教学课件蛋白质翻译

释放因子的功能 一是识别终止密码 二是诱导转肽酶改变为酯酶活性
• 多聚核糖体（polyribosome或polysome）：多个核糖体结合 在1条mRNA链上所形成的聚合物。多聚核糖体的形成可以使 肽链合成高速度、高效率进行。
多聚核糖体
第四节
蛋白质合成后的加工和靶向输送
Processing and Targeting of Synthesized Proteins
●通用性(universal)
• 蛋白质生物合成的整 套密码，从原核生物 到人类都通用。
• 已发现少数例外，如 动物细胞的线粒体、 植物细胞的叶绿体。
• 密码的通用性进一步 证明各种生物进化自 同一祖先。
二、tRNA是氨基酸和密码子之间的特异衔接子
氨基酸臂 3-CCA-OH与活化的氨基酸 结合，形成氨基酰-tRNA， 从而携带氨基酸 DHU环 与氨基酰-tRNA合成酶结合 反密码环 与mRNA密码子识别配对 TψC环 与核糖体上的rRNA识别结合
遗传密码
➢密码子（codon） 在mRNA的开放阅读框架区，以每3个相邻的
核苷酸为一组，代表一种氨基酸(或其他信息)，这 种三联体形式的核苷酸序列称为密码子。
A、U、G、C四种核苷酸可组成64个密码子
➢ 起始密码子和终止密码子
起始密码子（initiation codon）：AUG 终止密码子（termination codon）：UAA、UAG、UGA
反应过程
氨基酸 + tRNA
氨酰-tRNA合成酶 Mg2+ 氨酰- tRNA
ATP
AMP＋PPi
氨基酸与tRNA连接的专一性由氨酰-tRNA合成酶决定。 氨酰-tRNA合成酶具有高度专一性，既能识别特异的氨基酸，又能 辨认应该结合该种氨基酸的tRNA。 因此，氨酰-tRNA合成酶对底物氨基酸和tRNA都有高度特异性。
蛋白质因子： ➢ 起始因子（initiation factor，IF） ➢ 延长因子（elongation factor，EF） ➢ 释放因子（release factor，RF）
参与原核生物翻译的各种蛋白质因子及其生物学功能
种类 起始因子
延长因子
释放因子
生物学功能
IF-1 占据核糖体A位，防止A位结合其他tRNA
IF-2 GTP
5'
AUG
3'
IF-1
IF-3
4）核糖体大亚基结合形成起始复合物
IF-2 GGDTPPPi
5'
AUG
3'
IF-1
IF-3
起始复合物形成过程
IF-2G-GGDTTPPPi
5'
AUG
3'
IF-3
IF-1
二、在核糖体上重复进行的三步反应延长肽链
指根据mRNA密码序列的指导，次序添加氨基酸从N 端向C端延伸肽链，直到合成终止的过程。
Protein-synthesizing System
参与蛋白质生物合成的物质
• 基本原料：20种编码氨基酸 • 模板：mRNA • 适配器：tRNA • 装配机：核蛋白体 • 主要酶和蛋白质因子：氨基酰-tRNA合成酶、转
肽酶、起始因子、延长因子、释放因子等 • 能源物质：ATP、GTP • 无机离子：Mg2+、 K+
五、蛋白质合成后被靶向输送至细胞特定部位
*分泌性蛋白质（ secretory proteins ） 穿过合成所在的细胞到其它组织细胞去的蛋白质，可统称为分泌 性蛋白质。例如各种肽类激素、各种血浆蛋白、凝血因子、抗体 等。 ◆蛋白质靶向运输（ protein targeting） 蛋白质合成后定向地到达其执行功能的目标地点。靶向输送是 对分泌性蛋白质而言。 ◆分泌性蛋白质可穿过膜性结构（细胞膜、亚细胞结构膜）
特异识别UAA、UAG，诱导转肽酶转变为酯酶
特异识别UAA、UGA，诱导转肽酶转变为酯酶
RF-3 具有GTP酶活性，介导RF-1及RF-2与核糖体的相 互作用
第二节
氨基酸与tRNA的连接
The Attachment of Amino Acid onto its tRNA
一、氨酰-tRNA合成酶识别特定氨基酸和tRNA
DHU环
氨基酸臂 TψC环
反密码环
三、核糖体是蛋白质合成的场所
➢ 合成肽链时mRNA与tRNA的相互识别、肽键形成、肽链延 长等过程全部在核糖体上完成，核糖体沿着模板mRNA链从 5′端向3′端移动。
P位：肽酰位 A位：氨基酰位 E位：排出位
大亚基 小亚基
四、蛋白质合成需要多种酶类和蛋白质因子
酶类： ➢ 氨酰-tRNA合成酶 ➢ 肽酰转移酶 ➢ 转位酶
一、mRNA是蛋白质合成的模板
Start of genetic message Cap
5
