分子生物學(xué)從mrna到蛋白質(zhì)

分子生物學(xué)從mrna到蛋白質(zhì)分子生物學(xué)從mrna到蛋白質(zhì)第1頁蛋白質(zhì)是生物信息通路上終產(chǎn)物，一個(gè)活細(xì)胞在任何發(fā)育階段都需要數(shù)千種不一樣蛋白質(zhì)。所以，活細(xì)胞內(nèi)時(shí)刻進(jìn)行著各種蛋白質(zhì)合成、修飾、運(yùn)轉(zhuǎn)和降解反應(yīng)。分子生物學(xué)從mrna到蛋白質(zhì)第2頁4.1遺傳密碼——三聯(lián)子所謂翻譯是指將mRNA鏈上核苷酸從一個(gè)特定起始位點(diǎn)開始，按每3個(gè)核苷酸代表一個(gè)氨基酸標(biāo)準(zhǔn)，依次合成一條多肽鏈過程。這3個(gè)核苷酸就是一個(gè)密碼子。翻譯從起始密碼子AUG開始，沿mRNA5'→3'方向連續(xù)閱讀密碼子，直至終止密碼子為止，生成一條含有特定序列多肽鏈——蛋白質(zhì)。分子生物學(xué)從mrna到蛋白質(zhì)第3頁圖4-1Crick關(guān)于tRNA分子破譯mRNA遺傳密碼三聯(lián)子原始構(gòu)想分子生物學(xué)從mrna到蛋白質(zhì)第4頁4.1.1三聯(lián)子密碼及其破譯

因?yàn)閙RNA中只有4種核苷酸，而蛋白質(zhì)中有20種氨基酸，以一個(gè)核苷酸代表一個(gè)氨基酸是不可能。若以兩種核苷酸作為一個(gè)氨基酸密碼（二聯(lián)子），它們能代表氨基酸也只有42=16種。若以3個(gè)核苷酸代表一個(gè)氨基酸，有43=64種密碼子，滿足了編碼20種氨基酸需要。分子生物學(xué)從mrna到蛋白質(zhì)第5頁Crick等人發(fā)覺T4噬菌體rII位點(diǎn)上兩個(gè)基因正確表示與它能否侵染大腸桿菌相關(guān)，用吖啶類試劑（誘導(dǎo)核苷酸插入或從DNA鏈上丟失）處理使T4噬菌體發(fā)生移碼突變（frameshiftmutation），噬菌體就喪失感染能力。分子生物學(xué)從mrna到蛋白質(zhì)第6頁若在模板mRNA中插入或刪除一個(gè)堿基，會(huì)改變?cè)撁艽a子以后全部氨基酸序列。若同時(shí)對(duì)模板進(jìn)行插入和刪除試驗(yàn)，確保后續(xù)密碼子序列不變，翻譯得到蛋白質(zhì)序列就保持不變（除了發(fā)生突變那個(gè)密碼子所代表氨基酸之外）。分子生物學(xué)從mrna到蛋白質(zhì)第7頁(-)(-)(-)一次刪去5’-GUA...UACGGAU………3’讀碼框不變圖4-2用核苷酸插入或刪除試驗(yàn)證實(shí)mRNA模板上每三個(gè)核苷酸組成一個(gè)密碼子分子生物學(xué)從mrna到蛋白質(zhì)第8頁對(duì)煙草壞死衛(wèi)星病毒研究發(fā)覺，其外殼蛋白亞基由400個(gè)氨基酸組成，而對(duì)應(yīng)RNA片段長約1200個(gè)核苷酸，與假設(shè)密碼三聯(lián)子體系恰好相吻合。分子生物學(xué)從mrna到蛋白質(zhì)第9頁1.以均聚物、隨機(jī)共聚物和特定序列共聚物為模板指導(dǎo)多肽合成。Nirenberg把多聚（U）作為模板加入到無細(xì)胞體系時(shí)發(fā)覺，新合成多肽鏈?zhǔn)嵌嗑郾奖彼?，確定UUU代表苯丙氨酸（Phe）。以多聚（C）及多聚（A）做模板得到分別是多聚脯氨酸和多聚賴氨酸。分子生物學(xué)從mrna到蛋白質(zhì)第10頁以多聚UG為模板合成是多聚Cys和Val，因?yàn)槎嗑郏║G）中含Cys和Val密碼：5'……UGUGUGUGUGUGUGUGUG……3'不論讀碼從U開始還是從G開始，都只能有UGU（Cys）及GUG（Val）兩種密碼子。分子生物學(xué)從mrna到蛋白質(zhì)第11頁Nirenberg及Ochoa等又用各種特定序列如只含A、C共聚核苷酸作模板，任意排列時(shí)可出現(xiàn)8種三聯(lián)子，即CCC、CCA、CAC、ACC、CAA、ACA、AAC、AAA，取得由Asn、His、Pro、Gln、Thr、Lys等6種氨基酸組成多肽。分子生物學(xué)從mrna到蛋白質(zhì)第12頁以多聚（UUC）為模板，可能有3種起讀方式：5'……UUCUUCUUCUUCUUC……3'或5'……UCUUCUUCUUCUUCU……3'或5'……CUUCUUCUUCUUCUU……3'產(chǎn)生UUC（Phe）、UCU（Ser）或CUU（Leu），得到多聚苯丙氨酸、多聚絲氨酸或多聚亮氨酸。所以，UUC、UCU、CUU分別是苯丙氨、絲氨酸及亮氨酸密碼子。分子生物學(xué)從mrna到蛋白質(zhì)第13頁當(dāng)然，也可能只合成2種均聚多肽，如：5'……GUAGUAGUAGUAGUA……3'或5'……UAGUAGUAGUAGUAG……3'或5'……AGUAGUAGUAGUAGU……3'由第二種讀碼方式產(chǎn)生密碼子UAG是終止密碼，不編碼任何氨基酸，所以，只產(chǎn)生2種密碼子GUA（Val）或AGU（Ser），合成多聚纈氨酸或多聚絲氨酸。分子生物學(xué)從mrna到蛋白質(zhì)第14頁2.核糖體結(jié)合技術(shù)

以人工合成三核苷酸如UUU、UCU、UGU等為模板，在含核糖體、AA-tRNA適當(dāng)離子強(qiáng)度反應(yīng)液中保溫后經(jīng)過硝酸纖維素濾膜。游離AA-tRNA因相對(duì)分子質(zhì)量小能自由過膜，與模板對(duì)應(yīng)AA-tRNA能與核糖體結(jié)合，體積超出膜上微孔而被滯留。分子生物學(xué)從mrna到蛋白質(zhì)第15頁若用20種AA-tRNA做20組一樣試驗(yàn)，每組都含20種AA-tRNA和各種三核苷酸，但只有一個(gè)氨基酸用14C標(biāo)識(shí)，看哪一個(gè)AA-tRNA被留在濾膜上，深入分析這一組模板是哪個(gè)三核苷酸，從模板三核苷酸與氨基酸關(guān)系可測(cè)知該氨基酸密碼子。分子生物學(xué)從mrna到蛋白質(zhì)第16頁表4-1三核苷酸密碼子能使特定氨基酰-tRNA結(jié)合到核糖體上

*數(shù)字代表特定氨基酰tRNA與帶有模板三核苷酸核糖體相結(jié)合效率。

密碼子與核糖體相結(jié)合14C標(biāo)識(shí)氨基酰-tRNAPhe-tRNAPheLys-tRNALysPro-tRNAProUUU4.6*00AAA07.70CCC003.1分子生物學(xué)從mrna到蛋白質(zhì)第17頁4.1.2遺傳密碼性質(zhì)

