第十二章蛋白質(zhì)生物合成

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(gè)階段：起始，延長(zhǎng)，終止。當(dāng)前第1頁(yè)\共有59頁(yè)\編于星期六\7點(diǎn)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(dá)時(shí)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。當(dāng)前第2頁(yè)\共有59頁(yè)\編于星期六\7點(diǎn)遺傳密碼（又稱密碼子，簡(jiǎn)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(gè)相鄰的核苷酸組成一個(gè)三聯(lián)密碼即遺傳密碼。可組成64種不同的密碼。包含：20種氨基酸，起始密碼，終止密碼。當(dāng)前第3頁(yè)\共有59頁(yè)\編于星期六\7點(diǎn)背景環(huán)境分析當(dāng)前第4頁(yè)\共有59頁(yè)\編于星期六\7點(diǎn)

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(jī)：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(zhǎng)因子、釋放因子等能源物質(zhì)：ATP、GTP無機(jī)離子：Mg2+、K+背景環(huán)境分析當(dāng)前第5頁(yè)\共有59頁(yè)\編于星期六\7點(diǎn)（一）mRNA是遺傳信息的攜帶者mRNA來源、生物遺傳信息儲(chǔ)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(gè)堿基代表一個(gè)氨基酸，三個(gè)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)境分析當(dāng)前第6頁(yè)\共有59頁(yè)\編于星期六\7點(diǎn)遺傳密碼表背景環(huán)境分析當(dāng)前第7頁(yè)\共有59頁(yè)\編于星期六\7點(diǎn)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)境分析當(dāng)前第8頁(yè)\共有59頁(yè)\編于星期六\7點(diǎn)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(diǎn)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)境分析當(dāng)前第9頁(yè)\共有59頁(yè)\編于星期六\7點(diǎn)遺傳密碼的特點(diǎn)：1．連續(xù)性編碼蛋白質(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)境分析當(dāng)前第10頁(yè)\共有59頁(yè)\編于星期六\7點(diǎn)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)境分析當(dāng)前第11頁(yè)\共有59頁(yè)\編于星期六\7點(diǎn)2.方向性翻譯時(shí)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)境分析當(dāng)前第12頁(yè)\共有59頁(yè)\編于星期六\7點(diǎn)3．簡(jiǎn)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(jiǎn)并性。實(shí)際上，除色氨酸與蛋氨酸（由一個(gè)密碼編碼）外，其余氨基酸均由兩個(gè)或兩個(gè)以上的密碼編碼（2～6個(gè)）。背景環(huán)境分析當(dāng)前第13頁(yè)\共有59頁(yè)\編于星期六\7點(diǎn)各種氨基酸的密碼子數(shù)目背景環(huán)境分析當(dāng)前第14頁(yè)\共有59頁(yè)\編于星期六\7點(diǎn)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(duì)密碼子具有偏愛性。背景環(huán)境分析當(dāng)前第15頁(yè)\共有59頁(yè)\編于星期六\7點(diǎn)（二）tRNA是搬運(yùn)氨基酸的工具

1.tRNA的結(jié)構(gòu)

背景環(huán)境分析當(dāng)前第16頁(yè)\共有59頁(yè)\編于星期六\7點(diǎn)tRNA分子中與蛋白質(zhì)合成有關(guān)的位點(diǎn)：1）氨基酸結(jié)合位點(diǎn)；2）氨酰-tRNA合成酶識(shí)別位點(diǎn)；3）核糖體識(shí)別位點(diǎn)；4）反密碼位點(diǎn)：反密碼與密碼結(jié)合時(shí)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(duì)。背景環(huán)境分析當(dāng)前第17頁(yè)\共有59頁(yè)\編于星期六\7點(diǎn)當(dāng)前第18頁(yè)\共有59頁(yè)\編于星期六\7點(diǎn)

