蛋白質(zhì)合成與轉(zhuǎn)運

一、蛋白質(zhì)的生物合成一、蛋白質(zhì)的生物合成 合成場所：核糖體合成場所：核糖體 原料：原料：AA、tRNA 、mRNA 、rRNA 其他蛋白因子、其他蛋白因子、ATP、GTP 粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（一）蛋白質(zhì)合成的分子基礎（一）蛋白質(zhì)合成的分子基礎1、模板是模板是mRNA 含有密碼子含有密碼子 閱讀方向閱讀方向5到到3 起始密碼和終止密碼起始密碼和終止密碼 3端：真核生物有端：真核生物有PolyA尾巴尾巴 5端：決定起始密碼的選擇端：決定起始密碼的選擇原核生物原核生物mRNA 5端的端的SD序列序列識別識別16S rRNA核糖體結(jié)合位點序列核糖體結(jié)合位點序列 真核生物真核生物 5端有端有核糖體進入部位核糖體進入部位 帽子結(jié)構(gòu)幫助識別帽子結(jié)構(gòu)幫助識別 向向3掃描至掃描至AUG2、tRNA轉(zhuǎn)運活化的轉(zhuǎn)運活化的AA到模板上到模板上 每種每種AA都都至少有一種至少有一種tRNA負責轉(zhuǎn)運負責轉(zhuǎn)運 書寫方式：書寫方式：tRNAPhe、 tRNASer 通常一種通常一種AA具有幾種具有幾種tRNASee movietRNA分子具有：分子具有： 3CCA-OH氨基酸接受位點氨基酸接受位點 識別氨酰識別氨酰-tRNA合成酶位點合成酶位點 核糖體識別位點核糖體識別位點 反密碼子位點反密碼子位點Cys*半胱氨酰半胱氨酰tRNA合成酶合成酶tRNACys半胱氨酰半胱氨酰* - tRNACys丙氨酰丙氨酰* - tRNACysAla插入蛋白中插入蛋白中Cys的位置的位置形成氨酰形成氨酰tRNA后去向由后去向由tRNA決定決定3、核糖體是蛋白質(zhì)合成的工廠核糖體是蛋白質(zhì)合成的工廠（二）蛋白質(zhì)合成的步驟（二）蛋白質(zhì)合成的步驟1、氨酰氨酰tRNA的生成的生成氨酰氨酰tRNA合成酶合成酶氨酰氨酰AMP形成形成2形式的酯形式的酯氨?；鶊F在氨?；鶊F在2 3間交換間交換形成形成3形式的酯形式的酯形成形成3形式的酯形式的酯2、氨酰氨酰tRNA合成酶合成酶識別：識別：AA、tRNA 、ATP型和型酶3、氨酰氨酰tRNA合成酶的校正功能合成酶的校正功能 水解非正確組合的水解非正確組合的AA和和tRNA 異亮氨酰異亮氨酰 tRNAIle 纈氨酰纈氨酰 tRNAVal纈氨酰纈氨酰 tRNAIle則被水解：則被水解：纈氨酸纈氨酸+ tRNAIle4、一個特殊的一個特殊的tRNA啟動蛋白的合成啟動蛋白的合成 翻譯起始于翻譯起始于Met的參與的參與 tRNAMet：攜帶：攜帶Met摻入蛋白內(nèi)部摻入蛋白內(nèi)部 tRNAiMet ：起始：起始Met 摻入摻入 由同一種由同一種tRNA合成酶合成合成酶合成 起始因子識別起始因子識別tRNAiMet 延伸因子識別延伸因子識別tRNAMet原核生物中的甲酰原核生物中的甲酰Met fMet - tRNAiMet5、翻譯起始于翻譯起始于mRNA與核糖體的結(jié)與核糖體的結(jié)合合 原核生物借助原核生物借助SD序列序列6、蛋白因子幫助合成的起始蛋白因子幫助合成的起始 原核生物原核生物（大腸桿菌）（大腸桿菌） 三個起始因子（三個起始因子（initiation factor） IF1、IF2、IF3 真核生物真核生物IF1、 IF3與與30S小亞基結(jié)合小亞基結(jié)合 IF3防止防止30S亞基與亞基與50S亞基過早結(jié)合亞基過早結(jié)合mRNA與小亞基結(jié)合與小亞基結(jié)合 fMet tRNAiMet進入進入50S大亞基的結(jié)合大亞基的結(jié)合 A：aminoacyl site P：peptide site E：exit site（大部分在大亞基上）（大部分在大亞基上）7、蛋白合成的延伸（蛋白合成的延伸（elongation）延伸因子延伸因子EF-Tu EF-Ts真核：真核：EF-1進位進位轉(zhuǎn)肽：肽酰轉(zhuǎn)移酶（核糖體參與催化）轉(zhuǎn)肽：肽酰轉(zhuǎn)移酶（核糖體參與催化）移位：移位：EF-G（EF-2）8、翻譯的終止（、翻譯的終止（terminate） 