蛋白質(zhì)合成的生物學(xué)機制

蛋白質(zhì)合成的生物學(xué)機制第一頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期一生物信息的傳遞翻譯——從mRNA到蛋白質(zhì)（蛋白質(zhì)合成的的生物學(xué)機制）第二頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期一氨基酸的活化翻譯的起始肽鏈的延伸肽鏈的終止4.4蛋白質(zhì)合成的生物學(xué)機制第三頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期一(一)氨基酸的活化氨基酸+tRNA氨基酰-tRNAATP

AMP＋PPi氨基酰-tRNA合成酶第四頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期一氨基酰-tRNA合成酶對底物氨基酸和tRNA都有高度特異性。氨基酰-tRNA合成酶具有校正活性(proofreadingactivity)。氨基酰-tRNA的表示方法：Ala-tRNAAla

Ser-tRNASerMet-tRNAMet

第五頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期一原核生物中，起始氨基酸是：起始AA-tRNA是：真核生物中，起始氨基酸是：起始AA-tRNA是：甲酰甲硫氨酸fMet-tRNAfMet甲硫氨酸Met-tRNAMet第六頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期一第一步反應(yīng)氨基酸＋ATP-E—→氨基酰-AMP-E

＋AMP＋PPi

第七頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期一第二步反應(yīng)氨基酰-AMP-E＋

tRNA

氨基酰-tRNA＋AMP

＋

E第八頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期一tRNA與酶結(jié)合的模型tRNA氨基酰-tRNA合成酶ATP第九頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期一(二)翻譯的起始原核生物（細(xì)菌）為例：所需成分：30S小亞基、50S大亞基、模板mRNA、fMet-tRNAfMet、GTP、Mg2+翻譯起始因子：IF-1、IF-2、IF-3、第十頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期一（1）起始因子（initiationfactors,IF）

起始因子:

起始因子是參與蛋白質(zhì)生物合成起始的可溶性蛋白因子起始復(fù)合物:

蛋白質(zhì)合成的起始，生成核糖體·mRNA·起始-tRNA三元復(fù)合物，也叫起始復(fù)合物。起始復(fù)合物必須在起始因子幫助下才能形成。目前已知原核生物有3種起始因子，而真核生物約有10種。第十一頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期一

原核生物的3種起始因子：

▼

IF-1（9.5×103）為一小的堿性蛋白、已結(jié)晶、熱穩(wěn)定、沒有專一的功能，只能增加其他兩個起始因子的活性。

▼

IF-2(9.0×104～1.18×105，

有IF-2a

和IF-2b

兩種形式)熱不穩(wěn)定。IF-2的功能是通過生成IF-2·GTP·Met-tRNAfMet三元復(fù)合物，使起始tRNA與核糖體小亞基(30S亞基)結(jié)合。▼

IF-3（有IF-3a、IF-3b兩種）是個雙功能蛋白質(zhì)，IF-3的功能是促進mRNA與核糖體小亞基(30S亞基)結(jié)合，同時還具解離因子活性。

第十二頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期一IF-3IF-1翻譯起始(翻譯起始復(fù)合物形成)又可被分成3步：1.30S小亞基首先與翻譯起始因子IF-1,IF-3結(jié)合,在通過SD序列與mRNA模板相結(jié)合AUG5'3'第十三頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期一S-D序列第十四頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期一IF-3IF-1IF-2GTP2.在IF-2和GTP的幫助下，fMet-tRNAfMet進入小亞基的P位，tRNA上的反密碼子與mRNA上的起始密碼子配對。AUG5'3'第十五頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期一IF-3IF-1IF-2GTPGDPPi3、帶有tRNA、mRNA和3個翻譯起始因子的小亞基復(fù)合物與50S大亞基結(jié)合，GTP水解，釋放翻譯起始因子。AUG5'3'第十六頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期一IF-3IF-1AUG5'3'IF-2GTPIF-2-GTPGDPPi第十七頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期一真核生物翻譯起始的特點

●核糖體較大,為８０Ｓ；●起始因子比較多（約有10種）；●mRNA5′端具有m7Gppp帽子結(jié)構(gòu)●Met-tRNAMet

●mRNA的5′端帽子結(jié)構(gòu)和3′端polyA都參與形成翻譯起始復(fù)合物；第十八頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期一

真核生物的起始因子對于生成80S核糖體·mRNA·Met-tRNAMet三元起始復(fù)合物是必要的。第十九頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期一表4-14a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Met-tRNAMet與核糖體40S小亞基結(jié)合。（最重要的）

eIF2B

eIF3是最早與核糖體40S小亞基結(jié)合的促進因子，蛋白質(zhì)合成反應(yīng)的正常進。eIF4A具有RNA解旋酶活性，解除mRNA模板的次級結(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促進沒有蛋白質(zhì)合成活性的80S核糖體解離成40S和60S兩個亞基。第二十頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期一真核生物翻譯起始復(fù)合物形成(區(qū)別原核生物)

