《生物化學：第四章 蛋白質合成的調控（講義）》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《生物化學：第四章 蛋白質合成的調控（講義）（42頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、蛋白質合成的調控蛋白質合成的調控P107110第四章第四節(jié) 蛋白質合成調控u生物體內蛋白質合成的速度，主要在轉錄水平上，其次在翻譯過程中進行調節(jié)控制。u它受性別、激素、細胞周期、生長發(fā)育、健康狀況和生存環(huán)境等多種因素及參與蛋白質合成的眾多的生化物質變化的影響。u由于原核生物的翻譯與轉錄通常是偶聯(lián)在一起的，且其RNA的壽命短，因而蛋白質合成的速度主要由轉錄的速度決定。2022-3-42022-3-4微生物與生化藥學微生物與生化藥學 杜軍杜軍2 2第四章第四節(jié) 蛋白質合成調控u在蛋白質生物合成的起始反應中主要涉及到細胞中的四種裝置:核糖體,它是蛋白質生物合成的場所;蛋白質合成的模板mRNA，它是傳

2、遞基因信息的媒介;可溶性蛋白因子，這是蛋白質生物合成起始物形成所必需的因子;tRNA，它是氨基酸的攜帶者。u只有這些裝置和諧統(tǒng)一才能完成蛋白質的合成。2022-3-42022-3-4微生物與生化藥學微生物與生化藥學 杜軍杜軍3 3第四章第四節(jié) 蛋白質合成調控1.翻譯起始因子的調節(jié)作用umRNA翻譯起始的調控是翻譯水平調控的一個重要途徑。u在真核生物的卵細胞中，貯存著許多mRNA，但在受精前它們中的大多數(shù)并不起始翻譯。u這些沒有翻譯活性的mRNA稱為隱蔽mRNA（masked mRNA）。u在受精后幾分鐘，這些隱蔽mRNA被活化，蛋白質合成急劇增加，以滿足快速卵裂的需要?？梢娛芫阎幸欢ù嬖谥?/p>

3、活隱蔽mRNA的某種機制。 2022-3-42022-3-4微生物與生化藥學微生物與生化藥學 杜軍杜軍4 4第四章第四節(jié) 蛋白質合成調控翻譯的起始過程翻譯的起始過程1. eIF4E與5mRNA末端結合，并由此將eIF4E復合物(eIF4A,eIF4E和eIF4G)結合至Cap。此時eIF4B活化，并激活ATP依賴RNA解旋酶活性的eIF4A；2. eIF4A解旋酶活化，并刪除二級結構的5UTR。2022-3-42022-3-4微生物與生化藥學微生物與生化藥學 杜軍杜軍5 5第四章第四節(jié) 蛋白質合成調控3. 刪除二級結構可促進小核糖體亞單位(40S)綁定在或接近Cap。40S帶有許多起始因子；包

4、括起始子tRNA復合物(eIF2-GTP-tRNAi)，eIF1， eIF1A，eIF5和eIF3。4. 40S及其相關因子 “掃描”5UTR，沿著mRNA模板滑動，直至找到一個合適的起始密碼(最常遇到的第一個AUG)。2022-3-42022-3-4微生物與生化藥學微生物與生化藥學 杜軍杜軍6 6第四章第四節(jié) 蛋白質合成調控5. 起始密碼識別的結果，導致eIF2三磷酸鳥苷水解，釋放多個起始因子，核糖體大亞基單位(60S)的加入，形成了80S翻譯核糖體；2022-3-42022-3-4微生物與生化藥學微生物與生化藥學 杜軍杜軍7 7由此可見，由此可見，eIF4E、eIF2-GTP在轉錄起始過程

5、中起到了關鍵在轉錄起始過程中起到了關鍵作用。作用。第四章第四節(jié) 蛋白質合成調控eIF-4Eu真核生物翻譯起始的限速步驟ueIF-4E結合蛋白4E-BP抑制4E與Cap結合，從而抑制翻譯的起始；u4E-BP過磷酸化時與4E解離；u胰島素、絲裂原可使4E-BP過磷酸化，啟動翻譯過程。2022-3-42022-3-4微生物與生化藥學微生物與生化藥學 杜軍杜軍8 8Richter J D , Klann E Genes Dev. 2009;23:1-114E4E-BP7mG4E4GIF340S7mG4E4E-BPPPP磷酸化第四章第四節(jié) 蛋白質合成調控2022-3-42022-3-4微生物與生化藥學微

