Protein Biosynthesis (Translation)

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1 Protein Biosynthesis (Translation)
第12章 蛋白质的生物合成（翻译） Protein Biosynthesis (Translation)

2 本章要求 掌握蛋白质生物合成的概念 掌握mRNA、tRNA、核蛋白体在翻译过程中的作用，遗传密码的特点
熟悉原核、真核生物翻译过程的异同 熟悉分子伴侣的作用，翻译后修饰的形式 熟悉信号肽及其作用，了解各类蛋白质靶向输送的特点 了解抗生素、毒素和干扰素抑制翻译的机制

3 蛋白质生物合成的概念 蛋白质生物合成(protein biosynthesis)也称翻译(translation)，是生物细胞以mRNA为模板，按照mRNA分子中核苷酸的排列顺序所组成的密码信息合成蛋白质的过程。

4 Protein Biosynthesis System
第一节 蛋白质生物合成体系 Protein Biosynthesis System

5 蛋白质生物合成体系 原料：20种编码氨基酸 模板：mRNA 适配器：tRNA 装配机：核蛋白体
能源物质和无机离子：ATP、GTP、Mg2+、 K+

6 一、mRNA是蛋白质生物合成的直接模板 mRNA的基本结构 3’-端非翻译区 5’-端非翻译区 开放阅读框架
Start of genetic message Cap End Tail 5’-端非翻译区 5 3 3’-端非翻译区 开放阅读框架 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，称为开放阅读框架(open reading frame, ORF)。

7 遗传密码 密码子（codon） 在mRNA的开放阅读框架区，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)，这种三联体形式的核苷酸序列称为密码子。 起始密码子和终止密码子： 起始密码子(initiation codon)：AUG 终止密码子(termination codon) ：UAA、UAG、UGA

8 遗传密码表

9 遗传密码的特点 1. 方向性(directional)
翻译时遗传密码的阅读方向是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。 N C 肽链延伸方向 5′ 3′ 读码方向

10 编码蛋白质氨基酸序列的各个三联体密码连续阅读，密码子及密码子的各碱基之间既无间隔也无交叉。
2. 连续性(non-punctuated) 编码蛋白质氨基酸序列的各个三联体密码连续阅读，密码子及密码子的各碱基之间既无间隔也无交叉。 5’…….A U G G C A G U A C A U …… U A A 3’ Ala Val His Met 终止密码

11 基因损伤引起mRNA阅读框架内的碱基发生插入或缺失，可能导致框移突变(frameshift mutation)。
缬 脯 苏 天冬 缬 丙 酪 甘 缬 丙 丝 精

12 3. 简并性(degenerate) 一种氨基酸可具有2个或2个以上的密码子为其编码。这一特性称为遗传密码的简并性。 除色氨酸和甲硫氨酸仅有1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。为同一种氨基酸编码的各密码子称为简并性密码子，也称同义密码子 。

13 各种氨基酸的密码子数目

14 从简单的病毒到高等的人类，几乎使用同一套遗传密码，因此，遗传密码表中的这套“通用密码”基本上适用于生物界的所有物种，具有通用性。
4. 通用性(universal) 从简单的病毒到高等的人类，几乎使用同一套遗传密码，因此，遗传密码表中的这套“通用密码”基本上适用于生物界的所有物种，具有通用性。 密码的通用性进一步证明各种生物进化自同一祖先。

15 已发现少数例外，如动物细胞的线粒体、植物细胞的叶绿体。
通用密码 线粒体密码 AUA 异亮 蛋、起始 AGA 精 终止 AGG 精 终止 UGA 终止 色

16 反密码子与密码子之间的配对有时并不严格遵守常见的碱基配对规律，这种现象称为摆动配对(wobble base pairing)。
tRNA反密码子 第1位碱基 I U G A C mRNA密码子 第3位碱基 U, C, A A, G U, C

