第十三章蛋白質生物合成

中心法則指出，遺傳信息表示最終是合成出含有特定氨基酸次序蛋白質，這種以mRNA上所攜帶遺傳信息,到多肽鏈上所攜帶遺傳信息傳遞，就好象以一個語言翻譯成另一個語言時情形相同，所以稱以mRNA為模板蛋白質合成過程為翻譯(translation)。

翻譯過程十分復雜，需要mRNA、tRNA、rRNA和各種蛋白因子參加。在此過程中mRNA為合成模板，tRNA為運輸氨基酸工具，rRNA和蛋白質組成核糖體，是合成蛋白質場所，蛋白質合成方向為N—C端。思索

返回1/46遺傳信息傳遞中心法則

蛋白質翻譯轉錄逆轉錄復制復制DNARNA生物遺傳信息以密碼形式儲存在DNA分子上，表現為特定核苷酸排列次序。在細胞分裂過程中，經過DNA復制把親代細胞所含遺傳信息忠實地傳遞給兩個子代細胞。在子代細胞生長發育過程中，這些遺傳信息經過轉錄傳遞給RNA，再由RNA經過翻譯轉變成對應蛋白質多肽鏈上氨基酸排列次序，由蛋白質執行各種各樣生物學功效，使后代表現出與親代相同遺傳特征。以后人們又發覺，在宿主細胞中一些RNA病毒能以自己RNA為模板復制出新病毒RNA，還有一些RNA病毒能以其RNA為模板合成DNA，稱為逆轉錄這是中心法則補充。

中心法則總結了生物體內遺傳信息流動規律，揭示遺傳分子基礎，不但使人們對細胞生長、發育、遺傳、變異等生命現象有了更深刻認識，而且以這方面理論和技術為基礎發展了基因工程，給人類生產和生活帶來了深刻革命。2/46遺傳信息流動示意圖核糖體DNAmRNAtRNA3/46目錄第一節蛋白質合成體系第二節蛋白質合成機理第三節肽鏈合成后折疊與加工第四節蛋白質定位4/46二、tRNA蛋白質合成體系的組分三、核糖體蛋白質合成體系

一、mRNA和遺傳密碼四、輔助因子5/46mRNA

(messengerRNA)是蛋白質生物合成過程中直接指令氨基酸摻入模板，是遺傳信息載體。mRNA原核生物和真核生物mRNA比較6/46遺傳密碼

三聯體密碼破譯遺傳密碼性質

遺傳密碼:DNA（或mRNA）中核苷酸序列與蛋白質中氨基酸序列之間對應關系稱為遺傳密碼。

密碼子(codon)：mRNA上每3個相鄰核苷酸編碼蛋白質多肽鏈中一個氨基酸，這三個核苷酸就稱為一個密碼子或三聯體密碼。遺傳密碼字典7/46三聯體密碼破譯2、以隨機共聚合指導多肽合成例：以隨機共聚物A、C為模板，任意排列可出現8種三體，取得六種氨基酸組成多肽。1、以均聚物為模板指導多肽合成3、以特定共聚物為模板指導多肽合成4、核糖體結合技術8/46以均聚物為模板指導多肽合成PolyU為模板，產生多肽鏈為PolyphePolyA為模板，產生多肽鏈為PolylysPolyC為模板，產生多肽鏈為Polypro9/46以特定共聚物為模板指導多肽合成

（1）以多聚二核苷酸作模板可合成由2個氨基酸組成多肽、PolyUG模板，合成產物為Lys和Val。（2）以多聚三核苷酸作為模板，可得三種氨基酸組成多肽。10/46核糖體結合技術技術關鍵點：保溫

硝酸纖維濾膜過濾分析留在濾膜上核糖體-AAtRNA

確定與核糖體結合AA以人工合成三核苷酸為模板+核糖體+AA-tRNA11/46遺傳密碼字典UACGUCAGUCAG第二位第一位（5ˊ）第三位（3ˊ）UCAGUCAGUCAG12/46遺傳密碼性質1）編碼性：3個終止密碼，61個為氨基酸編碼AUG既是密碼，又是起始密碼；有三組密碼不編碼任何氨基酸，而是多肽鏈合成終止密碼子：UAG、UAA、UGA。2）簡并性：同一氨基酸有多個密碼子，除Trp,Met外由一個以上密碼子編碼同一個氨基酸現象稱為簡并，對應于同一氨基酸密碼子稱為同義密碼子(Synonymouscodon)。3）擺動性：第三位堿基改變,多數情況下同義密碼子第一第二個堿基相同，第三個堿基不一樣4）通用性：真核還是原核生物都恪守一套遺傳密碼5）連續性：無逗點，非重合、連續閱讀13/461966年Crick依據立體化學原理提出：

