第四章 生物信息的传递（下）从——从mRNA到蛋白质 五、蛋白质前体的加工
新生的多肽链大多数是没有功能的，必须经过加工修饰才能变为有功能的蛋白质。 1. N端fMet或Met的切除
细菌新合成的肽链第一个氨基酸残基是什么？（甲酰甲硫氨酸）。真核生物新合成的肽链第一个氨基酸残基是什么？（甲硫氨酸）。细菌蛋白质N端的甲酰基能被脱甲酰化酶水解，不管是原核生物还是真核生物N端的甲硫氨酸往往在多肽链合成完毕之前就被切除。有些新生蛋白质在去掉N端一部分残基后变成有功能的蛋白质。有些动物病毒如脊髓灰质炎病毒的mRNA可翻译成很长的多肽链，含多种病毒蛋白，经过蛋白酶在特定位置上水解后得到几个有功能的蛋白质分子。
2. 二硫键的形成
mRNA中没有胱氨酸的密码子，而不少蛋白质都含有二硫键，这是蛋白质合成后通过两个半胱氨酸的氧化作用生成的。
3. 特定氨基酸的修饰
（1）氨基酸侧链的修饰包括磷酸化、糖基化、甲基化、乙酰化、羟基化和羧基化。
A、磷酸化：主要由多种蛋白激酶催化，发生在丝氨酸、苏氨酸、酪氨酸等氨基酸的侧链。
B、糖基化：大多数糖基化是由内质网中的糖基化酶催化的。
C、甲基化：蛋白质的甲基化是由N-甲基转移酶催化的，该酶主要存在于细胞质基质中。甲基化包括发生在Arg（精氨酸）、His（组氨酸）和Gln（谷氨酰胺）的侧链的N-甲基化以及Glu（谷氨酸）和Asp（天冬氨酸）侧基的O-甲基化。
D、乙酰化：N-乙酰转移酶催化多肽链的N端乙酰化。发生在赖氨酸侧链上的ε-NH2.
（2）蛋白质N-糖基化修饰
糖蛋白主要是通过蛋白质侧链上的天冬氨酸、丝氨酸、苏氨酸残基加上糖基出现的。在内质网膜内侧的脂肪酸长链被磷酸化后加上由N-乙酰葡萄糖胺、甘露糖、葡萄糖组成的低聚糖链。在糖基化过程中，先切去信号肽，再由低聚糖转移酶催化将N-乙酰葡萄糖胺、甘露糖、葡萄糖组成的低聚糖链转移到肽链N-端的天冬氨酸残基上。
Membrance（膜） oligosacchary I transferase（低聚糖转移酶） Dolichol phosphate（磷酸脂多萜醇） N-Acetylglucosamine（N-乙酰葡萄糖胺）
Mannose（甘露糖） Glucose（葡萄糖） Asn（天冬氨酸）
（3）蛋白质N-糖基化的主要场所是内质网
4. 切除新生肽链中非功能片段
（1）前胰岛素原蛋白翻译后成熟过程示意图
新合成的胰岛素前体是前胰岛素原，必须先切去信号肽变成胰岛素原，再切去B-谐波电流肽，才变成有活性的胰岛素。
（2）蜂毒蛋白的加工
蜂毒素能溶解动物细胞，也能溶解蜜蜂自身的细胞，所以只能在细胞内合成没有活性的前毒素，分泌进入刺吸器后，其N-端的22个氨基酸残基被蛋白酶水解，生成有功能的蛋白质。
（3）胃蛋白酶原的激活
胃蛋白酶原（pepsinogen）的激活与前胰岛素原的加工成熟过程有点相似。新合成的胃蛋白酶前体是胃蛋白酶原，在形成空间折叠的过程中，其N-端有一个由44个氨基酸残基组成的短肽将活性位点（active site）包裹起来。只有切除这一段短肽后，活性位点才被暴露出来，成为有活性的胃蛋白（pepsin）。 六、蛋白质的折叠
由核糖体合成的所有新生肽链必须通过正确的折叠才能形成动力学和热力学稳定的三维结构，从而表现出生物学活性或功能。因此，可以说蛋白质折叠是翻译后形成功能蛋白质的必须阶段。如果蛋白质折叠错误，其生物学功能就会受到影响或丧失，严重者甚至会引起疾病。
