蛋白质的生物合成

蛋白质的生物合成思维导图，本图整理了RNA在蛋白质合成中的作用、蛋白质生物合成过程、蛋白质合成后修饰加工、蛋白质合成的干扰与抑制的知识点，需要的自行下载。

蛋白质的生物合成

• （一）RNA在蛋白质合成中的作用
  • 一、翻译模板mRNA及遗传密码
    • 1.翻译模板mRNA
      • 1.5-端非翻译区
      • 2.开放阅读框架ORF
        • 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
      • 3.3-端非翻译区
    • 2. 遗传密码
      • 特点
        • 方向性
          • 第3位决定特异性
          • 按照5→3方向 编码肽链N-C端
        • 连续性
          • 移码突变的前提
        • 简并性
          • 64个密码子 61个编码20种氨基酸
        • 通用性
          • 细菌 人类共用一套遗传密码
        • 摆动性
          • mRNA（密码子）第3位与tRNA（反密码子）第1位碱基不严格配对
          • G-U的意外交联+I可与AUC配对
      • 特例
        • 起始密码（AUG/如果位于中间 为甲硫氨酸
        • 终止密码（UAA UAG UGA
        • 只有一个密码子（甲硫氨酸AUG/色氨酸UGG
        • 无遗传密码（羟脯氨酸/羟赖氨酸
  • 二、tRNA和氨基酰-tRNA
    • 1.tRNA
      • 不止20种
      • I.分子3′端均为CCA序列带羟基(氨基酸臂）
      • II.通过酯键与氨基酸结合而携带氨基酸，在合成过程中起关键作用
      • III.tRNA构象
        • 3端氨基酸臂连接氨基酸
        • 反密码环连接RNA
    • 2.氨基酰-tRNA
      • I.散的氨基酸结合到3端，经特异的氨基酰-tRNA合成酶催化
        • 氨基酸先结合AMP
        • 氨基酰-AMP再结合tRNA
        • ATP-AMP消耗2分子高能磷酸键
      • II.起始氨基酰-tRNA
        • 原核生物：fMet-tRNAfMet
          • N-甲酰甲硫氨酸
        • 真核生物：Met-tRNAiMet
          • 甲硫氨酸
  • 三、rRNA和翻译场所核糖体
    • 1. rRNA和多种蛋白质组成
    • 2.核糖体在翻译中功能位点
      • A位
        • 氨酰位（结合氨酰-tRNA
      • P位
        • 肽酰位（结合肽酰-tRNA
      • E位
        • 脱落位（释放tRNA
    • 3. 分类
      • 原核：70s（30s/50s）
      • 真核：80s（40s/60s）
• （二）蛋白质生物合成过程
  • 一、参与多肽合成物质
    • 需要200多种物质参加，除了原料氨基酸，mRNA、tRNA和rRNA这三种RNA，还需要多种酶、蛋白质因子、无机离子及供能物质等
    • 原核蛋白质因子
      • 具体功能见p355
      • RR（核蛋白体释放因子
      • IF（起始因子
      • EF（延长因子
      • RF（释放因子
      • 真核eIF/EF/RF
  • 二、翻译的起始
    • 1.核糖体大小亚基分离
      • 需要起始因子IF-1（E）、IF-3（A）
    • 2.核糖体16S小亚基附着于mRNA的起始信号部位
      • 识别机制
        • S-D序列，又称核糖体结合序列RBS。RNA与RNA之间的识别。
        • 为mRNA起始密码子上游序列 与30S小亚基内部16S rRNA 3'端互补
        • 还有一段短核苷酸序列，可被小亚基蛋白rpS-1识别并结合。 RNA与氨基酸之间的识别。≠S-D序列
        • 真核生物翻译无需S-D序列