1.密碼簡并性4種核苷酸可組成64個(gè)密碼子，現(xiàn)在已經(jīng)知道其中61個(gè)是編碼氨基酸密碼子，另外3個(gè)即UAA、UGA和UAG并不代表任何氨基酸，它們是終止密碼子，不能與tRNA反密碼子配對(duì)，但能被終止因子或釋放因子識(shí)別，終止肽鏈合成。分子生物學(xué)從mrna到蛋白質(zhì)第18頁表4-2通用遺傳密碼及對(duì)應(yīng)氨基酸

第一位(5'端)核苷酸第二位（中間）核苷酸UCAG第三位(3'端)核苷酸U苯丙氨酸（Phe，F(xiàn)）絲氨酸（Ser，S）酪氨酸（Tyr，Y）半胱氨酸（Cys，C）U苯丙氨酸（Phe，F(xiàn)）絲氨酸（Ser，S）酪氨酸（Tyr，Y）光胱氨酸（Cys，C）C亮氨酸（Leu，L）絲氨酸（Ser，S）終止（Stop）終止（Stop）A亮氨酸（Leu，L）絲氨酸（Ser，S）終止（Stop）色氨酸（Trp，W）G第一位(5'端)核苷酸第二位（中間）核苷酸UCAG第三位(3'端)核苷酸U苯丙氨酸（Phe，F(xiàn)）絲氨酸（Ser，S）酪氨酸（Tyr，Y）半胱氨酸（Cys，C）U苯丙氨酸（Phe，F(xiàn)）絲氨酸（Ser，S）酪氨酸（Tyr，Y）光胱氨酸（Cys，C）C亮氨酸（Leu，L）絲氨酸（Ser，S）終止（Stop）終止（Stop）A亮氨酸（Leu，L）絲氨酸（Ser，S）終止（Stop）色氨酸（Trp，W）G分子生物學(xué)從mrna到蛋白質(zhì)第19頁C亮氨酸（Leu，L）脯氨酸（Pro，P）組氨酸（His，H）精氨酸（Arg，R）U亮氨酸（Leu，L）脯氨酸（Pro，P）組氨酸（His，H）精氨酸（Arg，R）C亮氨酸（Leu，L）脯氨酸（Pro，P）谷氨酰胺（Gln，Q）精氨酸（Arg，R）A亮氨酸（Leu，L）脯氨酸（Pro，P）谷氨酰胺（Gln，Q）精氨酸（Arg，R）G第二位（中間）核苷酸UCAG分子生物學(xué)從mrna到蛋白質(zhì)第20頁A異亮氨酸（Ile，I）蘇氨酸（Thr，T）天冬酰胺（Asn，N）絲氨酸（Ser，S）U異亮氨酸（Ile，I）蘇氨酸（Thr，T）天冬酰胺（Asn，N）絲氨酸（Ser，S）C異亮氨酸（Ile，I）蘇氨酸（Thr，T）賴氨酸（Lys，K）精氨酸（Arg，R）A甲硫氨酸（Met，M）蘇氨酸（Thr，T）賴氨酸（Lys，K）精氨酸（Arg，R）G第二位（中間）核苷酸UCAG分子生物學(xué)從mrna到蛋白質(zhì)第21頁G纈氨酸（Val，V）丙氨酸（Ala，A）天冬氨酸（Asn，N）甘氨酸（Gly，G）U纈氨酸（Val，V）丙氨酸（Ala，A）天冬氨酸（Asn，N）甘氨酸（Gly，G）C纈氨酸（Val，V）丙氨酸（Ala，A）谷氨酸（Glu，E）甘氨酸（Gly，G）A纈氨酸（Val，V）丙氨酸（Ala，A）谷氨酸（Glu，E）甘氨酸（Gly，G）G第二位（中間）核苷酸UCAG分子生物學(xué)從mrna到蛋白質(zhì)第22頁除色氨酸（UGG）只有一個(gè)密碼子外，其它氨基酸都有一個(gè)以上密碼子。9種氨基酸有2個(gè)密碼子，1種氨基酸有3個(gè)密碼子，5種氨基酸有4個(gè)密碼子，3種氨基酸有6個(gè)密碼子（表4-3）。由一個(gè)以上密碼子編碼同一個(gè)氨基酸現(xiàn)象稱為簡并（degeneracy），對(duì)應(yīng)于同一氨基酸密碼子稱為同義密碼子（synonymouscodon）。AUG和GUG既是甲硫氨酸及纈氨酸密碼子又是起始密碼子。分子生物學(xué)從mrna到蛋白質(zhì)第23頁表4-3密碼子吞并性

氨基酸密碼子個(gè)數(shù)氨基酸密碼子個(gè)數(shù)丙氨酸4亮氨酸6精氨酸6賴氨酸2天門冬酰胺2甲硫氨酸1天門冬氨酸2苯丙氨酸2半胱氨酸2脯氨酸4谷氨酰胺2絲氨酸6谷氨酸2蘇氨酸4甘氨酸4色氨酸1組氨酸2酪氨酸2異亮氨酸3纈氨酸4分子生物學(xué)從mrna到蛋白質(zhì)第24頁分子生物學(xué)從mrna到蛋白質(zhì)第25頁3.密碼子與反密碼子相互作用

tRNA反密碼子在核糖體內(nèi)是經(jīng)過堿基反向配對(duì)與mRNA上密碼子相互作用。1966年，Crick提出擺動(dòng)假說（wobblehypothesis），解釋了反密碼子中一些稀有成份（如I）配對(duì)，以及許多氨基酸有2個(gè)以上密碼子問題。

分子生物學(xué)從mrna到蛋白質(zhì)第26頁圖4-4mRNA上密碼子與tRNA上反密碼子配對(duì)示意圖

a.密碼子與tRNA反密碼子臂上對(duì)應(yīng)序列配對(duì)；b.當(dāng)反密碼子第一位是I時(shí)，密碼子第三位能夠是A、U或C。

分子生物學(xué)從mrna到蛋白質(zhì)第27頁在密碼子與反密碼子配對(duì)中，前兩對(duì)嚴(yán)格恪守堿基配對(duì)標(biāo)準(zhǔn)，第三對(duì)堿基有一定自由度，能夠“擺動(dòng)”，因而使一些tRNA能夠識(shí)別1個(gè)以上密碼子。一個(gè)tRNA終究能識(shí)別多少個(gè)密碼子是由反密碼子第一位堿基性質(zhì)決定，反密碼子第一位為A或C時(shí)只能識(shí)別1種密碼子，為G或U時(shí)能夠識(shí)別2種密碼子，為I時(shí)可識(shí)別3種密碼子。分子生物學(xué)從mrna到蛋白質(zhì)第28頁表4-5tRNA上反密碼子與mRNA上密碼子配對(duì)與“擺動(dòng)”分析

1．反密碼子第一位是C或A時(shí)，只能識(shí)別一個(gè)密碼子。反密碼子

（3'）X-Y-C（5'）

（3'）X-Y-A（5'）密碼子（5'）Y-X-G（3'）（5'）Y-X-U（3'）2．反密碼子第一位是U或G時(shí)，可分別識(shí)別兩種密碼子。反密碼子

