第38章 蛋白質(zhì)合成及轉(zhuǎn)運(yùn)

第38章蛋白質(zhì)合成及轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白質(zhì)合成的分子基礎(chǔ)翻譯的步驟

蛋白質(zhì)的運(yùn)輸及翻譯后修飾*翻譯（translation）指以新生的mRNA為模板，把核酸中由A、G、C、U四種符號(hào)組成的遺傳信息，破譯為蛋白質(zhì)分子中20種氨基酸排列順序。

模板：mRNA

原料：20種編碼氨基酸

氨基酸運(yùn)載體：tRNA

場(chǎng)所：核蛋白體

酶：氨基酰-tRNA合成酶、轉(zhuǎn)肽酶

蛋白質(zhì)因子：IF、EF、RF

能量（ATP、GTP）（一）mRNA是蛋白質(zhì)合成的模板StartofgeneticmessageCapEndTail5

-端非翻譯區(qū)5

3

3

-端非翻譯區(qū)開放閱讀框架從mRNA5-端起始密碼子AUG到3-端終止密碼子之間的核苷酸序列，稱為開放閱讀框架(openreadingframe,ORF)。一、蛋白質(zhì)合成的分子基礎(chǔ)遺傳密碼開放閱讀框架內(nèi)每3個(gè)堿基組成的三聯(lián)體，決定一個(gè)氨基酸，稱為遺傳密碼。起始密碼子(initiationcodon)：AUG終止密碼子(terminationcodon)：UAA、UAG、UGA密碼子（codon）起始密碼子和終止密碼子：遺傳密碼的破譯1954年Gamov對(duì)遺傳密碼進(jìn)行探討，提出三聯(lián)體(triplet)1961年FrancisH.C.Crick的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明三聯(lián)體密碼學(xué)說正確，提出遺傳信息在核酸分子上以非重疊、無標(biāo)點(diǎn)、三聯(lián)體的方式編碼同年，F(xiàn)ran?oisJacob和JacquesMonod證明了mRNA的存在Nirenberg等人工合成mRNA并尋找氨基酸和三連密碼子的關(guān)系Nirenberg用均聚核糖核苷酸作模板指導(dǎo)多聚氨基酸合成，破譯PolyU、polyA、polyC是最早破譯的密碼子Khorana等用化學(xué)合成結(jié)合酶促反應(yīng)合成含二三四核苷酸重復(fù)序列的多聚核苷酸作模板找出氨基酸的密碼子1966年完全確定編碼20種氨基酸的密碼子（全部64個(gè)密碼子）-1966：破譯遺傳密碼NobelPrizein1968RobertW.HolleyHarGobindKhoranaMarshallNirenberg利用重復(fù)共聚物破譯密碼20種氨基酸的遺傳密碼字典密碼的基本單位密碼的簡(jiǎn)并性（degeneracy）密碼的變偶性/擺動(dòng)性（wobble）密碼的通用性（universal）遺傳密碼的基本特性密碼的基本單位密碼的閱讀方向是5

