第二章+蛋白质的合成、转运、加工与修饰
蛋白质合成与修饰
蛋白质合成与修饰蛋白质是生命的基石，它们在细胞中承担着各种重要的功能。
蛋白质的合成与修饰是维持生命活动的核心过程之一。
本文将介绍蛋白质合成的过程以及蛋白质修饰的重要性。
一、蛋白质合成过程蛋白质合成是细胞内的一个复杂过程，包括转录和翻译两个关键步骤。
1. 转录转录是指在细胞核中，DNA转录为mRNA的过程。
具体来说，转录是由RNA聚合酶在DNA模板上合成一条mRNA链的过程。
转录的目的是将DNA上的遗传信息转录出来，供下一步的翻译使用。
2. 翻译翻译是指在细胞质中，mRNA上的遗传信息被翻译成蛋白质的过程。
翻译由核糖体进行，它通过读取mRNA上的密码子，将氨基酸按照遗传密码翻译出来，形成多肽链。
最终，多肽链会经过进一步的折叠和修饰，形成功能完整的蛋白质。
二、蛋白质修饰的重要性蛋白质修饰是指蛋白质在合成完成后，经过一系列的化学修饰调节，从而发挥其功能的过程。
蛋白质修饰对于生命活动起着至关重要的作用。
1. 磷酸化修饰磷酸化是一种常见的蛋白质修饰方式，通过在蛋白质中加上磷酸基团，可以改变蛋白质的结构和功能。
磷酸化修饰参与了细胞信号传导、细胞周期调控以及蛋白质激活等过程。
2. 乙酰化修饰乙酰化修饰是通过在蛋白质上加上乙酰基团，调控蛋白质的结构和功能。
乙酰化修饰在细胞核糖体的组装、DNA修复以及基因表达等方面起着重要作用。
3. 糖基化修饰糖基化是一种将糖基团连接到蛋白质上的修饰方式。
糖基化修饰不仅可以改变蛋白质的物理化学性质，还参与了识别和降解过程。
例如，糖基化参与了抗体的产生过程。
4. 脂肪酰化修饰脂肪酰化修饰是指在蛋白质上加上脂肪酸基团，调控蛋白质的定位和功能。
脂肪酰化修饰在细胞膜的组装、信号转导以及蛋白质-脂质相互作用中起重要作用。
蛋白质修饰的多样性和复杂性为生物体提供了更加多样丰富的功能。
三、蛋白质合成与修饰的调控机制蛋白质合成和修饰是受到细胞内多种调控机制的精确控制的。
1. 转录水平的调控在蛋白质合成过程中，转录水平的调控是重要的一环。
蛋白质合成后的加工及转运
The signal-recog整n理it课io件n particle (SRP)
14
③转移通道：存在与内质网膜上的跨膜通道。
④。 SRP受体（SPR receptor），是膜的整合蛋白， 为异二聚体蛋白，存在于内质网上，可与SRP特异结合。
⑤停止转移序列（stop transfer sequence），肽链上的 一段特殊序列，与转移通道蛋白亲合力很高，能阻止肽 链继续进入内质网腔。
第五节 蛋白质合成后的加 工及转运
整理课件
1
本节内容：
一、蛋白质合成后的细胞定位；
二、蛋白质合成后的转运；
三、蛋白质合成后的加工及修饰；
整理课件
2
一、蛋白质合成后的细胞定位：
1、蛋白质是在细胞中游离的核糖体上或者是在糙面内 质网上的核糖体上合成的。
2、蛋白质合成后需要运转到特定的位点起作用：
（1）、内质网驻留蛋白、高尔基体驻留蛋白质、溶酶 体蛋白质、分泌蛋白质、膜蛋白等这些蛋白是由位于 糙面内质网上的核糖体合成的。然后进入内质网腔或 内质网膜。
输入内质网
-Leu-Ala-Leu-Lys-Leu-Ala-Gly-Leu-AspIle-
+H3N-Met-Leu-Ser-Leu-Arg-Gln-Ser-Ile-Arg-Phe-PheLys-Pro-Ala-Thr-Arg-Thr-Leu-Cys-Ser-Ser-Arg-Tyr-LeuLeu-
-Ser-Lys-Leu-COO-
整理课件
34
（四）、叶绿体的蛋白质转运
转运到基质的前体蛋白具有典型的N端序列。转运到 叶绿体内膜和类囊体膜的前体蛋白含有两个N端信号序 列，第一个被切除后，暴露出第二个信号序列，将蛋白 导向内膜或类囊体膜。
蛋白质合成过程
蛋白质合成过程蛋白质是构成生物体的重要组成部分，参与了生物体内的各种生命活动。
蛋白质的合成是一个复杂而精密的过程，需要经过多个步骤和参与多种生物分子的协同作用。
本文将介绍蛋白质合成的整个过程，包括转录和翻译两个主要阶段，带您深入了解蛋白质合成的奥秘。
一、转录阶段转录是蛋白质合成的第一步，主要发生在细胞核内。
在转录过程中，DNA的信息被转录成RNA，其中mRNA（信使RNA）是编码蛋白质的模板。
以下是转录阶段的具体步骤：1.1 DNA解旋：在转录开始之前，DNA的双螺旋结构需要被解开，使得RNA聚合酶能够访问DNA上的基因信息。
1.2 RNA合成：RNA聚合酶按照DNA模板的信息合成mRNA分子。
RNA聚合酶会在DNA上“读取”信息，然后在合成RNA链时将对应的核苷酸加入到新合成的RNA链中。
1.3 RNA修饰：在合成完成后，mRNA分子会经过一系列修饰过程，包括剪切、剪接和加上帽子和尾巴等修饰，以确保mRNA的稳定性和功能性。
1.4 mRNA运输：修饰完成的mRNA会通过核孔运输到细胞质中，为下一步的翻译提供模板。
二、翻译阶段翻译是蛋白质合成的第二步，主要发生在细胞质中的核糖体上。
在翻译过程中，mRNA上的密码子被翻译成氨基酸序列，从而合成特定的蛋白质。
以下是翻译阶段的具体步骤：2.1 起始子寻找：翻译的起始子AUG会被识别，标志着翻译的开始。
AUG对应的氨基酸是甲硫氨酸。
2.2 氨基酰-tRNA结合：氨基酰-tRNA与mRNA上的密码子配对，带来对应的氨基酸。
tRNA上的抗密码子与mRNA上的密码子互补配对，确保正确的氨基酸被带入。
2.3 肽键形成：氨基酸通过肽键连接成多肽链，形成蛋白质的主干结构。
2.4 翻译终止：当翻译到终止子时，翻译复合物会停止合成，释放出新合成的多肽链。
2.5 蛋白后修饰：新合成的多肽链可能需要进一步的后修饰，如蛋白质的折叠、磷酸化、甲基化等，以获得最终的功能性蛋白质。