（3'）X-Y-U（5'）（3'）X-Y-G（5'）密碼子（5'）Y-X-A/G（3'）（5'）Y-X-C/U（3'）3．反密碼子第一位是I時(shí)，可識(shí)別3種密碼子反密碼子（3'）X-Y-I（5'）

密碼子（5'）Y-X-A/U/C（3'）

分子生物學(xué)從mrna到蛋白質(zhì)第29頁多個(gè)密碼子同時(shí)編碼一個(gè)氨基酸，凡是第一、二位堿基不一樣密碼子都對(duì)應(yīng)于各自獨(dú)立tRNA。原核生物中大約有30-45種tRNA，真核細(xì)胞中可能存在50種tRNA。分子生物學(xué)從mrna到蛋白質(zhì)第30頁4.2tRNA

tRNA不但為每個(gè)三聯(lián)密碼子翻譯成氨基酸提供了接合體，還為準(zhǔn)確無誤地將所需氨基酸運(yùn)輸?shù)胶颂求w上提供了運(yùn)輸載體，所以，它又被稱為第二遺傳密碼。不一樣tRNA在結(jié)構(gòu)上存在大量共性，由小片段堿基互補(bǔ)配對(duì)形成三葉草形分子結(jié)構(gòu)，有4條依據(jù)結(jié)構(gòu)或已知功效命名手臂。分子生物學(xué)從mrna到蛋白質(zhì)第31頁分子生物學(xué)從mrna到蛋白質(zhì)第32頁最常見tRNA分子有76個(gè)堿基，相對(duì)分子質(zhì)量約為2.5×104，不一樣tRNA分子可有74～95個(gè)核苷酸不等。D臂中存在多至3個(gè)可變核苷酸位點(diǎn)，17：1及20：1、20：2。最常見D臂缺失這3個(gè)核苷酸，而最小臂中第17位核苷酸也缺失了。分子生物學(xué)從mrna到蛋白質(zhì)第33頁受體臂（acceptorarm）由鏈兩端序列配對(duì)形成桿狀結(jié)構(gòu)和3‘端未配正確3～4個(gè)堿基所組成，其3’端最終3個(gè)堿基序列永遠(yuǎn)是CCA，最終一個(gè)堿基3’或2’自由羥基（—OH）能夠被氨酰化。TψC臂是依據(jù)3個(gè)核苷酸命名，其中ψ表示擬尿嘧啶；反密碼子臂是依據(jù)位于套索中央三聯(lián)反密碼子命名；D臂是依據(jù)它含有二氫尿嘧啶（dihydrouracil）命名。分子生物學(xué)從mrna到蛋白質(zhì)第34頁tRNA稀有堿基含量非常豐富，約有70余種。每個(gè)tRNA分子最少含有2個(gè)稀有堿基，最多有19個(gè)，多數(shù)分布在非配對(duì)區(qū)，尤其是在反密碼子3'端鄰近部位出現(xiàn)頻率最高。分子生物學(xué)從mrna到蛋白質(zhì)第35頁4.2.1tRNAL-形三級(jí)結(jié)構(gòu)

研究酵母tRNAPhe、tRNAfMet和大腸桿菌tRNAfMet、tRNAArg等三級(jí)結(jié)構(gòu)，發(fā)覺都呈L形折疊式（圖4-6）。

分子生物學(xué)從mrna到蛋白質(zhì)第36頁圖4-6酵母tRNAphe三級(jí)結(jié)構(gòu)示意圖（依據(jù)X-射線衍射數(shù)據(jù)繪制）。a和b表示用不一樣方法構(gòu)建模型。分子生物學(xué)從mrna到蛋白質(zhì)第37頁在L形三級(jí)結(jié)構(gòu)中，受體臂和TψC臂桿狀區(qū)域組成了第一個(gè)雙螺旋，D臂和反密碼子臂桿狀區(qū)域形成了第二個(gè)雙螺旋。TψC臂和D臂套索狀結(jié)構(gòu)位于“L”轉(zhuǎn)折點(diǎn)，受體臂頂端堿基位于“L”一個(gè)端點(diǎn)，反密碼子臂套索狀結(jié)構(gòu)生成了“L”另一個(gè)端點(diǎn)（圖4-7）。分子生物學(xué)從mrna到蛋白質(zhì)第38頁分子生物學(xué)從mrna到蛋白質(zhì)第39頁tRNA上所運(yùn)載氨基酸必須靠近位于核糖體大亞基上多肽合成位點(diǎn)，而tRNA上反密碼子必須與小亞基上mRNA相配對(duì)，所以分子中兩個(gè)不一樣功效基團(tuán)是最大程度分離。分子生物學(xué)從mrna到蛋白質(zhì)第40頁4.2.2tRNA功效

轉(zhuǎn)錄過程是信息從一個(gè)核酸分子（DNA）轉(zhuǎn)移到另一個(gè)結(jié)構(gòu)上極為相同核酸分子（RNA）過程，信息轉(zhuǎn)移靠是堿基配對(duì)。分子生物學(xué)從mrna到蛋白質(zhì)第41頁翻譯階段遺傳信息從mRNA分子轉(zhuǎn)移到結(jié)構(gòu)極不相同蛋白質(zhì)分子，信息是以能被翻譯成單個(gè)氨基酸三聯(lián)密碼子形式存在，在這里起作用是tRNA解碼機(jī)制。只有tRNA上反密碼子能與mRNA上密碼子相互識(shí)別并配對(duì)，而氨基酸本身不能識(shí)別密碼子，只有結(jié)合到tRNA上生成AA-tRNA，才能被帶到mRNA-核糖體復(fù)合物上，插入到正在合成多肽鏈適當(dāng)位置上。分子生物學(xué)從mrna到蛋白質(zhì)第42頁用14C標(biāo)識(shí)半胱氨酸與tRNACys結(jié)合后生成[14C]-半胱氨酸-tRNACys，經(jīng)Ni(鎳）催化可生成[14C]-Ala-tRNACys，再把[14C]-Ala-tRNACys加入到蛋白質(zhì)合成系統(tǒng)中，發(fā)覺[14C]-Ala-tRNACys插入了血紅蛋白分子中通常由半胱氨酸占據(jù)位置上，表明起識(shí)別作用是tRNA。分子生物學(xué)從mrna到蛋白質(zhì)第43頁4.2.3tRNA種類

1.起始tRNA和延伸tRNA能特異性識(shí)別mRNA模板上起始密碼子tRNA叫起始tRNA，其它tRNA統(tǒng)稱為延伸tRNA。真核生物起始tRNA攜帶甲硫氨酸（Met），原核生物起始tRNA攜帶甲酰甲硫氨酸（fMet），Met-tRNAfMet必須首先甲?；蒮Met-tRNAfMet才能參加蛋白質(zhì)生物合成。分子生物學(xué)從mrna到蛋白質(zhì)第44頁2.同工tRNA將代表相同氨基酸不一樣tRNA稱為同工tRNA。在一個(gè)同工tRNA組內(nèi)，全部tRNA均專一于相同氨基酰-tRNA合成酶。同工tRNA既要有不一樣反密碼子以識(shí)別該氨基酸各種同義密碼，又要有某種結(jié)構(gòu)上共同性，能被AA-tRNA合成酶識(shí)別。分子生物學(xué)從mrna到蛋白質(zhì)第45頁3.校正tRNA結(jié)構(gòu)基因中某個(gè)核苷酸改變可能產(chǎn)生終止密碼子（UAG、UGA、UAA），使蛋白質(zhì)合成提前終止，合成無功效或無意義多肽，這種突變稱為無義突變，而校正tRNA經(jīng)過改變反密碼子區(qū)校正無義突變（表4-7）。分子生物學(xué)從mrna到蛋白質(zhì)第46頁表4-7大腸桿菌無義突變校正tRNA

