第 38章 蛋白质合成及运转
(Biosynthesis and transport of proteins)
一、蛋白质合成的分子基础
二、翻译的步骤
三, 蛋白质的运输及翻译后修饰
蛋
白
质
生
物
合
成
总
览
核糖体大亚基
核糖体小亚基
翻译后修饰
起始反应
延伸反应
降解 运送
一、蛋白质合成的分子基础
在原核细胞 中, mRNA的转录与多肽的翻译
是同时进行的 。 在染色体 DNA分子上, 有多条
正在转录的 mRNA分子, 每个 mRNA分子上都结
合有多个正在进行翻译的核糖体, 这种结合有多
个核糖体的 mRNA 复 合 物 称 为 多 聚 核 糖 体
（ polysome） 。
多
聚
核
糖
体
的
电
镜
照
片
大肠杆菌转录与翻译同时进行
原核生物的边转录边翻译
电镜照片
mRNA结构简图
真核生物 mRNA
原核生物 mRNA
tRNA
tRNA分子上与多肽合成有关的位点至少有 4
个, 分别为 3’端 CCA上的氨基酸接受位点, 识别
氨酰 tRNA合成酶的位点, 核糖体识别位点及反密
码子 。
基因间校正突变
有一个酪氨酸的 密码子是 UAC,识别此密码子
的 tRNATyr的反密码子为 GUA,此反密码子若突变成
CUA,就可以识别终止密码子 UAG,从而使本来
合成 Gln的位点改成 Tyr,翻译得以继续 进行 。
有活力的多肽
无活力的多肽
有活力的突变体多肽
原核生物核糖体的组成
Ribosome Small Subunit Large Subunit
Sedimentation
coefficient 70S 30S 50S
Mass(kD) 2520 930 1590
Major RNAs 16S (1542 bases) 23S (2904 bases)
Minor RNAs 5S (120 bases)
RNA mass(kD) 1664 560 1104
RNA
proportion 66% 60% 70%
Protein number 21 polypeptides 31 polypeptides
Protein
mass(kD) 857 370 487
Protein
proportion 34% 40% 30%
真核生物 (鼠肝 )核糖体的组成
Ribosome Small Subunit Large Subunit
Sedimentation
coefficient 80S 40S 60S
Mass(kD) 4220 1400 2820
Major RNAs 18S (1874 bases) 28S (4718 bases)
Minor RNAs 5,8S (160 bases) 5S (120 bases)
RNA mass(kD) 2520 700 1820
RNA
proportion 60% 50% 65%
Protein number 33 polypeptides 49 polypeptides
Protein
mass(kD) 1700 700 1000
Protein
proportion 40% 50% 35%
大肠杆菌核糖体的结构模型
多肽链合成
在此空穴中
核糖体与 tRNA大小的比较
二、翻译的步骤
肽链合成方向的实验证明
1,当用 5’-pAAA-(AAA)n-AAC-OH 3’ 作 mRNA，
在无细胞体系中进行翻译时, 其产物为
H2N－赖氨酰－ （ 赖氨酰 )n－天冬酰胺－ COOH
肽链合成方向的实验证明
2,用 3H-Leu标记分析兔网织红细胞无细胞体系中
血红蛋白生物合成的过程 。 发现在短时间内蛋白质
的 C端被标记, 随
着时间的延长,
标记向 N端延伸,
说明多肽链的合
成是从 N端向 C端
进行的 。
（一）氨酰－ tRNA的合成
氨 酰 tRNA合成酶催化氨基酸与 tRNA的连接 。
氨基酸 + ATP → 氨酰 AMP + PPi
氨酰 AMP + tRNA → 氨酰 tRNA + AMP
总反应式,
氨基酸 + ATP + tRNA → 氨酰 tRNA + AMP + PPi
2Pi 氨基酸的羧基与 tRNA3’末端的腺苷
酸残基的核糖的 3’羟基连接成酯 。
（二）氨酰 tRNA的特性
对应于 20种氨基酸中的每一种氨基酸, 大多数