详解分泌蛋白的合成和运输
详解分泌蛋⽩的合成和运输在⽣物体内，蛋⽩质的合成位点和功能位点常常被⼀层或多层⽣物膜所隔开，这样就产⽣了蛋⽩质运转的问题。
核糖体是真核⽣物细胞内合成蛋⽩质的场所，⼏乎在任何时候，都有数以百计或千计的蛋⽩质离开核糖体并被输送到细胞质、细胞核、线粒体、内质⽹和溶酶体、叶绿体等各个部分，补充和更新细胞功能。
那么这些蛋⽩质是怎样准确⽆误的被送到特定部位的？我们都知道蛋⽩质由内质⽹向⾼尔基体再向细胞膜转运时是由囊泡膜包裹着的，⽽从核糖体向内质⽹中转运时是怎样转运的呢？为什么说分泌蛋⽩的转运穿越了“0层膜”呢？分泌蛋⽩在内质⽹和⾼尔基体⼜上分别进⾏什么样的加⼯？加⼯过程中如何保证肽链折叠即空间结构的准确性，如果有折叠错误的畸形肽链怎么办？这些都是⼗分有趣的问题，在此做⼀简要的阐述。
⼀、蛋⽩质在核糖体上的合成及转运核糖体是蛋⽩质的合成场所毫⽆异议，核糖体在细胞中有两种存在形式游离核糖体和附着核糖体，之前我们认为参与细胞组成的结构蛋⽩在游离核糖体上合成，⽽分泌蛋⽩在附着核糖体上合成。
通过查阅资料发现其实⽆论是结构蛋⽩还是分泌蛋⽩在开始合成时都是在游离核糖体上的，只是当分泌蛋⽩合成起始后便逐渐转移⾄粗⾯内质⽹上，并且肽链边合成边转⼊粗⾯内质⽹腔中（即边翻译边转运），随后经⾼尔基体分泌到细胞外，以这种⽅式进⾏合成和转运的除分泌蛋⽩外还包括溶酶体、细胞膜蛋⽩以及内质⽹和⾼尔基体本⾝的蛋⽩成分。
其他结构蛋⽩在游离核糖体上合成后直接转运⾄功能部位，如线粒体、叶绿体、过氧化物酶体、细胞核及细胞质基质的蛋⽩质，最近发现有些还可转运⾄内质⽹中，但与分泌蛋⽩不同的是在游离核糖体上合成多肽链以后再转运⾄内质⽹中（即翻译完成后在转运）。
那么多肽链是以什么⽅式进⼊内质⽹腔中的呢？⼀般认为蛋⽩质跨膜运转信号也是由mRNA 编码的。
在起始密码⼦后，有⼀段编码疏⽔性氨基酸序列的RNA区域，这个氨基酸序列被称为信号肽（即有些练习题上出现的“P肽段”）。
细胞内各种蛋白质的合成和转运途径
细胞内各种蛋白质的合成和转运途径引言：细胞是生物体的基本单位，其中蛋白质是构成细胞的重要组成部分。
细胞内的蛋白质合成和转运途径是维持细胞正常功能的关键过程。
本文将介绍细胞内蛋白质合成的主要途径，包括转录、翻译和后转录修饰，以及蛋白质的转运途径，包括核糖体、内质网和高尔基体等。
一、蛋白质合成的途径1. 转录蛋白质合成的第一步是转录，即将DNA中的基因信息转录成RNA。
在细胞核中，DNA的双链解旋，RNA聚合酶结合到DNA上，根据DNA模板合成mRNA。
mRNA是一条单链RNA，它携带着从DNA中转录得到的基因信息。
2. 翻译翻译是蛋白质合成的第二步，即将mRNA上的基因信息翻译成蛋白质。
翻译发生在细胞质中的核糖体中。
核糖体由rRNA和蛋白质组成，它能够识别mRNA上的密码子，并将相应的氨基酸连接起来，形成多肽链。
翻译的过程包括起始、延伸和终止三个阶段，通过tRNA和蛋白因子的参与完成。
3. 后转录修饰蛋白质合成的最后一步是后转录修饰，即对新合成的蛋白质进行修饰和折叠。
这一过程发生在内质网和高尔基体中。
内质网是一个复杂的膜系统，它能够将新合成的蛋白质进行折叠和修饰，如糖基化、磷酸化等。
高尔基体则进一步对蛋白质进行修饰，并将其定位到细胞的不同位置。
二、蛋白质的转运途径1. 核糖体核糖体是蛋白质合成的场所，它位于细胞质中。
在核糖体中，mRNA上的密码子与tRNA上的反密码子互补配对，通过蛋白因子的辅助，将氨基酸连接成多肽链。
核糖体能够识别起始密码子和终止密码子，从而控制蛋白质的合成过程。
2. 内质网内质网是一个复杂的膜系统，它位于细胞质中。
内质网上的核糖体能够合成蛋白质，并将其进行折叠和修饰。
折叠不正确的蛋白质将被内质网上的分解酶降解，而正确折叠的蛋白质则会进一步转运到高尔基体或其他细胞器。
3. 高尔基体高尔基体是一个复杂的膜系统，它位于细胞质中。
高尔基体接收来自内质网的蛋白质，并对其进行进一步修饰和定位。
第二节 蛋白质的生物合成、修饰和分泌2015
1. mRNA是蛋白质合成的模板
mRNA（messenger RNA）的概念首先是由Jacob和 Monod 1961年提出来的。
mRNA的半衰期很短，极不稳定，一旦完成其使命后很快就 被水解掉。 原核生物和真核生物mRNA的结构差异较大，尤其是在5’ 端。
tRNA上的反密码子与mRNA上的密码子配对时，密码子的 第一位、第二位碱基配对是严格的，第三位碱基可以有一 定变动，这种现象称为密码的摆动性（wobble）。 在tRNA反密码子中除A、U、G、C四种碱基外，还经常在 第一位出现稀有碱基—次黄嘌呤（I），次黄嘌呤可以和A、 U、C配对，也是常见的摆动现象。
因为该过程将遗传信息从mRNA传递给了新 合成的蛋白质，mRNA的核苷酸序列被转换成 了蛋白质中的氨基酸序列，所以该过程也被 形象的称为翻译。
中心法则
central dogma
氨基端
羧基端
（一）遗传密码（genetic code）
DNA是遗传物质的携带者，并通过RNA控制蛋白质的 合成。4种核苷酸 VS 20种氨基酸? 物理学家Gamov通过 数学推算，认为3个核苷酸决定一个氨基酸，首次提出 “密码”概念。 大量实验证明mRNA上相邻三个碱基编码一种氨基酸 (AA)，因而被称为碱基三联体或密码子。四种核苷酸， 能有43 =64组密码子。 1966年已经完全查清了20种基本氨基酸所对应的61个密 码子，其中有一个密码子也作为肽链合成的起始密码子, 另外还有三个终止密码子。 在遗传密码的破译中,美国科学家M.W.Nirenberg等人做 出了重要贡献, 于1968年获得了诺贝尔生理医学奖.
