第六章 蛋白质的生物合成2(第四版)(1)
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第六章蛋白质的生物合成
第六章 蛋白质的生物合成
蛋白质生物合成又称翻译 蛋白质生物合成又称翻译 (translation),是指由RNA参 translation),是指由RNA参 与的蛋白质生物合成的过程, 它将核酸的碱基序列转变为蛋 它将核酸的碱基序列转变为蛋 白质中的氨基酸序列. 白质中的氨基酸序列.
参与翻译的RNA分子有tRNA, 参与翻译的RNA分子有tRNA, rRNA和mRNA.tRNA的功能是转 rRNA和mRNA.tRNA的功能是转 运氨基酸,rRNA与多种蛋白质组 运氨基酸,rRNA与多种蛋白质组 成核糖体作为翻译进行的场所, mRNA作为翻译的模板. mRNA作为翻译的模板. 经过三种RNA以及多种蛋白质的相 经过三种RNA以及多种蛋白质的相 互作用,使来自DNA的遗传信息正 互作用,使来自DNA的遗传信息正 确地传递到蛋白质.
第一节 遗传密码
一,遗传密码
遗传密码(genetic code)是联系核酸 遗传密码(genetic code)是联系核酸 的碱基序列和蛋白质的氨基酸序列的 的碱基序列和蛋白质的氨基酸序列的 途径.mRNA上由三个碱基代表一种 途径.mRNA上由三个碱基代表一种 氨基酸,称为密码子(codon). 氨基酸,称为密码子(codon). 生物体内存在多个密码子代表一种氨 生物体内存在多个密码子代表一种氨 基酸的情况. 基酸的情况.
氨酰tRNA合成酶 一,氨酰tRNA合成酶
氨酰tRNA合成酶催化氨基酸与tRNA之间的 氨酰tRNA合成酶催化氨基酸与tRNA之间的 反应.携带同一种氨基酸的tRNA可有多种, 反应.携带同一种氨基酸的tRNA可有多种, 称为同工tRNA(iso称为同工tRNA(iso-accepting tRNA).可将 tRNA).可将 tRNA分为20个同工tRNA组 tRNA分为20个同工tRNA组. 一组同工tRNA在特定的合成酶催化下与相 一组同工tRNA在特定的合成酶催化下与相 应的氨基酸结合.
蛋白质生物合成又称翻译 蛋白质生物合成又称翻译 (translation),是指由RNA参 translation),是指由RNA参 与的蛋白质生物合成的过程, 它将核酸的碱基序列转变为蛋 它将核酸的碱基序列转变为蛋 白质中的氨基酸序列. 白质中的氨基酸序列.
参与翻译的RNA分子有tRNA, 参与翻译的RNA分子有tRNA, rRNA和mRNA.tRNA的功能是转 rRNA和mRNA.tRNA的功能是转 运氨基酸,rRNA与多种蛋白质组 运氨基酸,rRNA与多种蛋白质组 成核糖体作为翻译进行的场所, mRNA作为翻译的模板. mRNA作为翻译的模板. 经过三种RNA以及多种蛋白质的相 经过三种RNA以及多种蛋白质的相 互作用,使来自DNA的遗传信息正 互作用,使来自DNA的遗传信息正 确地传递到蛋白质.
第一节 遗传密码
一,遗传密码
遗传密码(genetic code)是联系核酸 遗传密码(genetic code)是联系核酸 的碱基序列和蛋白质的氨基酸序列的 的碱基序列和蛋白质的氨基酸序列的 途径.mRNA上由三个碱基代表一种 途径.mRNA上由三个碱基代表一种 氨基酸,称为密码子(codon). 氨基酸,称为密码子(codon). 生物体内存在多个密码子代表一种氨 生物体内存在多个密码子代表一种氨 基酸的情况. 基酸的情况.
氨酰tRNA合成酶 一,氨酰tRNA合成酶
氨酰tRNA合成酶催化氨基酸与tRNA之间的 氨酰tRNA合成酶催化氨基酸与tRNA之间的 反应.携带同一种氨基酸的tRNA可有多种, 反应.携带同一种氨基酸的tRNA可有多种, 称为同工tRNA(iso称为同工tRNA(iso-accepting tRNA).可将 tRNA).可将 tRNA分为20个同工tRNA组 tRNA分为20个同工tRNA组. 一组同工tRNA在特定的合成酶催化下与相 一组同工tRNA在特定的合成酶催化下与相 应的氨基酸结合.