位點(diǎn)tRNA野生型校正基因識(shí)別密碼反密碼識(shí)別密碼反密碼supDSerUCG←CGAUAG←CUAsupEGlnCAG←CUGUAG←CUAsupCTyrUAC←GUAUAG←CUAsupGLysAAA←UUUUAA←UUAsupUTrpUGG←CCAUGA←UCA分子生物學(xué)從mrna到蛋白質(zhì)第47頁如某大腸桿菌色氨酸合成酶基因中一個(gè)甘氨酸密碼子GGA突變成了AGA(編碼精氨酸),指導(dǎo)合成錯(cuò)誤多肽（錯(cuò)義突變）。甘氨酸校正tRNA校正基因突變使其反密碼子從CCU變成UCU，它依然是甘氨酸反密碼子，單不結(jié)合GGA而能與突變后AGA相結(jié)合，把甘氨酸放到原來位置上。分子生物學(xué)從mrna到蛋白質(zhì)第48頁4.2.4AA-tRNA合成酶

AA-tRNA合成酶是一類催化氨基酸與tRNA結(jié)合特異性酶，其反應(yīng)式以下：AA+tRNA+ATP→AA-tRNA+AMP+PPi分子生物學(xué)從mrna到蛋白質(zhì)第49頁它實(shí)際上包含兩步反應(yīng)：第一步是氨基酸活化生成酶-氨基酰腺苷酸復(fù)合物。AA+ATP+酶（E）→E-AA-AMP+PPi第二步是氨?；D(zhuǎn)移到tRNA3'末端腺苷殘基2'或3'-羥基上。E-AA-AMP+tRNA→AA-tRNA+E+AMP分子生物學(xué)從mrna到蛋白質(zhì)第50頁分子生物學(xué)從mrna到蛋白質(zhì)第51頁①氨酰-AMP形成

分子生物學(xué)從mrna到蛋白質(zhì)第52頁②tRNA氨基?；?/p>

分子生物學(xué)從mrna到蛋白質(zhì)第53頁異亮氨酸-tRNA合成酶對(duì)異亮氨酸親和力比對(duì)纈氨酸大225倍，體內(nèi)纈氨酸濃度比異亮氨酸高5倍，纈氨酸被錯(cuò)誤滲透到異亮氨酸位點(diǎn)上去機(jī)率應(yīng)是1/40，但實(shí)際誤差率只有約1/10000。研究發(fā)覺，被錯(cuò)誤活化纈氨酸不會(huì)被結(jié)合到tRNAIle上，而是被酶本身水解，即活化階段產(chǎn)生誤差在后一階段被再次校正了（表4-8）。分子生物學(xué)從mrna到蛋白質(zhì)第54頁表4-8活化tRNAIle合成酶準(zhǔn)確性受雙重控制

錯(cuò)誤率纈氨酸活化階段1/225纈氨酸-tRNAIle釋放1/270總誤差率1/225×1/270*5=1/12,000分子生物學(xué)從mrna到蛋白質(zhì)第55頁4.3核糖體

核糖體是由幾十種蛋白質(zhì)和各種核糖體RNA（ribosomalRNA，rRNA）所組成亞細(xì)胞顆粒。一個(gè)細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)約有20000個(gè)核糖體，而真核細(xì)胞內(nèi)可達(dá)106個(gè)。這些顆粒既能夠游離狀態(tài)存在于細(xì)胞內(nèi)，也可與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)結(jié)合，形成微粒體。分子生物學(xué)從mrna到蛋白質(zhì)第56頁核糖體蛋白約占原核細(xì)胞總蛋白量9-10%，占細(xì)胞內(nèi)總RNA量70-80%。在真核細(xì)胞內(nèi)，核糖體所占比重即使有所下降，但依然占總RNA絕大個(gè)別，是細(xì)胞總蛋白一個(gè)主要組成個(gè)別。分子生物學(xué)從mrna到蛋白質(zhì)第57頁表4-9核糖體及其它組分在大腸桿菌細(xì)胞內(nèi)分布

組分占細(xì)胞總量細(xì)胞內(nèi)數(shù)量細(xì)胞壁10%1細(xì)胞膜10%2DNA2%1mRNA2%3.5×103tRNA3%1.6×105rRNA21%8×105核糖體蛋白9%2×104可溶性蛋白40%106小分子3%7.5×106分子生物學(xué)從mrna到蛋白質(zhì)第58頁真核生物中，全部正在進(jìn)行蛋白質(zhì)合成核糖體都不是在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)自由漂浮，而是直接或間接與細(xì)胞骨架結(jié)構(gòu)相關(guān)聯(lián)或者與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜結(jié)構(gòu)相連（圖4-8）。細(xì)菌核糖體大都經(jīng)過與mRNA相互作用，被固定在核基因組上。

分子生物學(xué)從mrna到蛋白質(zhì)第59頁圖4-8結(jié)合在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上核糖體。左，電鏡下看到胰腺細(xì)胞粗糙內(nèi)質(zhì)網(wǎng)；右，局部放大后草圖。

分子生物學(xué)從mrna到蛋白質(zhì)第60頁表4-10大腸桿菌核糖體基礎(chǔ)成份

核糖體小亞基大亞基沉降系數(shù)70S30S50S總體相對(duì)分子質(zhì)量2.52×1069.30×1051.59×106主要rRNA（堿基數(shù)）

16S（1541）23S（2904）主要rRNA（堿基數(shù)）

5S（120）RNA相對(duì)分子質(zhì)量1.66×1065.60×1051.10×106RNA所占百分比66%60%70%蛋白質(zhì)數(shù)量

2136蛋白質(zhì)相對(duì)分子質(zhì)量8.57×1053.70×1054.87×105蛋白質(zhì)所占百分比34%40%30%分子生物學(xué)從mrna到蛋白質(zhì)第61頁4.3.1核糖體結(jié)構(gòu)核糖體是一個(gè)致密核糖核蛋白顆粒，可解離為兩個(gè)亞基，每個(gè)亞基都含有一個(gè)相對(duì)分子質(zhì)量較大rRNA和許多不一樣蛋白質(zhì)分子。原核生物核糖體由約2/3RNA及1/3蛋白質(zhì)組成。真核生物核糖體中RNA占3/5，蛋白質(zhì)占2/5。原核生物、真核生物細(xì)胞質(zhì)及細(xì)胞器中核糖體存在著很大差異（表4-11）。

分子生物學(xué)從mrna到蛋白質(zhì)第62頁表4-11幾個(gè)不一樣生物核糖體及rRNA組成

核糖體起源大亞基小亞基沉降系數(shù)RNA沉降系數(shù)RNA80S脊椎動(dòng)物60S28S40S18S

5S

5.8S

80S無脊椎動(dòng)物、植物60S25S40S16～18S

5S

5.8S

70S原核生物50S23S30S16S55S脊椎動(dòng)物線粒體40S16～17S30S10～13S分子生物學(xué)從mrna到蛋白質(zhì)第63頁大腸桿菌核糖體小亞基由21種蛋白質(zhì)組成，分別用S1……S21表示，大亞基由36種蛋白質(zhì)組成，分別用L1……L36表示。真核生物細(xì)胞核糖體蛋白質(zhì)中，大亞基含有49種蛋白質(zhì)，小亞基有33種蛋白質(zhì)，它們相對(duì)分子質(zhì)量在8×103～4.0×104之間。