蛋白质的合成、转运、修饰
蛋白质的合成蛋白质的种类是由基因决定的,也就是说人类基因组有多少个基因,人体就有多少种蛋白质,只是蛋白质表达的时期和部位不同.根据人类基因组计划分析得知：全部人类基因组约有2.91Gbp,约有39000多个基因；也就是说人体蛋白质的种类有39000多种蛋白质生物合成可分为五个阶段，氨基酸的活化、多肽链合成的起始、肽链的延长、肽链的终止和释放、蛋白质合成后的加工修饰一．氨基酸的活化分散在胞液中的各种氨基酸需经特异的氨基酰-tRNA合成酶催化，ATP供能，并需Mg2＋或Mn2＋参与在氨基酸的羧基上进行活化，生成中间复合物（）后者再与相应的tRNA作用，将氨基酰转移到tRNA分子的氨基酸臂上，即3′末端腺苷酸中核糖的3′（或2′）羟基以酯键相结合形成氨基酰-tRNA【氨基酰tRNA的生成】tRNA各种tRNA的一级结构互不相同，但它们的二级结构都呈三叶草形三叶草形结构的主要特征是:含有四个螺旋区、三个环和一个附加叉四个螺旋区构成四个臂，其中含有3′末端的螺旋区称为氨基酸臂，因为此臂的3′-末端都是C-C-A-OH序列，可与氨基酸连接三个环分别用Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ表示环Ⅰ含有5，6二氢尿嘧啶，称为二氢尿嘧啶环（DHU环）环Ⅱ顶端含有由三个碱基组成的反密码子，称为反密码子环；反密码子可识别mRNA分子上的密码子，在蛋白质生物合成中起重要的翻译作用环Ⅲ含有胸苷（T）、假尿苷（ψ）、胞苷（C），称为假尿嘧啶环（TψC环）；此环可能与结合核糖体有关tRNA在二级结构的基础上进一步折叠成为倒“L”字母形的三级结构起始因子原核起始因子只有三种（IF1、IF2、IF3）真核起始因子(简称为eIF)种类多且复杂，已鉴定的真核起始因子共有12种延长因子原核生物（简称EF）由三部分组成：EF-Tu，EF-Ts，和EF-GEF-Tu它介导氨酰-tRNA进入核糖体的空位EF-Ts充当EF-Tu亚基的鸟嘌呤核苷酸交换因子,催化EF-Tu释放GDPEF-G催化tRNA的移位和多肽延伸的每个循环后期mRNA从核糖体上掉下来真核生物（简称eEF）真核生物中分为：eEF-1和eEF-2eEF-1有两个亚基，α和βγα相当于原核生物中的EF-Tu亚基，它介导氨酰-tRNA进入核糖体的空位Βγ相当于原核生物中EF-Ts，核苷酸交换因子α,催化GDP从α上释放eEF-2相当于原核生物的EF-G，催化tRNA的移位和多肽延伸的每个循环后期mRNA从核糖体上掉下来终止因子(释放因子)原核生物细胞的释放因子（简称RF）：识别终止密码子引起完整的肽链和核糖体从mRNA 上释放的蛋白质释放因子1（RF1）：能识别终止密码子UAA和UAG而终止蛋白质合成的细菌释放因子释放因子2（RF2）：能识别终止密码子UAA和UGA而终止蛋白质合成的细菌释放因子释放因子3（RF3)：与延长因子EF-G有关的细菌蛋白质合成终止因子当它终止蛋白质合成时，它使得因子RF1和RF2从核糖体上释放真核生物细胞只有一种终止因子（称为eRF）能识别所有的终止密码子因为它没有与GTP结合的位点，所以它不能帮助完成合成的多肽从P位点的tRNA的释放在真核生物内可能还存在能与eRF合作、帮组多肽从核糖体释放的蛋白质核糖体的活性部位单个核糖体上存在四个活性部位，在蛋白质合成中各有专一的识别作用1．A部位：氨基酸部位或受位：主要在大亚基上，是接受氨酰基-tRNA的部位2．P部位：肽基部位或供位：主要在小亚基上，是释放tRNA的部位3．肽基转移酶部位（肽合成酶），简称T因子：位于大亚基上，催化氨基酸间形成肽键，使肽链延长4．GTP酶部位：即转位酶（EF-G），简称G因子，对GTP具有活性，催化肽键从供体部位→受体部位核糖体上还有许多与起始因子、延长因子、释放因子以及各种酶相结合的位点核糖体的大小是以沉降系数S来表示，S数值越大、颗粒越大、分子量越大原核细胞与真核细胞核糖体的大小亚基是不同的二．核糖体循环（肽链合成）1.肽链启动阶段在蛋白质生物合成的启动阶段,核蛋白体的大、小亚基,mRNA与一种具有启动作用的氨基酸tRNA共同构成启动复合体。
蛋白质合成的基本过程简答
蛋白质合成的基本过程简答
蛋白质合成的基本过程包括三个阶段：氨基酸的活化与转运、核糖体循环和多肽链合成后的加工修饰。
1.氨基酸的活化与转运：氨基酸的活化以及活化氨基酸与tRNA的结合，均由氨酰-tRNA合成酶催化完成。
在此反应中，特异的tRNA3’端CCA上的2’或3’位自由羟基与相应的活化氨基酸以酯键相连接，形成氨酰-tRNA，从而使活化氨基酸能够被搬运至核糖体上参与多肽链的合成。
2.核糖体循环：为蛋白质合成的中心环节，通常将其分为肽链合成的起始、延长和终止三个阶段。
肽链合成的起始是指由核糖体大、小亚基，模板mRNA及起始tRNA组装形成起始复合物的过程。
肽链的延长是指各种氨基酰tRNA按mRNA上密码子的顺序在核糖体上一一对照入座，其携带的氨基酸依次以肽键缩合形成新生的多肽链。
这一过程由注册、成肽和移位三个步骤循环进行来完成。
肽链合成的终止是指mRNA上的终止密码子出现在核糖体的A位，由此释放出已合成多肽链。