蛋白质的生物合成 1(共83张PPT)
一、mRNA
• （一） mRNA上的开放阅读框 • 开放阅读框（ open reading frame, ORF)：
mRNA5′端起始密码子开始到3´端终止密码子之间连续
的、无重叠的一连串密码子组成的蛋白质编码区。
• ·····AUGGCGAACGCU ······UAG ·····
（二）密码子
64个
• 去向：胞液、其他细胞器、体液（运输到 靶细胞或器官）
• 信号序列（ signal sequence） ：新合成 的蛋白质分子中引导蛋白质输送到细胞靶部位 的特异氨基酸序列。
信号序列包括：信号肽（内质网） 、核定位序 列NLS （核）、 前导肽（线粒体）等
靶向输送蛋白的信号序列或成分
靶向输送蛋白
• 40S结合多种起始因子（ eIF1A、eIF3 、eIF5B-GTP），并俘获eIF2－GTP-Met
－tRNAiMet（P site），形成43S 复合物。
•
mRNA的5′Cap与复合体eIF4F结合，并俘获eIF4B,RNA解旋,形成eIF4F/4B
－mRNA复合体。
• eIF4F/4B－mRNA 俘获43S复合物，43S复合物沿mRNA 5′ 3′方向扫描 起始AUG， 在mRNA上准确定位。
码子上游的一段富含嘌呤碱基的8－13核苷酸的序列。又称为核
蛋白体结合位点（ribosomal binding site，RBS)
Step2 ：定位fMet－tRNAifMet
• fMet－tRNAifMet-IF2
－GTP 进入 P site，并 与起始AUG配对。
Step3 ：结合50S大亚单位，形成70S复合物
（二）摇摆性 （wobble）
• 反密码子（anti-codon）的第1位与密码子（codon）第 3位配对时，不严格遵循碱基配对原则
• （一） mRNA上的开放阅读框 • 开放阅读框（ open reading frame, ORF)：
mRNA5′端起始密码子开始到3´端终止密码子之间连续
的、无重叠的一连串密码子组成的蛋白质编码区。
• ·····AUGGCGAACGCU ······UAG ·····
（二）密码子
64个
• 去向：胞液、其他细胞器、体液（运输到 靶细胞或器官）
• 信号序列（ signal sequence） ：新合成 的蛋白质分子中引导蛋白质输送到细胞靶部位 的特异氨基酸序列。
信号序列包括：信号肽（内质网） 、核定位序 列NLS （核）、 前导肽（线粒体）等
靶向输送蛋白的信号序列或成分
靶向输送蛋白
• 40S结合多种起始因子（ eIF1A、eIF3 、eIF5B-GTP），并俘获eIF2－GTP-Met
－tRNAiMet（P site），形成43S 复合物。
•
mRNA的5′Cap与复合体eIF4F结合，并俘获eIF4B,RNA解旋,形成eIF4F/4B
－mRNA复合体。
• eIF4F/4B－mRNA 俘获43S复合物，43S复合物沿mRNA 5′ 3′方向扫描 起始AUG， 在mRNA上准确定位。
码子上游的一段富含嘌呤碱基的8－13核苷酸的序列。又称为核
蛋白体结合位点（ribosomal binding site，RBS)
Step2 ：定位fMet－tRNAifMet
• fMet－tRNAifMet-IF2
－GTP 进入 P site，并 与起始AUG配对。
Step3 ：结合50S大亚单位，形成70S复合物
（二）摇摆性 （wobble）
• 反密码子（anti-codon）的第1位与密码子（codon）第 3位配对时，不严格遵循碱基配对原则
蛋白质的生物合成(共106张PPT)
现 )和真菌中发现UAG可能是编码第22种氨基酸 pyrrolysine(吡咯赖氨酸)的密码子。
遗传密码动画
2022/9/17
12
遗传密码的特点
1.方向性(direction) 翻译时的阅读方向只能是5→3，即读
码从mRNA的起始密码子AUG开始，按 5→3的方向逐一阅读，直至终止密码子。
2022/9/17
为遗传密码(也称密码子)。 mRNA在核糖体小亚基就位；
-Ser-Lys-Leu-（PST序列） 顺反子(cistron)：遗传学将编码一个多肽的遗传单位称为顺反子。 氨基酰-tRNA合成酶
• 开放阅读框架(open reading frame,ORF)：从 开放阅读框区(open reading frame, ORF)
AMP-E或氨基酰-tRNA的酯键水解,再换上与密码子相对应
的氨基酸。
• 氨基酰-tRNA的表示方法：
• Ala-tRNAAla、Ser-tRNASer、Met-tRNAMet
氨基酸的活化形式：氨基酰－tRNA 氨基酸的活化部位：α－羧基 氨基酸与tRNA连接方式：酯键 氨基酸活化耗能：2个~P
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23
核糖体的组成
核蛋
原核生物
真核生物
白体 蛋白质 S值 rRNA 蛋白质 S值 rRNA
小亚基 21种 30S 16S 33种 40S 18S
大亚基 36种 50S 23S 5S
49种
28S 60S 5.8S
5S
核蛋白体
70S
80S
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24
30S小亚基：有mRNA结合位点 50S大亚基： E位：排出位（Exit site）
• 氨基酰-tRNA合成酶：存在于胞液中，催化氨基酸的 活化。
遗传密码动画
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遗传密码的特点
1.方向性(direction) 翻译时的阅读方向只能是5→3，即读
码从mRNA的起始密码子AUG开始，按 5→3的方向逐一阅读，直至终止密码子。
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为遗传密码(也称密码子)。 mRNA在核糖体小亚基就位；
-Ser-Lys-Leu-（PST序列） 顺反子(cistron)：遗传学将编码一个多肽的遗传单位称为顺反子。 氨基酰-tRNA合成酶
• 开放阅读框架(open reading frame,ORF)：从 开放阅读框区(open reading frame, ORF)
AMP-E或氨基酰-tRNA的酯键水解,再换上与密码子相对应
的氨基酸。
• 氨基酰-tRNA的表示方法：
• Ala-tRNAAla、Ser-tRNASer、Met-tRNAMet
氨基酸的活化形式：氨基酰－tRNA 氨基酸的活化部位：α－羧基 氨基酸与tRNA连接方式：酯键 氨基酸活化耗能：2个~P
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核糖体的组成
核蛋
原核生物
真核生物
白体 蛋白质 S值 rRNA 蛋白质 S值 rRNA
小亚基 21种 30S 16S 33种 40S 18S
大亚基 36种 50S 23S 5S
49种
28S 60S 5.8S
5S
核蛋白体
70S
80S
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30S小亚基：有mRNA结合位点 50S大亚基： E位：排出位（Exit site）
• 氨基酰-tRNA合成酶：存在于胞液中，催化氨基酸的 活化。
蛋白质的生物合成课件.ppt
如何转变?
密码子:mRNA分子中,每三个相邻的核苷酸组
成的三联体代表某一种氨基酸或其它信息,称为 密码子或三联密码.一个氨基酸密码子决定着一 个氨基酸。
遗传密码:mRNA中的核苷酸排列序列与蛋白
质中的氨基酸排列序列的关系。生物的遗传密码
是通用的。
四种核苷酸编成三联体可形成 43个即64个密码子.其中： 1.一个起始密码:AUG
小亚基:沿mRNA结合,沿5’ 3’ 方向移动.
