第11章2 蛋白质的生物合成

氨酸弯折处形成准确折叠。
第三节 蛋白质翻译后修饰和靶向输送 二、蛋白质一级结构修饰主要是肽键水解和化学修 饰 （一）肽链末端的修饰
（二）个别氨基酸的共价修饰
1．糖基化
2．羟基化
3．甲基化 4．磷酸化 5．二硫键形成 6．亲脂性修饰
第三节 蛋白质翻译后修饰和靶向输送
四、合成后蛋白质可被靶向输送至细胞特定部位
有天然空间构象的蛋白质。
热休克蛋白包括HSP70、HSP40和GrpE三族。
第三节 蛋白质翻译后修饰和靶向输送
(2) 伴侣蛋白(chaperonin)
伴侣蛋白是分子伴侣的另一家族，如大肠杆菌的 Gro EL和Gro ES（真核细胞中同源物为HSP60 和HSP10）等家族。
其主要作用是为非自发性折叠蛋白质提供能折叠形
S-D序列
（二）、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. 核蛋白体大小亚基分离
IF-3
IF-1
2. mRNA在小亚基定位结合
5' IF-3
AUG
3' IF-1
3. 起始氨基酰tRNA与小亚基结合
进 位
转肽 移 位
（八）翻译的终止（terminate）
当mRNA上终止密码（UAA、UAG、UGA）
出现后，多肽链合成停止，肽链从肽酰-tRNA中释
出，mRNA、核蛋白体等分离，这些过程称为肽
链合成终止。
肽酰转移酶活性变为酯酶活性
原 核 肽 链 合 成 终 止 过 程
COORF
5'
UAG
第白质合成后被定向输送到其发挥作用的靶位点
的过程称为蛋白质的靶向输送(protein targeting)。
第三节 蛋白质翻译后修饰和靶向输送
一、多肽链折叠为天然构象的蛋白质
• 新生肽链的折叠在肽链合成中、合成后完成，新生肽链 N-端在核蛋白体上一出现，肽链的折叠即开始。可能随 着序列的不断延伸肽链逐步折叠，产生正确的二级结构、 模序、结构域到形成完整空间构象。
PDI) 3. 肽-脯氨酰顺反异构酶 (peptide prolyl-cis-trans isomerase, PPI)
第三节 蛋白质翻译后修饰和靶向输送
1. 分子伴侣: 分子伴侣是细胞内一类可识别肽链的非天然构象、 促进各功能域和整体蛋白质的正确折叠的保守蛋白质。
分子伴侣有以下功能：
①封闭待折叠蛋白质的暴露的疏水区段； ②创建一个隔离的环境，可以使蛋白质的折叠互不干 扰； ③促进蛋白质折叠和去聚集； ④遇到应激刺激，使已折叠的蛋白质去折叠。

