七年制醫(yī)學(xué)課件 生化 蛋白質(zhì)的生物合成

蛋白質(zhì)的生物合成七年制醫(yī)學(xué)課件生化蛋白質(zhì)的生物合成1概述以RNA中的mRNA為模板，將mRNA的堿基所組成的遺傳密碼轉(zhuǎn)變?yōu)榈鞍踪|(zhì)分子中氨基酸的排列順序，稱為蛋白質(zhì)的生物合成，也稱為翻譯（translation）。生物的遺傳信息儲存在DNA分子的堿基排列序列中（少數(shù)生物是RNA），在轉(zhuǎn)錄過程中，將DNA的遺傳信息轉(zhuǎn)移至mRNA分子中，mRNA是蛋白質(zhì)生物合成的直接模板；tRNA分子與氨基酸結(jié)合形成氨酰-tRNA,將蛋白質(zhì)的合成原料—氨基酸搬運(yùn)至蛋白質(zhì)生物合成的場所—核糖體上；rRNA與蛋白質(zhì)構(gòu)成的核糖體是蛋白質(zhì)生物合成的場所?？梢?，細(xì)胞內(nèi)的主要幾種RNA（mRNA、tRNA、rRNA）均直接參與了蛋白質(zhì)生物合成過程。DNA雖不直接參與了蛋白質(zhì)生物合成過程，但它卻控制著蛋白質(zhì)生物合成的遺傳信息，歸根結(jié)底來說，蛋白質(zhì)生物合成的遺傳信息最終是由DNA決定的。概述2七年制醫(yī)學(xué)課件生化蛋白質(zhì)的生物合成3參與蛋白質(zhì)生物合成的物質(zhì)生物體內(nèi)的蛋白質(zhì)生物合成過程極為復(fù)雜，有許多物質(zhì)參與，包括：mRNA、tRNA、核糖體、20種α-氨基酸、氨酰-tRNA合成酶、轉(zhuǎn)肽酶以及多種蛋白質(zhì)因子等。七年制醫(yī)學(xué)課件生化蛋白質(zhì)的生物合成4mRNA是遺傳信息的攜帶者mRNA在細(xì)胞內(nèi)含量少，稀有堿基少。mRNA的長度差別較大且壽命短。mRNA的來源是由核內(nèi)DNA（帶有遺傳信息），按照堿基配對規(guī)則轉(zhuǎn)錄而來，因此，將DNA上不同堿基序列所代表的遺傳信息抄錄至hnRNA分子中，然后，hnRNA分子通過轉(zhuǎn)錄后加工、進(jìn)入胞漿，成為mRNA，再結(jié)合于核糖體上，參與蛋白質(zhì)的生物合成過程。它是蛋白質(zhì)生物合成過程中遺傳信息的攜帶者，mRNA分子中的堿基排列序列決定了蛋白質(zhì)分子中的氨基酸排列順序。

mRNA是遺傳信息的攜帶者5那么，組成mRNA分子的4種堿基（A、C、G和U）怎樣代表蛋白質(zhì)分子中的20種氨基酸呢？人們最初采用簡單的數(shù)學(xué)推測：若mRNA中的1個堿基代表一個氨基酸，則只能代表4種氨基酸，顯然不能滿足代表20種氨基酸的需要；若mRNA中相鄰的2個堿基代表一個氨基酸，則也只能代表16種氨基酸，也不能滿足代表20種氨基酸的需要；若mRNA中相鄰的3個堿基代表一個氨基酸，則有64種組合，這是代表20種氨基酸的最低組合，其中，三個相鄰的堿基稱為一組密碼（coden），或稱三聯(lián)體密碼。用64組密碼來代表20種氨基酸，必然存在一種氨基酸可能有多組不同的密碼。上述假設(shè)和推論很快即被證明是完全正確的。但是，每一組密碼究竟代表何種氨基酸？這就是遺傳密碼的破譯。在20世紀(jì)60年代，人們花費(fèi)了大約5年的時間，破譯了生物所有的64組遺傳密碼。那么，組成mRNA分子的4種堿基（A、C、G和U）怎樣代表蛋6遺傳密碼表密碼的第1位堿基(5’端）

密碼的第二位堿基

密碼的第3位堿基(3’端)UCAGUUUU苯丙氨酸UUC苯丙氨酸UUA亮氨酸UUG亮氨酸UCU絲氨酸UCC絲氨酸UGA絲氨酸UCG絲氨酸UAU酪氨酸UAC酪氨酸UAA終止密碼UAG終止密碼

UGU半胱氨酸UGC半胱氨酸UGA終止密碼UGG色氨酸UCAGCCUU亮氨酸CUC亮氨酸CUA亮氨酸CUG亮氨酸CCU脯氨酸CCC脯氨酸CCA脯氨酸CCG脯氨酸CAU組氨酸CAC組氨酸CAA谷胺酰胺CAG谷胺酰胺CGU精氨酸CGC精氨酸CGA精氨酸CGG精氨酸UCAGAAUU異亮氨酸AUC異亮氨酸AUA異亮氨酸AUG甲硫氨酸（兼起始密碼）ACU蘇氨酸ACC蘇氨酸ACA蘇氨酸ACG蘇氨酸AAU天冬酰胺AAC天冬酰胺AAA賴氨酸

AAG賴氨酸AGU絲氨酸AGC絲氨酸AGA精氨酸AGG精氨酸UCAGGGUU纈氨酸GUC纈氨酸GUA纈氨酸GUG纈氨酸GCU丙氨酸GCC丙氨酸GCA丙氨酸GCG丙氨酸GAU天冬氨酸GAC天冬氨酸GAA谷氨酸GAG谷氨酸GGU甘氨酸GGC甘氨酸GGA甘氨酸GGG甘氨酸UCAG遺傳密碼表密碼的第1位堿基(5’端）7遺傳密碼具有以下特點(diǎn)：1．

密碼的連續(xù)性（commaless）：mRNA分子中，一旦從一個正確的起點(diǎn)（AUG）開始后，必須連續(xù)三個堿基一組一組地往下閱讀，中間不能有任何核苷酸間隔。mRNA分子中間若有任一個核苷酸的插入或缺少，可造成移碼突變（frameshift）突變，使下游的相應(yīng)的氨基酸序列發(fā)生完全改變。2．

密碼的簡并性（degeneracy）：在遺傳密碼表中，共有64組密碼（43）。其中，3組作為翻譯的終止密碼（UAA、UAG和UGA）；AUG兼作翻譯的起始密碼（AUG是亮氨酸的密碼），其余61組密碼（包括AUG作為亮氨酸的密碼）共同編碼20種α-氨基酸。因此，必然有一種氨基酸由多組密碼編碼的現(xiàn)象，成為密碼的簡并性。實(shí)際上，除色氨酸與亮氨酸（由一個密碼編碼）外，其余氨基酸均由兩個或兩個以上的密碼編碼。遺傳密碼具有以下特點(diǎn)：8

3．

密碼的專一性：在組成遺傳密碼的三個堿基中，代表何種氨基酸主要由密碼的第一、二位堿基決定，第三位堿基相對來說，在決定其特異性上要次之。密碼的簡并性往往也只涉及到第三位堿基的變化。例如，UCU、UCC、UCA、UCG均是絲氨酸的遺傳密碼（密碼的簡并性），若遺傳密碼由UCU變?yōu)閁CC（第三位堿基由U變?yōu)镃），其所代表的氨基酸仍是絲氨酸，但若第一、二位密碼任一個發(fā)生了改變，則其代表的氨基酸往往會發(fā)生改變?nèi)鏤CU變?yōu)閁AU（酪氨酸）或ACU（蘇氨酸）。

9

4．

密碼的通用性（universal）:無論原核生物如病毒、細(xì)菌等和真核生物包括人類都共用一套遺傳密碼即三聯(lián)體密碼。但近年發(fā)現(xiàn)，在真核細(xì)胞的線粒體、葉綠體中的蛋白質(zhì)生物合成時，雖然也使用三聯(lián)體密碼，但所代表的氨基酸有少許的差異，主要有（括號內(nèi)是通用遺傳密碼所代表的氨基酸）：

AUA（異亮氨酸）：起始密碼、蛋氨酸AUG（蛋氨酸兼起始密碼）、AUU（異亮氨酸）：起始密碼AGA(精氨酸)、AGG(精氨酸)：終止密碼UGA（終止密碼）：色氨酸

10

5．

密碼的方向性：在mRNA中，遺傳密碼的閱讀總是從5′→3′，且排列上總是起始密碼位于靠近mRNA的5′端，而終止密碼位于靠近mRNA的3′端。在mRNA中遺傳密碼的這種方向性排列決定了其翻譯的方向性。mRNA集中于胞質(zhì)內(nèi)，大部分與核糖體結(jié)合，可能有少部分與其他蛋白質(zhì)結(jié)合存在。mRNA與蛋白質(zhì)（包括核糖體）的結(jié)合存在可能使其不易被細(xì)胞內(nèi)經(jīng)常存在的核糖核酸酶（RNase）所降解，因而對mRNA具有保護(hù)作用。

