第2章蛋白質(zhì)的生物合成

1、第第2121章章 蛋白質(zhì)的合成蛋白質(zhì)的合成n蛋白質(zhì)中特定的氨基酸排列順序由編碼編碼基因中的堿基排列順序基因中的堿基排列順序決定的。n由mRNA將基因的遺傳信息表達(dá)為蛋白質(zhì)中氨基酸順序的過程叫做翻譯。n翻譯也就是蛋白質(zhì)合成的過程。需要200多種生物大分子參加，其中包括核糖體、mRNA、tRNA及多種蛋白質(zhì)因子。 翻譯過程翻譯過程第一節(jié) 遺傳密碼nmRNA分子上以53方向,從AUG開始每三個(gè)連續(xù)的連續(xù)的核苷酸組成一個(gè)密碼子密碼子, 四種堿基可以組成43計(jì)64種密碼子。這些密碼不僅代表了不僅代表了2020種氨基酸，還決定了翻譯過種氨基酸，還決定了翻譯過程的起始與終止位置程的起始與終止位置。每種氨基酸

2、至少有一種密碼子，最多的有6種密碼子。n這種代表遺傳信息的三聯(lián)體稱為密碼子，這種代表遺傳信息的三聯(lián)體稱為密碼子，或或三聯(lián)體密碼子三聯(lián)體密碼子。遺傳密碼遺傳密碼遺傳密碼子的特點(diǎn)：遺傳密碼子的特點(diǎn)：（1）起始碼與終止碼 nmRNA5末端的AUG（少數(shù)GUG）是起始密碼，對(duì)應(yīng)肽鏈的第一個(gè)氨基酸(蛋氨酸)的位置，因此原、真核生物合成的第一個(gè)氨基酸都是蛋氨酸；nUAAUAA，UAGUAG，UGAUGA是肽鏈成的終止密碼是肽鏈成的終止密碼，不代表任何氨基酸，它們單獨(dú)或共同存在于mRNA3末端。因此翻譯是沿著mRNA分子53方向進(jìn)行的。（2 2）密碼的通用性與例外）密碼的通用性與例外 n生命世界從低等到高等

3、，都使用一套密碼，密碼表在生物界是通用的。但不同的生物中，不同codon使用頻率不同。n例外：真核生物線粒體線粒體的密碼子。如人線體中，UGA色氨酸(非終止密碼子），AGA、AGG終止密碼子（非Arg)。（3 3）簡(jiǎn)并性與）簡(jiǎn)并性與防錯(cuò)防錯(cuò)n一種氨基酸有幾組密碼子，一種氨基酸有幾組密碼子，或者幾組密碼子代表一種或者幾組密碼子代表一種氨基酸的現(xiàn)象稱為密碼子氨基酸的現(xiàn)象稱為密碼子的的簡(jiǎn)并性簡(jiǎn)并性。 - -第三位堿基決定第三位堿基決定n對(duì)應(yīng)于同種氨基酸的不同對(duì)應(yīng)于同種氨基酸的不同密碼子稱為密碼子稱為同義密碼子。同義密碼子。n只有色氨酸和蛋氨酸只有只有色氨酸和蛋氨酸只有一個(gè)密碼子。一個(gè)密碼子。（4 4

4、）不重疊，無逗號(hào)）不重疊，無逗號(hào) n兩個(gè)密碼子之間沒有任何核苷酸隔開，兩個(gè)密碼子之間沒有任何核苷酸隔開，因此從起始碼因此從起始碼AUGAUG開始，三個(gè)堿基代表開始，三個(gè)堿基代表一個(gè)氨基酸，這就構(gòu)成了一個(gè)一個(gè)氨基酸，這就構(gòu)成了一個(gè)連續(xù)不斷連續(xù)不斷的讀碼框的讀碼框，直至終止碼。，直至終止碼。n如果在讀碼框中間插入或缺失一個(gè)堿基如果在讀碼框中間插入或缺失一個(gè)堿基就會(huì)造成就會(huì)造成移碼突變移碼突變，引起突變位點(diǎn)下游，引起突變位點(diǎn)下游氨基酸排列的錯(cuò)誤。氨基酸排列的錯(cuò)誤。 密碼子的特點(diǎn)密碼子的特點(diǎn) 從從55開始，三聯(lián)體密碼。有起始碼開始，三聯(lián)體密碼。有起始碼與終止碼之分，無標(biāo)點(diǎn)，不重疊，簡(jiǎn)與終止碼之分，無標(biāo)

