III 第十二章 蛋白質(zhì)生物合成

遺傳信息傳遞的中心法則

蛋白質(zhì)翻譯轉(zhuǎn)錄逆轉(zhuǎn)錄復(fù)制復(fù)制DNARNA生物的遺傳信息以密碼的形式儲(chǔ)存在DNA分子上，表現(xiàn)為特定的核苷酸排列順序。在細(xì)胞分裂的過(guò)程中，通過(guò)DNA復(fù)制把親代細(xì)胞所含的遺傳信息忠實(shí)地傳遞給兩個(gè)子代細(xì)胞。在子代細(xì)胞的生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中，這些遺傳信息通過(guò)轉(zhuǎn)錄傳遞給RNA，再由RNA通過(guò)翻譯轉(zhuǎn)變成相應(yīng)的蛋白質(zhì)多肽鏈上的氨基酸排列順序，由蛋白質(zhì)執(zhí)行各種各樣的生物學(xué)功能，使后代表現(xiàn)出與親代相似的遺傳特征。后來(lái)人們又發(fā)現(xiàn)，在宿主細(xì)胞中一些RNA病毒能以自己的RNA為模板復(fù)制出新的病毒RNA，還有一些RNA病毒能以其RNA為模板合成DNA，稱(chēng)為逆轉(zhuǎn)錄這是中心法則的補(bǔ)充。

中心法則總結(jié)了生物體內(nèi)遺傳信息的流動(dòng)規(guī)律，揭示遺傳的分子基礎(chǔ)，不僅使人們對(duì)細(xì)胞的生長(zhǎng)、發(fā)育、遺傳、變異等生命現(xiàn)象有了更深刻的認(rèn)識(shí)，而且以這方面的理論和技術(shù)為基礎(chǔ)發(fā)展了基因工程，給人類(lèi)的生產(chǎn)和生活帶來(lái)了深刻的革命。目前一頁(yè)\總數(shù)四十五頁(yè)\編于十四點(diǎn)遺傳信息流動(dòng)示意圖核糖體DNAmRNAtRNA目前二頁(yè)\總數(shù)四十五頁(yè)\編于十四點(diǎn)目錄第一節(jié)蛋白質(zhì)合成體系第二節(jié)蛋白質(zhì)合成的機(jī)理第三節(jié)肽鏈合成后的折疊與加工第四節(jié)蛋白質(zhì)定位目前三頁(yè)\總數(shù)四十五頁(yè)\編于十四點(diǎn)二、tRNA蛋白質(zhì)合成體系的組分三、核糖體第一節(jié)蛋白質(zhì)合成體系

一、mRNA和遺傳密碼四、輔助因子目前四頁(yè)\總數(shù)四十五頁(yè)\編于十四點(diǎn)mRNA

(messengerRNA)是蛋白質(zhì)生物合成過(guò)程中直接指令氨基酸摻入的模板，是遺傳信息的載體。mRNA原核生物和真核生物mRNA的比較目前五頁(yè)\總數(shù)四十五頁(yè)\編于十四點(diǎn)遺傳密碼

三聯(lián)體密碼的破譯遺傳密碼的性質(zhì)

遺傳密碼:DNA（或mRNA）中的核苷酸序列與蛋白質(zhì)中氨基酸序列之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系稱(chēng)為遺傳密碼。

密碼子(codon)：mRNA上每3個(gè)相鄰的核苷酸編碼蛋白質(zhì)多肽鏈中的一個(gè)氨基酸，這三個(gè)核苷酸就稱(chēng)為一個(gè)密碼子或三聯(lián)體密碼。遺傳密碼字典目前六頁(yè)\總數(shù)四十五頁(yè)\編于十四點(diǎn)三聯(lián)體密碼的破譯1954年Gamov確認(rèn)核酸分子中三個(gè)堿基決定一個(gè)氨基酸

