第四講蛋白質(zhì)合成

一.基因與基因表達(dá)的一般概念

基因作為唯一能夠自主復(fù)制、永久存在的單位，其生理學(xué)功能以蛋白質(zhì)形式得到表達(dá)。DNA序列是遺傳信息的貯存者，它通過(guò)自主復(fù)制得到永存，并通過(guò)轉(zhuǎn)錄生成mRNA，翻譯生成蛋白質(zhì)的過(guò)程控制所有生命現(xiàn)象。

編碼鏈（codingstrand）又稱sensestrand，是指與mRNA序列相同的那條鏈。非編碼鏈（anticodingstrand），又稱antisensestrand，是指那條根據(jù)堿基互補(bǔ)原則指導(dǎo)mRNA生物合成的DNA鏈。目前一頁(yè)\總數(shù)八十三頁(yè)\編于十七點(diǎn)Geneticinformationisperpetuatedbyreplication（復(fù)制）inwhichadouble-strandednucleicacidisduplicatedtogiveidenticalcopies.

基因表達(dá)包括轉(zhuǎn)錄（transcription）和翻譯（translation）兩個(gè)階段。轉(zhuǎn)錄是指拷貝出一條與DNA鏈序列完全相同（除了T→U之外）的RNA單鏈的過(guò)程，是基因表達(dá)的核心步驟。翻譯是指以新生的mRNA為模板，把核苷酸三聯(lián)子遺傳密碼翻譯成氨基酸序列、合成蛋白質(zhì)多肽鏈的過(guò)程，是基因表達(dá)的最終目的。

只有mRNA所攜帶的遺傳信息才被用來(lái)指導(dǎo)蛋白質(zhì)生物合成，所以人們一般用U、C、A、G這4種核苷酸而不是T、C、A、G的組合來(lái)表示遺傳性狀。所謂翻譯是指將mRNA鏈上的核苷酸從一個(gè)特定的起始位點(diǎn)開(kāi)始，按每3個(gè)核苷酸代表一個(gè)氨基酸的原則，依次合成一條多肽鏈的過(guò)程。目前二頁(yè)\總數(shù)八十三頁(yè)\編于十七點(diǎn)目前三頁(yè)\總數(shù)八十三頁(yè)\編于十七點(diǎn)二.遺傳密碼——三聯(lián)子

mRNA上每3個(gè)核苷酸翻譯成蛋白質(zhì)多肽鏈上的一個(gè)氨基酸，這3個(gè)核苷酸就稱為一個(gè)密碼，也叫三聯(lián)子密碼。翻譯時(shí)從起始密碼子AUG開(kāi)始，沿mRNA5’→3’的方向連續(xù)閱讀直到終止密碼子，生成一條具有特定序列的多肽鏈。

mRNA中只有4種核苷酸，而蛋白質(zhì)中有20種氨基酸，若以一種核苷酸代表一種氨基酸，只能代表4種(41=4)。若以兩種核苷酸作為一個(gè)密碼（二聯(lián)子），能代表42=16種氨基酸。而假定以3個(gè)核苷酸代表一個(gè)氨基酸，則可以有43=64種密碼，滿足了編碼20種氨基酸的需要。目前四頁(yè)\總數(shù)八十三頁(yè)\編于十七點(diǎn)50-60年代破譯遺傳密碼方面的三項(xiàng)重要成果：

（1）PaulZamecnik等人證實(shí)細(xì)胞中蛋白質(zhì)合成的場(chǎng)所。他們把放射性標(biāo)記的氨基酸注射到大鼠體內(nèi)，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后收獲其肝臟，進(jìn)行蔗糖梯度沉淀并分析各種細(xì)胞成份中的放射性蛋白質(zhì)。

如果注射后經(jīng)數(shù)小時(shí)（或數(shù)天）收獲肝臟，所有細(xì)胞成份中都帶有放射性標(biāo)記的蛋白質(zhì);

如果注射后幾分鐘內(nèi)即收獲肝臟，那么，放射性標(biāo)記只存在于含有核糖體顆粒的細(xì)胞質(zhì)成份中。目前五頁(yè)\總數(shù)八十三頁(yè)\編于十七點(diǎn)目前六頁(yè)\總數(shù)八十三頁(yè)\編于十七點(diǎn)2）FrancisCrick等人第一次證實(shí)只有用三聯(lián)子密碼的形式才能把包含在由AUGC四個(gè)字母組成遺傳信息（核酸）準(zhǔn)確無(wú)誤地翻譯成由20種不同氨基酸組成的蛋白質(zhì)序列，實(shí)現(xiàn)遺傳信息的表達(dá)。

