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1、刘皓Email:Cell Phone:15208412147,内容提要,讲授内容：14学时 a.蛋白质的生物合成 b.基因表达调控 c.基因重组与基因工程 d.细胞间信息传递专题讨论：2 个，8学时,第十二章蛋白质的生物合成（翻译）Protein Biosynthesis,Translation,基因：DNA分子中为各种蛋白质或RNA编码的DNA功能片段。,蛋白质的生物合成又称为翻译，它是指生物体以mRNA为模板按照mRNA分子中核苷酸的排列顺序所组成的密码信息合成蛋白质的过程。,第一节 蛋白质生物合成体系(protein biosynthesis system),模板:mRNA原料:20种氨
2、基酸运载体:tRNA装配场所：核糖体其它：蛋白质因子、酶、供能物质和某些无机离子,一、mRNA是蛋白质生物合成的直接模板,1.mRNA的结构顺反子(cistron):编码一个多肽的遗传单位多顺反子(polycistron):原核细胞中数个结构基因常串联为一个转录单位，转录生成的mRNA可编码几种功能相关的蛋白质单顺反子(monocistron):真核细胞中一个结构基因转录生成一个mRNA分子，并只为一种蛋白质编码,2.mRNA是遗传信息的携带者 密码子/三联体密码子（codon/triplet codon）：在mRNA的开放阅读框架内按5至3方向每三个相邻的核苷酸组成 一个密码子编码一个氨基酸
3、。起始密码:AUG 终止密码:UAA,UAG,UGA 遗传密码（genetic code）,开放阅读框架(open reading frame),开放阅读框架(open reading frame)：指从mRNA分子5端起始密码子AUG到3端终止密码子之间的核苷酸序列，各个三联体密码连续排列并编码一条蛋白质多肽链。,遗传密码的特点 a.方向性(direction):密码子及组成密码子的各碱基在mRNA序列中的排列具有方向性，翻译时的阅读方向只能按5至3方向。,b.连续性(commaless):mRNA分子的阅读框架中，三联体密码子之间既无间断也无交叉，必须以3个为一组连续读下去，直至出现终止密
4、码子为止。,框移突变(frameshift mutation),c.简并性(degeneracy),d.通用性(universal)e.摆动性(wobble),二、核糖体是蛋白质生物合成的场所,三、tRNA是氨基酸的运载工具及蛋白质生物合成的适配器,1氨基酸的活化:氨基酸与特异tRNA 结合形成氨基酰-tRNA过程,氨基酰-tRNA合成酶(aminoacyl-tRNA synthease)a.高度的专一性 b.校正活性,氨酰-tRNA的合成过程(1)氨基酸+ATP-酶氨基酸-AMP-酶+PPi(2)氨基酸-AMP-酶+tRNA氨酰-tRNA+AMP+E总反应式为：氨基酸+tRNA+ATP氨酰-
5、tRNA+AMP+PPi,2.氨基酰-tRNA的表示方法,表示方法:Arg-tRNAArgtRNAimet/tRNAemet 起始氨基酰tRNA 原核生物：fMet-tRNAifMet 真核生物：Met-tRNAiMet,第二节 肽链的生物合成过程,蛋白质的生物合成过程从模板mRNA分子中阅读框架的5-AUG开始，按三联体密码的顺序延长肽链，直至终止密码的出现整个过程可分为：起始(initiation)延长(elongation)终止(termination),一、肽链合成起始,指mRNA和起始氨基酰-tRNA分别与核糖体结合形成翻译起始复合物(translational initiation
6、 complex)起始因子(initiation factor,IF)/eIF,原核生物翻译起始复合物的生成,核糖体大、小亚基分离 mRNA在核糖体小亚基定位结合起始氨基酰-tRNA的结合 核糖体大亚基的结合,IF-3,IF-1,1.核糖体大小亚基分离,IF-3,IF-1,2.mRNA在小亚基定位结合,mRNA在小亚基上的定位机制：,IF-3,IF-1,3.起始氨基酰tRNA(fMet-tRNAimet)结合到小亚基,IF-3,IF-1,IF-2,GTP,GDP,Pi,4.核糖体大亚基结合，起始复合物形成,IF-3,IF-1,IF-2,-GTP,GDP,Pi,二、肽链的延长,指根据mRNA密码
