考研生化 蛋白质的合成--翻译

临床医学考研--生化--翻译，分享了体系、原核、真核起始、翻译后加工修饰、翻译的靶向输送一分拣信号、翻译的干扰的知识。

翻译

• 体系
  • 原料：20+1编码氨基酸（直接参与蛋白质合成的有密码子的氨基酸）
    • *1–硒代半胱氨酸（特定情况下由UGA编码）：存在于谷胱甘肽过氧化酶、甲状腺素脱碘酶
      • 缺硒→硒蛋白的翻译在UGA停止，成为不完整（无功能）的蛋白质
    • *没有密码子的氨基酸
      • 不在人体蛋白质内：鸟氨酸、瓜氨酸、精氨酸代琥珀酸、同型半胱氨酸
      • 翻译后修饰形成：羟脯氨酸、羟赖氨酸、胱氨酸
  • 直接模板：mRNA
    • 密码子
      • 通用性、方向性、连续性、简并性、摆动性
    • 核糖体结合位点（RBS / SD序列）
      • • 原核mRNA起始AUG上游的AGGAGG
        • SD序列被16S rRNA通过碱基互补准确识别 → 翻译起始阶段mRNA、核糖体小亚基准确定位
    • 顺反子
  • 载体：tRNA
    • 二级（三叶草）结构
    • 氨（基）酰tRNA
      • *氨基酸的活化形式
      • 一种氨基酸通常与多种tRNA特异结合（mRNA密码子的简并性）
      • 一种tRNA只能转运一种特定氨基酸
        • eg.tRNA Try：特异转运酪氨酸的tRNA（摆动性决定简并性—一种tRNA识别多种密码子）
      • 氨酰tRNA合成酶决定氨基酸与tRNA结合的准确性（该酶对氨基酸和tRNA都有高度特异性、校对活性—水解酯键）
        • *tRNA3‘端的CCA-OH和氨基酸的—COOH形成酯键
  • 场所：核糖体（核蛋白体）
    • 构成：rRNA + 蛋白质
      • *总结核酶（催化小rRNA）
        • 转肽酶（肽酰基转移酶）：原核23S rRNA、真核28S rRNA
        • RNase P：切除前体tRNA5‘端多余核苷酸
        • 自身剪接内含子：组 I / II型
        • *含RNA的酶：核酶、端粒酶
    • 核糖体功能位点（原核、真核均有）
      • • • A（受）位：氨酰tRNA进位处
          • P（供）位：肽酰tRNA结合处
          • E（排）位：空载tRNA脱离核糖体前的暂时停留处、将释放tRNA
    • 多聚核糖体：一条mRNA上有多个核糖体，同时合成同一条多肽链，提高合成肽链的效率（每条多肽链的合成时间不缩短）
  • 蛋白因子
    • 原核生物
      • 起始因子（IF）
        • IF1：占据核糖体A位，防止氨酰tRNA过早进入A位
        • IF2（GTP酶）：促进起始氨酰tRNA进入核糖体P位
        • IF3：防止大小亚基过早结合；增强核糖体P位结合起始氨酰tRNA的特异性
      • 延长因子（EF）
        • EF-Tu（GTP酶）：促进氨酰tRNA进入核糖体A位
        • EF-Ts：EF-Tu的调节亚基
        • EF-G：促进转位（转位酶），促进空载tRNA从E位卸载
      • 终止（释放）因子（RF）
        • RF1：识别终止密码子UAA、UAG
        • RF2：识别终止密码子UAA、UGA
        • 诱导转肽酶→酯酶 →水解酯键—肽链释放
        • RF3（GTP酶）：RF1 / RF2使肽链从核糖体释放后，RF3使终止因子脱离核糖体
        • *对比终止子：DNA提供转录终止信号（富含GC和AT参与原核不依赖ρ因子的转录终止）
    • 真核生物
      • 起始因子：elF（多种）
      • 延长因子：eEF1α（类似EF-Tu）、eEF1βγ（类似EF-Ts）、eEF2（类似EF-G）