大亚基:受位(A位): 结合氨基酰- tRNA
给位(P位):成肽
给位 (P位)
蛋 苏
大亚基
UGU
5’AUG ACA GUU
受位 (A位)
小亚基
3’
蛋白质生物合成过程
1、准备阶段： 氨基酸的活化与转运。
2、中心环节： 核蛋白体循环-活化氨基酸 在核蛋白体上的缩合组装。
氨基酸的活化与转运
1、反应式：
氨基酰-tRNA合成酶
AA + tRNA + ATP
氨基酰-tRNA+AMP+PPi 2、AA结合位置：
AA的α-羧基与tRNA活末端腺苷酸中 核糖2 ’或3’羟基以酯键相结合。
tRNA-CCA-OH（R-3’-OH）
核蛋白体循环（三阶段）
(1)、起始阶段 (2)、延伸阶段 (3)、终止阶段
基因操纵子调节系统示意图
调节基因 转录
操纵子
控制区
信息区
启动基因 操纵基因 RNA聚合酶
结构基因
DNA
（-）
（+） 转录
翻译
mRNA
阻遏蛋白
诱导剂
翻译 蛋白质
血红素对起始因子-2的调节作用
血红素
密码子:mRNA分子中,每三个相邻的核苷酸组
成的三联体代表某一种氨基酸或其它信息,称为 密码子或三联密码.一个氨基酸密码子决定着一 个氨基酸。
遗传密码:mRNA中的核苷酸排列序列与蛋白
质中的氨基酸排列序列的关系。生物的遗传密码
是通用的。
四种核苷酸编成三联体可形成 43个即64个密码子.其中： 1.一个起始密码:AUG
小亚基:沿mRNA结合,沿5’ 3’ 方向移动.
大亚基:受位(A位): 结合氨基酰- tRNA
给位(P位):成肽
给位 (P位)
蛋 苏
大亚基
UGU
5’AUG ACA GUU
受位 (A位)
小亚基
3’
蛋白质生物合成过程
1、准备阶段： 氨基酸的活化与转运。
2、中心环节： 核蛋白体循环-活化氨基酸 在核蛋白体上的缩合组装。
氨基酸的活化与转运
1、反应式：
氨基酰-tRNA合成酶
AA + tRNA + ATP
氨基酰-tRNA+AMP+PPi 2、AA结合位置：
AA的α-羧基与tRNA活末端腺苷酸中 核糖2 ’或3’羟基以酯键相结合。
tRNA-CCA-OH（R-3’-OH）
核蛋白体循环（三阶段）
(1)、起始阶段 (2)、延伸阶段 (3)、终止阶段
基因操纵子调节系统示意图
调节基因 转录
操纵子
控制区
信息区
启动基因 操纵基因 RNA聚合酶
结构基因
DNA
（-）
（+） 转录
翻译
mRNA
阻遏蛋白
诱导剂
翻译 蛋白质
血红素对起始因子-2的调节作用
血红素
蛋白质的生物合成(1)(共60张PPT)
氨酰-tRNA合成酶
AA + ATP + tRNA
Mg2+
AAcyl-tRNA + AMP + ppi
每个氨基酸的活化，净消耗2个高能磷酸键
氨酰-tRNA的表示方法
Gly-tRNAGly Arg-tRNAArg.....
2. 肽链合成的起始
•原核生物起始氨基酸（fMet）
AA +AT装P→载AA-形AMP式+ppi：fMet- tRNAfMet
E位：排出位，卸载tRNA (exit site)
Nature：核糖体解码原理新发现
A new understanding of the decoding principle on the ribosome
法国斯特拉斯堡大学的Gulnara Yusupova等
在蛋白合成期间，核糖体在解码中心依照信使RNA (mRNA)上的三联体密码精确的选择转移RNA (tRNAs)。 tRNA的选择开始于延伸因子Tu，它可以传递tRNA到 氨酰tRNA结合位点即A位点，还可以在解码中心水解 GTP来建立密码子-反密码子之间的相互作用。在随后 的校对阶段，核糖体重新检查tRNA，如果被发现不能 正确配对于A位点，该tRNA便会被排除。
tRNA必须具备倒L型的三级结构才具有携带氨酰基的功能。
Aminoacyl-tRNA synthetases
胞液
高度特异性
校正活性
(在两步反应都可发生)
second genetic code? 20种
Synthetase is complexed with their cognate tRNAs (green stick structures). Bound ATP (red) pinpoints the active site near the end of the aminoacyl arm.