分子生物學(xué)從mrna到蛋白質(zhì)第64頁分子生物學(xué)從mrna到蛋白質(zhì)第65頁圖4-9核糖體結(jié)構(gòu)模型及原核與真核細(xì)胞核糖體大小亞基比較。

分子生物學(xué)從mrna到蛋白質(zhì)第66頁4.3.2rRNA

1．5SrRNA

細(xì)菌5SrRNA含有120個(gè)核苷酸（革蘭氏陰性菌）或116個(gè)核苷酸（革蘭氏陽性菌）。5SrRNA有兩個(gè)高度保守區(qū)域，其中一個(gè)區(qū)域含有保守序列CGAAC，這是與tRNA分子TψC環(huán)上GTψCG序列相互作用部位，是5SrRNA與tRNA相互識(shí)別序列。分子生物學(xué)從mrna到蛋白質(zhì)第67頁另一個(gè)區(qū)域含有保守序列GCGCCGAAUGGUAGU，與23SrRNA中一段序列互補(bǔ)，可能是5SrRNA與50S核糖體大亞基相互作用位點(diǎn)。

分子生物學(xué)從mrna到蛋白質(zhì)第68頁2．16SrRNA長約1475～1544個(gè)核苷酸之間，含有少許修飾堿基，位于30S小亞基內(nèi)。16SrRNA結(jié)構(gòu)十分保守，其中3’

端一段ACCUCCUUA保守序列，與mRNA5’

端翻譯起始區(qū)中SD序列互補(bǔ)。16SrRNA靠近3'端處還有一段與23SrRNA互補(bǔ)序列，在30S與50S亞基結(jié)合中起作用。

分子生物學(xué)從mrna到蛋白質(zhì)第69頁3．23SrRNA

23SrRNA基因有2904個(gè)核苷酸，第1984～核苷酸之間存在能與tRNAMet序列互補(bǔ)片段，表明核糖體大亞基23SrRNA可能與tRNAMet結(jié)合相關(guān)。第143～157位核苷酸之間有一段12個(gè)核苷酸序列與5SrRNA上第72～83位核苷酸互補(bǔ)，表明在50S大亞基上這兩種RNA之間可能存在相互作用。

分子生物學(xué)從mrna到蛋白質(zhì)第70頁4.3.3核糖體功效

在多肽合成過程中，由不一樣tRNA將對(duì)應(yīng)氨基酸帶到蛋白質(zhì)合成部位，并與mRNA進(jìn)行專一性相互作用，以選擇對(duì)信息專一AA-tRNA。核糖體還必須能同時(shí)容納另一個(gè)攜帶肽鏈tRNA，即肽基tRNA（peptidyl-tRNA），并使之處于肽鍵易于生成位置上。

分子生物學(xué)從mrna到蛋白質(zhì)第71頁圖4-10真核生物細(xì)胞中發(fā)覺多聚核糖表達(dá)象。

核糖體分子中可容納兩個(gè)tRNA和約40bp長mRNA。

分子生物學(xué)從mrna到蛋白質(zhì)第72頁核糖體上最少有5個(gè)活性中心，即mRNA結(jié)合部位、結(jié)合或接收AA-tRNA部位（A位）、結(jié)合或接收肽基tRNA部位（P位）、肽基轉(zhuǎn)移部位及形成肽鍵部位（轉(zhuǎn)肽酶中心）。另外，還應(yīng)有負(fù)責(zé)肽鏈延伸各種延伸因子結(jié)合位點(diǎn)。

分子生物學(xué)從mrna到蛋白質(zhì)第73頁核糖體小亞基負(fù)責(zé)對(duì)模板mRNA進(jìn)行序列特異性識(shí)別，大亞基負(fù)責(zé)攜帶氨基酸及tRNA功效，肽鍵形成、AA-tRNA、肽基-tRNA結(jié)合等，A位、P位、轉(zhuǎn)肽酶中心等主要在大亞基上。

分子生物學(xué)從mrna到蛋白質(zhì)第74頁4.4蛋白質(zhì)合成生物學(xué)機(jī)制核糖體是蛋白質(zhì)合成場(chǎng)所，mRNA是蛋白質(zhì)合成模板，轉(zhuǎn)運(yùn)RNA是模板與氨基酸之間接合體。蛋白質(zhì)合成是一個(gè)需能反應(yīng)。真核生物中可能有近300種生物大分子參加蛋白質(zhì)生物合成，這些組分約占細(xì)胞干重35%。

分子生物學(xué)從mrna到蛋白質(zhì)第75頁細(xì)胞用來進(jìn)行合成代謝總能量90%消耗在蛋白質(zhì)合成過程中。大腸桿菌只需要5-6秒鐘就能合成一條由100個(gè)氨基酸組成多肽。蛋白質(zhì)生物合成包含氨基酸活化、肽鏈起始、延伸、終止以及新合成多肽鏈折疊和加工。分子生物學(xué)從mrna到蛋白質(zhì)第76頁表4-13蛋白質(zhì)合成各階段主要成份簡表

階段必需組分1．氨基酸活化20種氨基酸20種氨基酰-tRNA合成酶20種或更多tRNAATP，Mg2+2．肽鏈起始mRNAN-甲酰甲硫氨酰-tRNAmRNA上起始密碼子（AUG）核糖體小亞基核糖體大亞基GTP，Mg2+起始因子（IF-1，IF-2，IF-3）3．肽鏈延伸功效核糖體（起始復(fù)合物）AA-tRNA伸長因子GTP，Mg2+肽基轉(zhuǎn)移酶4．肽鏈終止ATPmRNA上終止密碼子釋放因子（RF-1，RF-2，RF-3）5．折疊和加工參加起始氨基酸切除、修飾等加工過程酶分子生物學(xué)從mrna到蛋白質(zhì)第77頁氨基酸生物學(xué)特征與生物合成

高等動(dòng)物不能合成大約二分之一氨基酸，只能從食物中獲取這些必需氨基酸（Essential）。表18-1人體必需氨基酸

非必需必需AlanineArginine*AsparagineHistidineAspartateIsoleucineCysteineLeucineGlutamateLysineGlutamineMethionineGlycinePhenylalanineProlineThreonineSerieTryptophanTyrosineValine*.哺乳期至幼兒期必需。分子生物學(xué)從mrna到蛋白質(zhì)第78頁表4-14參加蛋白質(zhì)合成20種氨基酸主要特征分析

分子生物學(xué)從mrna到蛋白質(zhì)第79頁分子生物學(xué)從mrna到蛋白質(zhì)第80頁圖4-1120種氨基酸結(jié)構(gòu)

分子生物學(xué)從mrna到蛋白質(zhì)第81頁谷氨酰胺合成酶是氮代謝中主要調(diào)控位點(diǎn)。銨經(jīng)過谷氨酸→谷氨酰胺被結(jié)合到有機(jī)物質(zhì)中。主要有兩步反應(yīng)：⑴Glutamate+ATP→γ-glutamylphosphate+ADP⑵γ-Glutamylphosphate+NH4+→glutamine+Pi+H+總結(jié)：Glutamyl+NH4++ATP→glutamine+ADP+Pi+H+分子生物學(xué)從mrna到蛋白質(zhì)第82頁Allosteric（變構(gòu)）regulationofGlutaminesynthetase

