蛋白质加工与输送
细胞内蛋白质的合成与运输-论文
细胞内蛋白质的合成与运输摘要：蛋白质是一切生命的物质基础，这不仅是因为蛋白质是构成机体组织器官的基本成分，更重要的是蛋白质本身不断地进行合成与分解。
这种合成、分解的对立统一过程，推动生命活动，调节机体正常生理功能，保证机体的生长、发育、繁殖、遗传及修补损伤的组织。
根据现代的生物学观点，蛋白质和核酸是生命的主要物质基础。
关键字：多肽链、蛋白质、翻译、核糖体、运输途径、运输方式，研究前景前言：国家重大科学研究计划对中国的四项重要科学研究所涉及的领域分别作了详细说明，四个项目分别是蛋白质研究，量子调控研究，纳米研究，发育与生殖研究。
尽管现在已有多个物种的基因组被测序，但在这些基因组中通常有一半以上基因的功能是未知的。
目前功能基因组中所采用的策略，如基因芯片、基因表达序列分析等，都是从细胞中mRNA的角度来考虑的，其前提是细胞中mRNA的水平反映了蛋白质表达的水平。
但事实并不完全如此，从DNA mRNA 蛋白质，存在三个层次的调控，即转录水平调控，翻译水平调控，翻译后水平调控。
从mRNA角度考虑，实际上仅包括了转录水平调控，并不能全面代表蛋白质表达水平。
毋庸置疑，蛋白质是生理功能的执行者，是生命现象的直接体现者，对蛋白质结构和功能的研究将直接阐明生命在生理或病理条件下的变化机制。
蛋白质本身的存在形式和活动规律，如翻译后修饰、蛋白质间相互作用以及蛋白质构象等问题，仍依赖于直接对蛋白质的研究来解决。
虽然蛋白质的可变性和多样性等特殊性质导致了蛋白质研究技术远远比核酸技术要复杂和困难得多，但正是这些特性参与和影响着整个生命过程。
一、蛋白质生物合成过程遗传密码表在mRNA的开放式阅读框架区，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，这种三联体形势称为密码子（codon）。
如图，通常的开放式阅读框架区包含500个以上的密码子。
遗传密码的特点一方向性：密码子及组成密码子的各碱基在mRNA序列中的排列具有方向性（direction），翻译时的阅读方向只能是5ˊ→3ˊ。
蛋白质药物制剂的稳定性与输送研究
蛋白质药物制剂的稳定性与输送研究蛋白质药物作为一类重要的生物制剂，在药物研发和治疗中广泛应用。
然而，由于其本身的特殊性，蛋白质药物制剂在稳定性和输送方面面临着许多挑战。
本文将探讨蛋白质药物制剂的稳定性问题和输送研究进展。
一、稳定性问题1.1 蛋白质药物的降解蛋白质药物容易受到氧化、水解、热变性等因素的影响而发生降解，从而降低其活性和稳定性。
因此，制剂的稳定性研究成为蛋白质药物研发过程中的重要环节。
1.2 降解机制和影响因素蛋白质药物的降解机制主要包括氧化降解、水解降解和热变性等。
这些降解过程受到多种因素的影响，如温度、湿度、pH 值、金属离子和有机溶剂等。
了解这些因素对蛋白质药物稳定性的影响，有助于提高制剂的稳定性。
1.3 稳定性评价方法为了评价蛋白质药物制剂的稳定性，研究人员通常采用一系列方法，如圆二色光谱、差示扫描量热法、动力学分析和倒置显微镜等。
这些方法可以分析蛋白质药物的结构变化、热稳定性和降解速率等指标，为制剂的稳定性设计提供依据。
二、输送研究2.1 胶束输送胶束输送是一种常用的提高蛋白质药物生物利用度和稳定性的方法。
通过构建胶束载体，可以增加蛋白质药物的溶解度和稳定性，延长其在体内的循环时间。
2.2 纳米颗粒输送纳米技术被广泛运用于蛋白质药物输送领域。
纳米颗粒具有较大的比表面积和良好的生物相容性，可以实现对蛋白质药物的保护和控制释放，提高药物的疗效和稳定性。
2.3 脂质体输送脂质体是一种利用脂质双层结构包裹药物的载体。
通过调节脂质体的成分和结构，可以实现对蛋白质药物的保护和控制释放，提高药物在体内的稳定性和输送效果。
2.4 多肽类药物输送与蛋白质药物类似，多肽类药物也具有较高的生物活性，但在输送过程中也面临着稳定性的限制。
针对多肽类药物的特点，研究人员开展了多种方法，如改性多肽、载体输送和加工工艺优化等，以提高其稳定性和输送效果。
三、结论蛋白质药物制剂的稳定性和输送研究对于提高药物的疗效和降低副作用具有重要意义。
蛋白质输送机制及其与疾病的关系
蛋白质输送机制及其与疾病的关系蛋白质是生命体内最基本的分子之一，具有多种功能和结构。
它们不仅能够构建细胞和组织结构，还扮演着调节体内生理活动的关键角色。
人类疾病的发生、进展和治疗，与蛋白质的稳定性、生物活性和输送机制密切相关。
因此，探究蛋白质输送机制和其与疾病关系的研究，对于人类健康和医学研究具有重要意义。
1. 蛋白质的结构和生物活性蛋白质是由氨基酸通过肽键缩合而成的大分子，通常由数百甚至数千个氨基酸组成。