高考生物重难点剖析2：蛋白质的生物合成2(共13张PPT)
六.蛋白质合成的抑制剂
蛋白质合成的几乎每一步会被这种或另一种抗生素专一地 抑制，所以抗生素已成为研究蛋白质合成的有用工具。
嘌呤霉素（puromycin）由链霉菌产生，是了解最清楚的 一种抑制性抗生素。其结构与氨酰-tRNA的3ˊ端很相似，因此 能与核糖体的A位结合，并且参与肽键的形成，产生肽基 嘌呤霉素。嘌呤霉素只类似于tRNA的3ˊ端，它不参与从 核糖体的移位和分离，且很快与肽的羧基末端结合，导致 过早地终止多肽的合成。 四环素（tetracycline）通过阻断核糖体的A位、抑制氨酰tRNA的结合来抑制细菌中蛋白质的合成。 氯霉素（chloramphenicol）通过阻断细菌核糖体中（以 及线粒体和叶绿体中）肽基的转移来抑制蛋白质的合成；它 无法影响真核生物胞质蛋白质的合成。
放线菌酮（cycloheximide）能抑制真核生物80S核糖体的肽酰基转移 酶，而不抑制细菌70S核糖体（以及线粒体和叶绿体中）中的肽酰基 转移酶。 链霉素（streptomycin）是一种碱性三糖。链霉素能与30S-亚基结合 从而抑制蛋白质的合成;此30S-链霉素复合体是一种效率很低且很不 稳定的起始解离而终止翻译的复合体。链霉素结合在30S亚基上时亦 能改变氨基酰-tRNA在A位点上与其对应的密码子配对的精确性和效率。 细菌对链霉素的抗性是由于30S小亚基中某一个肽链产生突变之故。 红霉素(erythromycin)与50S大亚基结合，并阻断移位作用因而将肽 酰-tRNA“冻结”在A位点上。对红霉素产生抗性是由于50S大亚基中某 一个蛋白质产生突变之故。 还有一些蛋白质合成的抑制剂对人体和其他哺乳动物是有害的。白喉 毒素（diphtheria toxin）可催化真核生物延伸因子eEF2中白喉酰胺 （修饰的组氨酸）残基的ADP核糖基化作用而失活。蓖麻毒素（ricin） 是一种剧毒的蓖麻籽蛋白质，它会引起23S rRNA中一个特定腺苷发生 去嘌呤作用，使真核生物核糖体的60S亚基失去活性。
[生化]蛋白质生物合成 (2)
![[生化]蛋白质生物合成 (2)](https://img.taocdn.com/s3/m/c4eec4d26137ee06eff918f0.png)
每轮循环使多肽链增加一个氨基酸残基。
目录
肽链合成的延长因子
原核延长因子 生物功能 促进氨基酰-tRNA进入A位，结合分解 GTP 调节亚基 有转位酶活性，促进mRNA-肽酰-tRNA 由A位前移到P位，促进卸载tRNA释放 对应真核延长因 子
EF-Tu
EF-Ts
EF-1-α
EF-1-βγ
EFG
EF-Tu 促进氨基酰-tRNA进入A位，结合并分解GTP EF-Ts 调节亚基 EF-G 有转位酶活性，促进mRNA-肽酰-tRNA由A位移 至P位，促进tRNA卸载与释放
释放因子
RF-1 RF-2
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
可与核蛋白体其他部位结合，有GTP酶活性，能 介导RF-1及RF-2与核蛋白体的相互作用
3. 小亚基先与Met-tRNAiMet结合，再与 mRNA结合； 4. mRNA与40s亚基的结合依靠帽子结合蛋白 （CBP）与mRNA帽子结构的识别结合。 5. ATP和GTP供能。
28/56
目录
（二）延长
真核生物肽链合成的延长过程与原核生物 基本相似，但有不同的反应体系和延长因子。
另外，真核细胞核蛋白体没有 E 位，转位
目录
二、真核生物起始氨基酰-tRNA是 Met-tRNAiMet
真核生物
起始氨基酰-tRNA: Met-tRNAiMet
tRNAiMet 与 甲 硫氨 酸 结合 后 形成 MettRNAiMet ， 可 以 在 mRNA 的 起 始 密 码 子 AUG 处就位，参与形成翻译起始复合物。 起始密码子只能辨认Met-tRNAiMet。 参与肽链延长的甲硫氨酰-tRNA：Met-tRNAMet
蛋白质生物合成
需要释放因子（RF）的参与。 原核生物RF：RF-1、RF-2、RF-3 真核生物RF：eRF
肽链合成的 终止及释放
（ 1 ） 释 放 因 子 RF1 或 RF2进入核糖体A位。 （2）多肽链的释放 （3）70S核糖体解离
5
50S 亚基
5
30S亚基
RF
UAG
3
UAG
tRNA
3
释放因子的功能：
（二）真核生物翻译起始复合物形成
1.核蛋白质体大小亚基的分离； 2.起始氨基酰-tRNA结合； 3.mRNA在核蛋白质体小亚基的准确定;(图) 4.核蛋白质体大亚基结合。（图）
eIF2是真核肽链合成调节的关键成分。
三、肽链的延长
肽链合成的延长是根据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。由于肽链延长在核蛋 白体上连续性循环式进行，又称核蛋白体循 环(ribosomal cycle)，每次核蛋白体循环肽链 增加一个氨基酸。
止信号，称为密码子（ codon ）或三联体
密码(triplet coden)。
U第 三 个
C字 母
A
G
密码子的特点：★★ 1 、连续性
编码蛋白质氨基酸序列的各个三联体密码连续阅 读，密码间既无间断也无交叉，如mRNA链上的碱 基发生插入或缺失，可造成框移突变。
开放读码框：
从mRNA5’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，称为开放读码框（open
合成后加工成为有活性蛋白质
一、遗传密码和mRNA 二、t RNA 三、核糖体 四、辅助因子
一、翻译模板mRNA及遗传密码
mRNA是遗传信息的携带者
肽链合成的 终止及释放
（ 1 ） 释 放 因 子 RF1 或 RF2进入核糖体A位。 （2）多肽链的释放 （3）70S核糖体解离