3.多肽链合成后的加工修饰：在已合成的多肽链中，需经过多种方式加工修饰才能成为具有生物活性的蛋白质。
加工修饰包括：切除部分氨基酸残基、肽段折叠成天然构象、二硫键的形成等。
这些过程通常需要多种酶催化和特定的细胞内环境条件。
综上所述，蛋白质合成是一个复杂的过程，涉及多个步骤和酶的催化。
通过了解这个过程，人们可以更好地理解细胞代谢和基因表达的调控机制，为未来的生物工程和药物研发提供更多思路和手段。
蛋白质的加工和运输
蛋白质的加工和运输1. 引言蛋白质是生物体内最重要的大分子之一，它们在生命过程中扮演着重要的角色。
蛋白质不仅是细胞结构的组成部分，还参与调节细胞的代谢过程、传递信号和执行功能等。
在细胞内，蛋白质的加工和运输至关重要，它们需要经过一系列的修饰和排序，以确保正确的定位和功能的实现。
本文将介绍蛋白质的加工和运输过程，包括蛋白质的合成、翻译后修饰和定位，以及蛋白质的运输和排序机制。
2. 蛋白质的合成蛋白质的合成是细胞中重要的生化过程之一。
在真核细胞中，蛋白质的合成发生在细胞质中的核糖体上。
蛋白质的合成包括两个主要步骤：转录和翻译。
转录是指DNA上的基因信息被转录成RNA分子的过程。
RNA分子是一条与DNA互补的单链分子，它携带了DNA上的遗传信息。
经过转录后，RNA分子称为mRNA（messenger RNA），它将带着基因信息离开细胞核，进入细胞质。
翻译是指mRNA上的遗传信息被翻译成氨基酸序列的过程。
翻译发生在细胞质中的核糖体上，它将mRNA上的三碱基密码子与特定的氨基酸配对，从而合成蛋白质的氨基酸序列。
3. 蛋白质的翻译后修饰和定位在翻译完成后，蛋白质通常需要经过一系列的修饰和定位才能实现其功能。
3.1 翻译后修饰翻译后修饰是指蛋白质在合成后进一步修饰的过程。
这些修饰包括磷酸化、甲基化、乙酰化等。
磷酸化是指蛋白质上的羟基被磷酸基团取代，这一修饰可以改变蛋白质的结构和功能。
甲基化和乙酰化则是通过将甲基和乙酰基添加到特定的氨基酸上，从而调节蛋白质的活性和稳定性。
3.2 蛋白质的定位蛋白质的定位是指将蛋白质定位到细胞的特定位置。
细胞内蛋白质的定位是由信号序列决定的，这些信号序列可以存在于蛋白质的氨基酸序列中。
这些信号序列被称为信号肽，它们可以将蛋白质定位到细胞质、细胞核、内质网、高尔基体或细胞膜等不同的位置。
定位蛋白质的机制涉及一系列的分子机制，包括信号识别粒子、转运蛋白、蛋白质通道等。
这些机制确保了蛋白质能够准确地定位到其执行功能的位置。
蛋白质的合成、加工
综述细胞内的蛋白质合成、加工、修饰、分选与运输方式及其生物学意义。
蛋白质是生命活动的主要承担者，是构成细胞和生物体结构的重要物质，在生物体及细胞的生命活动中发挥重大作用。
1.许多蛋白质是构成细胞和生物体结构的重要物质，称为结构蛋白。
2.细胞内的化学反应离不开酶得催化，绝大多数酶都是蛋白质。
3.有些蛋白质具有运输载体的功能。
（血红蛋白运输氧）4.有些蛋白质起信息传递的作用，能够调节机体的生命活动。
（如，胰岛素）5.有些蛋白质有免疫功能，人体的抗体是蛋白质，可以帮助人体抵御病菌和病毒等抗原的侵害。
1 蛋白质的合成蛋白质的生物合成过程实质上是基因表达的一个过程，它包括转录和翻译。
即把mRNA 分子中的碱基排列顺序转变为蛋白质或多肽链中的氨基酸排列顺序的过程，可分为起始、延长和终止3个阶段，分别由不同的起始因子、延伸因子和终止因子（释放因子）参与。
细胞中的蛋白质都是在核糖体上合成的，并都是起始于细胞质基质之中。
2 蛋白质的加工与修饰许多新生肽要经过一种或几种共价键修饰，这种修饰可以在正延伸着的肽链中进行。
一般情况下，翻译后修饰一是为了功能上的需要，另一种情况是折叠成天然构象的需要。
在粗面内质网合成并进入内质网腔的蛋白质发生的主要化学修饰作用有糖基化、羟基化、酰基化和二硫键的形成。
而在细胞质基质中发生蛋白质修饰的类型主要有辅酶或辅基与酶的共价结合、磷酸化和去磷酸化、糖基化、甲基化、酰基化等。
蛋白质的修饰加工主要包括：切除加工：包括切除N-端甲硫氨酸、信号肽序列和切除部分肽段，将无活性的前体转变成活性形式。
（包含信号肽的胰岛素前体称为前胰岛素原，去掉信号肽的胰岛素的前体称为胰岛素原),进一步切除称为C链的肽段后才能形成活性形式的胰岛素）糖基化：糖基化主要发生在内质网和高尔基体中。
粗面内质网上合成的大多数蛋白在都发生了糖基化。
主要作用是促进蛋白质在成熟过程中折叠成正确构象，增加蛋白质的稳定性，有N-连接的糖基化和O-连接的糖基化之分。
蛋白质的合成与运输课件
分子生物学研究方法
1 2
基因克隆和表达
通过基因工程技术，将目标基因克隆到表达载体 中，并在宿主细胞中表达，从而获得大量的目标 蛋白质。
基因敲除和敲入
利用基因编辑技术，对特定基因进行敲除或敲入 操作，以研究蛋白质合成和运输的调控机制。
3
转录组学分析
利用高通量测序技术，对细胞或组织中全部基因 的表达水平进行分析，从而了解蛋白质合成的转 录调控机制。
பைடு நூலகம்
05
蛋白质合成与运输的调控
基因表达调控
转录水平调控
通过调节基因转录的起始 和效率，控制蛋白质合成 的数量和种类。
转录因子
转录因子与DNA结合，调 控特定基因的表达。
表观遗传学