1961年Crick等用遺傳學(xué)方法也證實(shí)三聯(lián)體密碼子學(xué)說(shuō)是正確的Nirenberg以均聚物共聚物為模板指導(dǎo)多肽的合成,尋找到了破譯遺傳密碼的途徑

Khorana以共聚物指導(dǎo)多肽的合成，加快了破譯遺傳密碼的步伐目前七頁(yè)\總數(shù)四十五頁(yè)\編于十四點(diǎn)遺傳密碼字典UACGUCAGUCAG第二位

第一位（5ˊ）

第三位（3ˊ）UCAGUCAGUCAG目前八頁(yè)\總數(shù)四十五頁(yè)\編于十四點(diǎn)遺傳密碼的性質(zhì)1、密碼是無(wú)標(biāo)點(diǎn)符號(hào)的且相鄰密碼子互不重疊。

2、密碼的簡(jiǎn)并性：由一種以上密碼子編碼同一個(gè)氨基酸的現(xiàn)象稱(chēng)為簡(jiǎn)并性（dogeneracy），對(duì)應(yīng)于同一氨基酸的密碼子稱(chēng)為同義密碼子(Synonymouscodon)。密碼的簡(jiǎn)并性可以減少有害突變。

3、密碼的擺動(dòng)性（變偶性）：密碼的專(zhuān)一性主要是由第一第二個(gè)堿基所決定，tRNA上的反密碼子與mRNA密碼子配對(duì)時(shí)，密碼子的第一、二位堿基是嚴(yán)格的，第三位堿基可以有一定的變動(dòng)。Crick稱(chēng)這一為變偶性（wobble）.4、密碼的通用性和變異性

5、64組密碼子中，AUG既是的密碼，又是起始密碼；有三組密碼不編碼任何氨基酸，而是多肽鏈合成的終止密碼子：UAG、UAA、UGA。

目前九頁(yè)\總數(shù)四十五頁(yè)\編于十四點(diǎn)反密碼子與密碼子之間的堿基配對(duì)AUCG反密碼子第一位堿基密碼子第三位堿基GUCUAGIUCA目前十頁(yè)\總數(shù)四十五頁(yè)\編于十四點(diǎn)1966年Crick根據(jù)立體化學(xué)原理提出：

（2）有些反密碼子的第一個(gè)堿基（按5’-3’）

決定了該tRNA識(shí)別密碼子的數(shù)目。（3）當(dāng)一種氨基酸有幾個(gè)密碼子時(shí)，只要他們的第一和第二個(gè)堿基中有一個(gè)不同，則需要不同的tRNA

來(lái)識(shí)別。（1）mRNA上的密碼子的第一、第二個(gè)堿基與tRNA上的反密碼子相應(yīng)的堿基形成強(qiáng)的配對(duì)；密碼的專(zhuān)一性主要是由這兩個(gè)堿基對(duì)的作用。目前十一頁(yè)\總數(shù)四十五頁(yè)\編于十四點(diǎn)人線(xiàn)粒體中變異的密碼子UGA終止信號(hào)TrpAUAIleMetAGAArg終止信號(hào)AGGArg終止信號(hào)密碼子正常情況下編碼線(xiàn)粒體DNA編碼目前十二頁(yè)\總數(shù)四十五頁(yè)\編于十四點(diǎn)原核細(xì)胞mRNA的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)5′3′順?lè)醋禹樂(lè)醋禹樂(lè)醋硬迦腠樞虿迦腠樞蛳葘?dǎo)區(qū)末端順序AGGAGGUSD區(qū)特點(diǎn)半衰期短許多原核生物mRNA以多順?lè)醋有问酱嬖贏UG作為起始密碼；AUG上游7～12個(gè)核苷酸處有一被稱(chēng)為SD序列的保守區(qū)，16SrRNA3’-端反向互補(bǔ)而使mRNA與核糖體結(jié)合。目前十三頁(yè)\總數(shù)四十五頁(yè)\編于十四點(diǎn)真核細(xì)胞mRNA的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