5
50S 亚基
5
30S亚基
RF
UAG
3
UAG
tRNA
3
释放因子的功能：
（二）真核生物翻译起始复合物形成
1.核蛋白质体大小亚基的分离； 2.起始氨基酰-tRNA结合； 3.mRNA在核蛋白质体小亚基的准确定;(图) 4.核蛋白质体大亚基结合。（图）
eIF2是真核肽链合成调节的关键成分。
三、肽链的延长
肽链合成的延长是根据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。由于肽链延长在核蛋 白体上连续性循环式进行，又称核蛋白体循 环(ribosomal cycle)，每次核蛋白体循环肽链 增加一个氨基酸。
止信号，称为密码子（ codon ）或三联体
密码(triplet coden)。
U第 三 个
C字 母
A
G
密码子的特点：★★ 1 、连续性
编码蛋白质氨基酸序列的各个三联体密码连续阅 读，密码间既无间断也无交叉，如mRNA链上的碱 基发生插入或缺失，可造成框移突变。
开放读码框：
从mRNA5’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，称为开放读码框（open
合成后加工成为有活性蛋白质
一、遗传密码和mRNA 二、t RNA 三、核糖体 四、辅助因子
一、翻译模板mRNA及遗传密码
mRNA是遗传信息的携带者
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第三节
蛋白质合成后的折叠与修饰加工
基因经转录、翻译形成蛋白质，一般而言，新形 成的蛋白质不具备生物活性。必须折叠成正确的 空间构象，然后在经过一系列的成熟后加工，才 能成为真正有活性的蛋白质。加工过程包括前体 加工（切除信号肽）、蛋白质的化学修饰（磷酸 化、糖基化） 和蛋白质的剪接等。
(一) 信号肽理论
• 定义:所有靶向输送的蛋白质结构中存在分选信号， 主要为Ｎ末端特异氨基酸序列，可引导蛋白质转 移到细胞的适当靶部位，这一序列称为信号序列 （signal sequence）。 • 作用:使核蛋白体与内质网上的受体结合;肽链进 入内质网后经其运至靶器官,后经信号肽酶切除. • 结构:由13—35个氨基酸组成,分为三个区: N端为亲水区,含有碱性氨基酸,提供正电荷. 中间为疏水区,为中性或疏水性氨基酸(10—15个 ). C端 小分子氨基酸（信号肽酶裂解部位）
第三节蛋白质合成后的转运
• 在核糖体上新合成的多肽被送往细胞的 各个部分，以行使各自的生物功能，大 肠杆菌新合成的多肽，一部分仍停留在 胞浆之中，一部分则被送到质膜、外膜 或质膜与外膜之间的空隙，有的也可分 泌到胞外。真核细胞中新合成的多肽被 送往溶酶体、线粒体、叶绿体胞核等细 胞器。所以新合成的多肽的输送是有目 的、定向地进行的。(蛋白质的分拣和靶 向)
(PPI)
• 脯氨酸为亚氨基酸，多肽链中的肽酰-脯氨 酸间的肽键绝大部分为反式构型。肽-脯氨 酸顺反异构酶可促进顺反两种异构体之间 的转换。
蛋白质翻译后的加工修饰方式
• (一) 一级结构的修饰 • (二) 空间结构的修饰
1. N端甲酰蛋氨酸或蛋氨酸的切除 • N端甲酰蛋氨酸或蛋氨酸残基，必须在多肽链 折迭成一定的空间结构之前被切除。
鸦片促黑皮质素原(POMC)的水解修饰
信号肽 N
KR
KR
PMOC
C
N-POMC
促肾上腺皮质 激素ACTH 促黑素-MSH -MSH
促脂解释放激素-LT
内啡呔 Endophin
3 剪接
• 指蛋白质前体可以通过多肽的剪辑，剪除 某些氨基酸片段，然后在以一定的顺序结 合起来，最终形成成熟的、有活性的蛋白 质的现象。 • 内含肽,外显肽
4 化学编辑
• （1）一级结构的修饰 个别氨基酸的修饰，包括羟基化、糖基化、 磷酸化、酰基化、羧化作用、甲基化。
• ① 羟基化：肽链中某些氨基酸的侧链被修 饰(modification)，这都是在翻译后的加工 过程中被专一的酶催化而形成的。例如脯 氨酸被羟基化生成羟脯氨酸，胶原蛋白在 合成后，其中的某些脯氨酸和赖氨酸残基 发生羟化。在X-Pro-Gly(X 代表除Gly 外的 任何氨基酸)序列中的脯氨酸羟化为4-羟脯 氨酸，也可生成3-羟脯氨酸，但较少。脯氨 酸的羟化有助于胶原蛋白螺旋的稳定。
• N-连接糖链 • O-连接糖链
• ③ 磷酸化：酶、受体、介体(mediator)、 调节因子等蛋白质的可逆磷酸化是普遍存 在的蛋白质细胞生长和代谢调节中有重要 功能。磷酸化发生在翻译后，由各种蛋白 质激酶催化，将磷酸基团连接于丝氨酸、 苏氨酸和酪氨酸的羟基上。在磷酸酯酶的 作用则发生脱磷酸作用。
ATP
ADP
Thr Ser -OH
蛋白激酶
Thr Ser -O-PO32-
Tyr
磷蛋白磷酸酶 酶蛋白
Pi H2O
Tyr
酶蛋白
酶的磷酸化与脱磷酸化
• ④ 酰基化：蛋白质的乙酰化普遍存在于原 核生物和真核生物中。乙酰化有两个类型： 一类是由结合于核糖体的乙酰基转移酶将 乙酰-CoA 的乙酰基转移至正在合成的多肽 链上，当将N-端的甲硫氨酸除去后，便乙 酰化，例如卵清蛋白的乙酰化便是如此； 另一类型是在翻译后由细胞质的酶催化发 生乙酰化，例如肌动蛋白和猫的珠蛋白。 此外，细胞核内的组蛋白的内部赖氨酸也 可以乙酰化。
细胞内蛋白质正确折叠的保障机制
分子伴侣（molecular chaperon）；是细胞 内一类保守蛋白质，可识别多肽链的非天然构 象，促进各功能域和整体蛋白质的正确折叠。 分子伴侣在帮助蛋白质折叠后,自身并不作为 最终结构的一部分.
• 1. 封闭暴露出来的疏水区段,为蛋白质的折叠 创造一个无干扰的隔离环境. • 2. 防止新生肽链在未完成折叠之前相互聚合, 帮助蛋白质获得最初的正确结构. • 3. 识别错误折叠的蛋白质,帮助其复性或降解.