它们的结构和功能受三级结构（即氨基酸序列的折叠，由氢键、静电相互作用、范德华力、共价键等多种因素影响）和四级结构（即两个或多个互相作用的蛋白质分子聚合而成的大分子）的控制。
蛋白质具有多种生物活性，包括酶催化、调节基因表达、细胞信号传导、细胞凋亡、免疫系统的反应、细胞黏附和拍卖管形成等作用。
举例来说，酶是一种催化剂，能够加速化学反应的速率。
酶催化剂的生命周期和稳定性极其重要，因为酶的活性受到其结构的影响。
一旦酶的结构被破坏，酶的催化活性就会减弱或完全丧失。
因此，蛋白质的稳定性和结构失常与人类疾病的发生和恶化密切相关。
2. 蛋白质的输送机制蛋白质的正常功能需要它们在细胞内和细胞外之间进行输送，也就是所谓的蛋白质输送。
这个过程具有复杂性和多样性。
在细胞内，蛋白质通过内质网、高尔基体和溶酶体等细胞内膜系统进行容器导向式输送。
内质网是一种膜片结构，与核膜相连，具有多样性功能，包括蛋白质折叠、糖基化、磷酸化等重要的后翻译修饰过程。
高尔基体是细胞核糖体合成的蛋白质和其他大型分子的核心区域，具有修饰和定向蛋白质输送等功能。
溶酶体是细胞内最重要的分解机构，主要用于细胞内垃圾的回收、大分子的分解。
细胞内组件之间的输送时，细胞内蛋白质会被逐渐包裹到一个囊泡里，然后通过与其他囊泡融合及其它运输机制的翻转进而向外部或目标器官运输。
在细胞外，蛋白质主要通过分泌途径或膜蛋白介导输送。
分泌途径包括内质网与高尔基体之间的运输和胞吐两种，后者通过细胞膜上的分泌体进一步向外释放。
生物化学第十一章 蛋白质的生物合成(共65张PPT)全
原核、真核生物各种起始因子的生物功能
起始因子
生物功能
IF-1
占 据 A 位 防 止 结 合 其 他 tRN A
原核
生物
EIF-2
促进起始tRNA与小亚基结合
EIF-3
促 进 大 小 亚 基 分 离 ， 提 高 P位 对 结 合 起 始 tRNA 敏 感 性
eIF-2
促进起始tRNA与小亚基结合
eIF-2B，eIF-3
eEF-1-A
EF-Ts 再生EF-Tu
eEF-1-B
EFG
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
eEF-2
（一）进位（P607 609）
又称注册(registration)
指根据mRNA下一组遗传密 三
码指导，使相应氨基酰-tRNA进 元
入核蛋白体A位。
第一节 蛋白质合成体系
一、翻译模板mRNA及遗传密码
二、核蛋白体是多肽链合成的装置 三、tRNA与氨基酸的活化
P602
一、翻译模板mRNA及遗传密码
（一） mRNA是遗传信息的携带者
1.顺反子(cistron):将编码一个多肽的遗传单位称为顺反
子。
2. 开放阅读框架(open reading frame, ORF):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。
mRNA 的结构
原核生物的多顺反子
5 PPP
ORF
ORF
真核生物的单顺反子
5 mG - PPP
3
ORF
蛋白质
3
蛋白质
非编码序列
核蛋白体结合位点
编码序列
起始密码子
分泌蛋白的合成和运输过程
分泌蛋白的合成和运输过程
一．首先通过细胞内的核糖体形成氨基酸肽链,然后在糙面内质网内,肽链盘曲折叠构成蛋白质,接着糙面内质网膜会形成一些小泡,里面包裹着蛋白质,小泡运输蛋白质到高尔基体,蛋白质进入高尔基体后,进行进一步的加工,之后,高尔基体膜形成一些小泡,包裹着蛋白质,运输到细胞膜处,小泡与细胞膜接触,蛋白质就分泌到细胞外了; 二．在核糖体上合成的蛋白质,进入内质网腔后,还要经过一些加工,如折叠、组装、加上一些糖基团等,才能成为比较成熟的蛋白质;然后,由内质网腔膨大、出芽形成具膜的小泡,包裹着蛋白质转移到高尔基体,把蛋白质输送到高尔基体腔内,做进一步的加工;接着,高尔基体边缘突起形成小泡,把蛋白质包裹在小泡里,运输到细胞膜,小泡与细胞膜融合,把蛋白质释放到细胞外;
三．分泌蛋白是指分泌到细胞外的蛋白质;首先,蛋白质的合成是在核糖体上,核糖体又分为两种,固着型和游离型,固着型核糖体上合成的是分泌蛋白,而游离型则合成的是细胞自身应用的蛋白质;固着型核糖体合成的蛋白质马上转移到内质网上,然后内质网又转移到高尔基体中,再由高尔基体转移到细胞膜,以外排的方式排到细胞外;路径可以表示为：核糖体——内质网——高尔基体——细胞膜;。
肽链合成后的加工和输送
