第12章蛋白質(zhì)生物合成

蛋白質(zhì)的生物合成（翻譯）第12章ProteinBiosynthesis(Translation)西醫(yī)綜合考試大綱蛋白質(zhì)生物合成體系。遺傳密碼。蛋白質(zhì)生物合成過程。翻譯后加工。蛋白質(zhì)生物合成的干擾和抑制。蛋白質(zhì)生物合成的概念蛋白質(zhì)生物合成(proteinbiosynthesis)也稱翻譯(translation)，是生物細(xì)胞以mRNA為模板，按照mRNA分子中核苷酸的排列順序所組成的密碼信息合成蛋白質(zhì)的過程。定義（1）氨基酸的活化（2）肽鏈的生物合成（3）肽鏈形成后的加工和靶向輸送反應(yīng)過程（1）維持多種生命活動(dòng)（2）適應(yīng)環(huán)境的變化（3）參與組織的更新和修復(fù)生物學(xué)意義第一節(jié)

蛋白質(zhì)生物合成體系ProteinBiosynthesisSystem基本原料：20種編碼氨基酸模板：mRNA適配器：tRNA裝配機(jī)：核蛋白體主要酶和蛋白質(zhì)因子：氨基酰-tRNA合成酶、轉(zhuǎn)肽酶、起始因子、延長(zhǎng)因子、釋放因子等能源物質(zhì)：ATP、GTP無機(jī)離子：Mg2+、K+一、蛋白質(zhì)生物合成體系二、遺傳密碼及其特點(diǎn)在mRNA的開放閱讀框架區(qū)，以每3個(gè)相鄰的核苷酸為一組，代表一種氨基酸(或其他信息)，這種三聯(lián)體形式的核苷酸序列稱為密碼子。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：遺傳密碼的特點(diǎn)方向性(directional)連續(xù)性(non-punctuated)簡(jiǎn)并性(degenerate)通用性(universal)擺動(dòng)性(wobble)遺傳密碼的特點(diǎn)1.方向性(directional)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2.連續(xù)性(non-punctuated)編碼蛋白質(zhì)氨基酸序列的各個(gè)三聯(lián)體密碼連續(xù)閱讀，密碼子及密碼子的各堿基之間既無間隔也無交叉。

5’…….AUG

GCA

GUA

CAU……UAA3’AlaValHisMet終止密碼基因損傷引起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(frameshiftmutation)。纈脯蘇天冬纈丙酪甘纈丙絲精許多真核生物基因轉(zhuǎn)錄后有一個(gè)對(duì)mRNA外顯子加工的過程，可通過特定堿基的插入、缺失或置換，使mRNA序列中出現(xiàn)移碼突變、錯(cuò)義突變或無義突變，導(dǎo)致mRNA與其DNA模板序列不匹配，使同一前體mRNA翻譯出序列、功能不同的蛋白質(zhì)。這種基因表達(dá)的調(diào)節(jié)方式稱為mRNA編輯（mRNAediting）。3.簡(jiǎn)并性(degenerate)一種氨基酸可具有2個(gè)或2個(gè)以上的密碼子為其編碼。這一特性稱為遺傳密碼的簡(jiǎn)并性。除色氨酸和甲硫氨酸僅有1個(gè)密碼子外，其余氨基酸有2、3、4個(gè)或多至6個(gè)三聯(lián)體為其編碼。為同一種氨基酸編碼的各密碼子稱為簡(jiǎn)并性密碼子，也稱同義密碼子。4.通用性(universal)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。5.擺動(dòng)性(wobble)反密碼子與密碼子之間的配對(duì)有時(shí)并不嚴(yán)格遵守常見的堿基配對(duì)規(guī)律，這種現(xiàn)象稱為擺動(dòng)配對(duì)(wobblebasepairing)。tRNA反密碼子第1位堿基IUGACmRNA密碼子第3位堿基U,C,AA,GU,CUGU321123擺動(dòng)配對(duì)第二節(jié)

氨基酸的活化ActivationofAminoAcids氨基酸與特異的tRNA結(jié)合形成氨基酰-tRNA的過程稱為氨基酸的活化。參與氨基酸的活化的酶：氨基酰-tRNA合成酶。反應(yīng)過程一、氨基酸活化形成氨基酰-tRNA氨基酸+tRNA氨基酰-tRNAATP

AMP＋PPi氨基酰-tRNA合成酶氨基酰-tRNA合成酶結(jié)構(gòu)氨基酰－tRNA合成酶有3個(gè)結(jié)合位點(diǎn)：tRNA結(jié)合位點(diǎn)、氨基酸結(jié)合位點(diǎn)、ATP結(jié)合位點(diǎn)氨基酰-tRNA合成酶對(duì)2個(gè)底物氨基酸和tRNA都有高度特異性。特性氨基酰-tRNA合成酶具有校正活性。二、真核生物起始氨基酰-tRNA是Met-tRNAiMet起始氨基酰-tRNA:Met-tRNAiMet

