蛋白質(zhì)的生物合成第一頁(yè)，共七十七頁(yè)，編輯于2023年，星期二〔目的要求〕理解蛋白質(zhì)合成的信息來源，三種RNA在蛋白質(zhì)合成中的作用2.

掌握遺傳密碼的幾個(gè)重要特性3.

了解核糖體的結(jié)構(gòu)、掌握氨酰-tRNA合成酶的作用機(jī)理4.

了解蛋白質(zhì)的合成過程5.

了解多肽鏈的折疊與加工過程第二頁(yè)，共七十七頁(yè)，編輯于2023年，星期二蛋白質(zhì)生物合成是指生物體內(nèi)遺傳信息的翻譯過程。翻譯（translation）：mRNA分子中的遺傳信息轉(zhuǎn)變?yōu)榈鞍踪|(zhì)的氨基酸排列順序。第三頁(yè)，共七十七頁(yè)，編輯于2023年，星期二蛋白質(zhì)的生物合成體系

原料：20種氨基酸模板：mRNA場(chǎng)所：核蛋白體氨基酸的“搬運(yùn)工具”：tRNA酶與蛋白質(zhì)因子：?jiǎn)?dòng)、延長(zhǎng)、終止因子能量：ATP、GTP第四頁(yè)，共七十七頁(yè)，編輯于2023年，星期二15.1遺傳密碼Geneticcode密碼子：是mRNA上連續(xù)排列的三個(gè)核苷酸序列，并編碼一個(gè)氨基酸信息的遺傳單位。第五頁(yè)，共七十七頁(yè)，編輯于2023年，星期二體外翻譯系統(tǒng)的建立核酸的人工合成核糖體結(jié)合技術(shù)一、密碼子的破譯：第六頁(yè)，共七十七頁(yè)，編輯于2023年，星期二1.同聚核苷酸MarshallNirenberg等建立了大腸桿菌無細(xì)胞翻譯系統(tǒng)無細(xì)胞抽取物核糖體各種tRNA氨基酸AARSATP,GTP+mRNA=

蛋白質(zhì)Poly(U)poly(Phe)peptidePoly(C)poly(Pro)peptidePoly(A)poly(Lys)peptidePoly(G)poly(Gly)peptide第七頁(yè)，共七十七頁(yè)，編輯于2023年，星期二2.其他密碼子的破譯核糖體結(jié)合技術(shù)是建立在兩個(gè)基本的事實(shí)上：一是人工合成的三聚核苷酸可以作為模板；二是在無GTP時(shí)，三聚核苷酸可以促進(jìn)同源的氨酰-tRNA結(jié)合在核糖體上，而不生成蛋白質(zhì)。利用由核糖體和三聚核苷酸及其同源的氨酰-tRNA形成的三元復(fù)合物能被硝酸纖維素濾膜吸附的性質(zhì)，可將結(jié)合的氨酰-tRNA與其它沒有結(jié)合的氨酰-tRNA分開。通過分析結(jié)合在硝酸纖維素濾膜上的氨酰-tRNA上氨基酸的性質(zhì)和原來的三聚核苷酸序列可以弄清某種氨基酸的密碼子。第八頁(yè)，共七十七頁(yè)，編輯于2023年，星期二體外實(shí)驗(yàn)tRNAaaRibosome硝酸纖維膜過濾UUU(三聯(lián)密碼)Ser-C14,Leu,Lys,Arg,…Ser,Leu-C14,Lys,Arg,…Ser,Leu,Lys-C14,Arg,………第九頁(yè)，共七十七頁(yè)，編輯于2023年，星期二Ser-C14….

Leu-C14….

Lys-C14….