（6）乙酰化 蛋白质氨基酸残基的乙酰化在乙酰转移酶 的催化作用下进行，例如组蛋白的乙酰化修饰发生在核心组蛋 白N 端的赖氨酸残基，由组蛋白乙酰转移酶催化, 去乙酰化则 由组蛋白去乙酰酶催化。核心组蛋白N 端的赖氨酸在生理条件 下带正电，可与带负电的DNA 或相邻的核小体发生作用，导 致核小体构象紧凑及染色质高度折叠，乙酰化使组蛋白与DNA 间的作用减弱, 导致染色质构象松散，这种构象有利于转录调 节因子的接近, 从而可以和转录因子结合, 促进基因的转录，去 乙酰化则抑制基因转录。
10.1.1 肽链的剪接 肽链的剪接是在特定的蛋白水解酶的作用下，切除肽
链末端或中间的若干氨基酸残基，使蛋白质一级结构发生 改变，进而形成一个或数个成熟蛋白质的翻译后加工过程。 常见的肽链的剪接方式有：
（1）肽链N端fMet或Met的切除 蛋白质刚刚被合成时， 都以fMet（formyl Met，见于原核生物）或Met（见于真核 生物）开始。肽链合成后，其N端的fMet或Met残基通常在 氨肽酶的催化作用下被切除，部分原核生物的蛋白质保留 Met，但需要在脱甲酰酶的作用下去除甲酰基。
（4）蛋白质的剪接 指前体蛋白中间的蛋白质肽段被剪 切出来，其两侧的肽链通过新的肽键连接起来，形成成熟蛋 白质的加工过程，两侧的肽链称为外显肽（extein），被切除 的中间肽段称为内含肽（intein），具有自我催化功能，其两 端含有的保守性较强的特殊序列可激活内含肽N 末端和C 末端 剪接处肽键的断裂以及外显肽之间新肽键的形成。蛋白质的
剪接属于自我催化反应，包括分子内的转换、中间产物的形 成、Asn的环化、肽键的断裂和形成等步骤，其中肽键的断裂 和形成是蛋白质剪接的关键反应。蛋白质剪接不同于RNA剪 接（前者发生在蛋白质水平，后者发生在mRNA水平），也不 同于胰岛素原的剪切（胰岛素的A链和B链在剪切后不以肽键 相连，而是通过二硫键连在一起）。蛋白质的剪接可发生于 细菌与真菌蛋白质，如酵母液泡H+-ATP酶亚基、T. Litoralis DNA多聚酶、红海束毛藻的RIR基因产物、集胞藻DNA聚合 酶、结核杆菌recA基因产物亚基等的加工过程，也见于伴刀 豆球蛋白A等高等生物蛋白质的加工过程中。
蛋白质转运的四种方式
蛋白质转运的四种方式
蛋白质转运是指蛋白质在细胞内或细胞间的运输过程。
蛋白质转运可以通过四种方式进行：
1. 简单扩散：某些小分子量的蛋白质可以通过细胞膜的脂质层进行简单扩散。
这种方式不需要能量消耗，但对于大分子量或极性的蛋白质来说效率较低。
2. 通道介导转运：细胞膜上存在一些通道蛋白，可以形成水通道或离子通道，以便蛋白质通过。
这种方式也不需要能量消耗，但对于大分子量的蛋白质来说通道通常较窄。
3. 载体介导转运：细胞膜上存在一些特定的载体蛋白，可以与蛋白质结合并通过细胞膜。
这种方式需要能量消耗，通常是通过ATP的水解来提供能量。
载体介导转运对于大分子量或极性的蛋白质来说效率较高。
4. 胞吞作用：细胞可以通过胞吞作用将蛋白质包裹在细胞膜形成的囊泡内，然后将其运输到细胞内部。
这种方式需要能量消耗，通常是通过ATP的水解来提供能量。
胞吞作用对于大分子量的蛋白质或整个细胞的吞噬作用来说效率较高。
蛋白质加工与输送2011-9(研)
键的交换反应，从而催化 蛋白质二硫键的形成、还 原（断裂）或重排（异构 化）。
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并不是所有的蛋白质都含有二硫键，特别是在细胞 内的多数蛋白质是不含有二硫键的，因为细胞内的 环境是个还原性的环境。 近年来的研究表明，蛋白二硫键异构酶也参与了对 蛋白质功能的调节。
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3.肽酰基一脯氨酰顺反异构酶，（peptidyl prolyl cis-trans isomerase, PPI） 脯氨酸为亚氨基酸，多肽链中肽酰一脯氨酸间形成的 肽键有顺反两种异构体，空间构象差别明显。PPI可促 进上述顺反两种异构体之间的转换。
原因：多肽链的几个半胱氨酸间可能出现错配二硫键， 影响蛋白质正确折叠。 解决：ＰＤＩ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。
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PDI是一种含有巯基的酶，
能随机切断及催化蛋白质 中的二硫键，使之正确重 排，形成热力学上最稳定 的构象。
PDI通过催化巯基与二硫
切除N-末端Met或N-末端一段AA
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蜂毒毒蛋白的加工成熟 蜂毒蛋白只有经蛋白酶水解切除N端的22个氨基酸以后
