蛋白質(zhì)的生物合成

§1TheGeneticCode§2ProteinBiosynthesis現(xiàn)在是1頁(yè)\一共有60頁(yè)\編輯于星期五§1TheGeneticCode1944年，AveryOT的肺炎雙球菌試驗(yàn)證明DNA是遺傳物質(zhì)。1954年GamovG首先對(duì)遺傳密碼進(jìn)行探討。

1961年，NirenbergMW和MatthaeiJH開(kāi)始時(shí)用人工合成的mRNA在無(wú)細(xì)胞蛋白質(zhì)合成系統(tǒng)（Cell-FreePolypeptideSynthesis）中尋找氨基酸與三聯(lián)體密碼子的對(duì)應(yīng)關(guān)系。Nirenberg的三核苷酸技術(shù)（TripletBindingAssay）和Khorana的重復(fù)順序技術(shù)（RepeatingCopolymers），終于在1966年將遺傳密碼完全破譯。二人共同獲得1968年的諾貝爾獎(jiǎng)?，F(xiàn)在是2頁(yè)\一共有60頁(yè)\編輯于星期五64種密碼子，61種編碼氨基酸（AUG也是起始密碼），UAA、UAG、UGA是終止密碼?，F(xiàn)在是3頁(yè)\一共有60頁(yè)\編輯于星期五3.遺傳密碼的特點(diǎn)：（1）通用性（universal）：動(dòng)植物微生物都可使用線(xiàn)粒體DNA?（2）起始密碼AUG（GUG、UUG）終止密碼UAA、UAG、UGA。（3）讀碼的連續(xù)性：不重疊無(wú)間隔（少數(shù)病毒例外）。（4）方向性：密碼子的閱讀方向?yàn)?`-3`。（5）簡(jiǎn)并性(degeneracy)：同義密碼子(synonymouscodon)（6）變偶性（擺動(dòng)性）(wobble)：密碼的簡(jiǎn)并性往往表現(xiàn)在密碼子的第三位堿基上，密碼子的前兩位與反密碼子精確配對(duì)，而第三位可以錯(cuò)配——變偶假說(shuō)（wobblehypothesis）

（7）偏倚性：蛋白質(zhì)生物合成時(shí)對(duì)簡(jiǎn)并密碼子的使用頻率不同?，F(xiàn)在是4頁(yè)\一共有60頁(yè)\編輯于星期五However,wereportthatonecodoncancodefortwodifferentaminoacidswiththechoiceoftheinsertedaminoaciddeterminedbyaspecific3'untranslatedregionstructureandlocationofthedual-functioncodonwithinthemessengerRNA(mRNA).WefoundthatthecodonUGAspecifiesinsertionofselenocysteineandcysteineintheciliate

Euplotescrassus,that……….Thus,thegeneticcodesupportstheuseofonecodontocodeformultipleaminoacids.纖毛蟲(chóng)

Science9January2009:

Vol.323.no.5911,pp.259-261

DOI:10.1126/science.1164748GeneticCodeSupportsTargetedInsertionofTwoAminoAcidsbyOneCodonSicence：顛覆經(jīng)典遺傳學(xué)理論

現(xiàn)在是5頁(yè)\一共有60頁(yè)\編輯于星期五§2ProteinBiosynthesis參與蛋白質(zhì)生物合成的物質(zhì)

原核生物蛋白質(zhì)的生物合成

真核生物蛋白質(zhì)的生物合成現(xiàn)在是6頁(yè)\一共有60頁(yè)\編輯于星期五核糖體、mRNA、tRNA。主要的酶：氨基酰-tRNA合成酶、轉(zhuǎn)肽酶。20aminoacidProteinfactors：IF（eIF）、EF、RF。energy：ATP、GTP。Mg2+、K+。一、參與蛋白質(zhì)生物合成的物質(zhì)現(xiàn)在是7頁(yè)\一共有60頁(yè)\編輯于星期五在原核細(xì)胞中，它可以游離形式存在，2000個(gè)

/細(xì)胞真核細(xì)胞中的核糖體位于胞漿內(nèi)，可分為兩類(lèi)，一類(lèi)與細(xì)胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相結(jié)合，形成粗糙內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，主要參與白蛋白、胰島素等分泌性蛋白質(zhì)的合成。另一類(lèi)游離于胞漿，主要參與細(xì)胞固有蛋白質(zhì)的合成。106~107個(gè)/細(xì)胞。線(xiàn)粒體、葉綠體也有自己的核糖體。