Gly-C14….第十頁(yè)，共七十七頁(yè)，編輯于2023年，星期二三聯(lián)體密碼子第十一頁(yè)，共七十七頁(yè)，編輯于2023年，星期二二、密碼子的主要特性1.通用性與變異性原核和真核生物的密碼子近乎完全通用。但線粒體DNA中密碼子有例外，如線粒體中AUA編碼Met而不是Ile。古細(xì)菌中發(fā)現(xiàn)UGA編碼天然的吡咯賴氨酸。第十二頁(yè)，共七十七頁(yè)，編輯于2023年，星期二2.簡(jiǎn)并性一種氨基酸可由幾種密碼子編碼的現(xiàn)象稱之為簡(jiǎn)并性。大多數(shù)a.a有幾組不同的密碼子，Trp及Met只有一個(gè)密碼子。簡(jiǎn)并性可以減少有害的突變。第十三頁(yè)，共七十七頁(yè)，編輯于2023年，星期二3.搖擺性（wobble）：專一性主要由前二位堿基決定。第三位堿基具有搖擺性（WobbleHypothesis）。

mRNA密碼子的第三個(gè)核苷酸（3ˊ端）與tRNA反密碼子第一個(gè)核苷酸（5ˊ端）配對(duì)時(shí)，有時(shí)不遵守嚴(yán)格的堿基配對(duì)原則，除A-U、G-C外，還可有其它配對(duì)方式。I是最常見的擺動(dòng)現(xiàn)象。第十四頁(yè)，共七十七頁(yè)，編輯于2023年，星期二反密碼子第一個(gè)堿基密碼子第三個(gè)堿基ACGUIUGC、UA、GA、C、U第十五頁(yè)，共七十七頁(yè)，編輯于2023年，星期二4.遺傳密碼一般不重疊絕大多數(shù)生物的基因是不重疊的，但是少數(shù)病毒基因可能重疊，同一段核苷酸序列可以編碼一個(gè)以上的蛋白質(zhì)。噬菌體φX174的基因組中，部分基因的遺傳密碼重疊。第十六頁(yè)，共七十七頁(yè)，編輯于2023年，星期二5.密碼子是連續(xù)的，沒有逗號(hào)讀碼框如果移碼會(huì)導(dǎo)致移碼突變或缺失突變。各密碼子之間沒有分隔信號(hào)第十七頁(yè)，共七十七頁(yè)，編輯于2023年，星期二15.2蛋白質(zhì)生物合成的主要部件一、mRNA作為指導(dǎo)肽鏈合成的模板從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(gè)三聯(lián)體密碼連續(xù)排列編碼一個(gè)蛋白質(zhì)多肽鏈，稱為開放閱讀框（openreadingframe,ORF）。

AUGUAAORF第十八頁(yè)，共七十七頁(yè)，編輯于2023年，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(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)第十九頁(yè)，共七十七頁(yè)，編輯于2023年，星期二mRNA的起始密碼子AUG上游8-13個(gè)核苷酸以外有一段5’-UAAGGAGG-3’的保守核苷酸序列,稱為SD序列(Shine-DalgarnoSequence).SD序列是mRNA和核糖體識(shí)別、結(jié)合的位點(diǎn)。它能夠與細(xì)菌核糖體小亞基16SrRNA的3’-AUUCCUCC-5’保守序列反向互補(bǔ),從而使核糖體借此判定mRNA的翻譯起始位點(diǎn).

原核生物mRNA結(jié)構(gòu)第二十頁(yè)，共七十七頁(yè)，編輯于2023年，星期二真核生物的mRNA沒有SD序列,核糖體小亞基識(shí)別5’端帽子結(jié)構(gòu)，隨后移動(dòng)到起始密碼子處。起始密碼子常處于-CCACCAUGG-序列中,這段保守序列的存在能增加翻譯起始的效率,這段序列稱為Kozak序列.真核生物mRNA結(jié)構(gòu)第二十一頁(yè)，共七十七頁(yè)，編輯于2023年，星期二二、tRNA在蛋白質(zhì)合成中的作用

tRNA分子有二個(gè)功能:A.專一性地結(jié)合氨基酸，生成氨酰-tRNA，使氨基酸活化。

B.識(shí)別氨基酸密碼子，依靠核糖體的特定位點(diǎn)對(duì)mRNA的密碼子進(jìn)行識(shí)別。

第二十二頁(yè)，共七十七頁(yè)，編輯于2023年，星期二每一個(gè)細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)約有60種不同tRNA（至少有31-32種），真核細(xì)胞內(nèi)可達(dá)100-120種。同一種氨基酸能夠連接到多種tRNA上，這一組能運(yùn)載同一種氨基酸的tRNA稱為同工tRNA。第二十三頁(yè)，共七十七頁(yè)，編輯于2023年，星期二根據(jù)tRNA的功能，大致分為三類：1)起始tRNA:fMet-tRNAfMet

