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1 西安电子科技大学夏玉琼 分子生物学 第四章生物信息的传递 ( 下 ) 从 RNA 到蛋白质 第四节蛋白质合成的生物学机制第五节蛋白质转运机制第六节蛋白质的修饰 降解与稳定性研究 夏玉琼 10/26/2017

2 2 西安电子科技大学夏玉琼 目录 蛋白质合成的生物学机制 氨基酸的活化翻译的起始肽链的延伸肽链的终止蛋白质前体的加工蛋白质的折叠蛋白质合成的抑制剂 蛋白质转运机制

3 3 西安电子科技大学夏玉琼 氨基酸的活化 氨基酸与对应的 trna 结合 trna 的 3 末端 -OH 与氨基酸的 COOH 发生脱水反应, 生成酯结构 ---CCA-OH+HOOC-CH(R)NH2 ---CCA-OOC-CH(R)NH2 同一氨酰合成酶可以把相同氨基酸加到两个或者更多的带有不同反密码子的 trna 上

4 4 西安电子科技大学夏玉琼 起始氨基酸的活化 原核生物 fmet-trna fmet Met+tRNA fmet +ATP Met-tRNA fmet +AMP+PPi N 10 - 甲酰四氢叶酸 +Met-tRNA fmet 四氢叶酸 +fmet-trna fmet 真核生物中 Met-tRNAi Met 注意区分两种 Met-tRNA Met-tRNAi Met Met-tRNA Met 起始氨酰 trna 普通氨酰 trna

5 5 西安电子科技大学夏玉琼 目录 蛋白质合成的生物学机制 氨基酸的活化翻译的起始肽链的延伸肽链的终止蛋白质前体的加工蛋白质的折叠蛋白质合成的抑制剂 蛋白质转运机制

6 6 西安电子科技大学夏玉琼 翻译起始 需要核糖体大小亚基 起始 trna 和几十种蛋白因子在模板 mrna 编码区 5 端形成核糖体 - mrna- 起始 trna 复合物将甲酰甲硫氨酸放入核糖体 P 位点

7 7 西安电子科技大学夏玉琼 原核生物翻译起始 : 1/3 30S 小亚基与 mrna 模板结合

8 8 西安电子科技大学夏玉琼 30S 小亚基通过 SD 序列与 mrna 相结合 mrna 的 SD 序列 5 -AGGAGGU-3 与 30S 亚基上 16S rrna 3 末端的富嘧啶区 5 -GAUCACCUCCUUA3 互补

9 9 西安电子科技大学夏玉琼 原核生物翻译起始 : 2/3 再与 fmet-trna fmet 结合, 形成 30S 起始复合物 fmet-trna fmet 进入小亚基的 P 位点,tRNA 上的反密码子与 mrna 的起始密码子配对

10 10 西安电子科技大学夏玉琼 原核生物翻译起始 : 3/3 最后与 50S 大亚基结合, 形成 70S 起始复合物

11 11 西安电子科技大学夏玉琼 真核生物翻译起始 40S 小亚基首先与 Met-tRNAi Met 结合 再与模板 mrna 结合 最后与 60S 大亚基结合形成 80S 起始复合物 区别 起始 trna 不甲酰化, 是 Met-tRNAi Met 40S 小亚基通过帽子结合蛋白识别 5 帽子 40S 小亚基识别 mrna 上的起始密码子 ( 扫描模型 )

12 12 西安电子科技大学夏玉琼 40S 小亚基识别起始密码子的 扫描模型

13 13 西安电子科技大学夏玉琼 目录 蛋白质合成的生物学机制 氨基酸的活化翻译的起始肽链的延伸肽链的终止蛋白质前体的加工蛋白质的折叠蛋白质合成的抑制剂 蛋白质转运机制

14 14 西安电子科技大学夏玉琼 肽链的延伸 蛋白质延伸机制在原核生物和真核生物中非常相似 起始复合物生成, 第一个氨基酸与核糖体结合后, 肽链开始延伸 按照 mrna 密码子的排列, 氨基酸通过新生肽键的方式被有序地结合上去 肽链延伸由许多循环组成, 每加一个氨基酸就是一个循环 (AA-tRNA 与核糖体的结合 肽键的生成和移位 )

