蛋白質(zhì)的生物合成-

§1TheGeneticCode§2ProteinBiosynthesis當(dāng)前1頁，共60頁，星期一。第一頁，共六十頁?！?TheGeneticCode1944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開始時(shí)用人工合成的mRNA在無細(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)。當(dāng)前2頁，共60頁，星期一。第二頁，共六十頁。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。當(dāng)前3頁，共60頁，星期一。第三頁，共六十頁。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）簡并性(degeneracy)：同義密碼子(synonymouscodon)（6）變偶性（擺動(dòng)性）(wobble)：密碼的簡并性往往表現(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（wobblehypothesis）

（7）偏倚性：蛋白質(zhì)生物合成時(shí)對(duì)簡并密碼子的使用頻率不同。當(dāng)前4頁，共60頁，星期一。第四頁，共六十頁。However,wereportthatonecodoncancodefortwodifferentaminoacidswiththechoiceoftheinsertedaminoaciddeterminedbyaspecific3'untranslatedregionstructureandlocationofthedual-functioncodonwithinthemessengerRNA(mRNA).WefoundthatthecodonUGAspecifiesinsertionofselenocysteineandcysteineintheciliate

Euplotescrassus,that……….Thus,thegeneticcodesupportstheuseofonecodontocodeformultipleaminoacids.纖毛蟲

Science9January2009:

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

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

當(dāng)前5頁，共60頁，星期一。第五頁，共六十頁?！?ProteinBiosynthesis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)的生物合成當(dāng)前6頁，共60頁，星期一。第六頁，共六十頁。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)當(dāng)前7頁，共60頁，星期一。第七頁，共六十頁。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，一類與細(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。線粒體、葉綠體也有自己的核糖體。

1.核糖體：肽鏈合成的場所當(dāng)前8頁，共60頁，星期一。第八頁，共六十頁。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)合成的場所。當(dāng)前9頁，共60頁，星期一。第九頁，共六十頁。當(dāng)前10頁，共60頁，星期一。第十頁，共六十頁。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?；奈恢谩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)：當(dāng)前11頁，共60頁，星期一。第十一頁，共六十頁。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?；奈恢谩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)當(dāng)前12頁，共60頁，星期一。第十二頁，共六十頁。Nature：核糖體解碼原理新發(fā)現(xiàn)法國斯特拉斯堡大學(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位點(diǎn)，該tRNA便會(huì)被排除。Anewunderstandingofthedecodingprincipleontheribosome當(dāng)前13頁，共60頁，星期一。第十三頁，共六十頁。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。當(dāng)前14頁，共60頁，星期一。第十四頁，共六十頁。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．?dāng)前15頁，共60頁，星期一。第十五頁，共六十頁。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種當(dāng)前16頁，共60頁，星期一。第十六頁，共六十頁。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酸酐鍵當(dāng)前17頁，共60頁，星期一。第十七頁，共六十頁。AA-AMP注意是AA的羧基端連接當(dāng)前18頁，共60頁，星期一。第十八頁，共六十頁。3.mRNA——翻譯的模板原核生物多順反子(polycistron)

；真核生物單順反子(singlecistron)

。遺傳密碼與開放閱讀框（openreadingframe,ORF）

...AUGCGUCCAUGCAUACAC....UAA...開放閱讀框當(dāng)前19頁，共60頁，星期一。第十九頁，共六十頁。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。當(dāng)前20頁，共60頁，星期一。第二十頁，共六十頁。當(dāng)前21頁，共60頁，星期一。第二十一頁，共六十頁。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（elongation）翻譯的終止（termination）翻譯后的折疊加工（foldingprocessing）當(dāng)前22頁，共60頁，星期一。第二十二頁，共六十頁。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.....當(dāng)前23頁，共60頁，星期一。第二十三頁，共六十頁。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-甲酰甲硫氨酸當(dāng)前24頁，共60頁，星期一。第二十四頁，共六十頁。fMet-