        • 使AUG与P位点相对应
    • 3. fMet-tRNAfMet结合在核糖体P位
      • 需要IF-2 （IF2带着GTP）
      • A位被IF-3占据 不结合氨酰tRNA
    • 4.核糖体大亚基结合形成起始复合物
      • IF-2水解GTP →IF-3/IF-1与核糖体分离→大小亚基结合
  • 三、多肽链合成的延长
    • 概述：多肽链延长是在核糖体上连续循环进行，所以又称为核糖体循环。延长阶段，每形成一个肽键要经过进位、成肽、转位三个步骤，肽链因此延长了一个氨基酸，如此反复直至肽链合成终止。
    • 1.进位
      • 氨基酰-tRNA识别密码子，进入核糖体的A位。该过程需EF-Tu水解GTP.（消耗能量
    • 2.成肽
      • P位上fMet的酰基与A位上氨酰-tRNA的氨基进行反应，形成肽键 反应在A位进行
      • 转肽酶（位于大亚基 核酶而非蛋白质！
        • 转肽酶 原核23rRNA 真核28rRNA
    • 3.转位
      • 移位是在A位上的二肽连同mRNA从A位进入P位，需要GTP参加，由转位酶催化。EF-G具有转位酶活性
        • 核糖体运动 造成的相对运动
    • 生成一个肽键消耗四个高能磷酸键
      • 不包括起始复合物形成
      • 氨基酸活化 ATP(2高能磷酸键）
      • 翻译起始复合物形成 2GTP
      • 延长
        • 进位 GTP
        • 成肽 不需要
        • 转位 GTP
  • 四、多肽链合成的终止
    • 嘌呤霉素提前终止
    • 原核生物有RF-1、RF-2、RF-3（GTPase活性）三种释放因子，真核生物只有一种释放因子eRF
    • 终止密码子不被任何tRNA识别 只有RF可以
      • 触发核糖体构象改变 释放肽链
• （三）蛋白质合成后修饰加工
  • 一、新生肽链的折叠
    • 1.分子伴侣
      • 热激蛋白HSP70
      • 伴侣蛋白
      • 帮助新生蛋白折叠成具有空间构向的蛋白质
    • 2.异构酶
      • 蛋白质二硫键异构酶
        • 肽链间/内形成二硫键
      • 肽酰-脯氨酸顺反异构酶
        • 脯氨酸残基在弯折处形成正确折叠
  • 二、一级结构的修饰
    • 水解修饰
      • 最常见的修饰方式
      • 肽链末端水解加工
        • 氨基端修饰—去甲酰基、去甲硫氨酸
      • 肽链水解产生多种功能肽
        • 酶原的激活
    • 化学修饰
      • 磷酸化修饰（丝酪苏）、羟基化修饰（赖脯）、糖基化修饰、甲基化、乙酰化、硒化（cys）
      • 改变蛋白质的溶解度 稳定性 亚细胞定位
  • 三、高级结构的修饰
    • 亚基聚合
      • 多个亚基非共价键连接 形成寡聚体 4级结构
        • 同工酶亚基聚合
    • 辅基连接
      • 结合酶蛋白连接辅基
  • 四、蛋白质合成后的靶向分送
    • 蛋白质合成后定向输送到其发挥作用的特定细胞部位的现象
    • 靶向分送的蛋白质一级结构中都存在信号序列：有的在肽链的N-端， 有的在C-端，有的在肽链内部，有的在分送完成后切除，有的保留
• （四）蛋白质合成的干扰与抑制
  • 抗生素抑制蛋白质合成
    • • 大红 大绿 大林 大放-大亚基
      • 注意影响真核生物合成的--嘌呤霉素
  • 其他物质干扰合成
    • 白喉毒素
      • 使真核生物延长因子eEF2发生ADP-核糖基化失活,抑制蛋白质合成
        • 真核生物
    • 蓖麻蛋白
      • 使核糖体的大亚基28S rRNA降解失活
        • 真核生物
    • 干扰素
      • ①活化蛋白激酶，使真核生物起始因子elF-2磷酸化而失活，从而抑制病毒蛋白质的合成
      • ②诱导生成寡核苷酸，活化RNase L核酸内切酶，降解病毒mRNA,阻断病毒蛋白质合成
      • 病毒
• 蛋白质+核酸的结构