15 15 西安电子科技大学 夏玉琼 肽链的延伸 总图 1. 结合 2. 肽键生成 3. 移位

16 16 西安电子科技大学夏玉琼 后续 AA-tRNA 与核糖体的结合 模板上的密码子决定了哪种 AA-tRNA 被结 合到 A 位点上

17 17 西安电子科技大学夏玉琼 肽键的生成 AA-tRNA 占据 A 位点, fmet-trna fmet 占据 P 位点 AA-tRNA 与 fmettrna fmet 上的氨基酸生成 肽键

18 18 西安电子科技大学夏玉琼 肽键的生成 核糖体向 mrna3 端方向移动一个密码子

19 19 西安电子科技大学夏玉琼 目录 蛋白质合成的生物学机制 氨基酸的活化翻译的起始肽链的延伸肽链的终止蛋白质前体的加工蛋白质的折叠蛋白质合成的抑制剂 蛋白质转运机制

20 20 西安电子科技大学夏玉琼 肽链的终止 肽链延伸过程中, 当终止密码子 UAA, UAG 或 UGA 出现在核糖体的 A 位点时, 没有相应的 AA-tRNA 与之结合释放因子能识别这些终止密码子, 水解 P 位点上多肽链与 trna 之间的二酯键

21 21 西安电子科技大学夏玉琼 肽链的终止 释放因子

22 22 西安电子科技大学夏玉琼 释放因子 释放因子 I 类能识别终止密码子, 催化多肽链的解放 II 类刺激 I 类从核糖体解离 原核生物的释放因子 I 类 RFI 识别 UAG 和 UAA;RF2 识别 UGA 和 UAA II 类 RF3 与核糖体的解离有关 真核生物的释放因子 I 类 :erf1 能识别 UAG UAA 和 UGA II 类 :erf3

23 蛋白质翻译过程 : 循环 23 大 小亚基之间及其与 mrna 的结合, 翻译 mrna, 然后各自分离 西安电子科技大学夏玉琼

24 24 西安电子科技大学夏玉琼 目录 蛋白质合成的生物学机制 氨基酸的活化翻译的起始肽链的延伸肽链的终止蛋白质前体的加工蛋白质的折叠蛋白质合成的抑制剂 蛋白质转运机制

25 25 西安电子科技大学夏玉琼 蛋白质前体的加工 N 端 fmet 或 Met 的切除 : 脱甲酰化酶形成二硫键特定氨基酸的修饰 磷酸化 OH 的反应糖基化膜蛋白和分泌蛋白甲基化细胞质基质内乙酰化, 泛素化, 羟基化和羧基化等

26 26 西安电子科技大学夏玉琼 蛋白质前体的加工 切除非功能片段 胰岛素的生物合成

27 27 西安电子科技大学夏玉琼 目录 蛋白质合成的生物学机制 氨基酸的活化翻译的起始肽链的延伸肽链的终止蛋白质前体的加工蛋白质的折叠蛋白质合成的抑制剂 蛋白质转运机制

28 28 西安电子科技大学夏玉琼 蛋白质的折叠 所有新生肽链必须通过正确折叠才能形成动力学和热力学稳定的三维构象, 从而表现出生物学活性或功能 7a86977cf25bdfe685a8b5ac3537acba9c027da8

29 29 西安电子科技大学夏玉琼 分子伴侣 辅助新生肽链正确折叠的蛋白质, 防止或消除肽链的错误折叠, 本身不参与最终产物的形成 热休克蛋白促进自发折叠的蛋白正确折叠 伴侣素为非自发折叠的蛋白提供正确折叠的微环境

30 30 西安电子科技大学夏玉琼 热休克蛋白 HSP90a 肿瘤标志物 清华大学罗永章研究组首次发现该肿瘤标志物并自主研发了 Hsp90α 定量检测试剂盒, 已通过临床试验验证, 获得国家第三类 ( 最高类别 ) 医疗器械证书, 并通过欧盟认证, 获准进入中国和欧盟市场