實(shí)驗(yàn)1:

用吖啶類試劑（誘導(dǎo)核苷酸插入或丟失）處理T4噬菌體rII位點(diǎn)上的兩個(gè)基因，使之發(fā)生移碼突變（frame-shift），就生成完全不同的、沒(méi)有功能的蛋白質(zhì)。

實(shí)驗(yàn)2:

研究煙草壞死衛(wèi)星病毒發(fā)現(xiàn)，其外殼蛋白亞基由400個(gè)氨基酸組成，相應(yīng)的RNA片段長(zhǎng)1200個(gè)核苷酸，與密碼三聯(lián)子體系正好相吻合。目前七頁(yè)\總數(shù)八十三頁(yè)\編于十七點(diǎn)目前八頁(yè)\總數(shù)八十三頁(yè)\編于十七點(diǎn)目前九頁(yè)\總數(shù)八十三頁(yè)\編于十七點(diǎn)實(shí)驗(yàn)3:

以均聚物為模板指導(dǎo)多肽的合成。在含有tRNA、核糖體、AA-tRNA合成酶及其它蛋白質(zhì)因子的細(xì)胞抽提物中加入mRNA或人工合成的均聚物作為模板以及ATP、GTP、氨基酸等成分時(shí)又能合成新的肽鏈，新生肽鏈的氨基酸順序由外加的模板來(lái)決定。

1961年，Nirenberg等以poly（U）作模板時(shí)發(fā)現(xiàn)合成了多聚苯丙氨酸，從而推出UUU代表苯丙氨酸（Phe）。以poly（C）及poly（A）做模板分別得到多聚脯氨酸和多聚賴氨酸。實(shí)驗(yàn)4:

以特定序列的共聚物為模板指導(dǎo)多肽的合成。以多聚二核苷酸作模板可合成由2個(gè)氨基酸組成的多肽，

5'…UGUGUGUGUGUGUGUGUG…3',不管讀碼從U開(kāi)始還是從G開(kāi)始，都只能有UGU（Cys）及GUG（Val）兩種密碼子。目前十頁(yè)\總數(shù)八十三頁(yè)\編于十七點(diǎn)實(shí)驗(yàn)5:

以共聚三核苷酸作為模板可得到有3種氨基酸組成的多肽。如以多聚（UUC）為模板，可能有3種起讀方式：

5’…UUCUUCUUCUUCUUC…3’或5’…UCUUCUUCUUCUUCU…3’或5'…CUUCUUCUUCUUCUU…3'分別產(chǎn)生UUC（Phe）、UCU（Ser）或CUU（Leu）.

多聚三核苷酸為模板時(shí)也可能只合成2種多肽：5’…GUAGUAGUAGUAGUA…3’或5’…UAGUAGUAGUAGUAG…3’

或5’…AGUAGUAGUAGUAGU…3’由第二種讀碼方式產(chǎn)生的密碼子UAG是終止密碼，不編碼任何氨基酸，因此，只產(chǎn)生GUA（Val）或AGU（Ser）。目前十一頁(yè)\總數(shù)八十三頁(yè)\編于十七點(diǎn)實(shí)驗(yàn)6:

以隨機(jī)多聚物指導(dǎo)多肽合成。Nirenberg等及Ochoa等又用各種隨機(jī)的多聚物作模板合成多肽。例如，以只含A、C的多聚核苷酸作模板，任意排列時(shí)可出現(xiàn)8種三聯(lián)子，即CCC、CCA、CAC、ACC、CAA、ACA、AAC、AAA，獲得由Asn、His、Pro、Gln、Thr、Lys等6種氨基酸組成的多肽。目前十二頁(yè)\總數(shù)八十三頁(yè)\編于十七點(diǎn)（3）氨基酸的“活化”與核糖體結(jié)合技術(shù)。

如果把氨基酸與ATP和肝臟細(xì)胞質(zhì)共培養(yǎng)，氨基酸就會(huì)被固定在某些熱穩(wěn)定且可溶性RNA分子（transferRNA，tRNA）上?，F(xiàn)將氨基酸活化后的產(chǎn)物稱為氨基酰-tRNA（aminoacyl-tRNA），并把催化該過(guò)程的酶稱為氨基酰合成酶（aminoacyl-tRNASynthetase）。以人工合成的三核苷酸如UUU、UCU、UGU等為模板，在含核糖體、AA-tRNA的反應(yīng)液中保溫后通過(guò)硝酸纖維素濾膜，只有游離的AA-tRNA因相對(duì)分子質(zhì)量小而通過(guò)濾膜，而核糖體或與核糖體結(jié)合的AA-tRNA則留在濾膜上，這樣可把已結(jié)合與未結(jié)合的AA-tRNA分開(kāi)。