        • *真核生物有GTP酶活性的蛋白因子：eEF2、eEF5B、eEF1α、eRF
      • 终止因子：eRF
  • 能量
    • ATP
      • 主要参与氨基酸活化
        • 氨酰tRNA合成酶：高度特异性（多与编码氨基酸一一对应、校正活性（酯酶））
    • GTP
      • 提供翻译起始、延长（例外：成肽不耗能）、终止阶段能量
    • eg.延长
      • 氨基酸活化消耗2*高能磷酸键（ATP→AMP）；每生成一个肽键消耗2*GTP（进位、转位各1个）
        • *每生成一个肽键：消耗4*高能磷酸键
• 原核
  • 起始
    • 核糖体大小亚基分离
      • IF3：防止它们过早结合
      • IF1：占据A位以防止氨酰tRNA过早进入
    • mRNA将起始AUG所在部分准确定位在小亚基P位（两者准确结合依靠mRNA起始密码子上游的SD序列（AGGAGG））
      • *小亚基的16S rRNA和AGGAGG识别
    • IF2结合GTP，促进起始氨酰tRNA（fMet-tRNA fMet）进入小亚基P位；水解GTP →促进3种IF释放，大小亚基结合，形成翻译起始复合物（核糖体、mRNA、fMet-tRNA fMet）
  • 延长（狭义的核糖体循环）
    • 根据A位mRNA的密码子，氨酰tRNA合成酶催化tRNA与相应氨基酸结合（活化）→氨酰tRNA
    • • 进位：耗能
        • EF-Tu、EF-Ts帮助氨酰tRNA进入P位
      • 成肽：不耗能
        • 转肽酶催化P位的起始氨酰tRNA将fMet（羟基）转给A位的氨酰tRNA连的氨基酸（在A位形成肽键）
      • 转位：耗能
        • EF-G使核糖体向mRNA 3‘端移动一个密码子（3个核苷酸），空载tRNA进入E位 & 从核糖体脱落
    • *根据A位新的密码子，氨酰tRNA进入A位（进位）、转肽酶催化P位的肽酰-RNA转向A位（成肽）、核糖体再移动一个密码子（转位），不停重复“狭义核糖体循环”，使P位的肽酰tRNA不断延长（N → C端）
  • 终止
    • 当转位后A位出现终止密码子：RF识别并结合在A位
    • RF1 / 2诱导大亚基转肽酶 → 酯酶—水解P位上肽酰tRNA与tRNA 3‘端之间的酯键 → 肽链释放
    • RF3使终止因子脱离核糖体
    • mRNA、tRNA脱离核糖体，核糖体大小亚基分离
• 真核起始
  • 翻译起始复合物：80S
    • *对比原核：70S
  • 起始氨酰tRNA：Met-tRNAiMet
    • *对比原核：甲酰化（fMet-tRNA fMet）
  • 起始氨酰tRNA先结合核糖体（mRNA还未加工修饰好）
    • *对比原核：mRNA先结合核糖体
  • 起始因子
    • elF种类多
    • 小亚基先结合起始氨酰tRNA（没有甲酰化）再结合mRNA
  • GTP、ATP供能
    • *对比原核：GTP
  • mRNA准确定位核糖体：5’端帽子、 3‘端尾巴、elF 4B、elF 4F复合物（elF 4A、elF 4E（帽子结合蛋白）、elF4G）
    • *对比原核：SD序列
    • *注意
      • elF 4A：解开mRNA二级结构
      • elF 4E：结合mRNA帽子（限速步骤）
      • elF 4G：结合PABP / polyA结合蛋白
    • *帽子、尾巴
      • 防止脱帽酶、脱腺苷酸化酶攻击：保护mRNA不被核酸外切酶降解
      • 帮助mRNA从细胞核转移到细胞质
      • 参与调控翻译起始阶段
      • 尾巴长度与mRNA寿命正相关（反映mRNA作为翻译模板的活性）
• 翻译后加工修饰
  • 修饰一级结构
    • 水解新生肽链