肠 激 酶
胰蛋白酶原
六肽
活性中心 胰蛋白酶
胰蛋白酶原的激活示意图
•
许多蛋白质前体并无活性或活性很低。 在一定条件下，才能转变为有特定构象的 蛋白质而表现其活性。 • 如胰岛素前体---胰岛素原，经水解酶 切，除去部分氨基酸（C肽，31个氨基酸） 并在A链（21个氨基酸）和B链（30个氨 基酸）两条肽链之间形成两对二硫键，在 A肽链上形成另一对链内二硫键，使胰岛 素分子具有特定的空间结构，从而表现其 完整的生物活性。详见下页的两张图：
信号肽的一般结构
起始位点 + M M A A G P R T S L L L A F A L L C L P W T Q V V G A L P V C 极性 氨基酸 疏水核心 剪切位点 成熟蛋白
图 15-37 信号肽的结构(仿 B.Lewin:《GENES》Ⅵ,1997, Fig .10.14)
① 去甲酰化： 甲酰蛋氨酸-肽 ② 去蛋氨酰基： 蛋氨酰-肽 蛋氨酸氨基肽酶 蛋氨酸 + 肽 甲酰化酶 甲酸 + 蛋氨酸-肽
2. 前体蛋白的加工
• 有些新合成的多肽链要在专一性的蛋白酶 的作用下切除部分肽段才能具有活性。例 如 • (1). 酶原要切除部分肽段才能形成有活性的 酶。 • (2). 信号肽的切除。 • (3).胰岛素原切除C肽。
• 分子伴侣 hsp70家族 (热休克蛋白 hot shock protein)
伴侣蛋白 chaperonin
伴侣蛋白
伴侣蛋白
蛋白质二硫键异构酶(PDI)
• 肽链内或两条肽链间的二硫键是在肽链形成后SH 基被氧化而形成的。二硫键在形成蛋白质的 空间结构中起着重要作用。 蛋白二硫键异构酶 (protein disulfide isomerase) 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
• ⑤ 羧化作用：一些蛋白质的谷氨酸和天冬 氨酸可发生羧化作用。例如，血液凝固蛋 白酶原(prothrombin)的谷氨酸在翻译后羧 化成γ-羧基谷氨酸，后者可以与Ca2+螯合。 这依赖于维生素K 的羧化酶的催化作用。
• ⑥ 甲基化：在一些蛋白质中赖氨酸被甲基 化。如肌肉蛋白和细胞色素c 中含有一甲二 甲基赖氨酸。大多数生物的钙调蛋白含有 三甲基赖氨酸。有些蛋白质中的一些谷氨 酸链羧基也发生甲基化。
高级结构的修饰
• ① 亚基之间、亚基与辅基之间的聚合：具 有四级结构的蛋白质由几个亚基组成，因 此必须经过亚基之间的聚合过程才能形成 具有特定构象和生物功能的蛋白质。对于 结合蛋白来说，含有辅基成分，所以也要 与辅基部分结合后才能具有生物功能。
（2）高级结构的修饰
• ②.有些蛋白质还要与辅基(prosthetic groups)相结合： Cytochrome C只有与血红素（heme） 相结合才有功能。此外，Acetyl-CoA羧化 酶常与Biotin分子相结合。有些蛋白质必须 经蛋白酶切割后才有功能。有些蛋白质只 有在形成二硫键之后才有功能。
蛋白质合成后的正确折叠是其行使功能的基础 “蛋白质折叠异常与疾病”已成为一个专门的研究领域 .
举例----镰刀状红细胞性贫血:β 亚基N 端的第6号氨基酸残基发生了变异， Glu→Val,这种变异来源于基因上遗传 信息的突变。 分子病 （Pauling）： 蛋白质分子 发生变异所 导致的疾病
正常 DNA
• ② 糖基化：在多肽链合成过程中或在合成 之后常以共价键与单糖或寡糖侧链连接， 生成糖蛋白。这些糖可连接在天冬酰胺的 酰胺上(N-连接寡糖)或连接在丝氨酸、苏氨 酸或羟赖氨酸的羟基上(O-连接寡糖)，糖基 化是多种多样的，可以在同一条肽链上的 同一位点连接上不同的寡糖，也可以在不 同位点上连接上寡糖。糖基化是在酶催化 反应下进行的。糖蛋白是一类重要的蛋白， 许多膜蛋白和分泌蛋白均是糖蛋白。
PrPc与 PrPSc的比较
PrPc 分子状态
溶解性 对蛋白酶抗性
PrPSc 集合成纤维状态
不溶 很强
单体分子
可溶 弱，极易被破坏
蛋白质稳定性
蛋白质三级结构 致病性
稳定
不稳定
几乎全部由α-螺 大约45%为β-折 旋组成 叠片层 正常 致病
Alzheimer’s disease
(AD)
• 学名：阿尔茨海默氏病 • 临床症状：以遗忘为最早期、最突出的 症状。继而出现反应迟钝、判断力和理 解力下降，重复语言和无意义的重复动 作等。随着疾病进展，最终严重痴呆， 卧床不起，出现并发症。
信号肽的特征
• 信号肽序列通常在被转运多肽链的N端，这些序列 在10～40个氨基酸残基范围，氨基端至少含有一 个带正电荷的氨基酸，在中部有一段长度为10～ 15个氨基酸残基的由高度疏水性的氨基酸组成的 肽链，常见的为丙氨酸、亮氨酸、缬氨酸、异亮 氨酸和苯丙氨酸。这个疏水区极重要，其中某一 个氨基酸被非极性氨基酸置换时，信号肽即失去 功能。在信号肽的C端有一个可被信号肽酶识别的 位点，此位点上游常有一段疏水性较强的5肽，信 号肽酶切点上游的第一个(－1)及第三个(－3)氨 基酸常为具有一个小侧链的氨基酸(如丙氨酸)。