DNA甲基化、组蛋白修饰 等表观遗传学机制影响基 因表达。
翻译后修饰调控
磷酸化
磷酸化是蛋白质最常见的翻译后 修饰，通过改变蛋白质活性来调
蛋白质的胞内运
核糖体合成
蛋白质在核糖体上合成后，通过信号肽引 导进入内质网。
内质网加工
蛋白质在内质网中经过折叠、组装和糖基 化等加工。
高尔基体转运
经过内质网加工的蛋白质通过囊泡转运至 高尔基体进一步修饰和分拣。
蛋白质的分泌运
囊泡形成
蛋白质在高尔基体形成囊泡，通过胞吐作用释放到细胞外。
胞吐过程
囊泡与细胞膜融合，释放出内容物，完成蛋白质的分泌运输 。
THANKS
常见的翻译后修饰包括磷酸化、乙酰化、糖基化等，这些修饰可以影响蛋白质的结 构和功能，使其具有更广泛的生物活性。
翻译后修饰对于蛋白质的功能和稳定性具有重要作用，是蛋白质合成过程中的重要 环节。
04
蛋白质的运输
蛋白质的跨膜运
第二章 蛋白质的合成、转运、加工与修饰
顺反子： 顺反子 ： 编码一种多肽链并连同起始信号和终止 信号在内的DNA区段。 区段。 信号在内的 区段 单顺反子mRNA：编码一种多肽链的mRNA分子。 ：编码一种多肽链的 分子。 单顺反子 分子 多顺反子mRNA： 编码数种不同多肽链的同一条 ： 多顺反子 mRNA分子。多见于原核生物。 分子。 分子 多见于原核生物。 反义链/有意义链 （ ） 模板链 双链DNA分子中 模板链： 反义链 有意义链/（-）链/模板链：双链 有意义链 分子中 被转录成RNA转录本的链。 转录本的链。 被转录成 转录本的链 正义链/无意义链 （ ） 正义链 无意义链/（+）链 无意义链
（S） ）
SD 序 列 / 核 糖 体 结 合 位 点 （ ribosomal binding site ， RBS） ： 原核细胞 的翻译起始密码子AUG的上游 ） 原核细胞mRNA的翻译起始密码子 的翻译起始密码子 的上游 相距8～ 个核苷酸处有一段由 个核苷酸处有一段由4～ 个核苷酸组成的富含 相距 ～13个核苷酸处有一段由 ～6个核苷酸组成的富含 嘌呤的序列， 为核心， 嘌呤的序列 ， 以 5’-AGGA-3’为核心，它与核糖体小亚基 为核心 上的16S-rRNA 的近 末端处的一段短序列互补。 的近3’末端处的一段短序列互补 末端处的一段短序列互补。 上的 Kozak序列 Kozak序列：a favorable context for efficient eukaryotic 序列： translation initiation（PuNNATGPu）。（S） （ ） ） 典型的Poly(A)加尾信号：AATAAA。（S） 加尾信号： 典型的 加尾信号 。 ） cDNA 末 端 快 速 扩 增 法 （ rapid amplification of cDNA ends， RACE）（S） ， ） ）
蛋白质合成、加工和转运的过程
一、蛋白质的合成1、核糖体是合成蛋白质的机器，其功能是按照mRNA的指令由氨基酸合成蛋白质。
2、游离核糖体游离于胞质中，合成细胞内的基础蛋白质；附着核糖体，附着在内质网表面，构成粗面内质网的核糖体，合成分泌蛋白和膜蛋白。
3、蛋白质合成的一般过程：1）氨基酸的活化。
氨基酸和tRNA在氨酰—tRNA合成酶作用下合成活化的氨酰—tRNA。
2）起始、延伸和终止。
3）蛋白质合成后的加工。
肽链N端Met的去除；氨基酸残基的化学修饰，乙酰化、甲基化、磷酸化等；肽链的折叠；二硫键的形成。
二、蛋白质的分泌合成、加工修饰和转运1、信号肽介导分泌性蛋白在粗面内质网的合成。
1）信号肽是蛋白质合成中最先被翻译出来的一段氨基酸序列，通常由18-30个疏水氨基酸组成，能指引核糖体与内质网结合，并引导合成的多肽链进入内质网腔。
2）新生分泌性蛋白质多肽链在胞质中的游离核糖体上起始合成。
当新生肽链N端的信号肽被翻译后，可立即被细胞质基质中的信号识别颗粒（SRP）识别、结合。
3）与信号肽识别结合的SRP，识别结合内质网膜上的SRP-R，并介导核糖体锚泊附着于内质网膜的通道蛋白移位子上。
而SRP则从信号肽—核糖体复合体上解离，返回细胞质基质中重复上述过程。
4）在信号肽的引导下，合成中的肽链，通过由核糖体大亚基的中央管和移位子蛋白共同形成的通道，穿膜进入内质网网腔。
随之，信号肽序列被内质网膜戗面的信号肽酶且除，新生肽链继续延伸，直至完成而终止。
最后完成肽链合成的核糖体大、小亚基解聚，并从内质网上解离。
2、跨膜驻留蛋白的插入和转移决定了蛋白质的两种去处：1）穿过膜进腔，为可溶性蛋白质，包括分泌蛋白和内质网驻留蛋白。
2）嵌入内质网膜中，形成膜蛋白。
3、粗面内质网与外输性蛋白质的分泌合成、加工修饰和转运过程密切相关。
1）新生多肽链的折叠与装配，与合成同时发生。
内质网为新生多肽链正确的折叠和装配提供了有利的环境。
分子伴侣通过对多肽链的识别结合来协助它们的折叠组装和转运。
细胞生物学课件7-蛋白合成、转运
欢迎来到细胞生物学课件7，《蛋白合成、转运》。在本课中，我们将探索蛋 白质的基本结构、合成过程以及转运方式，一起来深入了解细胞中这些蛋白质由氨基酸组成，序列的不同决定了蛋白质的 结构和功能。
二级结构
蛋白质可形成α螺旋、β折叠等不同的二级结构。
