生物化學(xué)第十三章蛋白質(zhì)

1、 mRNAPr就好象以一種語言翻譯成另一 種語言時(shí)的情形相似，所以稱以mRNA為模 板的蛋白質(zhì)合成過程為翻譯翻譯(translation)。 堿基序列堿基序列氨基酸序列氨基酸序列 合成過程復(fù)雜合成過程復(fù)雜 參與成分多參與成分多 一一、遺傳信息的傳遞遺傳信息的傳遞 二、遺傳密碼二、遺傳密碼 三、三、遺傳密碼的特點(diǎn)遺傳密碼的特點(diǎn) DNA mRNA 數(shù)據(jù)記錄數(shù)據(jù)記錄 圖紙圖紙 樓房樓房 mRNA中的相鄰的三個(gè)核苷酸組成的三聯(lián)體代中的相鄰的三個(gè)核苷酸組成的三聯(lián)體代 氨基酸就氨基酸就， 所以稱三聯(lián)體為所以稱三聯(lián)體為。 遺傳密碼的破譯遺傳密碼的破譯：前后差不多經(jīng)歷了近7年 的時(shí)間（1961年-1966年）

2、，Ochoa、 Khorana 和Nirenberg是最主要的功臣。 遺傳密碼字典遺傳密碼字典起始、終止？起始、終止？ 無標(biāo)點(diǎn)符號(hào)，且相鄰密碼子互不重疊。 2.簡(jiǎn)并性：簡(jiǎn)并性：指一種氨基酸對(duì)應(yīng)著兩個(gè)或更多個(gè)密 碼子。（有61個(gè)為20種標(biāo)準(zhǔn)氨基酸編碼）。 在64組密碼子中，有61個(gè)為氨基酸密碼子。但是 標(biāo)準(zhǔn)氨基酸有20種）。 AUG是起始密碼；UAG、 UAA、UGA是終止密碼子，它們不代表任何氨基 酸。 氨基酸密碼子的兼并性氨基酸密碼子的兼并性 氨基酸氨基酸密碼子數(shù)密碼子數(shù) Ala Arg Asn Asp Cys Gln Glu Gly His Ile 4 6 2 2 2 2 2 4 2 3

3、氨基酸氨基酸密碼子數(shù)密碼子數(shù) Leu Lys Met Phe Pro Ser Thr Trp Tyr Val 6 2 1 2 4 6 4 1 2 4 降低突變率降低突變率 tRNA反密碼子與密碼子配對(duì)第一位、二位堿基反密碼子與密碼子配對(duì)第一位、二位堿基 嚴(yán)格，嚴(yán)格，第三位堿基可變的第三位堿基可變的現(xiàn)象現(xiàn)象變偶性變偶性。 對(duì)應(yīng)于同一種氨基酸的不同密碼子。對(duì)應(yīng)于同一種氨基酸的不同密碼子。 大多數(shù)同義密碼子大多數(shù)同義密碼子差別在第三位差別在第三位核苷酸。核苷酸。 密碼子可用密碼子可用XY UC 或或 XYAG 表示。即第三個(gè)核苷酸表示。即第三個(gè)核苷酸 的專一性較差。的專一性較差。 反義密碼子與密碼子

4、之間的堿基配對(duì)反義密碼子與密碼子之間的堿基配對(duì) 反義密碼子第一位堿基反義密碼子第一位堿基 密碼子第三位堿基密碼子第三位堿基 A U C G G U或或C U A或或G I U、C或或A 這也是轉(zhuǎn)基因的基礎(chǔ)。 但自80年代研究發(fā)現(xiàn) 人、牛和酵母線粒體內(nèi)人、牛和酵母線粒體內(nèi): UGA由終止密碼由終止密碼色氨酸色氨酸 AUA由異亮氨酸由異亮氨酸甲硫氨酸甲硫氨酸 CUA由亮由亮蘇氨酸蘇氨酸 密碼表是一個(gè)故障密碼表是一個(gè)故障-安全系統(tǒng)：安全系統(tǒng)： 密碼的編排具有防錯(cuò)功能，密碼子中堿基順序與其相密碼的編排具有防錯(cuò)功能，密碼子中堿基順序與其相 應(yīng)的氨基酸物理化學(xué)性質(zhì)有著巧妙關(guān)系。密碼子中第應(yīng)的氨基酸物理化學(xué)