5、點(diǎn)，不重疊，簡(jiǎn)并性、搖擺性、通用性與防錯(cuò)系統(tǒng)。并性、搖擺性、通用性與防錯(cuò)系統(tǒng)。第二節(jié)第二節(jié) 蛋白質(zhì)合成的主要物質(zhì)蛋白質(zhì)合成的主要物質(zhì) n（一）合成原料20種基本氨基酸；n（二）mRNA是合成蛋白質(zhì)的直接模板；n（三）（三）tRNAtRNA是氨基酸的運(yùn)載工具是氨基酸的運(yùn)載工具; ; n（四）核糖體是蛋白質(zhì)的合成場(chǎng)所（四）核糖體是蛋白質(zhì)的合成場(chǎng)所；n（五）多種蛋白因子參與蛋白合成過程 起始因子；延伸因子；釋放因子 二、二、tRNAtRNA轉(zhuǎn)運(yùn)氨基酸到轉(zhuǎn)運(yùn)氨基酸到mRNAmRNA模板模板 反密碼子反密碼子的擺動(dòng)性的擺動(dòng)性反密碼子與密碼子配對(duì)時(shí)反密碼子與密碼子配對(duì)時(shí)的的搖擺現(xiàn)象搖擺現(xiàn)象n密碼子的第密碼

6、子的第3 3個(gè)堿基與反密碼子的第個(gè)堿基與反密碼子的第1 1個(gè)個(gè)堿基配對(duì)，兩者配對(duì)并不嚴(yán)格，反密碼堿基配對(duì)，兩者配對(duì)并不嚴(yán)格，反密碼的第的第1 1位堿基常出現(xiàn)位堿基常出現(xiàn)次黃嘌呤次黃嘌呤I I，與，與A A、C C、U U結(jié)合，這是最常見的擺動(dòng)現(xiàn)象。結(jié)合，這是最常見的擺動(dòng)現(xiàn)象。 四、核糖體四、核糖體 n核糖體是蛋白質(zhì)合成的場(chǎng)所，由大、小兩個(gè)亞基組成，需結(jié)構(gòu)完整才能發(fā)揮功能。在體內(nèi)可游離或與mRNA以串狀形式存在。真核生物的核糖體還可與細(xì)胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)結(jié)合，形成粗糙內(nèi)質(zhì)網(wǎng)。n成份：rRNA和幾十種蛋白質(zhì)。上一頁下一頁章首原核生原核生物核糖物核糖體組成體組成真核生真核生物核糖物核糖體組成體組成核糖體的功能

7、區(qū)核糖體的功能區(qū)mRNA、 P P、A A、E E位位點(diǎn)；點(diǎn)；轉(zhuǎn)肽酶、各轉(zhuǎn)肽酶、各種因子位點(diǎn)種因子位點(diǎn)（1 1）mRNAmRNA結(jié)合位點(diǎn)：結(jié)合位點(diǎn)：在大、小亞基的接觸面上。在大、小亞基的接觸面上。靠靠30s30s小亞基頭部中的小亞基頭部中的16SrRNA316SrRNA3端與端與mRNA AUGmRNA AUG之前的一段序列之前的一段序列(SD(SD序列）互補(bǔ)序列）互補(bǔ); ;（2 2）P P位點(diǎn)：位點(diǎn)： 又叫肽?；稽c(diǎn)。結(jié)合延伸的多肽酰又叫肽?；稽c(diǎn)。結(jié)合延伸的多肽酰tRNA;tRNA;（3 3）A A位點(diǎn)位點(diǎn) 也稱氨?；稽c(diǎn)。結(jié)合新進(jìn)入的氨酰也稱氨?；稽c(diǎn)。結(jié)合新進(jìn)入的氨酰tRNAtRNA。