1.核糖體：肽鏈合成的場(chǎng)所現(xiàn)在是8頁(yè)\一共有60頁(yè)\編輯于星期五1950年放射性同位素標(biāo)記氨基酸注射小鼠，微粒體→核糖體放射性強(qiáng)，證明核糖體是蛋白質(zhì)合成的場(chǎng)所。現(xiàn)在是9頁(yè)\一共有60頁(yè)\編輯于星期五現(xiàn)在是10頁(yè)\一共有60頁(yè)\編輯于星期五70SribosomeP位：肽酰結(jié)合位（peptidylsite，給位）大部分位于小亞基，結(jié)合起始tRNA并向A位提供肽?；奈恢?。A位：氨酰接受位（aminoacylsite，受位）大部分位于大亞基，結(jié)合一個(gè)新進(jìn)入的氨酰-tRNA的位置。E位：排出位，卸載tRNA(exitsite)核糖體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：現(xiàn)在是11頁(yè)\一共有60頁(yè)\編輯于星期五APE譯碼中心在小亞基上肽基轉(zhuǎn)移酶中心在大亞基上P位：肽酰結(jié)合位（peptidylsite，給位）大部分位于小亞基，結(jié)合起始tRNA并向A位提供肽?；奈恢?。A位：氨酰接受位（aminoacylsite，受位）大部分位于大亞基，結(jié)合一個(gè)新進(jìn)入的氨酰-tRNA的位置。E位：排出位，卸載tRNA(exitsite)現(xiàn)在是12頁(yè)\一共有60頁(yè)\編輯于星期五Nature：核糖體解碼原理新發(fā)現(xiàn)法國(guó)斯特拉斯堡大學(xué)的GulnaraYusupova等

在蛋白合成期間，核糖體在解碼中心依照信使RNA(mRNA)上的三聯(lián)體密碼精確的選擇轉(zhuǎn)移RNA(tRNAs)。tRNA的選擇開(kāi)始于延伸因子Tu，它可以傳遞tRNA到氨酰tRNA結(jié)合位點(diǎn)即A位點(diǎn)，還可以在解碼中心水解GTP來(lái)建立密碼子-反密碼子之間的相互作用。在隨后的校對(duì)階段，核糖體重新檢查tRNA，如果被發(fā)現(xiàn)不能正確配對(duì)于A(yíng)位點(diǎn)，該tRNA便會(huì)被排除。Anewunderstandingofthedecodingprincipleontheribosome現(xiàn)在是13頁(yè)\一共有60頁(yè)\編輯于星期五2.tRNA——翻譯的接合體（adaptor）同功受體tRNA(isoacceptingtRNAs)：攜帶相同氨基酸而反密碼子不同的一組tRNA。一種氨基酸可有2～6種特異tRNA?，F(xiàn)在是14頁(yè)\一共有60頁(yè)\編輯于星期五密碼識(shí)別部位tRNA中與蛋白質(zhì)合成有關(guān)的四個(gè)位點(diǎn)：氨基酸結(jié)合部位氨酰-tRNA合成酶識(shí)別部位核糖識(shí)別部位tRNA必須具備倒L型的三級(jí)結(jié)構(gòu)才具有攜帶氨?；墓δ堋，F(xiàn)在是15頁(yè)\一共有60頁(yè)\編輯于星期五SynthetaseiscomplexedwiththeircognatetRNAs(greenstickstructures).BoundATP(red)pinpointstheactivesiteneartheendoftheaminoacylarm.Aminoacyl-tRNAsynthetases胞液高度特異性校正活性secondgeneticcode?(在兩步反應(yīng)都可發(fā)生)20種現(xiàn)在是16頁(yè)\一共有60頁(yè)\編輯于星期五1.AA+ATP→AA-AMP+ppi氨酰-tRNA合成酶催化tRNA氨?；罘磻?yīng)分步進(jìn)行：2.AA-AMP+tRNA→AAcyl-tRNA+AMP酸酐鍵現(xiàn)在是17頁(yè)\一共有60頁(yè)\編輯于星期五AA-AMP注意是AA的羧基端連接現(xiàn)在是18頁(yè)\一共有60頁(yè)\編輯于星期五3.mRNA——翻譯的模板原核生物多順?lè)醋?polycistron)

；真核生物單順?lè)醋?singlecistron)