和Met-tRNAiMet2)延伸tRNA3)校正tRNAtRNASu3+Tyr反密碼子為CUA，能識(shí)別變異產(chǎn)生的終止密碼子UAG。第二十四頁(yè)，共七十七頁(yè)，編輯于2023年，星期二三、氨酰-tRNA合成酶氨基酸在摻入肽鏈前，必須活化生成氨酰-tRNA，獲得足夠的能量。活化反應(yīng)由各種氨酰-tRNA合成酶（AARS）催化。氨基酸+tRNA氨基酰-tRNAATP

AMP＋PPi氨基酰-tRNA合成酶Ａ.氨酰－tRNA第二十五頁(yè)，共七十七頁(yè)，編輯于2023年，星期二B.氨酰-tRNA合成酶特點(diǎn)a、專一性：

對(duì)氨基酸有極高的專一性，每種氨基酸都有專一的酶，只作用于L-氨基酸，不作用于D-氨基酸。

對(duì)tRNA具有極高專一性：一種AARS只能識(shí)別裝載同一種氨基酸的一組同工受體（tRNA分子）第二十六頁(yè)，共七十七頁(yè)，編輯于2023年，星期二

b、校對(duì)作用：

AARS具有底物結(jié)合位點(diǎn)（包括tRNA、氨基酸和ATP結(jié)合位點(diǎn)）和水解位點(diǎn)。氨酰-tRNA合成酶的水解部位可以水解錯(cuò)誤活化的氨基酸。第二十七頁(yè)，共七十七頁(yè)，編輯于2023年，星期二第二十八頁(yè)，共七十七頁(yè)，編輯于2023年，星期二第二十九頁(yè)，共七十七頁(yè)，編輯于2023年，星期二圖氨酰-tRNA第三十頁(yè)，共七十七頁(yè)，編輯于2023年，星期二AARS對(duì)特定tRNA的準(zhǔn)確識(shí)別與結(jié)合是確保被活化氨基酸能準(zhǔn)備負(fù)載的前提。這種專一性是依賴AARS對(duì)副密碼子的識(shí)別而實(shí)現(xiàn)的。副密碼子(Paracodon)

：tRNA中與AARS的“tRNA結(jié)合位點(diǎn)”發(fā)生特異性分子契合的一種空間密碼。paracodon位于tRNA的各種環(huán)或臂上不同tRNA的paracodon的定位不同第三十一頁(yè)，共七十七頁(yè)，編輯于2023年，星期二第三十二頁(yè)，共七十七頁(yè)，編輯于2023年，星期二原核細(xì)胞約2000個(gè)，真細(xì)胞106-107個(gè)。核糖體是一個(gè)大的核糖核蛋白體，由大亞基和小亞基組成，是蛋白質(zhì)合成場(chǎng)所。

1.E.coli.核糖體結(jié)構(gòu)

70S:30Sand50Ssubunit30S:16srRNAandproteins（S1---S21）

50S:5srRNA，23SrRNAandprotein（34）

在16SrRNA的3’端有一段富含嘧啶的序列，可以識(shí)別、結(jié)合mRNA的S.D序列。四、核糖體作為蛋白質(zhì)合成的工廠第三十三頁(yè)，共七十七頁(yè)，編輯于2023年，星期二2.真核生物核糖體結(jié)構(gòu)