11在哺乳動物mRNA分子中，除翻譯部分（即從起始密碼至終止密碼之間的mRNA）外，一般還包括靠近5′末端的非翻譯區(qū)（5′不翻譯部分）和靠近3′末端的非翻譯區(qū)（3′不翻譯部分）。在5′非翻譯區(qū)中還有5′末端的“帽子”結(jié)構(gòu)（7-甲基鳥嘌呤核苷酸殘基），3′非翻譯區(qū)有3′末端的多聚A“尾巴”。所以，哺乳動物mRNA分子的結(jié)構(gòu)可表示如下：七年制醫(yī)學(xué)課件生化蛋白質(zhì)的生物合成12七年制醫(yī)學(xué)課件生化蛋白質(zhì)的生物合成13mRNA分子5′非翻譯區(qū)和3′非翻譯區(qū)雖然不編碼蛋白質(zhì)分子中的氨基酸，但它們可能對控制mRNA的翻譯和降解速度、對mRNA從胞核向胞質(zhì)的輸送速度進(jìn)行調(diào)節(jié)等方面具有一定意義。此外，5′末端的“帽子”結(jié)構(gòu)可保護(hù)mRNA免受磷酸酶與某些核酸酶的降解，并使翻譯過程易于啟動，也有人認(rèn)為，它是真核生物mRNA與核糖體結(jié)合的原始識別信號。而3′末端的多聚A“尾巴”可能是mRNA與蛋白質(zhì)的結(jié)合點(diǎn)之一，由此可使mRNA免受某些核酸酶的降解，因此，mRNA3′末端的多聚A“尾巴”對mRNA具有保護(hù)作用。同時，mRNA3′末端的多聚A“尾巴”與翻譯效率有直接的關(guān)系，帶polyA的mRNA比無polyA的mRNA的翻譯效率要高得多。mRNA分子5′非翻譯區(qū)和3′非翻譯區(qū)雖然不編碼蛋白質(zhì)分子中14近年研究表明，在真核細(xì)胞的翻譯過程中，mRNA的5′非翻譯區(qū)與polyA間會通過其他一些蛋白質(zhì)的幫助而頭尾結(jié)合起來，如哺乳動物中，這些蛋白質(zhì)主要有：起始因子3、4A、4B、4G、4E（eIF3、4A、4B、4G、4E）、polyA結(jié)合蛋白（polyAbindingprotein，PABP）、PABP作用蛋白（PAIP-1）等。mRNA的5′非翻譯區(qū)與polyA間的相互作用不僅能促進(jìn)翻譯的高效進(jìn)行，而且在維持mRNA的完整性方面也有重要作用。七年制醫(yī)學(xué)課件生化蛋白質(zhì)的生物合成15七年制醫(yī)學(xué)課件生化蛋白質(zhì)的生物合成16tRNA是搬運(yùn)氨基酸的工具tRNA在蛋白質(zhì)生物合成過程中的作用是將胞液中的α-氨基酸搬運(yùn)至核糖體上，它包括以下過程：1．氨基酸與tRNA分子結(jié)合（氨基酸的活化）：在生物體內(nèi)，一種tRNA只能與一種氨基酸結(jié)合（即一種tRNA只能搬運(yùn)一種氨基酸），而一種氨基酸可與一種以上的tRNA分子結(jié)合，所以，tRNA的種類比氨基酸（20種）多。氨基酸與tRNA的結(jié)合需要氨酰tRNA合成酶催化，并需要消耗ATP。其反應(yīng)式如下：

氨酰tRNA合成酶tRNA+氨基酸+ATP氨酰-tRNA+AMP+PpitRNA是搬運(yùn)氨基酸的工具17在氨酰-tRNA分子中，氨基酰結(jié)合在tRNA3′末端腺苷酸殘基核糖部分的3′位羥基上。此外，由于每種tRNA對一種氨基酸是特異性的，因此，通常將該氨基酸的三字母縮寫寫在相應(yīng)tRNA的右上角，如tRNAArg則表示該tRNA是攜帶精氨酸的tRNA分子。氨酰tRNA合成酶存在于胞液中，是一類具有高度特異性的酶，它既能識別特異的氨基酸，又能辨認(rèn)攜帶該種氨基酸的特異tRNA分子，亦即在體內(nèi)，每種氨酰tRNA合成酶都能從20種氨基酸中選出與之相對應(yīng)的一種，并選出與此氨基酸對應(yīng)的特異tRNA分子。但在體內(nèi)，同一氨基酸常有數(shù)種與之相適應(yīng)的不同的特異tRNA，亦即一種氨基酸可被其相對應(yīng)的數(shù)種tRNA所攜帶，所以，氨酰tRNA合成酶對tRNA的選擇性較對氨基酸的選擇性稍低。此外，氨酰tRNA合成酶還具有校正活性，可使誤載的氨基酰從氨酰-tRNA分子上水解下來，對于保證翻譯的準(zhǔn)確性具有重要意義。在氨酰-tRNA分子中，氨基酰結(jié)合在tRNA3′末端腺苷酸18真核生物與原核生物的tRNA結(jié)構(gòu)相似，但在翻譯過程中行使起始作用的tRNA與其他tRNA分子不同。在真核細(xì)胞中，這種具有起始作用的tRNA是甲硫氨酰-tRNA，在原核細(xì)胞中，具有起始作用的tRNA是甲酰甲硫氨酰-tRNA。這是原核生物與真核生物tRNA的一個不同之處。起始tRNA能特異地識別作為起始密碼的AUG。在原核生物中，仍是先形成甲硫氨酰-tRNA，再由甲硫氨酰-tRNA轉(zhuǎn)甲酰基酶的催化，由甲酰四氫葉酸提供甲酰基而生成甲酰甲硫氨酰-tRNA。另外，在細(xì)胞內(nèi)，還有一類能攜帶甲硫氨酸的tRNA，它不能識別翻譯的起始密碼AUG，而只能在肽鏈合成開始后識別起始密碼之后的AUG。真核生物與原核生物的tRNA結(jié)構(gòu)相似，但在翻譯過程中行使起始192．tRNA對遺傳密碼的識別作用（遺傳密碼的解讀）:攜帶有氨基酸的氨酰-tRNA，依靠其tRNA分子中反密碼環(huán)上的反密碼（由3個堿基組成）與mRNA上的密碼進(jìn)行配對結(jié)合，從而將其所攜帶的氨基酸帶到蛋白質(zhì)生物合成的場所—核糖體上去。tRNA的反密碼與mRNA上的遺傳密碼配對結(jié)合時，具有以下特點(diǎn)：1）

一對一地配對。即tRNA反密碼的3個堿基分別與mRNA上密碼的3個堿基按一對一的關(guān)系配對結(jié)合。2）

反密碼與密碼結(jié)合時方向相反。即反密碼的第1、2、3位堿基分別與密碼的第3、2、1位堿基配對。2．tRNA對遺傳密碼的識別作用（遺傳密碼的解讀）:20七年制醫(yī)學(xué)課件生化蛋白質(zhì)的生物合成211）

反密碼與密碼配對時，反密碼的第2、3位堿基分別與密碼的第2、1位堿基配對時嚴(yán)格遵循堿基配對規(guī)則（即A與U、G與C配對），而反密碼的第1位堿基與密碼的第3位堿基配對時不嚴(yán)格遵循堿基配對規(guī)則，后者成為擺動配對或不穩(wěn)定配對（wobblebasepair）。通過擺動配對，使得攜帶有同種氨基酸的不同tRNA分子可分別結(jié)合在幾種同義密碼上。如反密碼為IGC的丙氨酰-tRNA，可分別結(jié)合到同義密碼GCU、GCC、GCA上（GCU、GCC、GCA均為編碼丙氨酸的密碼）。擺動配對的存在對于保持生物物種的穩(wěn)定具有重要意義。擺動配對情況反密碼的第1位堿基GCAUI密碼的第3位堿基U或CGUA或GA、U或C1）

反密碼與密碼配對時，反密碼的第2、3位堿基分別與密碼223．tRNA是氨基酸與遺傳密碼間的適配器：tRNA在蛋白質(zhì)生物合成過程中的作用是搬運(yùn)氨基酸，通過氨酰tRNA合成酶的作用，使特定的氨基酸與其相應(yīng)的特異tRNA分子結(jié)合起來形成氨酰-tRNA，進(jìn)一步通過tRNA的反密碼去識別mRNA上的遺傳密碼并與之配對結(jié)合，從而按照遺傳密碼的要求將相應(yīng)氨基酸帶至蛋白質(zhì)生物合成的場所—核糖體上，以保證能根據(jù)mRNA的遺傳信息翻譯出正確的多肽鏈。因此，tRNA在氨基酸與遺傳密碼間起適配器的作用。七年制醫(yī)學(xué)課件生化蛋白質(zhì)的生物合成23核糖體是蛋白質(zhì)生物合成的場所核糖體由大、小亞基組成，其組成成份包括rRNA和蛋白質(zhì)。真核生物的核糖體比原核生物大，成份也遠(yuǎn)較原核生物復(fù)雜。七年制醫(yī)學(xué)課件生化蛋白質(zhì)的生物合成24

七年制醫(yī)學(xué)課件生化蛋白質(zhì)的生物合成25

細(xì)胞內(nèi)的核糖體，有的附著在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上，有的游離存在于胞質(zhì)中。前者主要參與合成分泌性的蛋白質(zhì)（如胰島素、白蛋白等）和膜蛋白，后者主要參與合成細(xì)胞自身需要的非膜蛋白等固有蛋白質(zhì)。原核生物核糖體的小亞基的rRNA（16S）的3′末端有一富含嘧啶的區(qū)段，可與mRNA分子的起始部位的一段富含嘌呤的區(qū)段互補(bǔ)結(jié)合，使mRNA結(jié)合至核糖體上。mRNA分子中的這段富含嘌呤的區(qū)段稱為S-D序列（Shine-Dalgarnosequence）(通常為GGAGGU)。S-D序列位于mRNA的5′端緊接起始信號的上游。但在真核細(xì)胞的相應(yīng)rRNA(18S)中，卻并無上述與S-D序列互補(bǔ)的結(jié)構(gòu)存在。細(xì)胞內(nèi)的核糖體，有的附著在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上，有的游離存在26