。遺傳密碼與開(kāi)放閱讀框（openreadingframe,ORF）

...AUGCGUCCAUGCAUACAC....UAA...開(kāi)放閱讀框現(xiàn)在是19頁(yè)\一共有60頁(yè)\編輯于星期五原核生物mRNA在起始密碼子上游有一SD序列SD序列：Shine-Dalgarno序列，又名核糖體結(jié)合位點(diǎn)（ribosomebindingsite，RBS）序列，AUG上游約8～13核苷酸處，4～6個(gè)核苷酸組成，富含嘌呤。現(xiàn)在是20頁(yè)\一共有60頁(yè)\編輯于星期五現(xiàn)在是21頁(yè)\一共有60頁(yè)\編輯于星期五二、原核生物蛋白質(zhì)的生物合成氨基酸的激活（Aminoacyl-tRNAsynthetases）翻譯的起始（initiation）翻譯的延長(zhǎng)（elongation）翻譯的終止（termination）翻譯后的折疊加工（foldingprocessing）現(xiàn)在是22頁(yè)\一共有60頁(yè)\編輯于星期五1.氨基酸的激活——氨酰-tRNA的合成AAcyl-tRNA+AMP+ppiAA+ATP+tRNA氨酰-tRNA合成酶Mg2+每個(gè)氨基酸的活化，凈消耗2個(gè)高能磷酸鍵氨酰-tRNA的表示方法Gly-tRNAGlyArg-tRNAArg.....現(xiàn)在是23頁(yè)\一共有60頁(yè)\編輯于星期五裝載形式：fMet-

tRNAfMet原核生物起始氨基酸（fMet）區(qū)別：內(nèi)部甲硫氨酸Met由tRNAmMet攜帶2.肽鏈合成的起始

N-甲酰甲硫氨酸現(xiàn)在是24頁(yè)\一共有60頁(yè)\編輯于星期五fMet-

tRNAfMetMet-tRNAfMet轉(zhuǎn)甲?；窷10-甲酰四氫葉酸現(xiàn)在是25頁(yè)\一共有60頁(yè)\編輯于星期五所需原料：30S小亞基50S大亞基mRNA起始氨酰tRNA(fMet-tRNAfMet)三種起始因子（IF1、IF2、IF3）GTP肽鏈合成的起始過(guò)程fMetfMet現(xiàn)在是26頁(yè)\一共有60頁(yè)\編輯于星期五原核起始因子IF及作用：IF3：亞基分離IF2：結(jié)合GTP，促進(jìn)fMet-tRNAfMet就位。