5’-端非翻译区 开放阅读框架
End
Tail
3
3’-端非翻译区
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，称为开放阅读框架 (open reading frame, ORF)。
肽链延长在核糖体上连续性循环式进行，又称为核糖 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)
（一）进位（注册）
指根据mRNA下一 组遗传密码指导，使相 应氨基酰-tRNA进入核糖 体A位。
信号序列引导蛋白质进入内质网
细胞核蛋白质由核输入因子运载经核孔入核
第五节
蛋白质合成的干扰和抑制
Interference and Inhibition of Protein Synthesis
蛋白质生物合成是很多天然抗生素和某些毒素的作用 靶点。它们就是通过阻断真核、原核生物蛋白质翻译体系 某组分功能，干扰和抑制蛋白质生物合成过程而起作用的。
（二）成肽
是由转肽酶(transpeptidase)催化的肽键形成过程。
（三）转位
*肽链延伸方向：N端
C端
进 位
ribosomal cycle
转 位

成肽
三、终止密码子和释放因子导致肽链合成终止
当mRNA上终止密码 出现后，多肽链合成停止， 肽链从肽酰-tRNA中释出， mRNA、核糖体等分离， 这些过程称为肽链合成终 止。
翻译过程从5´-AUG开始，按mRNA模板三联 体密码的顺序延长肽链，直至终止密码出现。
整个翻译过程可分为 ：以原核生物为例
• 翻译的起始(initiation) • 翻译的延长(elongation) • 翻译的终止(termination )
一、翻译起始复合物的装配启动肽链合成
原核生物翻译起始复合物的形成
终止相关的蛋白因子称为释放因子 (release factor, RF) 原核生物释放因子：RF-1，RF-2，RF-3
RF-1识别UAA或UAG，RF-2识别UAA或UGA，RF-3则与GTP结合并 使其水解，协助RF1与RF2与核糖体结合。
真核生物仅有eRF一种释放因子，所有3种终止密码子均可被eRF识别。
遗传密码表
密码子：
64 起始密码:
AUG 终止密码: UAA、UAG、 UGA
传密码的特点：
➢ 方向性（directional） ➢ 连续性（ non-punctuated） ➢ 简并性（ degeneracy） ➢ 摆动性（ wobble） ➢ 通用性（ universal）
遗传密码的特点
• 方向性
●连续性(commaless) 各个三联体密码连续阅读，密码子间既
无间断也无交叉。
●简并性(degeneracy)
编码密码子： 61 编码氨基酸： 20
●摆动性（ wobble）
密码子的第三位碱基和反密码子的第一位碱基之间常出现 摆动现象。tRNA分子上有相当多的稀有碱基，其中次黄嘌 呤（insosine，I）常出现于反密码子第一位，是最常见的摆 动现象。
从核糖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
一、新生肽链折叠需要分子伴侣
细胞中大多数天然蛋白质折叠并不是自发完成的，其折叠过 程需要其他酶或蛋白质的辅助，这些辅助性蛋白质可以指导新 生肽链按特定方式正确折叠，它们被称为分子伴侣 （molecular chaperone）。
➢ 第一步反应
氨酰-tRNA合成酶催化ATP分解为焦磷酸与AMP；
➢ 第二步反应 AMP、酶、氨基酸三者结合为中间复合体（氨酰-AMP酶），其中氨基酸的羧基与磷酸腺苷的磷酸以酐键相联 而活化；
➢ 第三步反应
活化氨基酸与tRNA 3′-CCA末端的腺苷酸的核糖2′或3′ 位的游离羟基以酯键结合，形成相应的氨酰-tRNA。
可针对蛋白质生物合成必需的关键组分作为研究新抗 菌药物的作用靶点。同时尽量利用真核、原核生物蛋白质 合成体系的任何差异，以设计、筛选仅对病原微生物特效 而不损害人体的药物。
放线菌酮
氯霉素 嘌呤霉素
四
环
素
链霉素和卡那霉素
族
遗传密码的四个特点；重点简并性、摆动性 起始密码、终止密码、S-D序列、阅读框架 以原核生物为例，说明蛋白质生物合成的过程（包 括各种酶及蛋白质因子） 翻译后的加工
三、氨基酸残基的化学修饰改变蛋白质的活性
四、亚基聚合形成具有四级结构的活性蛋白质
通过非共价键亚基聚合形成具有四级结构的蛋白质 具有四级结构的蛋白质由两条以上的肽链通过非
共价键聚合，形成寡聚体(oligomer)。