细胞都只有一种与之对应的氨酰 tRNA合成酶, 每
一种氨酰 tRNA合成酶既能识别相应的氨基酸, 又
能识别与此氨基酸相对应的一种或多种 tRNA分子 。
要将 mRNA上的密码子信息转变成氨基酸信息, 必
须要靠氨酰 tRNA合成酶来介导 。 所以有人将氨酰
tRNA合成酶的识别氨基酸及 tRNA的作用称为第二
遗传密码 。
第二遗传密码的实现是靠底物与酶之间的氢键
实现的 。
氨酰 tRNA的特性
氨 酰 tRNA合成酶可分为两类,ClassⅠ 酶是
单体蛋白, 它首先将氨基酸与 tRNA3’末端腺苷
酸的核糖的 2’羟基形成酯键, 然后氨基酸再转
移到 3’羟基上 。 ClassⅡ 酶是寡聚蛋白, 通常是
同源二聚体, 它直接将氨基酸连接到核糖的 3’
羟基上 。
只有 3’－氨酰 tRNA才能作为蛋白质合成的
底物 。
氨酰 tRNA的特性
氨酰 tRNA合成酶识别 tRNA是靠多个位点的
识别, 有些氨酰 tRNA合成酶识别反密码子, 也
有些不依赖于反密码子的 识别 。
tRNA上被氨
酰 tRNA合成
酶识别的位
点
缺 A,L,S
四
种tR
NA
上
被
氨
酰tR
NA
合
成
酶
识
别
的
位
点
（三）氨酰 tRNA合成酶的
校正作用
许多氨 酰 tRNA合成酶似乎含有第二个活
性部位, 叫做校正部位, 如果将错误的氨基
酸结合到了 tRNA上, 校正部位可水解下这个
错误的氨基酸 。
（四）蛋白质合成的
起始氨酰 tRNA
所有 蛋白质的翻译开始于甲硫氨酸的参与 。
通常细胞中有两种 tRNA可携带甲硫氨酸, 用于
蛋白质合成起始的 tRNA记为 tRNAiMet,而参与肽
链中间 Met合成的 tRNA记为 tRNAMet。
这两种甲硫氨 酰 tRNA是由同一种甲硫氨酰
tRNA合成 酶催化合成的 。
原核细胞中起始甲硫 氨酰 tRNA中的甲硫氨
酸是 N-甲酰化的, 记为 tRNAif Met。
（五）翻译的起始
翻译的起始 于核糖体小亚基与翻译起始区结
合 。 在真核生物的 mRNA中, 最靠近 5’端的 AUG
通常是起始密码, 核糖体小亚基首先结合在
mRNA的 5’端, 然后向 3’端移动, 直到 AUG序列
被 tRNAiMet上的反密码子识别, 核糖体大亚基结
合上去, 翻译开始 。
真核生物翻译的起始
原核生物翻译的起始
在 原核生物中, 由于 mRNA常是多顺反子,
有多个起始 AUG,为多个肽链编码 。 Shine和
Dalgarno在 20世纪 70年代初发现, 细菌的 mRNA
通常含有一段富含嘌呤碱基的序列, 它们通常在
起始 AUG序列上游 10个碱基左右的位置, 能与细
菌核糖体小亚基中的 16 SrRNA3’端的 7个嘧啶碱基
互补, 以帮助识别起始 AUG。 这段序列现称为 SD
序列 。
大肠杆菌 16 S rRNA
与 SD序列的识别
与 SD序列互补的嘧啶碱基富含区
16 S rRNA 3’ HOAUUCCUCCACUA… 5’
lacZ mRNA 5’… ACACAGGAAACAGCUAUG… 3’
trpA mRNA 5’… ACGAGGGGAAAUCUGAUG… 3’
RNA polymerase βmRNA 5’… GAGCUGAGGAACCCUAUG… 3’
r-Protein L10 mRNA 5’… CCAGGAGCAAAGCUAAUG… 3’
大肠杆菌 16 S rRNA
与 SD序列的识别
（六）蛋白质因子帮助蛋白质
合成起始
蛋白质合成的起始需要多种起始蛋白因
子的参与 。 原核细胞中的蛋白 合成起始因子
称为 IF（ initiation factor）, 真核细胞中的称
为 eIF（ eukaryotes） 。
大肠杆菌蛋白质合成的 IF
大肠杆菌 有 3个 IF,其中 IF-3的功能是使前面
已结束蛋白质合成的核糖体两个亚基分开, IF-1
和 IF-2的功能是促进 fMet-tRNAifMet及 mRNA与
30S小亚基结合 。 当 30S小亚 基与 fMet-tRNAifMet及
mRNA形成复合物后, IF-3就解离, 以便 50S大亚
基与复合物结合 。 这一结合使得 IF-1和 IF-2离开起
始复合物, 同时结合在 IF-2上的 GTP水解 。
原
核
生
物