沒有識別終止密碼子的沒有識別終止密碼子的tRNA 釋放因子釋放因子 核糖體釋放因子核糖體釋放因子肽酰轉(zhuǎn)移酶活性變?yōu)轷ッ富钚噪孽＾D(zhuǎn)移酶活性變?yōu)轷ッ富钚訰F1：UAA/UAGRF2：UGARF3：刺激活性：刺激活性多核糖體（多核糖體（polysome）多核糖體與核糖體循環(huán)多核糖體與核糖體循環(huán)合成完畢合成完畢的肽鏈的肽鏈多核糖體多核糖體3mRNA延伸中的肽鏈延伸中的肽鏈5核糖體循環(huán)核糖體循環(huán)9、蛋白質(zhì)合成的抑制劑、蛋白質(zhì)合成的抑制劑抗菌素抗菌素（antibiotics）毒素毒素抗代謝物抗代謝物干擾素干擾素（1 1）抗菌素）抗菌素鏈霉素、卡那霉素、新霉素鏈霉素、卡那霉素、新霉素 主要抑制主要抑制G G- -菌菌PrPr合成三個階段：合成三個階段：起始起始復合物形成復合物形成使氨基酰使氨基酰tRNAtRNA從復合物脫落；從復合物脫落；肽鏈肽鏈延伸延伸階段階段使氨基酰使氨基酰tRNAtRNA與與mRNAmRNA錯配；錯配；終止終止階段階段阻礙終止因子與核蛋白體結(jié)合，阻礙終止因子與核蛋白體結(jié)合， 已合成的多肽鏈無法釋放，已合成的多肽鏈無法釋放， 抑制抑制70S70S核糖體的解離核糖體的解離四環(huán)素（土霉素、金霉素）四環(huán)素（土霉素、金霉素）作用于細菌作用于細菌30S小亞基，抑制起始復合物形成小亞基，抑制起始復合物形成抑制氨酰抑制氨酰tRNA進入核糖體進入核糖體A位，阻滯肽鏈延伸；位，阻滯肽鏈延伸；影響終止因子與核糖體的結(jié)合影響終止因子與核糖體的結(jié)合四環(huán)素類抗生素對真核細胞核糖體也有抑制四環(huán)素類抗生素對真核細胞核糖體也有抑制但不能通過真核生物細胞膜但不能通過真核生物細胞膜對對70S核糖體的敏感性更高核糖體的敏感性更高氯霉素氯霉素廣譜抗生素廣譜抗生素與核糖體與核糖體A位緊密結(jié)合，阻礙氨基酰位緊密結(jié)合，阻礙氨基酰tRNA進入進入抑制抑制肽酰轉(zhuǎn)移酶肽酰轉(zhuǎn)移酶活性，肽鏈延伸受到影響活性，肽鏈延伸受到影響50S大亞基蛋白組分（2 2）毒素）毒素白喉霉素白喉霉素共價修飾使共價修飾使EF-2失活失活一條多肽單鏈，一條多肽單鏈，2個二硫鍵，個二硫鍵，2個結(jié)構(gòu)域個結(jié)構(gòu)域 結(jié)構(gòu)域與細胞表面受體結(jié)合結(jié)構(gòu)域與細胞表面受體結(jié)合毒素蛋白水解斷裂毒素蛋白水解斷裂二硫鍵還原，產(chǎn)生二硫鍵還原，產(chǎn)生A、B兩片段：兩片段：B協(xié)助協(xié)助A通過細胞膜，通過細胞膜，A為蛋白修飾酶為蛋白修飾酶催化蛋白發(fā)生催化蛋白發(fā)生ADP-核糖基化核糖基化（3 3）抗代謝物）抗代謝物 結(jié)構(gòu)與天然代謝物相似結(jié)構(gòu)與天然代謝物相似 競爭性抑制代謝中酶競爭性抑制代謝中酶/ /反應反應嘌呤霉素嘌呤霉素結(jié)構(gòu)與Tyr-tRNA Tyr相似，進入核糖體A位連于肽鏈的C端，形成肽酰嘌呤霉素，容易脫落，肽鏈合成提前終止嘌呤霉素對原嘌呤霉素對原/真核生物翻譯過程均有干擾真核生物翻譯過程均有干擾用于腫瘤治療 （4）干擾素（）干擾素（interferon，IFN） 病毒感染的宿主細胞產(chǎn)生病毒感染的宿主細胞產(chǎn)生 白細胞（白細胞（）、成纖維（）、成纖維（）、免疫（）、免疫（）干擾素結(jié)合于細胞膜，活化抗病毒蛋白基因干擾素結(jié)合于細胞膜，活化抗病毒蛋白基因誘導產(chǎn)生：誘導產(chǎn)生：蛋白激酶蛋白激酶使使eIF2eIF2磷酸化失活；磷酸化失活；2525腺嘌呤寡聚核苷酸合成酶腺嘌呤寡聚核苷酸合成酶25A25A激活激活磷酸二酯酶磷酸二酯酶水解水解mRNAmRNA 真核和原核細胞參與翻譯的蛋白質(zhì)因子真核和原核細胞參與翻譯的蛋白質(zhì)因子階段階段原核原核 真核真核 功功 能能IF1IF2 eIF2 參與起始復合物的形成參與起始復合物的形成IF3 eIF3、eIF4C起始起始CBP I 與與mRNA帽子結(jié)合帽子結(jié)合 eIF4A B F 參與尋找第一個參與尋找第一個AUGeIF5 