（2）有些反密碼子第一個堿基（按5’-3’）決定了該tRNA識別密碼子數目。（3）當一個氨基酸有幾個密碼子時，只要他們第一和第二個堿基中有一個不一樣，則需要不一樣tRNA來識別。（1）mRNA上密碼子第一、第二個堿基與tRNA上反密碼子對應堿基形成強配對；密碼專一性主要是由這兩個堿基正確作用。14/46原核細胞mRNA結構特點5′3′順反子順反子順反子插入次序插入次序先導區末端次序AGGAGGUSD區半衰期短許多原核生物mRNA以多順反子形式存在AUG作為起始密碼；AUG上游7～12個核苷酸處有一被稱為SD序列保守區，16SrRNA3’-端反向互補而使mRNA與核糖體結合。15/46真核細胞mRNA結構特點

5′

“帽子”PolyA

3′

順反子m7G-5′ppp-N-3′p帽子結構功效使mRNA免遭核酸酶破壞使mRNA能與核糖體小亞基結合并開始合成蛋白質被蛋白質合成起始因子所識別，從而促進蛋白質合成。Poly(A)尾巴功效是mRNA由細胞核進入細胞質所必需形式它大大提升了mRNA在細胞質中穩定性

AAAAAAA-OH16/46tRNA（transferribonucleicasid）在蛋白質合成中處于關鍵地位，它不但為每個三聯體密碼子譯成氨基酸提供接合體，還為準確無誤地將所需氨基酸運輸到核糖體上提供運輸載體。1、tRNA結構特征——三葉草型二級結構2、tRNA功效（1）被特定氨酰-tRNA合成酶識別，使tRNA接收正確活化氨基酸。（2）識別mRNA鏈上密碼子。（3）在蛋白質合成過程中，tRNA起著連結生長多肽鏈與核糖體作用。

tRNA17/46密碼子與反密碼子配對關系反密碼子tRNA5

3

AUC5

mRNA3

密碼子123反密碼子：tRNA分子上識別mRNA密碼子三個核糖核苷酸。18/46核糖體核糖體是由rRNA（ribosomalribonucleicasid）和各種蛋白質結合而成一個大核糖核蛋白顆粒，蛋白質肽鍵合成就是在這種核糖體上進行。2、核糖體功效1、核糖體結構和組成19/46核糖體組成原核生物核糖體組成原核生物核糖體結構示意圖20/46原核細胞70S核糖體A位、P位及mRNA結合部位示意圖anticodoncodon30S與mRNA結合部位P位（結合或接收肽基部位）A位（結合或接收氨基酰-tRNA部位）50S5

3

mRNA轉肽酶活性，催化肽鍵形成(轉肽酶中心)核糖體含有哪些結構特征因而能夠成為翻譯蛋白質多肽鏈“裝配機”？21/46真核和原核細胞參加翻譯蛋白質因子階段原核

真核功能IF1IF2eIF2參加起始復合物形成IF3eIF3、eIF4C起始CBPI與mRNA帽子結合eIF4ABF參加尋找第一個AUGeIF5幫助eIF2、eIF3、eIF4C釋放eIF6幫助60S亞基從無活性核糖體上解離EF-TueEF1

幫助氨酰-tRNA進入核糖體延長EF-TseEF1幫助EF-Tu、eEF1周轉EF-GeEF2移位因子RF-1終止eRF釋放完整肽鏈RF-222/46第二節蛋白質合成機理一、氨基酸活化二、原核生物多肽鏈合成過程四、真核生物多肽鏈合成三、多核糖體與核糖體循環23/46氨基酸活化E氨基酸ATP+氨酰腺苷酸E-AMPPPi第一步AMP第二步E氨基酸活化3-氨酰-tRNA氨基酸活化:把AA裝載到-tRNA上過程.氨酰-tRNA合成酶24/46N-甲酰甲硫氨酰-tRNAfMet

形成

直接進入核糖體P位CHO-HN-CH-COO-tRNACH2CH2SCOO-

+H2N-CH-COO-tRNACH2CH2SCOO-Met-tRNAtMetfMet-tRNAtMetN10-甲酰FH4FH4轉甲酰酶tRNAfMet負責識別起始密碼tRNA，只能裝載fMet25/46氨酰-tRNA合成酶特點

a、專一性：

對氨基酸有極高專一性，每種氨基酸都有專一酶，只作用于L-氨基酸，不作用于D-氨基酸。

對tRNA含有極高專一性。

b、校對作用：氨酰-tRNA合成酶水解部位能夠水解錯誤活化氨基酸。26/46原核生物多肽鏈合成過程

原核生物多肽鏈合成份為三個階段：肽鏈合成起始、肽鏈延伸、肽鏈合成終止和釋放。1.肽鏈合成起始大腸桿菌蛋白質合成第一個AA都是甲酰甲硫氨fMet。真核生物合成第一個AA都是甲硫氨mRNA與甲酰甲硫氨酰tRNAfMet共同組成70S起始復合體。2、肽鏈延長：進位肽鍵形成移位