蛋
白
质
合
成
起
始
复
合
物
的
形
成
IF-1,协助 IF-3
IF-2,结合起始 tRNA和 GTP
IF-3,结合到 30S小亚基上,
指导 mRNA的结合
起始 tRNA 结合
在 P位, 旁边还有一
个 A位, A位准备结
合下一个氨酰 tRNA。
原
核
生
物
蛋
白
质
合
成
起
始
复
合
物
的
形
成
GTP水解对于形成 70S
核糖体是必要的 。
真核生物蛋白质合成起始复
合物的形成
Met-tRNA i
Met-tRNA i GTP
( ternary complex )
43S preinitiation complex
第
一
阶
段
43S preinitiation complex
43S · mRNA complex
(48S preinitiation complex)
80S initiation complex
eIF4E
eIF4G
eIF4A
eIF4B
60S
subunit
eIF5
真核生物蛋白质合成
起始复合物的形成
Pab1p,与 poly A尾结合, 又结合到 eIF4G上
eIF4E,结合在 mRNA的帽子上
eIF4G,与 Pab1p,eIF4G结合, 并通过 eIF3与 40S小亚基结合
（七）肽链合成的延长反应
延长反应可分为 3步,
① 氨酰 tRNA结合到核糖体的 A位 （ 结合 ）
② P位肽酰 tRNA上的肽基转移到 A位氨酰 tRNA的
氨基酸的 α－氨基上, 形成肽键 。 （ 转肽 ）
③ P位的 tRNA脱落, A位的肽酰 tRNA移位到 P位
上 。 （ 移位 ）
原核生物肽链合成的
延长因子
在肽链 的 延 长 反 应 中 有 延 长 因 子 参 与
（ elongation factor,EF） 。 原核生物有 3个延长因
子,
EF-Tu 称为氨酰 tRNA结合因子, 氨酰 tRNA与
核糖体 A位的结合需要 EF-Tu 的协助, 。
EF-Ts 负责催化 EF-Tu·GTP的再形成 。
EF-G 催化 GTP水解和 tRNA的 移位 。
肽链延长反应
每延长 1个氨基酸
消耗 2个 GTP
转肽反应
转肽反应由 23S
rRNA催化
真核生物肽链合成的
延长因子
真核生物中有 2个延长因子,
EF1 它有两个组分组成, 其中的 EF1A是一个
50kD的蛋白, 具有原核生物 EF-Tu 的活性；
EF1B由 31kD的 β亚基及 50kD的 γ亚基组成, 具
有原核生物 EF-Ts的活性 。
EF2 具有原核生物中 EF-G的活性 。
（八）核糖体反应中 GTP的作用
每延长一个 氨基酸, 共消耗 4个高能磷酸键,
其中合成氨酰 tRNA时消耗 2个, 氨酰 tRNA与 A位
点结合时消耗 1个, 肽酰 tRNA移位时消耗 1个 。
与 GTP发生作用的翻译因子属于 G蛋白家族,
所有的 G蛋白都能够结合并水解 GTP,并且遵从类
似的机制, 当与 GTP结合后, 这些蛋白被激活, 当
结合上, 当结合的是水解后产生的 GDP时, 就变
成无活性的构象 。
（九）翻译的终止
翻译的终止需要 释放因子的参与 （ release
factor,RF） 。
大肠杆菌中 有 3种 RF,当终止密码子进入核糖
体的 A位后, 它们被 RF识别 。 RF-1识别 UAA和
UAG,RF-2识别 UAA和 UGA,RF-3与 GTP结合,
并促进 RF-1和 RF-2的 作用 。
当 RF-1（ 或 RF-2） 和 RF-3·GTP与核糖体的 A
位结合后, 促使大亚基上的肽基转移酶活性转变成
水解酶活性, 将 P位的肽链水解下来, GTP水解,
促使空 tRNA脱落, 核糖体 大小亚基分开 。
真核生物只有一种 RF。
翻
译
的
终
止
翻
译
的
终
止
（十）核糖体在翻译中
能跳跃式读码
通常, 核糖体对 密码子的识别是从起始 AUG开
始, 一个接一个地按顺序进行识别, 直到终止密码
子 。 然而, 也有一些例外的情况, 翻译中读码框发
生了位移 （ translational frameshifting） 。 这种位移
通常表现为一个碱基的位移, 但也有核糖体跳过一
大段 mRNA序列 （ 如 50个碱基 ） 后继续翻译, 这一