→3

密碼為不重疊，無標(biāo)點(diǎn)的三聯(lián)體密碼翻譯時(shí)許從起始密碼AUG開始確定閱讀框架（readingframe）移碼突變是非常嚴(yán)重的突變翻譯時(shí)遺傳密碼的閱讀方向是5′→3′，即讀碼從mRNA的起始密碼子AUG開始，按5′→3′的方向逐一閱讀，直至終止密碼子。NC肽鏈延伸方向5′3′讀碼方向基因損傷引起mRNA閱讀框架內(nèi)的堿基發(fā)生插入或缺失，可能導(dǎo)致框移突變(fram-shiftmutation)。纈脯蘇天冬纈丙酪甘纈丙絲精密碼的簡(jiǎn)并性（degeneracy）一個(gè)氨基酸可具有多個(gè)密碼子氨基酸密碼子數(shù)目與該氨基酸殘基在蛋白質(zhì)中的使用頻率有關(guān)，頻率越大密碼子數(shù)越多密碼的變偶性（wobble）密碼子專一性取決于前兩個(gè)密碼子，第三個(gè)密碼子作用有限，tRNA上的反密碼子與mRNA密碼子配對(duì)時(shí)前兩位堿基配對(duì)嚴(yán)格第三位堿基可有一定變動(dòng)這個(gè)現(xiàn)象稱變偶性。即一個(gè)tRNA反密碼子可識(shí)別多個(gè)簡(jiǎn)并密碼子。在tRNA反密碼子中除A、U、G、C四種堿基外，經(jīng)常出現(xiàn)次黃嘌呤（I）?？膳cU、A、C配對(duì)，使次黃嘌呤反密碼子可識(shí)別更多的反密碼子。實(shí)驗(yàn)證明，酵母丙氨酸反密碼子IGC可閱讀GCU、GCC、GCA。U321123擺動(dòng)配對(duì)變偶性反密碼子第一位堿基密碼子第三位堿基AUCGGU、CUA、GIU、C、A反密碼子與密碼子之間的堿基配對(duì)LeuGluLysAlaGlyValSerAspGlnAsnIleThrProMetPheTryHisArgTrpCys密碼子數(shù)108642123456蛋白質(zhì)中殘基的百分?jǐn)?shù)密碼的通用性（universal）和變異性（variability）從簡(jiǎn)單的病毒到高等的人類，幾乎使用同一套遺傳密碼，因此，遺傳密碼表中的這套“通用密碼”基本上適用于生物界的所有物種，具有通用性。密碼的通用性進(jìn)一步證明各種生物進(jìn)化自同一祖先。線粒體以及少數(shù)生物體的密碼子有變異。已知的線粒體變異密碼子密碼防錯(cuò)系統(tǒng)密碼編排方式使得密碼子中一個(gè)堿基被置換結(jié)果常是編碼相同的氨基酸或以物理化學(xué)性質(zhì)相近的氨基酸取代。使基因突變?cè)斐傻膫档阶畹拖薅?。防錯(cuò)系統(tǒng)原核生物和真核生物mRNA的比較起始密碼的選擇原核mRNA是蛋白質(zhì)合成的模板辨認(rèn)起始密碼子是翻譯起始的必須步驟：確定閱讀框架按照不重疊三聯(lián)體密碼子翻譯產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的氨基酸并形成肽鍵當(dāng)?shù)竭_(dá)終止密碼時(shí)，合成結(jié)束，肽鏈釋放通常終止密碼不止一個(gè)，而是連續(xù)出現(xiàn)2-3個(gè)終止密碼對(duì)于某些病毒，如果中間有起始密碼，則一條mRNA可產(chǎn)生2條或多條肽鏈閱讀框架反密碼環(huán)氨基酸臂（二）tRNA轉(zhuǎn)運(yùn)活化的氨基酸至mRNA模板上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)密碼子-反密碼子的識(shí)別tRNA憑借自身的反密碼子與mRNA鏈上的密碼子相識(shí)別，把所帶氨基酸放到肽鏈的一定位置。密碼子與反密碼子的閱讀方向均為5′

3′，兩者反向平行配對(duì)?；蜷g的校正突變3

-A-U-C-5

5

-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TyrGluH2NCOOH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Tyr

氨基酰-tRNA合成酶具有絕對(duì)專一性，對(duì)氨基酸、tRNA兩種底物都能高度特異性地識(shí)別。氨基酰-tRNA合成酶具有校正活性。氨基酸+ATP+tRNA氨基酰-tRNA+AMP+ppi

Mg2+氨基酰-tRNA合成酶氨基酸活化形成氨基酰-tRNA氨基酰-tRNA的表示方法：Ala-tRNAAla

Ser-tRNASerMet-tRNAMet

真核生物：Met-tRNAiMet原核生物：fMet-tRNAifMet起始肽鏈合成的氨基酰-tRNAtRNA3′末端N-甲酰甲硫氨酸(fmet)的合成（三）核蛋白體（核糖體）是肽鏈合成的場(chǎng)所