      • 去除
        • N-甲硫氨酸
        • N-甲酰甲硫氨酸
        • N-甲酰基，保留甲硫氨酸
        • 分泌蛋白质、跨膜蛋白质N端信号肽
        • C端氨基酸
        • 部分肽段（酶原激活）
        • *某些肽链经水解后可产生多种小分子活肽
    • 氨基酸的化学修饰
      • 甲基化
      • 乙酰化：赖氨酸、丝氨酸
      • 羟基化：赖氨酸、脯氨酸
      • 糖基化
      • 磷酸化：酪氨酸、苏氨酸、丝氨酸
        • *磷酸化一般针对氨基酸
        • eg.细胞信号转导：酪氨酸激酶、丝苏氨酸激酶
      • 形成二硫键（修饰一级 / 空间结构）
        • 半胱氨酸→胱氨酸
        • *总结
          • 氨基酸的化学修饰：甲乙羟糖硫磷酸化
          • 酶的化学修饰：甲乙腺硫磷酸化
  • 修饰空间结构
    • 多肽链的化学修饰（折叠）
      • 分子伴侣
        • 热激蛋白70（热休克蛋白 / HSP70）
          • 使某些跨膜蛋白质在转运至膜前保持非折叠状态
          • 避免新生肽链过早折叠
          • 避免蛋白质因高温变性从而发生聚集
          • 解开多肽链聚集（清除错误折叠的肽链中间物）
        • 伴侣蛋白（真核—HSP60、原核—GroE）
          • 提供正确折叠微环境
      • 异构酶
        • 形成正确二硫键（二硫键异构酶）
        • 肽链在脯氨酸弯折处正确折叠（肽脯氨酰基顺反异构酶）
          • *常存在于β-转角的氨基酸：脯氨酸
    • 亚基聚合、辅基连接
• 翻译的靶向输送—分拣信号
  • eg.
    • 分泌蛋白、跨膜蛋白
      • 分拣信号：信号肽（在N端）
    • 内质网蛋白（eg.分子伴侣）
      • 分拣信号：内质网滞留信号（在C端）
    • 核蛋白质
      • 分拣信号：核定位序列（位置不固定）
  • 信号肽参与的靶向输送
    • 胞质小RNA（scRNA） + 蛋白质 → 信号识别颗粒（SRP）→ 识别信号肽 → 引导信号肽的蛋白质进入内质网继续合成
• 翻译的干扰
  • 针对原核、真核
    • 伊短菌素（抗病毒药）：抑制翻译起始复合物
      • *总结作用于小亚基的
        • 伊短菌素
        • 结合原核30S亚基
          • 氨基糖苷类（卡那 / 巴龙霉素 / 新霉素 / 链霉素）：读码错误
          • 四环素：抑制进位
          • 大观霉素：抑制转位
      • *总结作用于蛋白因子的
        • 伊短菌素
        • 白喉毒素
        • 黄色霉素、粉霉素：EF-Tu
          • 记忆：黄粪土
        • 夫西地酸、微球菌素：EF-G
          • 记忆：抚慰金
        • 干扰素
          • 抑制elF2（诱导elF2磷酸化失活）
          • 降解病毒mRNA（间接激活核酸内切酶）
    • 嘌呤霉素（抗肿瘤药）：抑制成肽（与酪氨酸tRNA结构相似，取代它进位）
  • 只针对真核
    • 毒素
      • 白喉毒素：使eEF2糖基化失活
      • 蓖麻毒蛋白：降解28S rRNA—使真核60S亚基失活
        • *总结：作用于大亚基的
          • 真核
            • 蓖麻毒蛋白、放线菌酮
          • 原核
            • 氯霉素、林可霉素、红霉素：结合原核生物50S亚基—抑制成肽
    • 放线菌酮：结合真核60S亚基—抑制成肽