生物信息的传递-从MRNA到蛋白质.ppt

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1、第四章 生物信息的传递（下）从mRNA到蛋白质,第四章 生物信息的传递（下）从mRNA到蛋白质,1、遗传密码2、tRNA3、核糖体4、蛋白质合成的生物学机制5、蛋白质运转机制,蛋白质是生物信息通路上的终产物，一个活细胞在任何发育阶段都需要数千种不同的蛋白质。因此，活细胞内时刻进行着各种蛋白质的合成、修饰、运转和降解反应。翻译是指将mRNA链上的核苷酸从一个特定的起始位点开始，按每3个核苷酸代表一个氨基酸的原则，依次合成一条多肽链的过程。,2023/9/18,3,在翻译过程中：核糖体是蛋白质合成的场所。mRNA是蛋白质合成的模板。转移RNA(transfer RNA，tRNA)是模板与氨基酸之间

2、的接合体。在合成的各个阶段有许多蛋白质、酶和其他生物大分子参与。,4,翻译过程的特点：蛋白质合成是一个需能反应，要有各种高能化合物的参与。细胞用来进行合成代谢的总能量的90%消耗在蛋白质合成过程中。在真核生物细胞核内合成的mRNA，要运送到细胞质，才能翻译生成蛋白质。蛋白质合成速度很高。大肠杆菌只需要5s就能合成一条由100个氨基酸组成的多肽。,2023/9/18,5,蛋白质的生物合成步骤:,(1)翻译的起始:核糖体与mRNA结合并与氨酰-tRNA生成起始复合物。(2)肽链的延伸:由于核糖体沿mRNA5端向3端移动，开始了从N端向C端的多肽合成，这是蛋白质合成过程中速度最快的阶段。(3)肽链的

3、终止及释放:核糖体从mRNA上解离，准备新一轮合成反应。,第1节 遗传密码,贮存在DNA上的遗传信息通过mRNA传递到蛋白质上。mRNA与蛋白质之间的联系是通过遗传密码的破译来实现的。The genetic code is the correspondence between the sequence of the four bases in nucleic acids and the sequence of the 20 amino acids in proteins.mRNA上每3个核苷酸翻译成蛋白质多肽链上的一个氨基酸，这3个核苷酸称为密码，也叫三联子密码。Triplets:43=64,

4、amino acids:20(degenerate)翻译时从起始密码子AUG开始，沿着mRNA5 3的方向连续阅读密码子，直至终止密码子为止，生成一条具有特定序列的多肽链蛋白质。,2023/9/18,7,遗传密码表,1.三联子密码及其破译 构想：1954年，物理学家George Gamov 首先对遗传密码进行了探讨：41=4、42=16：编码的 aa 数目小于20种aa，显然不可能。43=64：在四种核苷酸条件下，64能满足于20种aa编码的最小数。44=256：虽能保证20种 aa 编码，但不符合生物体在亿万年进化过程中形成并遵循的经济原则。证明：在模板mRNA中插入或删除一个碱基，会改变该

5、密码子以后全部氨基酸序列。若同时对模板进行插入和删除试验，插入和删除的碱基数一样，后续密码子序列就不会变化，翻译得到的后续的蛋白质序列就保持不变。如果同时删去3个核苷酸，翻译产生少一个氨基酸的蛋白质，序列不发生变化。,密码破译方法:在体外无细胞蛋白质合成体系中加入人工合成的均聚物、随机共聚物和特定序列的共聚物为模板；aa-tRNA与确定的三核苷酸序列结合（核糖体结合技术）。,2023/9/18,10,（1）Marshall Nirenberg(1961),共聚物为模板,密码子的破译(1968.nobel prize),共聚物实验,（2）M.Nirenberg 1399),In vitro,tR