17 摆动配对 U

18 二、核蛋白体是蛋白质生物合成的场所 核蛋白体的组成
核蛋白体又称核糖体，是由rRNA和多种蛋白质结合而成的一种大的核糖核蛋白颗粒，是蛋白质生物合成的场所。

19 不同细胞核蛋白体的组成 原核生物 真核生物 70S 30S 50S 80S 40S 60S 16S-rRNA 23S-rRNA
小亚基 大亚基 S值 70S 30S 50S 80S 40S 60S rRNA 16S-rRNA 23S-rRNA 5S-rRNA 18S-rRNA 28S-rRNA 5.8S-rRNA 蛋白质 rpS 21种 rpL 36种 rpS 33种 rpL 49种

20 核蛋白体的组成

21 原核生物核蛋白体结构模式 A位：受位或氨基酰位； P位：给位或肽酰位； E位：排出位

22 三、tRNA是氨基酸的运载工具及蛋白质生物合成的适配器
运载氨基酸：氨基酸各由其特异的tRNA携带，一种氨基酸可有几种对应的tRNA，氨基酸结合在tRNA 3ˊ-CCA的位置，结合需要ATP供能； 充当“适配器”：每种tRNA的反密码子决定了所携带的氨基酸能准确地在mRNA上对号入座。

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24 四、蛋白质生物合成需要酶类、蛋白质因子等
（一）重要的酶类 氨基酰-tRNA合成酶(aminoacyltRNA synthetase)，催化氨基酸的活化； 转肽酶(peptidase)，催化核蛋白体P位上的肽酰基转移至A位氨基酰-tRNA的氨基上，使酰基与氨基结合形成肽键;并受释放因子的作用后发生变构，表现出酯酶的水解活性，使P位上的肽链与tRNA分离； 转位酶(translocase)，催化核蛋白体向mRNA3’-端移动一个密码子的距离，使下一个密码子定位于A位。

25 （二）蛋白质因子 起始因子（initiation factor，IF） 延长因子（elongation factor，EF）
释放因子（release factor，RF）

26 参与原核生物翻译的各种蛋白质因子及其生物学功能
种类 生物学功能 起始因子 IF-1 占据A位防止结合其他tRNA IF-2 促进起始tRNA与小亚基结合 IF-3 促进大小亚基分离，提高P位对结合起始tRNA的敏感性 延长因子 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 特异识别UAA、UAG，诱导转肽酶转变为酯酶 RF-2 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

27 参与真核生物翻译的各种蛋白质因子及其生物学功能
种类 生物学功能 起始因子 eIF-1 多功能因子，参与多个翻译步骤 eIF-2 促进起始tRNA与小亚基结合 eIF-2B, eIF-3 最先结合小亚基，促进大小亚基分离 eIF-4A eIF-4F复合物成分，有RNA解螺旋酶活性，能解除mRNA5´-端的发夹结构，使其与小亚基结合 eIF-4B 结合mRNA，促进mRNA扫描定位起始AUG eIF-4E eIF-4F复合物成分，结合mRNA 5´帽子 eIF-4G eIF-4F复合物成分，结合eIF-4E、eIF-3和PolyA 结合蛋白 eIF-5 促进各种起始因子从小亚基解离，进而结合大亚基 eIF-6 促进核蛋白体分离成大小亚基 延长因子 eIF1-α 促进氨基酰-tRNA进入A位，结合分解GTP，相当于EF-Tu eIF1-βγ 调节亚基，相当于EF-Ts 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，相当于EF-G 释放因子 eRF 识别所有终止密码子，具有原核生物各类RF的功能

28 （三）能源物质及离子 蛋白质生物合成的能源物质为ATP和GTP; 参与蛋白质生物合成的无机离子有Mg2+、K+ 等。

29 Activation of Amino Acids
第二节 氨基酸的活化 Activation of Amino Acids

30 概念 氨基酸与特异的tRNA结合形成氨基酰-tRNA的过程称为氨基酸的活化。 参与氨基酸的活化的酶：氨基酰-tRNA合成酶。

31 一、 氨基酸活化形成氨基酰-tRNA 反应过程 氨基酰-tRNA合成酶 氨基酸 + tRNA 氨基酰- tRNA AMP＋PPi ATP
氨基酸的活化分两步进行：