才有生物活性。
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（二）个别氨基酸的修饰
1.氨基末端乙酰化
2.甲基化 3.氧化（-SH → -S-S-） 4.羧基末端的酰胺化 5.谷氨酸残基的γ羧基修饰 6. Pro, Lys OH
8
蛋白质肽链在折叠过程中可能出现许多中间态，但 是其中多数是瞬时的，而对蛋白质稳定结构的形成产 生影响的中间态仅有不多几种。最常见的中间态是与 肽酰基-脯氨基间肽键的顺反异构化、二硫键交换有 关，可能某些还与氨基酸残基的侧链修饰有关。
9
决定蛋白质折叠的因素：
生物化学第14章翻译
第二步反应：酶找相应的tRNA
氨基酰-AMP-E ＋ tRNA
↓
氨基酰-tRNA ＋ AMP ＋ E
氨基酰tRNA合成酶的活性是绝对
专一性的，酶同时对氨基酸和tRNA 高度特异地识别。
氨基酰tRNA合成酶有20种，分别特异
Met f fMet-tRNAi
大肠杆菌起始密码子编码的met须甲酰化
CH3 S 转甲酰基酶 CH2 N10-CHO-FH4 CH2 O H2N CH COO tRNAfMet H-C-HN CH3 S CH2 CH2 CH COO tRNAfMet
真核细胞起始密码子编码的met不须甲酰化
20/56
合成原料：20种有遗传密码的氨基酸
能源：
ATP主要参与氨基酸的活化； GTP提供翻译起始、延长、终止阶段 所需能量
参与的蛋白质因子、酶及酶的辅助因子：
如起始阶段的起始因子、延长阶段的延 长因子、终止阶段的释放因子，转肽酶、
氨基酰-tRNA合成酶。
一、翻译模板mRNA及遗传密码
mRNA是遗传信息的携带者
3. 蛋白质的靶向输送
第一节
蛋白质合成体系
Protein Biosynthesis System
参与蛋白质生物合成的物质包括
三种RNA
–mRNA（messenger RNA, 信使RNA）
–rRNA（ribosomal RNA, 核蛋白体RNA）
–tRNA（transfer RNA, 转移RNA）
终止密码(termination coden):
UAA，UAG，UGA
遗 传 密 码 表
分泌蛋白的合成和运输过程
分泌蛋白的合成和运输过程
一．首先通过细胞内的核糖体形成氨基酸肽链,然后在糙面内质网内,肽链盘曲折叠构成蛋白质,接着糙面内质网膜会形成一些小泡,里面包裹着蛋白质,小泡运输蛋白质到高尔基体,蛋白质进入高尔基体后,进行进一步的加工,之后,高尔基体膜形成一些小泡,包裹着蛋白质,运输到细胞膜处,小泡与细胞膜接触,蛋白质就分泌到细胞外了。
二．在核糖体上合成的蛋白质，进入内质网腔后，还要经过一些加工，如折叠、组装、加上一些糖基团等，才能成为比较成熟的蛋白质。
然后，由内质网腔膨大、
出芽形成具膜的小泡，包裹着蛋白质转移到高尔基体，把蛋白质输送到高尔基体腔内，做进一步的加工。
接着，高尔基体边缘突起形成小泡，把蛋白质包裹在小泡里，运输到细胞膜，小泡与细胞膜融合，把蛋白质释放到细胞外。
三．分泌蛋白是指分泌到细胞外的蛋白质。
首先，蛋白质的合成是在核糖体上，核糖体又分为两种，固着型和游离型，固着型核糖体上合成的是分泌蛋白，而游离型则合成的是细胞自身应用的蛋白质。
固着型核糖体合成的蛋白质马上转移到内质网上，然后内质网又转移到高尔基体中，再由高尔基体转移到细胞膜，
以外排的方式排到细胞外。
路径可以表示为：核糖体——内质网——高尔基体——细胞膜。
大连理工大学生物化学课件--蛋白质合成与转运
二、蛋白质生物合成过程
• • • • 蛋白质生物合成过程包括三大步骤： ①氨基酸的活化与搬运； ②活化氨基酸在核蛋白体上的缩合； ③多肽链合成后的加工修饰。
核糖体主要存在于粗面ER
核糖体存在的场所 （1）粗面内质网（主要） 一个细菌细胞内约有20000个核糖体 • （2）细胞溶液 • 真核细胞内可达106个 （3）线粒体和叶绿体 • 在未成熟的蟾蜍卵细胞内则高达1012个
（二）肽链延长阶段：
1．进位：与mRNA下一个密码相对应 的氨基酰tRNA进入核蛋白体的受位（A 位），需GTP，Mg2+，和EF参与。 2．成肽：在转肽酶的催化下，将给位 上的tRNA所携带的甲酰蛋氨酰基或肽 酰基转移到受位上的氨基酰tRNA上， 与 其 α- 氨 基 缩 合 形 成 肽 键 。 此 步 骤 需 Mg2+，K+。给位上已失去蛋氨酰基或肽 酰基的tRNA从核蛋白上脱落。
8、供能物质和无机离子
• 多肽链合成时，需ATP、GTP作为供能物质，并需 Mg2+、K+参与。
• 氨基酸活化时需消耗2分子高能磷酸键，肽键形成 时又消耗2分子高能磷酸键，故缩合一分子氨基酸 残基需消耗4分子高能磷酸键。
