第四節(jié)蛋白質合成的生物學機制第二講生物信息的傳遞（下）——從mRNA到蛋白質肽鏈的延長需要一些延伸因子（EF）

原核生物的EF主要有EF-T和EF-G兩類:

EF-T：開始誤認為這類延伸因子有肽基轉移酶的活性，所以取轉移酶的第一個字母“T”。三、肽鏈的延伸（elongation）原核生物的蛋白質合成

EF-G：這類延伸因子與核糖體結合時需要GTP，當GTP水解時，這類延伸因子就從核糖體上解離下來，由于涉及GTP，所以用GTP的第一個字母“G”表示。

EF-T有兩種：Tu和TsEF-Ts：s是stable的意思，是穩(wěn)定蛋白質，

EF-Tu:u是unstable，不穩(wěn)定蛋白質。

EF-Tu直接參加了氨酰-tRNA與核糖體的結合。氨酰-tRNA進入核糖體的A位肽鍵的形成移位

肽鏈的延伸包括3步:EF-Tu先與GTP結合，再與氨酰-tRNA結合形成一個復合物，最后與70S起始復合物相結合(A位)，并釋放出EF-Tu-GDP,EF-Tu-GDP再與EF-Ts及GTP反應，重新形成不穩(wěn)定EF-Tu-GTP，進入下一輪循環(huán)。EF-Ts能結合fMet-tRNA1、氨酰-tRNA進入核糖體的A位。

TuTsGTPGDPAUG5'3'TuTsGDPTu-GTPTu\Ts

循環(huán)肽基轉移酶2、肽鍵的形成

肽基轉移酶(transpeptidase)3、移位（Translocation)EF-G有移位酶(translocase)活性,可結合并水解1分子GTP，促進核糖體向mRNA的3′端移動fMetAUG5'3'fMetTuGTP四、肽鏈合成的終止◆識別◆水解◆解離RF1：作用于UAA、UAGRF2：作用于UGA、UAARF3：促進RF1和RF2從核糖體中釋放。具有GTP酶活性。UAG5'3'RFCOO-真核生物的蛋白質合成一、氨基酸的活化二、翻譯的起始起始tRNA：為Met－tRNAMeteIF4Am7GpppAAAAAAAUGeIF4EeIF4GeIF340SeIF2Met-tRNAieIF1A5′帽子結構參與形成翻譯起始復合物3′PolyA參與形成翻譯起始復合物1、40S小亞基識別mRNA5′端AUG上游的帽子結構，與其結合。2、復合物移動到AUG處，與mRNA穩(wěn)定結合。Kozak:掃描模型3、與60S亞基結合起始因子多，至少9種結合的順序需要ATP特點：met40S60SMetMet40S60SmRNAeIF-2B、eIF-3、

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

-GTP真核生物翻譯起始復合物形成過程三、肽鏈的延伸原核：每次反應需3個延伸因子真核：2個EF-1,EF-2四、肽鏈的終止原核：釋放因子3個真核：2個：eRF1和eRF3真核與原核生物翻譯的比較mRNA核糖體tRNA起始起始因子延伸因子釋放因子原核生物5′端：SD序列70Sfmet-tRNAfmet三種三種三種真核生物5′端：帽子3′端：尾巴80SMet-tRNAimet多二種二種小結：原核生物與真核生物翻譯的差別(1)真核生物mRNA具有m7GpppNp帽子結構，mRNA分子5′端的“帽子”和3′端的多聚A都參與形成翻譯起始復合物。(2)原核生物的起始tRNA是fMet-tRNAfMet，而真核生物是Met-tRNAMet；(3)原核生物中30S小亞基首先與mRNA模板相結合，再與fMet-tRNAfMet結合，最后與50S大亞基結合。而在真核生物中，40S小亞基首先與Met-tRNAMet相結合，再與模板mRNA結合，最后與60S大亞基結合生成80S·mRNA·Met-tRNAMet起始復合物。(4)原核生物mRNA上5′末端通過SD序列與核糖體結合；真核生物核糖體上有專一位點或因子識別mRNA的帽子，使mRNA與核糖體結合。除了帽子結構以外，40S小亞基還能識別mRNA上的起始密碼子AUG。(5)真核生物mRNA與核糖體小亞基結合時需要ATP，可能蛋白質合成中消除ｍＲＮＡ二級結構需ＡＴＰ水解提供能量。