目前十三頁(yè)\總數(shù)八十三頁(yè)\編于十七點(diǎn)

當(dāng)體系中帶有多聚核苷酸模板時(shí)，從大腸桿菌中提取的核糖體經(jīng)常與特異性氨基酰-tRNA相結(jié)合。如果把核糖體與poly（U）和Phe-tRNAPhe共溫育，核糖體就能同時(shí)與poly（U）和Phe-tRNAPhe相結(jié)合。目前十四頁(yè)\總數(shù)八十三頁(yè)\編于十七點(diǎn)4種核苷酸組成61個(gè)編碼氨基酸的密碼子和3個(gè)終止密碼子，它們不能與tRNA的反密碼子配對(duì)，但能被終止因子或釋放因子識(shí)別，終止肽鏈的合成。由一種以上密碼子編碼同一個(gè)氨基酸的現(xiàn)象稱為簡(jiǎn)并（degeneracy），對(duì)應(yīng)于同一氨基酸的密碼子稱為同義密碼子（synonymouscodon）。目前十五頁(yè)\總數(shù)八十三頁(yè)\編于十七點(diǎn)目前十六頁(yè)\總數(shù)八十三頁(yè)\編于十七點(diǎn)目前十七頁(yè)\總數(shù)八十三頁(yè)\編于十七點(diǎn)目前十八頁(yè)\總數(shù)八十三頁(yè)\編于十七點(diǎn)三．密碼子和反密碼子的相互作用蛋白質(zhì)生物合成過(guò)程中，tRNA的反密碼子通過(guò)堿基的反向配對(duì)與mRNA的密碼子相互作用。1966年，Crick根據(jù)立體化學(xué)原理提出擺動(dòng)假說(shuō)（wobblehypothesis），解釋了反密碼子中某些稀有成分如I以及許多有2個(gè)以上同源密碼子的配對(duì)問(wèn)題。目前十九頁(yè)\總數(shù)八十三頁(yè)\編于十七點(diǎn)目前二十頁(yè)\總數(shù)八十三頁(yè)\編于十七點(diǎn)Wobblehypothesis①任意一個(gè)密碼子的前兩位堿基都與tRNAanticodon中的相應(yīng)堿基形成Watson-Crick堿基配對(duì)。②反密碼子第一位是A或C時(shí)，只能識(shí)別一個(gè)密碼子。當(dāng)反密碼子第一位是U或G時(shí)，能識(shí)別兩個(gè)密碼子。當(dāng)Inosine（I）作為反密碼子第一位時(shí)，能識(shí)別三個(gè)密碼子。③如果數(shù)個(gè)密碼子同時(shí)編碼一個(gè)氨基酸，凡是第一、二位堿基不相同的密碼子都對(duì)應(yīng)于各自的tRNA。④根據(jù)上述規(guī)則，至少需要32種不同的tRNA才能翻譯61個(gè)密碼子。目前二十一頁(yè)\總數(shù)八十三頁(yè)\編于十七點(diǎn)目前二十二頁(yè)\總數(shù)八十三頁(yè)\編于十七點(diǎn)四．tRNA

tRNA在蛋白質(zhì)合成中處于關(guān)鍵地位，被稱為第二遺傳密碼。它不但為將每個(gè)三聯(lián)子密碼翻譯成氨基酸提供了接合體，還為準(zhǔn)確無(wú)誤地將所需氨基酸運(yùn)送到核糖體上提供了載體。所有的tRNA都能夠與核糖體的P位點(diǎn)和A位點(diǎn)結(jié)合，此時(shí)，tRNA分子三葉草型頂端突起部位通過(guò)密碼子：反密碼子的配對(duì)與mRNA相結(jié)合，而其3’末端恰好將所轉(zhuǎn)運(yùn)的氨基酸送到正在延伸的多肽上。代表相同氨基酸的tRNA稱為同工tRNA。在一個(gè)同工tRNA組內(nèi)，所有tRNA均專一于相同的氨基酰-tRNA合成酶。目前二十三頁(yè)\總數(shù)八十三頁(yè)\編于十七點(diǎn)1、tRNA的三葉草型二級(jí)結(jié)構(gòu)目前二十四頁(yè)\總數(shù)八十三頁(yè)\編于十七點(diǎn)受體臂（acceptorarm）主要由鏈兩端序列堿基配對(duì)形成的桿狀結(jié)構(gòu)和3’端末配對(duì)的3-4個(gè)堿基所組成，其3’端的最后3個(gè)堿基序列永遠(yuǎn)是CCA，最后一個(gè)堿基的3’或2’自由羥基（—OH）可以被氨?；φC臂是根據(jù)3個(gè)核苷酸命名的，其中φ表示擬尿嘧啶，是tRNA分子所擁有的不常見(jiàn)核苷酸。反密碼子臂是根據(jù)位于套索中央的三聯(lián)反密碼子命名的。D臂是根據(jù)它含有二氫尿嘧啶（dihydrouracil）命名的。