32 氨基酸 ＋ATP-E 氨基酰-AMP-E ＋ PPi
第一步反应 氨基酸 ＋ATP-E 氨基酰-AMP-E ＋ PPi

33 第二步反应 氨基酰-AMP-E ＋ tRNA 氨基酰-tRNA ＋ AMP ＋ E

34 氨基酰-tRNA合成酶对底物氨基酸和tRNA都有高度特异性。
特性：高度特异性 氨基酰-tRNA合成酶对底物氨基酸和tRNA都有高度特异性。 tRNA 氨基酰-tRNA合成酶 ATP

35 特性：校正活性 氨基酰-tRNA合成酶具有校正活性。 动力学校对 化学校对

36 各种氨基酸和对应的tRNA结合后形成的氨基酰-tRNA表示为：
例如： 丙氨酰-tRNA：Ala-tRNAAla 精氨酰-tRNA：Arg-tRNAArg 甲硫氨酰-tRNA： Met-tRNAMet

37 二、真核生物起始氨基酰-tRNA是Met-tRNAiMet
tRNAiMet与甲硫氨酸结合后形成Met-tRNAiMet，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 tRNAMet和甲硫氨酸结合后生成Met-tRNAMet，必要时进入核蛋白体，为延长中的肽链添加甲硫氨酸。

38 原核生物 起始氨基酰-tRNA: fMet-tRNAfMet 具有起始功能的tRNAfMet与甲硫氨酸结合后，甲硫氨酸很快被甲酰化为N-甲酰甲硫氨酸(N-formyl methionine, fMet)，于是形成N-甲酰甲硫氨酰-tRNA(fMet-tRNAfMet)，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fMet-tRNAfMet。

39 fMet-tRNAfMet的生成是一碳化合物转移和利用的过程之一，反应由转甲酰基酶催化，甲酰基从N10-甲酰四氢叶酸转移到甲硫氨酸的α-氨基上。

40 The Biosynthesis Process of Peptide Chain
第三节 肽链的生物合成过程 The Biosynthesis Process of Peptide Chain

41 肽链的生物合成过程是翻译的中心环节。翻译时，从mRNA的起始密码子AUG开始，按5ˊ→3ˊ方向逐一读码，直至终止密码子。于是，合成中的肽链从起始甲硫氨酸开始，从N-端→C-端延长，直至终止密码子前一位密码子所编码的氨基酸。

42 一、原核生物的肽链合成过程 整个过程可分为 ： 起始(initiation) 延长(elongation) 终止(termination )

43 （一）起始 1. 核蛋白体大小亚基分离； 2. mRNA在小亚基定位结合； 3. 起始氨基酰-tRNA的结合； 4. 核蛋白体大亚基结合。

44 1.核蛋白体大小亚基分离 IF-1 IF-3

45 2.mRNA在小亚基定位结合 A U G 5' 3' IF-1 IF-3

46 原核生物mRNA在核蛋白体小亚基上的准确定位和结合涉及两种机制：
①在各种mRNA起始AUG上游约8～13核苷酸部位，存在一段由4～9个核苷酸组成的一致序列，富含嘌呤碱基，如-AGGAGG-，称为Shine-Dalgarno序列(S-D序列)，又称核蛋白体结合位点(ribosomal binding site, RBS)。一条多顺反子mRNA序列上的每个基因编码序列均拥有各自的S-D序列和起始AUG。

