第十二章蛋白質(zhì)生物合成

第十二章蛋白質(zhì)生物合成第1頁，共60頁，2023年，2月20日，星期二體內(nèi)蛋白質(zhì)合成的過程稱為蛋白質(zhì)生物合成。將mRNA分子中核苷酸（或堿基）的順序轉(zhuǎn)變蛋白質(zhì)分子中氨基酸殘基的順序的過程稱為翻譯。相當(dāng)于，把核酸中的A、G、C、U/T4種堿基組成的遺傳信息，破譯為蛋白質(zhì)分子中的20種氨基酸排列順序。翻譯的過程有三個階段：起始，延長，終止。第2頁，共60頁，2023年，2月20日，星期二第一節(jié)

三種RNA在蛋白質(zhì)生物合成中的作用一、mRNA的模板作用mRNA是蛋白質(zhì)多肽鏈合成的直接模板。mRNA將DNA的遺傳信息傳遞給蛋白質(zhì)，是基因表達時的中介，所以又稱信使RNA。每一種mRNA至少能指導(dǎo)合成一條多肽鏈。第3頁，共60頁，2023年，2月20日，星期二遺傳密碼（又稱密碼子，簡稱密碼）：mRNA分子中含有AGCU四種不同的堿基所代表的核苷酸。從5'→3'方向每3個相鄰的核苷酸組成一個三聯(lián)密碼即遺傳密碼?？山M成64種不同的密碼。包含：20種氨基酸，起始密碼，終止密碼。第4頁，共60頁，2023年，2月20日，星期二背景環(huán)境分析第5頁，共60頁，2023年，2月20日，星期二

蛋白質(zhì)生物合成體系基本原料：20種編碼氨基酸模板：mRNA適配器：tRNA裝配機：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、延長因子、釋放因子等能源物質(zhì)：ATP、GTP無機離子：Mg2+、K+背景環(huán)境分析第6頁，共60頁，2023年，2月20日，星期二（一）mRNA是遺傳信息的攜帶者mRNA來源、生物遺傳信息儲存于DNAmRNA分子中的堿基排列序列決定了蛋白質(zhì)分子中的氨基酸排列順序。mRNA中相鄰的3個堿基代表一個氨基酸，三個相鄰的堿基稱為一組密碼，或稱三聯(lián)體密碼。64組密碼組成遺傳密碼表：起始密碼：1組（AUG），兼作Met的密碼終止密碼：3組（UAA、UGA、UAG）61組密碼編碼20種α-氨基酸背景環(huán)境分析第7頁，共60頁，2023年，2月20日，星期二遺傳密碼表密碼的第1位堿基(5’端）

密碼的第二位堿基

密碼的第3位堿基(3’端)UCAGUUUU苯丙氨酸UUC苯丙氨酸UUA亮氨酸UUG亮氨酸UCU絲氨酸

UCC絲氨酸

UGA絲氨酸

UCG絲氨酸UAU酪氨酸UAC酪氨酸UAA終止密碼UAG終止密碼

UGU半胱氨酸UGC半胱氨酸UGA終止密碼UGG色氨酸UCAGCCUU亮氨酸CUC亮氨酸CUA亮氨酸

CUG亮氨酸CCU脯氨酸CCC脯氨酸CCA脯氨酸CCG脯氨酸CAU組氨酸CAC組氨酸CAA谷胺酰胺CAG谷胺酰胺CGU精氨酸

CGC精氨酸

CGA精氨酸

CGG精氨酸UCAGAAUU異亮氨酸AUC異亮氨酸AUA異亮氨酸AUG甲硫氨酸（兼起始密碼）ACU蘇氨酸ACC蘇氨酸ACA蘇氨酸ACG蘇氨酸AAU天冬酰胺

AAC天冬酰胺AAA賴氨酸

AAG賴氨酸AGU絲氨酸AGC絲氨酸AGA精氨酸AGG精氨酸UCAGGGUU纈氨酸GUC纈氨酸GUA纈氨酸GUG纈氨酸GCU丙氨酸GCC丙氨酸GCA丙氨酸GCG丙氨酸GAU天冬氨酸GAC天冬氨酸GAA谷氨酸