核糖體在蛋白質(zhì)生物合成過程中起“裝配機(jī)”的作用。在核糖體上，與蛋白質(zhì)生物合成有關(guān)的主要結(jié)構(gòu)有：1．

有容納mRNA的部位。如原核生物核糖體的小亞基的rRNA（16S）的3′末端有一富含嘧啶的區(qū)段，是與mRNA結(jié)合所必需的結(jié)構(gòu)。2．

有結(jié)合氨酰-tRNA的部位，稱為氨?；课?，簡稱A位。3．

有結(jié)合肽酰-tRNA的部位，稱為肽?；课唬喎QP位。4．

在大亞基上，尚有轉(zhuǎn)肽基酶（transpeptidase）存在，可催化肽鍵的形成。

A位和P位呈緊密相鄰，每個部位的寬度正好相當(dāng)于mRNA上一個遺傳密碼的寬度。

核糖體在蛋白質(zhì)生物合成過程中起“裝配機(jī)”的作用。在27七年制醫(yī)學(xué)課件生化蛋白質(zhì)的生物合成28蛋白質(zhì)生物合成過程蛋白質(zhì)的生物合成過程包括：①氨基酸的活化；②活化氨基酸的搬運(yùn)；③活化氨基酸在核糖體上形成多肽鏈。后者是蛋白質(zhì)生物合成的中心環(huán)節(jié)，它包括了從核糖體的大、小亞基在mRNA上的聚合開始（形成核糖體）至核糖體解聚為大、小亞基，離開mRNA而告終，解聚后的大、小亞基又可再與mRNA結(jié)合成核糖體開始另外的蛋白質(zhì)合成。因此，蛋白質(zhì)生物合成過程又稱為核糖體循環(huán)。

蛋白質(zhì)生物合成過程29起始階段

在蛋白質(zhì)生物合成的起始階段，形成起始復(fù)合物。原核生物和真核生物形成起始復(fù)合物的過程雖有一些共同點(diǎn)如核糖體、mRNA和起始tRNA的結(jié)合；需要多種蛋白質(zhì)因子（稱為起始因子（initiationfactor，IF）；需要三磷酸核苷提供能量等，但仍有許多差異。一、原核生物的起始過程：

起始階段30

原核生物起始復(fù)合物形成的主要過程七年制醫(yī)學(xué)課件生化蛋白質(zhì)的生物合成31七年制醫(yī)學(xué)課件生化蛋白質(zhì)的生物合成321）借助于IF3的幫助，mRNA與核糖體的30S小亞基結(jié)合。2）

甲酰甲硫氨酰-tRNA（f-Met-tRNAt-Met）借助tRNA的反密碼與mRNA的起始密碼AUG配對結(jié)合，形成30S的起始復(fù)合物。在此過程中，需要IF2和GTP。3）

50S大亞基與30S起始復(fù)合物結(jié)合形成70S起始復(fù)合物，此時需要IF1的幫助。70S起始復(fù)合物形成后，會釋放出IF1、IF2和IF3，并水解GTP釋放出能量，變?yōu)镚DP和Pi。1）借助于IF3的幫助，mRNA與核糖體的30S小亞基結(jié)合。33

原核生物的起始復(fù)合物的主要成份有：甲酰甲硫氨酰-tRNA、核糖體的小亞基、大亞基和mRNA。70S起始復(fù)合物形成后，在核糖體的P位結(jié)合有甲酰甲硫氨酰-tRNA（與起始密碼AUG配對結(jié)合），而A位空著且正好處于起始密碼AUG之后的下一個密碼。七年制醫(yī)學(xué)課件生化蛋白質(zhì)的生物合成34

真核生物起始復(fù)合物的形成

七年制醫(yī)學(xué)課件生化蛋白質(zhì)的生物合成35七年制醫(yī)學(xué)課件生化蛋白質(zhì)的生物合成361)

具有起始作用的甲硫氨酰-tRNA（Met-tRNAt-Met）、GTP和起始因子2（eukaryoteinitiationfactor2，eIF2）結(jié)合形成復(fù)合物I，在此過程中，需要eIF2B的幫助。然后復(fù)合物I與呈游離狀態(tài)的核糖體小亞基（40S）結(jié)合，形成復(fù)合物Ⅱ。在后者的過程中，還需要eIF3和eIF4C的參與。2)

復(fù)合物Ⅱ與mRNA結(jié)合，此結(jié)合反應(yīng)需要ATP，通過ATP水解釋放出的能量，使復(fù)合物Ⅱ在mRNA上滑動，并使起始甲硫氨酰-tRNA的反密碼剛好對上mRNA的起始密碼AUG，從而形成復(fù)合物Ⅲ。在復(fù)合物Ⅲ的形成過程中，需要多種起始因子參與。主要有：eIF1、eIF4A、eIF4B、eIF4E、eIF4F。3)

核糖體大亞基（60S）與復(fù)合物Ⅲ結(jié)合，形成80S起始復(fù)合物。此步需要eIF5。此時，附著于復(fù)合物上的GTP水解為GDP與Pi，同時，原來附著在復(fù)合物上的起始因子也從核糖體上釋放出來。

1)具有起始作用的甲硫氨酰-tRNA（Met-tRNAt-37

真核生物起始復(fù)合物的成份有：

具有起始作用的甲硫氨酰-tRNA、核糖體的小亞基、大亞基和mRNA。此時，核糖體的結(jié)構(gòu)與原核生物70S起始復(fù)合物類似。七年制醫(yī)學(xué)課件生化蛋白質(zhì)的生物合成38二、肽鏈合成的延伸階段

這一階段主要包括了三個步驟的重復(fù)循環(huán)：進(jìn)位、轉(zhuǎn)肽和移位，同時需要延伸因子（elongationfactor，EF）和GTP的參與。在原核生物中，延伸因子有EFTu、EFTs和EFG；在真核生物中，延伸因子有EFT1和EFT2。二、肽鏈合成的延伸階段39七年制醫(yī)學(xué)課件生化蛋白質(zhì)的生物合成40

1.進(jìn)位：

根據(jù)A位處的遺傳密碼所，攜帶相應(yīng)氨基酸的氨酰-tRNA通過其反密碼與mRNA的密碼進(jìn)行配對結(jié)合，即氨酰-tRNA進(jìn)入A位的過程，稱為進(jìn)位。此步需要消耗GTP和EFTu和EFTs（真核細(xì)胞為EFT1）。1.進(jìn)位：41

2．轉(zhuǎn)肽：進(jìn)位完成后，在核糖體的P位有甲酰甲硫氨酰-tRNA（真核細(xì)胞為起始甲硫氨酰-tRNA），A位有剛進(jìn)位的氨酰-tRNA。此時，在轉(zhuǎn)肽酶的作用下，P位上的甲酰甲硫氨酰-tRNA的甲酰甲硫氨?；ㄕ婧思?xì)胞為甲硫氨?；┍晦D(zhuǎn)移至A位的氨酰-tRNA上，通過甲酰甲硫氨?；ㄕ婧思?xì)胞為甲硫氨?；┑幕罨然cA位的氨酰-tRNA的氨基縮合形成一個肽鍵（產(chǎn)物是二肽）,此過程稱為轉(zhuǎn)肽。轉(zhuǎn)肽完成后，P位上的tRNA分子脫落而離開P位。

423．

移位：核糖體沿著mRNA的5′→3′方向移動一個密碼的位置，使原來處于A位的二肽酰-tRNA被移至P位，而A位則空著且下一個密碼正好處于A位。此步需要消耗GTP和EFG（真核生物為EFT2）。移位完成后，此時核糖體的情況與起始復(fù)合物基本相似，不同的是此時P位是二肽酰-tRNA；而起始復(fù)合物中P位是甲酰甲硫氨酰-tRNA（真核細(xì)胞為起始甲硫氨酰-tRNA）。隨后，不斷重復(fù)上述過程，使肽鏈不斷延伸。3．

移位：核糖體沿著mRNA的5′→3′方向移動一個密碼43通過進(jìn)位、轉(zhuǎn)肽、移位三步，可形成一個肽鍵，每重復(fù)循環(huán)一次，即可產(chǎn)生一個肽鍵?？梢?，在蛋白質(zhì)生物合成過程中，每生成一個肽鍵實(shí)際需要消耗4個高能磷酸鍵（進(jìn)位、移位各消耗1分子GTP的1個高能磷酸鍵，氨基酸活化時需要消耗1分子ATP的2個高能磷酸鍵）。七年制醫(yī)學(xué)課件生化蛋白質(zhì)的生物合成44三、肽鏈合成的終止階段隨著核糖體不斷沿著mRNA從5′→3′方向移動，新生肽鏈不斷延長，至A位出現(xiàn)終止密碼（UAA、UAG或UGA）時，任何氨酰-tRNA都不能進(jìn)入到A位，但終止因子（或稱為釋放因子，releasefactor，RF）可識別終止密碼并進(jìn)入A位，此時，終止因子使轉(zhuǎn)肽酶的活性發(fā)生改變即不起轉(zhuǎn)肽作用而其水解作用。在轉(zhuǎn)肽酶的作用下，P位上的肽酰-tRNA的多肽鏈與tRNA的連接鍵被水解，多肽鏈從核糖體上釋放出來。隨后，終止因子、失去多肽鏈的tRNA分子依次從核糖體上脫落，核糖體本身也離開mRNA并解離為大、小亞基，蛋白質(zhì)生物合成過程結(jié)束。解離的大、小亞基又可重新與mRNA結(jié)合而開始另外蛋白質(zhì)的合成。