分子生物學(xué)從mrna到蛋白質(zhì)第83頁在大腸桿菌中，GS由12個(gè)相同亞基（50kDa）聚合而成，其活性既經(jīng)過構(gòu)象改變，也能經(jīng)過共價(jià)修飾方式得到調(diào)整。Alanine，Glycine和其它最少6種gln代謝產(chǎn)物都是GS活性變構(gòu)抑制劑，每個(gè)抑制劑都只有個(gè)別抑制作用。

分子生物學(xué)從mrna到蛋白質(zhì)第84頁除了Allostericregulation之外，Glutaminesynthetase活性還受共價(jià)修飾調(diào)整——InhibitionbyAdenylylation。AdditionofAMPtoTyr397.PII-UMPstimulatesdeadenylylationwhilePIIalonestimulatesadenylylationofGS.分子生物學(xué)從mrna到蛋白質(zhì)第85頁分子生物學(xué)從mrna到蛋白質(zhì)第86頁表22-1氨基酸合成六條主要路徑

分子生物學(xué)從mrna到蛋白質(zhì)第87頁分子生物學(xué)從mrna到蛋白質(zhì)第88頁分子生物學(xué)從mrna到蛋白質(zhì)第89頁4.4.1氨基酸活化

氨基酸必須在氨酰-tRNA合成酶作用下生成活化氨基酸—AA-tRNA。最少存在20種以上含有氨基酸專一性氨酰-tRNA合成酶，能夠識(shí)別并經(jīng)過氨基酸羧基與tRNA3’端腺苷酸核糖基上3’-OH縮水形成二酯鍵。同一氨酰-tRNA合成酶含有把相同氨基酸加到兩個(gè)或更多個(gè)帶有不一樣反密碼子tRNA分子上功效。分子生物學(xué)從mrna到蛋白質(zhì)第90頁在細(xì)菌中，起始氨基酸是甲酰甲硫氨酸，與核糖體小亞基結(jié)合是N-甲酰甲硫氨酸-tRNAfMet。真核生物中，任何一個(gè)多肽合成都是從生成甲硫氨酰-tRNAiMet開始。因?yàn)榧琢虬彼崽厥庑裕泽w內(nèi)存在兩種tRNAMet。甲硫氨酰-tRNAiMet才能與40S小亞基相結(jié)合，起始肽鏈合成，普通甲硫氨酰-tRNAMet只能延伸肽鏈。分子生物學(xué)從mrna到蛋白質(zhì)第91頁分子生物學(xué)從mrna到蛋白質(zhì)第92頁分子生物學(xué)從mrna到蛋白質(zhì)第93頁4.4.2翻譯起始

蛋白質(zhì)合成起始是指在模板mRNA編碼區(qū)5’端形成核糖體-mRNA-起始tRNA復(fù)合物并將甲酰甲硫氨酸放入核糖體P位點(diǎn)。原核生物中30S小亞基首先與mRNA模板相結(jié)合，再與fMet-tRNAfMet結(jié)合，最終與50S大亞基結(jié)合。分子生物學(xué)從mrna到蛋白質(zhì)第94頁真核生物中，40S小亞基首先與Met-tRNAiMet相結(jié)合，再與模板mRNA結(jié)合，最終與60S大亞基結(jié)合生成80S·mRNA·Met-tRNAiMet起始復(fù)合物。起始復(fù)合物生成除了GTP外，還需要Mg2+、NH4+及3個(gè)起始因子（IF-1、IF-2、IF-3）。分子生物學(xué)從mrna到蛋白質(zhì)第95頁圖4-12翻譯起始復(fù)合物形成(原核）分子生物學(xué)從mrna到蛋白質(zhì)第96頁第一步，30S小亞基與翻譯起始因子IF-1，IF-3結(jié)合，經(jīng)過SD序列與mRNA模板相結(jié)合。第二步，fMet-tRNAfMet在IF-2協(xié)同下進(jìn)入小亞基P位，tRNA上反密碼子與mRNA上起始密碼子配對(duì)。第三步，帶有tRNA、mRNA、三個(gè)翻譯起始因子小亞基復(fù)合物與50S大亞基結(jié)合，釋放翻譯起始因子。分子生物學(xué)從mrna到蛋白質(zhì)第97頁30S亞基含有專一性識(shí)別和選擇mRNA起始位點(diǎn)性質(zhì)，IF3幫助該亞基完成這種選擇。Shine及Dalgarno等證實(shí)幾乎全部原核生物mRNA上都有一個(gè)5’-AGGAGGU-3’序列，這個(gè)富嘌呤區(qū)與30S亞基上16SrRNA3’末端富嘧啶區(qū)5’-GAUCACCUCCUUA-3’相互補(bǔ)。分子生物學(xué)從mrna到蛋白質(zhì)第98頁圖4-13細(xì)菌mRNA分子上往往存在一個(gè)與16SrRNA3’末端相互補(bǔ)SD序列。

分子生物學(xué)從mrna到蛋白質(zhì)第99頁細(xì)菌核糖體上普通存在三個(gè)與氨基酰-tRNA結(jié)合位點(diǎn)，即A位點(diǎn)（aminoacylsite），P位點(diǎn)（peptidylsite）和E位點(diǎn)（Exitsite）。只有fMet-tRNAfMet能與第一個(gè)P位點(diǎn)相結(jié)合，其它全部tRNA都必須經(jīng)過A位點(diǎn)抵達(dá)P位點(diǎn)，再由E位點(diǎn)離開核糖體。

分子生物學(xué)從mrna到蛋白質(zhì)第100頁真核生物蛋白質(zhì)生物合成起始基礎(chǔ)與原核生物相同，只不過其核糖體較大，有較多起始因子，mRNA含有m7GpppNp帽子結(jié)構(gòu)，Met-tRNAiMet不甲?；?，mRNA分子5’端“帽子”和3’端多聚A都參加形成翻譯起始復(fù)合物（圖4-14）。分子生物學(xué)從mrna到蛋白質(zhì)第101頁圖4-14真核生物翻譯起始復(fù)合物形成。

分子生物學(xué)從mrna到蛋白質(zhì)第102頁4.4.3肽鏈延伸

生成起始復(fù)合物，第一個(gè)氨基酸（fMet/Met-tRNA）與核糖體結(jié)合以后，肽鏈開始伸長。按照mRNA模板密碼子排列，氨基酸經(jīng)過新生肽鍵方式（圖4-15）被有序地結(jié)合上去。肽鏈延伸中每個(gè)循環(huán)都包含AA-tRNA與核糖體結(jié)合、肽鍵生成和移位三步。分子生物學(xué)從mrna到蛋白質(zhì)第103頁圖4-15多肽鏈上肽鍵形成——縮合反應(yīng)。

分子生物學(xué)從mrna到蛋白質(zhì)第104頁1．后續(xù)AA-tRNA與核糖體結(jié)合

圖4-16細(xì)菌中肽鏈延伸第一步反應(yīng)：第二個(gè)氨基酰-tRNA結(jié)合。該氨基酰-tRNA首先與EF-Tu·GTP形成復(fù)合物，進(jìn)入核糖體A位，水解產(chǎn)生GDP并在EF-Ts作用下釋放GDP并使EF-Tu結(jié)合另一分子GTP，進(jìn)入新一輪循環(huán)。分子生物學(xué)從mrna到蛋白質(zhì)第105頁因?yàn)镋F-Tu只能與fMet-tRNA以外其它AA-tRNA起反應(yīng)，所以起始tRNA不會(huì)被結(jié)合到A位上，mRNA內(nèi)部AUG不會(huì)被起始tRNA讀出，肽鏈中間不會(huì)出現(xiàn)甲酰甲硫氨酸。分子生物學(xué)從mrna到蛋白質(zhì)第106頁2．肽鍵生成