6、NAaaRibosomeNitrocellulose filter,UCU(trinucleotide),核糖体结合实验,把已结合到核糖体上的aa-tRNA与未结合的aa-tRNA分开。,每次只有一种被C14标记,（3）Stop codon 的证实,61个codons被破译，(仅剩UAA,UAG,UGA？),Brenner(1961)获得T4 phage 头部蛋白基因的琥珀突变（amber）证明:突变体头部蛋白较野生型的变短 推测:头部蛋白基因发生了终止突变，使蛋白质合成中断。,Garen(1965)获得，E.coli 碱性磷酸酯酶基因（phoA）Amber突变株的大 量回复突变株 分析；回复

7、突变株中对应“回复”的氨基酸,Stop codon 的证实,发生终止突变的原氨基酸 Trp(UGG),Ser:UCG,UCC,UCA,UCU,AGU,AGCLeu:UUG,UUA,CUU,CUC,CUA,CUGTyr:UAU,UACLys:AGG,AAAGln:CAG,CAAGlu:GAG,GAA,证明：终止突变密码为 UAG(amber 琥珀突变),UAA(ocher 赭色突变)UGA(opal 蛋白石突变),?!,回复突变的氨基酸和密码,2.遗传密码的性质密码的连续性。起始密码子决定所有后续密码子的位置。,2023/9/18,16,密码的简并性。由一种以上密码子编码同一个氨基酸的现象称为简

8、并(degeneracy)，对应于同一种氨基酸的几个密码子称为同义密码子（synonymous coden）。,2023/9/18,17,同义密码子第一、二第位核苷酸往往是相同的，而第三位核苷酸的改变不一定影响所编码的氨基酸。一般说来，编码某一氨基酸的密码子越多，该氨基酸在蛋白质中出现的频率也越高（精氨酸例外）。,2023/9/18,18,密码的普遍性与特殊性。密码子表是具有普遍性的，适用于一切生物，但也有些特殊情况。,2023/9/18,19,密码子与反密码子的相互作用。在密码子与反密码子的配对中，前两对严格遵守碱基配对原则，第三对碱基有一定的自由度，可以摆动，因而使某些tRNA可以识别1个

9、以上的密码子-摆动假说（wobble hypothesis）。,R,ORFs,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，各个三联体密码连续排列编码一个蛋白质多肽链，称为开放阅读框架(open reading frame,ORF)。An ORF is a suspected coding region.,第2节 tRNA,tRNA在蛋白质合成中处于关键地位。,2023/9/18,21,tRNA不仅为每个三联密码子翻译成氨基酸提供了接合体，还为准确无误地将所需氨基酸运送到核糖体上提供运送载体，它又被称为第二遗传密码。特点：存在经过特殊修饰的碱基，3端都以CCA-OH结束，这

10、是其氨基酸结合位点。,2023/9/18,22,1.tRNA的结构(1)二级结构由于小片段碱基互补配对，形成三叶草形的二级结构。三叶草形tRNA分子上有4条根据它们的结构或已知功能命名的手臂：受体臂：链两端碱基序列互补形成的杆状结构；3端有未配对的34个碱基；3端的CCA，最后一个碱基2羟基可被氨酰化。TC臂：其中表示拟尿嘧啶，是tRNA分子所拥有的不常见核苷酸。反密码子臂：位于套索中央，有三联反密码子。D臂：含有二氢尿嘧啶。,2023/9/18,23,2023/9/18,24,tRNA 二级结构,2023/9/18,25,最常见tRNA有76个碱基。所有tRNA含7495个核苷酸。tRNA长

11、度的不同主要是由其中的两条手臂引起。在D臂中存在多至3个可变核苷酸位点。tRNA分子中最大的变化发生多余臂上。一类是只含有一条仅为35个核苷酸的多余臂的tRNA，占所有tRNA的75%；一类是有较大多余臂的tRNA，包括杆状结构上的5个核苷酸和套索结构上的311个核苷酸。,2023/9/18,26,(2)三级结构tRNA三级结构都呈L形折叠式tRNA的三级结构与氨酰-tRNA合成酶对tRNA的识别有关。,2.tRNA的功能翻译阶段遗传信息从mRNA转移到结构极不相同的蛋白质分子，信息是以能被翻译成单个氨基酸的三联体密码子形式存在的，这里起作用的是tRNA的解码机制。氨基酸在合成蛋白质之前先通过