三、肽鏈合成的終止階段45七年制醫(yī)學(xué)課件生化蛋白質(zhì)的生物合成46四、參與核糖體循環(huán)的蛋白質(zhì)因子及其作用:1．起始階段：在原核生物，參與起始階段的蛋白質(zhì)因子（起始因子）只有3種。在真核生物中，起始因子種類較多，至少有10種蛋白質(zhì)因子，其作用見下表。四、參與核糖體循環(huán)的蛋白質(zhì)因子及其作用:47真核生物的起始因子

起始因子作用eIF1促進(jìn)40S小亞基與mRNA結(jié)合并穩(wěn)定之eIF2與起始tRNA、GTP形成復(fù)合物Ⅰ，為起始tRNA與40S小亞基結(jié)合所必需eIF3促進(jìn)起始tRNA與mRNA結(jié)合，促使80S核糖體保持解離狀態(tài)eIF4A促進(jìn)40S小亞基與mRNA結(jié)合，具有ATP酶活性eIF4B促進(jìn)40S小亞基與mRNA結(jié)合，解旋eIF4C促使80S核糖體為大、小亞基，使起始tRNA與小亞基穩(wěn)定結(jié)合eIF4D促使第一個肽鍵的合成eIF4E與mRNA的“帽子”結(jié)合eIF4F與mRNA的“帽子”結(jié)合，具有使mRNA5′端起始部分解旋作用，并有ATP酶活性eIF5為與大亞基結(jié)合成80S起始復(fù)合物所必需，促使GTP水解真核生物的起始因子起始因子作482．延伸階段原核生物中，參與肽鏈延伸階段的蛋白質(zhì)因子（延伸因子）有3種：EFTu、EFTs和EFG，真核生物中的延伸因子有2種：EFT1和EFT2。EFTu和EFTs的作用與EFT1相似，EFG的作用與EFT2相似，EFT1（原核細(xì)胞為EFTu和EFTs）為氨酰-tRNA進(jìn)位所必需，并有GTP酶的活性；EFT2（原核細(xì)胞為EFG）可促進(jìn)移位，并也有GTP酶的活性。2．延伸階段493．終止階段參與肽鏈合成終止階段的蛋白質(zhì)因子是終止因子（RF），它能識別并結(jié)合終止密碼，使轉(zhuǎn)肽酶具有水解酶的作用，RF亦有GTP酶的活性。七年制醫(yī)學(xué)課件生化蛋白質(zhì)的生物合成50五、多核糖體多核糖體是指多個核糖體在同一時間內(nèi)與同一mRNA結(jié)合。當(dāng)開始合成蛋白質(zhì)時，一個核糖體先附著在mRNA的一端（起始部位），然后沿著mRNA鏈由5′→3′方向移動，根據(jù)mRNA的遺傳信息，連續(xù)接受相應(yīng)的氨酰-tRNA而合成多肽鏈；當(dāng)這一核糖體移動至離開起始密碼AUG一定距離后，另一個核糖體又可附著在該mRNA的起始部位，又開始此多肽鏈合成；當(dāng)這一核糖體移動至離開起始密碼AUG一定距離后，另一個核糖體又可附著在該mRNA的起始部位，又開始此多肽鏈的合成；直至終止密碼。依此下去，在同一條mRNA鏈上，可以幾乎同時合成多個相同的多肽鏈，從而大大提高翻譯的效率。五、多核糖體51一條mRNA上可結(jié)合的核糖體數(shù)目的多少，與mRNA分子的大小有關(guān)，一般從幾個至幾十個核糖體不等。七年制醫(yī)學(xué)課件生化蛋白質(zhì)的生物合成52七年制醫(yī)學(xué)課件生化蛋白質(zhì)的生物合成53六、翻譯后的加工翻譯過程中合成出的多肽鏈,即使能自行卷曲、折疊而具有一定的空間構(gòu)象，但還不是具有生物活性的成熟蛋白質(zhì)。它們必須通過進(jìn)一步的加工、修飾甚至幾條多肽鏈聚合等才能表現(xiàn)出生物活性，此過程稱為蛋白質(zhì)的翻譯后加工（posttranslationalprocessing）。加工的主要方式有：六、翻譯后的加工541．水解剪接作用：通過蛋白酶或肽酶的水解作用，將多肽鏈的N-末端或C-末端甚至分子內(nèi)部切除一個或多個氨基酸殘基。如切除N-末端的甲硫氨酸殘基、信號肽（signalpeptide）的切除等。信號肽是一段位于多肽鏈N端的、其組成中含有較多疏水性氨基酸殘基的多肽。信號肽通常由15～30個氨基酸殘基組成。其作用是引導(dǎo)多肽鏈通過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜的脂質(zhì)雙層而進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)間隙。體內(nèi)的分泌性蛋白質(zhì)的合成過程中，N端往往有信號肽存在，當(dāng)其作用一旦完成后，即可被內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上的信號肽酶所水解。水解剪接作用有時并非等到肽鏈合成終止后才發(fā)生，有時邊合成已邊進(jìn)行加工。1．水解剪接作用：552．二硫鍵的形成：mRNA上并無胱氨酸的遺傳密碼。蛋白質(zhì)分子中的二硫鍵是在多肽鏈合成后由兩個半胱氨酸的巰基氧化而產(chǎn)生。這種二硫鍵的形成可發(fā)生在一條多肽鏈內(nèi)，也可發(fā)生在多肽鏈與多肽鏈之間。七年制醫(yī)學(xué)課件生化蛋白質(zhì)的生物合成563．氨基酸殘基側(cè)鏈的修飾： 在結(jié)締組織的蛋白質(zhì)氨基酸組成中，通常有羥脯氨酸和羥賴氨酸。這兩種氨基酸在mRNA分子中并無其遺傳密碼。它們是多肽鏈合成后，由脯氨酸和賴氨酸經(jīng)過羥化而形成的。此外，氨基酸殘基側(cè)鏈的修飾還包括絲氨酸、蘇氨酸、酪氨酸等羥基的磷酸化等。3．氨基酸殘基側(cè)鏈的修飾： 574．亞基聚合、結(jié)合輔基：具有四級結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)，是由兩條或兩條以上多肽鏈通過非共價(jià)鍵而形成的寡聚體（oligomer），它們的形成是先合成每條多肽鏈，然后再聚合在一起形成具有四級結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)。此外，結(jié)合蛋白質(zhì)的合成也是先合成其多肽鏈部分，再與其相應(yīng)的輔基結(jié)合起來而形成結(jié)合蛋白質(zhì)如血紅蛋白的合成等。4．亞基聚合、結(jié)合輔基：58七、蛋白質(zhì)生物合成與醫(yī)學(xué)的關(guān)系1、分子病由于DNA分子上基因的遺傳性缺陷，在轉(zhuǎn)錄后導(dǎo)致mRNA分子的結(jié)構(gòu)異常和蛋白質(zhì)的合成障礙，使得體內(nèi)產(chǎn)生某些結(jié)構(gòu)和功能異常的蛋白質(zhì)，由此導(dǎo)致的疾病稱為分子病。遺傳性疾病的發(fā)生往往與其相應(yīng)基因的突變有關(guān)；目前還發(fā)現(xiàn)，放射病、腫瘤等的發(fā)生可能也與某些基因的突變有關(guān)。七、蛋白質(zhì)生物合成與醫(yī)學(xué)的關(guān)系592.蛋白質(zhì)生物合成的抑制劑包括抗生素在內(nèi)的許多物質(zhì)，它們對原核生物或真核生物細(xì)胞的蛋白質(zhì)生物合成都有抑制作用，主要有：1）抗生素抗生素一般是由細(xì)菌或真菌所產(chǎn)生的，對其他生物的生長具有抑制作用的物質(zhì)。目前已廣泛用于臨床上治療細(xì)菌感染性疾病（能抑菌或殺菌作用）和科學(xué)研究中。常用抗生素對翻譯過程的作用有:2.蛋白質(zhì)生物合成的抑制劑60A

影響復(fù)制和轉(zhuǎn)錄過程的有:自力霉素(一種絲裂霉素,mitomycin)、爭光霉素（相當(dāng)于博來霉素，bleomycin）等，可與雙鏈DNA鏈間GC對結(jié)合，妨礙雙鏈拆開，從而抑制復(fù)制與轉(zhuǎn)錄過程。此外，放線菌素（actinomycin）可插入雙鏈DNA間而破壞DNA的模板活性，也可抑制復(fù)制與轉(zhuǎn)錄過程。它們均可用于抗腫瘤用。B

影響轉(zhuǎn)錄過程：利福霉素（rifamycin）可抑制原核細(xì)胞的RNA聚合酶活性而影響原核細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄，臨床上用于抗菌用。A