80S:40Sand60Ssubunit40S:18SrRNAandproteins（30）60S:5SrRNA，5.8SrRNA，28SrRNA

andproteins（50）3.核糖體結(jié)構(gòu)模型50S亞基上有兩個(gè)tRNA位點(diǎn)：氨酰基位點(diǎn)（A）和肽酰基位點(diǎn)（P）。50S與30S接觸面上有一個(gè)mRNA結(jié)合位點(diǎn)。第三十四頁(yè)，共七十七頁(yè)，編輯于2023年，星期二

4.多核糖體在一個(gè)mRNA上有多個(gè)核糖體，它們能分別合成一條完整的肽鏈。可提高蛋白質(zhì)合成的效率。第三十五頁(yè)，共七十七頁(yè)，編輯于2023年，星期二第三十六頁(yè)，共七十七頁(yè)，編輯于2023年，星期二五、參與蛋白質(zhì)合成的可溶性因子蛋白質(zhì)的合成還必須有可溶性因子：起始因子、延伸因子、釋放（終止）因子等參與才能合成多肽鏈。第三十七頁(yè)，共七十七頁(yè)，編輯于2023年，星期二第三十八頁(yè)，共七十七頁(yè)，編輯于2023年，星期二第三十九頁(yè)，共七十七頁(yè)，編輯于2023年，星期二15.3蛋白質(zhì)合成機(jī)制蛋白質(zhì)合成通過核糖體正確閱讀mRNA密碼逐個(gè)引入氨基酸合成多肽鏈的過程；多肽鏈從N端向C端方向延伸合成；蛋白質(zhì)的合成可分為三個(gè)階段：起始、延伸和終止。第四十頁(yè)，共七十七頁(yè)，編輯于2023年，星期二細(xì)胞中有兩種攜帶Met的tRNA：tRNAf和tRNAm起始氨基酸：N-甲酰甲硫氨酰-tRNA(fMet-tRNAf)15.3.1原核生物蛋白質(zhì)的合成一、蛋白質(zhì)合成起始第四十一頁(yè)，共七十七頁(yè)，編輯于2023年，星期二IF-1幫助IF-3的結(jié)合IF-2促使fMet-tRNAfmet結(jié)合在30S亞基上IF-3具有解離30S與50S亞基的活性促使fMet-tRNAfmet-30S亞基復(fù)合體結(jié)合于mRNA起始部位

原核生物的起始因子：第四十二頁(yè)，共七十七頁(yè)，編輯于2023年，星期二IF-3IF-11.核蛋白體大小亞基分離目錄IF-1和IF-3與小亞基結(jié)合，促進(jìn)核蛋白體大、小亞基拆離，為新一輪合成作準(zhǔn)備。第四十三頁(yè)，共七十七頁(yè)，編輯于2023年，星期二AUG5'3'IF-3IF-12.mRNA在小亞基定位結(jié)合目錄原核mRNA的起始部位由一段富含嘌呤的特殊核苷酸順序組成，稱為SD序列（核蛋白體結(jié)合位點(diǎn)，RBS）。而原核16SrRNA存在一段富含嘧啶的序列，二者之間可通過堿基配對(duì)，使mRNA與核蛋白體小亞基結(jié)合。第四十四頁(yè)，共七十七頁(yè)，編輯于2023年，星期二IF-3IF-1IF-2GTP3.起始氨基酰tRNA(fMet-tRNAfmet)結(jié)合到小亞基AUG5'3'目錄起始fMet-tRNAfmet以及IF2-GTP一起，識(shí)別結(jié)合小亞基P位，并對(duì)應(yīng)模板mRNA的起始密碼AUG。第四十五頁(yè)，共七十七頁(yè)，編輯于2023年，星期二IF-3IF-1IF-2GTPGDPPi4.核蛋白體大亞基結(jié)合，起始復(fù)合物形成AUG5'3'目錄IF2結(jié)合的GTP被水解，三種IF脫離，50S大亞基與30S小亞基、模板mRNA以及起始fMet-tRNAfMet構(gòu)成起始復(fù)合體。第四十六頁(yè)，共七十七頁(yè)，編輯于2023年，星期二IF-3IF-1AUG5'3'IF-2GTPIF-2-GTPGDPPi目錄第四十七頁(yè)，共七十七頁(yè)，編輯于2023年，星期二第四十八頁(yè)，共七十七頁(yè)，編輯于2023年，星期二肽鏈延伸指起始后第二個(gè)和以后密碼子編碼的氨基酸連接上去形成肽鏈的過程。包括：氨酰-tRNA與核糖體結(jié)合，轉(zhuǎn)肽與肽鍵形成和轉(zhuǎn)位三個(gè)步驟。二、肽鏈的延伸第四十九頁(yè)，共七十七頁(yè)，編輯于2023年，星期二原核延長(zhǎng)因子生物功能對(duì)應(yīng)真核延長(zhǎng)因子EF-Tu結(jié)合氨酰tRNA和GTP(熱不穩(wěn)定型）eEF-1EF-TsEF-Tu/GTP再生（熱穩(wěn)定型）eEF-1-βEF-G有轉(zhuǎn)位酶活性，促進(jìn)mRNA-肽酰-tRNA由A位前移到P位，促進(jìn)卸載tRNA釋放（轉(zhuǎn)位因子）EF-2肽鏈合成的延長(zhǎng)因子第五十頁(yè)，共七十七頁(yè)，編輯于2023年，星期二TuTsGTPGDPAUG5'3'TuTsGTP目錄（一）進(jìn)位第五十一頁(yè)，共七十七頁(yè)，編輯于2023年，星期二延長(zhǎng)因子EF-T催化進(jìn)位（原核生物）