有些蛋白质只有在另一些蛋白质存在的情况下才能正确完成折叠过程，形成功能蛋白质。分子伴侣（碳酸稀土
molecular chaperone）是目前研究比较多的能够在细胞内辅助新生肽链正确折叠的蛋白质。它是一类序列上没有相关性但有共同功能的保守性蛋白质，它们在细胞内能帮助其他多肽进行正确的折叠、组装、运转和降解。分两类：热休克蛋白家族（heat shock protein）和伴侣素（chaperonim）。 1、热休克蛋白家族
它是一类应激反应蛋白，包括HSP70、HSP40和GrpE三个家族，广泛存在于原核及真核细胞中。三者协同作用，促使某些能自发折叠的蛋白质正确折叠形成天然空间构象。
2、伴侣素
包括HSP60、HSP10（原核细胞中的同源物分别为GroEL和GroES）,它主要是为非自发性折叠蛋白提供能折叠形成天然结构的微环境。
分子伴侣在新生肽链折叠中主要通过防止或消除肽链的错误折叠，增加功能性蛋白质折叠产率来发挥作用，而非加快折叠反应速度。分子伴侣本身并不参与最终产物的形成。
七、蛋白质合成抑制剂
1. 常见的蛋白质合成抑制剂
（1）抗生素类：嘌呤霉素、链霉素、四环素、氯霉素、红霉素等。
（2）蛋白类：5-甲基氨酸、环己亚胺、白喉毒素、蓖麻蛋白和其他核糖体灭活蛋白
（3）只对原核细胞发生作用的抗生素：青霉素、四环素、红霉素
（4）能对真核生物和原核生物都发生作用的抗生素：嘌呤霉素、氯霉素
抗菌素对蛋白质合成的作用可能是阻止mRNA与核糖体结合，或阻止AA-tRNA与核糖体结合，或干扰AA-tRNA与核糖体结合而产生错读，或作为竞争性抑制剂抑制蛋白质合成。
2. 几种蛋白质合成抑制剂的作用机制
（1）嘌呤霉素——aa-tRNA类似物，提前终止肽链翻译；
A. 嘌呤霉素与苯丙氨酰-tRNA末端结构的比较
嘌呤霉素一端类似tRNA的3ˊ羧基末端，另一端类似苯丙氨酸，有相同的5ˊ氨基，只多了一个OCH上海中医药大学易班3（醛基）。
B. 嘌呤霉素抑制蛋白质合成的分子机制
嘌呤霉素是AA-tRNA的结构类似物，能结合在核糖体的A位上，抑制AA-tRNA的进入。它所带的氨基与AA-tRNA上的氨基一样，能与生长中的肽链上的羧基反应生成肽键，这个反应的产物是一条3ˊ羧基端挂了一个嘌呤霉素残基的小肽，肽酰嘌呤霉素随后从核糖体上解离开出来，所以嘌呤霉素是通过提前释放肽链而抑制蛋白质合成的。
（2）7-甲基鸟苷酸m7Gp——抑制真核细胞翻译起始，与帽子结构竞争CBP
（3）白喉毒素——催化EF2（延伸因子）与ADP—核糖结合，使EF2完全失活，有效抑制细胞蛋白质合成，进而导致细胞死亡。（白喉酰胺—His）
(4)链霉素——干扰AA-tRNA与核糖体结合而产生错读
链霉素是一种碱性三糖，能干扰AA-tRNA与核糖体结合，从而阻止蛋白质合成的正确起始，
也会导致mRNA的错读。若以多聚U作为模板，则除了苯丙氨酸（UUU）外，异亮氨酸（AUU）也回被参入。
七. RNA分子在生物进化中的地位
（1）反馈效应
RNA比相应DNA序列含有更多的遗传信息，可以通过剪接、改变和校正阅读框等方式表达出多种蛋白质异构体，还可能通过逆转录产生与RNA信息相一致的DNA水在时间之下分子，直接影响后代的基因型。