5′

“帽子”P(pán)olyA

3′

順?lè)醋觤7G-5′ppp-N-3′p帽子結(jié)構(gòu)功能使mRNA免遭核酸酶的破壞使mRNA能與核糖體小亞基結(jié)合并開(kāi)始合成蛋白質(zhì)被蛋白質(zhì)合成的起始因子所識(shí)別，從而促進(jìn)蛋白質(zhì)的合成。Poly(A)尾巴的功能是mRNA由細(xì)胞核進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)所必需的形式它大大提高了mRNA在細(xì)胞質(zhì)中的穩(wěn)定性

AAAAAAA-OH目前十四頁(yè)\總數(shù)四十五頁(yè)\編于十四點(diǎn)tRNA

（transferribonucleicasid）在蛋白質(zhì)合成中處于關(guān)鍵地位，它不但為每個(gè)三聯(lián)體密碼子譯成氨基酸提供接合體，還為準(zhǔn)確無(wú)誤地將活化的氨基酸運(yùn)送到核糖體中mRNA模板上。1、tRNA的結(jié)構(gòu)特征2、tRNA的功能（1）tRNA的接頭(adaptor)作用

3′-端上的氨基酸接受位點(diǎn)

識(shí)別氨酰-tRNA合成酶的位點(diǎn)

核糖體識(shí)別位點(diǎn)

反密碼子位點(diǎn)（2）tRNA的突變與校正基因

(回復(fù)突變，reversemutation)

tRNA目前十五頁(yè)\總數(shù)四十五頁(yè)\編于十四點(diǎn)密碼子與反密碼子的配對(duì)關(guān)系反密碼子tRNA53AUC5mRNA3密碼子123目前十六頁(yè)\總數(shù)四十五頁(yè)\編于十四點(diǎn)基因間的校正突變GluH2NCOOH

第一個(gè)突變：由于DNA突變使mRNA分子中GAG變?yōu)閁AGGAG(Glu)UAG（終止密碼）H2NCOOHTyrH2NCOOH

第二個(gè)突變：tRNATyr的反密碼子GUA突變成CUA突變tRNATyr可以將終止密碼UAG讀作Tyr3-A-U-C-55-U-A-G-3突變tRNATyr

的反密碼子（正常時(shí)應(yīng)為3-A-U-G-5）此終止密碼被讀作Tyr目前十七頁(yè)\總數(shù)四十五頁(yè)\編于十四點(diǎn)核糖體核糖體

是由rRNA（ribosomalribonucleicasid）和多種蛋白質(zhì)結(jié)合而成的一種大的核糖核蛋白顆粒，蛋白質(zhì)肽鍵的合成就是在這種核糖體上進(jìn)行的。2、核糖體的功能1、核糖體的結(jié)構(gòu)和組成目前十八頁(yè)\總數(shù)四十五頁(yè)\編于十四點(diǎn)核糖體的組成原核生物核糖體的組成34protein21protein23SRNA5SRNA16SRNA50Ssubunit70Sribosome30Ssubunit原核生物核糖體結(jié)構(gòu)示意圖30Ssubunit50Ssubunit目前十九頁(yè)\總數(shù)四十五頁(yè)\編于十四點(diǎn)原核細(xì)胞70S核糖體的A位、P位及mRNA結(jié)合部位示意圖anticodoncodon30S與mRNA結(jié)合部位P位（結(jié)合或接受肽基的部位）A位（結(jié)合或接受AA-tRNA的部位）50S53mRNA目前二十頁(yè)\總數(shù)四十五頁(yè)\編于十四點(diǎn)真核和原核細(xì)胞參與翻譯的蛋白質(zhì)因子階段原核