6、生物與生化藥學 杜軍杜軍1010eIF-2uMet-tRNAi與核糖體結合是受到eIF-2的控制。在eIF-2的協(xié)助下，Met-tRNAi識別對應核糖體P位的mRNA起始密碼子AUG，并與之結合，促進mRNA的準確就位。第四章第四節(jié) 蛋白質合成調控ueIF2的磷酸化調節(jié)磷酸化調節(jié)對起始階段有重要的控制作用。ueIF-2在特異激酶的作用下磷酸化后，使鳥苷酸交換因子（eIF-2B、GEF）與非活化狀態(tài)的eIF-2GDP緊密結合在一起，妨礙了eIF-2的再循環(huán)利2022-3-42022-3-4微生物與生化藥學微生物與生化藥學 杜軍杜軍11 11用，從而影響eIF-2-GTP-Met-tRNAimet

7、前起始復合物的形成，抑制了蛋白質合成的起始。eIF-2BeIF-2a aeIF-2BeIF-2a a第四章第四節(jié) 蛋白質合成調控2022-3-42022-3-4微生物與生化藥學微生物與生化藥學 杜軍杜軍1212第四章第四節(jié) 蛋白質合成調控eIF2eIF2激酶激酶磷酸酶eIF-2BeIF-2B血紅素翻譯起始翻譯終止血紅素降低時，激酶活化eIF-2B被耗竭時，被耗竭時，eIF-2-GDP不能轉化為不能轉化為GTP，翻譯不能起始。翻譯不能起始。如網(wǎng)織紅細胞。如網(wǎng)織紅細胞。2022-3-42022-3-4微生物與生化藥學微生物與生化藥學 杜軍杜軍1313eIF-2B:鳥甘酸交換因子鳥甘酸交換因子（GE

8、F）（GEF）第四章第四節(jié) 蛋白質合成調控翻譯起始2022-3-42022-3-4微生物與生化藥學微生物與生化藥學 杜軍杜軍1414雙鏈RNA激活eIF-2激酶，從而抑制翻譯起始。第四章第四節(jié) 蛋白質合成調控2.阻遏蛋白的調控作用u并不是所有進入細胞質的mRNA都可以翻譯成蛋白；u如鐵蛋白mRNA的鐵反應元件（IRE）IRE鐵結合調節(jié)蛋白核糖體mRNA鐵2022-3-42022-3-4微生物與生化藥學微生物與生化藥學 杜軍杜軍1515第四章第四節(jié) 蛋白質合成調控3.5AUG的調控作用u大多數(shù)mRNA翻譯為第一AUG規(guī)律u10%的mRNA作為翻譯的第一AUG的5端的非編碼區(qū)有多個AUG，其作用在

9、于導致無效翻譯，從而減少翻譯的水平。AUGAUUAUGAUU非編碼區(qū)2022-3-42022-3-4微生物與生化藥學微生物與生化藥學 杜軍杜軍1616第四章第四節(jié) 蛋白質合成調控4.mRNA的5-非編碼區(qū)長度對翻譯的影響u5端非翻譯區(qū)的長度也會影響到翻譯的效率和起始的精確性u當此區(qū)長度在1780之間時，體外翻譯效率與其長度變成正比u此區(qū)長度太近時，40S亞基不易識別AUGu當mRNA5非編碼區(qū)長度小于12個堿基時，一半以上的40S亞基會滑過第一個AUG。2022-3-42022-3-4微生物與生化藥學微生物與生化藥學 杜軍杜軍1717第四章第四節(jié) 蛋白質合成調控u在細胞質中所有的RNA都要受到

10、降解控制（degradation control）在控制中RNA降解的速率（也稱為RNA的轉換率)是受到調節(jié)的；umRNA分子的穩(wěn)定性很不一致，有的mRNA的壽命可延續(xù)好幾個月，有的只有幾分鐘；u5的帽子結構和3末端的polyA對mRNA分子的穩(wěn)定性起到很大作用u在某些真核細胞中的mRNA進入細胞質以后，并不立即作為模板進行蛋白質合成，而是與一些蛋白質結合形成RNA蛋白質（RNP）顆粒；u真核細胞中mRNA的平均壽命通常為3 h，而家蠶的絲芯蛋白的mRNA的平均壽命卻長達4 天。2022-3-42022-3-4微生物與生化藥學微生物與生化藥學 杜軍杜軍1818第四章第四節(jié) 蛋白質合成調控umR