指肽鏈從核糖體釋放后，經(jīng)過細胞內各種修飾處理，成為有活性的成熟蛋白質的過程。1.N端fMet或Met的切除:去甲?；杭柞；讣柞＜琢虬彼?肽甲酸+甲硫氨酸-肽

去甲硫氨?；?/p>

甲硫氨酸氨基肽酶甲硫氨酸-肽甲硫氨酸+肽五、蛋白質前體的加工有些動物病毒如脊髓灰質炎病毒的mRNA可翻譯成很長的多肽鏈，含多種病毒蛋白，經(jīng)蛋白酶在特定位置上水解后得到幾個有功能的蛋白質分子。2．二硫鍵的形成

mRNA中沒有胱氨酸的密碼子，而不少蛋白質都含有二硫鍵，蛋白質合成后通過兩個半胱氨酸的氧化作用生成的。如胰島素的形成。3．特定氨基酸的修飾氨基酸側鏈的修飾作用包括磷酸化（如核糖體蛋白質）、糖基化（如各種糖蛋白）、甲基化（如組蛋白、肌肉蛋白質）、乙基化（如組蛋白）、羥基化（如膠原蛋白）和羧基化等，這些是生物體內最普遍發(fā)生的氨基酸修飾作用。4．切除新生肽鏈中非功能片段六、蛋白質的折疊分子伴侶（molecularchaperone）指一些結合在肽鏈或蛋白質上，幫助它們正確折疊或防止它們聚集的蛋白質，在蛋白的組裝、運轉和降解中發(fā)揮重要作用。序列不相關但具有共同的功能。細胞內有兩類分子伴侶家族：熱休克蛋白和伴侶素。生物學功能：(1)幫助新生蛋白質正確折疊(2)防止或糾正蛋白的錯誤折疊。熱休克蛋白：應激反應蛋白，如HSP70、HSP40和GrpE家族，促使能自發(fā)折疊的蛋白質正確折疊。伴侶素：如HSP60和HSP10，主要為非自發(fā)性折疊蛋白提供能折疊形成天然結構的微環(huán)境。Chaperonesbindtointeractiveregionsofproteinsastheyaresynthesizedtopreventrandomaggregation.Regionsoftheproteinarereleasedtointeractinanorderlymannertogivetheproperconformation.七、蛋白質合成的抑制劑

抗生素能夠抑制蛋白質的合成。它們對蛋白質合成的作用主要是阻止mRNA與核糖體結合（氯霉素），或阻止AA-tRNA與核糖體結合（四環(huán)素類），或干擾AA-tRNA與核糖體結合而產(chǎn)生錯讀（鏈霉素、新霉素、卡那霉素等），或作為競爭性抑制劑抑制蛋白質合成。

白喉毒素（diphtheriatoxin)對真核生物劇毒，實質是一種修飾酶，對真核生物的EF-2起共價修飾作用，使其失活。由于腫瘤細胞對白喉毒素比正常細胞更敏感，故用它與抗腫瘤細胞的特異抗原結合以消滅腫瘤細胞。干擾素（interferon)由真核生物細胞感染病毒后分泌的具有抗病毒作用的蛋白質?？梢种撇《痉敝?，保護宿主。干擾素在雙鏈RNA（某些RNA病毒）存在時，作用于蛋白質合成的啟動階段，使蛋白質合成受抑制。合成的蛋白質準確無誤地定向運送到細胞各部分是細胞生命活動正常進行的前提和保證。第五節(jié)蛋白質轉運機制一般地，蛋白質跨膜的轉運機制可分為兩大類：一、翻譯轉運同步機制（co-translationtanslocation）二、翻譯后轉運機制（post-translationaltranslocation）蛋白質(游離R)蛋白質(內質網(wǎng)R)內質網(wǎng)高爾基體溶酶體質膜分泌到胞外留在胞液中細胞器線粒體葉綠體細胞核其它細胞器一、翻譯轉運同步機制分泌蛋白質和膜形成的蛋白質二、翻譯后轉運機制線粒體和葉綠體等細胞器中的蛋白質、細胞核中的蛋白質以及部分參與膜形成的蛋白質蛋白性質

