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1、第十二章 蛋白质的生物合成 Protein Biosynthesis，Translation,翻译是蛋白质生物合成的同义词,翻译的过程就是将核酸中由4种碱基序列组成的遗传信息，通过遗传密码破译的方式转变成为蛋白质中的20种氨基酸排列顺序。,第一节 蛋白质生物合成体系,20种氨基酸（AA）作为原料 酶及众多蛋白因子，如IF、eIF ATP、GTP、无机离子,参与蛋白质生物合成的物质包括：,三种RNAmRNA（messenger RNA,信使RNA）rRNA（ribosomal RNA,核蛋白体RNA）tRNA（transfer RNA,转移RNA）,一、翻译模板mRNA及遗传密码,*mRNA是遗
2、传信息的携带者,遗传学将编码一个多肽的遗传单位称为顺反子(cistron)。原核生物的一段mRNA常常编码几种功能相关的蛋白质，这种mRNA被称为多顺反子（poly cistron）。,真核生物的一段mRNA常常只能编码一条多肽链，这种mRNA被称为单顺反子（single cistron）。,多顺反子,单顺反子,*mRNA上存在遗传密码,mRNA分子上从5至3方向，由AUG开始，每3个核苷酸为一组，决定肽链上某一个氨基酸或蛋白质合成的起始、终止信号，称为三联体密码（triplet code）起始密码（initiation coden）:AUG 终止密码（termination coden）:U
3、AA，UAG，UGA,遗传密码表,从mRNA 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编码一个蛋白质多肽链，称为开放阅读框架(open reading frame,ORF)。,1、连续性（Commaless）,移码突变（框移突变）,2、简并性（Degeneracy）遗传密码中，除色氨酸和甲硫氨酸仅有一个密码子外，其余氨基酸有2、3、4个或多至6个三联体为其编码。这称为遗传密码的简并性。编码同一氨基酸的几组简并密码子上第一二位 碱基多相同，而第三位碱基改变往往不影响氨基酸翻译。,3、摆动性（Wobble）密码子与反密码子配对，有时会出现不遵从碱基配对规律的情况
4、，称为遗传密码的摆动现象。,1 2 3,密码子、反密码子配对的摆动现象,4、通用性（Universal）,从病毒直到人类，细胞核DNA指导的蛋白质合成都使用同一套遗传密码。,*研究发现，动物细胞的线粒体DNA、植物细胞的叶绿体DNA，在翻译时，其密码阅读方式不同。,二、核蛋白体是肽链合成的装置,（1）P位：即肽位(peptidyl site)，或给位，在延长成肽之后，3端连接肽链的肽酰tRNA占据的位置，肽链转位至此，延长继续。（2）A位：即氨基酰位(aminoacyl site)，或称受位，每次延长，氨基酰tRNA就加入到A位上，延长成肽中，此位因接受肽酰基链，故名受位。（3）E位：排出位(
5、exit site),目 录,不同细胞核蛋白体的组成,核蛋白体的组成,目 录,原核生物翻译过程中核蛋白体结构模式:,A位：氨基酰位(aminoacyl site),P位：肽酰位(peptidyl site),E位：排出位(exit site),目 录,三、tRNA与氨基酸的活化,反密码环,氨基酸臂,A C C,1 2 3,tRNA的三级结构示意图,（一）氨基酰-tRNA合成酶,tRNA分子的反密码环与mRNA上的密码配对。tRNA的3-末端-CCA-OH是氨基酸的结合位点。由密码 反密码-氨基酸之间的“对号入座”，保证了从核酸到蛋白质信息传递的准确性。,氨基酰-tRNA合成酶(aminoacy
