第四節(jié)蛋白質的合成過程1

本節(jié)的主要內容1、原核生物以及真核生物蛋白質生物合成過程：包括起始，延伸，終止；2、保證蛋白質正確合成的機理；現在是1頁\一共有51頁\編輯于星期四植物細胞中蛋白質合成的部位Morethan20,000proteins50-10030-40現在是2頁\一共有51頁\編輯于星期四一、蛋白質合成的一般特征：

蛋白質生物合成的方向：N端→C端；

mRNA的轉錄方向：5ˊ→3ˊ

蛋白質合成除需要aa，核糖體，mRNA，tRNA外，還需要ATP、GTP，一系列輔助因子。

現在是3頁\一共有51頁\編輯于星期四二、蛋白質合成的過程1、氨基酸的活化；2、蛋白質合成的起始；3、蛋白質合成的延伸；4、蛋白質合成的終止；現在是4頁\一共有51頁\編輯于星期四（一）、氨基酸的活化：1、E.Coli氨基酸的活化:

由高度特異的氨酰-tRNA合成酶(aminoacyl-tRNAsynthetase)催化，反應分兩步：

第一步：現在是5頁\一共有51頁\編輯于星期四總反應式

第二步：總反應式：2、真核生物的氨基酸的活化與原核生物相同?，F在是6頁\一共有51頁\編輯于星期四生成的氨酰－tRNA的化學結構現在是7頁\一共有51頁\編輯于星期四生成的氨酰－tRNA的空間構象現在是8頁\一共有51頁\編輯于星期四（二）、蛋白質合成的起始：（1）、多肽鏈合成起始需要專一的tRNA：1、大腸桿菌蛋白質合成的起始：A、起始密碼子是AUG，與之相對應的tRNA為起始tRNA（記為tRNAfMet），這種氨酰-tRNA通常被縮寫為fMet-tRNAfMet。而與基因中密碼子AUG相對應的tRNA是另外一種tRNA，記為tRNAm?，F在是9頁\一共有51頁\編輯于星期四（2）、多肽鏈合成起始需要甲酰甲硫氨酸：

tRNAfMet通過兩步反應獲得被修飾的氨基酸。A、tRNAfMet與Met相連得到Met-tRNAfMet；B、N10－甲酰FH4為甲基供體，甲酰基封鎖了Met-tRNAfMet上的Met上的－NH2,得到fMet-tRNAfMet；甲?；淖饔茫杭柞；⒉皇潜夭豢缮俚?，因為沒有甲?；腗et-tRNAfMet也能行使起始的功能，但甲酰化后,能提高fMet-tRNAfMet的起始效率?，F在是10頁\一共有51頁\編輯于星期四起始tRNA由甲硫氨酰-tRNA甲?；?/p>

tRNAfMetMetMet-tRNAfMet甲酰基轉移酶N10－甲酰FH4FH4（fMet－tRNAfMet）甲?；鵄ARS現在是11頁\一共有51頁\編輯于星期四N－甲酰甲硫氨酸現在是12頁\一共有51頁\編輯于星期四MetATP/Mg2++tRNAm

MettRNAf

MetMet-tRNAmMetMet-tRNAfMetfMet-tRNAfMetN10-ormyltetrahydrofolateTransformylaseAMP/Mg2+PPiNowayAMP/Mg2+PPiMet-tRNAmMet只識別內部的AUG密碼子，它的甲硫氨酸不能被甲?；F在是13頁\一共有51頁\編輯于星期四（3）、起始Met的水解：幾乎所有蛋白質合成的起始氨基酸都相同，但并不是所有的蛋白質第一個氨基酸是甲酰甲硫氨酸；A、對于末端是甲硫氨酸的蛋白質：是由專一的去甲?；?Deformylase)催化去掉甲酰基團；B、對于末端不是N－甲酰甲硫氨酸的蛋白質：在第一步的基礎上，末端的甲硫氨酸會被一種稱為氨肽酶(Aminopeptidase)的酶去掉；現在是14頁\一共有51頁\編輯于星期四細菌中新合成的蛋白質以甲酰甲硫氨酸開始，但在蛋白質合成期間甲酰基被去掉，有時甚至甲硫氨酸也被除掉。現在是15頁\一共有51頁\編輯于星期四（4）、大腸桿菌對起始密碼子的利用：原核生物的起始密碼子為AUG或GUG(偶爾也識別UUG)。起始密碼子被識別的程度不同，若將AUG替換為GUG，則起始的效率將會降低大約一半，若替換為UUG，則效率將會在這個基礎上又降低大約一半。

AUG和GUG是兼職密碼子，它們既可以作為起始密碼子，作為肽鏈合成的起始信號，這時與之對應的氨基酸是甲酰Met。另外也可作肽鏈內部相應aa的密碼，這時AUG編碼Met,GUG編碼val。現在是16頁\一共有51頁\編輯于星期四（5）、mRNA上核糖體結合位點序列特點：A、起始序列的確定方法：核糖體結合到mRNA上阻止肽鏈的延伸，加核酸酶消化未被保護的mRNA對獲得的序列進行分析現在是17頁\一共有51頁\編輯于星期四B、mRNA上核糖體結合位點（RBS）序列的特點：·