（2）RNA还是获得性遗传的分子基础
在3类主要生物大分子中，DNA是信息分子，蛋白质是功能分子，RNA则既是信息分子又是功能分子，它在表达过程中起着信息提取和加工的作用。环境可以影响和诱导RNA的产生和加工，从而使机体表现出新的性状，这中性状如果能传递给子代细胞和个体，就产生获得性遗传。实际上，不仅核酸分子是遗传信息的载体，某些亚细胞结构、细胞器和生物膜也能传递部分遗传信息，它们在环境影响下发生的结构改变有时也能传递给后代。
获得性遗传：是指有机体在生长发育过程中由于环境的影响而不是基因突变所形成的新的遗传性状。
第五节 蛋白质运转机制
一、蛋白质运转机制
在生物体内，蛋白质的合成位点和功能位点常常被一层或多层细胞膜所隔开，这样就产生了蛋白质运转的问题。
核糖体是真核生物细胞内合成蛋白质的场所，几乎在任何时候，都有数以百计或千计的蛋白质离开核糖体并被运输到细胞质、细胞核、线粒体、内质网、溶酶体、叶绿体等各个部分，补充和更新细胞功能。由于细胞各部分都有特定的蛋白质组分，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。
蛋白质是怎样从合成部位运送到功能部位的？它们又是如何跨膜运送的？跨膜后又是依靠什么信息到达各自岗位的？
对于跨膜蛋白来说，究竟是什么因素决定它是外周蛋白还是内在蛋白，是部分镶嵌还是跨膜分布，在膜的外侧还是在内侧？这些都是生物膜研究中非常活跃的领域。
一般说来，蛋白质运转可分为两个大类，若某个蛋白质的合成和运转是同时发生的，则属于翻译运转同步机制；若蛋白质从核糖体上释放后才发生运转，则属于翻译后运转机制。分泌蛋白大多是以翻译运转同步机制运输的。在细胞器发育过程中，有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。而参与生物膜形成的蛋白质，则依赖于上述两种不同的运转机制镶入膜内。
二、翻译和运转同步的机制
翻译和运转同步机制中，蛋白质的定位与运转与新生肽链N端的信号肽有关。
1. 信号肽 signal peptide
新合成的蛋白质N端的一段15~25个氨基酸残基的疏水性肽段.蛋白质进入内质网腔内后，被信号肽酶切除。
2.信号肽的特点
imrt
（1）一般带有10-15个疏水氨基酸
（2）在靠近该序列N端常常有一个或数个带正电荷的氨基酸
（3）在其C末端靠近蛋白酶切割位点处常常带有数个极性氨基酸，离切割位点最近的那个氨基酸往往带有很短的侧链。
3.信号肽假说
同细胞质中其他蛋白质的合成一样，分泌蛋白的生物合成开始于游离核糖体，当翻译进行到50-70个氨基酸残基后，信号肽开始从核糖体的大亚基上露出，被粗面内质网膜上的受体识别，并与之相结合。信号肽过膜后被内质网腔中的信号肽酶水解，正在合成的新生肽随之通过蛋白孔道穿越疏水的双层磷脂。一旦核糖体移到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。
车载卫星电视4.信号肽在蛋白质运输过程中的作用
（1）完整的信号多肽是保证蛋白质运转的必要条件。
信号序列中疏水氨基酸突变成亲水氨基酸后，会阻止蛋白质运转而使新生蛋白质以前体形式积累在细胞质中。
（2）仅有信号肽还不足以保证蛋白质运转的发生。
指导蛋白质运转的信号事实上可能要长于被蛋白酶降解的信号肽链。