RNA在蛋白质合成中发挥着关键作用。mRNA是蛋白质合成的模板，rRNA构建了核糖体的结构，tRNA将氨基酸 运输到核糖体进行合成。
蛋白质的转运方式
• 顺行转运：蛋白质从内质网经高尔基体、高尔基体突出和细胞膜运输 至细胞外。
• 逆行转运：在细胞外的蛋白质被运输至内质网进行修饰和折叠。
内质网和高尔基体的功能
核糖体的结构和功能
大亚基
核糖体的大亚基在蛋白质合成中起到结合mRNA 和tRNA的作用。
rRN A
核糖体中包含rRNA，它们形成核糖体的结构骨 架。
小亚基
核糖体的小亚基在蛋白质合成中起到催化肽链 的形成作用。
tRN A
tRNA通过识别mRNA上的密码子，将氨基酸带入 核糖体进行蛋白质合成。
R N A 的作用
细胞质骨架为转运提供了 定位和定向的指导，确保 蛋白质准确到达目的地。
三级结构
三维空间中的蛋白质结构，决定了其特定的功能。
四级结构
当多个蛋白质互相结合形成复合物时，就有了四级 结构。
蛋白质的合成过程
1
转录
通过转录过程，DNA上的信息被转录成RNA，形成mRNA。
2
剪接
mRNA经过剪接过程，去除非编码区域，保留编码蛋白质所需的信息。
3
翻译
mRNA通过核糖体的作用，被翻译成蛋白质。
内质网
内质网参与蛋白质的合成、修饰和折叠。
蛋白质的合成、转运、加工与修饰
沉降系数 蛋白质
原核细胞 16S-rRNA
30S 21种 5S-rRNA 23S-rRNA
50S 34种 70S
真核细胞 18S-rRNA
40S ~33种 5S-rRNA 5.8S-rRNA 28S-rRNA 60S ~49种 80S
E.coli核糖体小亚基中rRNA与r蛋白的相互关系示意图
Brenner 等 用 实 验 证 实 ： 用 噬 菌 体 T2 感 染大肠杆菌后，几乎所有在细胞内合成 的蛋白质都不再是细胞本身的蛋白质， 而是噬菌体所编码的蛋白质；大肠杆菌 内出现了少量半衰期很短的新类型RNA， 其代谢速度极快，它们的碱基组成与噬 菌体DNA是一致的。
Spiegelman用分子杂交技术证明：经噬 菌体感染后新合成的RNA可以与噬菌体 DNA相杂交。
Kozak序列：a favorable context for efficient
eukaryotic
translation
initiation
（PuNNATGPu）。（S）
典型的Poly(A)加尾信号：AATAAA。（S）
cDNA末端快速扩增法（rapid amplification of
Tu TGsTP
Ts Tu GDP
5'
AUG
3'
2. 肽链延长的第二步：成肽
在转肽酶的催化下，P位上的tRNA所携的甲酰蛋氨酰 基转移给A位上的新进入的氨酰-tRNA，形成肽链。原 在P位上的、脱去甲酰蛋氨酰基的tRNA从复合物中迅速 脱落，使P位留空。
3. 肽链延长的第三步：转位
在转位酶/延长因子G（EF-G）的催化下，在A位的二 肽连同mRNA从A位进入P位。实际是整个核糖体的相对 位置移动。第三位氨基酸按密码的指引进入A位注册，开 始下一轮循环。
细胞内各种蛋白质的合成和转运途径
细胞内各种蛋白质的合成和转运途径细胞是生命的基本单位，其中蛋白质是细胞的重要组成部分。
蛋白质的合成和转运是维持细胞正常功能的关键过程。
本文将从蛋白质的合成和转运途径两个方面进行探讨，旨在揭示细胞内蛋白质的合成和转运机制。
一、蛋白质的合成蛋白质的合成发生在细胞内的核糖体中，包括转录和翻译两个过程。
转录是指DNA序列的信息被转录成RNA分子的过程，而翻译是指RNA分子被翻译成蛋白质的过程。
1. 转录转录是蛋白质合成的第一步，它在细胞核中进行。
转录的过程包括三个主要步骤：起始、延伸和终止。
起始阶段，RNA聚合酶与DNA上的启动子结合，开始合成RNA分子；延伸阶段，RNA聚合酶沿着DNA模板链进行核苷酸的配对合成RNA链；终止阶段，RNA聚合酶在遇到终止信号后停止合成RNA链，释放出已合成的RNA分子。
2. 翻译翻译是蛋白质合成的第二步，它在细胞质中的核糖体中进行。
翻译的过程包括三个主要步骤：启动、延伸和终止。
启动阶段，核糖体与起始tRNA和mRNA上的起始密码子结合，形成翻译复合体；延伸阶段，核糖体沿着mRNA链解读密码子，将相应的氨基酸带入核糖体，形成多肽链；终止阶段，核糖体在遇到终止密码子时停止翻译，释放出已合成的多肽链。
二、蛋白质的转运途径蛋白质合成完成后，需要经过一系列的转运途径才能到达其最终的功能位置。
蛋白质的转运途径包括：核糖体输出通路、内质网转运途径、高尔基体转运途径和细胞膜转运途径。
1. 核糖体输出通路核糖体输出通路是蛋白质从核糖体转运到细胞质的途径。
在核糖体输出通路中，合成的蛋白质通过核孔复合体进入细胞质，并与分子伴侣蛋白结合形成复合物，以保护和引导蛋白质的正确折叠和定位。
2. 内质网转运途径内质网转运途径是蛋白质从核糖体进入内质网的途径。
在内质网转运途径中，合成的蛋白质通过信号肽识别和内质网蛋白质质量控制系统的检查，进入内质网腔室，并在内质网中进行折叠和修饰。
3. 高尔基体转运途径高尔基体转运途径是蛋白质从内质网进入高尔基体的途径。
分泌蛋白的合成加工和运输过程
分泌蛋白的合成加工和运输过程
分泌蛋白的合成、加工和运输是一个复杂的过程，涉及多个细胞器和分子机制。