Ts移走GDP，并與Tu結(jié)合生成Tu-Ts復(fù)合體，然后GTP替換Ts，生成有活性的Tu-GTP第五十二頁(yè)，共七十七頁(yè)，編輯于2023年，星期二（二）成肽A、P位的氨基酸形成肽鍵transpeptidasePAPAP位上tRNAimet所攜帶的甲酰甲硫氨酰（fmet）轉(zhuǎn)移到A位，與A位上的氨基酸形成肽鍵P位上無負(fù)載的tRNA生成的二肽酰-tRNA在A位第五十三頁(yè)，共七十七頁(yè)，編輯于2023年，星期二（三）轉(zhuǎn)位由轉(zhuǎn)位酶（translocase；活性存在于EF-G）催化，核蛋白體向mRNA的3’端移動(dòng)相當(dāng)于一個(gè)密碼子的距離，原有帶肽鏈的tRNA由A位轉(zhuǎn)移至P位,mRNA分子第三個(gè)密碼子定位于A位，空著的A位等待接受下一個(gè)氨基酰-tRNA

PAPA1223第五十四頁(yè)，共七十七頁(yè)，編輯于2023年，星期二fMetAUG5'3'fMetTuGTP目錄第五十五頁(yè)，共七十七頁(yè)，編輯于2023年，星期二進(jìn)位轉(zhuǎn)位成肽*肽鏈延伸方向：N端C端第五十六頁(yè)，共七十七頁(yè)，編輯于2023年，星期二進(jìn)位TuTsGTP是指根據(jù)mRNA下一組遺傳密碼指導(dǎo)，使氨基酰－tRNA進(jìn)入核蛋白體A位第五十七頁(yè)，共七十七頁(yè)，編輯于2023年，星期二fMetGTPTuGDPTsGTPfMet第五十八頁(yè)，共七十七頁(yè)，編輯于2023年，星期二E位fMet成肽是轉(zhuǎn)肽酶催化的肽鍵形成的過程第五十九頁(yè)，共七十七頁(yè)，編輯于2023年，星期二E位fMet轉(zhuǎn)位在轉(zhuǎn)位酶的作用下，促進(jìn)核蛋白體向mRNA的3‘測(cè)移動(dòng)，使肽酰tRNA和mRNA相對(duì)位移進(jìn)入核蛋白體P位，而卸載的tRNA進(jìn)入E位第六十頁(yè)，共七十七頁(yè)，編輯于2023年，星期二E位fMetAA3TuGTP轉(zhuǎn)位第六十一頁(yè)，共七十七頁(yè)，編輯于2023年，星期二原核生物釋放因子：RF-1，RF-2，RF-3識(shí)別終止密碼，如RF-1特異識(shí)別UAA、UAG；而RF-2可識(shí)別UAA、UGA；RF-3促進(jìn)RF-1和RF-2在完成翻譯終止，釋放肽鏈后從核糖體中解離出來三、多肽鏈翻譯的終止第六十二頁(yè)，共七十七頁(yè)，編輯于2023年，星期二(a)RF-1containsthetripeptidePro-Ala-Thr.Thefirstaa,Pro,caninteractwiththeringhydrogenofA,butnottheaminogroupofG,whereasthethirdaa,Thr,caninteractwitheitherAorG.Thus,thistripeptideallowsRF-1tobindtoUAG(orUAA),butnottoUGA.