8、（4 4）E E位點(diǎn)：位點(diǎn)：結(jié)合空載的結(jié)合空載的tRNA tRNA （5 5）轉(zhuǎn)肽酶活性部位：）轉(zhuǎn)肽酶活性部位：位于位于P P位和位和A A位的連接位的連接處。處。（6 6）結(jié)合參與蛋白質(zhì)合成的起始因子）結(jié)合參與蛋白質(zhì)合成的起始因子IFIF、延長、延長因子因子EFEF和終止因子或釋放因子和終止因子或釋放因子RFRF。 第三節(jié)第三節(jié) 蛋白質(zhì)合成機(jī)制蛋白質(zhì)合成機(jī)制 n蛋白質(zhì)的合成亦稱翻譯，蛋白質(zhì)的合成亦稱翻譯，mRNAmRNA氨基酸。氨基酸。方向：方向：5353，N N端端CC端。端。n原核生物與真核生物的蛋白質(zhì)合成過程中原核生物與真核生物的蛋白質(zhì)合成過程中有很多的區(qū)別，真核生物過程更復(fù)雜。有很多

9、的區(qū)別，真核生物過程更復(fù)雜。n蛋白質(zhì)生物合成可分為五個(gè)階段，氨基酸蛋白質(zhì)生物合成可分為五個(gè)階段，氨基酸的的活化活化、多肽鏈合成的、多肽鏈合成的起始起始、肽鏈的、肽鏈的延長延長、肽鏈的肽鏈的終止和釋放終止和釋放、蛋白質(zhì)合成后的、蛋白質(zhì)合成后的加工加工修飾。修飾。一、氨基酸的活化一、氨基酸的活化氨酰氨酰tRNAn氨基酸在摻入多肽鏈之前必須先活化以獲得額外能量。活化的氨基酸（氨酰AMP）再與其特異的tRNA結(jié)合形成氨酰tRNA 。n在氨酰氨酰tRNAtRNA合成酶合成酶催化下進(jìn)行。氨基酸活化成氨基酸活化成氨酰氨酰tRNAtRNA消耗兩個(gè)消耗兩個(gè)ATPATP氨酰氨酰-tRNA-tRNA合成酶的特性合成

10、酶的特性n催化反應(yīng)的專一性。催化反應(yīng)的專一性。 該酶至少有兩個(gè)識(shí)該酶至少有兩個(gè)識(shí)別位點(diǎn)，既識(shí)別氨基酸，又能識(shí)別轉(zhuǎn)運(yùn)該別位點(diǎn)，既識(shí)別氨基酸，又能識(shí)別轉(zhuǎn)運(yùn)該氨基酸的一個(gè)或多個(gè)氨基酸的一個(gè)或多個(gè)tRNA tRNA 。對(duì)對(duì)tRNAtRNA專一專一性極高性極高。n每種氨基酸都有每種氨基酸都有2-62-6種各自特異的種各自特異的tRNAtRNA，它們之，它們之間的特異性是靠間的特異性是靠氨酰氨酰tRNAtRNA合成酶合成酶來識(shí)別的。來識(shí)別的。 n校正功能。校正功能?？伤忮e(cuò)配的氨?？伤忮e(cuò)配的氨酰tRNAtRNA。蛋氨酰蛋氨酰tRNAtRNA啟動(dòng)蛋白質(zhì)合成啟動(dòng)蛋白質(zhì)合成n轉(zhuǎn)運(yùn)蛋氨酸的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋氨酸的tRNAt

11、RNA有兩種：有兩種： tRNAiMet：特異識(shí)別mRNA上起始密碼子AUG，摻入第一個(gè)氨基酸，啟動(dòng)蛋白合成； tRNA Met：與mRNA中間的AUG配對(duì)，在肽鏈延伸中摻入Met。n蛋氨酸的活化形式：蛋氨酸的活化形式：n 起始位置：MettRNAiMet（原核f fMet-tRNAi iMet）n中間位置： MettRNAMet原核細(xì)胞蛋氨酰原核細(xì)胞蛋氨酰tRNAtRNA甲?；柞；痭原核原核細(xì)胞中起始氨基酸活化后，細(xì)胞中起始氨基酸活化后，還要還要甲?；柞；?。真核細(xì)胞沒有此。真核細(xì)胞沒有此過程。過程。 FHFH4 4供給甲基供給甲基nMet-tRNAMet-tRNAi i fMet-tRN