AUG(或偶爾GUG或UUG)起始密碼子總是位于被保護的序列中。·在AUG上游10個核苷酸以內有一段序列接近或同下面的序列完全相同：5′…AGGAGG…3′這段多嘌呤的序列被稱為SD(Shine-Dalgarno)序列。它與16SrRNA上靠近3′一段保守序列配對：3′…UCCUCC…5′現在是18頁\一共有51頁\編輯于星期四SD序列的意義：

對SD序列進行點突變，發(fā)現mRNA無法被翻譯。說明SD序列是原核生物蛋白質翻譯所必須的?，F在是19頁\一共有51頁\編輯于星期四（6）、原核生物中起始輔助因子：IF-19.5kd與30S亞基結合，成為起始復合物的一部分，促進IF-2的釋放；IF-295kd-117kd與GTP結合活化，促使fMet-tRNAfMet選擇性的結合在30S亞基上IF-320kd促使30S亞基結合于mRNA起始部位;因子大小作用現在是20頁\一共有51頁\編輯于星期四inactive70SribosomeSDsequence30Sinitiationcomplex（7）、30S起始復合物的形成：IF－2與GTP結合現在是21頁\一共有51頁\編輯于星期四70SinitiationcomplexGDP+Pi（8）、70S起始復合物的形成現在是22頁\一共有51頁\編輯于星期四

起始復合物形成過程的特點：A、通過與fMet-tRNAfMet專一結合，IF-2使起始tRNA而不是其他的Met-tRNA參加起始反應。B、IF-2具有依賴核糖體的GTPase活性：當50S亞基連接上，形成完整的核糖體時，GTP被水解。GTP的水解對核糖體結構的改變有所幫助，使70S核糖體成為有活性的結合體。C、fMet-tRNAfMet是進入核糖體的P位，而不是A位?，F在是23頁\一共有51頁\編輯于星期四2、真核生物起始復合體的形成：（1）、真核生物mRNA的特點：每個真核生物的mRNA都是單順反子，但每分子的mRNA通常都比編碼蛋白質所必需的長度長。真核生物細胞質中mRNA的平均長度為1000-2000個堿基，在5′端有一個甲?；弊?，在3′端帶有100-200個堿基的poly(A)。有時AUG起始密碼子位于mRNA5′末端40個堿基以內，使帽結構和AUG都位于核糖體結合的范圍之內。但最遠可達到~1000

個堿基。并且有二級發(fā)卡結構?，F在是24頁\一共有51頁\編輯于星期四（2）、真核生物起始tRNA的特點：A、真核生物起始tRNA為tRNAi，延伸中負責運轉Met為tRNAm，二者攜帶的氨基酸均為Met。B、在酵母中，起始tRNAi至少有兩個獨特的特點：

它具有特殊的三級結構；在64號堿基的2′羥基被磷酸化，如果不存在這一修飾則tRNAi可用于延伸。現在是25頁\一共有51頁\編輯于星期四（3）、真核生物蛋白質合成的起始因子：ieIF2-A65kd促使Met-tRNAi與40S亞基結合eIF115kd促使40S亞基與mRNA結合eIF3＞500kd與eIF4e有高親和力，促使40S亞基與mRNA起始位點結合eIF5150kd水解GTP，釋放eIF2,eIF3促使核糖體大小亞基之間的結合eIF4e(eIF4f的亞基)促進40S核糖體小亞基與mRNA5‘端帽子結合因子大小作用eIF4a50kd使mRNA發(fā)卡二級結構解開eIF4b80kd協助eIF4a解開發(fā)卡二級結構eIF2結合GTP而活化，協助40S亞基形成三元復合物（Met–tRNAi，mRNA，40S亞基）現在是26頁\一共有51頁\編輯于星期四真核生物蛋白質合成的起始因子的作用現在是27頁\一共有51頁\編輯于星期四（5）、40S起始復合物對mRNA上轉錄起始位點的尋找：滑動模型現在是28頁\一共有51頁\編輯于星期四40S起始復合物只有在含有序列GCC（A/G）CCAUGG位置上停止移動；在AUG上游第三個位置上的嘌呤(A或G)和隨后的G是最重要的，它們以10倍的關系影響著翻譯的效率；mRNA翻譯起始位點的序列特點：現在是29頁\一共有51頁\編輯于星期四（6）、80S起始復合物：TranslationdomainExitdomainmenbraneExitsitePsiteAsitemRNAsite60Nt現在是30頁\一共有51頁\編輯于星期四（7）、真核生物起始復合物的特點：A、18S序列上沒有與mRNA上互補的序列；B、mRNA3′端的poly(A)尾的存在可刺激5′端起始復合物的形成，從而提高翻譯效率。這一過程需要poly(A)結合蛋白；C、40S小亞基與mRNA5’端帽子結構的結合需要起始tRNA（tRNAi)的協助。D、40S起始復合物對向蛋白質合成起始位點滑動的過程中需要解開發(fā)卡二級結構。移動的過程需要ATP提供能量。E、起始Met－tRNAi位于起始80S復合物的P位點?，F在是31頁\一共有51頁\編輯于星期四二、多肽鏈的延伸：（一）、原核生物多肽鏈的延伸1、氨酰－tRNA進入核糖體A位點（1）、三元復合物的形成：二元復合物EF-Tu-GTP與氨酰-tRNA結合形成三元復合物：氨酰-tRNA-EF-Tu-GTP。（2）、三元復合物進入A位點：A、反密碼子的尾部結合到30S亞基的A位點上。B、密碼-反密碼的識別引發(fā)EF-Tu結構的變化，促使tRNA的CCA尾部移入50S亞基的A位點內。然后GTP被水解為GDP，二元復合物EF-Tu-GDP被釋放?，F在是32頁\一共有51頁\編輯于星期四（3）、EF-Tu-GTP的再生：