GAG谷氨酸GGU甘氨酸GGC甘氨酸GGA甘氨酸GGG甘氨酸UCAG背景環(huán)境分析第8頁，共60頁，2023年，2月20日，星期二mRNA的基本結(jié)構(gòu)StartofgeneticmessageCapEndTail5’-端非翻譯區(qū)533’-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)。背景環(huán)境分析第9頁，共60頁，2023年，2月20日，星期二原核生物的多順反子真核生物的單順反子非編碼序列核蛋白體結(jié)合位點起始密碼子終止密碼子編碼序列PPP53蛋白質(zhì)PPPmG-53蛋白質(zhì)AAA…背景環(huán)境分析第10頁，共60頁，2023年，2月20日，星期二遺傳密碼的特點：1．連續(xù)性編碼蛋白質(zhì)氨基酸序列的各個三聯(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終止密碼背景環(huán)境分析第11頁，共60頁，2023年，2月20日，星期二基因損傷引起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。纈脯蘇天冬纈丙酪甘纈丙絲精背景環(huán)境分析第12頁，共60頁，2023年，2月20日，星期二2.方向性翻譯時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′讀碼方向背景環(huán)境分析第13頁，共60頁，2023年，2月20日，星期二3．簡并性在遺傳密碼表中，共有64組密碼（43）。其中，3組作為翻譯的終止密碼（UAA、UAG和UGA）；AUG兼作翻譯的起始密碼（AUG是蛋氨酸的密碼），其余61組密碼（包括AUG作為亮氨酸的密碼）共同編碼20種α-氨基酸。因此，必然有一種氨基酸由多組密碼編碼的現(xiàn)象，稱為密碼的簡并性。實際上，除色氨酸與蛋氨酸（由一個密碼編碼）外，其余氨基酸均由兩個或兩個以上的密碼編碼（2～6個）。背景環(huán)境分析第14頁，共60頁，2023年，2月20日，星期二各種氨基酸的密碼子數(shù)目背景環(huán)境分析第15頁，共60頁，2023年，2月20日，星期二4．通用性:

無論原核生物如病毒、細(xì)菌等和真核生物包括人類都共用一套遺傳密碼即三聯(lián)體密碼。只是不同生物對密碼子具有偏愛性。背景環(huán)境分析第16頁，共60頁，2023年，2月20日，星期二（二）tRNA是搬運氨基酸的工具

1.tRNA的結(jié)構(gòu)

背景環(huán)境分析第17頁，共60頁，2023年，2月20日，星期二tRNA分子中與蛋白質(zhì)合成有關(guān)的位點：1）氨基酸結(jié)合位點；2）氨酰-tRNA合成酶識別位點；3）核糖體識別位點；4）反密碼位點：反密碼與密碼結(jié)合時方向相反。即反密碼的第1、2、3位堿基分別與密碼的第3、2、1位堿基配對。背景環(huán)境分析第18頁，共60頁，2023年，2月20日，星期二第19頁，共60頁，2023年，2月20日，星期二

反密碼與密碼配對時，反密碼的第2、3位堿基分別與密碼的第2、1位堿基配對時嚴(yán)格遵循堿基配對規(guī)則（即A與U、G與C配對），而反密碼的第1位堿基與密碼的第3位堿基配對時不嚴(yán)格遵循堿基配對規(guī)則，后者成為擺動配對或不穩(wěn)定配對（wobblebasepair）。第20頁，共60頁，2023年，2月20日，星期二擺動配對情況通過擺動配對，使得攜帶有同種氨基酸的不同tRNA分子可分別結(jié)合在幾種同義密碼上。如反密碼為IGC的丙氨酰-tRNA，可分別結(jié)合到同義密碼GCU、GCC、GCA上（GCU、GCC、GCA均為編碼丙氨酸的密碼）。擺動配對的存在對于保持生物物種的穩(wěn)定具有重要意義。反密碼的第1位堿基GCAUI密碼的第3位堿基U或CGUA或GA、U或C第21頁，共60頁，2023年，2月20日，星期二tRNA是氨基酸與遺傳密碼間的適配器第22頁，共60頁，2023年，2月20日，星期二2.氨酰-tRNA