原核生物中30S小亞基首先與mRNA模板相結(jié)合，再與fMet-tRNAfMet結(jié)合，最后與50S大亞基結(jié)合。而在真核生物中，40S小亞基首先與Met-tRNAMet相結(jié)合，再與模板mRNA結(jié)合，最后與60S大亞基結(jié)合生成80S·mRNA·Met-tRNAMet起始復(fù)合物。第二十一頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期一內(nèi)容原核生物真核生物核糖體完整70S80S亞基50S,30S60S,40S起始tRNAfMet-tRNAfMetMet-tRNAiMet起始因子三種至少七種起始復(fù)合物生成順序1.30S-mRNA1.40S-Met-tRNAMet2.30S-mRNA·fMet-tRNAfMet2.40S-mRNA·Met-tRNAMet3.70S-mRNA·fMet-tRNAfMet3.80S-mRNA·Met-tRNAMet原核生物和真核生物蛋白質(zhì)合成起始的區(qū)別第二十二頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期一met40SMetMetmRNAelF-3②GDP+Pi各種elF釋放elF-5④ATPADP+PielF4E,elF4G,elF4A,elF4B,PAB③MetMet-tRNAMet-elF-2

-GTP真核生物翻譯起始復(fù)合物形成過程第二十三頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期一

肽鏈延伸由許多循環(huán)組成，每加一個氨基酸就是一個循環(huán)，每個循環(huán)包括：AA-tRNA與核糖體結(jié)合、肽鍵的生成和移位。

延伸因子(elongationfactor,EF)

：

原核生物：EF-T(EF-Tu,EF-Ts)EF-G

真核生物：EF-1、EF-2(三)肽鏈的延伸第二十四頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期一1、AA-tRNA與核糖體A位點的結(jié)合

需要消耗GTP，并需EF-Tu、EF-Ts兩種延伸因子第二十五頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期一延伸因子（elongationfactorsEF）

延伸因子：是一類參與蛋白質(zhì)合成過程中肽鏈延伸的蛋白因子。

無論原核或真核生物，延伸因子可分為二類：

一類：是幫助氨酰tRNA(延伸tRNA)進入核糖體與mRNA結(jié)合的EF。原核生物EF-Tu、EF-Ts

真核生物EF-1第二十六頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期一

另一類：是使肽基tRNA從核糖體的A位向P位移動的EF

原核生物EF-G

真核生物EF-2

▼

在原核生物中：

EF-Tu的功能是按照mRNA上的編碼攜帶aa-tRNA進入A位。EF-Tu有GTP存在下與aa-tRNA形成穩(wěn)定的三元復(fù)合物：

(EF-Tu·GTP·aa-tRNA)第二十七頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期一第二十八頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期一通過延伸因子EF-Ts再生GTP,形成EF-Tu?GTP復(fù)合物

EF-Tu-GDP+EF-TsEF-Tu-Ts+GDP

EF-Tu-Ts+GTPEF-Tu-GTP+EF-Ts重新參與下一輪循環(huán)第二十九頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期一EF-Tu·GDPEF-TsEF-Tu·GTP

GDPEF-Tu·EF-TsGTP

第三十頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期一

EF-Tu具高度專一性，只能識別并結(jié)合除了fMet-tRNAf

Met

外的所有aa-tRNA。

EF-Tu的這一特性保證了起始tRNA攜帶的fMet不能進入肽鏈內(nèi)部，因為無論甲酰或非甲酰的起始tRNA都不能與EF-Tu和GTP生成復(fù)合物。

GTP水解后，EF-Tu·GDP從核糖體釋放出來。EF-Tu是一個熱不穩(wěn)定的蛋白因子。

EF-Ts則是熱穩(wěn)定的，它不直接與核糖體發(fā)生聯(lián)系，其功能是使EF-Tu·GDP再生為EF-Tu·GTP，然后再參與肽鏈延伸：第三十一頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期一2、肽鍵形成

是由轉(zhuǎn)肽酶/肽基轉(zhuǎn)移酶催化

第三十二頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期一3、移位核糖體向mRNA3’端方向移動一個密碼子。需要消耗GTP，并需EF-G延伸因子自第一個肽鏈合成以后，每增加一個氨基酸，肽基-tRNA都要從A位移至P位，核糖體與mRNA相對移動3個核苷酸（一個密碼子）的距離，該過程需要EF-G和GTP。EF-G是一種依賴于核糖體的GTPase它能使GTP水解。第三十三頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期一延長因子EF-G有轉(zhuǎn)位酶(translocase)活性，可結(jié)合并水解1分子GTP，促進核蛋白體向mRNA的3'側(cè)移動。第三十四頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期一fMetAUG5'3'fMetTuGTP第三十五頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期一第三十六頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期一當(dāng)mRNA分子上終止密碼子出現(xiàn)在核糖體的A位時，在一般情況下由于沒有任何氨酰tRNA可以與終止密碼子結(jié)合，不能把這些密碼子翻成氨基酸。釋放因子(終止因子：原核RF-1、RF-2、RF-3、真核RF)在GTP存在下能識別終止密碼子。

RF與A位結(jié)合后，活化肽基轉(zhuǎn)移酶，水解P位上tRNA與肽鏈之間的鍵。隨著新生肽鏈和最后一個非?；痶RNA離開核糖體，完成肽鏈的合成。

（四）肽鏈的終止第三十七頁，共四十一頁，編輯于2023年，星期一釋放因子(ReleaseFactorRF)或終止因子(ter