IF1：輔助IF3、

IF2現(xiàn)在是27頁(yè)\一共有60頁(yè)\編輯于星期五TheShine-DalgarnosequenceofthemRNApairswithasequencenearthe3′endofthe16SrRNA.P位對(duì)準(zhǔn)起始密碼子AUG現(xiàn)在是28頁(yè)\一共有60頁(yè)\編輯于星期五起始全過(guò)程注意mRNA與起始氨酰-tRNA進(jìn)入的先后順序!（1）起始因子IF3使70S亞基解離，與30S亞基結(jié)合形成30S?mRNA?IF3復(fù)合體，30S亞基上的部分P位對(duì)準(zhǔn)起始密碼子AUG。（2）起始氨酰tRNA(fmet-tRNAfMet)，和IF2、GTP結(jié)合，進(jìn)入30S亞基P位，形成一大復(fù)合體。（3）70S起始復(fù)合物的形成現(xiàn)在是29頁(yè)\一共有60頁(yè)\編輯于星期五3.肽鏈的延長(zhǎng)：進(jìn)位→轉(zhuǎn)肽→移位需要：70S的起始復(fù)合物氨酰-tRNA三種延伸因子：EF-Tu、EF-Ts、EF-G（轉(zhuǎn)位因子）GTP、Mg2+、K+現(xiàn)在是30頁(yè)\一共有60頁(yè)\編輯于星期五進(jìn)位Ts循環(huán)進(jìn)入A位!現(xiàn)在是31頁(yè)\一共有60頁(yè)\編輯于星期五轉(zhuǎn)肽肽基轉(zhuǎn)移酶催化反應(yīng)的實(shí)質(zhì)是使一個(gè)酯鍵轉(zhuǎn)變成了一個(gè)肽鍵現(xiàn)在是32頁(yè)\一共有60頁(yè)\編輯于星期五移位需要移位因子EF-G的參與和由一個(gè)GTP水解提供能量?，F(xiàn)在是33頁(yè)\一共有60頁(yè)\編輯于星期五4.終止與釋放：1）釋放因子RF(releasefactor)進(jìn)入A位，識(shí)別終止密碼子。2）釋放因子使肽基轉(zhuǎn)移酶的催化作用轉(zhuǎn)變?yōu)樗庾饔?，使肽鏈從tRNA上分離出來(lái)，生成一條多肽鏈，即新合成的蛋白質(zhì)分子。3）在RRF因子(ribosomerecyclingfactor)參與下，tRNA、mRNA離開(kāi)核糖體?，F(xiàn)在是34頁(yè)\一共有60頁(yè)\編輯于星期五釋放因子（releasefactor,RF）RF1識(shí)別UAA、UAGRF2識(shí)別UAA、UGARF3是一種和GTP形成復(fù)合體的結(jié)合蛋白，能刺激RF1、RF2的活性？現(xiàn)在是35頁(yè)\一共有60頁(yè)\編輯于星期五蛋白質(zhì)合成所需的能量4形成一個(gè)肽鍵需要：1GTP→GDP+Pi核糖體的移位1GTP→GDP+Pi肽鏈的延長(zhǎng)1GTP→GDP+Pi肽鏈的起始2ATP→AMP+PiAA活化起始復(fù)合物形成后，多肽鏈中每形成一個(gè)肽鍵需要4個(gè)高能磷酸鍵現(xiàn)在是36頁(yè)\一共有60頁(yè)\編輯于星期五原核生物蛋白質(zhì)合成的特點(diǎn)原核生物起始密碼除AUG外，還有GUG，UUG合成起始需要起始密碼子前的SD序列肽鏈的合成是在A(yíng)位進(jìn)行的肽鏈的合成方向是N端→C端mRNA的閱讀方向是5`→3`轉(zhuǎn)錄與翻譯是偶聯(lián)的為提高效率，多個(gè)核糖體同時(shí)翻譯一個(gè)mRNA分子每延長(zhǎng)一個(gè)AA殘基需要消耗4個(gè)高能磷酸現(xiàn)在是37頁(yè)\一共有60頁(yè)\編輯于星期五原核生物轉(zhuǎn)錄與翻譯偶聯(lián)現(xiàn)在是38頁(yè)\一共有60頁(yè)\編輯于星期五多核糖體翻譯過(guò)程中，在細(xì)胞內(nèi)一條mRNA鏈上結(jié)合著多個(gè)核糖體，甚至可多到幾百個(gè)，構(gòu)成多核糖體(polyribosome)，形成念珠狀。這種多核糖體可以在一條mRNA鏈上同時(shí)合成多條相同的多肽鏈，這就大大提高了翻譯的效率?，F(xiàn)在是39頁(yè)\一共有60頁(yè)\編輯于星期五真核生物與原核生物蛋白質(zhì)合成的差異真核生物起始密碼只有AUG，由Met-tRNAiMet識(shí)別；起始因子eIF約有9~10種；真核生物40S亞基與5’-Cap接觸沿mRNA尋找AUG，無(wú)需SD序列信號(hào)；起始需GTP、ATP；起始復(fù)合物形成：Met-tRNAiMet先與

40S亞基形成43S，再與mRNA結(jié)合成48S，最后與60S亞基結(jié)合成80S；延長(zhǎng)因子：EF-T1、EF-T2；釋放因子：eRF，對(duì)三個(gè)終止密碼子都能識(shí)別。eucaryote現(xiàn)在是40頁(yè)\一共有60頁(yè)\編輯于星期五5.多肽鏈的折疊與加工1）新生多肽鏈的折疊分子伴侶折疊酶

分子伴侶與處在不穩(wěn)定、非天然構(gòu)象狀態(tài)的蛋白質(zhì)結(jié)合，主要是通過(guò)保護(hù)暴露到溶劑中的蛋白質(zhì)疏水表面，以及通過(guò)一種可控的方式釋放出被其結(jié)合的多肽鏈，從而促進(jìn)多肽鏈正確地折疊。折疊酶的作用是加快折疊過(guò)程中特異性的步驟。現(xiàn)在是41頁(yè)\一共有60頁(yè)\編輯于星期五2）蛋白質(zhì)翻譯后的修飾加工