6、l-tRNA synthetase),氨基酸的活化,第一步反应,氨基酸 ATP-E 氨基酰-AMP-E PPi,目 录,第二步反应,氨基酰-AMP-E tRNA 氨基酰-tRNA AMP E,目 录,氨基酰-tRNA合成酶对底物氨基酸和tRNA都有高度特异性。氨基酰-tRNA合成酶具有校正活性(proofreading activity)。氨基酰-tRNA的表示方法：Ala-tRNAAla Ser-tRNASerMet-tRNAMet,（二）氨基酰tRNA的表示方法,氨基酰-tRNA书写规则：aa-tRNAaa；Arg-tRNAArg；原核生物：起始密码（AUG、GUG、UUG）编码N-甲酰甲
7、硫氨酸 fMet、tRNAfMet，fMet-tRNAfMet；真核生物：起始密码（AUG）编码甲硫氨酸 Met、Met-tRNAiMet；翻译过程：密码（AUG）编码甲硫氨酸 Met、Met-tRNAeMet。,第二节 蛋白质生物合成过程,翻译的起始翻译的延伸翻译的终止,一、肽链合成起始,甲硫氨酰tRNA与mRNA结合到核蛋白体上，生成 翻译起始复合物（translational initiation complex）,起始因子IF 和 eIF,（一）原核生物翻译起始复合物形成,核蛋白体大小亚基分离；mRNA在小亚基定位结合；起始氨基酰-tRNA的结合；核蛋白体大亚基结合。,1、核蛋白体亚基
8、分离,起始因子 IF3 结合到核糖体(70S)的小亚基上，使大亚基(50S)与小亚基(30S)解离；大小亚基解离 核糖体70S+IF3+IF1 30S小亚基.IF3.IF1+50S大亚基（促解离）（促IF3作用）利于小亚基与mRNA，fMet-tRNAfMet结合。,2、mRNA在小亚基定位结合,（1)原核生物mRNA通过5端SD序列配对结合到核蛋白体小亚基上的16S-rRNA近3-末端处（有一段短序列UCCU）。IF-3对此有固定作用。(2)紧接SD序列的小段核苷酸，又可以被核蛋白体小亚基蛋白(rps-l)辨认结合。,S-D序列：在翻译起始密码子AUG的上游，相距约813个核苷酸处，有一段由
9、4-9个核苷酸组成的富含嘌呤的序列。这一序列以AGGA为核心，因其发现者是Shine-Dalgarno而得名。mRNA上的S-D序列又称为核蛋白体结合位点。原核生物核蛋白体小亚基上的16S-rRNA近3-末端处，有一段短序列UCCU是与S-D序列互补的。,S-D序列,IF-1,IF-1,E,E,3fMet-tRNA的结合,fmet-tRNA和IF-2及GTP形成复合物，只能辨认和结合于mRNA的起始密码子AUG上。这个过程和mRNA在核蛋白体小亚基就位同时发生，这一结合，推动了mRNA的前移，也保证了mRNA就位的准确性。进入起始密码位置 fMet-tRNA+IF2+GTP 小亚基上就位（IF
10、1协助）（严格）,4核蛋白体大亚基结合,IF-3脱落，在已有mRNA和fMet-tRNA的小亚基上，加入核蛋白体的大亚基，成为一个已准备好的翻译系统整体，即翻译起始复合物。+50S大亚基mRNA+fMet-tRNA+小亚基 70S.mRNA.fMet-tRNA IF3 IF1 IF2 GDP+Pi,起始氨基酰tRNA(fMet-tRNAfmet)结合到小亚基上,IF-1,核蛋白体大亚基结合,E,E,原核：起始因子 三种；IF-l、2和3 真核：起始因子 十种；eIF 翻译起始：1）IF-3结合核蛋白体30S亚基，使大、小亚基拆离；2）IF-1协助IF-3结合和亚基拆离；3）单独的30S亚基易于
11、与mRNA及起始tRNA结合。4）IF-2促进fMet-tRNA结合mRNA及核蛋白体。,起始因子IF和eIF,IF-3,IF-1,1.核蛋白体大小亚基分离,E,IF-3,IF-1,2.mRNA在小亚基定位结合,目 录,E,IF-3,IF-1,3.起始氨基酰tRNA(fMet-tRNAimet)结合到小亚基,目 录,E,4.核蛋白体大亚基结合，起始复合物形成,E,（二）真核生物翻译起始复合物形成,核蛋白体大小亚基分离；起始氨基酰-tRNA结合；mRNA在核蛋白体小亚基就位；核蛋白体大亚基结合。,真核生物翻译的起始,首先，起始因子eIF3结合到核糖体（80S）的小亚基（40S）上，使大亚基（60