影響復(fù)制和轉(zhuǎn)錄過程的有:自力霉素(一種絲裂霉素,mit61C

影響翻譯過程的不同環(huán)節(jié)：種類較多，常用的有：①四環(huán)素族（tetracyclin）包括金霉素、四環(huán)素、土霉素等，它們能抑制起始氨酰-tRNA與核糖體小亞基結(jié)合，從而抑制蛋白質(zhì)的生物合成，對原核生物和真核生物均有作用。但在完整細(xì)胞中，四環(huán)素族不能透過真核細(xì)胞膜，故實(shí)際上只能對原核細(xì)胞的翻譯過程產(chǎn)生抑制作用，臨床上用于抗菌用。②氯霉素（chloromycetin）和林可霉素（lincomycin）能與原核生物的核糖體大亞基結(jié)合，抑制轉(zhuǎn)肽酶的活性而阻斷蛋白質(zhì)生物合成。由于哺乳動物細(xì)胞線粒體的核糖體結(jié)構(gòu)與原核細(xì)胞類似，所以，也可影響哺乳動物細(xì)胞線粒體中的蛋白質(zhì)合成，特別是高濃度時。氯霉素和林可霉素臨床上主要用于抗菌用。C

影響翻譯過程的不同環(huán)節(jié)：種類較多，常用的有：62③鏈霉素類（streptomycin）包括鏈霉素、卡那霉素等。能與原核生物核糖體小亞基結(jié)合而改變其構(gòu)象，引起讀碼錯誤。臨床上用于抗菌用。此外，結(jié)核桿菌對鏈霉素和卡那霉素特別敏感，可用于抗結(jié)核用。④嘌呤霉素（puromycin）嘌呤霉素的結(jié)構(gòu)與酪氨酰-tRNA（tyr-tRNAtyr）相似，從而可取代某些氨酰-tRNA進(jìn)入A位（進(jìn)位），當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)生物合成時延伸過程中A位出現(xiàn)此異常物質(zhì)時，新合成的肽鏈很容易從核糖體上脫落而終止其蛋白質(zhì)的生物合成。嘌呤霉素對原核生物、真核生物均有此作用，因而不能用于抗菌用，有人試用于抗腫瘤用。③鏈霉素類（streptomycin）包括鏈霉素、卡那霉素63七年制醫(yī)學(xué)課件生化蛋白質(zhì)的生物合成64⑤放線菌酮（cycloheximide）可抑制真核細(xì)胞核糖體的轉(zhuǎn)肽酶的活性從而抑制真核細(xì)胞蛋白質(zhì)的生物合成。通常用作研究試劑。⑥白喉毒素（diphtheriatoxin）它是由白喉?xiàng)U菌所產(chǎn)生的，對真核生物有劇毒的毒性蛋白質(zhì)。，其實(shí)它是一種酶，可對真核生物的延伸因子2（EFT2）起共價(jià)修飾作用，生成EFT2的腺苷二磷酸核糖衍生物（EFT2-核糖-ADP），從而使EF-2失活而抑制真核生物的蛋白質(zhì)生物合成。⑤放線菌酮（cycloheximide）可抑制真核細(xì)胞核糖652）其他干擾蛋白質(zhì)生物合成的物質(zhì)①干擾素（interferons，IFN）干擾素是細(xì)胞感染病毒后所產(chǎn)生的一類蛋白質(zhì)。它在雙股RNA（如某些病毒RNA）存在時，可活化一種蛋白激酶，該激酶可使eIF2磷酸化，從而抑制蛋白質(zhì)的生物合成。此外，干擾素亦可間接活化一種核酸內(nèi)切酶而使mRNA降解。2）其他干擾蛋白質(zhì)生物合成的物質(zhì)66七年制醫(yī)學(xué)課件生化蛋白質(zhì)的生物合成67②血紅素（heme）血紅素是血紅蛋白的輔基，它對珠蛋白的合成具有調(diào)節(jié)作用。在網(wǎng)織紅細(xì)胞內(nèi)存在著一種依賴cAMP的蛋白激酶，它由2個調(diào)節(jié)亞基和2個催化亞基組成（R2C2），在cAMP的促進(jìn)下，它轉(zhuǎn)變?yōu)?R-cAMP及具有活性的2C，后者可使無活性的eIF2激酶磷酸化而變?yōu)橛谢钚缘膃IF2激酶，eIF2激酶能使eIF2磷酸化而失活，從而抑制蛋白質(zhì)的合成。通過這種方式，血紅素即可調(diào)節(jié)珠蛋白的合成。②血紅素（heme）血紅素是血紅蛋白的輔基，它對珠蛋白的合68七年制醫(yī)學(xué)課件生化蛋白質(zhì)的生物合成69蛋白質(zhì)的生物合成七年制醫(yī)學(xué)課件生化蛋白質(zhì)的生物合成70概述以RNA中的mRNA為模板，將mRNA的堿基所組成的遺傳密碼轉(zhuǎn)變?yōu)榈鞍踪|(zhì)分子中氨基酸的排列順序，稱為蛋白質(zhì)的生物合成，也稱為翻譯（translation）。生物的遺傳信息儲存在DNA分子的堿基排列序列中（少數(shù)生物是RNA），在轉(zhuǎn)錄過程中，將DNA的遺傳信息轉(zhuǎn)移至mRNA分子中，mRNA是蛋白質(zhì)生物合成的直接模板；tRNA分子與氨基酸結(jié)合形成氨酰-tRNA,將蛋白質(zhì)的合成原料—氨基酸搬運(yùn)至蛋白質(zhì)生物合成的場所—核糖體上；rRNA與蛋白質(zhì)構(gòu)成的核糖體是蛋白質(zhì)生物合成的場所。可見，細(xì)胞內(nèi)的主要幾種RNA（mRNA、tRNA、rRNA）均直接參與了蛋白質(zhì)生物合成過程。DNA雖不直接參與了蛋白質(zhì)生物合成過程，但它卻控制著蛋白質(zhì)生物合成的遺傳信息，歸根結(jié)底來說，蛋白質(zhì)生物合成的遺傳信息最終是由DNA決定的。概述71七年制醫(yī)學(xué)課件生化蛋白質(zhì)的生物合成72參與蛋白質(zhì)生物合成的物質(zhì)生物體內(nèi)的蛋白質(zhì)生物合成過程極為復(fù)雜，有許多物質(zhì)參與，包括：mRNA、tRNA、核糖體、20種α-氨基酸、氨酰-tRNA合成酶、轉(zhuǎn)肽酶以及多種蛋白質(zhì)因子等。七年制醫(yī)學(xué)課件生化蛋白質(zhì)的生物合成73mRNA是遺傳信息的攜帶者mRNA在細(xì)胞內(nèi)含量少，稀有堿基少。mRNA的長度差別較大且壽命短。mRNA的來源是由核內(nèi)DNA（帶有遺傳信息），按照堿基配對規(guī)則轉(zhuǎn)錄而來，因此，將DNA上不同堿基序列所代表的遺傳信息抄錄至hnRNA分子中，然后，hnRNA分子通過轉(zhuǎn)錄后加工、進(jìn)入胞漿，成為mRNA，再結(jié)合于核糖體上，參與蛋白質(zhì)的生物合成過程。它是蛋白質(zhì)生物合成過程中遺傳信息的攜帶者，mRNA分子中的堿基排列序列決定了蛋白質(zhì)分子中的氨基酸排列順序。

mRNA是遺傳信息的攜帶者74那么，組成mRNA分子的4種堿基（A、C、G和U）怎樣代表蛋白質(zhì)分子中的20種氨基酸呢？人們最初采用簡單的數(shù)學(xué)推測：若mRNA中的1個堿基代表一個氨基酸，則只能代表4種氨基酸，顯然不能滿足代表20種氨基酸的需要；若mRNA中相鄰的2個堿基代表一個氨基酸，則也只能代表16種氨基酸，也不能滿足代表20種氨基酸的需要；若mRNA中相鄰的3個堿基代表一個氨基酸，則有64種組合，這是代表20種氨基酸的最低組合，其中，三個相鄰的堿基稱為一組密碼（coden），或稱三聯(lián)體密碼。用64組密碼來代表20種氨基酸，必然存在一種氨基酸可能有多組不同的密碼。上述假設(shè)和推論很快即被證明是完全正確的。但是，每一組密碼究竟代表何種氨基酸？這就是遺傳密碼的破譯。在20世紀(jì)60年代，人們花費(fèi)了大約5年的時間，破譯了生物所有的64組遺傳密碼。那么，組成mRNA分子的4種堿基（A、C、G和U）怎樣代表蛋75遺傳密碼表密碼的第1位堿基(5’端）

密碼的第二位堿基

密碼的第3位堿基(3’端)UCAGUUUU苯丙氨酸UUC苯丙氨酸UUA亮氨酸UUG亮氨酸UCU絲氨酸UCC絲氨酸UGA絲氨酸UCG絲氨酸UAU酪氨酸UAC酪氨酸UAA終止密碼UAG終止密碼