12、AAtRNA合成酶活化，在消耗ATP的情况下结合到tRNA上，生成有活性的AAtRNA，由AA tRNA上的反密码子与mRNA上的密码子相互识别并配对，将AA带到mRNA-核糖体复合物上，插入到正在合成的多肽链的适当位置上。,2023/9/18,27,3.tRNA的种类起始tRNA和延伸tRNA。一类能特异地识别mRNA模板上起始密码子的tRNA叫起始tRNA（原核生物起始tRNA携带甲酰甲硫氨酸）。其他tRNA统称为延伸tRNA。同工tRNA。几个代表相同氨基酸的tRNA称为同工tRNA。校正tRNA。分两类：无义突变的校正tRNA和错义突变的校正tRNA。均通过改变其反密码子区校正突变而依

13、然合成原氨基酸。,2023/9/18,28,2023/9/18,29,无义突变和错义突变的校正,4.氨酰-tRNA合成氨酰-tRNA合成酶是一类催化氨基酸与tRNA结合的特异性酶。其反应包括两步:氨基酸活化生成酶-氨酰腺苷酸复合物。AA+ATP+酶(E)EAAAMP+PPi氨酰基转移到tRNA3末端腺苷残基的2或3羟基上 EAAAMP+tRNA AAtRNA+E+AMP,2023/9/18,30,蛋白质合成的真实性主要决定于tRNA能否把正确的氨基酸放到新生多肽链的正确位置上，而这一步主要决定于AAtRNA合成酶是否使氨基酸与对应的tRNA相结合。AA-tRNA合成酶既要能识别tRNA，又要能

14、识别氨基酸，它对两者都具有高度的专一性。,2023/9/18,31,第3节 核糖体,生物细胞内，核糖体像一个能沿mRNA模板移动的工厂，执行着蛋白质合成的功能。,2023/9/18,32,核糖体是由几十种蛋白质和几种核糖体组成的亚细胞颗粒。一个细菌细胞内约有20000个核糖体，而真核细胞内可达106个。,核糖体是一个致密的核糖核蛋白颗粒，可以解离为大小两个亚基，大亚基约为小亚基相对分子质量的二倍。每个亚基都含有一个分子质量较大的rRNA和许多蛋白质分子。这些大分子rRNA能在特定位点与蛋白质结合，从而完成核糖体不同亚基的组装。原核生物核糖体由约2/3的RNA及1/3的蛋白质组成。真核生物核糖体

15、中RNA占3/5，蛋白质占2/5。,2023/9/18,33,1.核糖体的结构原核生物、真核生物细胞质及细胞器中的核糖体存在着很大差异。如下图：,2023/9/18,34,2023/9/18,35,大肠杆菌核糖体小亚基由21种蛋白质组成，分别用S1S21表示，大亚基由36种蛋白质组成，分别用L1L36表示。真核生物细胞核糖体蛋白质中，大亚基含有49种蛋白质，小亚基有33种蛋白质，它们的相对分子质量在81034.0104之间。,2023/9/18,36,在高倍电镜下得到的原核生物70S核糖体大、小亚基相结合的模型，核糖体分子可容纳两个tRNA和约40bp长的mRNA。,2023/9/18,37,

16、核糖体有三个tRNA结合位点，位于大小亚基交界面,其中，A位点（氨酰基位点，与新掺入的氨酰tRNA结合）；P位点（肽酰基位点，与延伸中的酰肽tRNA结合）；E位点（肽酰转移后即释放tRNA位点）。tRNA的移动顺序是：A位点-P位点-E位点。,2023/9/18,40,2.核糖体的功能核糖体存在于每个细胞中进行蛋白质的合成。尽管在不同生物体内其大小有别，但组织结构基本相同，而且执行的功能完全相同。核糖体包括5个以上活性中心，即：mRNA结合部位；接受AA-tRNA部位(A位)；结合肽基tRNA的部位(P位)；肽基转移部位；形成肽键的部位(转肽酶中心)。此外，还有负责肽链延伸的各种延伸因子的结合