圖4-17細(xì)菌中肽鏈延伸第二步反應(yīng)：肽鍵生成。分子生物學(xué)從mrna到蛋白質(zhì)第107頁在核糖體·mRNA·AA-tRNA復(fù)合物中，AA-tRNA占據(jù)A位，fMet-tRNAfMet占據(jù)P位。在肽基轉(zhuǎn)移酶（peptidyltransferase）催化下，A位上AA-tRNA轉(zhuǎn)移到P位，與fMet-tRNAfMet上氨基酸生成肽鍵。起始tRNA在完成使命后離開核糖體P位點(diǎn)，A位點(diǎn)準(zhǔn)備接收新AA-tRNA，開始下一輪合成反應(yīng)。

分子生物學(xué)從mrna到蛋白質(zhì)第108頁3．移位

肽鍵延伸最終一步是移位，即核糖體向mRNA3’端方向移動(dòng)一個(gè)密碼子。

分子生物學(xué)從mrna到蛋白質(zhì)第109頁圖4-18細(xì)菌中肽鏈延伸第三步反應(yīng)：移位。核糖體經(jīng)過EF-G介導(dǎo)GTP水解所提供能量向mRNA模板3’末端移動(dòng)一個(gè)密碼子，使二肽基-tRNA完全進(jìn)入P位,準(zhǔn)備開始新一輪肽鏈延伸。分子生物學(xué)從mrna到蛋白質(zhì)第110頁用嘌呤霉素作為抑制劑做試驗(yàn)表明，核糖體沿mRNA移動(dòng)與肽基-tRNA移位這兩個(gè)過程是耦聯(lián)。肽鏈延伸是由許多個(gè)這么反應(yīng)組成，原核生物中每次反應(yīng)共需3個(gè)延伸因子，EF-Tu、EF-Ts及EF-G，真核生物細(xì)胞需EF-1（對(duì)應(yīng)于EF-Tu、EF-Ts）及EF-2（相當(dāng)于EF-G），消耗2個(gè)GTP，向生長中肽鏈加上一個(gè)氨基酸。分子生物學(xué)從mrna到蛋白質(zhì)第111頁4.4.4肽鏈終止

當(dāng)終止密碼子UAA、UAG或UGA出現(xiàn)在核糖體A位時(shí)，沒有對(duì)應(yīng)AA-tRNA能與之結(jié)合，而釋放因子能識(shí)別這些密碼子并與之結(jié)合，水解P位上多肽鏈與tRNA之間二酯鍵，釋放新生肽鏈和tRNA，核糖體大、小亞基解體，蛋白質(zhì)合成結(jié)束。釋放因子RF含有GTP酶活性，它催化GTP水解，使肽鏈與核糖體解離。分子生物學(xué)從mrna到蛋白質(zhì)第112頁釋放因子有兩類。I類釋放因子識(shí)別終止密碼子，并能催化新合成多肽從P位點(diǎn)tRNA中水解釋放出來；II類釋放因子在多肽鏈釋放后刺激I類釋放因子從核糖體中解離出來。分子生物學(xué)從mrna到蛋白質(zhì)第113頁細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)存在三種釋放因子（或稱終止因子，RF1，RF2，RF3），RF1能識(shí)別UAG和UAA，RF2識(shí)別UGA和UAA。一旦RF與終止密碼相結(jié)合，它們就能誘導(dǎo)肽基轉(zhuǎn)移酶把一個(gè)水分子而不是氨基酸加到延伸中肽鏈上。RF3為II類釋放因子。真核細(xì)胞I類和II類釋放因子分別只有一個(gè)eRF1和eRF3。eRF1能識(shí)別三個(gè)終止密碼子。分子生物學(xué)從mrna到蛋白質(zhì)第114頁4.4.5蛋白質(zhì)前體加工

1、N端fMet或Met切除不論原核生物還是真核生物，N端甲硫氨酸往往在多肽鏈合成完成前就被切除。50%真核蛋白中，成熟蛋白N端殘基會(huì)被N-乙基化。2、二硫鍵形成mRNA中沒有胱氨酸密碼子，而不少蛋白質(zhì)都含有二硫鍵。蛋白質(zhì)合成后往往經(jīng)過兩個(gè)半胱氨酸氧化作用生成胱氨酸。分子生物學(xué)從mrna到蛋白質(zhì)第115頁3、特定氨基酸修飾氨基酸側(cè)鏈修飾作用包含磷酸化（如核糖體蛋白質(zhì)）、糖基化（如各種糖蛋白）、甲基化（如組蛋白、肌肉蛋白質(zhì)）、乙基化（如組蛋白）、羥基化（如膠原蛋白）和羧基化等，圖4-20是生物體內(nèi)最普通發(fā)生修飾作用氨基酸殘基及其修飾產(chǎn)物。分子生物學(xué)從mrna到蛋白質(zhì)第116頁圖4-20生物體內(nèi)最常見被修飾氨基酸及其修飾產(chǎn)物。

分子生物學(xué)從mrna到蛋白質(zhì)第117頁糖蛋白主要是蛋白質(zhì)側(cè)鏈上天冬氨酸、絲氨酸、蘇氨酸殘基加上糖基形成，膠原蛋白上脯氨酸和賴氨酸多數(shù)是羥基化。試驗(yàn)證實(shí)，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)可能是蛋白質(zhì)N-糖基化主要場(chǎng)所（圖4-22）。分子生物學(xué)從mrna到蛋白質(zhì)第118頁圖4-22內(nèi)質(zhì)網(wǎng)可能是蛋白質(zhì)N-糖基化主要場(chǎng)所。

分子生物學(xué)從mrna到蛋白質(zhì)第119頁4、切除新生肽鏈中非功效片段

如新合成胰島素前體是前胰島素原，必須先切去信號(hào)肽變成胰島素原，再切去C-肽，才變成有活性胰島素。脊髓灰質(zhì)炎病毒mRNA可翻譯成很長多肽鏈，含各種病毒蛋白，經(jīng)蛋白酶在特定位置上水解后得到幾個(gè)有功效蛋白質(zhì)分子。不少多肽類激素和酶前體如血纖維蛋白原、胰蛋白酶原都要經(jīng)過加工才能變?yōu)榛钚苑肿?。分子生物學(xué)從mrna到蛋白質(zhì)第120頁圖4-19新生蛋白質(zhì)經(jīng)蛋白酶切割后變成有功效成熟蛋白質(zhì)。左：新生蛋白質(zhì)在去掉N端一個(gè)別殘基后變成有功效蛋白質(zhì)；右：一些病毒或細(xì)菌可合成無活性多聚蛋白質(zhì)，經(jīng)蛋白酶切割后成為有功效成熟蛋白。分子生物學(xué)從mrna到蛋白質(zhì)第121頁圖4-21發(fā)生在小牛組蛋白H3前35個(gè)氨基酸殘基中4種化學(xué)修飾。

分子生物學(xué)從mrna到蛋白質(zhì)第122頁圖4-23前胰島素原蛋白翻譯后成熟過程示意圖。

分子生物學(xué)從mrna到蛋白質(zhì)第123頁圖4-24蜂毒蛋白只有經(jīng)蛋白酶水解切除N-端22個(gè)氨基酸以后才有生物活性。該胞外蛋白酶只能特異性切割X-Y2肽，其中X是丙氨酸，天門冬氨酸和谷氨酸，Y是丙氨酸或脯氨酸。分子生物學(xué)從mrna到蛋白質(zhì)第124頁4.4.6蛋白質(zhì)折疊