12、S）与小亚基解离 甲硫酰tRNA（Met-tRNAimet）结合 mRNA结合（需帽结合蛋白CBP）,真核生物翻译起始复合物形成过程,二、肽链合成延长,根据mRNA密码序列的指导，顺序添加的氨基酸从N端向C端延伸肽链，直到合成终止的过程。,肽链延长在核蛋白体上连续性循环式进行，又称为核蛋白体循环(ribosomal cycle)，每次循环增加一个氨基酸，包括以下三步：进位(entrance)成肽(peptide bond formation)转位(translocation),延伸过程所需蛋白因子称为延长因子(elongation factor,EF)原核生物：EF-T(EF-Tu,EF-Ts
13、)EF-G真核生物：EF-1、EF-2,肽链合成的延长因子,5,3mRNA,小亚基,P位,A位,fMet,翻译起始复合物,E位,5,3mRNA,小亚基,P位,A位,fMet,乙,注 册,E位,5,3mRNA,小亚基,P位,A位,fMet,乙,成肽,E位,5,小亚基,3mRNA,P位,A位,乙,fMet,转位,E位,5,P位,A位,乙,fMet,再一轮注册,E位,丙,又称注册(registration),（一）进位,指根据mRNA下一组遗传密码指导，使相应氨基酰-tRNA进入核蛋白体A位。,延长因子EF-T催化进位（原核生物）,Tu,Ts,GTP,Tu,Ts,GTP,fMet,转肽酶催化 核蛋白
14、体大亚基上的蛋白质(rpL)P位-fMet-tRNAfMet+A位-aa-tRNA 肽(fMet成（酰基）（氨基）为N末端)（A位上）A位成肽后，P位留下空载tRNA,（二）成肽,是由转肽酶(transpeptidase)催化的肽键形成过程。,E位,（三）转位（Translocation）,转位酶（Translocase）（活性存在于EFG中）,E,E,延长因子EF-G有转位酶活性，可结合并水解1分子GTP，促进核蛋白体向mRNA的3侧移动。,核蛋白体阅读mRNA密码子是从5向3方向进行，肽链合成是从N-端向C端方向进行的。,真核生物肽链合成的延长过程与原核基本相似，但有不同的反应体系和延长因
15、子。另外，真核细胞核蛋白体没有E位，转位时卸载的tRNA直接从P位脱落。,（四）真核生物延长过程,三、肽链合成终止（Termination）终止密码的辨认及肽链从肽酰-tRNA水解出。mRNA从核蛋白体中分离及大小亚基的拆开。终止过程也需蛋白质因子被称为释放因子(RF）。,终止相关的蛋白因子称为释放因子(release factor,RF),一、是识别终止密码，如RF-1特异识别UAA、UAG；而RF-2可识别UAA、UGA。二、是诱导转肽酶改变为酯酶活性，相当于催化肽酰基转移到水分子-OH上，使肽链从核蛋白体上释放。,释放因子的功能,原核生物释放因子：RF-1，RF-2，RF-3 真核生物释
16、放因子：eRF,原核肽链合成终止过程,RF,多聚核蛋白体(polysome),使蛋白质合成高速、高效进行。,蛋白质合成后加工和输送Posttranslational Processing&Protein Transportation,第 三 节,从核蛋白体释放出的新生多肽链不具备蛋白质生物活性，必需经过不同的翻译后复杂加工过程才转变为天然构象的功能蛋白。,主要包括,多肽链折叠为天然的三维结构 肽链一级结构的修饰高级结构修饰,蛋白质生物合成的干扰和抑制Interference&Inhibition of Protein Biosynthesis,第 四 节,抗生素(antibiotics)是微生物产生的能够杀灭或抑制细菌的一类药物。,抗代谢药物指能干扰生物代谢过程，从而抑制细胞过度生长的药物，如：6-MP。,某些毒素也作用于基因信息传递过程。,一、抗生素类,抗生素抑制蛋白质生物合成的原理,四环素族,二、其他干扰蛋白质生物合成的物质,毒素(toxin)干扰素(interferon),白喉毒素(diphtheria toxin)的作用机理,白喉毒素,+,+,干扰素的作用机理,1.干扰素诱导eIF2磷酸化而失活,2.干扰素诱导病毒RNA降解,谢谢！,