11、NA 3端的poly(A)：u不僅和mRNA穿越核膜的能力有關，而且影響到mRNA的穩(wěn)定性和翻譯效率。u有ploy（A）的mRNA其翻譯效率明顯高于無poly(A)的mRNA ，Poly A長度和翻譯效率有關。u有人將poly(A)比做翻譯的計數(shù)器，隨著翻譯次數(shù)的增加，poly(A)在逐步縮短，也就是說poly(A)越長mRNA作為模板的使用的半衰期越長。2022-3-42022-3-4微生物與生化藥學微生物與生化藥學 杜軍杜軍1919第四章第四節(jié) 蛋白質合成調控uPoly(A)對翻譯的促進作用是需要PABP（poly(A)結合蛋白）的存在，PAPB結合poly(A)最短的長度為12 nt，當

12、poly(A)缺乏PAPB的結合時，mRNA 3端的裸露易招致降解。2022-3-42022-3-4微生物與生化藥學微生物與生化藥學 杜軍杜軍2020PABPA AA AA AA AA AA AA AA AA AA AA AA ARNaseRNaseRNaseRNaseRNaseRNaseRNaseRNase第四章第四節(jié) 蛋白質合成調控uLee等（1993）發(fā)現(xiàn)有一種小分子RNA可對真核生物的mRNA起抑制作用，稱為Lin-4RNAu其由Lin-4基因編碼，它能抑制一種調控生長發(fā)育的時間選擇的核蛋白Lin-14的合成。uLin-4基因編碼2個小分子的RNA，其中主要的一個長度為22個核苷酸，另

13、一個則可在其3端延長至4個核苷酸。它們的核苷酸序列高度保守，只要有一個堿基的變化就會失去它對mRNA的抑制作用。 2022-3-42022-3-4微生物與生化藥學微生物與生化藥學 杜軍杜軍2121第四章第四節(jié) 蛋白質合成調控uLin-4 RNA 調控翻譯的機制，目前尚不清楚。u可能機制是與3-UTR相結合調控poly A尾長度調控細胞骨架調整mRNA在細胞中的位置，而從翻譯機制中隱蔽mRNA。u總之，以前一直認為由蛋白質完成的事情，現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)RNA也能完成，這是一個十分有趣和值得進一步深入研究的課題。2022-3-42022-3-4微生物與生化藥學微生物與生化藥學 杜軍杜軍2222第四章第四節(jié)

14、蛋白質合成調控2022-3-42022-3-4微生物與生化藥學微生物與生化藥學 杜軍杜軍23233非翻譯區(qū)第四章第四節(jié) 蛋白質合成調控2022-3-42022-3-4微生物與生化藥學微生物與生化藥學 杜軍杜軍2424第四章第四節(jié) 蛋白質合成調控umicroRNA (miRNA) 是一類長度約為20-24個核苷酸長度的具有調控基因表達功能的非編碼RNA。u是由具有發(fā)夾結構的約70-90個堿基大小的單鏈RNA前體經過Dicer酶加工后生成umiRNA 主要參與基因轉錄后水平的調控。u在動物和植物體內廣泛存，目前已被證實miRNA有幾百種之多。2022-3-42022-3-4微生物與生化藥學微生物與

15、生化藥學 杜軍杜軍2525第四章第四節(jié) 蛋白質合成調控2022-3-42022-3-4微生物與生化藥學微生物與生化藥學 杜軍杜軍2626DroshaDicermiRISCRibosomemiRISCDNAPri-miRNAPre-miRNAExportin5RISC: RNA誘導沉默復合體誘導沉默復合體第四章第四節(jié) 蛋白質合成調控1.miRNA 在反復凍融，PH改變，DNA以及RNA裂解酶的作用下，不易降解，具有很高的穩(wěn)定性。 2.相同的miRNA在不同細胞、不同組織器官以及不同種屬之間具有相似的序列以及調控功能。 3.miRNA在不同組織、不同細胞間的表達譜表現(xiàn)特征不同，因此miRNA表達譜

