第十三章蛋白質的生物合成(翻譯)

蛋白質的生物合成，即翻譯，就是將核酸中由4種核苷酸序列編碼的遺傳信息，通過遺傳密碼破譯的方式解讀為蛋白質一級結構中20種氨基酸的序列。(ProteinBiosynthesis，Translation)第一節蛋白質生物合成體系

2.20種編碼氨基酸作為原料。3.酶及眾多蛋白因子，如IF、eIF。4.ATP、GTP、無機離子。(一)合成原料1.三種RNAmRNA(信使RNA)rRNA(核糖體RNA)tRNA(轉運RNA)一、蛋白質生物合成的原料和所需酶類(ProteinBiosynthesisSystem)(二)酶及蛋白因子1．氨基酰-tRNA合成酶

ATP存在下合成氨基酰-tRNA，具有絕對特異性。2．轉肽酶

催化核糖體“P位”上的肽酰基轉移至“A位”的氨基酰-tRNA的氨基上，使酰基與氨基縮合形成肽鍵。3．轉位酶

催化核糖體向mRNA的3′端移動定位于“A位”。4．蛋白因子

起始因子(initiationfactor，IF);延長因子(elongationfactor，EF);釋放因子（releasingfactor，RF）。5．能量物質及離子

能量物質為ATP和GTP；無機離子有Mg2+和K+等。原核生物的多順反子真核生物的單順反子非編碼序列核糖體結合位點起始密碼子終止密碼子編碼序列PPP53蛋白質mG-53蛋白質PPP(二)遺傳密碼及其特點(1)mRNA分子上從5至3方向，由AUG開始，每3個核苷酸為一組，決定肽鏈上某一個氨基酸或蛋白質合成的起始、終止信號，稱為三聯體密碼(tripletcoden)。(2)起始密碼(initiationcoden):AUG(3)終止密碼(terminationcoden):UAAUAGUGA(4)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，各個三聯體密碼連續排列編碼一個蛋白質多肽鏈，稱為開放閱讀框架(openreadingframe,ORF)。

1.連續性(commaless)第一個核苷酸第二個核苷酸第三個核苷酸UCAGU苯丙氨酸苯丙氨酸亮氨酸亮氨酸絲氨酸絲氨酸絲氨酸絲氨酸酪氨酸酪氨酸終止密碼終止密碼半胱氨酸半胱氨酸終止密碼色氨酸UCAGC亮氨酸亮氨酸亮氨酸亮氨酸脯氨酸脯氨酸脯氨酸脯氨酸組氨酸組氨酸谷氨酰胺谷氨酰胺精氨酸精氨酸精氨酸精氨酸UCAGA異亮氨酸異亮氨酸異亮氨酸甲硫氨酸蘇氨酸蘇氨酸蘇氨酸蘇氨酸天冬酰胺天冬酰胺賴氨酸賴氨酸絲氨酸絲氨酸精氨酸精氨酸UCAGG纈氨酸纈氨酸纈氨酸纈氨酸丙氨酸丙氨酸丙氨酸丙氨酸天冬氨酸天冬氨酸谷氨酸谷氨酸甘氨酸甘氨酸甘氨酸甘氨酸UCAG遺傳密碼表4.通用性(universal)5.擺動性(wobble)轉運氨基酸的tRNA的反密碼需要通過堿基互補與mRNA上的遺傳密碼反向配對結合，但反密碼與密碼間不嚴格遵守常見的堿基配對規律，稱為擺動配對。(1)整套密碼從原核生物到人類都通用，但動物細胞的線粒體、植物細胞的葉綠體例外。(2)密碼的通用性證明各種生物進化自同一祖先。起始密碼子位于mRNA鏈的5′-端，終止密碼子位于3′-端，翻譯時沿5′→3′方向進行，直到終止密碼子為止，相應多肽鏈的合成從N端向C端延伸。3.方向性(direction)密碼子、反密碼子配對的擺動現象tRNA反密碼子第1位堿基IUGACmRNA密碼子第3位堿基U,C,AA,GU,CUGAUCU原核生物真核生物核糖體小亞基大亞基核糖體小亞基大亞基S70S30S50S80S40S60SrRNA16S-rRNA5S-rRNA23S-rRNA18S-rRNA28S-rRNA5S-rRNA5.8S-rRNA蛋白質rpS21種rpL36種rpS33種rpL49種

不同細胞核糖體的組成

核糖體三、rRNA與核糖體(一)核糖體由大、小兩個亞基組成，是蛋白質合成的場所。四、tRNA與氨基酸的活化(一)氨基酸的活化1.氨基酰-tRNA合成氨基酸+tRNA氨基酰-tRNAATP

AMP＋PPi氨基酰-tRNA合成酶

2.氨基酰-tRNA合成酶對氨基酸和tRNA特異性高；具有校正活性。氨基酰-tRNA的表示方法：Ala-tRNAAla、Ser-tRNASer、Met-tRNAMet

真核生物：Met-tRNAiMet原核生物：fMet-tRNAifMet(二)起始肽鏈合成的氨基酰-tRNA1.第一步反應氨基酸＋ATP-E氨基酰-AMP-E＋PPi