以下是一般的分泌蛋白合成加工和运输的过程概述：
1.合成过程：
o合成：分泌蛋白的合成发生在细胞的核内，由核糖体通过蛋白质合成过程进行。
合成的蛋白质称为前
蛋白。
o信号肽：在合成过程中，蛋白质序列中可能存在一个信号肽序列，该序列指示着该蛋白质是一个分泌
蛋白。
信号肽将帮助定位蛋白质到正确的位置。
2.加工过程：
o初始加工：在合成过程结束后，前蛋白将进入内质网（ER）。
在ER中，前蛋白将经历一系列的初始加
工步骤，包括信号肽的剪切和糖基化。
o终末加工：从ER中，蛋白质将进一步进入高尔基体，然后进入高尔基体的囊泡以进行成熟和终末加工。
该过程可能包括糖基化、脱糖基化、剪切等多种修
饰方式。
3.运输和存储过程：
o高尔基体到细胞膜：成熟的蛋白质囊泡从高尔基体进入细胞膜的分泌途径。
这些囊泡将与细胞膜融合，
释放蛋白质到细胞外。
o分泌颗粒：某些蛋白质可能在高尔基体中被包裹形成分泌颗粒，存储在细胞内。
这些颗粒在需要时，
可以通过融合细胞膜释放蛋白质。
4.分泌：
o定向分泌：某些蛋白质需要特定的信号序列来定向到特定的细胞膜区域，例如突触前膜和上皮细胞表
面。
o不定向分泌：其他蛋白质可能没有特定的定向信号，将被均匀地分泌到细胞膜上。
整个过程涉及到多个细胞器、蛋白质修饰和转运机制。
它的精细调控确保了分泌蛋白的准确合成和传递，使其可以发挥正常的功能。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
大、小亚基分工协作，共同完成蛋白质的合成过程。
1.1 蛋白质的生物合成
一、蛋白质生物合成过程中的重要元素
4. 转运RNA（tRNA）——结构
（一）结构
倒“L”结构
三叶草结构
1.1 蛋白质的生物合成
一、蛋白质生物合成过程中的重要元素
4. 转运RNA（tRNA）——与蛋白质合成有关的位点
使mRNA不断与tRNA结合，保证氨基酸序列正确性； 控制肽链的合成 小亚基： 将mRNA结合到核糖体上（16sRNA可以识别mRMA上的RBS） 提供部分tRNA结合部位（A位） 充当tRNA释放部位（P位） 大亚基 提供部分tRNA结合部位（A位） 提供肽基转移酶 提供能量（GTP酶位） 提供新生肽链的释放通道
“非启动” tRNA
1.1蛋白质的生物合成
二、蛋白质生物合成过程
• mRNA解读方向： 5’ →3’ • 肽链延伸方向： 从N端向C端进行。
3’ 5’ N端 C端
1.1蛋白质的生物合成
二、蛋白质生物合成过程 （以原核生物为例）
（一）肽链合成的起始 （initiation）；
（二）肽链的延伸 （elongation)：
1.1 蛋白质的生物合成
一、蛋白质生物合成过程中的重要元素
2. 遗传密码子 遗传密码表 第二密码
第 一 密 码
第 三 密 码
1.1 蛋白质的生物合成
一、蛋白质生物合成过程中的重要元素
2. 遗传密码子——基本特征
连续性 通用性 简并性 摆动性 不重叠性
1.1 蛋白质的生物合成
一、蛋白质生物合成过程中的重要元素
随后，Brenner和Spiegelman等通过实验来证明以 上假说的正确性 由噬菌体T2感染大肠杆菌→噬菌体蛋白和半衰期很短的新
生RNA； 感染后新合成的RNA可以与噬菌体DNA相杂交，不可与细 胞内其他DNA杂交。
1.1 蛋白质的生物合成
一、蛋白质生物合成过程中的重要元素
1.信使RNA
第二章
蛋白质的合成、转运、加工与修饰
本章内容
2.1 蛋白质的生物合成 2.2 蛋白质合成后的定向输送 2.3 蛋白质合成后的加工与修饰
1.1 蛋白质的生物合成
问题
1. 蛋白质生物合成过程中涉及哪些重要元素？这 些元素的特点/结构特征及功能如何？ 2. 蛋白质的生物合成过程分哪几个阶段？每个阶 段是如何进行的？各阶段涉及哪些蛋白因子？这 些因子与以上各元素是如何相互配合，共同完成 蛋白质生物合成的？ 3. 真核生物与原核生物的蛋白合成过程有何异同 点？
（三）肽链合成的终止 （termination）与释放；
1.1蛋白质的生物合成
二、蛋白质生物合成过程
（一）肽链合成的起始
大肠杆菌及其他原核细胞中几乎所有蛋白质合成都始于甲 硫氨酸（以AUG为起始密码子），但并不是以Met-tRNA作为 起始物，而是以N-甲酰甲硫氨酰-tRNA（fMet-tRNAt ）作 为肽链合成的起始物。
真核生物与原核生物中的mRNA有何区别？
真核生物：
存在外显子和内含子 DNA转录为前体RNA，需要剪切加工后得到成熟mRNA
外显子拼接； 5’端加“帽”（m’GpppNm）——有利于核糖体识别及保持mRNA的 稳定性； 3’端酶切、poly(A)接尾——有利于由细胞核向细胞质转运及保持 mRNA的稳定性。
1.信使RNA
基因转录及翻译的过程
1.1 蛋白质的生物合成
一、蛋白质生物合成过程中的重要元素
1.信使RNA mRNA的概念是在理论上先提出，然后通过实验来验证。 1961年由Jaiob和Monod提出mRNA假说
信使是一种多核苷酸 信使的碱基应与相应的DNA碱基一致 信使具有不同长度 信使应与核糖体有短暂结合 信使的半衰期很短