UGU半胱氨酸UGC半胱氨酸UGA終止密碼UGG色氨酸UCAGCCUU亮氨酸CUC亮氨酸CUA亮氨酸CUG亮氨酸CCU脯氨酸CCC脯氨酸CCA脯氨酸CCG脯氨酸CAU組氨酸CAC組氨酸CAA谷胺酰胺CAG谷胺酰胺CGU精氨酸CGC精氨酸CGA精氨酸CGG精氨酸UCAGAAUU異亮氨酸AUC異亮氨酸AUA異亮氨酸AUG甲硫氨酸（兼起始密碼）ACU蘇氨酸ACC蘇氨酸ACA蘇氨酸ACG蘇氨酸AAU天冬酰胺AAC天冬酰胺AAA賴氨酸

AAG賴氨酸AGU絲氨酸AGC絲氨酸AGA精氨酸AGG精氨酸UCAGGGUU纈氨酸GUC纈氨酸GUA纈氨酸GUG纈氨酸GCU丙氨酸GCC丙氨酸GCA丙氨酸GCG丙氨酸GAU天冬氨酸GAC天冬氨酸GAA谷氨酸GAG谷氨酸GGU甘氨酸GGC甘氨酸GGA甘氨酸GGG甘氨酸UCAG遺傳密碼表密碼的第1位堿基(5’端）76遺傳密碼具有以下特點(diǎn)：1．

密碼的連續(xù)性（commaless）：mRNA分子中，一旦從一個正確的起點(diǎn)（AUG）開始后，必須連續(xù)三個堿基一組一組地往下閱讀，中間不能有任何核苷酸間隔。mRNA分子中間若有任一個核苷酸的插入或缺少，可造成移碼突變（frameshift）突變，使下游的相應(yīng)的氨基酸序列發(fā)生完全改變。2．

密碼的簡并性（degeneracy）：在遺傳密碼表中，共有64組密碼（43）。其中，3組作為翻譯的終止密碼（UAA、UAG和UGA）；AUG兼作翻譯的起始密碼（AUG是亮氨酸的密碼），其余61組密碼（包括AUG作為亮氨酸的密碼）共同編碼20種α-氨基酸。因此，必然有一種氨基酸由多組密碼編碼的現(xiàn)象，成為密碼的簡并性。實(shí)際上，除色氨酸與亮氨酸（由一個密碼編碼）外，其余氨基酸均由兩個或兩個以上的密碼編碼。遺傳密碼具有以下特點(diǎn)：77

3．

密碼的專一性：在組成遺傳密碼的三個堿基中，代表何種氨基酸主要由密碼的第一、二位堿基決定，第三位堿基相對來說，在決定其特異性上要次之。密碼的簡并性往往也只涉及到第三位堿基的變化。例如，UCU、UCC、UCA、UCG均是絲氨酸的遺傳密碼（密碼的簡并性），若遺傳密碼由UCU變?yōu)閁CC（第三位堿基由U變?yōu)镃），其所代表的氨基酸仍是絲氨酸，但若第一、二位密碼任一個發(fā)生了改變，則其代表的氨基酸往往會發(fā)生改變?nèi)鏤CU變?yōu)閁AU（酪氨酸）或ACU（蘇氨酸）。

78

4．

密碼的通用性（universal）:無論原核生物如病毒、細(xì)菌等和真核生物包括人類都共用一套遺傳密碼即三聯(lián)體密碼。但近年發(fā)現(xiàn)，在真核細(xì)胞的線粒體、葉綠體中的蛋白質(zhì)生物合成時，雖然也使用三聯(lián)體密碼，但所代表的氨基酸有少許的差異，主要有（括號內(nèi)是通用遺傳密碼所代表的氨基酸）：

AUA（異亮氨酸）：起始密碼、蛋氨酸AUG（蛋氨酸兼起始密碼）、AUU（異亮氨酸）：起始密碼AGA(精氨酸)、AGG(精氨酸)：終止密碼UGA（終止密碼）：色氨酸

79

5．

密碼的方向性：在mRNA中，遺傳密碼的閱讀總是從5′→3′，且排列上總是起始密碼位于靠近mRNA的5′端，而終止密碼位于靠近mRNA的3′端。在mRNA中遺傳密碼的這種方向性排列決定了其翻譯的方向性。mRNA集中于胞質(zhì)內(nèi)，大部分與核糖體結(jié)合，可能有少部分與其他蛋白質(zhì)結(jié)合存在。mRNA與蛋白質(zhì)（包括核糖體）的結(jié)合存在可能使其不易被細(xì)胞內(nèi)經(jīng)常存在的核糖核酸酶（RNase）所降解，因而對mRNA具有保護(hù)作用。

80在哺乳動物mRNA分子中，除翻譯部分（即從起始密碼至終止密碼之間的mRNA）外，一般還包括靠近5′末端的非翻譯區(qū)（5′不翻譯部分）和靠近3′末端的非翻譯區(qū)（3′不翻譯部分）。在5′非翻譯區(qū)中還有5′末端的“帽子”結(jié)構(gòu)（7-甲基鳥嘌呤核苷酸殘基），3′非翻譯區(qū)有3′末端的多聚A“尾巴”。所以，哺乳動物mRNA分子的結(jié)構(gòu)可表示如下：七年制醫(yī)學(xué)課件生化蛋白質(zhì)的生物合成81七年制醫(yī)學(xué)課件生化蛋白質(zhì)的生物合成82mRNA分子5′非翻譯區(qū)和3′非翻譯區(qū)雖然不編碼蛋白質(zhì)分子中的氨基酸，但它們可能對控制mRNA的翻譯和降解速度、對mRNA從胞核向胞質(zhì)的輸送速度進(jìn)行調(diào)節(jié)等方面具有一定意義。此外，5′末端的“帽子”結(jié)構(gòu)可保護(hù)mRNA免受磷酸酶與某些核酸酶的降解，并使翻譯過程易于啟動，也有人認(rèn)為，它是真核生物mRNA與核糖體結(jié)合的原始識別信號。而3′末端的多聚A“尾巴”可能是mRNA與蛋白質(zhì)的結(jié)合點(diǎn)之一，由此可使mRNA免受某些核酸酶的降解，因此，mRNA3′末端的多聚A“尾巴”對mRNA具有保護(hù)作用。同時，mRNA3′末端的多聚A“尾巴”與翻譯效率有直接的關(guān)系，帶polyA的mRNA比無polyA的mRNA的翻譯效率要高得多。mRNA分子5′非翻譯區(qū)和3′非翻譯區(qū)雖然不編碼蛋白質(zhì)分子中83近年研究表明，在真核細(xì)胞的翻譯過程中，mRNA的5′非翻譯區(qū)與polyA間會通過其他一些蛋白質(zhì)的幫助而頭尾結(jié)合起來，如哺乳動物中，這些蛋白質(zhì)主要有：起始因子3、4A、4B、4G、4E（eIF3、4A、4B、4G、4E）、polyA結(jié)合蛋白（polyAbindingprotein，PABP）、PABP作用蛋白（PAIP-1）等。mRNA的5′非翻譯區(qū)與polyA間的相互作用不僅能促進(jìn)翻譯的高效進(jìn)行，而且在維持mRNA的完整性方面也有重要作用。七年制醫(yī)學(xué)課件生化蛋白質(zhì)的生物合成84七年制醫(yī)學(xué)課件生化蛋白質(zhì)的生物合成85tRNA是搬運(yùn)氨基酸的工具tRNA在蛋白質(zhì)生物合成過程中的作用是將胞液中的α-氨基酸搬運(yùn)至核糖體上，它包括以下過程：1．氨基酸與tRNA分子結(jié)合（氨基酸的活化）：在生物體內(nèi)，一種tRNA只能與一種氨基酸結(jié)合（即一種tRNA只能搬運(yùn)一種氨基酸），而一種氨基酸可與一種以上的tRNA分子結(jié)合，所以，tRNA的種類比氨基酸（20種）多。氨基酸與tRNA的結(jié)合需要氨酰tRNA合成酶催化，并需要消耗ATP。其反應(yīng)式如下：

氨酰tRNA合成酶tRNA+氨基酸+ATP氨酰-tRNA+AMP+PpitRNA是搬運(yùn)氨基酸的工具86在氨酰-tRNA分子中，氨基酰結(jié)合在tRNA3′末端腺苷酸殘基核糖部分的3′位羥基上。此外，由于每種tRNA對一種氨基酸是特異性的，因此，通常將該氨基酸的三字母縮寫寫在相應(yīng)tRNA的右上角，如tRNAArg則表示該tRNA是攜帶精氨酸的tRNA分子。氨酰tRNA合成酶存在于胞液中，是一類具有高度特異性的酶，它既能識別特異的氨基酸，又能辨認(rèn)攜帶該種氨基酸的特異tRNA分子，亦即在體內(nèi)，每種氨酰tRNA合成酶都能從20種氨基酸中選出與之相對應(yīng)的一種，并選出與此氨基酸對應(yīng)的特異tRNA分子。但在體內(nèi)，同一氨基酸常有數(shù)種與之相適應(yīng)的不同的特異tRNA，亦即一種氨基酸可被其相對應(yīng)的數(shù)種tRNA所攜帶，所以，氨酰tRNA合成酶對tRNA的選擇性較對氨基酸的選擇性稍低。此外，氨酰tRNA合成酶還具有校正活性，可使誤載的氨基酰從氨酰-tRNA分子上水解下來，對于保證翻譯的準(zhǔn)確性具有重要意義。在氨酰-tRNA分子中，氨基酰結(jié)合在tRNA3′末端腺苷酸87真核生物與原核生物的tRNA結(jié)構(gòu)相似，但在翻譯過程中行使起始作用的tRNA與其他tRNA分子不同。在真核細(xì)胞中，這種具有起始作用的tRNA是甲硫氨酰-tRNA，在原核細(xì)胞中，具有起始作用的tRNA是甲酰甲硫氨酰-tRNA。這是原核生物與真核生物tRNA的一個不同之處。起始tRNA能特異地識別作為起始密碼的AUG。在原核生物中，仍是先形成甲硫氨酰-tRNA，再由甲硫氨酰-tRNA轉(zhuǎn)甲?；傅拇呋?，由甲酰四氫葉酸提供甲?；杉柞＜琢虬滨?tRNA。另外，在細(xì)胞內(nèi)，還有一類能攜帶甲硫氨酸的tRNA，它不能識別翻譯的起始密碼AUG，而只能在肽鏈合成開始后識別起始密碼之后的AUG。真核生物與原核生物的tRNA結(jié)構(gòu)相似，但在翻譯過程中行使起始882．tRNA對遺傳密碼的識別作用（遺傳密碼的解讀）:攜帶有氨基酸的氨酰-tRNA，依靠其tRNA分子中反密碼環(huán)上的反密碼（由3個堿基組成）與mRNA上的密碼進(jìn)行配對結(jié)合，從而將其所攜帶的氨基酸帶到蛋白質(zhì)生物合成的場所—核糖體上去。tRNA的反密碼與mRNA上的遺傳密碼配對結(jié)合時，具有以下特點(diǎn)：1）