47 小亚基中的16S-rRNA 3ˊ-端有一富含嘧啶碱基的短序列，如-UCCUCC-，通过与S-D序列碱基互补而使mRNA与小亚基结合。

48 ②mRNA序列上紧接S-D序列后的小核苷酸序列，可被核蛋白体小亚基蛋白rpS-1识别并结合。

49 3.起始氨基酰tRNA(fMet-tRNAfMet )结合到小亚基
IF-2 GTP A U G 5' 3' IF-1 IF-3

50 4.核蛋白体大亚基结合，起始复合物形成 IF-2 GTP Pi GDP A U G 5' 3' IF-1 IF-3

51 起始复合物形成过程 IF-2 GTP IF-2 -GTP Pi GDP A U G 5' 3' IF-3 IF-1

52 （二）延长 指在mRNA模板的指导下，氨基酸依次进入核蛋白体并聚合成多肽链的过程。
肽链延长在核蛋白体上连续循环式进行，又称为核蛋白体循环(ribosomal cycle)，包括以下三步： 1. 进位(positioning)/注册(registration) 2. 成肽(peptide bond formation) 3. 转位(translocation) 每轮循环使多肽链增加一个氨基酸残基。

53 1. 进位 又称注册(registration)， 是指一个氨基酰-tRNA按照mRNA模板的指令进入并结合到核蛋白体A位的过程。

54 进位需要延长因子EF-Tu与EF-Ts参与。
进位的反应过程： Tu Ts GTP Ts Tu GDP GTP A U G 5' 3' 进位需要延长因子EF-Tu与EF-Ts参与。

55 2.成肽 成肽是在转肽酶(peptidase)的催化下，核蛋白体P位上起始氨基酰-tRNA的N-甲酰甲硫氨酰基或肽酰-tRNA的肽酰基转移到A位并与A位上氨基酰-tRNA的α-氨基结合形成肽键的过程。

56 成肽的反应过程

57 3. 转位 转位是在转位酶的催化下，核蛋白体向mRNA的3´-端移动一个密码子的距离，使mRNA序列上的下一个密码子进入核蛋白体的A位、而占据A位的肽酰-tRNA移入P位的过程。 转位需要延长因子EF-G参与。

58 转位 EF-G有转位酶（translocase）活性，可结合并水解1分子GTP，释放的能量促进核蛋白体向mRNA的3′侧移动，使起始二肽酰-tRNA-mRNA相对位移进入核蛋白体P位，而卸载的tRNA则移入E位。

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60 肽链合成延长(核蛋白体循环)过程 进位 成肽 转位

61 （三）终止 指核蛋白体A位出现mRNA的终止密码子后，多肽链合成停止，肽链从肽酰-tRNA中释出，mRNA、核蛋白体大、小亚基等分离的过程。
终止阶段需要释放因子RF-1、 RF-2和 RF-3参与。

62 释放因子的功能： 识别终止密码子 RF-1特异识别UAA、UAG； RF-2特异识别UAA、UGA。 诱导转肽酶转变为酯酶活性 催化新生肽链与结合在P位的tRNA之间的酯键水解，使肽链从核蛋白体上释放。 RF-3可结合核蛋白体其他部位，有GTP酶活性，能介导RF-1、RF-2与核蛋白体的相互作用。

63 原核肽链合成终止过程

64 （四）多聚核蛋白体(polysome) 1条mRNA模板链都可附着10～100个核蛋白体，这些核蛋白体依次结合起始密码子并沿5′→3′方向读码移动，同时进行肽链合成，这种mRNA与多个核蛋白体形成的聚合物称为多聚核蛋白体(polysome) 。 多聚核蛋白体的形成可以使蛋白质生物合成以高速度、高效率进行。

65 多聚核蛋白体

66 （一）起始 二、真核生物的肽链合成过程 1. 核蛋白体大小亚基分离； 2. 起始氨基酰-tRNA的结合； 3. mRNA在小亚基定位结合；
4. 核蛋白体大亚基结合。

67 Met-tRNAiMet-elF-2 -GTP
40S Met elF-3 ② mRNA ATP ADP+Pi elF4E, elF4G, elF4A, elF4B,PAB ③ Met Met-tRNAiMet-elF-2 -GTP Met 60S GDP+Pi 各种elF释放 elF-5 ④ eIF-2B、eIF-3、 eIF-6 ① 40S 60S Met 真核生物翻译起始复合物形成过程