17、位点。,2023/9/18,41,核糖体小亚基负责对模板mRNA进行序列特异性识别，如起始部分的识别、密码子与反密码子的相互作用等，mRNA的结合位点也在小亚基上。,大亚基负责携带AA-tRNA、肽键的形成、AA-tRNA与肽链的结合、A位、P位、转肽酶中心等在大亚基上。,2023/9/18,42,核糖体在体内及体外都可解离为亚基或结合成70S/80S的颗粒。在翻译的起始阶段需要游离的亚基，随后才结合成70S/80S颗粒，开始翻译进程。肽链释放后，核糖体脱离mRNA解聚成亚基，直接参与另一轮蛋白质的合成。,第四节 蛋白质合成机制,蛋白质合成是一个需能反应。真核生物中可能有近300种生物大分子参

18、与蛋白质的生物合成，这些组分约占细胞干重的35%。细胞用来进行合成代谢总能量的90%消耗在蛋白质合成过程中。蛋白质的生物合成包括：氨基酸活化肽链的起始、延伸、终止新合成多肽链的折叠和加工,2023/9/18,43,1.氨基酸活化氨基酸是生物合成蛋白质的原料，氨基酸在氨酰-tRNA合成酶的作用下生成活化氨基酸AA-tRNA才能被准确地运送到核糖体中，参与多肽链的起始或延伸。氨基酸活化反应包括两步:氨基酸活化生成酶-氨酰腺苷酸复合物。AA+ATP+酶(E)EAAAMP+PPi氨酰基转移到tRNA3末端腺苷残基的2或3羟基上EAAAMP+tRNA AAtRNA+E+AMP,2023/9/18,44,

19、2023/9/18,45,20种氨基酸的结构,tRNA与相应氨基酸的结合是蛋白质合成中的关键步骤，只有tRNA携带了正确的氨基酸，多肽合成的准确性才有保障。在细菌中，起始氨基酸是甲酰甲硫氨酸；所以，与核糖体小亚基相结合的是N-甲酰甲硫氨酰-tRNAfMet，可以与延伸中的Met-tRNAMet区分开。真核生物中，多肽合成是从生成甲硫氨酰tRNAiMet开始的，体内存在两种tRNAMet。只有甲硫氨酰tRNAiMet能与40S小亚基相结合，起始肽链合成，普通tRNAMet携带的甲硫氨酸只能被掺入正在延伸的肽链中。,2023/9/18,46,2.翻译的起始细菌中翻译的起始需要如下7种成分:30S小

20、亚基，模板mRNA，fMet-tRNAfMet，3个翻译起始因子（IF-l、IF-2和IF-3），GTP，50S大亚基，Mg2。,2023/9/18,47,2023/9/18,48,翻译起始又可被分成3步：30S小亚基与翻译起始因子IF-l，IF-3的作用下通过mRNA 的SD序列与之相结合；在IF-2和GTP的帮助下，fMet-tRNAfMet进入小亚基的P位，tRNA上的反密码子与mRNA上的起始密码子配对；带有tRNA、mRNA及3个翻译起始因子的小亚基复合物与50S大亚基结合；然后，释放翻译起始因子。,2023/9/18,49,2023/9/18,50,30S亚基具有专一性的识别和选择

21、mRNA起始位点的性质，而IF-3能协助该亚基完成这种选择。30S亚基通过其16S rRNA的3端与mRNA5端起始密码子上游碱基（SD序列）配对结合。,2023/9/18,51,所有原核生物mRNA上都有一个5-AGGAGGU-3序列（SD序列），这个富嘌呤区与30S亚基上16S rRNA3端的富嘧啶区序列5-GAUCACCUCCUUA-3相互补。,2023/9/18,52,细菌核糖体上一般存在3个与氨酰tRNA结合的位点，即A位点（aminoacyl site），P位点（Peptidyl site）和E位点（exit site）。只有fMet-tRNAfMet能与第一个P位点相结合，其他所

