第12章蛋白質的生物合成第12章蛋白質的生物合成一、遺傳密碼（geneticcode）

遺傳密碼（geneticcode）：決定蛋白質中肽鏈氨基酸的mRNA中核苷酸三聯體。密碼子（codon）：mRNA上3個連續的核苷酸序列作為一個密碼單位，決定一個氨基酸，稱密碼子，又稱為三聯體密碼。

密碼子有43=64個，如果僅是1個密碼子編碼1種氨基酸，含有許多多余密碼子，實驗表明有些氨基酸有2個或多個密碼子。一、遺傳密碼（geneticcode）遺傳密碼（gene1966年完全確定了編碼20種氨基酸的密碼子無義密碼子1966年完全確定了編碼20種氨基酸的密碼子無義密碼子遺傳密碼的基本特點：①通用性遺傳密碼在從細菌到人的各種生物中是通用的，但在不同生物中，不同密碼子的使用頻率不同。②簡并性同一種氨基酸有兩個或多個密碼子的現象稱為密碼子的簡并性。降低有害突變，穩定物種。③不重疊性肽鍵翻譯時密碼的閱讀，必須從起始密碼子開始，按一定的讀碼框架（readingframe）連續讀下去，直至遇到終止密碼子為止。④連續性密碼子之間是連續的，無任何核苷酸隔開。若插入或刪除一個核苷酸，發生移碼突變。⑤方向性從mRNA的5′→3′。⑥起始密碼子的兼職性遺傳密碼的基本特點：①通用性遺傳密碼在從細菌到人的各種二、核糖體（ribosome）

原核生物核糖體70S50S30S5SrRNA23SrRNA蛋白質16SrRNA蛋白質二、核糖體（ribosome）原核生物核糖體70S50S真核生物核糖體80S60S40S5SrRNA，5.8SrRNA，28SrRNA蛋白質18SrRNA蛋白質真核生物核糖體80S60S40S5SrRNA，5.8SrR三、蛋白質的生物合成

（一）蛋白質合成的一般特征

蛋白質生物合成的方向：N端→C端

mRNA的翻譯方向：5ˊ→3ˊ

蛋白質合成除需要Aa外，還需要ATP、GTP，一系列酶和許多輔助因子。

核糖體由rRNA和蛋白質組成,是細胞中蛋白質合成的場所。三、蛋白質的生物合成（一）蛋白質合成的一般特征蛋白質生（二）蛋白質生物合成的過程

氨基酸活化肽鏈起始（Intitiation）肽鏈延伸（Elongation）

包括：進位、轉肽、移位（P位、A位）肽鏈的終止（Termination）肽鏈的釋放肽鏈合成后的加工

（二）蛋白質生物合成的過程氨基酸活化E.Coli蛋白質的生物合成1.氨基酸的活化

由高度特異的氨酰-tRNA合成酶

(aminoacyl-tRNAsynthetase)催化，形成氨酰-tRNA，反應分兩步：

總反應式：

E.Coli蛋白質的生物合成1.氨基酸的活化總反應式：氨酰-tRNA氨酰-tRNA12蛋白質的生物合成課件12蛋白質的生物合成課件2．肽鏈合成的起始

mRNA中的起始密碼是AUG，少數是GUG。起始密碼子的上游約10個核苷酸的地方往往有一段富含嘌呤的序列稱SD序列（Shine-Dalgarno序列），一般為3～10個核苷酸，它與核糖體16srRNA3ˊ端的核苷酸序列互補，可促使核糖體與mRNA的結合。

2．肽鏈合成的起始mRNA中的起始密碼是AUG，少數是GU在E.Coli和其它原核生物中與起始密碼（AUG）相對應的tRNA是甲酰甲硫氨酰—tRNA（fMet-tRNAfMet），這是起始tRNA。

在E.Coli和其它原核生物中與起始密碼（AUG）相對應的t起始tRNA怎樣形成？由甲硫氨酰-tRNA甲酰化

tRNAMetMet-tRNA甲酰基轉移酶N10－甲酰FH4FH4（fMet－tRNAfMet

）甲酰基起始tRNA怎樣形成？由甲硫氨酰-tRNA甲酰化tRNAM

肽鏈合成的起始除了需要起始密碼、SD序列、起始tRNA外還要三種起始因子（initiationfactor），即IF-1，IF-2和IF-3，還要消耗GTP，還需核糖體大小亞基參與，形成一個70S的真正起始復合物。

肽鏈合成的起始除了需要起始密碼、SD序列、起始肽鏈合成的起始過程：肽鏈合成的起始過程：肽鏈的延伸需要一些稱延伸因子（elongationfactor,EF）。

原核生物的EF有EF-T和EF-G兩類:

EF-T：延伸因子“T”，開始誤認為這類延伸因子有肽基轉移酶的活性peptidyltransferase，所以取轉移酶的第一個字母“T”。3.肽鏈的延伸

EF-G：這類延伸因子與核糖體結合時需要GTP，當GTP水解時，這類延伸因子就從核糖體上解離下來，總之涉及GTP，所以用GTP的第一個字母“G”，EF-G。

肽鏈的延伸需要一些稱延伸因子原核生物的EF有EF-T和EF-EF-T是由Tu和Ts兩個亞基組成的二聚體。

EF-Ts：s是stable的意思，是穩定蛋白質；

EF-Tu:u是unstable，不穩定蛋白質。

EF-Tu直接參加了氨酰-tRNA與核糖體的結合。

EF-T是由Tu和Ts兩個亞基組成的二聚體。

氨酰-tRNA進入核糖體的A位肽鍵的形成移位

肽鏈的延長包括3步:氨酰-tRNA進入核糖體的A位肽鏈的延長包括3步:

這是個比較復雜的過程，需Ts、Tu，還要消耗GTP。EF-Tu與GTP和氨酰-tNRA首先形成三元復合物，才能進入A位。

（1）氨酰-tRNA進入核糖體的A位這是個比較復雜的過程，需Ts、Tu，還（2）肽鍵的形成

通過一個轉肽作用（transpeptidation），由肽酰轉移酶（peptidyltransferase）催化，使一個酯鍵變成了肽鍵，肽基轉移酶的活性由核糖體大亞基的23srRNA承擔（肽基轉移酶是一種ribozyme）。嘌呤霉素對蛋白質的抑制作用就發生在肽鍵形成這一步。

（2）肽鍵的形成通過一個轉肽作用（tran轉肽作用轉肽作用（3）移位（translocation）

移位包括三種運動:空載的tRNA離開P位。二肽基tRNA由A位移到P位核糖體沿mRNA的5ˊ→3ˊ方向移動一個密碼子的距離。移位需要EF-G和GTP。（3）移位（translocation）移位包括三種運動:肽鏈的延長示意圖肽鏈的延長示意圖4．肽鏈的終止與釋放

UAARF1orRF2終止密碼子

RF-1：識別UAA和UAG

RF-2：識別UAA和UGA

RF-3：RF-3和GTP形成復合物，是一種GTP結合蛋白，可促進核糖體與RF-1和RF-2的結合，并促進無負載的tRNA從核糖體釋放。

釋放因子（releasefactor，RF）能識別終止密碼子與終止密碼子結合。RF因子結合到A位后，將肽酰轉移酶的活性轉變成酯酶活性，水解P位上的肽酰-tRNA中tRNA與C末端氨基酸的酯鍵，使肽鏈釋放出來；該酶還促使tRNA從核糖體釋放。4．肽鏈的終止與釋放UAARF1orRF2終止密碼子肽鏈的終止與釋放肽鏈的終止與釋放肽鏈的終止與釋放肽鏈的終止與釋放肽鏈的終止與釋放肽鏈的終止與釋放5．多聚核糖體（polyribosome,orpolysome）

tRNA與核糖體脫離，核糖體的大、小亞基立即解聚，并從mRNA上釋放出來。接著IF3就與30S亞基結合，防止大、小亞基立刻重新結合。而IF3-30S亞基又可用于新的多肽鏈合成的起始，這樣就構成核糖體循環（ribosomalcycle）。5．多聚核糖體（polyribosome,orpolys蛋白質合成總結需很多酶和輔助因子參加。需很多酶和輔助因子參加。折疊和加工終止密碼eRFGTP終止密碼RF-1,RF-2,RF-3GTP肽鏈的終止和釋放EF-1α，EF-1βr，GTP肽酰轉移酶EF-2，GTPEF-Tu，EF-Ts,GTPK+,肽酰轉移酶EF-G，GTP肽鏈的延長（1）氨酰—tRNA的結合（2）肽鍵的形成（3）位移

起始密碼Met-tRNAiMet

eIF-1～eIF-6GTP,ATP起始密碼，SD序列fMet-tRNAIF-1,IF-2,IF-3GTP肽鏈起始氨酰—tRNA合成酶，ATP，Mg2+氨酰—tRNA合成酶，ATP，Mg2+Aa的活化