協(xié)助協(xié)助eIF2 、 eIF3、eIF4C的釋放的釋放eIF6 協(xié)助協(xié)助60S亞基從無活性的核糖體上解離亞基從無活性的核糖體上解離EF-Tu eEF1 協(xié)助氨酰協(xié)助氨酰-tRNA進入核糖體進入核糖體延長延長EF-Ts eEF1 幫助幫助EF-Tu 、 eEF1 周轉(zhuǎn)周轉(zhuǎn) EF-G eEF2 移位因子移位因子RF-1終止終止 eRF 釋放完整的肽鏈釋放完整的肽鏈RF-2五、蛋白質(zhì)的運輸及翻譯后修飾五、蛋白質(zhì)的運輸及翻譯后修飾1、真核細胞核糖體比原核細胞核糖體更大更復雜；2、起始氨基酸為Met，不是fMet；3、肽鏈合成的起始：由40S核糖體亞基首 先識別mRNA的5端-帽子，然后沿mRNA移動尋找AUG；4、起始因子有12種，但只有2種延長因子和1種終止因子；5、真核細胞中線粒體、葉綠體的核糖體大小、組成及蛋白質(zhì)合成過程都類似于原核細胞。 肽鏈折疊是指從多肽鏈的氨基酸序列形成具肽鏈折疊是指從多肽鏈的氨基酸序列形成具有正確三維空間結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)的過程。有正確三維空間結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)的過程。 體內(nèi)多肽鏈的折疊目前認為至少有兩類蛋白體內(nèi)多肽鏈的折疊目前認為至少有兩類蛋白質(zhì)參與，稱為助折疊蛋白質(zhì)參與，稱為助折疊蛋白: （1）酶：蛋白質(zhì)二硫酶：蛋白質(zhì)二硫鍵異構(gòu)酶鍵異構(gòu)酶（PDI）； （2）分子伴侶分子伴侶 Lasky于于1978年首先提出分子伴侶（年首先提出分子伴侶（mulecular chaperone）的概念，這是一類在細胞內(nèi)能幫助新生肽）的概念，這是一類在細胞內(nèi)能幫助新生肽鏈正確折疊與裝配組裝成為成熟蛋白質(zhì)，但其本身并鏈正確折疊與裝配組裝成為成熟蛋白質(zhì)，但其本身并不構(gòu)成被介導的蛋白質(zhì)組成部分的一類蛋白因子，在不構(gòu)成被介導的蛋白質(zhì)組成部分的一類蛋白因子，在原核生物和真核生物中廣泛存在。原核生物和真核生物中廣泛存在。1、肽鏈末端的修飾：、肽鏈末端的修飾： N-端端fMet或或Met的切除的切除2、信號序列的切除、信號序列的切除3、二硫鍵的形成、二硫鍵的形成4、部分肽段的切除、部分肽段的切除5、個別氨基酸的修飾、個別氨基酸的修飾6、糖基側(cè)鏈的添加、糖基側(cè)鏈的添加7、輔基的加入、輔基的加入實例：胰島素原的加工實例：胰島素原的加工胰島素原的加工胰島素原的加工A鏈區(qū)鏈區(qū)B鏈區(qū)鏈區(qū)間插序列（間插序列（C肽區(qū)）肽區(qū)）HSSHSHSHHSHS信號肽信號肽NC核糖體上合成出無規(guī)核糖體上合成出無規(guī)則卷曲的則卷曲的前胰島素原前胰島素原切除切除C肽后，形成肽后，形成成熟的胰島素分子成熟的胰島素分子切除信號肽后切除信號肽后折疊成穩(wěn)定構(gòu)折疊成穩(wěn)定構(gòu)象的胰島素原象的胰島素原SSSSNNCCA鏈鏈B鏈鏈胰島素胰島素CNSSSS胰島素原胰島素原SS多核糖體蛋白質(zhì)定位蛋白質(zhì)定位1 1、分泌蛋白、分泌蛋白 信號肽假說簡圖信號肽假說簡圖 分泌蛋白質(zhì)的合成和胞吐作用分泌蛋白質(zhì)的合成和胞吐作用2 2、線粒體與葉綠體蛋白、線粒體與葉綠體蛋白 蛋白質(zhì)向線粒體的定位機制蛋白質(zhì)向線粒體的定位機制信號肽假說簡圖信號肽假說簡圖35SRP循環(huán)循環(huán)mRNA內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔信號肽酶信號肽酶信號肽信號肽 一些真核細胞多肽鏈上一些真核細胞多肽鏈上N-端的信號肽的結(jié)構(gòu)端的信號肽的結(jié)構(gòu)分泌蛋白質(zhì)的合成和胞吐作用分泌蛋白質(zhì)的合成和胞吐作用內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)高爾基體高爾基體泡泡泡泡泡融入泡融入質(zhì)膜質(zhì)膜核糖體核糖體芽泡芽泡