7、序列的指导，从N端至C端依次添加氨基酸使肽链延伸直至合成终止的过程核糖体循环(ribosomal cycle)进位(entrance)/注册(registration)成肽(peptide bond formation)转位(translocation)延长因子(elongation factor,EF),1.进位：氨基酰tRNA根据mRNA上遗传密码的指引，进入核蛋白体的A位,Tu,Ts,GTP,GDP,Tu,Ts,GTP,2.成肽:由转肽酶催化,3.转位:EF-G(转位酶),fMet,fMet,三、肽链合成的终止,当核蛋白体移动到其A位对应着mRNA的终止密码时，多肽链合成终止，肽链从肽酰
8、-tRNA中释出，mRNA、核蛋白体大小亚基分离 释放因子(release factor,RF),步骤:a.终止密码的辨认 b.肽链从肽酰-tRNA中水解出来 c.mRNA从核蛋白体中分离及大、小亚基的拆离,RF,多聚核蛋白体（polyribosome）,第三节 蛋白质翻译后修饰和靶向输送(Posttranslational Modification&Protein Targeting),一、多肽链折叠为天然构象的蛋白质,分子伴侣（molecular chaperon）(1)热休克蛋白(heat shock protein,HSP)分子伴侣家族:HSP70 HSP40 GrpE,HSP促进蛋白
9、质折叠的机制,(2)伴侣素(chaperonins):GroEL/GroES,作用:为非自发性折叠蛋白质提供能折叠形成天然构象的微环境机制:,蛋白二硫键异构酶 催化半胱氨酸间错配的二硫键断裂并形成正确的连接肽酰-脯氨酰顺反异构酶 多肽链中肽酰与脯氨酸间形成的肽键有顺反两种异构体,肽酰-脯氨酰顺反异构酶可促进它们之间的转换,并在肽链合成需要顺式构型时，使多肽在各脯氨酸弯折处形成准确的折叠,二、一级结构的修饰,肽链N-端的修饰 脱甲酰基酶/氨基肽酶 个别氨基酸的共价修饰 糖基化/羟基化/甲级化/磷酸化/二硫键的形成 多肽链的水解修饰,三、高级结构的修饰,亚基的聚合 辅基连接 疏水脂链的共价连接 在
10、肽链的特定位点共价连接一个或多个疏水性强的脂链,四、蛋白质合成后的靶向输送,靶向输送（protein targeting）指蛋白质合成后经过复杂机制，定向输送到其最终发挥生物学功能的目标地点 去处:保留在胞浆 进入细胞器 分泌至体液信号序列,(一)分泌蛋白的靶向输送,信号肽(signal peptide)N端碱性区 疏水核心区 C端加工区:含信号肽酶裂解位点,分泌蛋白进入内质网的过程(1)信号肽识别颗粒(signal recongition particle,SRP)由6条多肽链和一条7S RNA构成的核糖核酸蛋白质复合体,能识别结合带信号肽的核糖体和SRP受体,(2)SRP受体 由、两个亚基
11、构成，其中亚 基能结合GTP，具GTP酶活性(3)核蛋白体受体(4)肽转位复合物 形成跨内质网膜的蛋白通道,(二)线粒体蛋白的靶向输送,导肽:与蛋白质在线粒体的定位有关 线粒体基质蛋白的靶向输送,外膜,内膜,膜间隙,基质,线粒体基质蛋白的靶向输送,(三)细胞核蛋白的靶向输送,核定位序列(nuclear localization sequence,NLS)机制,第四节 蛋白质生物合成的干扰和抑制(Interference&Inhibition of Protein Biosynthesis),一、抗生素类,影响翻译起始的抗生素 伊短菌素 作用位点：原核、真核核糖体小亚基 原理：阻碍翻译起始复合物
12、形成,影响翻译延长的抗生素,二、其他干扰蛋白质合成的物质,毒素(toxin)干扰素（interferon,IF）,白喉毒素(diphtheria toxin)的作用机理,白喉毒素,+,+,干扰素的作用机理,a.干扰素诱导eIF2磷酸化而失活,b.干扰素诱导病毒RNA降解,总 结,1.定义 多顺反子、单顺反子、开放阅读框架、多聚核蛋白体 2.问题(1)蛋白质生物合成体系 a.遗传密码的特点/摆动配对的位置 b.各类RNA分子在蛋白质合成过程中的作用 c.核蛋白体的结构与功能 d.氨基酰tRNA-合成酶的功能特点 e.tRNA与氨基酸的连接方式 f.mRNA在核蛋白体小亚基上的定位结合机制,(2)原核生物蛋白质生物合成过程 a.蛋白质因子及其作用 b.合成过程 c.能量消耗 d.翻译的保真性,