真核生物所需因子原核生物所需因子過程蛋白質合成總結需很多酶和輔助因子參加。需很多酶和輔助因子參加（三）蛋白質生物合成所需的能量

若要合成100個Aa組成的肽鏈要消耗多少能量？

Aa活化1ATP（2個～鍵）起始1GTP（1個～鍵）延長2GTP（2個～鍵）終止1GTP（1個～鍵）PPPP原核生物：（三）蛋白質生物合成所需的能量若要合成100個Aa組成的肽（四）肽鏈合成后的加工

1．N端甲酰基或N端Aa的除去

原核生物：fMet-(aa)n

Met(aa)n

（aa）nor(aa)n-m

去甲酰基酶氨肽酶

多數情況下，在肽鏈合成中，即當肽鏈的N端游離出核糖體后，立即進行去甲酰化。

真核生物：N端Met常常在肽鏈的其他部分還未完全合成時,就已經水解下來。（四）肽鏈合成后的加工1．N端甲酰基或N端Aa的除去原核2．信號肽(signalpeptide)的切除

真核細胞中新合成的多肽被送往溶酶體、線粒體、葉綠體、細胞核等細胞器。每一需要運輸的多肽都含有一段氨基酸序列稱為信號肽序列

信號肽前胰島素原胰島素原胰島素2．信號肽(signalpeptide)的切除真核細胞中3.二硫鍵的形成

4.氨基酸的修飾

乙酰化、甲基化、磷酸化、羥基化、泛酸化、糖基化等。

5.切去新生肽鏈中非功能所需的肽段

如胰島素原→胰島素；胰蛋白酶原→胰蛋白酶；胰凝乳蛋白酶原→胰凝乳蛋白酶。

形成肽鏈內或肽鏈間的二硫鍵。

6.結合蛋白質需與輔助物結合

如血紅蛋白中血紅素與多肽鏈的共價連接。

3.二硫鍵的形成4.氨基酸的修飾5.切去新生肽鏈中7.高級結構的形成

蛋白質的一級結構決定高級結構，多肽鏈的折疊在肽鏈合成沒有結束時就已經開始：（1）不需要分子伴侶（molecularchaperone）（2）需要分子伴侶

7.高級結構的形成（五）蛋白質的分揀（sorting）與定向輸送

多肽或蛋白質合成后要送往細胞的各個部分，以行使各自的生物功能。

真核細胞質核糖體合成的蛋白質

胞漿內質網線粒體細胞核高爾基體溶酶體細胞膜分泌到胞外

原核生物如E.Coli合成的蛋白質胞漿、質膜、外膜、質膜與外膜之間的空隙。

（五）蛋白質的分揀（sorting）與定向輸送

為了能準確地運送蛋白質，在進化過程中每種蛋白質形成了一種明確的地址標簽（addresstarget），細胞通過對蛋白質地址標簽的識別進行運送，這就是蛋白質的分揀或稱分選（sorting）。為了能準確地運送蛋白質，在進化過程中每種蛋白質形

蛋白質的定向由蛋白質N端特殊的Aa序列——信號肽決定的，1975年Blobel和Dobberstein提出了信號肽學說(signalpeptidehypothesis)，由于Blobel在闡明蛋白質的分揀與定向中所作出的杰出貢獻，因而獲得了1999年諾貝爾醫學生理學獎。

蛋白質的定向由蛋白質N端特殊的Aa序列——信號信號肽顆粒識別、結合胞漿

帶有信號肽的分泌蛋白粗面內質網通道識別信號肽酶切除信號肽肽鏈合并高爾基體進一步加工分泌出胞外帶有信號肽的分泌性蛋白的加工、分泌的過程信號肽顆粒識別、結合胞漿帶有信號肽的分泌蛋白粗面內質

信號肽（signalorleadersequence）：位于多肽鏈的N端，長約10～40個氨基酸序列，中部為10~15個疏水性氨基酸，接近N端有幾個正電荷的Arg和Lys。信號肽識別顆粒（signalrecognitionparticle,SRP）

SRP是一個RNA和蛋白質組成的復合物，由7SLRNA和6種蛋白質組成。

SRP受體（SRPreceptor）：是一個二聚體蛋白質，由α亞基和β-亞基組成。

信號肽（signalorleadersequence信號肽識別顆粒SRPSRP受體停泊蛋白

信號肽核糖體mRNA多肽合成起始多肽合成抑制多肽合成恢復信號肽切除粗面內質網N端新生肽鏈剛一出現時，信號肽就與SRP結合，肽鏈延伸作用暫時終止，SRP-核糖體復合體移動到內質網上，與那里的SRP受體停泊蛋白結合，蛋白質合成的延伸恢復，同時SRP由被釋放到細胞質中。

信號肽識別顆粒SR