各種氨基酸和對應(yīng)的tRNA結(jié)合后形成的氨基酰-tRNA表示為：

氨基酸的三字母縮寫-tRNA氨基酸的三字母縮寫

例如：丙氨酰-tRNA：Ala-tRNAAla精氨酰-tRNA：Arg-tRNAArg甲硫氨酰-tRNA：Met-tRNAMet起始者甲硫氨酰-tRNA：Met-tRNAiMet延長甲硫氨酰-tRNA：Met-tRNAeMet第23頁，共60頁，2023年，2月20日，星期二

在生物體內(nèi)，一種tRNA只能與一種氨基酸結(jié)合（即一種tRNA只能搬運一種氨基酸），而一種氨基酸可與一種以上的tRNA分子結(jié)合，所以，tRNA的種類(80種以上）比氨基酸（20種）多。第24頁，共60頁，2023年，2月20日，星期二(三)核糖體是蛋白質(zhì)生物合成的場所核糖體是肽鏈合成的“裝配機”。胞質(zhì)中核糖體種類：游離的核糖體---合成細(xì)胞固有蛋白與粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)結(jié)合的核糖體

---合成帶有信號肽的分泌性蛋白質(zhì)核糖體由大、小亞基組成，其組成成份包括rRNA和蛋白質(zhì)。第25頁，共60頁，2023年，2月20日，星期二原核生物真核生物核蛋白體小亞基大亞基核蛋白體小亞基大亞基S值70S30S50S80S40S60SrRNA16S-rRNA23S-rRNA5S-rRNA18S-rRNA28S-rRNA5.8S-rRNA5S-rRNA蛋白質(zhì)rpS21種rpL36種rpS33種rpL49種

不同細(xì)胞核蛋白體的組成第26頁，共60頁，2023年，2月20日，星期二

在核糖體上，與蛋白質(zhì)生物合成有關(guān)的主要結(jié)構(gòu)有：1．有容納mRNA的部位；2．有結(jié)合氨酰-tRNA的部位，稱為氨酰基部位，簡稱A位;有結(jié)合肽酰-tRNA的部位，稱為肽酰基部位，簡稱P位；3.有結(jié)合蛋白質(zhì)因子的部位；4．有轉(zhuǎn)肽基酶（transpeptidase）存在，可催化肽鍵的形成；5.具有延長因子依賴的GTP酶活性。

A位和P位呈緊密相鄰，每個部位的寬度正好相當(dāng)于mRNA上一個遺傳密碼的寬度。第27頁，共60頁，2023年，2月20日，星期二第28頁，共60頁，2023年，2月20日，星期二第29頁，共60頁，2023年，2月20日，星期二mRNA與核糖體的結(jié)合原核生物核糖體的小亞基的rRNA（16S）的3′末端有一富含嘧啶的區(qū)段，可與mRNA分子的起始部位的一段富含嘌呤的區(qū)段互補結(jié)合，使mRNA結(jié)合至核糖體上。mRNA分子中的這段富含嘌呤的區(qū)段稱為S-D序列(通常為GGAGGU)。S-D序列位于mRNA的5′端緊接起始信號的上游。第30頁，共60頁，2023年，2月20日，星期二原核生物mRNA的S-D序列及其與16SrRNA的結(jié)合第31頁，共60頁，2023年，2月20日，星期二三、蛋白質(zhì)生物合成過程蛋白質(zhì)的生物合成過程包括：①氨基酸的活化與轉(zhuǎn)運②活化氨基酸在核糖體上形成多肽鏈。后者是蛋白質(zhì)生物合成的中心環(huán)節(jié)，又稱核糖體循環(huán)。③翻譯后加工

