第十七章蛋白質(zhì)生物合成

關(guān)亞群2013年12月蛋白質(zhì)的生物合成教學(xué)要求掌握蛋白質(zhì)生物合成的概念，mRNA，tRNA及核糖體在蛋白質(zhì)生物合成中的作用，密碼子及其特點(diǎn)。熟悉原核生物蛋白質(zhì)生物合成的基本過程，真核生物翻譯起始的特點(diǎn)及分子病。了解肽鏈合成后一級(jí)和高級(jí)結(jié)構(gòu)的修飾及靶向運(yùn)輸，蛋白質(zhì)生物合成與醫(yī)學(xué)的關(guān)系生物化學(xué)教研室第一節(jié)蛋白質(zhì)的生物合成體系生物化學(xué)教研室mRNA氨基酸（需tRNA的轉(zhuǎn)運(yùn)）？蛋白質(zhì)（肽鏈）密碼子-反密碼子核糖體（由rRNA和蛋白質(zhì)組成）模板原料酶產(chǎn)物配對(duì)合成場(chǎng)所一、mRNA是蛋白質(zhì)合成的信息模板生物化學(xué)教研室

mRNA是蛋白質(zhì)合成的直接模板，它借助密碼子將遺傳信息傳遞給蛋白質(zhì)，通過蛋白質(zhì)將遺傳信息表達(dá)出來。密碼子（codon）：mRNA分子從5′-末端的AUG開始，每3個(gè)核苷酸為一組，決定肽鏈上一個(gè)氨基酸，稱為三聯(lián)體密碼或密碼子。5′-GGATGAUGCGUAGCACGCAG……3′一、mRNA是蛋白質(zhì)合成的信息模板生物化學(xué)教研室由A、G、C、U四類核苷酸可組成64組三聯(lián)體密碼，編碼組成人體蛋白質(zhì)的20種氨基酸：1.有的氨基酸只有1個(gè)密碼子，有的氨基酸有2個(gè)或2個(gè)以上的密碼子2.其中AUG可編碼蛋氨酸，也可作為翻譯的起始信號(hào)，又稱起始密碼，有的密碼子不編碼氨基酸，如UAA、UAG、UGA，它們被稱為終止密碼（真正編碼氨基酸的密碼子只有61個(gè)）生物化學(xué)教研室（一）密碼子的特點(diǎn)生物化學(xué)教研室5′-GGATGAUGCGUAGCACGCAG……3′1.連續(xù)性(commaless)

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，密碼間既無間斷也無交叉。生物化學(xué)教研室（一）密碼子的特點(diǎn)生物化學(xué)教研室密碼第一、二位堿基多相同，第三位差異2.簡(jiǎn)并性(degeneracy)

遺傳密碼中，除色氨酸和甲硫氨酸僅有一個(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。（一）密碼子的特點(diǎn)生物化學(xué)教研室（一）密碼子的特點(diǎn)生物化學(xué)教研室3.通用性(universal)

蛋白質(zhì)生物合成的整套密碼，從原核生物到人類都通用。

密碼的通用性進(jìn)一步證明各種生物進(jìn)化自同一祖先。

4.方向性（sideness）5′→3′（一）密碼子的特點(diǎn)生物化學(xué)教研室5.擺動(dòng)性(wobble)

轉(zhuǎn)運(yùn)氨基酸t(yī)RNA的反密碼需要通過堿基互補(bǔ)與mRNA上的遺傳密碼反向配對(duì)結(jié)合，但反密碼與密碼間不嚴(yán)格遵守常見的堿基配對(duì)規(guī)律稱為擺動(dòng)配對(duì)。

5′-GGATGAUGCGUAGCACGCAG……3′GCG（一）密碼子的特點(diǎn)生物化學(xué)教研室生物化學(xué)教研室二、tRNA的反密碼子與mRNA的

密碼子互補(bǔ)結(jié)合生物化學(xué)教研室三、核糖體

是肽鏈

“裝配廠”生物化學(xué)教研室三、核糖體是肽鏈“裝配廠”生物化學(xué)教研室三、核糖體是肽鏈“裝配廠”四、肽鏈生物合成需要酶類和

蛋白質(zhì)因子ATP、GTP，Mg2+，轉(zhuǎn)肽酶，氨基酸-tRNA合成酶生物化學(xué)教研室起始因子（initiationfactor,IF）延長(zhǎng)因子（elongationfactor,EF）釋放/終止因子（releasefactor,RF）第二節(jié)氨基酸與tRNA的連接生物化學(xué)教研室氨基酸