氨酰- tRNA合成酶
氨基酸 + tRNA + ATP
无机磷酸酶
氨酰- tRNA + AMP + 2Pi
一、参与蛋白质生物合成的物质
• 生物体内的各种蛋白质都是利用生物体内的氨基酸 为原料自行合成的。参与蛋白质生物合成的各种因 素构成了蛋白质合成体系，该体系包括： ① mRNA：作为蛋白质生物合成的模板，决定多肽链 中氨基酸的排列顺序； ② tRNA：搬运氨基酸的工具； ③ 核蛋白体：蛋白体生物合成的场所； ④ 酶及其他蛋白质因子；氨酰-tRNA合成酶； ⑤ 供能物质及无机离子。ATP和GTP， Mg2+、K+ ；
蛋白质转运的四种方式
蛋白质转运的四种方式
蛋白质转运是指在细胞内将蛋白质从一个位置转移到另一个位置的过程。
这一过程可以通过以下四种方式进行：
1. 核内转运：某些蛋白质需要在细胞核内进行转运，以参与DNA复制、转录和修复等核内生物学过程。
这种转运方式通常依赖于核孔复合物，它是核膜上的一组蛋白质复合物，能够选择性地将特定的蛋白质运送进入或离开细胞核。
2. 胞质转运：大多数蛋白质通过胞质转运从细胞质移动到其他细胞器中。
这种转运方式通常涉及到信号肽，即蛋白质上的一段特定序列，在蛋白质合成过程中被识别并用于定位蛋白质到特定的细胞器。
3. 高尔基体转运：高尔基体是一个细胞内的复杂细胞器，负责加工和分拣蛋白质。
在高尔基体转运中，蛋白质经过一系列加工步骤，例如糖基化和蛋白质折叠，以及与特定的转运蛋白相互作用，最终被分泌到细胞外或送往其他细胞器。
4. 内质网转运：内质网是一种包裹和运输蛋白质的细胞器，在蛋白质合成过程中起着重要的作用。
蛋白质在合成过程中与内质网上的核糖体相互作用，并随后通过蛋白质通道进入内质网腔。
在内质网中，蛋白质会经过一系列加工步骤，例如糖基化和蛋白质折叠，以确保它们的正确功能和结构。
肽链合成后的加工与运输
氨基酸残基的修饰
（1）泛素化，泛素由76个氨基酸组成, 高度保守, 普 遍存在于真核细胞内，故名泛素， 共价结合泛素的蛋白质能被特定的蛋白酶识别并降解, 这是细胞内短寿命蛋白和一些异常蛋白降解的普遍途径。 泛素与靶蛋白的结合需要三种酶的帮助， 泛素激活酶（E1）、泛素结合酶（E2）和泛素蛋白 质连接酶（E3）， 泛素的羧基末端通过异肽键与靶蛋白Lys残基的-氨 基连接在一起。
（2）磷酸化，磷酸化是在蛋白激酶的催化作用下， 将ATP 的-磷酸基转移到蛋白特定位点上的过程，磷 酸化的作用位点为蛋白上的Ser、Thr、Tyr 残基侧链。 磷酸化的逆过程为去除磷酸基的水解反应，由磷酸 水解酶催化。
蛋白质的磷酸化与去磷酸化过程几乎涉及所有的生 理及病理过程，如新陈代谢、信号转导、肿瘤发生、 神经活动、肌肉收缩以及细胞的增殖、发育和分化 等
Ser15 的磷酸化也决定了随后在CKI的作用下的Thr18的磷酸化；
Thr18的磷酸化也可明显地破坏p535与mdm2的相互作用，Thr18 的这种修饰使其在p53 对肿瘤形成的反应中成为一个重要的因子。 如：p53 的Ser46是在HIpk2或p38激酶作用下磷酸化的，与其诱导 p53AIP1表达和介导细胞凋亡有关，而p53 Ser46的磷酸化并不与 其介导的细胞周期阻留有关。
（2）信号序列的切除，需要被运输到各细胞器及细胞外的蛋白质N端一般 有一段信号序列，用于指导蛋白质的输送（详见下一节），这一信号序列 通常在完成任务后被相应的蛋白水解酶切除。 （3）蛋白与多肽前体的剪切，胰岛素、甲状旁腺素、生长激素等激素初 合成后是无活性的前体，经蛋白水解酶切去中间的部分肽段而成熟。 （4）蛋白质的剪接，指前体蛋白中间的蛋白质肽段被剪切出来，其两侧 的肽链通过新的肽键连接起来，形成成熟蛋白质的加工过程，两侧的肽链 称为外显肽（extein），被切除的中间肽段称为内含肽（intein），具有自 我催化功能，其两端含有的保守性较强的特殊序列可激活内含肽N 末端和 C 末端剪接处肽键的断裂以及外显肽之间新肽键的形成。蛋白质的剪接属 于自我催化反应，包括分子内的转换、中间产物的形成、Asn的环化、肽 键的断裂和形成等步骤，其中肽键的断裂和形成是蛋白质剪接的关键反应。
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”）。
蛋白质的生物合成(翻译)Protein Biosynthesis,Translation《生物化学》复习提要
蛋白质的生物合成（翻译）Protein Biosynthesis，Translation概述蛋白质的生物合成，即翻译，就是将核酸中由4 种核苷酸序列编码的遗传信息，通过遗传密码破译的方式解读为蛋白质一级结构中20种氨基酸的排列顺序。