最常見(jiàn)的tRNA分子有76個(gè)堿基，相對(duì)分子質(zhì)量約為2.5×104。不同的tRNA分子可有74-95個(gè)核苷酸不等，tRNA分子長(zhǎng)度的不同主要是由其中的兩條手臂引起的。tRNA的稀有堿基含量非常豐富，約有70余種。每個(gè)tRNA分子至少含有2個(gè)稀有堿基，最多有19個(gè)，多數(shù)分布在非配對(duì)區(qū)，特別是在反密碼子3'端鄰近部位出現(xiàn)的頻率最高，且大多為嘌呤核苷酸。這對(duì)于維持反密碼子環(huán)的穩(wěn)定性及密碼子、反密碼子之間的配對(duì)是很重要的。目前二十五頁(yè)\總數(shù)八十三頁(yè)\編于十七點(diǎn)2．tRNA的L形三級(jí)結(jié)構(gòu)

酵母和大腸桿菌tRNA的三級(jí)結(jié)構(gòu)都呈L形折疊式。這種結(jié)構(gòu)是靠氫鍵來(lái)維持的，tRNA的三級(jí)結(jié)構(gòu)與AA-tRNA合成酶的識(shí)別有關(guān)。受體臂和TφC臂的桿狀區(qū)域構(gòu)成了第一個(gè)雙螺旋，D臂和反密碼子臂的桿狀區(qū)域形成了第二個(gè)雙螺旋。

tRNA的L形高級(jí)結(jié)構(gòu)反映了其生物學(xué)功能，因?yàn)樗纤\(yùn)載的氨基酸必須靠近位于核糖體大亞基上的多肽合成位點(diǎn)，而它的反密碼子必須與小亞基上的mRNA相配對(duì)，所以兩個(gè)不同的功能基團(tuán)最大限度分離。目前二十六頁(yè)\總數(shù)八十三頁(yè)\編于十七點(diǎn)目前二十七頁(yè)\總數(shù)八十三頁(yè)\編于十七點(diǎn)3．tRNA的功能

轉(zhuǎn)錄過(guò)程是信息從一種核酸分子（DNA）轉(zhuǎn)移至另一種結(jié)構(gòu)上極為相似的核酸分子（RNA）的過(guò)程，信息轉(zhuǎn)移靠的是堿基配對(duì)。翻譯階段遺傳信息從mRNA分子轉(zhuǎn)移到結(jié)構(gòu)極不相同的蛋白質(zhì)分子，信息是以能被翻譯成單個(gè)氨基酸的三聯(lián)子密碼形式存在的，在這里起作用的是解碼機(jī)制。目前二十八頁(yè)\總數(shù)八十三頁(yè)\編于十七點(diǎn)4．tRNA的種類（1）起始tRNA和延伸tRNA

能特異地識(shí)別mRNA模板上起始密碼子的tRNA叫起始tRNA，其他tRNA統(tǒng)稱為延伸tRNA。原核生物起始tRNA攜帶甲酰甲硫氨酸（fMet），真核生物起始tRNA攜帶甲硫氨酸（Met）。（2）同工tRNA

代表同一種氨基酸的tRNA稱為同工tRNA，同工tRNA既要有不同的反密碼子以識(shí)別該氨基酸的各種同義密碼，又要有某種結(jié)構(gòu)上的共同性，能被AA-tRNA合成酶識(shí)別。目前二十九頁(yè)\總數(shù)八十三頁(yè)\編于十七點(diǎn)（3）校正tRNA