22、有tRNA都必须通过A位点到达P位点，再由E位点离开核糖体。,2023/9/18,53,真核生物翻译的起始机制与原核生物基本相同。,其差异是：核糖体较大;有较多的起始因子;mRNA具有5端帽子结 构;Met-tRNAi Met不甲酰化;mRNA分子5 端的“帽子”和3 端的多聚A都参与形成翻译起始复合物。,3.肽链的延伸当第一个氨基酸与核糖体结合以后，按照mRNA模板密码子的排列，氨基酸通过新生肽键的方式被有序地结合上去。每加一个AA是一个循环，每个循环包括：后续AA-tRNA与核糖体结合肽键的生成移位。,2023/9/18,54,后续AA-tRNA与核糖体结合。,2023/9/18,55,起

23、始复合物形成后，第二个AA-tRNA在延伸因子EF-Tu及GTP的作用下，生成AA-tRNAEF-TuGTP复合物，然后结合到核糖体的A位上。,由于EF-Tu不能与fMettRNA起反应，所以起始tRNA不会被结合到A位上，这就是mRNA内部的AUG不会被起始tRNA读出，肽链中间不会出现fMet的原因。,肽键的生成经过上一步反应后，在核糖体mRNAAAtRNA复合物中，AA-tRNA占据A位，fMet-tRNA fMet占据P位。在肽基转移酶的催化下，A位上的AA-tRNA转移到P位，与fMet-tRNA fMet上的氨基酸生成肽键。A位点腾空准备接受新的AA-tRNA，进行下一轮合成反应。

24、起始tRNA则离开了核糖体P位点。,2023/9/18,56,移位肽键延伸过程中最后一步，核糖体向mRNA3端方向移动一个密码子。此时，仍与第二个密码子相结合的二肽基tRNA，从A位进入P位，去氨酰-tRNA被挤入E位，mRNA上的第三位密码子则对应于A位。,2023/9/18,57,4.肽链的终止当终止密码子UAA、UAG或UGA出现在核糖体的A位时，没有相应的AA-tRNA能与之结合，而释放因子能识别这些密码子并与之结合，水解P位上多肽链与tRNA之间的二酯键，释放新生的肽链和tRNA，核糖体大、小亚基解体，蛋白质合成结束。,2023/9/18,58,2023/9/18,59,释放因子RF

25、具有GTP酶活性，它催化GTP水解，使肽链与核糖体解离。细菌细胞内存在三种终止因子（或称释放因子，RF1，RF2，RF3）。一旦RF与终止密码相结合，它们就能诱导肽基转移酶把一个水分子而不是氨基酸加到延伸中的肽链上。RF1能识别UAG和UAA，RF2识别UGA和UAA，RF3可能与核糖体的解体有关。真核细胞只有一个（RF）终止因子。,5.蛋白质前体的加工新生多肽链大多数是没有功能的，必须经过加工修饰才能转变为有活性的蛋白质。N端fMet或iMet的切除二硫键的形成特定氨基酸的修饰。氨基酸侧链的修饰包括：磷酸化（如核糖体蛋白质）、糖基化（如各种糖蛋白）、甲基化（如组蛋白、肌肉蛋白质）、乙基化（如

26、组蛋白）、羟基化（如胶原蛋白）和竣基化等。切除新生链中非功能片段,2023/9/18,60,6.蛋白质的折叠新生多肽链必须经过正确的折叠，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。多肽链的折叠式一个复杂的过程，新生肽链一般首先折叠成二级结构，再进一步折叠盘绕成三级结构。对于寡居蛋白质，一般还需要组装成更为复杂的四级结构。分子伴侣（molecular chaperones）是能在细胞内辅助新生肽链正确折叠的一类蛋白质。它是一类在序列上没有相关性但有共同功能的保守性蛋白质。分为两类：伴侣素热休克蛋白,2023/9/18,61,7.蛋白质合成的抑制剂主要是抗生素、核糖体灭活蛋