……TGT GGG CTT CTT TTT
mRNA ……ACA CCC GAA GAA AAA HbA 异常 DNA N端 苏 脯 谷 谷 赖
……TGT GGG CAT CTT TTT
mRNA ……ACA CCC GUA GAA AAA
欢 迎
第三节
蛋白质合成后的折叠与修饰加工
基因经转录、翻译形成蛋白质，一般而言，新形 成的蛋白质不具备生物活性。必须折叠成正确的 空间构象，然后在经过一系列的成熟后加工，才 能成为真正有活性的蛋白质。加工过程包括前体 加工（切除信号肽）、蛋白质的化学修饰（磷酸 化、糖基化） 和蛋白质的剪接等。
(一) 信号肽理论
• 定义:所有靶向输送的蛋白质结构中存在分选信号， 主要为Ｎ末端特异氨基酸序列，可引导蛋白质转 移到细胞的适当靶部位，这一序列称为信号序列 （signal sequence）。 • 作用:使核蛋白体与内质网上的受体结合;肽链进 入内质网后经其运至靶器官,后经信号肽酶切除. • 结构:由13—35个氨基酸组成,分为三个区: N端为亲水区,含有碱性氨基酸,提供正电荷. 中间为疏水区,为中性或疏水性氨基酸(10—15个 ). C端 小分子氨基酸（信号肽酶裂解部位）
第三节蛋白质合成后的转运
• 在核糖体上新合成的多肽被送往细胞的 各个部分，以行使各自的生物功能，大 肠杆菌新合成的多肽，一部分仍停留在 胞浆之中，一部分则被送到质膜、外膜 或质膜与外膜之间的空隙，有的也可分 泌到胞外。真核细胞中新合成的多肽被 送往溶酶体、线粒体、叶绿体胞核等细 胞器。所以新合成的多肽的输送是有目 的、定向地进行的。(蛋白质的分拣和靶 向)
(PPI)
• 脯氨酸为亚氨基酸，多肽链中的肽酰-脯氨 酸间的肽键绝大部分为反式构型。肽-脯氨 酸顺反异构酶可促进顺反两种异构体之间 的转换。
蛋白质翻译后的加工修饰方式
• (一) 一级结构的修饰 • (二) 空间结构的修饰
1. N端甲酰蛋氨酸或蛋氨酸的切除 • N端甲酰蛋氨酸或蛋氨酸残基，必须在多肽链 折迭成一定的空间结构之前被切除。
鸦片促黑皮质素原(POMC)的水解修饰
信号肽 N
KR
KR
PMOC
C
N-POMC
促肾上腺皮质 激素ACTH 促黑素-MSH -MSH
促脂解释放激素-LT
内啡呔 Endophin
3 剪接
• 指蛋白质前体可以通过多肽的剪辑，剪除 某些氨基酸片段，然后在以一定的顺序结 合起来，最终形成成熟的、有活性的蛋白 质的现象。 • 内含肽,外显肽
4 化学编辑
• （1）一级结构的修饰 个别氨基酸的修饰，包括羟基化、糖基化、 磷酸化、酰基化、羧化作用、甲基化。
• ① 羟基化：肽链中某些氨基酸的侧链被修 饰(modification)，这都是在翻译后的加工 过程中被专一的酶催化而形成的。例如脯 氨酸被羟基化生成羟脯氨酸，胶原蛋白在 合成后，其中的某些脯氨酸和赖氨酸残基 发生羟化。在X-Pro-Gly(X 代表除Gly 外的 任何氨基酸)序列中的脯氨酸羟化为4-羟脯 氨酸，也可生成3-羟脯氨酸，但较少。脯氨 酸的羟化有助于胶原蛋白螺旋的稳定。
• N-连接糖链 • O-连接糖链
• ③ 磷酸化：酶、受体、介体(mediator)、 调节因子等蛋白质的可逆磷酸化是普遍存 在的蛋白质细胞生长和代谢调节中有重要 功能。磷酸化发生在翻译后，由各种蛋白 质激酶催化，将磷酸基团连接于丝氨酸、 苏氨酸和酪氨酸的羟基上。在磷酸酯酶的 作用则发生脱磷酸作用。
ATP
ADP
Thr Ser -OH
蛋白激酶
Thr Ser -O-PO32-
Tyr
磷蛋白磷酸酶 酶蛋白
Pi H2O
Tyr
酶蛋白
酶的磷酸化与脱磷酸化
• ④ 酰基化：蛋白质的乙酰化普遍存在于原 核生物和真核生物中。乙酰化有两个类型： 一类是由结合于核糖体的乙酰基转移酶将 乙酰-CoA 的乙酰基转移至正在合成的多肽 链上，当将N-端的甲硫氨酸除去后，便乙 酰化，例如卵清蛋白的乙酰化便是如此； 另一类型是在翻译后由细胞质的酶催化发 生乙酰化，例如肌动蛋白和猫的珠蛋白。 此外，细胞核内的组蛋白的内部赖氨酸也 可以乙酰化。
细胞内蛋白质正确折叠的保障机制
分子伴侣（molecular chaperon）；是细胞 内一类保守蛋白质，可识别多肽链的非天然构 象，促进各功能域和整体蛋白质的正确折叠。 分子伴侣在帮助蛋白质折叠后,自身并不作为 最终结构的一部分.
• 1. 封闭暴露出来的疏水区段,为蛋白质的折叠 创造一个无干扰的隔离环境. • 2. 防止新生肽链在未完成折叠之前相互聚合, 帮助蛋白质获得最初的正确结构. • 3. 识别错误折叠的蛋白质,帮助其复性或降解.