校正tRNA分為無(wú)義突變及錯(cuò)義突變校正。

在蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)基因中，一個(gè)核苷酸的改變可能使代表某個(gè)氨基酸的密碼子變成終止密碼子（UAG、UGA、UAA），使蛋白質(zhì)合成提前終止，合成無(wú)功能的或無(wú)意義的多肽，這種突變就稱為無(wú)義突變。目前三十頁(yè)\總數(shù)八十三頁(yè)\編于十七點(diǎn)五．AA-tRNA合成酶AA-tRNA合成酶是一類催化氨基酸與tRNA結(jié)合的特異性酶，其反應(yīng)式如下：它實(shí)際上包括兩步反應(yīng)：第一步是氨基酸活化生成酶-氨基酰腺苷酸復(fù)合物。

AA+ATP+酶（E）→E-AA-AMP+PPi

第二步是氨?；D(zhuǎn)移到tRNA3’末端腺苷殘基上，與其2’或3’-羥基結(jié)合。

E-AA-AMP+tRNA→AA-tRNA+E+AMP

目前三十一頁(yè)\總數(shù)八十三頁(yè)\編于十七點(diǎn)目前三十二頁(yè)\總數(shù)八十三頁(yè)\編于十七點(diǎn)目前三十三頁(yè)\總數(shù)八十三頁(yè)\編于十七點(diǎn)蛋白質(zhì)合成的真實(shí)性主要決定于AA-tRNA合成酶是否能使氨基酸與對(duì)應(yīng)的tRNA相結(jié)合。AA-tRNA合成酶既要能識(shí)別tRNA，又要能識(shí)別氨基酸，它對(duì)兩者都具有高度的專一性。不同的tRNA有不同堿基組成和空間結(jié)構(gòu)，容易被tRNA合成酶所識(shí)別，困難的是這些酶如何識(shí)別結(jié)構(gòu)上非常相似的氨基酸。目前三十四頁(yè)\總數(shù)八十三頁(yè)\編于十七點(diǎn)目前三十五頁(yè)\總數(shù)八十三頁(yè)\編于十七點(diǎn)有兩道關(guān)口:

Thefirstfilteristheinitialbindingoftheaminoacidtotheenzymeanditsactivationtoaminoacyl-AMP.

Thesecondfilteristhebindingofincorrectaminoacyl-AMPproductstoaseparateactivesiteontheenzyme.

目前三十六頁(yè)\總數(shù)八十三頁(yè)\編于十七點(diǎn)六.核糖體核糖體像一個(gè)能沿mRNA模板移動(dòng)的工廠，執(zhí)行著蛋白質(zhì)合成的功能。它是由幾十種蛋白質(zhì)和幾種核糖體RNA（ribosomalRNA，rRNA）組成的亞細(xì)胞顆粒。一個(gè)細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)約有20000個(gè)核糖體，而真核細(xì)胞內(nèi)可達(dá)106個(gè)，在未成熟的蟾蜍卵細(xì)胞內(nèi)則高達(dá)1012。核糖體和它的輔助因子為蛋白質(zhì)合成提供了必要條件。目前三十七頁(yè)\總數(shù)八十三頁(yè)\編于十七點(diǎn)目前三十八頁(yè)\總數(shù)八十三頁(yè)\編于十七點(diǎn)1.核糖體的組成

原核生物核糖體由約2/3的RNA及1/3的蛋白質(zhì)組成。真核生物核糖體中RNA占3/5，蛋白質(zhì)占2/5。核糖體是一個(gè)致密的核糖核蛋白顆粒，可以解離為兩個(gè)亞基，每個(gè)亞基都含有一個(gè)相對(duì)分子質(zhì)量較大的rRNA和許多不同的蛋白質(zhì)分子。

大腸桿菌核糖體小亞基由21種蛋白質(zhì)組成，分別用S1……S21表示，大亞基由33種蛋白質(zhì)組成，分別用L1……L33表示。真核生物細(xì)胞核糖體大亞基含有49種蛋白質(zhì)，小亞基有33種蛋白質(zhì)。

目前三十九頁(yè)\總數(shù)八十三頁(yè)\編于十七點(diǎn)目前四十頁(yè)\總數(shù)八十三頁(yè)\編于十七點(diǎn)目前四十一頁(yè)\總數(shù)八十三頁(yè)\編于十七點(diǎn)2、rRNA目前四十二頁(yè)\總數(shù)八十三頁(yè)\編于十七點(diǎn)3.核糖體的功能