68 （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，转位时卸载的tRNA直接从P位脱落。

69 （三）终止 真核生物翻译终止过程与原核生物相似，但只有1个释放因子eRF，可识别所有终止密码子，完成原核生物各类RF的功能。

70 原核生物与真核生物肽链合成过程的主要差别
mRNA 一条mRNA编码几种蛋白质（多顺反子） 一条mRNA编码一种蛋白质（单顺反子） 转录后很少加工 转录后进行首尾修饰及剪接 转录、翻译和mRNA的降解可同时发生 mRNA在核内合成，加工后进入胞液，再作为模板指导翻译 核蛋白体 30S小亚基＋50S大亚基 ↔ 70S核蛋白体 40S小亚基＋60S大亚基 ↔ 80S核蛋白体 起始阶段 起始氨基酰-tRNA为fMet-tRNAfMet 起始氨基酰-tRNA为Met-tRNAiMet 核蛋白体小亚基先与mRNA结合,再与fMet-tRNAfMet结合 核蛋白体小亚基先与Met-tRNAiMet结合，再与mRNA结合 mRNA中的S-D序列与16S rRNA 3-端的一段序列结合 mRNA中的帽子结构与帽子结合蛋白复合物结合 有3种IF参与起始复合物的形成 有至少10种eIF参与起始复合物的形成 延长阶段 延长因子为EF-Tu、EF-Ts和EF-G 延长因子为eEF-1α、eEF-1βγ和eEF-2 终止阶段 释放因子为RF-1、RF-2和RF-3 释放因子为eRF

71 Posttranslational Modification and Targeting Transfer of Protein
第四节 蛋白质翻译后修饰和靶向输送 Posttranslational Modification and Targeting Transfer of Protein

72 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。 蛋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)。

73 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。 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。

74 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, PDI) 3. 肽-脯氨酰顺反异构酶 (peptide prolyl-cis-trans isomerase, PPI)

75 分子伴侣有以下功能： 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。
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。

76 分子伴侣主要有： (1) 热休克蛋白(heat shock protein, HSP) (2) 伴侣蛋白(chaperonin)

77 (1) 热休克蛋白(heat shock protein, HSP)
热休克蛋白属于应激反应性蛋白质，高温应激可诱导该蛋白质合成。热休克蛋白可促进需要折叠的多肽折叠为有天然空间构象的蛋白质。 热休克蛋白包括HSP70、HSP40和GrpE三族。

78 大肠杆菌的HSP70 (DnaK) ATP酶 肽链结合结构域 H2N EEVD-COOH Grp E 结合部位 DnaJ/HSP40 它有两个主要功能域：一个是存在于N-端的高度保守的ATP酶结构域，能结合和水解ATP；另一个是存在于C-端的多肽链结合结构域。蛋白质的折叠需要这两个结构域的相互作用。

79 在蛋白质的折叠过程中，HSP70还需2个辅助因子HSP40和Grp E。
大肠杆菌的HSP40 (DnaJ)可激活DnaK中的ATP酶，生成稳定的DnaJ -DnaK-ADP-被折叠蛋白质复合物，以利于DnaK发挥分子伴侣作用。在ATP存在的情况下，DnaJ和DnaK的相互作用能抑制蛋白质的聚集。 GrpE，即核苷酸交换因子，与DnaK的ATP酶结构域结合，使Dna K的构象发生改变、ADP从复合物中释放出来并由ATP代替ADP，从而控制Dna K的ATP酶活性。

80 人类细胞中HSP蛋白质家族可存在于胞浆、内质网腔、线粒体、胞核等部位，涉及多种细胞保护功能：如使线粒体和内质网蛋白质保持未折叠状态而转运、跨膜，再折叠成功能构象；通过类似上述机制，避免或消除蛋白质变性后因疏水基团暴露而发生的不可逆聚集，以利于清除变性或错误折叠的多肽中间物等。