轉運

機

制主

要

類

型分泌蛋白質在結合核糖體上合成并以翻譯運轉同步機制運輸

免疫球蛋白、卵蛋白、水解酶、激素等細胞器發(fā)育蛋白質在游離核糖體上合成，以翻譯后運轉機制運輸

核、葉綠體、線粒體、乙醛酸循環(huán)體、過氧化物酶體等細胞器中的蛋白質膜的形成

兩種機制兼有質膜、內質網(wǎng)、類囊體中的蛋白質一、翻譯－運轉同步機制:蛋白質合成后進入內質網(wǎng)的運轉方式

70年代初期，研究發(fā)現(xiàn)，在一些分泌蛋白中，其N端有一段15～36個氨基酸的疏水性肽段，這一肽段在成熟的分泌蛋白中并不存在。

1、信號肽假說：NCCN成熟蛋白前體蛋白1975年美國科學家布洛貝爾（G.Blobel）與多伯斯(D.Sabatini)提出了“信號肽假說”

信號肽假說的主要內容：

蛋白質的定位信息存在于該蛋白質自身結構中（信號肽），并可通過與膜上的特殊受體相互作用，產(chǎn)生通道，使蛋白質穿過膜定位于靶位。

信號肽(signalpeptide)：新生分泌蛋白N端的短肽，可引導蛋白質轉移到細胞的適當靶部位。信號肽結構特點：（1）常位于蛋白質N末端，可被切割掉；（2）長度：13～36個氨基酸殘基；1524262122（3）序列內有10～15個疏水氨基酸；（4）靠近該序列N端常有1個或數(shù)個帶正電荷氨基酸；（5）其C-末端靠近蛋白酶切割處常帶有數(shù)個極性氨基酸，離切割點最近的那個氨基酸往往帶有很短的側鏈(Ala或Gly)MetMetAlaAlaGlyProArg

ThrSerLeuLeu——LeuAlaPheAlaLeuLeuCysLeuProTrp——ThrGlnValValGlyAlaLeuPro起始＋切割位點牛生長激素蛋白信號肽122、蛋白轉運的過程：（1）當翻譯產(chǎn)生50-70個殘基后，信號肽從核糖體上露出來；內質網(wǎng)上有信號識別蛋白SRP

（signal

recognitionparticle），識別信號肽，與其結合；肽鏈延伸暫時終止；（2）內質網(wǎng)膜上存在SRP受體蛋白DP（dockingprotein），SRP-信號肽-核糖體復合物即被引向內質網(wǎng)膜并與SRP的受體——DP相結合；膜通道產(chǎn)生。（3）SRP結合GTP,釋放信號肽，進入膜通道，翻譯繼續(xù)進行（4）GTP水解，SRP與DP分離并恢復游離狀態(tài)，（5）多肽合成繼續(xù)進行；（6）新生肽過膜后，信號肽酶將蛋白切割，蛋白釋放到內質網(wǎng)中。問題1：信號肽在蛋白質運輸中是如何起作用的？β－半乳糖苷酶(L)麥芽糖結合蛋白（MB）麥芽糖轉運蛋白（MT）MBN端基因片段MTN端基因片段LC端基因片段LC端基因片段＋＋實驗：內質網(wǎng)實驗及結論:①完整的信號多肽是保證蛋白質運轉的必要條件。②僅有信號肽還不足以保證蛋白質運轉的發(fā)生。③信號序列的切除并不是運轉所必需的。④并非所有的運轉蛋白質都有可降解的信號肽，如卵清蛋白。“信號肽”定義為：能啟動蛋白質運轉的任何一段多肽。問題2：膜孔道是后來形成的還是原來存在的？結論：通道原來存在，但關閉。轉運蛋白和核糖體共同存在，通道才打開。問題3：蛋白水解酶的位置？結論：內質網(wǎng)膜上。問題4：是否需要能量？結論：GTP提供能量。二、翻譯后運轉機制:

信號序列被稱為前導肽，前導肽在跨膜運轉中起重要作用。

(一)線粒體蛋白質跨膜運轉1、線粒體前導肽的一般特性：（1）一般位于N端，長20～80個氨基酸殘基；2441（2）帶正電荷堿性氨基酸（Arg）較豐富，分散于不帶電荷的氨基酸序列之間；MetLeuSerLeu

ArgGln

SerIle

Arg

PhePhe

LysProAlaThrArgThrLeuCysSerSerArg

TyrLeuLeu+++++酵母細胞色素C氧化酶導肽（3）缺少帶負電荷的酸性氨基酸；（4）羥基氨基酸（Ser）含量較高；（5）有形成兩親（親水和疏水）α-螺旋能力。MetLeu

Ser

LeuA