核糖體包括至少5個(gè)活性中心，即mRNA結(jié)合部位、結(jié)合或接受AA-tRNA部位（A位）、結(jié)合或接受肽基tRNA的部位、肽基轉(zhuǎn)移部位（P位）及形成肽鍵的部位（轉(zhuǎn)肽酶中心），此外還有負(fù)責(zé)肽鏈延伸的各種延伸因子的結(jié)合位點(diǎn)。小亞基上擁有mRNA結(jié)合位點(diǎn)，負(fù)責(zé)對(duì)序列特異的識(shí)別過(guò)程，如起始位點(diǎn)的識(shí)別和密碼子與反密碼子的相互作用。大亞基負(fù)責(zé)氨基酸及tRNA攜帶的功能，如肽鍵的形成、AA-tRNA、肽基-tRNA的結(jié)合等。A位、P位、轉(zhuǎn)肽酶中心等主要在大亞基上。目前四十三頁(yè)\總數(shù)八十三頁(yè)\編于十七點(diǎn)核糖體可解離為亞基或結(jié)合成70S/80S顆粒。翻譯的起始階段需要游離的亞基，隨后才結(jié)合成70S/80S顆粒，繼續(xù)翻譯進(jìn)程。體外反應(yīng)體系中，核糖體的解離或結(jié)合取決于Mg2+離子濃度。在大腸桿菌內(nèi)，Mg2+濃度在10-3mol/L以下時(shí)，70S解離為亞基，濃度達(dá)10-2mol/L時(shí)則形成穩(wěn)定的70S顆粒。細(xì)胞中大多數(shù)核糖體處于非活性的穩(wěn)定狀態(tài)，單獨(dú)存在，只有少數(shù)與mRNA一起形成多聚核糖體。它從mRNA的5'末端向3'末端閱讀密碼子，至終止子時(shí)合成一條完整的多肽鏈。mRNA上核糖體的多少視mRNA的長(zhǎng)短而定，一般40個(gè)核苷酸有一個(gè)核糖體。目前四十四頁(yè)\總數(shù)八十三頁(yè)\編于十七點(diǎn)七.信使核糖核酸mRNAmessengerribonucleicacidDNAdeoxyribonucleicacid.

雖然mRNA在所有細(xì)胞內(nèi)執(zhí)行著相同的功能，即通過(guò)三聯(lián)子密碼翻譯生成蛋白質(zhì)，其生物合成的具體過(guò)程和成熟mRNA的結(jié)構(gòu)在原核和真核生物細(xì)胞內(nèi)是不同的。目前四十五頁(yè)\總數(shù)八十三頁(yè)\編于十七點(diǎn)八、蛋白質(zhì)的生物合成核糖體是蛋白質(zhì)合成的場(chǎng)所，mRNA是蛋白質(zhì)合成的模板，tRNA是模板與氨基酸之間的接合體。此外，有20種以上的AA-tRNA及合成酶、10多種起始因子、延伸因子及終止因子，30多種tRNA及各種rRNA、mRNA和100種以上翻譯后加工酶參與蛋白質(zhì)合成和加工過(guò)程。

蛋白質(zhì)合成消耗了細(xì)胞中90%左右用于生物合成反應(yīng)的能量。細(xì)菌細(xì)胞中的2萬(wàn)個(gè)核糖體，10萬(wàn)個(gè)蛋白質(zhì)因子和20萬(wàn)個(gè)tRNAs約占大腸桿菌干重的35%。

在大腸桿菌中合成一個(gè)100個(gè)氨基酸的多肽只需5分鐘。目前四十六頁(yè)\總數(shù)八十三頁(yè)\編于十七點(diǎn)1.蛋白質(zhì)生物合成的主要步驟：

翻譯的起始——核糖體與mRNA結(jié)合并與氨基酰-tRNA生成起始復(fù)合物。肽鏈的延伸——核糖體沿mRNA5’端向3’端移動(dòng)，導(dǎo)致從N端向C端的多肽合成。肽鏈的終止以及肽鏈的釋放——核糖體從mRNA上解離，準(zhǔn)備新一輪合成反應(yīng)。目前四十七頁(yè)\總數(shù)八十三頁(yè)\編于十七點(diǎn)主要分為五步

1、ActivationofAminoAcids(Thisreactiontakesplaceinthecytosol,notontheribosome).

2、Initiation.ThemRNAbearingthecodeforthepolypeptidebindstothesmallribosomalsubunitandtotheinitiatingaminoacyl-tRNA.

3、Elongation.Peptidebondsareformedinthisstage.

4、TerminationandRelease.CompletionofthepolypeptidechainissignaledbyaterminationcodoninthemRNA.

5、FoldingandPosttranslationalProcessing.目前四十八頁(yè)\總數(shù)八十三頁(yè)\編于十七點(diǎn)目前四十九頁(yè)\總數(shù)八十三頁(yè)\編于十七點(diǎn)肽鏈延伸分為三步

①Bindingofanincomingaminoacyl-tRNA.