30S60S40S50S70S80S原核生物翻譯過程中核蛋白體結(jié)構(gòu)模式:A位：氨基酰位(aminoacylsite)P位：肽酰位(peptidylsite)E位：排出位(exitsite)核糖體結(jié)構(gòu)與功能A位點(diǎn)（氨酰基位點(diǎn)）結(jié)合氨酰-tRNA的位點(diǎn)P位點(diǎn)（肽?；稽c(diǎn)）結(jié)合肽酰-tRNA的位點(diǎn)分為三個(gè)階段翻譯的起始翻譯的延長(zhǎng)翻譯的終止以原核生物為例

二、翻譯的步驟參與原核生物翻譯的各種蛋白質(zhì)因子及其生物學(xué)功能種類生物學(xué)功能起始因子IF-1占據(jù)A位防止結(jié)合其他tRNAIF-2促進(jìn)起始tRNA與小亞基結(jié)合IF-3促進(jìn)大小亞基分離，提高P位對(duì)結(jié)合起始tRNA的敏感性延長(zhǎng)因子EF-Tu促進(jìn)氨基酰-tRNA進(jìn)入A位，結(jié)合并分解GTPEF-Ts調(diào)節(jié)亞基EF-G有轉(zhuǎn)位酶活性，促進(jìn)mRNA-肽酰-tRNA由A位移至P位，促進(jìn)tRNA卸載與釋放釋放因子RF-1特異識(shí)別UAA、UAG，誘導(dǎo)轉(zhuǎn)肽酶轉(zhuǎn)變?yōu)轷ッ窻F-2特異識(shí)別UAA、UGA，誘導(dǎo)轉(zhuǎn)肽酶轉(zhuǎn)變?yōu)轷ッ窻F-3可與核蛋白體其他部位結(jié)合，有GTP酶活性，能介導(dǎo)RF-1及RF-2與核蛋白體的相互作用翻譯的起始

翻譯起始是把帶有甲酰甲硫氨酸的起始tRNA連同mRNA結(jié)合到核蛋白體上，生成翻譯起始復(fù)合物（translationalinitiationcomplex），此過程需要多種起始因子的參與。識(shí)別mRNA的起始密碼子為AUG，AUG對(duì)應(yīng)的氨基酸為Met。有兩種甲硫氨酸專一性的tRNA：tRNAiMet—只與起始密碼子結(jié)合tRNAMet—只與肽鏈內(nèi)部的AUG有關(guān)在原核生物中，多肽鏈起始的氨基酸均為甲酰甲硫氨酸。

4.核蛋白體大亞基結(jié)合原核生物起始復(fù)合物的生成1.核蛋白體亞基的分離2.mRNA在核蛋白體小亞基上就位3.fmet-tRNAf的結(jié)合70S70S起始復(fù)合物(70Sinitiationcomplex)30S亞基-mRNA-50S亞基-fMet-tRNAMet復(fù)合物。此時(shí)fMet-tRNAMet占據(jù)著P位，而A位暫為空位，等待能與第二個(gè)密碼子匹配的氨酰-tRNA進(jìn)位。SD序列：大腸桿菌mRNA起始密碼AUG的上游8~13個(gè)核苷酸處，有4~6個(gè)核苷酸組成的富含嘌呤的序列。這一序列以AGGA為核心，稱之為SD序列。該序列與30s小亞基上16srRNA3’-端富含嘧啶序列結(jié)合，穩(wěn)固了mRNA與小亞基的結(jié)合。因此又稱為核蛋白體結(jié)合位點(diǎn)（ribosomalbindingsite，RBS）。核蛋白體小亞基蛋白SD序列IF-3IF-1核蛋白體大小亞基分離AUG5'3'IF-3IF-1mRNA在小亞基定位結(jié)合IF-3IF-1IF-2GTP起始氨基酰tRNA(fMet-tRNAimet)結(jié)合到小亞基AUG5'3'IF-3IF-1IF-2GTPGDPPi核蛋白體大亞基結(jié)合，起始復(fù)合物形成AUG5'3'IF-3IF-1AUG5