12、A fMet-tRNAi i 甲?；讣柞；?二、二、大腸桿菌中大腸桿菌中肽鏈合成的起始肽鏈合成的起始 (1)(1)起始信號(hào)起始信號(hào)nSDSD序列序列：位于起始AUG上游10個(gè)堿基處一段富含嘌呤的序列。n這段序列正好與30S小亞基中的16S rRNA3端一部分序列互補(bǔ)，因此SD序列也叫做核糖體結(jié)合序列。這種互補(bǔ)就意味著核糖體能選擇mRNA上AUG的正確位置來起始肽鏈的合成。（2 2）起始復(fù)合物的形成）起始復(fù)合物的形成： n30S30S起始復(fù)合物起始復(fù)合物70S70S起始復(fù)合物起始復(fù)合物。n在起始因子在起始因子IFIF1 1，2 2，3 3和和GTPGTP參與下，參與下，fMet-fMet-t

13、RNAtRNAf f識(shí)別識(shí)別mRNAmRNA的起始密碼子的起始密碼子AUGAUG，與，與30S30S結(jié)合成結(jié)合成30S30S起始復(fù)合物起始復(fù)合物；n50S50S與與30S30S起始復(fù)合物結(jié)合生成起始復(fù)合物結(jié)合生成70S-mRNA-70S-mRNA-fMet-tRNAfMet-tRNAf f復(fù)合物，并釋放各種起始因子。復(fù)合物，并釋放各種起始因子。此時(shí)此時(shí)fMet-tRNAfMet-tRNAf f占據(jù)著占據(jù)著P P位點(diǎn)，位點(diǎn)，A A位則空著。位則空著。70S起始復(fù)合物30S起始復(fù)合物三、多肽鏈的延長三、多肽鏈的延長 n在多肽鏈上每增加一個(gè)氨基酸都需要經(jīng)過進(jìn)位，轉(zhuǎn)肽和移位三個(gè)步驟。n（1 1）進(jìn)位：

14、）進(jìn)位：為密碼子所規(guī)定的氨酰tRNA結(jié)合到核糖體的A位，稱為進(jìn)位。需延伸因子EF-Tu、EF-Ts和GTP參與。n（2 2）轉(zhuǎn)肽）轉(zhuǎn)肽（肽鍵的形成）：（肽鍵的形成）：P P位上的位上的肽酰肽酰tRNAtRNA提供提供-COOH-COOH基，和新進(jìn)入的基，和新進(jìn)入的AaAa的的-NH-NH2 2形成肽鍵，從而使形成肽鍵，從而使P P位上的肽位上的肽連接到連接到A A位氨基酸的氨基上。新合成的肽位氨基酸的氨基上。新合成的肽酰酰tRNAtRNA處于處于A A位位。23SRNA23SRNA催化。催化。 n（3) 3)移位移位（Translocation)Translocation)：肽酰肽酰tRNAt

15、RNA又進(jìn)入又進(jìn)入P P 位，空載位，空載tRNAtRNA進(jìn)入進(jìn)入E E位。位。n重復(fù)進(jìn)位、轉(zhuǎn)肽、移位，肽鏈沿重復(fù)進(jìn)位、轉(zhuǎn)肽、移位，肽鏈沿NCNC方向延伸。方向延伸。四、翻譯的終止及肽鏈的釋放四、翻譯的終止及肽鏈的釋放 n當(dāng)肽鏈延伸到終止密碼子時(shí)，沒有任何tRNA與之對(duì)應(yīng)，故A位空出，釋放因子RF識(shí)別終止密碼子，進(jìn)入A位，使肽酰轉(zhuǎn)移酶變?yōu)樗饷富钚?，釋放出肽鏈和tRNA。n生物體為了加強(qiáng)終止，通常設(shè)置了兩個(gè)以上并排的終止密碼。所以要合成含n個(gè)AA殘基的肽鏈，mRNA至少含有3n+6個(gè)核苷酸。 終止密碼子：終止密碼子：UAAUAGUGA多聚核糖體多聚核糖體n上述只是單個(gè)核糖體的翻譯過程，事實(shí)上在