②Peptidebondformation.

③Translocation.目前五十頁(yè)\總數(shù)八十三頁(yè)\編于十七點(diǎn)2.與蛋白質(zhì)合成有關(guān)的因子

起始因子Initiationfactor（IF）延伸因子Elongationfactor（EF）終止因子。原核中有RF1-3。RF-1識(shí)別UAA和UAG;RF-2識(shí)別UAA和UGA;RF-3僅能促進(jìn)RF-1和RF-2的功能。終止因子行使功能時(shí)需要GTP。真核生物中只有一個(gè)RF，能識(shí)別3個(gè)終止子。目前五十一頁(yè)\總數(shù)八十三頁(yè)\編于十七點(diǎn)目前五十二頁(yè)\總數(shù)八十三頁(yè)\編于十七點(diǎn)目前五十三頁(yè)\總數(shù)八十三頁(yè)\編于十七點(diǎn)目前五十四頁(yè)\總數(shù)八十三頁(yè)\編于十七點(diǎn)目前五十五頁(yè)\總數(shù)八十三頁(yè)\編于十七點(diǎn)目前五十六頁(yè)\總數(shù)八十三頁(yè)\編于十七點(diǎn)目前五十七頁(yè)\總數(shù)八十三頁(yè)\編于十七點(diǎn)目前五十八頁(yè)\總數(shù)八十三頁(yè)\編于十七點(diǎn)3、蛋白質(zhì)合成的起始蛋白質(zhì)合成的起始復(fù)合物:

30S核糖體小亞基

模板mRNA

fMet-tRNAfMet

起始因子

GTP

50S核糖體大亞基

Mg2+目前五十九頁(yè)\總數(shù)八十三頁(yè)\編于十七點(diǎn)合成的起始可分為三步:

1、30S核糖體小亞基與起始因子IF–1和IF-3相結(jié)合，誘發(fā)模板mRNA與小亞基結(jié)合。

2、由30S小亞基、起始因子IF–1和IF-3及模板mRNA所組成的復(fù)合物立即與GTP-IF-2及fMet-tRNAfMet相結(jié)合。反密碼子與密碼子配對(duì)。

3、上述六組分復(fù)合物再與50S大亞基結(jié)合，水解GTP生成并釋放GDP和Pi。釋放三個(gè)起始因子。目前六十頁(yè)\總數(shù)八十三頁(yè)\編于十七點(diǎn)目前六十一頁(yè)\總數(shù)八十三頁(yè)\編于十七點(diǎn)目前六十二頁(yè)\總數(shù)八十三頁(yè)\編于十七點(diǎn)表27-9真核細(xì)胞中參與翻譯起始的蛋白質(zhì)因子及其功能真核因子功能eIF2促進(jìn)Met-tRNAMet與核糖體40S小亞基結(jié)合。eIF2B

eIF3是最早與核糖體40S小亞基結(jié)合的促進(jìn)因子，蛋白質(zhì)合成反應(yīng)的正常進(jìn)行。eIF4A具有RNA解旋酶活性，解除mRNA模板的次級(jí)結(jié)構(gòu)并使之與40S小亞基結(jié)合，形成eIF4F復(fù)合物。eIF4B與mRNA模板相結(jié)合，協(xié)助核糖體掃描模板序列，定位AUG。eIF4E與mRNA5'的帽子結(jié)構(gòu)相結(jié)合，形成eIF4F復(fù)合物。eIF4G與eIF4E和poly（A）結(jié)合蛋白（PAB）相結(jié)合，形成eIF4F復(fù)合物。eIF5促使多個(gè)蛋白因子與40S小亞基解體，以此幫助大小亞基結(jié)合形成80核糖體，形成翻譯起始復(fù)合物。eIF6促進(jìn)沒(méi)有蛋白質(zhì)合成活性的80S核糖體解離成40S和60S兩個(gè)亞基。目前六十三頁(yè)\總數(shù)八十三頁(yè)\編于十七點(diǎn)4、肽鏈的延伸

肽鏈延伸的基本要求是：

有完整的起始復(fù)合物，有氨基酰-tRNA，有延伸因子EF-Tu,EF-Ts和EF-G，有GTP。目前六十四頁(yè)\總數(shù)八十三頁(yè)\編于十七點(diǎn)肽鏈延伸也可被分為三步：