第一节蛋白质合成体系Protein Biosynthesis System参与蛋白质生物合成的物质包括：●三种RNA–mRNA（messenger RNA, 信使RNA）–rRNA（ribosomal RNA, 核蛋白体RNA）–tRNA（transfer RNA, 转移RNA）●20种氨基酸(AA)作为原料●酶及众多蛋白因子，如IF、eIF●ATP、GTP、无机离子一、翻译模板mRNA及遗传密码——mRNA是遗传信息的携带者•遗传学将编码一个多肽的遗传单位称为顺反子(cistron)。
•原核细胞中数个结构基因常串联为一个转录单位，转录生成的mRNA可编码几种功能相关的蛋白质，为多顺反子(polycistron) 。
•真核mRNA只编码一种蛋白质，为单顺反子(single cistron) 。
•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(triple t codon)。
起始密码(initiation codon): AUG ；终止密码(termination codon): UAA，UAG，UGA•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)。
•遗传密码的特点：• 1. 连续性(com maless)：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。
• 2. 简并性(deg eneracy)：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。
第十二章 蛋白质的生物合成(翻译)
密码专一性由头2个碱基决定，三中读二；生物学意义：减少突变的有害效应。
不同生物对密码子具有偏爱性。
3）摆动性：翻译过程氨基酸的正确加入，需靠mRNA上的密码子与tRNA上的反密码子相互以碱基配对辨认。
大小亚基共同组成核糖体。
核蛋白体蛋白(rps，rpl)种类繁多，其中有些就是参与蛋白质合成的酶和各种因子，靠这些蛋白质、rRNA，还有mRNA、 tRNA等特异性的、准确的相互配合，使氨基酸按mRNA上的遗传密码指引依次聚合为肽链。
原核生物转录过程电镜下看到的羽毛状模型，在长短不一的尚未转录完成的mRNA上，已附着了若干个核蛋白体。
(二) 起始肽链合成的氨基酰-tRNA
密码子AUG可编码甲硫氨酸，同时作为起始密码。
氨基酰-tRNA书写规则：Arg-tRNAarg；AA—tRNAaa；
原核生物：起始密码（AUG、GUG、UUG）——编码甲酰蛋氨酸fMet、tRNAfMet，
fMet—tRNAifMet；
真核生物：起始密码Met、Met-tRNAiMet；延长过程： Met、Met-tRNAeMet
一、肽链合成起始 （熟悉）
翻译起始是把带有甲硫氨酸的起始tRNA连同mRNA结合到核蛋白体上，生成翻译起始复合物(translational inition complex)。此过程需多种起始因子参加。原核生物与真核生物所需的起始因子不相同，氨基酰-tRNA、mRNA结合到核蛋白体上的步骤，大致上是一样的。
第二节 蛋白质生物合成过程
RNA的碱基序列是从5’-端自左至右书写至3’端，对应肽链的氨基酸序列从 N-端自左至右书写至 C端。翻译过程从读码框架的5’-AUG……开始，按mRNA模板三联体的顺序延长肽链，直至终止密码出现。终止密码前一位三联体，翻译出肽链 C—端氨基酸。翻译过程也可分起始、延长、终止阶段来描述。氨基酰-tRNA的合成，是伴随着起始、延长阶段不断地进行和配合着的。此外，蛋白质合成后，还需要加工修饰。
第38章蛋白质合成及转运
Pi GTP IF-2 -GTP GDP
5' IF-3
AUG
3' IF-1
起始过程消耗1个GTP。
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。
真核生物翻译起始因子
起始因子 eIF-2 生物功能 促进起始tRNA与小亚基结合
（九）蛋白质合成的抑制剂 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。 抗菌素（antibiotics） 毒素 抗代谢物 干扰素
（1）抗菌素
链霉素、卡那霉素、新霉素
主要抑制G-菌Pr合成三个阶段： ①起始复合物形成—使氨基酰tRNA从复合物脱落； ②肽链延伸阶段—使氨基酰tRNA与mRNA错配； ③终止阶段—阻碍终止因子与核蛋白体结合， 已合成的多肽链无法释放， 抑制70S核糖体的解离