一對一地配對。即tRNA反密碼的3個堿基分別與mRNA上密碼的3個堿基按一對一的關(guān)系配對結(jié)合。2）

反密碼與密碼結(jié)合時方向相反。即反密碼的第1、2、3位堿基分別與密碼的第3、2、1位堿基配對。2．tRNA對遺傳密碼的識別作用（遺傳密碼的解讀）:89七年制醫(yī)學(xué)課件生化蛋白質(zhì)的生物合成901）

反密碼與密碼配對時，反密碼的第2、3位堿基分別與密碼的第2、1位堿基配對時嚴(yán)格遵循堿基配對規(guī)則（即A與U、G與C配對），而反密碼的第1位堿基與密碼的第3位堿基配對時不嚴(yán)格遵循堿基配對規(guī)則，后者成為擺動配對或不穩(wěn)定配對（wobblebasepair）。通過擺動配對，使得攜帶有同種氨基酸的不同tRNA分子可分別結(jié)合在幾種同義密碼上。如反密碼為IGC的丙氨酰-tRNA，可分別結(jié)合到同義密碼GCU、GCC、GCA上（GCU、GCC、GCA均為編碼丙氨酸的密碼）。擺動配對的存在對于保持生物物種的穩(wěn)定具有重要意義。擺動配對情況反密碼的第1位堿基GCAUI密碼的第3位堿基U或CGUA或GA、U或C1）

反密碼與密碼配對時，反密碼的第2、3位堿基分別與密碼913．tRNA是氨基酸與遺傳密碼間的適配器：tRNA在蛋白質(zhì)生物合成過程中的作用是搬運(yùn)氨基酸，通過氨酰tRNA合成酶的作用，使特定的氨基酸與其相應(yīng)的特異tRNA分子結(jié)合起來形成氨酰-tRNA，進(jìn)一步通過tRNA的反密碼去識別mRNA上的遺傳密碼并與之配對結(jié)合，從而按照遺傳密碼的要求將相應(yīng)氨基酸帶至蛋白質(zhì)生物合成的場所—核糖體上，以保證能根據(jù)mRNA的遺傳信息翻譯出正確的多肽鏈。因此，tRNA在氨基酸與遺傳密碼間起適配器的作用。七年制醫(yī)學(xué)課件生化蛋白質(zhì)的生物合成92核糖體是蛋白質(zhì)生物合成的場所核糖體由大、小亞基組成，其組成成份包括rRNA和蛋白質(zhì)。真核生物的核糖體比原核生物大，成份也遠(yuǎn)較原核生物復(fù)雜。七年制醫(yī)學(xué)課件生化蛋白質(zhì)的生物合成93

七年制醫(yī)學(xué)課件生化蛋白質(zhì)的生物合成94

細(xì)胞內(nèi)的核糖體，有的附著在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上，有的游離存在于胞質(zhì)中。前者主要參與合成分泌性的蛋白質(zhì)（如胰島素、白蛋白等）和膜蛋白，后者主要參與合成細(xì)胞自身需要的非膜蛋白等固有蛋白質(zhì)。原核生物核糖體的小亞基的rRNA（16S）的3′末端有一富含嘧啶的區(qū)段，可與mRNA分子的起始部位的一段富含嘌呤的區(qū)段互補(bǔ)結(jié)合，使mRNA結(jié)合至核糖體上。mRNA分子中的這段富含嘌呤的區(qū)段稱為S-D序列（Shine-Dalgarnosequence）(通常為GGAGGU)。S-D序列位于mRNA的5′端緊接起始信號的上游。但在真核細(xì)胞的相應(yīng)rRNA(18S)中，卻并無上述與S-D序列互補(bǔ)的結(jié)構(gòu)存在。細(xì)胞內(nèi)的核糖體，有的附著在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上，有的游離存在95

核糖體在蛋白質(zhì)生物合成過程中起“裝配機(jī)”的作用。在核糖體上，與蛋白質(zhì)生物合成有關(guān)的主要結(jié)構(gòu)有：1．

有容納mRNA的部位。如原核生物核糖體的小亞基的rRNA（16S）的3′末端有一富含嘧啶的區(qū)段，是與mRNA結(jié)合所必需的結(jié)構(gòu)。2．

有結(jié)合氨酰-tRNA的部位，稱為氨?；课唬喎QA位。3．

有結(jié)合肽酰-tRNA的部位，稱為肽?；课唬喎QP位。4．

在大亞基上，尚有轉(zhuǎn)肽基酶（transpeptidase）存在，可催化肽鍵的形成。

A位和P位呈緊密相鄰，每個部位的寬度正好相當(dāng)于mRNA上一個遺傳密碼的寬度。

核糖體在蛋白質(zhì)生物合成過程中起“裝配機(jī)”的作用。在96七年制醫(yī)學(xué)課件生化蛋白質(zhì)的生物合成97蛋白質(zhì)生物合成過程蛋白質(zhì)的生物合成過程包括：①氨基酸的活化；②活化氨基酸的搬運(yùn)；③活化氨基酸在核糖體上形成多肽鏈。后者是蛋白質(zhì)生物合成的中心環(huán)節(jié)，它包括了從核糖體的大、小亞基在mRNA上的聚合開始（形成核糖體）至核糖體解聚為大、小亞基，離開mRNA而告終，解聚后的大、小亞基又可再與mRNA結(jié)合成核糖體開始另外的蛋白質(zhì)合成。因此，蛋白質(zhì)生物合成過程又稱為核糖體循環(huán)。

蛋白質(zhì)生物合成過程98起始階段

在蛋白質(zhì)生物合成的起始階段，形成起始復(fù)合物。原核生物和真核生物形成起始復(fù)合物的過程雖有一些共同點(diǎn)如核糖體、mRNA和起始tRNA的結(jié)合；需要多種蛋白質(zhì)因子（稱為起始因子（initiationfactor，IF）；需要三磷酸核苷提供能量等，但仍有許多差異。一、原核生物的起始過程：

起始階段99

原核生物起始復(fù)合物形成的主要過程七年制醫(yī)學(xué)課件生化蛋白質(zhì)的生物合成100七年制醫(yī)學(xué)課件生化蛋白質(zhì)的生物合成1011）借助于IF3的幫助，mRNA與核糖體的30S小亞基結(jié)合。2）

甲酰甲硫氨酰-tRNA（f-Met-tRNAt-Met）借助tRNA的反密碼與mRNA的起始密碼AUG配對結(jié)合，形成30S的起始復(fù)合物。在此過程中，需要IF2和GTP。3）

50S大亞基與30S起始復(fù)合物結(jié)合形成70S起始復(fù)合物，此時需要IF1的幫助。70S起始復(fù)合物形成后，會釋放出IF1、IF2和IF3，并水解GTP釋放出能量，變?yōu)镚DP和Pi。1）借助于IF3的幫助，mRNA與核糖體的30S小亞基結(jié)合。102

原核生物的起始復(fù)合物的主要成份有：甲酰甲硫氨酰-tRNA、核糖體的小亞基、大亞基和mRNA。70S起始復(fù)合物形成后，在核糖體的P位結(jié)合有甲酰甲硫氨酰-tRNA（與起始密碼AUG配對結(jié)合），而A位空著且正好處于起始密碼AUG之后的下一個密碼。七年制醫(yī)學(xué)課件生化蛋白質(zhì)的生物合成103

真核生物起始復(fù)合物的形成

七年制醫(yī)學(xué)課件生化蛋白質(zhì)的生物合成104七年制醫(yī)學(xué)課件生化蛋白質(zhì)的生物合成1051)

具有起始作用的甲硫氨酰-tRNA（Met-tRNAt-Met）、GTP和起始因子2（eukaryoteinitiationfactor2，eIF2）結(jié)合形成復(fù)合物I，在此過程中，需要eIF2B的幫助。然后復(fù)合物I與呈游離狀態(tài)的核糖體小亞基（40S）結(jié)合，形成復(fù)合物Ⅱ。在后者的過程中，還需要eIF3和eIF4C的參與。2)