參與肽鏈延長(zhǎng)的甲硫氨酰-tRNA：Met-tRNAMet真核生物原核生物起始氨基酰-tRNA:fMet-tRNAfMet

參與肽鏈延長(zhǎng)的甲硫氨酰-tRNA：Met-tRNAMet第三節(jié)

肽鏈的生物合成過程TheBiosynthesisProcessofPeptideChain肽鏈的生物合成過程是翻譯的中心環(huán)節(jié)。翻譯時(shí)，從mRNA的起始密碼子AUG開始，按5ˊ→3ˊ方向逐一讀碼，直至終止密碼子。合成中的肽鏈從起始甲硫氨酸開始，從N-端→C-端延長(zhǎng)，直至終止密碼子前一位密碼子所編碼的氨基酸。原核生物與真核生物肽鏈合成過程的主要差別原核生物真核生物mRNA一條mRNA編碼幾種蛋白質(zhì)（多順反子）一條mRNA編碼一種蛋白質(zhì)（單順反子）轉(zhuǎn)錄后很少加工轉(zhuǎn)錄后進(jìn)行首尾修飾及剪接轉(zhuǎn)錄、翻譯和mRNA的降解可同時(shí)發(fā)生mRNA在核內(nèi)合成，加工后進(jìn)入胞液，再作為模板指導(dǎo)翻譯核蛋白體30S小亞基＋50S大亞基?70S核蛋白體40S小亞基＋60S大亞基?80S核蛋白體起始階段起始氨基酰-tRNA為fMet-tRNAfMet起始氨基酰-tRNA為Met-tRNAiMet核蛋白體小亞基先與mRNA結(jié)合,再與fMet-tRNAfMet結(jié)合核蛋白體小亞基先與Met-tRNAiMet結(jié)合，再與mRNA結(jié)合mRNA中的S-D序列與16SrRNA3

-端的一段序列結(jié)合mRNA中的帽子結(jié)構(gòu)與帽子結(jié)合蛋白復(fù)合物結(jié)合有3種IF參與起始復(fù)合物的形成有至少10種eIF參與起始復(fù)合物的形成延長(zhǎng)階段延長(zhǎng)因子為EF-Tu、EF-Ts和EF-G延長(zhǎng)因子為eEF-1α、eEF-1βγ和eEF-2終止階段釋放因子為RF-1、RF-2和RF-3釋放因子為eRF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參與真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eIF-1多功能因子，參與多個(gè)翻譯步驟eIF-2促進(jìn)起始tRNA與小亞基結(jié)合eIF-2B,eIF-3最先結(jié)合小亞基，促進(jìn)大小亞基分離eIF-4AeIF-4F復(fù)合物成分，有RNA解螺旋酶活性，能解除mRNA5′-端的發(fā)夾結(jié)構(gòu)，使其與小亞基結(jié)合eIF-4B結(jié)合mRNA，促進(jìn)mRNA掃描定位起始AUGeIF-4EeIF-4F復(fù)合物成分，結(jié)合mRNA5′帽子eIF-4GeIF-4F復(fù)合物成分，結(jié)合eIF-4E、eIF-3和PolyA

結(jié)合蛋白eIF-5促進(jìn)各種起始因子從小亞基解離，進(jìn)而結(jié)合大亞基eIF-6促進(jìn)核蛋白體分離成大小亞基延長(zhǎng)因子eIF1-α促進(jìn)氨基酰-tRNA進(jìn)入A位，結(jié)合分解GTP，相當(dāng)于EF-TueIF1-βγ調(diào)節(jié)亞基，相當(dāng)于EF-TseIF-2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，相當(dāng)于EF-G釋放因子eRF識(shí)別所有終止密碼子，具有原核生物各類RF的功能第四節(jié)

蛋白質(zhì)翻譯后修飾和靶向輸送PosttranslationalModificationandTargetingTransferofProtein新生多肽鏈不具備蛋白質(zhì)的生物學(xué)活性，必須經(jīng)過復(fù)雜的加工過程才能轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂刑烊粯?gòu)象的功能蛋白質(zhì)，這一加工過程稱為翻譯后修飾(posttranslationalmodification)。翻譯后修飾包括：①多肽鏈折疊為天然的三維構(gòu)象；②對(duì)肽鏈一級(jí)結(jié)構(gòu)的修飾、③空間結(jié)構(gòu)的修飾等。翻譯后修飾使得蛋白質(zhì)組成更加多樣化，從而使蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)上呈現(xiàn)更大的復(fù)雜性。蛋白質(zhì)合成后被定向輸送到其發(fā)揮作用的靶位點(diǎn)的過程稱為蛋白質(zhì)的靶向輸送(proteintargeting)。一、多肽鏈折疊為天然構(gòu)象的蛋白質(zhì)一般認(rèn)為，多肽鏈自身氨基酸順序儲(chǔ)存著蛋白質(zhì)折疊的信息，即一級(jí)結(jié)構(gòu)是空間構(gòu)象的基礎(chǔ)。細(xì)胞中大多數(shù)天然蛋白質(zhì)折疊都不是自動(dòng)完成，而需要其他酶和蛋白質(zhì)輔助。分子伴侶蛋白質(zhì)二硫鍵異構(gòu)酶肽-脯氨酰順反異構(gòu)酶二、蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)修飾主要是肽鍵水解和化學(xué)修飾