过程称为翻译跳跃 （ translational jumping） 。 跳过
的一段也称为翻译内含子 。
（十一）蛋白质合成的抑制剂
许多抗生素能够抑制蛋白质的合成 。 氯霉素,
四环素, 链霉素只抑制原核细胞的翻译, 但不作
用于真核细胞 。 氯霉素只抑制 70S核糖体的作用,
不与 80S核糖体结合, 其对人的毒性可能与它能
抑制线粒体中的核糖体有关 。
嘌呤霉素
嘌呤霉 素 （ puromycin） 是氨酰 tRNA的类似
物, 对蛋白质生物合成有独特的抑制作用, 它与
50S大亚基 A位点结合, 在肽酰转移酶的作用下,
肽基转移到嘌呤霉素的氨基上, 然后从核糖体上
释放出来 。 产物是肽酰嘌呤 霉素 。
嘌呤霉素与氨酰 tRNA结构比较
嘌呤霉素 氨酰 tRNA
三、蛋白质的运输及
翻译后修饰
蛋白质翻译出来后, 需要运输到特定的部位
去发挥作用 。 有些蛋白质就在胞质溶胶中发挥作
用, 有些蛋白质定位在某种细胞器中, 如线粒体,
叶绿体, 溶酶体, 高尔基体中, 有些蛋白质定位
到细胞核, 质膜等部位, 也有需要运输到细胞外
的, 这些蛋白称为分泌蛋白 。
很多蛋白质的翻译后加工需要利用 Met氨肽酶去除 N
端的 Met。
（一）蛋白质通过其信号肽
引导到目的地
每一种需要 运输的多肽都含有一段氨基酸序列,
即信号肽序列 (signal sequence),不同的信号肽引
导多肽 到不同的部位 。
一部分核糖体以游离状态停留在胞质溶胶中,
它们合成的蛋白质或就定位于胞质溶胶中, 或定位
于线粒体和叶绿体中 。
另一部分核糖体, 受新合成的多 肽 N端的信号
肽的作用而与内质网结合, 合成的多肽进入内质网,
进一步被运输到溶酶体, 质膜及细胞外 。
信号肽
信号肽一般位于肽链的 N端, 但也有位于肽
链中部的, 如卵清蛋白 。
信号肽的长度一般为 10～ 40个氨基酸残基,
氨基端至少有一个带正电荷的氨基酸残基, 在中
部有一段长度为 10～ 15个氨基酸残基的疏水区段,
这个疏水区非常重要, 其中某一个氨基酸被极性
氨基酸置换时, 信号肽即失去功能 。
在信号肽的 C端有一个可被信号肽酶识别的
位点, 当多肽被运输到适当的部位后, 信号肽就
被信号肽酶切掉 。
一些真核细胞多肽氨基端的
信号肽序列
人生长激素 MATGSRTSLLLAFGLLCLPWLQEGSA FPT
人胰岛素原 MALWMRLLPLLALLALWGPDPAAA FVN
牛血清蛋白原 MKWVTFISLLLFSSAYS RGV
小鼠抗体 H链 MKVLSLLYLLTAIPHIMS DVQ
鸡溶菌酶 MKSLLILVLCFLPKLAALG KVF
蜂毒蛋白 MKFLVNVALVFMVVYISYIYA APE
果蝇胶蛋白 MKLLVVAVIACMLIGFADPASG CKD
玉米蛋白 19 MAAKIFCLIMLLGLSASAATA SIF
酵母转化酶 MLLOAFLFLLAGFAAKISA SMT
人流感病毒 A MKAKLLVLLYAFVAG DQI
切点
真核细胞分泌蛋白的合成及
进入内质网的过程
（二）一些线粒体和叶绿体
蛋白质是翻译后被运输的
将要进入线粒体和叶绿体的蛋白质是在细胞
溶胶的游离核糖体上合成的, 它们的运输称为翻
译后运输 。
这些蛋白质的 N端也有信号肽, 正是由于信
号肽指导它们进入线粒体或叶绿体 。 线粒体或叶
绿体膜上有运输蛋白质将被运输的蛋白质运进膜
内 。
（三）分泌型的真核蛋白在
内质网内合成
易位子
（四）高尔基体中多肽的糖
基化修饰及多肽的分类
高尔基体主要有两方面的功能：一是对糖蛋
白上的寡聚糖作进一步的修饰和调整, 二是将各
种多肽进行分类并送往溶酶体, 分泌泡及质膜等
部位 。 何种蛋白应送往何处, 是由蛋白质本身的
空间结构决定的 。
（五）大肠杆菌蛋白质在翻
译的同时被运输
大多数非细胞质蛋白在核糖体上合成的同时
也被运送至质膜或跨过膜, 这一过程称为翻译中
运输 （ cotranslational transport） 。 这一过程有
一组帮助多肽分泌的蛋白质参与, 它们中有些是
能 识 别 新 生 肽 链 的 引 导 肽 序 列 （ leader
sequence） 的膜蛋白, 可将正在翻译的核糖体拉
至质膜, 使合成的多肽得到运转 。 引导肽最后也