16、可以作為某些組織或細胞的特異性分子標志。 4.miRNA的組成在細胞的不同發(fā)育階段不同，特定的miRNA在特定細胞的特定階段出現(xiàn)，決定細胞的分化方向和分化時相，因此miRNA是細胞定時、定向分化的開關。 5.miRNA的調控不是一一對應的，而是同時調節(jié)一組功能相似或相近的蛋白。 6.miRNA的調控力度不是很強，一般僅占蛋白表達量的30%或以下。2022-3-42022-3-4微生物與生化藥學微生物與生化藥學 杜軍杜軍2727第四章第四節(jié) 蛋白質合成調控u轉錄后基因表達的調節(jié)小分子RNA主要有兩種：u小干涉RNA（small interfering RNA; siRNA） 和微小RNA（mic

17、roRNA；miRNA）u它們的相關性密切，既具有相似性，又具有差異性2022-3-42022-3-4微生物與生化藥學微生物與生化藥學 杜軍杜軍2828第四章第四節(jié) 蛋白質合成調控1.來源u是miRNA是內源性的，是生物體的固有因素；而siRNA是由外界因素（如：病毒感染或人工插入）誘導產生，屬于異常情況，多為人工體外合成的，通過轉染進入體內，是RNA干涉的中間產物；umiRNA前體是發(fā)卡狀pre-miRNA，而siRNA長鏈dsRNA2.結構umiRNA是單鏈RNA，而siRNA是雙鏈RNA；3.在作用位置上umiRNA主要作用于靶基因的3-UTR區(qū)，而siRNA可作用于mRNA的任何部位；

18、4.與靶基因的互補性umiRNA不完全互補，存在錯配，特異性較低；而siRNA一般要求完全互補，一個堿基的突變容易引起RNAi沉默效應的改變；2022-3-42022-3-4微生物與生化藥學微生物與生化藥學 杜軍杜軍2929第四章第四節(jié) 蛋白質合成調控5.在作用方式上umiRNA可抑制靶標基因的翻譯，也可導致靶標基因降解，即在轉錄水平后和翻譯水平起作用；u而siRNA只能導致靶標基因的降解，引起mRNA的破壞，抑制了其mRNA的翻譯，即為轉錄水平后調控；6.生物學功能umiRNA主要在發(fā)育過程中起作用，調節(jié)內源基因表達，而siRNA不參與生物生長，是RNAi的產物，原始作用是抑制轉座子活性和病

19、毒感染7.進化關系u siRNA是miRNA的補充說； miRNA在進化中替代了siRNA說。2022-3-42022-3-4微生物與生化藥學微生物與生化藥學 杜軍杜軍3030第四章第四節(jié) 蛋白質合成調控u細胞內存在4 種蛋白質水解體系：u自噬- 溶酶體體系u線粒體蛋白酶體系u鈣依賴蛋白酶體系u泛素- 蛋白酶體系u真核細胞中蛋白質降解主要有兩種途徑u不依賴于ATPu溶酶體降解：外來蛋白質、膜蛋白和長壽命蛋白u依賴于ATPu泛素-蛋白酶體降解：異常蛋白和短壽命蛋白2022-3-42022-3-4微生物與生化藥學微生物與生化藥學 杜軍杜軍3131第四章第四節(jié) 蛋白質合成調控uLon蛋白酶主要存在原

20、核生物的胞質以及真核生物的線粒體和過氧化物酶體中；uLon作為一種多功能蛋白酶, 對線粒體的多種功能起著重要的調控作用, 包括呼吸鏈蛋白復合體的組裝、異常和受損傷蛋白質的降解、mtDNA完整性的維持；2022-3-42022-3-4微生物與生化藥學微生物與生化藥學 杜軍杜軍3232Lonu每切除一個肽鍵，需消耗2個ATP第四章第四節(jié) 蛋白質合成調控u第一、通過全酶的N端結構域識別并結合蛋白底物的特異性識別位點; u第二、ATP的結合和水解使復合體的構象發(fā)生改變, 底物多肽去折疊，底物進入蛋白水解部位; u第三、當去折疊的底物進入蛋白降解部位后, 肽鍵剪切開始發(fā)生。2022-3-42022-3-