27、白等。是治疗细菌感染的重要药物。抗菌素对细菌蛋白质合成的作用：阻止mRNA与核糖体结合；阻止AA-tRNA与核糖体结合；干扰AA-tRNA与核糖体结合而产生错读；作为竞争性抑制剂抑制蛋白质合成。如链霉素能干扰fMet-tRNA与核糖体的结合，而阻止蛋白质合成的正确起始，也会导致mRNA的错读。,2023/9/18,62,第5节 蛋白质转运机制,由于细胞各部分都有特定的蛋白质组分，蛋白质的合成位点与功能位点常常被细胞内的膜所隔开，因此合成的蛋白质必须准确无误地定向运送才能保证生命活动的正常进行。蛋白质运转可分为两大类:翻译运转同步机制：蛋白质的合成和运转同时发生。分泌蛋白质大多是以同步机制运输的

28、。翻译后运转机制：蛋白质从核糖体上释放后才发生运转。在细胞器发育过程中，由细胞质进入细胞器的蛋白质大多是以翻译后运转机制运输的。,2023/9/18,63,1.翻译运转同步机制机制过程：分泌蛋白的生物合成开始于核糖体，翻译到大约50个氨基酸残基，信号肽开始从核糖体的大亚基露出，被内质网膜上的受体识别(SRP-signal receptor protein,受体-信号受体蛋白)并与之结合。信号肽过膜后被内质网腔的信号肽酶(S.S.酶)水解，新生肽随之通过蛋白孔道穿越疏水的双层磷脂。当核糖体移到mRNA的“终止”密码子，蛋白质合成即告完成，翻译体系解散，膜上的蛋白孔道消失，核糖体重新处于自由状态。

29、,2023/9/18,64,蛋白质定位的信息存在于该蛋白质自身结构中，并且通过与膜上特殊受体的相互作用得以表达。信号肽（signal peptide）紧接在起始密码之后，大部分是疏水氨基酸。信号肽的长度在1336个残基。信号肽的特点：1336个疏水氨基酸；N端有带正电荷的氨基酸；C端接近切割点处有数个极性氨基酸；C端氨基酸侧链短。,2023/9/18,65,信号肽的signal S.的基本结构,Ala,Gly,2023/9/18,67,蛋白合成-定位内质网,蛋白孔道,2023/9/18,SRP-signal receptor protein,信号受体蛋白),信号受体蛋白,2023/9/18,6

30、9,新生蛋白质通过同步转运途径进入内质网内腔的主要过程,SRP-signal receptor protein,2.翻译后运转机制叶绿体和线粒体中有许多蛋白质和酶是由细胞质提供的，其中绝大多数以翻译后运转机制进入细胞器内。,2023/9/18,70,线粒体蛋白质跨膜特征:通过线粒体膜的蛋白质在运转之前大多数以前体形式存在，它由成熟蛋白质和位于N端的一段前导肽（leader peptide）共同组成，前导肽约含2080个氨基酸残基，当前体蛋白过膜时，前导肽被多肽酶所水解，释放成熟蛋白质。蛋白质通过线粒体膜运转是一种需要能量的过程。蛋白质通过线粒体膜运转时，首先由外膜上的Tom受体复合蛋白识别与分

31、子伴侣相结合的待运转多肽，通过Tom和Tim组成的膜通道进入线粒体内腔。蛋白质跨膜运转时的能量来自线粒体Hsp70引发的ATP水解和膜电位差。,2023/9/18,71,线粒体蛋白质跨膜运转,前导肽的作用与性质：拥有前导肽的线粒体蛋白质前体能够跨膜运转进人线粒体，在这一过程中前导肽被水解，前体转变为成熟蛋白，则失去继续跨膜能力。因此，前导肽对线粒体蛋白质的识别和跨膜运转起着关键作用。前导肽具有如下特性：带正电荷的碱性氨基酸（特别是精氨酸）含量较为丰富，它们分散于不带电荷的氨基酸序列之间；缺少带负电荷的酸性氨基酸；羟基氨基酸（特别是丝氨酸）含量较高；有形成-螺旋结构的能力。,2023/9/18,