81 (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成天然空间构象的微环境。

82 Gro EL-Gro ES复合物 当待折叠肽链进入Gro EL的桶状空腔后，Gro ES可作为“盖子”瞬时封闭Gro EL空腔出口。封闭后的桶状空腔提供了能完成该肽链折叠的微环境。

83 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。

84 3. 肽-脯氨酰顺反异构酶 多肽链中肽酰-脯氨酸间形成的肽键有顺反两种异构体，空间构象有明显差别。
肽酰-脯氨酰顺反异构酶可促进上述顺反两种异构体之间的转换。 肽酰-脯氨酰顺反异构酶是蛋白质三维构象形成的限速酶，在肽链合成需形成顺式构型时，可使多肽在各脯氨酸弯折处形成准确折叠。

85 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

86 （三）多肽链的水解修饰 鸦片促黑皮质素原(POMC)的水解修饰

87 三、空间结构的修饰 （一）通过非共价键亚基聚合形成具有四级结构的蛋白质
具有四级结构的蛋白质由两条以上的肽链通过非共价键聚合，形成寡聚体(oligomer)。 （二）辅基连接后形成完整的结合蛋白质 结合蛋白质合成后都需要结合相应辅基，才能成为具有功能活性的天然蛋白质。

88 四、合成后蛋白质可被靶向输送至细胞特定部位
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。 分泌性蛋白； 胞浆蛋白； 溶酶体蛋白； 膜蛋白； 高尔基体蛋白； 内质网蛋白； 核蛋白；

89 （一）靶向输送的蛋白质N-端存在信号序列
所有靶向输送的蛋白质结构中存在分选信号，主要是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，这类序列称为信号序列(signal sequence)。 信号序列是决定蛋白质靶向输送特性的最重要元件，提示指导蛋白质靶向输送的信息存在于蛋白质自身的一级结构中。

90 靶向输送的蛋白一级结构内的信号序列可分为：
信号肽：靶向输送到各细胞器或分泌到细胞外的蛋白质N端的信号序列 核定位序列：靶向输送到细胞核的蛋白质其多肽链内含有的信号序列

91 信号肽有以下共性： N-端含1个或几个带正电荷的碱性氨基酸残基，如赖氨酸、精氨酸；
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； 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 。

92

93 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。

94 （二）各种蛋白质的靶向输送 1.分泌型蛋白质由信号肽引导以分泌小泡的形式靶向输送至胞外
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。

95 信号序列引导蛋白质进入内质网

96 2.蛋白质6-磷酸甘露糖基化是靶向输送至溶酶体的信号

97 3.靶向输送至内质网的蛋白质C-端含有滞留信号序列

98 4.质膜蛋白质的靶向输送由囊泡转移到细胞膜 质膜蛋白质合成时在粗面内质网上的跨膜机制与分泌型蛋白质的跨膜机制相似，但是，质膜蛋白质的肽链并不完全进入内质网腔，而是锚定在内质网膜上。 不同类型的跨膜蛋白质以不同的形式锚定于膜上。

99 5.线粒体蛋白质以其前体形式在胞液合成后靶向输入线粒体
绝大部分线粒体蛋白质是由核基因组编码、在胞液中的游离核蛋白体上合成后释放、靶向输送到线粒体中的。

100 真核细胞线粒体蛋白质的靶向输送

101 6.细胞核蛋白质在胞液中合成后经核孔靶向输送入核

102 Interference and Inhibition of Protein Biosynthesis
第五节 蛋白质生物合成的干扰和抑制 Interference and Inhibition of Protein Biosynthesis

103 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。抗生素等就是通过阻断真核、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。
可针对蛋白质生物合成必需的关键组分作为研究新抗菌药物的作用靶点。同时尽量利用真核、原核生物蛋白质合成体系的任何差异，以设计、筛选仅对病原微生物特效而不损害人体的药物。

104 一、许多抗生素通过抑制蛋白质生物合成发挥作用
抗生素(antibiotics)是一类由某些真菌、细菌等微生物产生的药物，有抑制其他微生物生长或杀死其他微生物的能力，对宿主无毒性的抗生素可用于预防和治疗人、动物和植物的感染性疾病。