唯一不能被EF-Tu-GTP識別的氨酰tRNA是N-甲酰甲硫氨酰tRNA，這種排斥作用保證了fMet-tRNAf不能與內部密碼子AUG或GUG結合。

EF-Tu-GDP是在EF-Ts的幫助下實現再生的。現在是33頁\一共有51頁\編輯于星期四（4）、GTP水解對肽鍵形成的影響：

肽鍵的形成需要GTP水解為GDP：為研究GTP在三元復合物中的作用，有人用不能被水解的GTP類似物GMP-PCP代替GTP。在GMP-PCP存在的條件下，三元復合物（AA－tRNA-EF－Tu-GMP-PCP）可以形成，氨酰-tRNA也能進入到核糖體A位點。但肽鍵不能形成?，F在是34頁\一共有51頁\編輯于星期四

肽鍵的形成需要EF－Tu－GDP從A位點的釋放：黃色霉素(Kirromycin)是一種能抑制EF-Tu功能的抗生素。當EF-Tu被黃色霉素結合時，它仍保留與氨酰-tRNA結合并使之進入A位點的功能。但EF-Tu-GDP復合物不能從核糖體上釋放。這使肽酰-tRNA和氨酰-tRNA之間的肽鍵無法形成。（5）、EF－Tu－GDP的釋放對肽鍵形成的影響：現在是35頁\一共有51頁\編輯于星期四氨基酸進位需延伸因子：Ts、Tu，還要消耗GTP。EF-Tu與GTP和氨酰-tNRA首先形成三元復合物，才能進入A位。

總結：原核生物氨酰-tRNA進入核糖體的A位的過程：現在是36頁\一共有51頁\編輯于星期四通過把與P位點上的tRNA結合的多肽鏈轉移到A位點上的氨酰－tRNA上可使多肽鏈延伸（羧基結合到A位點上的氨基酸的氨基上，形成肽鍵。），在這一過程中，核糖體停在原處。這個催化活性可能是50S亞基的核糖體RNA的性質。2、肽鍵的生成（轉肽反應）：現在是37頁\一共有51頁\編輯于星期四肽鍵形成于P位點的肽酰tRNA所攜帶的多肽鏈與A位點氨酰-tRNA所攜帶的氨基酸之間?，F在是38頁\一共有51頁\編輯于星期四現在是39頁\一共有51頁\編輯于星期四

轉位：是肽酰－tRNA從核糖體的A位進入P位，同時，mRNA向前移動三個核苷酸。轉位的結果使空載tRNA離開P位點，從而使新的肽酰-tRNA可以進入P位，這時核糖體A位點空出，從而使下一個aa－tRNA進入A位。轉位作用使氨基酸不斷的加到生長的肽鏈上，3、轉位：（1）、轉位的過程：現在是40頁\一共有51頁\編輯于星期四EF-G是細胞中的一種主要成分；達到每核糖體~1拷貝(每細胞20,000分子)。EF－G幫助轉位需要水解GTP。但GTP水解并不是轉位所必須的，EF－G離開核糖體需要水解GTP核糖體不能和EF-Tu、EF-G這兩個因子同時結合。（2）、轉位需要在延伸因子：EF－G的幫助下實現：EF-G的特點：現在是41頁\一共有51頁\編輯于星期四總結：轉位的過程

轉位包括三種運動:空載的tRNA離開P位。肽基tRNA由A位移到P位核糖體沿mRNA的5ˊ→3ˊ方向移動一個密碼子的距離。該過程也需要EF-G－GTP。的幫助?，F在是42頁\一共有51頁\編輯于星期四總結：原核生物肽鏈的延伸現在是43頁\一共有51頁\編輯于星期四（二）、真核生物肽鏈的延伸1、進位：進位因子eEF-1α負責攜帶氨酰-tRNA進入核糖體，這個反應同樣涉及到GTP中高能鍵的裂解。它與它在原核生物中的對應蛋白質(EF-Tu)有同源性。當eEF-1α－GTP被水解后，在因子eEF-1βγ的作用下，eEF-1