被引导肽酶切除 。
(Biosynthesis and transport of proteins)
一、蛋白质合成的分子基础
二、翻译的步骤
三, 蛋白质的运输及翻译后修饰
蛋
白
质
生
物
合
成
总
览
核糖体大亚基
核糖体小亚基
翻译后修饰
起始反应
延伸反应
降解 运送
一、蛋白质合成的分子基础
在原核细胞 中, mRNA的转录与多肽的翻译
是同时进行的 。 在染色体 DNA分子上, 有多条
正在转录的 mRNA分子, 每个 mRNA分子上都结
合有多个正在进行翻译的核糖体, 这种结合有多
个核糖体的 mRNA 复 合 物 称 为 多 聚 核 糖 体
（ polysome） 。
多
聚
核
糖
体
的
电
镜
照
片
大肠杆菌转录与翻译同时进行
原核生物的边转录边翻译
电镜照片
mRNA结构简图
真核生物 mRNA
原核生物 mRNA
tRNA
tRNA分子上与多肽合成有关的位点至少有 4
个, 分别为 3’端 CCA上的氨基酸接受位点, 识别
氨酰 tRNA合成酶的位点, 核糖体识别位点及反密
码子 。
基因间校正突变
有一个酪氨酸的 密码子是 UAC,识别此密码子
的 tRNATyr的反密码子为 GUA,此反密码子若突变成
CUA,就可以识别终止密码子 UAG,从而使本来
合成 Gln的位点改成 Tyr,翻译得以继续 进行 。
有活力的多肽
无活力的多肽
有活力的突变体多肽
原核生物核糖体的组成
Ribosome Small Subunit Large Subunit
Sedimentation
coefficient 70S 30S 50S
Mass(kD) 2520 930 1590
Major RNAs 16S (1542 bases) 23S (2904 bases)
Minor RNAs 5S (120 bases)
RNA mass(kD) 1664 560 1104
RNA
proportion 66% 60% 70%
Protein number 21 polypeptides 31 polypeptides
Protein
mass(kD) 857 370 487
Protein
proportion 34% 40% 30%
真核生物 (鼠肝 )核糖体的组成
Ribosome Small Subunit Large Subunit
Sedimentation
coefficient 80S 40S 60S
Mass(kD) 4220 1400 2820
Major RNAs 18S (1874 bases) 28S (4718 bases)
Minor RNAs 5,8S (160 bases) 5S (120 bases)
RNA mass(kD) 2520 700 1820
RNA
proportion 60% 50% 65%
Protein number 33 polypeptides 49 polypeptides
Protein
mass(kD) 1700 700 1000
Protein
proportion 40% 50% 35%
大肠杆菌核糖体的结构模型
多肽链合成
在此空穴中
核糖体与 tRNA大小的比较
二、翻译的步骤
肽链合成方向的实验证明
1,当用 5’-pAAA-(AAA)n-AAC-OH 3’ 作 mRNA，
在无细胞体系中进行翻译时, 其产物为
H2N－赖氨酰－ （ 赖氨酰 )n－天冬酰胺－ COOH
肽链合成方向的实验证明
2,用 3H-Leu标记分析兔网织红细胞无细胞体系中
血红蛋白生物合成的过程 。 发现在短时间内蛋白质
的 C端被标记, 随
着时间的延长,
标记向 N端延伸,
说明多肽链的合
成是从 N端向 C端
进行的 。
（一）氨酰－ tRNA的合成
氨 酰 tRNA合成酶催化氨基酸与 tRNA的连接 。
氨基酸 + ATP → 氨酰 AMP + PPi
氨酰 AMP + tRNA → 氨酰 tRNA + AMP
总反应式,
氨基酸 + ATP + tRNA → 氨酰 tRNA + AMP + PPi
2Pi 氨基酸的羧基与 tRNA3’末端的腺苷
酸残基的核糖的 3’羟基连接成酯 。
（二）氨酰 tRNA的特性
对应于 20种氨基酸中的每一种氨基酸, 大多数
细胞都只有一种与之对应的氨酰 tRNA合成酶, 每
