一、教学目标  

        1.掌握遗传密码的特性；

2.原核生物蛋白质生物合成过程； 

3.比较原核生物和真核生物蛋白质合成的主要差异。

二、教学重点

         1.蛋白质的生物合成过程。 

         2.蛋白质的加工和修饰 

         3.蛋白质生物合成抑制剂

三、教学难点

         1.蛋白质的生物合成 

         2.蛋白质合成后修饰

蛋白质合成后的加工、修饰及分泌

不论是原核，还是真核生物，在细胞浆内合成的蛋白质需定位于细胞特定的区域，有些蛋白质合成后要分泌到细胞外，这些蛋白质叫做分泌蛋白。

真核生物细胞结构更为复杂，而且有多种不同的细胞器，它们又具有各不相同的膜结构，因此合成好的蛋白质还要面临跨越不同的膜而到达各种细胞器，有些蛋白质在翻译完成后还要经过多种共价修饰，这个过程叫做翻译后处理。

一、细菌中蛋白质的越膜

绝大多数越膜蛋白的N端有10-40个氨基酸残基，其中中部具有大约10-15个以疏水氨基酸为主的N端信号序列或称信号肽(signal sequence)。

信号肽的疏水段能形成一段α螺旋结构。在信号序列之后的一段氨基酸残基也能形成一段α螺旋，两段α螺旋以反平行方式组成一个发夹结构，很容易进入内膜的磷脂双分子层结构，一旦分泌蛋白质的N端锚定在膜内，后续合成的其它肽段部分将顺利通过膜。

疏水性信号肽对于新生肽链跨膜及把它固定的膜上起一个拐掍作用。之后位于内膜外表面的信号肽酶将信号肽序列切除。当蛋白质全部翻译出来后，羧端穿过内膜，在周质中折叠成蛋白质的最终构象。

二、真核生物蛋白质的分泌

真核生物不但有细胞核、细胞质和细胞膜，而且还有许多膜性结构的细胞器。合成的蛋白质怎样的到达细胞的不同部位呢？了解比较清楚的是分泌性蛋白质的转运。

在胞浆中发现一种由小分子RNA和蛋白质共同组成的复合物，它能特异地与信号肽识别，名为信号肽识别体（SRP）。

三、蛋白质翻译后加工修饰

从核糖体上释放出来的多肽链，按照一级结构中氨基酸侧链的性质，自行卷曲，形成一定的空间结构。过去一直认为，蛋白质空间结构的形成靠是其一级结构决定的，不需要另外的信息。近些年来发现许多细胞内蛋白质正确装配都需要一类称做“分子伴侣”的蛋白质帮助才能完成，这一概念的提出并未否定“氨基酸顺序决定蛋白空间结构”这一原则。而是对这一理论的补充，分子伴侣能介导其它蛋白质正确装配成有功能活性的空间结构，而它本身并不参与最终装配产物的组成。

1. 氨基端和羧基端的修饰

在原核生物中，几乎所有蛋白质都是从N-甲酰蛋氨酸开始，真核生物从蛋氨酸开始。甲酰基经酶水解而除去，蛋氨酸或者氨基端的一些氨基酸残基常由氨肽酶催化而水解除去；信号肽酶除去信号肽序列。因此，成熟的蛋白质分子N-端没有甲酰基，或没有蛋氨酸。同时，某些蛋白质分子氨基端要进行乙酰化，在羧基端也要进行修饰。

2. 共价修饰许多的蛋白质可以进行不同的类型化学基团的共价修饰，修饰后可以表现为激活状态，也可以表现为失活状态。

乙酰化、糖基化、酰胺化、羟基化、可逆磷酸化、甲基化、可逆的核苷酰化

（1）磷酸化

（2）糖基化

（3）羟基化

（4）二硫键的形成

3. 亚基的聚合

有许多蛋白质是由二个以上亚基构成的，这就需这些多肽链通过非共价键聚合成多聚体才能表现生物活性。

4. 水解断链

⑴N 端（甲酰）蛋氨酸的去除或切去一段肽

去甲酰酶 氨肽酶

⑵信号肽的去除

信号肽：大多数分泌蛋白及与膜结合的糖蛋白在 N 端有一段序列，由 10-40 个氨基酸 组成，其中包括 10-15 个疏水氨基酸，其作用是帮助主体蛋白穿过磷脂层，再经分泌小泡运输出膜外至细胞的固定部位。