原核生物释放因子：RF-1，RF-2，RF-3 真核生物释放因子：eRF
释放因子的功能
• 识别终止密码，
RF-1特异识别UAA、UAG；
RF-2可识别UAA、UGA。 • 诱导转肽酶改变为酯酶活性，使肽链从核蛋 白体上释放。
原 核 肽 链 合 成 终 止 过 程
COORF
5'
UAG
3'
原核生物蛋白质合成的能量计算
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
对“分泌蛋白的合成和运输”实验的几点思考
・
７１ ・
对 “ 泌 蛋 白 的 合 成 和 运 输 ＂ 验 的 几 点 思 考 分 实
王达 夫 （ 省 城 增 学 ５３ ） 广东 增 市 城中 １０ １０
摘 要 本文针对 高中生物学教 材中有 关“ 分泌蛋 白的合成 和运输 ” 实验的一些问题 进行了分 析。
细胞已死亡 。所 以不是 在一 个细胞 中动 态 、 连续 完成
Ｈ 低能 １ 软 １ ３ （ ３ ）
０８ ． ｍ
１． ２ ３年
对 合成 、 运输 、 泌途径 测量 的 ， 分 而是 在注 射放 射性 同
位素标记 的亮 氨酸 后在不 同时 间、 同类 型 的不 同细胞 辨率好 ， 它们在 乳胶 内射程 合适 。根据 实验 的条 件和 要求 ， 可选择半衰期较为合适 的同位 素 ； ②这些 同位素 是细胞生命活 动中基 本 的起重要 作 用 的元 素 ， 们都 它 是重要生 物分子结 构 的组 成成 分 。它 们可 以结合 （ 标 记） 在重要 的分子上 ， 作为重要生 物大分子的合成 的前
体掺 人机体或细胞。 ２ ５ 实验 选择 ． Ｈ作为 同位 素标记 的原 因 实验室 一
内进行测量 得 到 的实验结 果 （ 这与 “ 观察 洋 葱 根 尖 分 生 区细胞有丝分 裂过程” 的实验 一样 ， 片后 的细胞 都 制 死亡 ， 要观察不 同分裂周期 的细胞就 要在分 生 区不 同
和地 中海贫血等 ） 自身免疫 性溶 血性 贫血 、 、 阵发性 睡
眠性血红蛋 白尿等 。
・
７２ ・
生 物学 教学 ２１年（ ７ 第９ ０２ 第３ 卷） 期
表 １ 常用放射性同位素的基本 特点
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） ， ） ）
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构象核的形成、构象核的生长和彼此黏结、具有规正二级
结构的分子框架的建立、中间态的调整，以及具有四级结构
蛋白质的亚基的组装。
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❖ 熔球态(molten globule)：在肽链的折叠过程中，还 存在着一种中间态，被称为“熔球态”，其最重要的 特征是，具有一定二级结构的肽链经过塌陷 (collapse)后形成的比较紧密的立体结构。它已具备 了天然立体结构的框架。但在疏水的内部，很多细微 的立体结构与天然还有差异。
❖ 在细胞中多结构域的形成可能是有先后次序的。期间可能存 在着一定的协调和协同。
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❖ 蛋白质肽链在折叠过程中可能出现许多中间态，但
是其中多数是瞬时的，而对蛋白质稳定结构的形成产 生影响的中间态仅有不多几种。最常见的中间态是与 肽酰基-脯氨基间肽键的顺反异构化、二硫键交换有 关，可能某些还与氨基酸残基的侧链修饰有关。
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包括： 多肽链折叠为天然的三维构象； 肽链一级结构的修饰； 空间结构的修饰等； 靶向输送到特定细胞
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一、多肽链折叠为天然功能构象的蛋白质
多肽链合成后需要逐步折叠（folding)成天然空间构 象(native conformation)才成为有功能的蛋白质。
一些疾病是单纯由错误折叠的蛋白质引发的—
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决定蛋白质折叠的因素：
球状蛋白质折叠为一个有规律的二级结构和三级结构 的构象，疏水侧链埋在蛋白质的内部，极性/带电荷的 侧链接触溶剂。
蛋白质折叠是热力学推动的过程，伴随着解折叠状态 到折叠状态的自由能的降低。△G是折叠蛋白质的构象 稳定性（Gunfolding-Gfolding).