+tRNA氨基酰-tRNAATP

AMP＋PPi氨基酰-tRNA合成酶GCA3′OH氨基酸-COOH+GCAO－OC氨基酰氨基酸的活化過程生物化學(xué)教研室氨基酸的活化氨基酰-tRNA合成酶對(duì)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)。生物化學(xué)教研室二、肽鏈合成的起始需要特殊的

起始氨基酰-tRNA生物化學(xué)教研室3AAAAAAAUGAUG起始密碼UAC3′Met甲硫氨酸UAC3′Met真核生物：7mGppp5二、肽鏈合成的起始需要特殊的

起始氨基酰-tRNA生物化學(xué)教研室fMet-tRNAifMet53起始密碼AUGUAC3′fMetmRNA原核生物：第三節(jié)肽鏈的生物合成過程生物化學(xué)教研室起始、延長(zhǎng)、終止——核糖體循環(huán)原核細(xì)胞的核糖體循環(huán)一、肽鏈合成的起始生物化學(xué)教研室

指mRNA和起始氨基酰-tRNA與核蛋白體結(jié)合而形成翻譯起始復(fù)合物(translationalinitiationcomplex)：1.核蛋白體大小亞基分離；2.mRNA在小亞基定位結(jié)合；3.起始氨基酰-tRNA的結(jié)合；4.核蛋白體大亞基結(jié)合。（一）原核生物翻譯起始復(fù)合物的形成生物化學(xué)教研室IF-3IF-11.核蛋白體大小亞基分離生物化學(xué)教研室2.mRNA在小亞基定位結(jié)合IF-3IF-1AUG5'3'3′AGGAGG5′UCCUCCS-D序列P位生物化學(xué)教研室3.fMet-tRNAfMet結(jié)合在核糖體P位IF-2GTPfMetIF-3IF-1AUG5'3'IIIIIII4.核蛋白體大亞基結(jié)合，起始復(fù)合物形成生物化學(xué)教研室IF-3IF-2-GTPGDP+PiIF-1AUG5'3'fMet二、在核糖體上重復(fù)進(jìn)行的

三步反應(yīng)延長(zhǎng)肽鏈生物化學(xué)教研室指根據(jù)mRNA密碼序列的指導(dǎo)，次序添加氨基酸從N端向C端延伸肽鏈，直到合成終止的過程。是進(jìn)位、成肽、轉(zhuǎn)位三步的不斷循環(huán)（小循環(huán)），需延長(zhǎng)因子參與。

生物化學(xué)教研室1.進(jìn)位（entrance）/

注冊(cè)（registration）二、在核糖體上重復(fù)進(jìn)行的

三步反應(yīng)延長(zhǎng)肽鏈生物化學(xué)教研室AUG5'3'Ts1.進(jìn)位（entrance）/

注冊(cè)（registration）fMetAA2TuTsGTPTuGDPIIIIIIIP位A位二、在核糖體上重復(fù)進(jìn)行的

三步反應(yīng)延長(zhǎng)肽鏈生物化學(xué)教研室P位A位E位AUG5'3'fMetAA22.轉(zhuǎn)肽/成肽3.移位/轉(zhuǎn)位二、在核糖體上重復(fù)進(jìn)行的

三步反應(yīng)延長(zhǎng)肽鏈生物化學(xué)教研室P位A位E位AUG5'3'fMetAA2AA3IIIIIII進(jìn)位轉(zhuǎn)肽移位蛋白質(zhì)合成是耗能（GTP）過程IIIIIII三、終止密碼子和釋放因子導(dǎo)致

肽鏈合成停止生物化學(xué)教研室條件：

1.A位上出現(xiàn)終止密碼；

2.出現(xiàn)釋放因子（releasefactor,RF）：原核生物釋放因子有RF-1，RF-2，RF-3釋放因子作用：

1.識(shí)別終止密碼并與其結(jié)合，如RF-1特異識(shí)別UAA、UAG；而RF-2可識(shí)別UAA、UGA。

2.誘導(dǎo)轉(zhuǎn)肽酶改變?yōu)轷ッ富钚裕≧F-3的作用），水解肽酰-tRNA之間的酯鍵，使肽鏈從核蛋白體上釋放。三、終止密碼子和釋放因子導(dǎo)致

肽鏈合成停止生物化學(xué)教研室RFGCCUAG5'3'CGG第三節(jié)肽鏈的生物合成過程動(dòng)畫演示生物化學(xué)教研室第四節(jié)肽鏈生物合成后的加工和靶向輸送生物化學(xué)教研室