5、性質(zhì)有著巧妙關(guān)系。密碼子中第 二位堿基決定其氨基酸極性。二位堿基決定其氨基酸極性。 中間堿基是中間堿基是U,編碼的氨基酸是非極性、疏水的和支編碼的氨基酸是非極性、疏水的和支 鏈的，常在球蛋白的內(nèi)部。鏈的，常在球蛋白的內(nèi)部。 中間堿基是中間堿基是C,編碼的氨基酸是非極性或不帶電荷的編碼的氨基酸是非極性或不帶電荷的 極性側(cè)鏈。極性側(cè)鏈。 中間堿基是中間堿基是A或或G，相應(yīng)氨基酸具有親水性，在球蛋，相應(yīng)氨基酸具有親水性，在球蛋 白的外周。白的外周。 第一位堿基是第一位堿基是A或或C,第二位堿基是第二位堿基是A或或G,第三位堿基第三位堿基 可以是任意的，相應(yīng)氨基酸具有親水側(cè)鏈并有堿性。可以是任意的，相

6、應(yīng)氨基酸具有親水側(cè)鏈并有堿性。 前兩位是前兩位是AG,第三位堿基是任意的，相應(yīng)氨基酸為酸第三位堿基是任意的，相應(yīng)氨基酸為酸 性氨基酸。性氨基酸。 （一）核糖體是蛋白質(zhì)合成的部位（一）核糖體是蛋白質(zhì)合成的部位 （二）核糖體的組成和結(jié)構(gòu)（二）核糖體的組成和結(jié)構(gòu) （三）核糖體的功能（三）核糖體的功能 早在早在1950年放射性同位素標(biāo)記的氨基酸注射年放射性同位素標(biāo)記的氨基酸注射 到大白鼠體內(nèi)等到大白鼠體內(nèi)等 核糖體是細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)合成的部位核糖體是細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)合成的部位 核糖體的功能核糖體的功能 Paul Zamecnik 核糖體是蛋白質(zhì)生物合成的場(chǎng)所核糖體是蛋白質(zhì)生物合成的場(chǎng)所 核糖核蛋白體核糖核蛋白

7、體 概述 2. tRNA是遺傳信息的轉(zhuǎn)換器是遺傳信息的轉(zhuǎn)換器 3. tRNA靠靠?jī)蓚€(gè)活性部位兩個(gè)活性部位實(shí)現(xiàn)翻譯實(shí)現(xiàn)翻譯 1. tRNA是氨基酸的運(yùn)載工具是氨基酸的運(yùn)載工具 tRNA是真正的翻譯者是真正的翻譯者 通過兩個(gè)活性部位轉(zhuǎn)運(yùn)氨基酸通過兩個(gè)活性部位轉(zhuǎn)運(yùn)氨基酸 Mahlon Hoagland 發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)了了tRNA tRNA轉(zhuǎn)運(yùn)活化的氨基酸至轉(zhuǎn)運(yùn)活化的氨基酸至mRNA模板上模板上 mRNA和tRNA結(jié)合模式圖 （一）氨基酸的激活（一）氨基酸的激活 （二）在核糖體上合成多肽（二）在核糖體上合成多肽 （三）肽鏈合成后的（三）肽鏈合成后的“加工處理加工處理” （四）蛋白質(zhì)合成所需的能量（四）蛋白質(zhì)

8、合成所需的能量 （五）活性肽合成的特征（五）活性肽合成的特征 4 蛋白質(zhì)生物合成的分子機(jī)制蛋白質(zhì)生物合成的分子機(jī)制 （一）氨基酸的激活（一）氨基酸的激活 包括：肽鏈合成的包括：肽鏈合成的等等 (大腸桿菌大腸桿菌)。 需要需要30S核糖體亞基、核糖體亞基、 50S亞基、亞基、 mRNA、 甲硫氨酰甲硫氨酰-tRNA、起始因子、起始因子IF1 IF2 IF3、 GTP 的參與。的參與。 IF-1IF-1和和IF-2:IF-2:促進(jìn)促進(jìn)tRNAtRNAfMet fMet,mRNA,30S ,mRNA,30S小亞基結(jié)合。小亞基結(jié)合。 IF-3:IF-3:使已完成合成的核糖體大小亞基解聚。使已完成合成的