一种氨酰 tRNA合成酶既能识别相应的氨基酸, 又
能识别与此氨基酸相对应的一种或多种 tRNA分子 。
要将 mRNA上的密码子信息转变成氨基酸信息, 必
须要靠氨酰 tRNA合成酶来介导 。 所以有人将氨酰
tRNA合成酶的识别氨基酸及 tRNA的作用称为第二
遗传密码 。
第二遗传密码的实现是靠底物与酶之间的氢键
实现的 。
氨酰 tRNA的特性
氨 酰 tRNA合成酶可分为两类,ClassⅠ 酶是
单体蛋白, 它首先将氨基酸与 tRNA3’末端腺苷
酸的核糖的 2’羟基形成酯键, 然后氨基酸再转
移到 3’羟基上 。 ClassⅡ 酶是寡聚蛋白, 通常是
同源二聚体, 它直接将氨基酸连接到核糖的 3’
羟基上 。
只有 3’－氨酰 tRNA才能作为蛋白质合成的
底物 。
氨酰 tRNA的特性
氨酰 tRNA合成酶识别 tRNA是靠多个位点的
识别, 有些氨酰 tRNA合成酶识别反密码子, 也
有些不依赖于反密码子的 识别 。
tRNA上被氨
酰 tRNA合成
酶识别的位
点
缺 A,L,S
四
种tR
NA
上
被
氨
酰tR
NA
合
成
酶
识
别
的
位
点
（三）氨酰 tRNA合成酶的
校正作用
许多氨 酰 tRNA合成酶似乎含有第二个活
性部位, 叫做校正部位, 如果将错误的氨基
酸结合到了 tRNA上, 校正部位可水解下这个
错误的氨基酸 。
（四）蛋白质合成的
起始氨酰 tRNA
所有 蛋白质的翻译开始于甲硫氨酸的参与 。
通常细胞中有两种 tRNA可携带甲硫氨酸, 用于
蛋白质合成起始的 tRNA记为 tRNAiMet,而参与肽
链中间 Met合成的 tRNA记为 tRNAMet。
这两种甲硫氨 酰 tRNA是由同一种甲硫氨酰
tRNA合成 酶催化合成的 。
原核细胞中起始甲硫 氨酰 tRNA中的甲硫氨
酸是 N-甲酰化的, 记为 tRNAif Met。
（五）翻译的起始
翻译的起始 于核糖体小亚基与翻译起始区结
合 。 在真核生物的 mRNA中, 最靠近 5’端的 AUG
通常是起始密码, 核糖体小亚基首先结合在
mRNA的 5’端, 然后向 3’端移动, 直到 AUG序列
被 tRNAiMet上的反密码子识别, 核糖体大亚基结
合上去, 翻译开始 。
真核生物翻译的起始
原核生物翻译的起始
在 原核生物中, 由于 mRNA常是多顺反子,
有多个起始 AUG,为多个肽链编码 。 Shine和
Dalgarno在 20世纪 70年代初发现, 细菌的 mRNA
通常含有一段富含嘌呤碱基的序列, 它们通常在
起始 AUG序列上游 10个碱基左右的位置, 能与细
菌核糖体小亚基中的 16 SrRNA3’端的 7个嘧啶碱基
互补, 以帮助识别起始 AUG。 这段序列现称为 SD
序列 。
大肠杆菌 16 S rRNA
与 SD序列的识别
与 SD序列互补的嘧啶碱基富含区
16 S rRNA 3’ HOAUUCCUCCACUA… 5’
lacZ mRNA 5’… ACACAGGAAACAGCUAUG… 3’
trpA mRNA 5’… ACGAGGGGAAAUCUGAUG… 3’
RNA polymerase βmRNA 5’… GAGCUGAGGAACCCUAUG… 3’
r-Protein L10 mRNA 5’… CCAGGAGCAAAGCUAAUG… 3’
大肠杆菌 16 S rRNA
与 SD序列的识别
（六）蛋白质因子帮助蛋白质
合成起始
蛋白质合成的起始需要多种起始蛋白因
子的参与 。 原核细胞中的蛋白 合成起始因子
称为 IF（ initiation factor）, 真核细胞中的称
为 eIF（ eukaryotes） 。
大肠杆菌蛋白质合成的 IF
大肠杆菌 有 3个 IF,其中 IF-3的功能是使前面
已结束蛋白质合成的核糖体两个亚基分开, IF-1
和 IF-2的功能是促进 fMet-tRNAifMet及 mRNA与
30S小亚基结合 。 当 30S小亚 基与 fMet-tRNAifMet及
mRNA形成复合物后, IF-3就解离, 以便 50S大亚
基与复合物结合 。 这一结合使得 IF-1和 IF-2离开起
始复合物, 同时结合在 IF-2上的 GTP水解 。
原
核
生
物
蛋
白
质
合