肠 激 酶
胰蛋白酶原
六肽
活性中心 胰蛋白酶
胰蛋白酶原的激活示意图
•
许多蛋白质前体并无活性或活性很低。 在一定条件下，才能转变为有特定构象的 蛋白质而表现其活性。 • 如胰岛素前体---胰岛素原，经水解酶 切，除去部分氨基酸（C肽，31个氨基酸） 并在A链（21个氨基酸）和B链（30个氨 基酸）两条肽链之间形成两对二硫键，在 A肽链上形成另一对链内二硫键，使胰岛 素分子具有特定的空间结构，从而表现其 完整的生物活性。详见下页的两张图：
信号肽的一般结构
起始位点 + M M A A G P R T S L L L A F A L L C L P W T Q V V G A L P V C 极性 氨基酸 疏水核心 剪切位点 成熟蛋白
图 15-37 信号肽的结构(仿 B.Lewin:《GENES》Ⅵ,1997, Fig .10.14)
① 去甲酰化： 甲酰蛋氨酸-肽 ② 去蛋氨酰基： 蛋氨酰-肽 蛋氨酸氨基肽酶 蛋氨酸 + 肽 甲酰化酶 甲酸 + 蛋氨酸-肽
2. 前体蛋白的加工
• 有些新合成的多肽链要在专一性的蛋白酶 的作用下切除部分肽段才能具有活性。例 如 • (1). 酶原要切除部分肽段才能形成有活性的 酶。 • (2). 信号肽的切除。 • (3).胰岛素原切除C肽。
• 分子伴侣 hsp70家族 (热休克蛋白 hot shock protein)
伴侣蛋白 chaperonin
伴侣蛋白
伴侣蛋白
蛋白质二硫键异构酶(PDI)
• 肽链内或两条肽链间的二硫键是在肽链形成后SH 基被氧化而形成的。二硫键在形成蛋白质的 空间结构中起着重要作用。 蛋白二硫键异构酶 (protein disulfide isomerase) 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
• ⑤ 羧化作用：一些蛋白质的谷氨酸和天冬 氨酸可发生羧化作用。例如，血液凝固蛋 白酶原(prothrombin)的谷氨酸在翻译后羧 化成γ-羧基谷氨酸，后者可以与Ca2+螯合。 这依赖于维生素K 的羧化酶的催化作用。
• ⑥ 甲基化：在一些蛋白质中赖氨酸被甲基 化。如肌肉蛋白和细胞色素c 中含有一甲二 甲基赖氨酸。大多数生物的钙调蛋白含有 三甲基赖氨酸。有些蛋白质中的一些谷氨 酸链羧基也发生甲基化。
高级结构的修饰
• ① 亚基之间、亚基与辅基之间的聚合：具 有四级结构的蛋白质由几个亚基组成，因 此必须经过亚基之间的聚合过程才能形成 具有特定构象和生物功能的蛋白质。对于 结合蛋白来说，含有辅基成分，所以也要 与辅基部分结合后才能具有生物功能。
（2）高级结构的修饰
• ②.有些蛋白质还要与辅基(prosthetic groups)相结合： Cytochrome C只有与血红素（heme） 相结合才有功能。此外，Acetyl-CoA羧化 酶常与Biotin分子相结合。有些蛋白质必须 经蛋白酶切割后才有功能。有些蛋白质只 有在形成二硫键之后才有功能。
蛋白质合成后的正确折叠是其行使功能的基础 “蛋白质折叠异常与疾病”已成为一个专门的研究领域 .
举例----镰刀状红细胞性贫血:β 亚基N 端的第6号氨基酸残基发生了变异， Glu→Val,这种变异来源于基因上遗传 信息的突变。 分子病 （Pauling）： 蛋白质分子 发生变异所 导致的疾病
正常 DNA
• ② 糖基化：在多肽链合成过程中或在合成 之后常以共价键与单糖或寡糖侧链连接， 生成糖蛋白。这些糖可连接在天冬酰胺的 酰胺上(N-连接寡糖)或连接在丝氨酸、苏氨 酸或羟赖氨酸的羟基上(O-连接寡糖)，糖基 化是多种多样的，可以在同一条肽链上的 同一位点连接上不同的寡糖，也可以在不 同位点上连接上寡糖。糖基化是在酶催化 反应下进行的。糖蛋白是一类重要的蛋白， 许多膜蛋白和分泌蛋白均是糖蛋白。
PrPc与 PrPSc的比较
PrPc 分子状态
溶解性 对蛋白酶抗性
PrPSc 集合成纤维状态
不溶 很强
单体分子
可溶 弱，极易被破坏
蛋白质稳定性
蛋白质三级结构 致病性
稳定
不稳定
几乎全部由α-螺 大约45%为β-折 旋组成 叠片层 正常 致病
Alzheimer’s disease
(AD)
• 学名：阿尔茨海默氏病 • 临床症状：以遗忘为最早期、最突出的 症状。继而出现反应迟钝、判断力和理 解力下降，重复语言和无意义的重复动 作等。随着疾病进展，最终严重痴呆， 卧床不起，出现并发症。
信号肽的特征
• 信号肽序列通常在被转运多肽链的N端，这些序列 在10～40个氨基酸残基范围，氨基端至少含有一 个带正电荷的氨基酸，在中部有一段长度为10～ 15个氨基酸残基的由高度疏水性的氨基酸组成的 肽链，常见的为丙氨酸、亮氨酸、缬氨酸、异亮 氨酸和苯丙氨酸。这个疏水区极重要，其中某一 个氨基酸被非极性氨基酸置换时，信号肽即失去 功能。在信号肽的C端有一个可被信号肽酶识别的 位点，此位点上游常有一段疏水性较强的5肽，信 号肽酶切点上游的第一个(－1)及第三个(－3)氨 基酸常为具有一个小侧链的氨基酸(如丙氨酸)。
……TGT GGG CTT CTT TTT
mRNA ……ACA CCC GAA GAA AAA HbA 异常 DNA N端 苏 脯 谷 谷 赖
……TGT GGG CAT CTT TTT
mRNA ……ACA CCC GUA GAA AAA