復(fù)合物Ⅱ與mRNA結(jié)合，此結(jié)合反應(yīng)需要ATP，通過ATP水解釋放出的能量，使復(fù)合物Ⅱ在mRNA上滑動，并使起始甲硫氨酰-tRNA的反密碼剛好對上mRNA的起始密碼AUG，從而形成復(fù)合物Ⅲ。在復(fù)合物Ⅲ的形成過程中，需要多種起始因子參與。主要有：eIF1、eIF4A、eIF4B、eIF4E、eIF4F。3)

核糖體大亞基（60S）與復(fù)合物Ⅲ結(jié)合，形成80S起始復(fù)合物。此步需要eIF5。此時，附著于復(fù)合物上的GTP水解為GDP與Pi，同時，原來附著在復(fù)合物上的起始因子也從核糖體上釋放出來。

1)具有起始作用的甲硫氨酰-tRNA（Met-tRNAt-106

真核生物起始復(fù)合物的成份有：

具有起始作用的甲硫氨酰-tRNA、核糖體的小亞基、大亞基和mRNA。此時，核糖體的結(jié)構(gòu)與原核生物70S起始復(fù)合物類似。七年制醫(yī)學(xué)課件生化蛋白質(zhì)的生物合成107二、肽鏈合成的延伸階段

這一階段主要包括了三個步驟的重復(fù)循環(huán)：進(jìn)位、轉(zhuǎn)肽和移位，同時需要延伸因子（elongationfactor，EF）和GTP的參與。在原核生物中，延伸因子有EFTu、EFTs和EFG；在真核生物中，延伸因子有EFT1和EFT2。二、肽鏈合成的延伸階段108七年制醫(yī)學(xué)課件生化蛋白質(zhì)的生物合成109

1.進(jìn)位：

根據(jù)A位處的遺傳密碼所，攜帶相應(yīng)氨基酸的氨酰-tRNA通過其反密碼與mRNA的密碼進(jìn)行配對結(jié)合，即氨酰-tRNA進(jìn)入A位的過程，稱為進(jìn)位。此步需要消耗GTP和EFTu和EFTs（真核細(xì)胞為EFT1）。1.進(jìn)位：110

2．轉(zhuǎn)肽：進(jìn)位完成后，在核糖體的P位有甲酰甲硫氨酰-tRNA（真核細(xì)胞為起始甲硫氨酰-tRNA），A位有剛進(jìn)位的氨酰-tRNA。此時，在轉(zhuǎn)肽酶的作用下，P位上的甲酰甲硫氨酰-tRNA的甲酰甲硫氨?；ㄕ婧思?xì)胞為甲硫氨酰基）被轉(zhuǎn)移至A位的氨酰-tRNA上，通過甲酰甲硫氨酰基（真核細(xì)胞為甲硫氨?；┑幕罨然cA位的氨酰-tRNA的氨基縮合形成一個肽鍵（產(chǎn)物是二肽）,此過程稱為轉(zhuǎn)肽。轉(zhuǎn)肽完成后，P位上的tRNA分子脫落而離開P位。

1113．

移位：核糖體沿著mRNA的5′→3′方向移動一個密碼的位置，使原來處于A位的二肽酰-tRNA被移至P位，而A位則空著且下一個密碼正好處于A位。此步需要消耗GTP和EFG（真核生物為EFT2）。移位完成后，此時核糖體的情況與起始復(fù)合物基本相似，不同的是此時P位是二肽酰-tRNA；而起始復(fù)合物中P位是甲酰甲硫氨酰-tRNA（真核細(xì)胞為起始甲硫氨酰-tRNA）。隨后，不斷重復(fù)上述過程，使肽鏈不斷延伸。3．

移位：核糖體沿著mRNA的5′→3′方向移動一個密碼112通過進(jìn)位、轉(zhuǎn)肽、移位三步，可形成一個肽鍵，每重復(fù)循環(huán)一次，即可產(chǎn)生一個肽鍵。可見，在蛋白質(zhì)生物合成過程中，每生成一個肽鍵實(shí)際需要消耗4個高能磷酸鍵（進(jìn)位、移位各消耗1分子GTP的1個高能磷酸鍵，氨基酸活化時需要消耗1分子ATP的2個高能磷酸鍵）。七年制醫(yī)學(xué)課件生化蛋白質(zhì)的生物合成113三、肽鏈合成的終止階段隨著核糖體不斷沿著mRNA從5′→3′方向移動，新生肽鏈不斷延長，至A位出現(xiàn)終止密碼（UAA、UAG或UGA）時，任何氨酰-tRNA都不能進(jìn)入到A位，但終止因子（或稱為釋放因子，releasefactor，RF）可識別終止密碼并進(jìn)入A位，此時，終止因子使轉(zhuǎn)肽酶的活性發(fā)生改變即不起轉(zhuǎn)肽作用而其水解作用。在轉(zhuǎn)肽酶的作用下，P位上的肽酰-tRNA的多肽鏈與tRNA的連接鍵被水解，多肽鏈從核糖體上釋放出來。隨后，終止因子、失去多肽鏈的tRNA分子依次從核糖體上脫落，核糖體本身也離開mRNA并解離為大、小亞基，蛋白質(zhì)生物合成過程結(jié)束。解離的大、小亞基又可重新與mRNA結(jié)合而開始另外蛋白質(zhì)的合成。

三、肽鏈合成的終止階段114七年制醫(yī)學(xué)課件生化蛋白質(zhì)的生物合成115四、參與核糖體循環(huán)的蛋白質(zhì)因子及其作用:1．起始階段：在原核生物，參與起始階段的蛋白質(zhì)因子（起始因子）只有3種。在真核生物中，起始因子種類較多，至少有10種蛋白質(zhì)因子，其作用見下表。四、參與核糖體循環(huán)的蛋白質(zhì)因子及其作用:116真核生物的起始因子

起始因子作用eIF1促進(jìn)40S小亞基與mRNA結(jié)合并穩(wěn)定之eIF2與起始tRNA、GTP形成復(fù)合物Ⅰ，為起始tRNA與40S小亞基結(jié)合所必需eIF3促進(jìn)起始tRNA與mRNA結(jié)合，促使80S核糖體保持解離狀態(tài)eIF4A促進(jìn)40S小亞基與mRNA結(jié)合，具有ATP酶活性eIF4B促進(jìn)40S小亞基與mRNA結(jié)合，解旋eIF4C促使80S核糖體為大、小亞基，使起始tRNA與小亞基穩(wěn)定結(jié)合eIF4D促使第一個肽鍵的合成eIF4E與mRNA的“帽子”結(jié)合eIF4F與mRNA的“帽子”結(jié)合，具有使mRNA5′端起始部分解旋作用，并有ATP酶活性eIF5為與大亞基結(jié)合成80S起始復(fù)合物所必需，促使GTP水解真核生物的起始因子起始因子作1172．延伸階段原核生物中，參與肽鏈延伸階段的蛋白質(zhì)因子（延伸因子）有3種：EFTu、EFTs和EFG，真核生物中的延伸因子有2種：EFT1和EFT2。EFTu和EFTs的作用與EFT1相似，EFG的作用與EFT2相似，EFT1（原核細(xì)胞為EFTu和EFTs）為氨酰-tRNA進(jìn)位所必需，并有GTP酶的活性；EFT2（原核細(xì)胞為EFG）可促進(jìn)移位，并也有GTP酶的活性。2．延伸階段1183．終止階段參與肽鏈合成終止階段的蛋白質(zhì)因子是終止因子（RF），它能識別并結(jié)合終止密碼，使轉(zhuǎn)肽酶具有水解酶的作用，RF亦有GTP酶的活性。七年制醫(yī)學(xué)課件生化蛋白質(zhì)的生物合成119五、多核糖體多核糖體是指多個核糖體在同一時間內(nèi)與同一mRNA結(jié)合。當(dāng)開始合成蛋白質(zhì)時，一個核糖體先附著在mRNA的一端（起始部位），然后沿著mRNA鏈由5′→3′方向移動，根據(jù)mRNA的遺傳信息，連續(xù)接受相應(yīng)的氨酰-tRNA而合成多肽鏈；當(dāng)這一核糖體移動至離開起始密碼AUG一定距離后，另一個核糖體又可附著在該mRNA的起始部位，又開始此多肽鏈合成；當(dāng)這一核糖體移動至離開起始密碼AUG一定距離后，另一個核糖體又可附著在該mRNA的起始部位，又開始此多肽鏈的合成；直至終止密碼。依此下去，在同一條mRNA鏈上，可以幾乎同時合成多個相同的多肽鏈，從而大大提高翻譯的效率。五、多核糖體120一條mRNA上可結(jié)合的核糖體數(shù)目的多少，與mRNA分子的大小有關(guān)，一般從幾個至幾十個核糖體不等。七年制醫(yī)學(xué)課件生化蛋白質(zhì)的生物合成121七年制醫(yī)學(xué)課件生化蛋白質(zhì)的生物合成122六、翻譯后的加工翻譯過程中合成出的多肽鏈,即使能自行卷曲、折疊而具有一定的空間構(gòu)象，但還不是具有生物活性的成熟蛋白質(zhì)。它們必須通過進(jìn)一步的加工、修飾甚至幾條多肽鏈聚合等才能表現(xiàn)出生物活性，此過程稱為蛋白質(zhì)的翻譯后加工（posttranslationalprocessing）。加工的主要方式有：六、翻譯后的加工