不！別往哪兒走！"，防止她們誤入歧途掉進不可自拔的死亡深淵（防止錯誤的相互作用導致的無效折疊和不可逆聚集），從而幫助她們沿著朝向正確目標的光明大道前進（有利于有效折疊成功能蛋白的正確折疊途徑）。新生肽姑娘健康地成長（正確折疊）。折疊好的蛋白質小姐愉快地，昂首闊步地準備去做自己的貢獻（折疊成特定的空間構并獲得生物活性的功能蛋白)分子伴侶幫助新生肽鏈正確折疊蛋白質一級結構是高級結構的基礎，蛋白質必須經歷：肽鏈空間折疊、亞基聚合、輔基結合等過程才能發揮其生物學活性亞基聚合、輔基結合亞單位的聚合、輔基結合【例如】血紅蛋白(α2β2)α鏈β鏈2血紅素

αβ二聚體α鏈β鏈2血紅素

αβ二聚體血紅蛋白Hbα鏈β鏈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。

四、蛋白質合成后的靶向輸送?蛋白質的靶向輸送(proteintargeting)真核細胞質核糖體合成的蛋白質

胞漿內質網線粒體細胞核高爾基體溶酶體細胞膜分泌到胞外為了能準確地運送蛋白質，在進化過程中每種蛋白質形成了一種明確的地址標簽（addresstarget），細胞通過對蛋白質地址標簽的識別進行運送，這就是蛋白質的分揀或稱分選（sorting）。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。各種新生分泌蛋白的N端有保守的氨基酸序列稱信號肽?信號序列(signalsequence)1975，Blobel和Dobberstein提出了信號肽學說，在闡明蛋白質的分揀與定向中作出的杰出貢獻，獲得了1999年諾貝爾醫學生理學獎。

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-，SV40

T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信號肽的一級結構（一）分泌蛋白的靶向輸送真核細胞分泌蛋白等前體合成后靶向輸送過程首先要進入內質網。

其它參與轉運的分子

1、信號肽識別粒子SRP（Signalrecognitionparticles）：

與分泌蛋白的信號肽結合。與內質網上的受體結合。

2、7S-RNA:提供SRP形成的結構骨架。

3、對接蛋白Dp（dockingprotein）：Dp

是SRP的受體，與SRP共同催化轉運攜有肽鏈的核蛋白體到內質網上。信號肽引導真核分泌蛋白進入內質網分泌蛋白質的合成（二）線粒體蛋白的靶向輸送（三）細胞核蛋白的靶向輸送蛋白質生物合成的干擾和抑制

Interference&InhibitionofProteinBiosynthesis第四節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。它們就是通過阻斷真核、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。

作用于不同環節：復制過程：多數抗腫瘤藥物轉錄過程：利福平等翻譯過程：多數抗生素作用于不同生物：原核生物：抗生素真核生物：毒素抗生素、干擾素、毒素一、抗生素類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、新霉素氯霉素、林可霉素紅霉素梭鏈孢酸

放線菌酮嘌呤霉素原核核蛋白體小亞基原核核蛋白體小亞基原核核蛋白體大亞基原核核蛋白體大亞基原核核蛋白體大亞基真核核蛋白體大亞基真核、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嘌呤霉素作用示意圖四環素族氯霉素鏈霉素和卡那霉素嘌呤霉素放線菌酮二、其他干擾蛋白質生物合成的物質毒素(toxin)干擾素(interferon)作用于哺乳動物白喉毒素(diphtheriatoxin)的作用機理白喉毒素++延長因子-2（有活性）延長因子-2（無活性）作用于eEF2，使之失活干擾素的作用機理干擾素誘導的蛋白激酶dsRNA1.干擾素誘導eIF2磷酸化而失活ATPeIF2ADPeIF2-P（失活）Pi磷酸酶2.干擾素誘導病毒RNA降解降解mRNAdsRNA干擾素AAPAPPPP252552-5AAPPPATP2-5A合成酶R