（一）肽鏈末端的修飾（二）個(gè)別氨基酸的共價(jià)修飾1．糖基化2．羥基化3．甲基化4．磷酸化5．二硫鍵形成6．親脂性修飾三、空間結(jié)構(gòu)的修飾（一）通過非共價(jià)鍵亞基聚合形成具有四級(jí)結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)（二）輔基連接后形成完整的結(jié)合蛋白質(zhì)四、合成后蛋白質(zhì)可被靶向輸送至細(xì)胞特定部位（一）靶向輸送的蛋白質(zhì)N-端存在信號(hào)序列（二）分泌型蛋白質(zhì)由分泌小泡靶向輸送至胞外（三）蛋白質(zhì)6-磷酸甘露糖基化是靶向輸送至溶酶體的信號(hào)（四）靶向輸送至內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的蛋白質(zhì)C-端含有滯留信號(hào)序列（五）質(zhì)膜蛋白質(zhì)的靶向輸送由囊泡轉(zhuǎn)移到細(xì)胞膜（六）線粒體蛋白質(zhì)以其前體形式在胞液合成后靶向輸入線粒體（七）細(xì)胞核蛋白質(zhì)在胞液中合成后經(jīng)核孔靶向輸送入核第五節(jié)

蛋白質(zhì)生物合成的干擾和抑制InterferenceandInhibitionofProteinBiosynthesis一、許多抗生素通過抑制蛋白質(zhì)生物合成發(fā)揮作用抗生素(antibiotics)是一類由某些真菌、細(xì)菌等微生物產(chǎn)生的藥物，有抑制其他微生物生長(zhǎng)或殺死其他微生物的能力，對(duì)宿主無毒性的抗生素可用于預(yù)防和治療人、動(dòng)物和植物的感染性疾病。干擾進(jìn)位的抗生素引起讀碼錯(cuò)誤的抗生素

影響肽鍵形成的抗生素

影響轉(zhuǎn)位的抗生素

引起mRNA在核糖體上錯(cuò)位抑制氨基酰-tRNA與小亞基結(jié)合影響翻譯起始的抗生素影響翻譯延長(zhǎng)的抗生素抗生素作用位點(diǎn)作用原理應(yīng)用伊短菌素原核、真核核蛋白體小亞基阻礙翻譯起始復(fù)合物的形成抗腫瘤藥四環(huán)素、土霉素原核核蛋白體小亞基抑制氨基酰-tRNA與小亞基結(jié)合抗菌藥鏈霉素、新霉素、巴龍霉素原核核蛋白體小亞基改變構(gòu)象引起讀碼錯(cuò)誤、抑制起始抗菌藥氯霉素、林可霉素、紅霉素原核核蛋白體大亞基抑制轉(zhuǎn)肽酶、阻斷肽鏈延長(zhǎng)抗菌藥嘌呤霉素原核、真核核蛋白體使肽?；D(zhuǎn)移到它的氨基上后脫落抗腫瘤藥放線菌酮真核核蛋白體大亞基抑制轉(zhuǎn)肽酶、阻斷肽鏈延長(zhǎng)醫(yī)學(xué)研究夫西地酸、細(xì)球菌素EF-G抑制EF-G、阻止轉(zhuǎn)位抗菌藥壯觀霉素原核核蛋白體小亞基阻止轉(zhuǎn)位抗菌藥常用抗生素抑制蛋白質(zhì)生物合成的原理與應(yīng)用二、其他干擾蛋白質(zhì)生物合成的物質(zhì)某些毒素能在肽鏈延長(zhǎng)階段阻斷蛋白質(zhì)合成而呈現(xiàn)毒性，如白喉毒素是真核細(xì)胞蛋白質(zhì)合成的抑制劑，它作為一種修飾酶，可使eEF-2發(fā)生ADP糖基化共價(jià)修飾，生成eEF-2腺苷二磷酸核糖衍生物，使eEF-2失活。（一）毒素1．白喉毒素(diphtheriatoxin)白喉毒素的作用機(jī)理：白喉毒素++延長(zhǎng)因子-2（有活性）延長(zhǎng)因子-2（無活性）2．蓖麻蛋白(ricin)蓖麻蛋白是蓖麻籽中所含的植物糖蛋白，由A、B兩條多肽鏈組成。A鏈?zhǔn)且环N蛋白酶，可作用于真核生物核蛋白體大亞基的28SrRNA，催化其中特異腺苷酸發(fā)生脫嘌呤基反應(yīng)