有些蛋白質(zhì)只有在另一些蛋白質(zhì)存在情況下才能正確折疊。分子伴侶是當(dāng)前研究較多能夠在細(xì)胞內(nèi)輔助新生肽鏈正確折疊蛋白質(zhì)。當(dāng)前認(rèn)為細(xì)胞最少有兩類分子伴侶家族：熱休克蛋白家族和伴侶素。分子生物學(xué)從mrna到蛋白質(zhì)第125頁4.4.7蛋白質(zhì)合成抑制劑

蛋白質(zhì)生物合成抑制劑主要是一些抗生素，如嘌呤霉素、鏈霉素、四環(huán)素、氯霉素、紅霉素等。另外，5-甲基色氨酸、環(huán)已亞胺、白喉毒素、蓖麻蛋白和其它核糖體滅活蛋白都能抑制蛋白質(zhì)合成。分子生物學(xué)從mrna到蛋白質(zhì)第126頁鏈霉素是一個(gè)堿性三糖，能干擾fMet-tRNA與核糖體結(jié)合，從而阻止蛋白質(zhì)合成正確起始，也會(huì)造成mRNA錯(cuò)讀。若以多聚（U）作模板，則除苯丙氨酸（UUU）外，異亮氨酸（AUU）也會(huì)被摻入。鏈霉素作用位點(diǎn)在30S亞基上。分子生物學(xué)從mrna到蛋白質(zhì)第127頁圖4-25幾個(gè)常見蛋白質(zhì)合成抑制劑結(jié)構(gòu)式。

分子生物學(xué)從mrna到蛋白質(zhì)第128頁嘌呤霉素是AA-tRNA結(jié)構(gòu)類似物，能結(jié)合在核糖體A位上，抑制AA-tRNA進(jìn)入。它所帶氨基也能與生長中肽鏈上羧基反應(yīng)生成肽鍵，反應(yīng)產(chǎn)物是一條3’羧基端掛了一個(gè)嘌呤霉素殘基小肽。分子生物學(xué)從mrna到蛋白質(zhì)第129頁圖4-26嘌呤霉素抑制蛋白質(zhì)合成分子機(jī)制。a.嘌呤霉素結(jié)構(gòu)類似于帶有氨基酰tRNA，能與核糖體A位點(diǎn)相結(jié)合；b.肽基嘌呤霉素。分子生物學(xué)從mrna到蛋白質(zhì)第130頁青霉素、四環(huán)素和紅霉素只與原核細(xì)胞核糖體發(fā)生作用，從而阻遏原核生物蛋白質(zhì)合成，抑制細(xì)菌生長。氯霉素和嘌呤霉素既能與原核細(xì)胞核糖體結(jié)合，又能與真核生物核糖體結(jié)合，妨礙細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)合成，影響細(xì)胞生長。分子生物學(xué)從mrna到蛋白質(zhì)第131頁4.5蛋白質(zhì)運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)制

因?yàn)榧?xì)胞各個(gè)別都有特定蛋白質(zhì)組分，所以合成蛋白質(zhì)必須準(zhǔn)確無誤地定向運(yùn)輸才能確保生命活動(dòng)正常進(jìn)行。若某個(gè)蛋白質(zhì)合成和運(yùn)轉(zhuǎn)是同時(shí)發(fā)生，則屬于翻譯運(yùn)轉(zhuǎn)同時(shí)機(jī)制；若蛋白質(zhì)從核糖體上釋放后才發(fā)生運(yùn)轉(zhuǎn)，則屬于翻譯后運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)制。這兩種運(yùn)轉(zhuǎn)方式都包括到蛋白質(zhì)分子內(nèi)特定區(qū)域與細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)相互關(guān)系。分子生物學(xué)從mrna到蛋白質(zhì)第132頁表4-15幾類主要蛋白質(zhì)運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)制蛋白性質(zhì)運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)制主要類型分泌蛋白質(zhì)在結(jié)合核糖體上合成，以翻譯運(yùn)轉(zhuǎn)同時(shí)機(jī)制運(yùn)輸免疫球蛋白、卵蛋白、水解酶、激素等細(xì)胞器發(fā)育蛋白質(zhì)在游離核糖體上合成，以翻譯后運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)制運(yùn)輸核、葉綠體、線粒體、乙醛酸循環(huán)體、過氧化物酶體等細(xì)胞器中蛋白質(zhì)膜形成兩種機(jī)制兼有質(zhì)膜、內(nèi)織網(wǎng)、類囊體中蛋白質(zhì)分子生物學(xué)從mrna到蛋白質(zhì)第133頁4.5.1翻譯-運(yùn)轉(zhuǎn)同時(shí)機(jī)制

蛋白質(zhì)定位信息存在于本身結(jié)構(gòu)中，并經(jīng)過與膜上特殊受體相互作用得以表示。信號(hào)序列在結(jié)合核糖體上合成后便與膜上特定受體相互作用，產(chǎn)生通道，允許這段多肽在延長同時(shí)穿過膜結(jié)構(gòu)（圖4-28）。所以，這種方式是邊翻譯邊跨膜運(yùn)轉(zhuǎn)。分子生物學(xué)從mrna到蛋白質(zhì)第134頁圖4-28蛋白質(zhì)經(jīng)過其N-端信號(hào)肽在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中運(yùn)轉(zhuǎn)到不一樣細(xì)胞器。

分子生物學(xué)從mrna到蛋白質(zhì)第135頁絕大個(gè)別被運(yùn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)腔蛋白質(zhì)都帶有一個(gè)信號(hào)肽，位于蛋白質(zhì)氨基末端（13-36個(gè)殘基）：（1）普通帶有10-15個(gè)疏水氨基酸；（2）在靠近該序列N-端經(jīng)常有1個(gè)或數(shù)個(gè)帶正電荷氨基酸；（3）在其C-末端靠近蛋白酶切割位點(diǎn)處經(jīng)常帶有數(shù)個(gè)極性氨基酸，離切割位點(diǎn)最近那個(gè)氨基酸往往帶有很短側(cè)鏈（丙氨酸或甘氨酸）。分子生物學(xué)從mrna到蛋白質(zhì)第136頁分子生物學(xué)從mrna到蛋白質(zhì)第137頁分泌蛋白生物合成開始于結(jié)合核糖體，翻譯進(jìn)行到50～70個(gè)氨基酸殘基時(shí)，信號(hào)肽從核糖體大亞基上露出，與粗糙內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上受體相結(jié)合。信號(hào)肽過膜后被水解，新生肽隨之經(jīng)過蛋白孔道穿越疏水雙層磷脂。一旦核糖體移到mRNA“終止”密碼子，蛋白質(zhì)合成即告完成，翻譯體系解散，膜上蛋白孔道消失，核糖體重新處于自由狀態(tài)。分子生物學(xué)從mrna到蛋白質(zhì)第138頁SRP（信號(hào)識(shí)別蛋白）能同時(shí)識(shí)別需要經(jīng)過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)新生肽和自由核糖體，并造成該多肽合成暫時(shí)終止（此時(shí)新生肽普通長約70個(gè)殘基左右）。SRP-信號(hào)肽-多核糖體復(fù)合物即被引向內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜并與