2.第二步反應氨基酰-AMP-E＋tRNA

氨基酰-tRNA＋AMP＋E一、原核生物翻譯過程1.核糖體大小亞基分離；2.mRNA在小亞基定位結合；3.起始氨基酰-tRNA的結合；4.核糖體大亞基結合。指mRNA和起始氨基酰-tRNA分別與核糖體結合而形成翻譯起始復合物

(translationalinitiationcomplex)。(一)起始IF-3IF-11.核糖體大小亞基分離AUG5'3'IF-3IF-12.mRNA在小亞基定位結合IF-3IF-1IF-2GTP3.起始氨基酰tRNA(fMet-tRNAimet)結合到小亞基AUG5'3'IF-3IF-1IF-2GTPGDPPi4.核糖體大亞基結合，起始復合物形成AUG5'3'IF-3IF-1AUG5'3'IF-2GTPIF-2-GTPGDPPi翻譯起始階段總結1.進位(注冊,registration)(1)fMet-tRNAfMet占據P位，A位空缺。(2)第2個密碼子相應的氨基酰-tRNA與EF-Tu-GTP結合，其反密碼子識別密碼子，進入A位。(3)EF-Tu水解GTP，EF-Tu和GDP從核糖體釋出，重新形成Tu-Ts二聚體。TuTsGTPGDPAUG5'3'TuTsGTPfMetAUG5'3'fMetTuGTP進位轉位成肽1.當mRNA上終止密碼出現后，多肽鏈合成停止，肽鏈從肽酰-tRNA中釋出，mRNA、核糖體等分離的過程。

(三)終止2.識別終止密碼，RF-1特異識別UAA、UAG；而RF-2可識別UAA、UGA。3.誘導改變轉肽酶的酯酶活性為水解活性，使肽鏈從核糖體上釋放。UAG5'3'RFCOO-與原核生物相比，真核生物肽鏈延長過程有不同的反應體系和延長因子。真核細胞核糖體沒有E位，轉位時卸載的tRNA直接從P位脫落。(二)延長(三)終止與原核生物相比，真核生物翻譯終止只有一種釋放因子eRF，可識別所有終止密碼子。(一)起始二、真核生物翻譯過程1.核糖體大小亞基分離；2.起始氨基酰-tRNA結合；3.mRNA在核糖體小亞基就位；4.核糖體大亞基結合。原核先就位，后結合；真核先結合，后就位met40S60SMetMet40S60SmRNAeIF-2B、eIF-3、eIF-6①elF-3②GDP+Pi各種elF釋放elF-5④ATPADP+PielF4E,elF4G,elF4A,elF4B,PAB③MetMet-tRNAiMet-elF-2

-GTP真核生物翻譯起始復合物形成過程(二)使蛋白質合成高速、高效進行。電鏡下的多聚核糖體現象三、多聚核糖體(polysome)(一)指多個核糖體附在同一條mRNA上合成蛋白質而形成的串珠狀聚合物。

四、翻譯后加工和輸送新生多肽鏈需要酶和其他蛋白質輔助，經過折疊、修飾等加工才能轉變為天然構象的功能蛋白質。(一)多肽鏈折疊為天然構象的功能蛋白質(1)熱休克蛋白(HSP):HSP70、HSP40和GreE族(2)伴侶素(chaperonins):GroEL和GroES家族2.蛋白二硫鍵異構酶(PDI)3.肽-脯氨酰順反異構酶(PPI)1.分子伴侶鴉片促黑皮質素原(POMC)的水解修飾NC信號肽PMOCKRKR103肽(？)ACTH-LT-MSH-MSHEndophin(二)一級結構的修飾1.肽鏈N端的修飾2.個別氨基酸的修飾3.多肽鏈的水解修飾(三)高級結構的修飾

(四)蛋白質合成后的靶向輸送1.指蛋白質合成后需定向輸送到發揮功能的細胞靶部位的過程。

2.新生分泌蛋白的N端，可引導其自身轉移到細胞靶部位的保守氨基酸序列，稱信號序列(signalsequence)或信號肽(signalpeptide)。1．亞基的聚合如血紅蛋白通過非共價鍵將亞基聚合成寡聚體。2．輔基的連接如糖蛋白、脂蛋白、各種酶等，合成后需與輔基連接，才具有活性。3．疏水脂鏈的共價連接如Ras蛋白、G蛋白等需嵌入疏水雙層膜脂，才具有活性。五、蛋白質生物合成與醫學

(一)分子病由于基因突變導致蛋白質一級結構的改變，進而引起生物體某些結構和功能的異常，這種疾病稱為分子病。分子病最典型的代表為鐮刀型紅細胞貧血病。(二)抗生素對蛋白質合成的影響1.抗生素類是微生物產生的能夠殺滅或抑制細菌的一類藥物。抗生素作用點作用原理應用四環素族（金霉素新霉素、土霉素）鏈霉素、卡那霉素、新霉素氯霉素、林可霉素紅霉素梭鏈孢酸

放線菌酮嘌呤霉素原核核蛋白體小亞基原核核蛋白體小亞基原核核蛋白體大亞基原核核蛋白體大亞基原核核蛋白體大亞基真核核蛋白體大亞基真核、原核核蛋白體抑制氨基酰-tRNA與小亞基結合改變構象引起讀碼錯誤、抑制起始抑制轉肽酶、阻斷延長抑制轉肽