16、細(xì)上述只是單個(gè)核糖體的翻譯過程，事實(shí)上在細(xì)胞內(nèi)一條胞內(nèi)一條mRNAmRNA鏈上結(jié)合著多個(gè)核糖體，甚至鏈上結(jié)合著多個(gè)核糖體，甚至可多到幾百個(gè)。第一個(gè)核糖體翻譯移動(dòng)一定距可多到幾百個(gè)。第一個(gè)核糖體翻譯移動(dòng)一定距離后，第二個(gè)核糖體又在離后，第二個(gè)核糖體又在mRNAmRNA的起始部位結(jié)的起始部位結(jié)合。合。n兩個(gè)核糖體之間有一定的長度間隔，每個(gè)核糖兩個(gè)核糖體之間有一定的長度間隔，每個(gè)核糖體都獨(dú)立完成一條多肽鏈的合成，所以這種多體都獨(dú)立完成一條多肽鏈的合成，所以這種多核糖體可以在一條核糖體可以在一條mRNAmRNA鏈上同時(shí)合成多條相鏈上同時(shí)合成多條相同的多肽鏈，這就大大提高了翻譯的效率。同的多肽鏈，這就大

17、大提高了翻譯的效率。 系列核糖體同時(shí)翻譯同一條系列核糖體同時(shí)翻譯同一條mRNAmRNA真核生物蛋白質(zhì)的合成真核生物蛋白質(zhì)的合成n核糖體不同：原核70S（50+30），真核80S（60+40） n起始Aa不同：原核是fMet，真核是Met n起始機(jī)制不同：原核SD序列，真核5端帽子。 n起始復(fù)合物的形成過程不同。 n真核生物過程更復(fù)雜，需要的因子更多。 五、蛋白質(zhì)合成的抑制劑抗生素直接抑制蛋白質(zhì)合成：抗生素直接抑制蛋白質(zhì)合成：n原核： 氯霉素、四環(huán)素、鏈霉素、新霉素、卡拉霉素、紅霉素、n真核：亞胺環(huán)己酮、白喉毒素n嘌呤霉素（628）對(duì)原核、真核均有抑制作用。n與與DNADNA模板作用模板作用n與

18、與RNARNA聚合酶作用聚合酶作用n原核生物原核生物n真核生物真核生物 n利福平利福平/ /利福霉素利福霉素n鵝膏蕈堿鵝膏蕈堿間接抑制間接抑制第四節(jié) 蛋白的運(yùn)輸n蛋白質(zhì)的合成部位在核糖體，合成后去蛋白質(zhì)的合成部位在核糖體，合成后去向有三個(gè)：保留在胞漿；進(jìn)入細(xì)胞向有三個(gè)：保留在胞漿；進(jìn)入細(xì)胞核、線粒體或其它細(xì)胞器；分泌到細(xì)核、線粒體或其它細(xì)胞器；分泌到細(xì)胞外。胞外。n跨膜運(yùn)輸：跨膜運(yùn)輸： 去向需越過不同的膜去向需越過不同的膜結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)。信號(hào)肽信號(hào)肽決定了肽的走向。決定了肽的走向。n靶向運(yùn)輸：靶向運(yùn)輸：蛋白質(zhì)合成后，定向到達(dá)其蛋白質(zhì)合成后，定向到達(dá)其執(zhí)行功能的目的地點(diǎn)。執(zhí)行功能的目的地點(diǎn)。信號(hào)肽：絕大多數(shù)越膜蛋白的信號(hào)肽：絕大多數(shù)越膜蛋白的N N端約有端約有15-3015-30個(gè)以個(gè)以疏水氨基酸疏水氨基酸為主的為主的N N端信號(hào)序列。端信號(hào)序列。共有特征：共有特征：N N端堿性端堿性AaAa；中間；中間15153030個(gè)個(gè)疏水疏水氨基酸；氨基酸；C C端有信號(hào)肽酶切位點(diǎn)。端有信號(hào)肽酶切位點(diǎn)。第五節(jié)第五節(jié) 加工修飾加工修飾n多肽移位到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)后，在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的小多肽移位到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)后，在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的小腔上被修飾。修飾作用包括腔上被修飾。修飾作用包括切去信號(hào)切去信號(hào)肽，形成二硫鍵，使線性多肽呈獻(xiàn)一肽，形成二硫鍵，使線性多肽呈獻(xiàn)