成
起
始
复
合
物
的
形
成
IF-1,协助 IF-3
IF-2,结合起始 tRNA和 GTP
IF-3,结合到 30S小亚基上,
指导 mRNA的结合
起始 tRNA 结合
在 P位, 旁边还有一
个 A位, A位准备结
合下一个氨酰 tRNA。
原
核
生
物
蛋
白
质
合
成
起
始
复
合
物
的
形
成
GTP水解对于形成 70S
核糖体是必要的 。
真核生物蛋白质合成起始复
合物的形成
Met-tRNA i
Met-tRNA i GTP
( ternary complex )
43S preinitiation complex
第
一
阶
段
43S preinitiation complex
43S · mRNA complex
(48S preinitiation complex)
80S initiation complex
eIF4E
eIF4G
eIF4A
eIF4B
60S
subunit
eIF5
真核生物蛋白质合成
起始复合物的形成
Pab1p,与 poly A尾结合, 又结合到 eIF4G上
eIF4E,结合在 mRNA的帽子上
eIF4G,与 Pab1p,eIF4G结合, 并通过 eIF3与 40S小亚基结合
（七）肽链合成的延长反应
延长反应可分为 3步,
① 氨酰 tRNA结合到核糖体的 A位 （ 结合 ）
② P位肽酰 tRNA上的肽基转移到 A位氨酰 tRNA的
氨基酸的 α－氨基上, 形成肽键 。 （ 转肽 ）
③ P位的 tRNA脱落, A位的肽酰 tRNA移位到 P位
上 。 （ 移位 ）
原核生物肽链合成的
延长因子
在肽链 的 延 长 反 应 中 有 延 长 因 子 参 与
（ elongation factor,EF） 。 原核生物有 3个延长因
子,
EF-Tu 称为氨酰 tRNA结合因子, 氨酰 tRNA与
核糖体 A位的结合需要 EF-Tu 的协助, 。
EF-Ts 负责催化 EF-Tu·GTP的再形成 。
EF-G 催化 GTP水解和 tRNA的 移位 。
肽链延长反应
每延长 1个氨基酸
消耗 2个 GTP
转肽反应
转肽反应由 23S
rRNA催化
真核生物肽链合成的
延长因子
真核生物中有 2个延长因子,
EF1 它有两个组分组成, 其中的 EF1A是一个
50kD的蛋白, 具有原核生物 EF-Tu 的活性；
EF1B由 31kD的 β亚基及 50kD的 γ亚基组成, 具
有原核生物 EF-Ts的活性 。
EF2 具有原核生物中 EF-G的活性 。
（八）核糖体反应中 GTP的作用
每延长一个 氨基酸, 共消耗 4个高能磷酸键,
其中合成氨酰 tRNA时消耗 2个, 氨酰 tRNA与 A位
点结合时消耗 1个, 肽酰 tRNA移位时消耗 1个 。
与 GTP发生作用的翻译因子属于 G蛋白家族,
所有的 G蛋白都能够结合并水解 GTP,并且遵从类
似的机制, 当与 GTP结合后, 这些蛋白被激活, 当
结合上, 当结合的是水解后产生的 GDP时, 就变
成无活性的构象 。
（九）翻译的终止
翻译的终止需要 释放因子的参与 （ release
factor,RF） 。
大肠杆菌中 有 3种 RF,当终止密码子进入核糖
体的 A位后, 它们被 RF识别 。 RF-1识别 UAA和
UAG,RF-2识别 UAA和 UGA,RF-3与 GTP结合,
并促进 RF-1和 RF-2的 作用 。
当 RF-1（ 或 RF-2） 和 RF-3·GTP与核糖体的 A
位结合后, 促使大亚基上的肽基转移酶活性转变成
水解酶活性, 将 P位的肽链水解下来, GTP水解,
促使空 tRNA脱落, 核糖体 大小亚基分开 。
真核生物只有一种 RF。
翻
译
的
终
止
翻
译
的
终
止
（十）核糖体在翻译中
能跳跃式读码
通常, 核糖体对 密码子的识别是从起始 AUG开
始, 一个接一个地按顺序进行识别, 直到终止密码
子 。 然而, 也有一些例外的情况, 翻译中读码框发
生了位移 （ translational frameshifting） 。 这种位移
通常表现为一个碱基的位移, 但也有核糖体跳过一
大段 mRNA序列 （ 如 50个碱基 ） 后继续翻译, 这一
过程称为翻译跳跃 （ translational jumping） 。 跳过