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蛋白质肽链的折叠以结构域为单位
❖ 很多实验结果表明，各个结构域的折叠应该是相互独立的， 因为迄今为止已有越来越多的单个结构域被单独表达，而且 表达的产物都具有天然的活性。
❖ 一个多结构域蛋白质中的各个结构域不仅是氨基酸残基序列 上的一个特定的片段，也是蛋白质立体结构中的独立的、具 有生物活性的区域，而且还是一个肽链折叠过程中的独立的 单位。
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1．分子伴侣*（molecular chaperon） 是细胞中一大类保守蛋白质，可识别肽链的非天
然构象（不稳定构象），促进各功能域和整体蛋白质的 正确折叠（稳定构象）。 普遍特点---只与Pr分子的非天然构象结合，而不与已经折叠
成天然构象的Pr分子结合
两大类：
一类是核糖体结合性分子伴侣，包括触发因子 (trigger factor, TF)等；
蛋白质（ △G）的整体稳定性较小，折叠态比非折叠 态的稳定性稍微多一些。这导致蛋白质构象稳定性的 值在10~75KJ/mol之间，大多数蛋白质表现的值处于该 范围的低端。
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❖ Anfinsen经典实验表明：蛋白质折叠的必需信息都 储存在一级结构中。即“序列决定构象”。
❖ 有些蛋白质移除前导序列会伴随着之后的蛋白质重折 叠的缺失。相反的，全长酶原解折叠后可以重新产生 一个折叠的酶。这个结果表明前导序列参与了折叠反 应，这说明并不是“最终的”序列编码了折叠信息。
另一类是非核糖体结合性分子伴侣，包括热休克蛋白、
伴侣蛋白等。
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（1）功能--多种多样的
①帮助肽链折叠； ② 辅助新生肽链的转运与转位，帮助“次品蛋白质” 的降解。
③一些细胞质中的可溶性分子伴侣还可以通过与辅助分子伴侣 的相互作用，行使更多的功能：网格蛋白的去组装；参与突触小 泡融合后的内吞；帮助蛋白质/新生肽链靶向，如进入线粒体； 以及一些复合物的组装，如肌球蛋白复合物和核孔等；
蛋白质合成后加工成熟(Protein
Posttranslational
processing), 靶向输送(protein targeting, 蛋白质的降解(protein degradation)
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翻译后加工
（Posttranslational processing ）
肽链从核蛋白体(ribosome)释放 后，经过细胞内各种修饰处理，成为有活 性的具有天然构象(native conformation)的 成熟蛋白质的过程。
④分子伴侣还参与信号转导。另外，引发因子(TF)除了能帮助 新生肽链折叠外，还兼有PPI酶的活性。
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（2）作用：
蛋白质肽链的折叠可以简单看作是一些疏水基团被包埋到分子 内部的过程，因此，帮助新生肽链折叠的分子伴侣一定是具有 与疏水基团结合能力的蛋白质。以最常见的hsp70为例，它们都 具有一个肽结合部位，由疏水氨基酸残基构成。分子伴侣总的 作用是与暴露的疏水区域稳定结合。
❖ 不正确的折叠导致活性失活，这是许多疾病的分子基础。
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与蛋白质折叠有关的酶或蛋白质
分子伴侣（molecular chaperon）
蛋白二硫键异构酶（protein disulfide
isomerase,PDI）
肽酰基-脯氨酰顺反异构酶（peptidyl prolyl
cis-trans isomerase, PPI）
结果： 降低了局部未折叠蛋白质的浓度并防止其非特异性的不可
逆的聚合和错误折叠，同时保存了多肽链折叠的能力，当折叠 不成功时，可以重新进行折叠。
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（3）分布： 广泛分布于原核和真核细胞中。 在真核细胞中目前发现它们存在于： 细胞液、内质网、线粒体、叶绿体以及细胞核中。 （存在胞内pr折叠、组装的各部位）
蛋白质构象病。
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肽链折叠的动力学
❖ 通过对肽链折叠的动力学研究，发现折叠是分阶段 进行的，可能还存在着中间态。源自❖ 肽链折叠的速度和构象核
构象核：为数不多的氨基酸残基通过分子中近程相互作 用先形成一个核心，即构象核。然后以其为核心，逐渐进行 随后的折叠过程。
❖ 整个肽链的折叠过程存在着快慢不同的几个阶段。
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❖ 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、蛋白质辅助.
❖ 所有细胞中发现的伴侣蛋白都是聚体体系，它阻止了不正确 的蛋白质的折叠，以7个、8个或9个亚基的超环形结构为基 础。超环形结构被任意端盖住，形成一个通过疏水表面结合 解折叠多肽的空穴，通过ATP驱动的构象变化促使肽折叠为 天然构象。