105 影响翻译起始的抗生素 影响翻译延长的抗生素

106 常用抗生素抑制蛋白质生物合成的原理与应用
作用位点 作用原理 应用 伊短菌素 原核、真核核蛋白体小亚基 阻碍翻译起始复合物的形成 抗肿瘤药 四环素、土霉素 原核核蛋白体小亚基 抑制氨基酰-tRNA与小亚基结合 抗菌药 链霉素、新霉素、巴龙霉素 改变构象引起读码错误、抑制起始 氯霉素、林可霉素、红霉素 原核核蛋白体大亚基 抑制转肽酶、阻断肽链延长 嘌呤霉素 原核、真核核蛋白体 使肽酰基转移到它的氨基上后脱落 放线菌酮 真核核蛋白体大亚基 医学研究 夫西地酸、细球菌素 EF-G 抑制EF-G、阻止转位 壮观霉素 阻止转位

107 嘌呤霉素作用示意图

108 二、其他干扰蛋白质生物合成的物质 （一）毒素 1．白喉毒素(diphtheria toxin)
某些毒素能在肽链延长阶段阻断蛋白质合成而呈现毒性，如白喉毒素是真核细胞蛋白质合成的抑制剂，它作为一种修饰酶，可使eEF-2发生ADP糖基化共价修饰，生成eEF-2腺苷二磷酸核糖衍生物，使eEF-2失活。

109 白喉毒素的作用机理： 延长因子-2 （有活性） + 白喉毒素 延长因子-2 （无活性） +

110 2．蓖麻蛋白(ricin) 蓖麻蛋白是蓖麻籽中所含的植物糖蛋白，由A、B两条多肽链组成。
A链是一种蛋白酶，可作用于真核生物核蛋白体大亚基的28S rRNA，催化其中特异腺苷酸发生脱嘌呤基反应，使28S rRNA降解，使核蛋白体大亚基失活； B链对A链发挥毒性具有重要的促进作用，且B链上的半乳糖结合位点也是毒素发挥毒性作用的活性部位。

111 （二）干扰素 干扰素(interferon, IFN)是真核细胞被病毒感染后分泌的一类具有抗病毒作用的蛋白质，可抑制病毒的繁殖。
干扰素分为α-（白细胞）型、β-（成纤维细胞）型和γ-（淋巴细胞）型三大类，每类各有亚型，分别具有其特异作用。

112 干扰素抑制病毒的作用机制有两方面: dsRNA 1. 干扰素诱导eIF2磷酸化而失活 eIF2 eIF2-P（失活） 磷酸酶
干扰素诱导的蛋白激酶 dsRNA 干扰素在某些病毒双链RNA存在时，能诱导特异的蛋白激酶活化，该活化的蛋白激酶使eIF-2磷酸化而失活，从而抑制病毒蛋白质合成； ATP eIF2 ADP eIF2-P（失活） Pi 磷酸酶

113 2. 干扰素诱导病毒RNA降解 RNaseL 活化 降解mRNA 干扰素 dsRNA 2-5A合成酶 ATP 2- 5A A 2
干扰素能与双链RNA共同活化特殊的2ˊ-5ˊ寡聚腺苷酸（2ˊ-5ˊA）合成酶，催化ATP聚合，生成单核苷酸间以2ˊ-5ˊ磷酸二酯键连接的2ˊ-5ˊA，经2ˊ-5ˊA活化核酸内切酶RNase L，后者可降解病毒mRNA，从而阻断病毒蛋白质合成。 dsRNA 干扰素 A P PPP 2 5 2- 5A ATP 2-5A合成酶 RNaseL 活化 降解mRNA

114 课后复习题 一、名词解释 1. 开放阅读框 2.摆动性 3. 简并性 4. 氨基酸的活化 5. 转位 6. 多聚核糖体 四、问答题
1. 开放阅读框 摆动性 简并性 4. 氨基酸的活化 转位 多聚核糖体 四、问答题 1. 试述原核生物与真核生物翻译的不同点。 2. 简述遗传密码的特点。 3. 翻译后的加工修饰包括哪几个方面？ 4. 干扰素抑制病毒复制的机制有哪些？ 5.蛋白质合成后是如何到达各个靶细胞器的？