從核蛋白體釋放出的新生多肽鏈不具備蛋白質(zhì)生物活性，必需經(jīng)過不同的翻譯后復(fù)雜加工過程才轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂猩锘钚缘墓δ艿鞍?。主要包?肽鏈一級(jí)結(jié)構(gòu)的修飾高級(jí)結(jié)構(gòu)的形成（多肽鏈折疊為天然的三維結(jié)構(gòu)）修飾后的靶向運(yùn)輸生物化學(xué)教研室一、一級(jí)結(jié)構(gòu)的修飾1.肽鏈N端的修飾2.個(gè)別氨基酸的修飾（共價(jià)修飾）3.多肽鏈的水解修飾4.二硫鍵形成生物化學(xué)教研室二、高級(jí)結(jié)構(gòu)的修飾1.新生肽鏈的折疊：需分子伴侶(molecularchaperon)或折疊酶幫助2.亞基聚合3.輔基連接生物化學(xué)教研室保留在胞液進(jìn)入細(xì)胞器分泌到體液，再被輸送到其他組織三、蛋白質(zhì)合成后的靶向輸送第五節(jié)蛋白質(zhì)生物合成的干擾和抑制生物化學(xué)教研室氯霉素鏈霉素和卡那霉素嘌呤霉素放線菌酮5’3’AP四環(huán)素族一、抗生素類生物化學(xué)教研室1.白喉毒素(toxin)

使真核生物翻譯過程中的延長(zhǎng)因子eEF-2發(fā)生ADP糖基化而失活2.干擾素(interferon，INF)

真核細(xì)胞感染病毒后分泌的一類有抗病毒作用的蛋白質(zhì)二、其他干擾蛋白質(zhì)生物合成的物質(zhì)生物化學(xué)教研室干擾素誘導(dǎo)的蛋白激酶dsRNAATPeIF2ADPeIF2-P（失活）干擾素的作用機(jī)理(1)干擾素誘導(dǎo)eIF2磷酸化而失活生物化學(xué)教研室dsRNA干擾素AAPAPPPP252552-5AAPPPATP2-5A合成酶降解mRNARNaseLRNaseL活化（2）干擾素誘導(dǎo)病毒RNA降解分子病概念：鐮刀狀紅細(xì)胞性貧血（sicklecellanemia)HbSHbA為常染色體隱性遺傳病，主要癥狀是貧血?；颊哐貉t蛋白不僅含量低，且血紅蛋白聚集造成血液中出現(xiàn)許多長(zhǎng)而薄，并且性狀似鐮刀型的新月形紅細(xì)胞。小結(jié)生物化學(xué)教研室蛋白質(zhì)的生物合成是由mRNA上的密碼子通過與攜帶氨基酸t(yī)RNA反密碼子相互作用下，在由含有rRNA的核糖體上翻譯合成的。蛋白質(zhì)生物合成是由多種蛋白質(zhì)因子參與下的復(fù)雜過程，由起始、延長(zhǎng)和終止階段，在肽鏈延長(zhǎng)合成中，又有進(jìn)位（注冊(cè)）、成肽和轉(zhuǎn)位步驟。真核生物的蛋白質(zhì)合成與原核生物相似，但比其復(fù)雜，且起始階段有較大不同。蛋白質(zhì)生物合成異常導(dǎo)致分子病，并可被不同因素干擾和抑制。練習(xí)題生物化學(xué)教研室1．下列關(guān)于氨基酸密碼子的描述哪一項(xiàng)是錯(cuò)誤的?A.密碼子有種屬特異性，所以不同生物合成不同的蛋白質(zhì)B.密碼子閱讀有方向性，從5′端起始，3′端終止C.一種氨基酸可有一組以上的密碼子D.密碼子第1，2位堿基與反密碼子的第3，2位堿基結(jié)合嚴(yán)格按堿基互補(bǔ)原則E.密碼子第3位堿基在決定摻入氨基酸的特異性方面重要性較小生物化學(xué)教研室A.5‘→3’B.3‘→5’C.N端→C端D.C端→N端E.由中間向兩端1．遺傳密碼閱讀的方向?yàn)椋ǎ?．多肽鏈延長(zhǎng)的方向?yàn)椋ǎ〢.復(fù)制B.轉(zhuǎn)錄C.翻譯D.逆轉(zhuǎn)錄E.基因表達(dá)3．遺傳信息從DNA→蛋白質(zhì)稱為（）4．遺傳信息從RNA→蛋白質(zhì)稱為（）5．遺傳信息從RNA→DNA稱為（）ACECD練習(xí)題生物化學(xué)教研室1.簡(jiǎn)述三類RNA的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。它們?cè)诘鞍踪|(zhì)生物合成中各起什么作用？2.遺傳密碼有哪些特點(diǎn)？練習(xí)題生物化學(xué)教研室1.簡(jiǎn)述三類RNA的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。它們?cè)诘鞍踪|(zhì)生物合成中各起什么作