9、核糖體大小亞基解聚。 （起始復(fù)合體的形成）（起始復(fù)合體的形成） 1. .肽鏈合成的起始肽鏈合成的起始 30S亞基亞基 mRNA IF3- IF1復(fù)合物復(fù)合物 30S mRNA GTP- fMet tRNA- IF2- IF1復(fù)合物復(fù)合物 70S起始復(fù)合物起始復(fù)合物 mRNA +30S亞基亞基-IF3 IF-3 IF2 GTP IF3 IF2 IF1 IF2-GTP-fMet-tRNA IF3 50S50S亞基亞基 IF2+ IF1+GDP+Pi IF-1 IF1 70S起始起始 復(fù)合物復(fù)合物 萬事俱備萬事俱備 只待延長(zhǎng)！只待延長(zhǎng)！ 在延長(zhǎng)因子在延長(zhǎng)因子EFTu和和EFTs和和GTP的作用下：的

10、作用下： （1）進(jìn)位（）進(jìn)位（Entry） （2）轉(zhuǎn)肽）轉(zhuǎn)肽(transpeptidation) （脫落）（脫落） （3）移位（）移位（translocation） 循環(huán)一次，延長(zhǎng)一個(gè)氨基酸。循環(huán)一次，延長(zhǎng)一個(gè)氨基酸。 *2.肽鏈的延長(zhǎng)肽鏈的延長(zhǎng) 在氨基酸的摻入過程中有在氨基酸的摻入過程中有3個(gè)重復(fù)的延伸反應(yīng)：個(gè)重復(fù)的延伸反應(yīng)： 當(dāng)起始復(fù)合物形成以后，肽鏈的合成即進(jìn)入延伸當(dāng)起始復(fù)合物形成以后，肽鏈的合成即進(jìn)入延伸 階段，延伸階段所發(fā)生的主要事件是階段，延伸階段所發(fā)生的主要事件是進(jìn)位、轉(zhuǎn)肽進(jìn)位、轉(zhuǎn)肽 和移位和移位且不斷的循環(huán)。且不斷的循環(huán)。 過程：過程： 一個(gè)新的氨酰一個(gè)新的氨酰-tRNA-tR

11、NA 進(jìn)入進(jìn)入A A位位 參與：參與： 延長(zhǎng)因子延長(zhǎng)因子Tu、Ts GTP 進(jìn)位進(jìn)位 tRNA 怎樣成鍵？怎樣成鍵？ 轉(zhuǎn)肽 核糖體沿核糖體沿mRNA 鏈鏈 5 3 方向移動(dòng)一方向移動(dòng)一 個(gè)密碼子距離，個(gè)密碼子距離， 移位 肽鏈的延長(zhǎng)肽鏈的延長(zhǎng) 當(dāng)當(dāng)A位進(jìn)入終止密碼位進(jìn)入終止密碼（UAA,UGA,UAG）時(shí)，即宣告翻譯終止。時(shí)，即宣告翻譯終止。 原核生物中有三種原核生物中有三種釋放因子釋放因子(release factors RF); 在在RF-3的輔助下，釋放因子的輔助下，釋放因子RF-1（識(shí)別（識(shí)別UAA或或UAG密碼子）密碼子） 或或RF-2（識(shí)別（識(shí)別UGA密碼子）與核糖體結(jié)合，密碼子）

12、與核糖體結(jié)合， 這種識(shí)別過程需要GTP并改變了核糖體的構(gòu)象，肽酰轉(zhuǎn)移酶的 功能發(fā)生瞬時(shí)變化，轉(zhuǎn)變成酯酶功能，將連接肽鏈與P位點(diǎn) tRNA的肽酰酯鍵水解開，肽鏈從核糖體上釋放，mRNA與 tRNA解離，核糖體大小亞基解體。離開了離開了mRNA的核糖體的核糖體 又可重新參與參與新的翻譯。又可重新參與參與新的翻譯。 各種成分各種成分 分道揚(yáng)鑣分道揚(yáng)鑣 3.終止與釋放終止與釋放 3.終止與釋放終止與釋放 3、肽鏈合成的終止和釋放、肽鏈合成的終止和釋放 多聚核糖體：多聚核糖體： 脫甲?；复呋獬ッ摷柞；复呋獬端的甲?；说募柞；?細(xì)細(xì) 菌菌) 再切去一個(gè)或多個(gè)再切去一個(gè)或多個(gè)N端氨基酸。