(b)RF-2containsthetripeptideSer-Pro-Phe.Thefirstaa,Ser,likeThr,caninteractwitheitherAorG.Butthethirdaa,Phe,caninteractwiththeringhydrogenofA,butnottheaminogroupofG.Thus,thistripeptideallowsRF-2tobindtoUGA(orUAA),butnottoUAG.(Source:ReprintedfromNakamuraetal.,Cell101:349,2000.RoleofthetripeptidedeterminantinRF-1andRF-2inrecognizingstopcodons.RecognizingUAA/UAGRecognizingUAA/UGAAA第六十三頁(yè)，共七十七頁(yè)，編輯于2023年，星期二肽鏈合成的終止及釋放

（1）釋放因子RF1或RF2進(jìn)入核糖體A位。（2）多肽鏈的釋放（3）70S核糖體解離核糖體釋放因子RRF53UAG30S亞基50S亞基53UAGtRNARF第六十四頁(yè)，共七十七頁(yè)，編輯于2023年，星期二UAG5'3'RFCOO-第六十五頁(yè)，共七十七頁(yè)，編輯于2023年，星期二1.核糖體不同真核80S，原核70S。2.起始tRNA不同真核：Met-tRNAi甲硫氨酸原核：fMet-tRNAf甲酰甲硫氨酸3.起始密碼子真核AUG，原核AUG（有時(shí)GUG）。4.起始因子真核eIF，起始因子比較多15.3.2真核生物蛋白質(zhì)的合成第六十六頁(yè)，共七十七頁(yè)，編輯于2023年，星期二第一步：裝配前起始復(fù)合物，包括40s核糖體、elF-2-Met-tRNAiMet-GTP復(fù)合體和elF-1、elF-1A和elF-3共3個(gè)起始因子第二步：前起始復(fù)合物與mRNA的5’端結(jié)合形成起始復(fù)合物（需帽子復(fù)合物幫助，包括elF-4A、elF-4E、elF-4G三種起始因子）隨后起始復(fù)合物沿著mRNA分子向3’端掃描，尋找起始密碼子AUGKozak序列：ACCAUGG，也稱為“-3A，+4G”序列真核生物蛋白合成起始第六十七頁(yè)，共七十七頁(yè)，編輯于2023年，星期二40S起始復(fù)合物與AUG結(jié)合后，60S大亞基就結(jié)合，形成80S復(fù)合體elF-5因子幫助大亞基結(jié)合，并釋放其他因子第六十八頁(yè)，共七十七頁(yè)，編輯于2023年，星期二Poly（A）會(huì)影響mRNA與前起始復(fù)合物的結(jié)合PABP多腺苷結(jié)合蛋白帽子結(jié)構(gòu)和poly（A）尾一起作用第六十九頁(yè)，共七十七頁(yè)，編輯于2023年，星期二

1.

嘌呤霉素是酪氨酰-tRNA的結(jié)構(gòu)類似物，能結(jié)合在核糖體的A位上，抑制AA-tRNA