核定位序列
靶向输送到细胞核的蛋白质其多肽链内含有特异信号序列， 称为核定位序列(nuclear localization sequence, NLS) 。
NLS为含4～8个氨基酸残基的短序列，富含带正电荷的赖
氨酸、精氨酸和脯氨酸，可位于肽链的不同部位，而不只 在N末端。 不同的NLS间未发现共有序列； 在蛋白质进核定位后， NLS不被切除。
酸、精氨酸；
② 中段为疏水核心区，主要含疏水的中性氨基酸，如亮 氨酸、异亮氨酸等； ③ C-端加工区由一些极性相对较大、侧链较短的氨基酸 （如甘氨酸、丙氨酸、丝氨酸）组成，紧接着是被信
号肽酶(signal peptidase)裂解的位点 。
第三节 蛋白质翻译后修饰和靶向输送
第三节 蛋白质翻译后修饰和靶向输送
第11章2 蛋白质的生物合成
第1节 蛋白质合成体系
一、mRNA与遗传密码
1、信使RNA 蛋白质合成的直接模板，指导肽链的合成。 mRNA分子上的核苷酸顺序决定蛋白质分子 的氨基酸顺序。
２、遗传密码
3个连续的核苷酸代表1个氨基酸，即每3 个核苷酸组成1个密码子，称为三联体密 码。
（１）遗传密码的破译
第三节 蛋白质翻译后修饰和靶向输送
（二）分泌型蛋白质由分泌小泡靶向输送至胞外
• 真核细胞分泌型蛋白质的靶向输送过程为：核蛋白体上合
成的肽链先由信号肽引导进入内质网腔并被折叠成为具有 一定功能构象的蛋白质，在高尔基复合体中被包装进分泌 小泡，转移至细胞膜，再分泌到细胞外。
第三节 蛋白质翻译后修饰和靶向输送
4、读码的连续性
5、有起始密码子和终止密码子 起始密码子：AUG 终止密码子：UAA、UAG、UGA 6、变偶性
tRNA上反密码子的第 1位碱基与mRNA密码子的 第3位碱基配对时，可以在 一定范围内变动，即并不 严格遵循碱基配对规律， 这一现象称为摆动性（变 偶性）。
二、tRNA
氨基酸的携带者；
每一种氨基酸都有特有tRNA携带，有的氨基 酸可以被几种tRNA携带称为同工受体tRNA； 携带了氨基酸的tRNA：Ala-tRNAAla
原核细胞：起始甲酰甲硫氨酰tRNA—tRNAfMet
真核细胞：起始tRNA—tRNAmMet
肽链延伸—tRNAMet
三、核糖体是蛋白质合成的工厂
核蛋白体的组成
5' IF-3
AUG
3' IF-1
起始过程消耗1个GTP。
三、蛋白质合成的延伸 （elongation）
指按照 mRNA 密码序列的指导，依 次添加氨基酸从N端向C端延伸肽链，直 到合成终止的过程。
• 肽链的延长是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，分为以下三步： – 进位（entrance） – 转肽（peptide bond formation） – 移位（translocation）
• 一般认为，多肽链自身氨基酸顺序储存着蛋白质折叠的 信息，即一级结构是空间构象的基础。
• 细胞中大多数天然蛋白质折叠都不是自动完成，而需要 其他酶和蛋白质辅助。
第三节 蛋白质翻译后修饰和靶向输送
几种有促进蛋白质折叠功能的大分子:
1. 分子伴侣 (molecular chaperon)
2. 蛋白质二硫键异构酶 (protein disulfide isomerase,
IF-2 GTP
5' IF-3
AUG
3' IF-1
4. 核蛋白体大亚基结合
GTP Pi IF-2 GDP
5' IF-3
AUG
3' IF-1
• A：aminoacyl site • P：peptide site • E：exit site（大部分在大亚基上）
Pi GTP IF-2 -GTP GDP
• 新生多肽链不具备蛋白质的生物学活性，必须经过复杂
的加工过程才能转变为具有天然构象的功能蛋白质，这 一 加 工 过 程 称 为 翻 译 后 修 饰 (posttranslational modification)。 • 翻译后修饰包括多肽链折叠为天然的三维构象及对肽链 一级结构的修饰、空间结构的修饰等。翻译后修饰使得 蛋白质组成更加多样化，从而使蛋白质结构上呈现更大 的复杂性。
核蛋 白体 小亚基 大亚基 原核生物 真核生物 蛋白质 S值 rRNA 蛋白质 S值 rRNA 21种 34种 30S 16S 23S 50S 5S 70S 33种 49种 40S 18S
28S 60S 5.8S 5S
80S
核蛋白 体
原核生物核蛋白体结构模式
多核糖体（polysome)
一个mRNA分子可

信号序列引导蛋白质进入内质网
第三节 蛋白质翻译后修饰和靶向输送
（三）靶向输送至内质网的蛋白质C-端含有滞留信号序列
• 与分泌型蛋白质一样，内质网中的驻留蛋白质先经粗面内 质网上的附着核蛋白体合成并进入内质网腔，然后随囊泡 输送到高尔基复合体。但是，内质网蛋白质多肽链的C-端 含有滞留信号序列，可与相应受体结合。在高尔基复合体 上，内质网蛋白质通过其滞留信号序列与受体结合后，随 囊泡输送回内质网。
成天然空间构象的微环境。
第三节 蛋白质翻译后修饰和靶向输送
2. 蛋白质二硫键异构酶 多肽链内或肽链之间二硫键的正确形成对稳定分泌型
蛋白质、膜蛋白质等的天然构象十分重要，这一过程
主要在细胞内质网进行。 二硫键异构酶在内质网腔活性很高，可在较大区段肽 链中催化错配二硫键断裂并形成正确二硫键连接，最 终使蛋白质形成热力学最稳定的天然构象。
3'
原核生物蛋白质合成的能量计算
氨基酸活化：2个~P
起始： 延长： 1个 2个 GTP GTP
ATP
终止：
1个
GTP
结论：每合成一个肽键至少消耗4个~P。
蛋白质合成过程小结
肽链合成方向N C（同位素证明） 以mRNA的5’-3’方向阅读遗传密码 该合成过程是一个耗能过程
第三节 蛋白质翻译后修饰和靶向输送
4种碱基如何对应20种基本氨基酸？ 1个碱基对应一种AA 4 2个碱基对应一种AA 16 3个碱基对应一种AA 64 ——三联体密码
遗传密码表
（2）遗传密码的基本特性
1、方向性 2、简并性
５’－３’
除Try和Met各有一个，其他都有两个以上。
3、通用性与例外
所有生物共用一套密码。但在真核细胞线粒体中， UAG不是终止密码子，是Trp的密码子； AUA不是Ile的密码子，而是Met的密码子； AGA和AGG不是Arg密码子，而是终止密码子。
蛋白质在核蛋白体上合成后，必须分选出来，定向输 送到一个合适的部位才能行使各自的生物学功能。蛋白质 的靶向输送与翻译后修饰过程同步进行。
第三节 蛋白质翻译后修饰和靶向输送
•新生蛋白质的去向：
第三节 蛋白质翻译后修饰和靶向输送
（一）靶向输送的蛋白质N-端存在信号序列