第32頁，共60頁，2023年，2月20日，星期二第二節(jié)蛋白質(zhì)生物合成的基本過程氨基酸的活化與轉(zhuǎn)運（準(zhǔn)備階段）肽鏈合成的起始肽鏈的延長肽鏈的終止翻譯后的加工修飾第33頁，共60頁，2023年，2月20日，星期二

氨基酸與tRNA的結(jié)合需要氨酰tRNA合成酶催化，并需要消耗ATP。一、氨基酸的活化與轉(zhuǎn)運氨基酸+tRNA氨基酰-tRNAATP

AMP＋PPi氨基酰-tRNA合成酶

氨基酸的活化是指氨基酸與tRNA結(jié)合為氨基酰-tRNA的過程，稱為氨基酸的活化。在胞質(zhì)中進行。第34頁，共60頁，2023年，2月20日，星期二氨基酸＋ATP-E氨基酰-AMP-E＋PPi

第一步反應(yīng)第35頁，共60頁，2023年，2月20日，星期二第二步反應(yīng)氨基酰-AMP-E＋tRNA氨基酰-tRNA＋AMP＋E第36頁，共60頁，2023年，2月20日，星期二

氨基酰-tRNA合成酶對底物氨基酸和tRNA都有高度特異性。絕對專一性：

1個A.A對應(yīng)1個氨基酰tRNA合成酶催化反應(yīng)：活化A.A-活化“-COOH”，消耗2個ATP，產(chǎn)物—氨酰tRNA酶的兩個位點：結(jié)合位點-結(jié)合正確的A.A，活化水解位點-保證A.A序列的正確性(校正活性)氨基酰-tRNA合成酶第37頁，共60頁，2023年，2月20日，星期二二、肽鏈起始階段

是指mRNA和起始氨基酰-tRNA分別與核蛋白體結(jié)合而形成翻譯起始復(fù)合物的過程?；具^程：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。第38頁，共60頁，2023年，2月20日，星期二指在mRNA模板的指導(dǎo)下，氨基酸依次進入核蛋白體并聚合成多肽鏈的過程。1.進位/注冊2.轉(zhuǎn)肽3.移位

三、肽鏈延長階段肽鏈延長在核蛋白體上連續(xù)循環(huán)式進行，包括以下三步：每輪循環(huán)使多肽鏈增加一個氨基酸殘基。第39頁，共60頁，2023年，2月20日，星期二1.進位

又稱注冊，是指一個氨基酰-tRNA按照mRNA模板的指令進入并結(jié)合到核蛋白體A位的過程。第40頁，共60頁，2023年，2月20日，星期二

進位需要延長因子EF-Tu與EF-Ts參與。

第41頁，共60頁，2023年，2月20日，星期二2.轉(zhuǎn)肽

轉(zhuǎn)肽是在轉(zhuǎn)肽酶的催化下，核蛋白體P位上起始氨基酰-tRNA的N-甲酰甲硫氨?；螂孽?tRNA的肽?；D(zhuǎn)移到A位并與A位上氨基酰-tRNA的α-氨基結(jié)合形成肽鍵的過程。第42頁，共60頁，2023年，2月20日，星期二3.移位

轉(zhuǎn)位是在轉(zhuǎn)位酶（延長因子EF-G）的催化下，核蛋白體向mRNA的3′-端移動一個密碼子的距離，使mRNA序列上的下一個密碼子進入核蛋白體的A位、而占據(jù)A位的肽酰-tRNA移入P位的過程。移位需要延長因子EF-G參與。第43頁，共60頁，2023年，2月20日，星期二進位移位成肽肽鏈合成延長(核蛋白體循環(huán))過程第44頁，共60頁，2023年，2月20日，星期二四、肽鏈終止階段