N末端的甲酰甲硫氨酸（fMet）或甲硫氨酸（Met）的去除蛋白質(zhì)前體中不必要肽段的切除對(duì)多肽鏈中特定氨基酸側(cè)鏈基團(tuán)的修飾磷酸化、糖基化、羥基化、?；榷蜴I的形成亞基的聚合現(xiàn)在是42頁(yè)\一共有60頁(yè)\編輯于星期五三、蛋白質(zhì)合成的忠實(shí)性P613消耗能量氨酰-tRNA合成酶的校對(duì)功能核糖體對(duì)忠實(shí)性的影響現(xiàn)在是43頁(yè)\一共有60頁(yè)\編輯于星期五四、蛋白質(zhì)合成后的靶向輸送核蛋白體合成的蛋白質(zhì)有三個(gè)去向：①保留在胞漿②進(jìn)入細(xì)胞核、線(xiàn)粒體或其他細(xì)胞器③分泌出細(xì)胞經(jīng)體液運(yùn)輸?shù)竭_(dá)靶細(xì)胞、靶器官。

現(xiàn)在是44頁(yè)\一共有60頁(yè)\編輯于星期五兩類(lèi)核糖體

游離核糖體：翻譯后定位于胞內(nèi)（胞漿、線(xiàn)粒體、葉綠體）。膜結(jié)合型核糖體：翻譯同步分泌的蛋白質(zhì)在附著于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上的核蛋白體合成。此類(lèi)蛋白質(zhì)通過(guò)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體并隨后通過(guò)細(xì)胞膜分泌出細(xì)胞。主要合成溶酶體蛋白、分泌蛋白、質(zhì)膜骨架蛋白?，F(xiàn)在是45頁(yè)\一共有60頁(yè)\編輯于星期五蛋白質(zhì)合成后定向到達(dá)其執(zhí)行功能的目標(biāo)地稱(chēng)靶向輸送（proteintargeting）蛋白質(zhì)合成后透過(guò)膜性結(jié)構(gòu)的三個(gè)條件：①信號(hào)肽②自身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)③轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)構(gòu)信號(hào)肽(signalpeptide)

：靶向輸送蛋白質(zhì)前身中可被轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)識(shí)別的特征性氨基酸序列。在蛋白質(zhì)的靶向輸送中起決定性作用?，F(xiàn)在是46頁(yè)\一共有60頁(yè)\編輯于星期五N——————————————分泌蛋白MALWRLLPLLALLALWGPDPAAAFV....MMAAGPRTSLLLLAFALLCLPWTQVVGAFMKFLVNVALVFMVVYISTTTAAPMKLLVVAVIACMLIGFADPASGCK信號(hào)肽被切除的位點(diǎn)人前胰島素原牛生長(zhǎng)激素蜂毒肽果蠅粘液蛋白堿性氨基末端疏水核心區(qū)加工區(qū)☆信號(hào)肽的結(jié)構(gòu)現(xiàn)在是47頁(yè)\一共有60頁(yè)\編輯于星期五分泌性蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)：信號(hào)假說(shuō)☆signalrecognitionparticles（SRP）信號(hào)識(shí)別顆粒：SRP由6種蛋白質(zhì)和7SRNA構(gòu)成。信號(hào)肽一出現(xiàn)既可被SRP辨認(rèn)結(jié)合。SRP還有暫停蛋白質(zhì)合成的作用?！?/p>

scRNA參與蛋白質(zhì)的合成和運(yùn)輸。如SRP顆粒就是一種由一個(gè)7SRNA和蛋白質(zhì)組成的核糖核蛋白體顆粒，主要功能是識(shí)別信號(hào)肽,并將核糖體引導(dǎo)到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)。

現(xiàn)在是48頁(yè)\一共有60頁(yè)\編輯于星期五END現(xiàn)在是49頁(yè)\一共有60頁(yè)\編輯于星期五能力自測(cè)題生物合成蛋白質(zhì)不需要：

A.DNAB.mRNAC.tRNAD.rRNAE.GTP現(xiàn)在是50頁(yè)\一共有60頁(yè)\編輯于星期五關(guān)于遺傳密碼正確的是：A.遺傳密碼都代表氨基酸B.一個(gè)密碼僅代表一種氨基酸C.一種氨基酸只有一個(gè)密碼D.不同生物遺傳密碼不同E.遺傳密碼無(wú)方向性現(xiàn)在是51頁(yè)\一共有60頁(yè)\編輯于星期五關(guān)于tRNA和氨基酸的結(jié)合錯(cuò)誤的是：A.由氨基酰-tRNA合成酶催化B.反應(yīng)消耗ATPC.氨基酰-tRNA合成酶有校正活性D.氨基酰-tRNA合成酶專(zhuān)一性低E.一種氨基酸有2～6種特異tRNA現(xiàn)在是52頁(yè)\一共有60頁(yè)\編輯于星期五與原核細(xì)胞翻譯起始無(wú)關(guān)的結(jié)構(gòu)是：A.fMet-tR