真核功能

IF1

IF2

eIF2參與起始復(fù)合物的形成

IF3

eIF3、eIF4C起始CBPI與mRNA帽子結(jié)合

eIF4ABF參與尋找第一個(gè)AUG

eIF5協(xié)助eIF2、eIF3、eIF4C的釋放

eIF6協(xié)助60S亞基從無(wú)活性的核糖體上解離

EF-Tu

eEF1協(xié)助氨酰-tRNA進(jìn)入核糖體延長(zhǎng)EF-Ts

eEF1幫助EF-Tu、eEF1周轉(zhuǎn)

EF-G

eEF2移位因子

RF-1終止eRF釋放完整的肽鏈

RF-2目前二十一頁(yè)\總數(shù)四十五頁(yè)\編于十四點(diǎn)第二節(jié)蛋白質(zhì)合成的機(jī)理一、氨基酸的活化二、原核生物多肽鏈的合成程四、真核生物多肽鏈的合成三、多核糖體與核糖體循環(huán)目前二十二頁(yè)\總數(shù)四十五頁(yè)\編于十四點(diǎn)氨基酸的活化EEAAEAAtRNAAAEtRNAAAEtRNAAA氨基酸ATP+氨酰腺苷酸E-AMPPPi第一步AMP第二步E氨基酸的活化3-氨酰-tRNA目前二十三頁(yè)\總數(shù)四十五頁(yè)\編于十四點(diǎn)N-甲酰甲硫氨酰-tRNAiMet的形成CHO-HN-CH-COO-tRNACH2CH2SCOO-

+H2N-CH-COO-tRNACH2CH2SCOO-Met-tRNAiMetfMet-tRNAtMetN10-CHO-FH4FH4轉(zhuǎn)甲酰酶目前二十四頁(yè)\總數(shù)四十五頁(yè)\編于十四點(diǎn)氨酰-tRNA合成酶特點(diǎn)

a、專(zhuān)一性：

對(duì)氨基酸有極高的專(zhuān)一性，每種氨基酸都有專(zhuān)一的酶，只作用于L-氨基酸，不作用于D-氨基酸。

對(duì)tRNA具有極高專(zhuān)一性。

b、校對(duì)作用：氨酰-tRNA合成酶的水解部位可以水解錯(cuò)誤活化的氨基酸。目前二十五頁(yè)\總數(shù)四十五頁(yè)\編于十四點(diǎn)原核生物多肽鏈的合成過(guò)程

原核生物多肽鏈的合成分為三個(gè)階段：肽鏈合成的起始、肽鏈的延伸、肽鏈合成的終止和釋放。1、肽鏈合成的起始2、肽鏈的延長(zhǎng)3、肽鏈合成的終止及釋放目前二十六頁(yè)\總數(shù)四十五頁(yè)\編于十四點(diǎn)肽鏈合成的起始30S亞基?mRNAIF3-IF1復(fù)合物30S?mRNA?GTP-fMet–tRNA-IF2-IF1復(fù)合物70S起始復(fù)合物codonanticodonA位P位

mRNA

+30S亞基-IF3A位IF-353IF2GTPP位IF3IF2IF1IF2-GTP-fMet-tRNAIF350S亞基IF2+IF1+GDP+PiIF-1IF170S起始復(fù)合物目前二十七頁(yè)\總數(shù)四十五頁(yè)\編于十四點(diǎn)某些原核生物mRNA中蛋白質(zhì)合成起始區(qū)的序列目前二十八頁(yè)\總數(shù)四十五頁(yè)\編于十四點(diǎn)肽鏈的延長(zhǎng)12122323進(jìn)位肽鍵形成移位進(jìn)位(Tu\Ts)GTPGTPN-端235′3′C-端肽鍵形成15′3′（EF-G）