  • 染色体：DNA+组蛋白=核小体（核心颗粒 H1）
  • 端粒（DNA+蛋白质）/端粒酶(RNA+蛋白质）

蛋白质的生物合成

• （一）RNA在蛋白质合成中的作用
  • 一、翻译模板mRNA及遗传密码
    • 1.翻译模板mRNA
      • 1.5-端非翻译区
      • 2.开放阅读框架ORF
        • 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
      • 3.3-端非翻译区
    • 2. 遗传密码
      • 特点
        • 方向性
          • 第3位决定特异性
          • 按照5→3方向 编码肽链N-C端
        • 连续性
          • 移码突变的前提
        • 简并性
          • 64个密码子 61个编码20种氨基酸
        • 通用性
          • 细菌 人类共用一套遗传密码
        • 摆动性
          • mRNA（密码子）第3位与tRNA（反密码子）第1位碱基不严格配对
          • G-U的意外交联+I可与AUC配对
      • 特例
        • 起始密码（AUG/如果位于中间 为甲硫氨酸
        • 终止密码（UAA UAG UGA
        • 只有一个密码子（甲硫氨酸AUG/色氨酸UGG
        • 无遗传密码（羟脯氨酸/羟赖氨酸
  • 二、tRNA和氨基酰-tRNA
    • 1.tRNA
      • 不止20种
      • I.分子3′端均为CCA序列带羟基(氨基酸臂）
      • II.通过酯键与氨基酸结合而携带氨基酸，在合成过程中起关键作用
      • III.tRNA构象
        • 3端氨基酸臂连接氨基酸
        • 反密码环连接RNA
    • 2.氨基酰-tRNA
      • I.散的氨基酸结合到3端，经特异的氨基酰-tRNA合成酶催化
        • 氨基酸先结合AMP
        • 氨基酰-AMP再结合tRNA
        • ATP-AMP消耗2分子高能磷酸键
      • II.起始氨基酰-tRNA
        • 原核生物：fMet-tRNAfMet
          • N-甲酰甲硫氨酸
        • 真核生物：Met-tRNAiMet
          • 甲硫氨酸
  • 三、rRNA和翻译场所核糖体
    • 1. rRNA和多种蛋白质组成
    • 2.核糖体在翻译中功能位点
      • A位
        • 氨酰位（结合氨酰-tRNA
      • P位
        • 肽酰位（结合肽酰-tRNA
      • E位
        • 脱落位（释放tRNA
    • 3. 分类
      • 原核：70s（30s/50s）
      • 真核：80s（40s/60s）
• （二）蛋白质生物合成过程
  • 一、参与多肽合成物质
    • 需要200多种物质参加，除了原料氨基酸，mRNA、tRNA和rRNA这三种RNA，还需要多种酶、蛋白质因子、无机离子及供能物质等
    • 原核蛋白质因子
      • 具体功能见p355
      • RR（核蛋白体释放因子
      • IF（起始因子
      • EF（延长因子
      • RF（释放因子
      • 真核eIF/EF/RF
  • 二、翻译的起始
    • 1.核糖体大小亚基分离
      • 需要起始因子IF-1（E）、IF-3（A）
    • 2.核糖体16S小亚基附着于mRNA的起始信号部位
      • 识别机制
        • S-D序列，又称核糖体结合序列RBS。RNA与RNA之间的识别。
        • 为mRNA起始密码子上游序列 与30S小亚基内部16S rRNA 3'端互补
        • 还有一段短核苷酸序列，可被小亚基蛋白rpS-1识别并结合。 RNA与氨基酸之间的识别。≠S-D序列
        • 真核生物翻译无需S-D序列
        • 使AUG与P位点相对应
    • 3. fMet-tRNAfMet结合在核糖体P位