32、73,叶绿体蛋白质的跨膜运转叶绿体多肽在胞质中的游离核糖体上合成后脱离核糖体并折叠成具有三级结构的蛋白质分子，多肽上某些特定位点结合于只有叶绿体膜上才有的特异受体位点。叶绿体定位信号肽一般有两个部分，第一部分决定该蛋白质能否进入叶绿体基质，第二部分决定该蛋白能否进入类囊体。,2023/9/18,74,3.核定位蛋白的运转机制为了核蛋白的重复定位，这些蛋白质中的信号肽 被称为核定位序列（NLSNuclear Localization Sequence）一般都不被切除。NLS可以位于核蛋白的任何部位。蛋白质向核内运输过程需要核运转因子（Importin）、和一个低分子量GTP酶（Ran）参与。,2

33、023/9/18,75,2023/9/18,76,核定位蛋白跨细胞核膜运转过程示意图。,蛋白质的半衰期大约从30s到许多天不等。像血红蛋白这样少数蛋白的半衰期与细胞周期同样长。成熟蛋白N端的第一个氨基酸（除已被切除的N端甲硫氨酸之外，但包括翻译后修饰产物）在蛋白的降解中的影响很大。当某个蛋白质的N端是甲硫氨酸、甘氨酸、丙氨酸、丝氨酸、苏氨酸和缬氨酸时，表现稳定。其N端为赖氨酸、精氨酸时，表现最不稳定，平均2-3min就被降解了。,2023/9/18,77,4.蛋白质降解(protein degradation),2023/9/18,78,蛋白质的半衰期与N-端氨基酸残基的关系,2004年10月

34、16日瑞典皇家科学院将本年度诺贝尔化学奖授予以色列科学家阿龙切哈诺沃、阿夫拉姆赫什科和美国科学家欧文罗斯，以表彰他们在泛素调节的蛋白质降解研究领域中的卓越成就。,蛋白质降解机制,蛋白质的降解是一个精细控制的过程，首先蛋白质被一种多肽（称之为泛素-Ubiquitination）所标记，接着这些蛋白质进入细胞的蛋白酶复合体中，蛋白酶复合体是一个上下有盖的圆桶状酵素，如同细胞的垃圾桶，专门负责蛋白质的分解及再循环利用，泛素释出讯号，让蛋白酶复合体分辨出有待降解的蛋白质。,泛素标签，降解标志（Ubiquitination）,-Ubiquitin 8.5kd,76aa,acidic protein,-进

35、化高度保守 yeast-3 aa different-human,-E1,E2,E3 enzyme be needed for ubiquitination介导的蛋白质降解,泛素(Ubiquitin),泛素广泛存在于真核生物，泛素的氨基酸序列极其保守。泛素基因主要编码两种泛素前体蛋白质：一种是多聚泛素，另一种是泛素融合蛋白。,泛素蛋白酶体途径(upp)的组成,泛素蛋白酶体途径(upp)由泛素(ubiquitin,ub)以及一系列相关的酶组成。除泛素以外还包括4种酶家族:泛素活化酶(ubiquitin-activating enzyme,E1)、泛素偶连酶(ubiquitin-conjugati

36、ng enzymes,E2也称泛素载体蛋白(ubiquitin-carrier protein)、泛素-蛋白连接酶(ubiquitin-ligating enzymes,E3)和蛋白酶体(proteasome)。,E1-SH+ATP,E2SH,Ubiquitination,泛素在E1、E2、E3作用下与被降解蛋白连接,(异肽连接 isopeptide bond),Degradation,E3,意义:(1)清除错误蛋白;(2)调控细胞生长周期DNA结构染色体结构;(3)了解重要生理过程分子机理；(4)新药开发。,复习思考题,1、名词解释：泛素（Ubiquitination）信号肽（signal peptide）分子伴侣（molecular chaperones）SD序列 校正tRNA 密码的简并性(degeneracy)开放阅读框架(open reading frame,ORF)2、简述泛素介导的蛋白质降解的机制和意义。3、简述核定位蛋白的运转过程。4、简述前导肽的作用与性质。5、叶绿体蛋白质的跨膜运转机制。6、线粒体蛋白质跨膜机制。7、简述新生蛋白质通过同步转运途径进入内质网内腔的主要过程。8、简述蛋白质的生物合成基本过程。,Thank You!,