细胞内有一种甲酰化酶可催化Met-tRNA的α-NH2甲酰化形成fMettRNAt：（不可催化游离的Met或非启动Met-tRNAm ）
1.1蛋白质的生物合成
二、蛋白质生物合成过程
①
（一）肽链合成的起始
②
起始过程： 1. 核糖体大小亚基分开 （在IF-3作用下）； 2. mRNA与小亚基结合 3. fMet-tRNAt与mRNA及 小亚基结合——形成30S起 始复合物 4. 大小亚基结合，形成有 生物学功能的70S起始复合 物。
一、蛋白质生物合成过程中的重要元素
3. 核糖体——组成
60-65%rRNA， 30-35%蛋白质。
1.1 蛋白质的生物合成
一、蛋白质生物合成过程中的重要元素
3. 核糖体——结构（以大肠杆菌的核糖体为例）
肽基转移 酶位
GTP酶位
44 3
5 2 1
1) mRNA结合位点：大小亚基的结合面 上，为蛋白质合成处。 2）A位点（受位）： 氨酰-tRNA结合位 点。 3）P位点(供位)：肽酰-tRNA结合位点， 是肽基-tRNA移交肽链后，tRNA被释放 的部位。 4）肽基转移酶位： 肽链合成过程中催 化氨基酸之间形成肽键的酶活性部位。 5）GTP酶位：水解GTP，产生能量用 来催化肽基-tRNA由A位转到P位。
反密码子位点：由密码子环 下方的3个碱基组成，与 mRNA上密码子的碱基互补 3’末端的CCA序列：为氨基 酸接受位点，氨基酸共价结 合到A残基上。 识别氨酰-tRNA合成酶的位 点。
反密码子
合成酶
aa位点
氨基酸活化生成氨酰-tRNA
E +
其中，氨基酰tRNA合成酶具有 高度专一性： • 1. 对氨基酸具有极高的专一 性
※
1.1蛋白质的生物合成
二、蛋白质生物合成过程Βιβλιοθήκη （一）肽链合成的起始
起始所需材料：
核糖体大小亚基：30S亚基（16s rRNA）、50S亚基； 模板：带起始密码的mRNA（含有SD序列）； 起始用的氨酰-tRNA ：fMet- tRNAt ； 起始因子(initiation factors，IF) （IF1、IF2、 IF3）； 2个GTP； Mg2+ 。
③
④
（一）肽链合成的起始
2.mRNA与小亚基结合
1）小亚基上的16s rRNA 与mRNA上的S-D序列结 合 2）小亚基蛋白（rps-1） 与mRNA上的核苷酸序列 结合 3）由起始因子3（IF-3） 介导 4）IF-1促进IF-3与小亚基 的结合
②
（一）肽链合成的起始
S-D序列(Shine-Dalgarno sequence) ：
2. 遗传密码子——基本特征
①遗传密码无标点符号（连续性）
阅读框架(reading frames)：
通常从一个正确起点（AUG）开始，3个一组，一个不漏的读下去 至终止密码。若删/增，即引起突变(移码突变）。
1.1 蛋白质的生物合成
一、蛋白质生物合成过程中的重要元素
2. 遗传密码子——基本特征
② 通用性 在地球上所有的生物中，合成蛋白质的遗传 密码都使用同一套，只是在不同种类的生物中 存在密码子的偏好性。
进 位
成肽 转 位
1.1蛋白质的生物合成
二、蛋白质生物合成过程
（二）肽链延伸——1. 进位
1） EFTu与GTP结合后，再 与aa2- tRNA2结合成复合物； 2）aa2- tRNA2与A位点上 mRNA密码子结合，释放出 EFTu-GDP ； 3）EFTu-GDP再与EFTs及 GTP相反应，重新生成 EFTu-GTP。 EFT1包括EFTu和EFTs 除fMet- tRNAt外，所有aatRNA进入A位点都需先与 EFTu-GTP结合。
1.1 蛋白质的生物合成
一、蛋白质生物合成过程中的重要元素
4. 转运RNA（tRNA）——分类
“启动” tRNAt
特异地识别起始密码子AUG; 只携带蛋氨酸（真核）或甲酰蛋氨酸（原核）。 不识别起始密码子。 特殊的tRNA（原核）:它可以识别AUG密码子， 但不能与甲酰蛋氨酸结合，只能与蛋氨酸结合， 该类tRNA也属于“非启动” tRNA。
在mRNA起始密码上游，富含嘌呤，可与16S rRNA中部分 互补，使mRNA与核糖体结合。故又称核蛋白结合位点 （ribosomal binding site ，RBS)
（一）肽链合成的起始
3. 30S起始复合物的形成
②
在IF-2作用下，fMettRNAt与mRNA分子中的 AUG相结合，即密码子与 反密码子配对，形成30S 起始复合物）——30S亚 基-mRNA-fMettRNAfmet复合物 此步需要GTP和Mg2+参 与。
DNA碱基有较大变化时，仍保持多肽 链中氨基酸顺序不变，减少有害突 变。 保证了物种的稳定性。
1.1 蛋白质的生物合成
一、蛋白质生物合成过程中的重要元素
2. 遗传密码子——基本特征
④摆动性
翻译过程氨基酸的正确加入是靠mRNA的密码与 tRNA上的反密码子相互以碱基配对辨认。 密码子的摆动性是指密码子与反密码子有时虽不 严格互补，却能相互辨认。（参见表2.2）
1.1 蛋白质的生物合成
一、蛋白质生物合成过程中的重要元素
3. 核糖体——存在形式
核糖体单体——无蛋白合成功能 多聚核糖体：与mRNA结合——具有蛋白合 成功能
• •
游离核糖体 结合核糖体（与内质网膜结合）
1.1 蛋白质的生物合成
一、蛋白质生物合成过程中的重要元素