      • 需要IF-2 （IF2带着GTP）
      • A位被IF-3占据 不结合氨酰tRNA
    • 4.核糖体大亚基结合形成起始复合物
      • IF-2水解GTP →IF-3/IF-1与核糖体分离→大小亚基结合
  • 三、多肽链合成的延长
    • 概述：多肽链延长是在核糖体上连续循环进行，所以又称为核糖体循环。延长阶段，每形成一个肽键要经过进位、成肽、转位三个步骤，肽链因此延长了一个氨基酸，如此反复直至肽链合成终止。
    • 1.进位
      • 氨基酰-tRNA识别密码子，进入核糖体的A位。该过程需EF-Tu水解GTP.（消耗能量
    • 2.成肽
      • P位上fMet的酰基与A位上氨酰-tRNA的氨基进行反应，形成肽键 反应在A位进行
      • 转肽酶（位于大亚基 核酶而非蛋白质！
        • 转肽酶 原核23rRNA 真核28rRNA
    • 3.转位
      • 移位是在A位上的二肽连同mRNA从A位进入P位，需要GTP参加，由转位酶催化。EF-G具有转位酶活性
        • 核糖体运动 造成的相对运动
    • 生成一个肽键消耗四个高能磷酸键
      • 不包括起始复合物形成
      • 氨基酸活化 ATP(2高能磷酸键）
      • 翻译起始复合物形成 2GTP
      • 延长
        • 进位 GTP
        • 成肽 不需要
        • 转位 GTP
  • 四、多肽链合成的终止
    • 嘌呤霉素提前终止
    • 原核生物有RF-1、RF-2、RF-3（GTPase活性）三种释放因子，真核生物只有一种释放因子eRF
    • 终止密码子不被任何tRNA识别 只有RF可以
      • 触发核糖体构象改变 释放肽链
• （三）蛋白质合成后修饰加工
  • 一、新生肽链的折叠
    • 1.分子伴侣
      • 热激蛋白HSP70
      • 伴侣蛋白
      • 帮助新生蛋白折叠成具有空间构向的蛋白质
    • 2.异构酶
      • 蛋白质二硫键异构酶
        • 肽链间/内形成二硫键
      • 肽酰-脯氨酸顺反异构酶
        • 脯氨酸残基在弯折处形成正确折叠
  • 二、一级结构的修饰
    • 水解修饰
      • 最常见的修饰方式
      • 肽链末端水解加工
        • 氨基端修饰—去甲酰基、去甲硫氨酸
      • 肽链水解产生多种功能肽
        • 酶原的激活
    • 化学修饰
      • 磷酸化修饰（丝酪苏）、羟基化修饰（赖脯）、糖基化修饰、甲基化、乙酰化、硒化（cys）
      • 改变蛋白质的溶解度 稳定性 亚细胞定位
  • 三、高级结构的修饰
    • 亚基聚合
      • 多个亚基非共价键连接 形成寡聚体 4级结构
        • 同工酶亚基聚合
    • 辅基连接
      • 结合酶蛋白连接辅基
  • 四、蛋白质合成后的靶向分送
    • 蛋白质合成后定向输送到其发挥作用的特定细胞部位的现象
    • 靶向分送的蛋白质一级结构中都存在信号序列：有的在肽链的N-端， 有的在C-端，有的在肽链内部，有的在分送完成后切除，有的保留
• （四）蛋白质合成的干扰与抑制
  • 抗生素抑制蛋白质合成
    • • 大红 大绿 大林 大放-大亚基
      • 注意影响真核生物合成的--嘌呤霉素
  • 其他物质干扰合成
    • 白喉毒素
      • 使真核生物延长因子eEF2发生ADP-核糖基化失活,抑制蛋白质合成
        • 真核生物
    • 蓖麻蛋白
      • 使核糖体的大亚基28S rRNA降解失活
        • 真核生物
    • 干扰素
      • ①活化蛋白激酶，使真核生物起始因子elF-2磷酸化而失活，从而抑制病毒蛋白质的合成
      • ②诱导生成寡核苷酸，活化RNase L核酸内切酶，降解病毒mRNA,阻断病毒蛋白质合成
      • 病毒
• 蛋白质+核酸的结构
  • 染色体：DNA+组蛋白=核小体（核心颗粒 H1）
  • 端粒（DNA+蛋白质）/端粒酶(RNA+蛋白质）