31 31 西安电子科技大学夏玉琼 目录 蛋白质合成的生物学机制 氨基酸的活化翻译的起始肽链的延伸肽链的终止蛋白质前体的加工蛋白质的折叠蛋白质合成的抑制剂 蛋白质转运机制

32 32 西安电子科技大学夏玉琼 蛋白质合成的抑制剂 抗生素 阻止 mrna 与核糖体结合 : 氯霉素 阻止 AA-tRNA 与核糖体结合 : 四环素类 干扰 AA-tRNA 与核糖体结合 : 链霉素 新霉素和卡那霉素等 竞争性抑制剂抑制蛋白质的合成 : 嘌呤霉素 青霉素 四环素和红霉素只和原核细胞核糖体作用, 广泛应用于人类医学氯霉素和嘌呤霉素既能与原核细胞核糖体结合, 又能与真核细胞核糖体结合, 限制应用

33 33 西安电子科技大学夏玉琼 目录 蛋白质合成的生物学机制蛋白质转运机制 翻译 - 转运同步机制翻译后转运机制核定位蛋白的转运机制

34 34 西安电子科技大学夏玉琼 蛋白质跨膜转运的必要性 蛋白质使用位点 蛋白质合成位点

35 35 西安电子科技大学夏玉琼 蛋白质转运的分类 翻译 - 转运同步机制 某个蛋白质的合成和转运是同时发生的 翻译后转运机制 蛋白质从核糖体上释放后才发生转运 例子 分泌蛋白翻译转运同步机制细胞器发育翻译后转运机制膜的形成两种机制兼有

36 36 西安电子科技大学夏玉琼 目录 蛋白质合成的生物学机制蛋白质转运机制 翻译 - 转运同步机制翻译后转运机制核定位蛋白的转运机制

37 37 西安电子科技大学夏玉琼 翻译 - 转运同步机制 蛋白质定位的信息存在于蛋白质自身结构中, 通过与膜上特殊受体的相互作用得以表达 信号肽假说的基础

38 38 西安电子科技大学夏玉琼 信号肽假说 起始密码子后, 编码疏水性氨基酸序列的 RNA 区域 信号序列信号序列翻译成的多肽为信号肽信号序列在结合核糖体上合成后便与膜上特定受体发生相互作用, 产生通道, 允许这段多肽边合成边穿膜

39 39 西安电子科技大学夏玉琼 信号肽的特点 带有 个疏水氨基酸 N 端有 1 个或数个正电性氨基酸 C 端有数个极性氨基酸, 离切割位点最近的往往是 A 或 G

40 40 西安电子科技大学夏玉琼 信号肽在蛋白质运输过程中的作用 信号肽 ( 能启动蛋白质转运的任何一段多肽 ) 完整的信号肽是保证蛋白质转运的必要条件仅有信号肽还不足以保证蛋白质转运的发生信号序列的切除并不是转运所必需的并非所有的转运蛋白都有可降解的信号肽

41 41 西安电子科技大学夏玉琼 信号肽假说及其运输过程 SRP 受体 ( 又称 DP) ER 内腔 1. 信号识别蛋白 SRP 识别信号肽和核糖体, 多肽合成暂停 2. 停靠蛋白 DP 识别 SRP, 多肽合成继续 细胞质 信号肽 SRP 3. SRP 和 DP 形成膜孔道 辅助因子

42 42 西安电子科技大学夏玉琼 目录 蛋白质合成的生物学机制蛋白质转运机制 翻译 - 转运同步机制翻译后转运机制核定位蛋白的转运机制

43 43 西安电子科技大学夏玉琼 线粒体蛋白质跨膜转运 通过线粒体膜的蛋白质在转运之前大多数以前体形式存在 成熟蛋白质 +N 端前导肽 蛋白质通过线粒体内膜的转运需要能量 蛋白质通过线粒体内膜转运时, 首先由外膜上的 Tom 受体复合蛋白识别与分子伴侣结合的待转运多肽, 通过 Tom 和 Tim 组成的膜通道进入线粒体内腔