大腸桿菌多肽鏈生物合成進位和延長階段提供能量是GTP

3、肽鏈合成終止及釋放27/46肽鏈合成起始30S亞基?mRNAIF3-IF1復合物30S?mRNA?GTP-fMet–tRNA-IF2-IF1復合物70S起始復合物codonanticodonP位A位

mRNA

+30S亞基-IF3A位IF-35

3

IF2GTPP位IF3IF2IF1IF2-GTP-fMet-tRNAIF350S亞基IF2+IF1+GDP+PiIF-1IF170S起始復合物28/46肽鏈延長N-甲酰甲硫氨酰-tRNAfMet形成

直接進入核糖體P位進位:氨基酰tRNA進入A位，消化能量，能量來自GTP肽鍵形成:在轉肽酶催化下，將P位上tRNA所攜甲酰甲硫氨酰轉移給A位上新進入氨基酰tRNA，形成二肽酰tRNA.移位:空載tRNA從核糖體P位脫落,二肽酰tRNA由A位移至P位,mRN移動3個核苷酸.在肽鏈延長階段中，每生成一個肽鍵，都需要直接從2分子GTP（移位時與進位時各1）取得能量，即消耗2個高能磷酸鍵化合物29/46肽鍵形成30/46肽鏈延長12122323進位肽鍵形成移位進位(Tu\Ts)GTPGTPN-端235′3′C-端肽鍵形成15′3′（EF-G）

31/46在肽鏈延長階段中，每生成一個肽鍵，都需要直接從2分子GTP取得能量，即消耗2個高能磷酸鍵化合物（移位時與進位時各1）；但考慮到氨基酸被活化生成氨基酰tRNA時，已消耗了2個高能磷酸鍵,所以在蛋白質合成過程中，每生成一個肽鍵，實際上共需消耗4個高能磷酸鍵。32/46肽鏈合成終止及釋放

（1）釋放因子RF1或RF2進入核糖體A位。（2）多肽鏈釋放（3）70S核糖體解離5

3

UAG30S亞基50S亞基5

3

UAGtRNARFＡ位上出現終止信號（UAG、UAA、UGA）今后即轉入終止階段。33/46mRNA遺傳密碼排列次序翻譯成多肽鏈氨基酸排列次序，確保準確翻譯關鍵是:一是氨基酸與tRNA特異結合，依靠氨酰-

tRNA合成酶特異識別作用實現；二是密碼子與反密碼子特異結合，依靠互補配對結合實現，也有賴于核蛋白體構象正常而實現正常裝配功效。34/461、肽鏈末端修飾：大腸桿菌合成后脫甲酰化，N-端70%Met被切除，真核生物Met全部被切除。2、信號序列切除3、二硫鍵形成4、部分肽段切除5、個別氨基酸修飾6、糖基側鏈添加7、輔基加入蛋白質加工修飾實例：胰島素原加工35/46Tu\Ts循環36/46多多核糖體與核糖體循環合成完成肽鏈多核糖體3ˊmRNA延伸中肽鏈5ˊ核糖體循環37/46真核生物多肽鏈合成（自學）1、真核細胞核糖體比原核細胞核糖體更大更復雜；2、起始氨基酸為Met，不是fMet；3、肽鏈合成起始：由40S核糖體亞基首先識別mRNA5’端-帽子，然后沿mRNA移動尋找AUG；4、起始因子有12種，但只有2種延長因子和1種終止因子；5、真核細胞種線粒體、葉綠體核糖體大小、組成及蛋白質合成過程都類似于原核細胞。38/46

肽鏈折疊是指從多肽鏈氨基酸序列形成含有正確三維空間結構蛋白質過程。體內多肽鏈折疊當前認為最少有兩類蛋白質參加，稱為助折疊蛋白:（1）酶：蛋白質二硫鍵異構酶（PDI）；（2）分子伴侶肽鏈折疊

Lasky于1978年首先提出分子伴侶（mulecularchaperone）概念，這是一類在細胞內能幫助新生肽鏈正確折疊與裝配組裝成為成熟蛋白質，但其本身并不組成被介導蛋白質組成部分一類蛋白因子，在原核生物和真核生物中廣泛存在。39/46胰島素原加工A鏈區B鏈區間插序列（C肽區）HSSHSHSHHSHS信號肽NC核糖體上合成出無規則卷曲前胰島素原切除C肽后，形成成熟胰島素分子切除信號肽后折疊成穩定構