21、4微生物與生化藥學微生物與生化藥學 杜軍杜軍3333每切除一個肽鍵需消耗兩個ATP。識別、結合識別、結合構象改變構象改變去折疊去折疊切肽鍵切肽鍵第四章第四節(jié) 蛋白質合成調控u溶酶體（lysosomes）真核細胞中的一種細胞器；為單層膜包被的囊狀結構，直徑約0.0250.8微米，是不需是不需ATP蛋白降解體系蛋白降解體系；2022-3-42022-3-4微生物與生化藥學微生物與生化藥學 杜軍杜軍3434u溶酶體內有50余種酸性水解酶u包括蛋白酶、核酸酶、磷酸酶、糖苷酶、脂肪酶、磷酸酯酶及硫酸脂酶等第四章第四節(jié) 蛋白質合成調控u泛素-蛋白酶體系統(tǒng)ubiquitin-proteasome syste

22、m：一個多步驟反應過程，有多種不同蛋白質參與。u蛋白質先被泛素（多肽）標記，然后被蛋白酶體識別和降解。u該系統(tǒng)包括泛素Ub、泛素活化酶E1，泛素結合酶E2s，泛素-蛋白連接酶E3s，26S蛋白酶體和泛素解離酶DUBs。2022-3-42022-3-4微生物與生化藥學微生物與生化藥學 杜軍杜軍3535第四章第四節(jié) 蛋白質合成調控u包括兩個主要階段u第一階段為泛素與蛋白底物的相互作用：將蛋白底物用活化的泛素進行標識；u第二階段為蛋白酶體對底物的降解：包括對底物泛素鏈的識別與蛋白的逐步降解。2022-3-42022-3-4微生物與生化藥學微生物與生化藥學 杜軍杜軍3636第四章第四節(jié) 蛋白質合成調控

23、2022-3-42022-3-4微生物與生化藥學微生物與生化藥學 杜軍杜軍3737E3蛋白酶體蛋白酶體泛素泛素ATPAMP+PPiE1E2受體蛋白受體蛋白短肽短肽ATP受體蛋白受體蛋白第四章第四節(jié) 蛋白質合成調控u泛素-蛋白酶體系統(tǒng)與蛋白質質量控制、細胞周期、DNA修復、轉錄及免疫應激等密切相關，也與許多種疾病的發(fā)生相關。2022-3-42022-3-4微生物與生化藥學微生物與生化藥學 杜軍杜軍3838第四章第四節(jié) 蛋白質合成調控u半衰期介于幾十秒到百余天。 u哺乳動物細胞內各種蛋白質的平均周轉率為1 2d。u代謝過程中的關鍵酶以及處于分支點的酶壽命僅幾分鐘，有利于體內穩(wěn)態(tài)在情況改變后快速建立

24、。 u 大鼠肝臟的鳥氨酸脫羧酶半衰期僅11min，是大鼠肝臟中降解最快的蛋白質。u 肌肉肌動蛋白和肌球蛋白的壽命約l2w。 u 血紅蛋白的壽命超過一個月。 u蛋白質的半衰期并不恒定，與細胞的生理狀態(tài)密切相關。2022-3-42022-3-4微生物與生化藥學微生物與生化藥學 杜軍杜軍3939第四章第四節(jié) 蛋白質合成調控u細胞質中蛋白質的壽命與肽鏈的N端氨基酸殘基的性質有一定的關系。 u N端的氨基酸殘基為天冬氨酸D、精氨酸R、組氨酸H、亮氨酸L、賴氨酸K、色氨酸W和苯丙氨酸F的蛋白質，其半衰期只有23min。 uN端的氨基酸殘基為丙氨酸A、蘇氨酸T、絲氨酸S、甘氨酸G、甲硫氨酸M和纈氨酸V的蛋白質，它們在原核細胞中的半衰期可超過10h，而在真核細胞中甚至可超過20h。2022-3-42022-3-4微生物與生化藥學微生物與生化藥學 杜軍杜軍4040第四章第四節(jié) 蛋白質合成調控u一、蛋白質合成速率的調節(jié)u掌握翻譯起始調控的作用點u熟悉翻譯起始因子eIF-4E、eIF-2的調控方式u了解小分子RNA對翻譯的影響u二、蛋白質降解速率的調節(jié)u熟悉泛素-蛋白酶體降解體系u了解蛋白質穩(wěn)定的N端規(guī)則2022-3-42022-3-4微生物與生化藥學微生物與生化藥學 杜軍杜軍4141第七章 基因表達的調控