⑶肽链的水解裂解 例酶原激活

一般真核细胞中一个基因对应一个mRNA，一个mRNA对应一条多肽链，但也有少数的情况，即一种三思而行翻译后的多肽链经水解后产生几种不同的蛋白质或多肽。例如哺乳动物的鸦片样促黑皮激素原初翻译产物为265个氨基酸，它在脑下垂体前叶细胞中，POMC初切割成为N-端片断和C端片段的β-促脂解激素。然后N端片段又被切割成较小的N端片断和9肽的促肾上腺皮质激素。而在脑下垂体中叶细胞中，β-促脂解激素再次被切割产生β-内啡肽；ACTH也被切割产生13肽的促黑激素（α-melanotropin）。

蛋白质合成的抑制剂

影响蛋白质生物合成的物质非常多，它们可以作用于DNA复制和RNA转录，对蛋白质的生物合成起间接作用，本节主要讨论抑制蛋白质生物合成翻译过程的抑制剂。             

一、抗生素类抑制剂

许多抗生素都是以直接抑制细菌细胞内蛋白质合成，而对人体副作用最小为目的而设计的，它们可作用于蛋白质合成的各个环节，包括抑制起始因子，延长因子及核糖核蛋白体的作用等等。

1. 链霉素、卡那霉素、新霉素等

这类抗生素属于基甙类，它们主要抑制革兰氏阴性细菌蛋白质合成的三个阶段：

①S起始复合物的形成，使氨基酰tRNA从复合物中脱落；

②在肽链延伸阶段，使氨基酰tRNA与mRNA错配；

③在终止阶段，阻碍终止因了与核蛋白体结合，使已合成的多肽链无法释放，而且还抑制70S核糖体的介离。右图为链霉素分子式。

2. 四环素和土霉素

①作用于细菌内30S小亚基，抑制起始复合物的形成；

②抑制氨西藏 酰tRNA进入核糖体的A位，阻滞肽链的延伸；

③影响终止因子与核糖体的结合，使已合成的多肽链不能脱落离核糖体。四环素类抗生素除对菌体70S核糖体有抑制作用外，对人体细胞的80S核糖体也有抑制作用，但对70S核糖体的敏感性更高，故对细菌蛋白质合成抑制作用更强。右图为四环素分子式。

3. 氯霉素：属于广谱抗生素。

①氯霉素（右图为氯霉素分子式）与核糖体上的A位紧密结合，因此阻碍氨基酰tRNA进入A位；

②抑制转肽酶活性，使肽链延伸受到影响，菌体蛋白质不能合成，因此有较哟的抑菌作用。

4. 嘌呤霉素（Puromycin）   

结构与酪氨酰-tRNA相似，从而取代一些氨基酰tRNA进入核糖体的A位（见右图），当延长中的肽转入此异常A位时，容易脱落，终止肽链合成。由于嘌呤霉素对原核和真核生物的翻译过程均有干扰作用，故难于用做抗菌药物，有人试用于肿瘤治疗。   

5. 白喉霉素（diphtheria toxin）

由白喉杆菌所产生的白喉霉素是真核细胞蛋白质合成抑制剂。白喉霉素实际上是寄生于白喉杆菌体内的溶源性噬菌体β基因编码的由白喉杆菌转运分泌出来，进入组织细胞内，它对真核生物的延长因子-2（EF-2）起共价修饰作用，生成EF-2腺苷二磷酸核糖衍生物，从而使EF-2失活，它的催化效率很高，只需微量就能有效地抑制细胞整个蛋白质合成，而导致细胞死亡。      

二、干扰素对病毒蛋白合成的抑制   

干扰素（interferon）是病毒感染后，感染病毒的细胞合成和分泌的一种小分子蛋白质。从白细胞中得到α-干扰素，从成纤维细胞中得到β-干扰素，在免疫细胞中得到γ-干扰素。干扰素结合到未感染病毒的细胞膜上，诱导这些细胞产生寡核苷酸合成酶、核酸内切酶和蛋白激酶。在细胞未被感染时，不合成这三种酶，一旦被病毒感染，有干扰素或双链RNA存在时，这些酶被激活，并以不同的方式阻断病毒蛋白质的合成。干扰素和dsRNA激活蛋白激酶，蛋白激酶使蛋白质合成的起始因子磷酸化，使它失活，另一种方式是mRNA的降介，干扰素dsRNA激活2,5腺嘌呤寡核苷酸合成的酶的合成，2,5腺嘌呤寡核苷酸激活核酸内切酶，核酸内切酶水介mRNA。

由于干扰素具有很强的抗病毒作用，因此在医学上有重大的实用价值，但组织中含量很少，难于从生物组织中大量分离干扰素。现在已难应用基因工程合成干扰素以满足研究与临床应用的需要。

扩展阅读