13、端氨基酸。(在真核生物中，在真核生物中，N 端的甲硫氨酸常常在肽鏈的其他部分還未完全合成時(shí)端的甲硫氨酸常常在肽鏈的其他部分還未完全合成時(shí) 就已經(jīng)水解下來就已經(jīng)水解下來)。 某些蛋白質(zhì)在氨基末端額外生成某些蛋白質(zhì)在氨基末端額外生成 15-30個(gè)氨基酸組成的信號(hào)序列個(gè)氨基酸組成的信號(hào)序列(信號(hào)肽信號(hào)肽)，用以引導(dǎo)蛋，用以引導(dǎo)蛋 白質(zhì)的定部位。最后由特異的肽酶切除。白質(zhì)的定部位。最后由特異的肽酶切除。 某些蛋白質(zhì)氨酸殘基中某些蛋白質(zhì)氨酸殘基中 的的可通過酶促磷酸化（酶被活化等）?？赏ㄟ^酶促磷酸化（酶被活化等）。 (三三)肽鏈合成后的肽鏈合成后的“加工處理加工處理” 兩個(gè)半胱氨酸通過二硫鍵形成。兩個(gè)半

14、胱氨酸通過二硫鍵形成。 專一性的蛋白酶水解專一性的蛋白酶水解 由多個(gè)肽鏈與其他輔助成分由多個(gè)肽鏈與其他輔助成分(如脂類、核酸、血紅素如脂類、核酸、血紅素 等等)結(jié)合形成有活性的蛋白質(zhì)。結(jié)合形成有活性的蛋白質(zhì)。 生物體內(nèi)蛋白質(zhì)多肽生物體內(nèi)蛋白質(zhì)多肽 鏈的準(zhǔn)確折疊和組裝過程需要輔助蛋白質(zhì)參與。鏈的準(zhǔn)確折疊和組裝過程需要輔助蛋白質(zhì)參與。 指與指與新生多肽鏈或部分折疊的蛋白質(zhì)結(jié)合，參與其新生多肽鏈或部分折疊的蛋白質(zhì)結(jié)合，參與其 準(zhǔn)確折疊和組裝的準(zhǔn)確折疊和組裝的輔助蛋白質(zhì)，也稱輔助蛋白質(zhì)，也稱監(jiān)護(hù)蛋白監(jiān)護(hù)蛋白。 功能：功能： （1）誘發(fā)多肽鏈折疊成正確構(gòu)象，）誘發(fā)多肽鏈折疊成正確構(gòu)象， （2）加速折疊或

15、組裝成天然構(gòu)象的進(jìn)程。）加速折疊或組裝成天然構(gòu)象的進(jìn)程。 （3）無序列偏愛性。）無序列偏愛性。ATP供能，供能， 分子伴侶一旦與新生多肽結(jié)合，就可以通過設(shè)置的障分子伴侶一旦與新生多肽結(jié)合，就可以通過設(shè)置的障 礙來阻止錯(cuò)誤的裝配或通過降低正確裝配所需的活化能，礙來阻止錯(cuò)誤的裝配或通過降低正確裝配所需的活化能， 以促進(jìn)多肽鏈的折疊。以促進(jìn)多肽鏈的折疊。 分子伴侶分子伴侶 1. 每一分子氨酰每一分子氨酰-tRNA的形成需要兩個(gè)高能磷酸基團(tuán)。的形成需要兩個(gè)高能磷酸基團(tuán)。 2. 在延長(zhǎng)過程中有一分子在延長(zhǎng)過程中有一分子GTP水解成水解成GDP。 3. 在移位過程中又有一分子在移位過程中又有一分子GTP水