第一步，與新進(jìn)來(lái)的氨基酰-tRNA相結(jié)合。氨基酰-tRNA首先必須與GTP-EF-Tu復(fù)合物相結(jié)合，形成氨基酰-tRNA-GTP-EF-Tu復(fù)合物并與70S中的A位點(diǎn)相結(jié)合。此時(shí)，GTP水解并釋放GDP-EF-Tu復(fù)合物。

第二步，肽鍵形成。肽鍵形成之初，兩個(gè)氨基酸仍然分別與各自的tRNA相結(jié)合，仍然分別位于A位點(diǎn)和P位點(diǎn)上。A位點(diǎn)上的氨基酸（第二個(gè)氨基酸）中的α-氨基作為親核基團(tuán)取代了P位點(diǎn)上的tRNA，并與起始氨基酸中的COOH基團(tuán)形成肽鍵。本反應(yīng)可能由peptidyltransferase催化。

第三步，移位（translocation）。核糖體向mRNA的3’方向移動(dòng)一個(gè)密碼子，使得帶有第二個(gè)氨基酸（現(xiàn)已成為二肽）的tRNA從A位進(jìn)入P位，并使第一個(gè)tRNA從P位進(jìn)入E位。此時(shí)模板上的第三個(gè)密碼子正好在A位上。核糖體的移位需要EF-G（translocase）和另一分子GTP水解提供能量。目前六十五頁(yè)\總數(shù)八十三頁(yè)\編于十七點(diǎn)目前六十六頁(yè)\總數(shù)八十三頁(yè)\編于十七點(diǎn)目前六十七頁(yè)\總數(shù)八十三頁(yè)\編于十七點(diǎn)5、肽鏈的終止當(dāng)終止密碼子進(jìn)入核糖體A位點(diǎn)時(shí)，在釋放因子RF1-3的作用下：

（1）水解末端肽基tRNA；

（2）釋放新生肽和tRNA；

（3）使70S核糖體解離成30S和50S兩個(gè)亞基。目前六十八頁(yè)\總數(shù)八十三頁(yè)\編于十七點(diǎn)目前六十九頁(yè)\總數(shù)八十三頁(yè)\編于十七點(diǎn)6、蛋白質(zhì)合成的抑制劑

抗菌素對(duì)蛋白質(zhì)合成的作用可能是阻止mRNA與核糖體結(jié)合（氯霉素），或阻止AA-tRNA與核糖體結(jié)合（四環(huán)素類），或干擾AA-tRNA與核糖體結(jié)合而產(chǎn)生錯(cuò)讀（鏈霉素、新霉素、卡那霉素等），或作為競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑抑制蛋白質(zhì)合成。

鏈霉素是一種堿性三糖，干擾fMet-tRNA與核糖體的結(jié)合，從而阻止蛋白質(zhì)合成的正確起始，并導(dǎo)致mRNA的錯(cuò)讀。若以poly（U）作模板，則除苯丙氨酸（UUU）外，異亮氨酸（AUU）也會(huì)摻入。對(duì)鏈霉素敏感位點(diǎn)在30S亞基上。目前七十頁(yè)\總數(shù)八十三頁(yè)\編于十七點(diǎn)嘌呤霉素是AA-tRNA的結(jié)構(gòu)類似物，能結(jié)合在核糖體的A位上，抑制AA-tRNA的進(jìn)入。它所帶的氨基與AA-tRNA上的氨基一樣，能與生長(zhǎng)中肽鏈上的羧基生成肽鍵，這個(gè)反應(yīng)的產(chǎn)物是一條3'羧基端掛了一嘌呤霉素。

青霉素、四環(huán)素和紅霉素只與原核細(xì)胞核糖體發(fā)生作用，從而阻遏原核生物蛋白質(zhì)的合成，抑制細(xì)菌生長(zhǎng)。氯霉素和嘌呤霉素既能與原核細(xì)胞核糖體結(jié)合，又能與真核生物核糖體結(jié)合，妨礙細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)合成，影響細(xì)胞生長(zhǎng)。因此，前3種抗生素被廣泛用于人類醫(yī)學(xué)，后兩種則很少在醫(yī)學(xué)上使用。

目前七十一頁(yè)\總數(shù)八十三頁(yè)\編于十七點(diǎn)九、氨基酸及功能蛋白質(zhì)合成后的修飾

1.蛋白質(zhì)剛剛被合成時(shí)，都以fMet（原核）或Met（真核）開(kāi)始，多肽合成后，N端的formylgroup、Met殘基，有時(shí)還包括N揣多個(gè)殘基或C端的殘基都會(huì)