反密碼與密碼配對(duì)時(shí)，反密碼的第2、3位堿基分別與密碼的第2、1位堿基配對(duì)時(shí)嚴(yán)格遵循堿基配對(duì)規(guī)則（即A與U、G與C配對(duì)），而反密碼的第1位堿基與密碼的第3位堿基配對(duì)時(shí)不嚴(yán)格遵循堿基配對(duì)規(guī)則，后者成為擺動(dòng)配對(duì)或不穩(wěn)定配對(duì)（wobblebasepair）。當(dāng)前第19頁(yè)\共有59頁(yè)\編于星期六\7點(diǎn)擺動(dòng)配對(duì)情況通過擺動(dòng)配對(duì)，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(dòng)配對(duì)的存在對(duì)于保持生物物種的穩(wěn)定具有重要意義。當(dāng)前第20頁(yè)\共有59頁(yè)\編于星期六\7點(diǎn)tRNA是氨基酸與遺傳密碼間的適配器當(dāng)前第21頁(yè)\共有59頁(yè)\編于星期六\7點(diǎn)2.氨酰-tRNA

各種氨基酸和對(duì)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(zhǎng)甲硫氨酰-tRNA：Met-tRNAeMet當(dāng)前第22頁(yè)\共有59頁(yè)\編于星期六\7點(diǎn)

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(yùn)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。當(dāng)前第23頁(yè)\共有59頁(yè)\編于星期六\7點(diǎn)(三)核糖體是蛋白質(zhì)生物合成的場(chǎng)所核糖體是肽鏈合成的“裝配機(jī)”。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(hào)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)。當(dāng)前第24頁(yè)\共有59頁(yè)\編于星期六\7點(diǎn)

不同細(xì)胞核蛋白體的組成當(dāng)前第25頁(yè)\共有59頁(yè)\編于星期六\7點(diǎn)

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?；课唬?jiǎn)稱A位;有結(jié)合肽酰-tRNA的部位，稱為肽酰基部位，簡(jiǎn)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(zhǎng)因子依賴的GTP酶活性。

A位和P位呈緊密相鄰，每個(gè)部位的寬度正好相當(dāng)于mRNA上一個(gè)遺傳密碼的寬度。當(dāng)前第26頁(yè)\共有59頁(yè)\編于星期六\7點(diǎn)當(dāng)前第27頁(yè)\共有59頁(yè)\編于星期六\7點(diǎn)當(dāng)前第28頁(yè)\共有59頁(yè)\編于星期六\7點(diǎn)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(bǔ)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(hào)的上游。當(dāng)前第29頁(yè)\共有59頁(yè)\編于星期六\7點(diǎn)原核生物mRNA的S-D序列及其與16SrRNA的結(jié)合當(dāng)前第30頁(yè)\共有59頁(yè)\編于星期六\7點(diǎn)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(yùn)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

當(dāng)前第31頁(yè)\共有59頁(yè)\編于星期六\7點(diǎn)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(yùn)（準(zhǔn)備階段）肽鏈合成的起始肽鏈的延長(zhǎng)肽鏈的終止翻譯后的加工修飾當(dāng)前第32頁(yè)\共有59頁(yè)\編于星期六\7點(diǎn)

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(yùn)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(jìn)行。當(dāng)前第33頁(yè)\共有59頁(yè)\編于星期六\7點(diǎn)氨基酸＋ATP-E氨基酰-AMP-E＋PPi

第一步反應(yīng)當(dāng)前第34頁(yè)\共有59頁(yè)\編于星期六\7點(diǎn)第二步反應(yīng)氨基酰-AMP-E＋tRNA氨基酰-tRNA＋AMP＋E當(dāng)前第35頁(yè)\共有59頁(yè)\編于星期六\7點(diǎn)