目前二十九頁(yè)\總數(shù)四十五頁(yè)\編于十四點(diǎn)肽鏈合成的終止及釋放

（1）釋放因子RF1或RF2進(jìn)入核糖體A位。（2）多肽鏈的釋放（3）70S核糖體解離53UAG30S亞基50S亞基53UAGtRNARF目前三十頁(yè)\總數(shù)四十五頁(yè)\編于十四點(diǎn)肽鍵的形成目前三十一頁(yè)\總數(shù)四十五頁(yè)\編于十四點(diǎn)Tu\Ts循環(huán)TsTs-GDP目前三十二頁(yè)\總數(shù)四十五頁(yè)\編于十四點(diǎn)多多核糖體與核糖體循環(huán)合成完畢的肽鏈多核糖體3ˊmRNA延伸中的肽鏈5ˊ核糖體循環(huán)目前三十三頁(yè)\總數(shù)四十五頁(yè)\編于十四點(diǎn)真核生物多肽鏈的合成（自學(xué)）1、真核細(xì)胞核糖體比原核細(xì)胞核糖體更大更復(fù)雜；2、起始氨基酸為Met，不是fMet；3、肽鏈合成的起始：由40S核糖體亞基首先識(shí)別mRNA的5’端-帽子，然后沿mRNA移動(dòng)尋找AUG；4、起始因子有12種，但只有2種延長(zhǎng)因子和1種終止因子；5、真核細(xì)胞種線(xiàn)粒體、葉綠體的核糖體大小、組成及蛋白質(zhì)合成過(guò)程都類(lèi)似于原核細(xì)胞。目前三十四頁(yè)\總數(shù)四十五頁(yè)\編于十四點(diǎn)

肽鏈折疊是指從多肽鏈的氨基酸序列形成具有正確三維空間結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)的過(guò)程。體內(nèi)多肽鏈的折疊目前認(rèn)為至少有兩類(lèi)蛋白質(zhì)參與，稱(chēng)為助折疊蛋白:（1）酶：蛋白質(zhì)二硫鍵異構(gòu)酶（PDI）；（2）分子伴侶肽鏈的折疊

Lasky于1978年首先提出分子伴侶（mulecularchaperone）的概念，這是一類(lèi)在細(xì)胞內(nèi)能幫助新生肽鏈正確折疊與裝配組裝成為成熟蛋白質(zhì)，但其本身并不構(gòu)成被介導(dǎo)的蛋白質(zhì)組成部分的一類(lèi)蛋白因子，在原核生物和真核生物中廣泛存在。目前三十五頁(yè)\總數(shù)四十五頁(yè)\編于十四點(diǎn)1、肽鏈末端的修飾：

N-端fMet或Met的切除2、信號(hào)序列的切除3、二硫鍵的形成4、部分肽段的切除5、個(gè)別氨基酸的修飾6、糖基側(cè)鏈的添加7、輔基的加入蛋白質(zhì)的加工修飾實(shí)例：胰島素原的加工目前三十六頁(yè)\總數(shù)四十五頁(yè)\編于十四點(diǎn)胰島素原的加工A鏈區(qū)B鏈區(qū)間插序列（C肽區(qū)）HSSHSHSHHSHS信號(hào)肽NC核糖體上合成出無(wú)規(guī)則卷曲的前胰島素原切除C肽后，形成成熟的胰島素分子切除信號(hào)肽后折疊成穩(wěn)定構(gòu)象的胰島素原SSSSNNCCA鏈B鏈胰島素CNS－SSS胰島素原SS目前三十七頁(yè)\總數(shù)四十五頁(yè)\編于十四點(diǎn)多核糖體

第一個(gè)編碼區(qū)第一個(gè)編碼區(qū)第二個(gè)編碼區(qū)第二個(gè)編碼區(qū)終止\起始終止起始mRNAmRNA5′5′3′3′目前三十八頁(yè)\總數(shù)四十五頁(yè)\編于十四點(diǎn)第四節(jié)蛋白質(zhì)定位1、分泌蛋白

●

信號(hào)肽假說(shuō)簡(jiǎn)圖

●分泌蛋白質(zhì)的合成和胞吐作用