44 线粒体蛋白质跨膜转运 44 西安电子科技大学夏玉琼

45 45 西安电子科技大学夏玉琼 前导肽的特性 前导肽 富含正电氨基酸, 特别是精氨酸缺少带负点的氨基酸羟基氨基酸含量较高形成两亲性 α- 螺旋

46 前导肽的不同区域可能在蛋白质跨膜转运中起不同作用 外膜识别前导肽的 一部分 前导肽另一部分 信号 留于膜间 46 西安电子科技大学夏玉琼 线粒体内腔 内膜 膜间空间 前导肽被切除, 外膜 成熟蛋白定位于内腔

47 47 西安电子科技大学夏玉琼 叶绿体蛋白质的跨膜转运 叶绿体定位信号肽包括两部分 一部分决定该蛋白能否进入叶绿体基质另一部分决定该蛋白是否进入类囊体

48 48 西安电子科技大学夏玉琼 叶绿体蛋白质的跨膜转运 : 1/2 类囊体蛋白前体 细胞质 跨叶绿体膜转运 叶绿体外膜 信号肽 可溶性蛋白水解酶切除 第一部分跨膜信号肽 叶绿体内膜 基质

49 49 西安电子科技大学夏玉琼 叶绿体蛋白质的跨膜转运 : 2/2 基质 信号肽 切除第二部分信号肽 折叠 成熟类 囊体蛋白 类囊体膜 类囊体

50 50 西安电子科技大学夏玉琼 叶绿体蛋白质跨膜转运的特点 活性蛋白水解酶位于叶绿体基质内 鉴别翻译后转运的指标之一 叶绿体膜能特异地与叶绿体蛋白的前体结合叶绿体蛋白前体内可降解序列因植物和蛋白质种类不同而表现出明显的差异

51 51 西安电子科技大学夏玉琼 目录 蛋白质合成的生物学机制蛋白质转运机制 翻译 - 转运同步机制翻译后转运机制核定位蛋白的转运机制

52 52 西安电子科技大学夏玉琼 核定位蛋白的转运机制 : 必要性 核糖体蛋白需在细胞质中合成, 转运到细胞核, 在核仁中被装配成 40S 和 60S 核糖体亚基, 然后再转运回到细胞质中行使作为蛋白质合成机器的功能 RNA 聚合酶 DNA 聚合酶 组蛋白 拓扑异构酶 大量转录 复制调控因子都必须从细胞质进入细胞核正常发挥功能

53 53 西安电子科技大学夏玉琼 核定位蛋白的转运中涉及到的概念 核孔复合体 NPC nuclear pore complex 细胞核内外进行物质交换的主要通道 核定位序列 NLS nuclear localization signal 蛋白质要进入细胞核带有的特殊氨基酸序列 出核序列 NES nuclear export signal 蛋白质要离开细胞核带有的特殊氨基酸序列

54 54 西安电子科技大学夏玉琼 核定位序列 NLS 的特点 带正电荷的肽核心 短的富含碱性氨基酸的序列能与入核载体作用, 将蛋白质运进细胞核 与前导肽的区别 由含水的核孔通道来鉴别入核信号是蛋白质的永久性部分

55 55 西安电子科技大学夏玉琼 核定位蛋白的转运机制 核定位蛋白核转运因子 αβ 核定位蛋白的可溶性受体 细胞质 核膜 核孔复合物 核质

56 56 西安电子科技大学夏玉琼 细菌中蛋白质的跨膜转运 新翻译产生的蛋白质和分子伴侣 SecB 结合 新生蛋白 -SecB 被运送到细胞膜转运复合物 SecA-SecYEG 上 SecA 嵌入膜中 带动部分新生蛋白 SecA 变构 SecA 再嵌入膜中 带动部分新生蛋白

57 57 西安电子科技大学夏玉琼 小结 蛋白质的合成 : 翻译起始 肽链延伸 肽链终止蛋白质转运机制 : 信号肽 前导肽 核定位序列

58 58 西安电子科技大学夏玉琼 思考题 什么是信号肽? 它在序列组成上有什么特点? 有什么功能? 什么是核定位序列? 其主要功能是什么?

59 59 西安电子科技大学夏玉琼 下次课的内容 第五章分子生物学研究方法 ( 上 ) 5.1 DNA 重组技术 5.2 DNA 基本操作技术

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