16、解，水解， 蛋白質(zhì)合成反應(yīng)實(shí)際上是不可逆的。大量的能量消用蛋白質(zhì)合成反應(yīng)實(shí)際上是不可逆的。大量的能量消用 于保證于保證mRNA的遺傳信息翻譯成蛋白質(zhì)的氨酸序列的的遺傳信息翻譯成蛋白質(zhì)的氨酸序列的 準(zhǔn)確性準(zhǔn)確性。 （四）（四） 蛋白質(zhì)合成所需的能量蛋白質(zhì)合成所需的能量 人體大多活性肽由非活性前體經(jīng)加工而來。人體大多活性肽由非活性前體經(jīng)加工而來。 鏈的裂解、?；⒁阴；⑻腔土蝓ユ湹牧呀?、?；?、乙?；?、糖基化和硫酯 化等?；?。 (1)(1)由起始位的甲硫氨酸殘基領(lǐng)先合成至由起始位的甲硫氨酸殘基領(lǐng)先合成至2020肽左右肽左右 的的信號(hào)肽信號(hào)肽片段。信號(hào)肽最后被內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔膜上的信號(hào)肽酶片段。信號(hào)肽

17、最后被內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔膜上的信號(hào)肽酶 除去。信號(hào)肽酶裂解位點(diǎn)往往是除去。信號(hào)肽酶裂解位點(diǎn)往往是信號(hào)肽信號(hào)肽的羧基端殘基與的羧基端殘基與 丙氨酸或甘氨酸或絲氨酸形成的肽鍵；丙氨酸或甘氨酸或絲氨酸形成的肽鍵； （五）活性肽合成的特征（五）活性肽合成的特征 (2)形成的激素原前體轉(zhuǎn)移到高爾基體復(fù)合體區(qū)域形成的激素原前體轉(zhuǎn)移到高爾基體復(fù)合體區(qū)域 進(jìn)行選擇性酶促加工。酶切位點(diǎn)往往為配對(duì)的堿進(jìn)行選擇性酶促加工。酶切位點(diǎn)往往為配對(duì)的堿 性氨基酸殘基的序列，性氨基酸殘基的序列，尤其以尤其以Lys-Arg為主，為主， 尚有尚有ArgLys，LysLys，Arg-Arg。 （五）活性肽合成的特征（五）活性肽合成的特征 5

18、 真核生物與原核生物蛋白質(zhì)真核生物與原核生物蛋白質(zhì) 合成的差異合成的差異 機(jī)制基本相似，參與的因子更多，更復(fù)雜。機(jī)制基本相似，參與的因子更多，更復(fù)雜。 1.真核起始：真核起始： 氨酰氨酰tRNA，eIF-2和和GTP先形成起始先形成起始 復(fù)合物。復(fù)合物。 真核蛋白質(zhì)合成延伸及終止過程與原核類似，相真核蛋白質(zhì)合成延伸及終止過程與原核類似，相 應(yīng)的因子見表。應(yīng)的因子見表。 因子因子真核生物真核生物原核生物原核生物 功能功能 延伸因子延伸因子EF-1 EF-1 EF-TuEF-Tu，EF-EF- TsTs 協(xié)助氨基酰協(xié)助氨基酰tRNAtRNA進(jìn)入進(jìn)入A A位，位， 并與并與GTPGTP結(jié)合結(jié)合 延伸因子延伸因子EF-2EF-2EF-GEF-G轉(zhuǎn)位酶，使轉(zhuǎn)位酶，使mRNAmRNA前移，前移， 原原A A位變?yōu)槲蛔優(yōu)镻 P位，空載位，空載 tRNAtRNA釋放釋放 終止因子終止因子eRFeRFRF-1,RF-RF-1,RF- 2,RF-32,RF-3 肽鏈合成終止肽鏈合成終止 通過兩個(gè)活性部位轉(zhuǎn)運(yùn)氨基酸通過兩個(gè)活性部位轉(zhuǎn)運(yùn)氨基酸 Mahlon Hoagland 發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)了了tRNA mRNA和tRNA結(jié)合模式圖 30S亞基亞基 mRNA IF3- IF1復(fù)合物復(fù)合物 30S mRNA GTP- fMet tRNA- I