的一段也称为翻译内含子 。
（十一）蛋白质合成的抑制剂
许多抗生素能够抑制蛋白质的合成 。 氯霉素,
四环素, 链霉素只抑制原核细胞的翻译, 但不作
用于真核细胞 。 氯霉素只抑制 70S核糖体的作用,
不与 80S核糖体结合, 其对人的毒性可能与它能
抑制线粒体中的核糖体有关 。
嘌呤霉素
嘌呤霉 素 （ puromycin） 是氨酰 tRNA的类似
物, 对蛋白质生物合成有独特的抑制作用, 它与
50S大亚基 A位点结合, 在肽酰转移酶的作用下,
肽基转移到嘌呤霉素的氨基上, 然后从核糖体上
释放出来 。 产物是肽酰嘌呤 霉素 。
嘌呤霉素与氨酰 tRNA结构比较
嘌呤霉素 氨酰 tRNA
三、蛋白质的运输及
翻译后修饰
蛋白质翻译出来后, 需要运输到特定的部位
去发挥作用 。 有些蛋白质就在胞质溶胶中发挥作
用, 有些蛋白质定位在某种细胞器中, 如线粒体,
叶绿体, 溶酶体, 高尔基体中, 有些蛋白质定位
到细胞核, 质膜等部位, 也有需要运输到细胞外
的, 这些蛋白称为分泌蛋白 。
很多蛋白质的翻译后加工需要利用 Met氨肽酶去除 N
端的 Met。
（一）蛋白质通过其信号肽
引导到目的地
每一种需要 运输的多肽都含有一段氨基酸序列,
即信号肽序列 (signal sequence),不同的信号肽引
导多肽 到不同的部位 。
一部分核糖体以游离状态停留在胞质溶胶中,
它们合成的蛋白质或就定位于胞质溶胶中, 或定位
于线粒体和叶绿体中 。
另一部分核糖体, 受新合成的多 肽 N端的信号
肽的作用而与内质网结合, 合成的多肽进入内质网,
进一步被运输到溶酶体, 质膜及细胞外 。
信号肽
信号肽一般位于肽链的 N端, 但也有位于肽
链中部的, 如卵清蛋白 。
信号肽的长度一般为 10～ 40个氨基酸残基,
氨基端至少有一个带正电荷的氨基酸残基, 在中
部有一段长度为 10～ 15个氨基酸残基的疏水区段,
这个疏水区非常重要, 其中某一个氨基酸被极性
氨基酸置换时, 信号肽即失去功能 。
在信号肽的 C端有一个可被信号肽酶识别的
位点, 当多肽被运输到适当的部位后, 信号肽就
被信号肽酶切掉 。
一些真核细胞多肽氨基端的
信号肽序列
人生长激素 MATGSRTSLLLAFGLLCLPWLQEGSA FPT
人胰岛素原 MALWMRLLPLLALLALWGPDPAAA FVN
牛血清蛋白原 MKWVTFISLLLFSSAYS RGV
小鼠抗体 H链 MKVLSLLYLLTAIPHIMS DVQ
鸡溶菌酶 MKSLLILVLCFLPKLAALG KVF
蜂毒蛋白 MKFLVNVALVFMVVYISYIYA APE
果蝇胶蛋白 MKLLVVAVIACMLIGFADPASG CKD
玉米蛋白 19 MAAKIFCLIMLLGLSASAATA SIF
酵母转化酶 MLLOAFLFLLAGFAAKISA SMT
人流感病毒 A MKAKLLVLLYAFVAG DQI
切点
真核细胞分泌蛋白的合成及
进入内质网的过程
（二）一些线粒体和叶绿体
蛋白质是翻译后被运输的
将要进入线粒体和叶绿体的蛋白质是在细胞
溶胶的游离核糖体上合成的, 它们的运输称为翻
译后运输 。
这些蛋白质的 N端也有信号肽, 正是由于信
号肽指导它们进入线粒体或叶绿体 。 线粒体或叶
绿体膜上有运输蛋白质将被运输的蛋白质运进膜
内 。
（三）分泌型的真核蛋白在
内质网内合成
易位子
（四）高尔基体中多肽的糖
基化修饰及多肽的分类
高尔基体主要有两方面的功能：一是对糖蛋
白上的寡聚糖作进一步的修饰和调整, 二是将各
种多肽进行分类并送往溶酶体, 分泌泡及质膜等
部位 。 何种蛋白应送往何处, 是由蛋白质本身的
空间结构决定的 。
（五）大肠杆菌蛋白质在翻
译的同时被运输
大多数非细胞质蛋白在核糖体上合成的同时
也被运送至质膜或跨过膜, 这一过程称为翻译中
运输 （ cotranslational transport） 。 这一过程有
一组帮助多肽分泌的蛋白质参与, 它们中有些是
能 识 别 新 生 肽 链 的 引 导 肽 序 列 （ leader
sequence） 的膜蛋白, 可将正在翻译的核糖体拉
至质膜, 使合成的多肽得到运转 。 引导肽最后也
被引导肽酶切除 。