氨基酰-tRNA合成酶對(duì)底物氨基酸和tRNA都有高度特異性。絕對(duì)專一性：

1個(gè)A.A對(duì)應(yīng)1個(gè)氨基酰tRNA合成酶催化反應(yīng)：活化A.A-活化“-COOH”，消耗2個(gè)ATP，產(chǎn)物—氨酰tRNA酶的兩個(gè)位點(diǎn)：結(jié)合位點(diǎn)-結(jié)合正確的A.A，活化水解位點(diǎn)-保證A.A序列的正確性(校正活性)氨基酰-tRNA合成酶當(dāng)前第36頁(yè)\共有59頁(yè)\編于星期六\7點(diǎn)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。當(dāng)前第37頁(yè)\共有59頁(yè)\編于星期六\7點(diǎn)指在mRNA模板的指導(dǎo)下，氨基酸依次進(jìn)入核蛋白體并聚合成多肽鏈的過程。1.進(jìn)位/注冊(cè)2.轉(zhuǎn)肽3.移位

三、肽鏈延長(zhǎng)階段肽鏈延長(zhǎng)在核蛋白體上連續(xù)循環(huán)式進(jìn)行，包括以下三步：每輪循環(huán)使多肽鏈增加一個(gè)氨基酸殘基。當(dāng)前第38頁(yè)\共有59頁(yè)\編于星期六\7點(diǎn)1.進(jìn)位

又稱注冊(cè)，是指一個(gè)氨基酰-tRNA按照mRNA模板的指令進(jìn)入并結(jié)合到核蛋白體A位的過程。當(dāng)前第39頁(yè)\共有59頁(yè)\編于星期六\7點(diǎn)

進(jìn)位需要延長(zhǎng)因子EF-Tu與EF-Ts參與。

當(dāng)前第40頁(yè)\共有59頁(yè)\編于星期六\7點(diǎn)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的肽酰基轉(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。當(dāng)前第41頁(yè)\共有59頁(yè)\編于星期六\7點(diǎn)3.移位

轉(zhuǎn)位是在轉(zhuǎn)位酶（延長(zhǎng)因子EF-G）的催化下，核蛋白體向mRNA的3′-端移動(dòng)一個(gè)密碼子的距離，使mRNA序列上的下一個(gè)密碼子進(jìn)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(zhǎng)因子EF-G參與。當(dāng)前第42頁(yè)\共有59頁(yè)\編于星期六\7點(diǎn)進(jìn)位移位成肽肽鏈合成延長(zhǎng)(核蛋白體循環(huán))過程當(dāng)前第43頁(yè)\共有59頁(yè)\編于星期六\7點(diǎn)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。當(dāng)前第44頁(yè)\共有59頁(yè)\編于星期六\7點(diǎn)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(shí)別終止密碼子RF-1特異識(shí)別UAA、UAG；RF-2特異識(shí)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。當(dāng)前第45頁(yè)\共有59頁(yè)\編于星期六\7點(diǎn)原核肽鏈合成終止過程

當(dāng)前第46頁(yè)\共有59頁(yè)\編于星期六\7點(diǎn)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。當(dāng)前第47頁(yè)\共有59頁(yè)\編于星期六\7點(diǎn)幾種加工修飾方法1、水解修飾的作用2、個(gè)別氨基酸殘基的共價(jià)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當(dāng)前第48頁(yè)\共有59頁(yè)\編于星期六\7點(diǎn)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(jí)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(gè)）

分子病是一種遺傳病當(dāng)前第49頁(yè)\共有59頁(yè)\編于星期六\7點(diǎn)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。當(dāng)前第50頁(yè)\共有59頁(yè)\編于星期六\7點(diǎn)干擾素抑制病毒的作用機(jī)制有兩方面：一是干擾素在某些病毒雙鏈RNA存在時(shí)，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。當(dāng)前第51頁(yè)\共有59頁(yè)\編于星期六\7點(diǎn)干擾素的作用機(jī)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磷酸酶當(dāng)前第52頁(yè)\共有59頁(yè)\編于星期六\7點(diǎn)2.