指核蛋白體A位出現(xiàn)mRNA的終止密碼子后，多肽鏈合成停止，肽鏈從肽酰-tRNA中釋出，mRNA、核蛋白體大、小亞基等分離的過程。終止階段需要釋放因子RF-1、RF-2和RF-3參與。第45頁，共60頁，2023年，2月20日，星期二RF-3可結(jié)合核蛋白體其他部位，有GTP酶活性，能介導(dǎo)RF-1、RF-2與核蛋白體的相互作用。

釋放因子的功能：識別終止密碼子RF-1特異識別UAA、UAG；RF-2特異識別UAA、UGA。誘導(dǎo)轉(zhuǎn)肽酶轉(zhuǎn)變?yōu)轷ッ富钚源呋律逆溑c結(jié)合在P位的tRNA之間的酯鍵水解，使肽鏈從核蛋白體上釋放。第46頁，共60頁，2023年，2月20日，星期二原核肽鏈合成終止過程

第47頁，共60頁，2023年，2月20日，星期二五、肽鏈合成后的加工修飾階段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。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。第48頁，共60頁，2023年，2月20日，星期二幾種加工修飾方法1、水解修飾的作用2、個別氨基酸殘基的共價修飾作用3、二硫鍵的形成4、亞基間的聚合和連接輔基蛋白質(zhì)生物合成具有重要的意義第49頁，共60頁，2023年，2月20日，星期二第三節(jié)蛋白質(zhì)生物合成的臨床應(yīng)用一、分子病

是由于DNA分子上基因的遺傳信息缺陷，引起mRNA分子異常和合成蛋白質(zhì)異常，是蛋白質(zhì)分子一級結(jié)構(gòu)發(fā)生改變所致的疾病的總稱。例如：鐮刀形紅細(xì)胞性貧血（人類發(fā)現(xiàn)的第一個）

分子病是一種遺傳病第50頁，共60頁，2023年，2月20日，星期二二、干擾素抗病毒感染干擾素(IFN)是真核細(xì)胞被病毒感染后分泌的一類具有抗病毒作用的蛋白質(zhì)，可抑制病毒的繁殖。干擾素分為α-（白細(xì)胞）型、β-（成纖維細(xì)胞）型和γ-（淋巴細(xì)胞）型三大類，每類各有亞型，分別具有其特異作用。第51頁，共60頁，2023年，2月20日，星期二干擾素抑制病毒的作用機制有兩方面：一是干擾素在某些病毒雙鏈RNA存在時，能誘導(dǎo)特異的蛋白激酶活化，該活化的蛋白激酶使eIF-2磷酸化而失活，從而抑制病毒蛋白質(zhì)合成；二是干擾素能與雙鏈RNA共同活化特殊的2ˊ-5ˊ寡聚腺苷酸（2ˊ-5ˊA）合成酶，催化ATP聚合，生成單核苷酸間以2ˊ-5ˊ磷酸二酯鍵連接的2ˊ-5ˊA，經(jīng)2ˊ-5ˊA活化核酸內(nèi)切酶RNaseL，后者可降解病毒mRNA，從而阻斷病毒蛋白質(zhì)合成。第52頁，共60頁，2023年，2月20日，星期二干擾素的作用機制:干擾素誘導(dǎo)的蛋白激酶dsRNA1.干擾素誘導(dǎo)eIF2磷酸化而失活A(yù)TPeIF2ADPeIF2-P（失活）Pi磷酸酶第53頁，共60頁，2023年，2月20日，星期二2.干擾素誘導(dǎo)病毒RNA降解dsRNA干擾素AAPAPPPP252552-5AAPPPATP2-5A合成酶降解mRNARNaseLRNaseL活化第54頁，共60頁，2023年，2月20日，星期二

抗生素抗生素是一類由某些真菌、細(xì)菌等微生物產(chǎn)生的藥物，有抑制其他微生物