tRNAfMetMet-tRNAfMet轉(zhuǎn)甲酰基酶N10-甲酰四氫葉酸當(dāng)前25頁，共60頁，星期一。第二十五頁，共六十頁。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肽鏈合成的起始過程fMetfMet當(dāng)前26頁，共60頁，星期一。第二十六頁，共六十頁。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當(dāng)前27頁，共60頁，星期一。第二十七頁，共六十頁。起始作用的氨基酰-tRNA核糖體：肽鏈合成的場所當(dāng)前46頁，共60頁，星期一。翻譯的終止（termination）翻譯的延長（elongation）辨認(rèn)真核生物mRNA帽子結(jié)構(gòu)的主要蛋白因子是：第四十二頁，共六十頁。第三十七頁，共六十頁。SRP還有暫停蛋白質(zhì)合成的作用。形成一個(gè)肽鍵需要：第二十七頁，共六十頁。tRNA必須具備倒L型的三級(jí)結(jié)構(gòu)才具有攜帶氨酰基的功能。P位：肽酰結(jié)合位（peptidylsite，給位）TheShine-DalgarnosequenceofthemRNApairswithasequencenearthe3′endofthe16SrRNA.TheShine-DalgarnosequenceofthemRNApairswithasequencenearthe3′endofthe16SrRNA.P位對(duì)準(zhǔn)起始密碼子AUG當(dāng)前28頁，共60頁，星期一。第二十八頁，共六十頁。起始全過程注意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)合物的形成當(dāng)前29頁，共60頁，星期一。第二十九頁，共六十頁。3.肽鏈的延長：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+當(dāng)前30頁，共60頁，星期一。第三十頁，共六十頁。進(jìn)位Ts循環(huán)進(jìn)入A位!當(dāng)前31頁，共60頁，星期一。第三十一頁，共六十頁。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)肽鍵當(dāng)前32頁，共60頁，星期一。第三十二頁，共六十頁。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。當(dāng)前33頁，共60頁，星期一。第三十三頁，共六十頁。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，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離開核糖體。當(dāng)前34頁，共60頁，星期一。第三十四頁，共六十頁。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？當(dāng)前35頁，共60頁，星期一。第三十五頁，共六十頁。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)高能磷酸鍵當(dāng)前36頁，共60頁，星期一。第三十六頁，共六十頁。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分子每延長一個(gè)AA殘基需要消耗4個(gè)高能磷酸當(dāng)前37頁，共60頁，星期一。第三十七頁，共六十頁。原核生物轉(zhuǎn)錄與翻譯偶聯(lián)當(dāng)前38頁，共60頁，星期一。第三十八頁，共六十頁。多核糖體翻譯過程中，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。當(dāng)前39頁，共60頁，星期一。第三十九頁，共六十頁。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當(dāng)前40頁，共60頁，星期一。第四十頁，共六十頁。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，主要是通過保護(hù)暴露到溶劑中的蛋白質(zhì)疏水表面，以及通過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程中特異性的步驟。當(dāng)前41頁，共60頁，星期一。第四十一頁，共六十頁。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的形成亞基的聚合當(dāng)前42頁，共60頁，星期一。第四十二頁，共六十頁。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)性的影響當(dāng)前43頁，共60頁，星期一。第四十三頁，共六十頁。第三十三頁，共六十頁。（3）70S起始復(fù)合物的形成第三十三頁，共六十頁。由氨基酰-tRNA合成酶催化（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。核糖體：肽鏈合成的場所mRNA5'-帽子結(jié)構(gòu)當(dāng)前19頁，共60頁，星期一。當(dāng)前20頁，共60頁，星期一。當(dāng)前46頁，共60頁，星期一。氨酰-tRNA合成酶催化tRNA氨?；?dāng)前21頁，共60頁，星期一。當(dāng)前11頁，共60頁，星期一。tRNA必須具備倒L型的三級(jí)結(jié)構(gòu)才具有攜帶氨酰基的功能。當(dāng)前50頁，共60頁，星期一。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。

當(dāng)前44頁，共60頁，星期一。第四十四頁，共六十頁。兩類核糖體

游離核糖體：翻譯后定位于胞內(nèi)（胞漿、線粒體、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。此類蛋白質(zhì)通過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體并隨后通過細(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。當(dāng)前45頁，共60頁，星期一。第四十五頁，共六十頁。蛋白質(zhì)合成后定向到達(dá)其執(zhí)行功能的目標(biāo)地稱靶向輸送（proteintargeting）蛋白質(zhì)合成后透過膜性結(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。當(dāng)前46頁，共60頁，星期一。第四十六頁，共六十頁。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)當(dāng)前47頁，共60頁，星期一。第四十七頁，共六十頁。分泌性蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)：信號(hào)假說☆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)。

當(dāng)前48頁，共60頁，星期一。第四十八頁，共六十頁。END當(dāng)前49頁，共60頁，星期一。第四十九頁，共六十頁。能力自測題生物合成蛋白質(zhì)不需要：

A.DNAB.mRNAC.tRNAD.rRNAE.GTP當(dāng)前50頁，共60頁，星期一。第五十頁，共六十頁。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.遺傳密碼無方向性當(dāng)前51頁，共60頁，星期一。第五十一頁，共六十頁。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合成酶專一性低E.一種氨基酸有2～6種特異tRNA當(dāng)前52頁，共60頁，星期一。第五十二頁，共六十頁。與原核細(xì)胞翻譯起始無關(guān)的結(jié)構(gòu)是：A.fMet-tRNAf

met

B.S-D序列C.eIF-3D.30S小亞基E.50S大亞基當(dāng)前53頁，共60頁，星期一。第五十三頁，共六十頁。與真核細(xì)胞翻譯起始無關(guān)的是：A.CBPB.mRNA5'-帽子結(jié)構(gòu)C.ATPD.Met-tRNAI

met

E.rps-1當(dāng)前54頁，共60頁，星期一。第五十四頁，共六十頁。mRNA5'-帽子結(jié)構(gòu)Thus,thegeneticcodesupportstheuseofonecodontocodeformultipleaminoacids.核糖體：肽鏈合成的場所當(dāng)前58頁，共60頁，星期一。（3）70S起始復(fù)合