第九章蛋白質的生物合成

蛋白質的生物合成-翻譯（translation）：

是指在核糖體上，以mRNA為模板，根據每3個相鄰核苷酸決定一種氨基酸的三聯體密碼規則，由tRNA運送活化的氨基酸，GTP提供所需能量，合成出具有特定氨基酸順序的蛋白質肽鏈的過程。

遺傳信息的傳遞與表達翻譯（蛋白質的生物合成）:以氨基酸為原料以mRNA為模板以tRNA為運載工具以核糖體為合成場所起始、延長、終止各階段蛋白因子參與合成后加工成為有活性蛋白質一、遺傳密碼

蛋白質是由20種氨基酸組成的，DNA是由A，T，C和G四種脫氧核糖核苷酸構成的，但是脫氧核糖核苷酸殘基順序決定了氨基酸的順序！

（一）三聯體密碼的確立

3個相連的核苷酸代表1個氨基酸，即每3個相連的核苷酸組成1個密碼子，稱為三聯體密碼。組成蛋白質的氨基酸有20種，核酸中只有4種核苷酸：

41=4＜2042=16＜2043=64＞20

三個不同的實驗證明了遺傳密碼是由mRNA上3個連續的核苷酸殘基構成的，稱為三聯體密碼子（tripletcodons），下圖給出了三個證明遺傳密碼是三聯體密碼的著名實驗的示意圖。（二）遺傳密碼子的破譯

利用以下三方面的研究工作進行密碼子的破譯工作：

1、人工合成多種寡核苷酸作為mRNA模板；

2、建立無細胞翻譯系統；

3、核糖體結合技術；應用上述方法，花了5年時間，Nirenberg等于1966年完成了20種氨基酸的全部密碼的破譯，并編制出了遺傳密碼字典。1966年，全部遺傳密碼都被破譯。左表給出了大腸桿菌中用于蛋白質合成的遺傳密碼，這些遺傳密碼幾乎是所有生物通用的。

遺傳密碼（geneticcode)-共64個遺傳密碼

mRNA5’AUG

UCC

ACC

GUA

UAA3’

蛋白質N端

Ser

Thr

ValC端起始密碼----AUG終止密碼----UAA/UGA/UAG（三）遺傳密碼的基本特點1、密碼子不重疊：每三個核苷酸為一單位，每個單位只代表一個氨基酸；2、密碼的通用性：所有的生物使用同一套密碼子，僅有少數例外，例如：線立體起始密碼子為AUG、AUU;終止密碼為AGA，AGC；色氨酸為UGA等。3、密碼的連續性：兩個密碼子之間無任何核苷酸加以隔開和重疊，如插入或刪除堿基，可發生移碼突變或框移。4、密碼的簡并性：一種氨基酸可有多個密碼子體現這一信息為簡并性。密碼子的前兩個堿基決定其專一性，第三位堿基可有變異，如A、G、C、U。

5、密碼子與反密碼子的擺動配對：密碼子和反密碼子的第一第二兩個堿基的配對是標準配對，而第三個堿基則可以隨意配對。

密碼

mRNA5’3’3’5’反密碼

tRNAGCUCGICAtRNA的反密碼子與mRNA分子上的密碼子擺動配對123123自由度的大小由tRNA反密碼子第一位堿基的種類決定I-AI-CI-U二、蛋白質生物合成的主要部件核糖體：是蛋白質合成的場所，所有的核糖體都是由大小不同的兩個亞基組成的。多核糖體一條mRNA鏈上同時具有許多個核糖體（每隔80核苷酸有一個核糖體）一條mRNA可同時合成多條多肽鏈30S亞基與mRNA結合形成30S核糖體-mRNA復合體，該復合體又能與tRNA專一地結合;50S亞基上有三個tRNA結合部位：氨酰-tRNA部位（aminoacylbingdingsites,A）、肽酰-tRNA部位（peptidylbingdingsites,P）和tRNA退出部位（exitsites,E）。tRNA種類起始tRNA---tRNAfmet只能識別翻譯起始信號AUG只能結合于核糖體的肽位（P位）普通tRNA----tRNAmet在翻譯延長中發揮作用結合于核糖體的氨酰位（A位）或肽位（P位）起始tRNA與普通tRNA（p623)氨酰-tRNA的合成

在第一步反應中，氨基酸的羧基攻擊ATP的α-磷酰基，取代焦磷酸，生成氨酰-腺苷酸中間產物:

氨基酸＋ATP＝氨基酸-AMP＋PPi合成的第二步反應是氨酰基從中間產物轉移到tRNA上，生成氨酰-tRNA:

氨基酸-AMP＋tRNA=氨酰-tRNA＋AMP總反應為：

氨基酸＋tRNA＋ATP→

氨酰-tRNA＋AMP＋PPi

三、蛋白質的合成蛋白質的合成是在模板（mRNA）指導下進行的，可將合成過程分為肽鏈合成的起始、延伸和終止階段。蛋白質的合成是通過一個復雜的復合體完成的，它包括核糖體、附屬的蛋白質因子、mRNA和負載的tRNA分子，又稱為翻譯復合體。合成的起始起始復合物的形成取決于幾個起始因子的作用。在原核生物中，存在著三個起始因子（InitiationFactor縮寫為IF）IF－1，IF－2和IF－3。下圖給出了起始復合物形成的三個步驟

IF－1結合在30S核糖體亞基上，促進IF－2和IF－3發揮作用。IF－3的一個作用是通過結合在30S的小亞基上，使小亞基維持在游離的狀態，IF－3與30S的結合可以防止30S和50S亞基形成排斥mRNA的不成熟的70S復合物。它對mRNA上的轉錄起始位置具有很高的親和性。

結合了GTP的IF-2-GTP復合物可以特異識別起始tRNA，就是說，能夠從細胞中的氨酰化的tRNA分子庫中挑選出fMet-tRNAfmet

。IF-2-GTP結合在30S亞基上，通過形成的30S復合物識別mRNA模板上的SD序列和起始密碼，與mRNA相互作用，形成了一個由fMet-tRNAfmet

、IF-2-GTP以及mRNA組成的前起始復合物。

一旦形成前起始復合物，50S亞基就與30S亞基結合，同時結合在IF－2上的GTP水解生成IF-2-GDP和Pi，然后結合在前起始復合體上的起始因子IF－1和IF－3解離，最后形成由30S與50S組成的起始復合物，fMet-tRNAfmet被定位在P位。IF-2-GDP中的GDP與GTP交換重新生成IF-2-GTP。

肽鏈延伸

當蛋白質合成啟動后，第二個密碼被定位準備接收第二個氨酰-tRNA。起始氨酰-tRNA占據P位，A位被用來接收一個氨酰-tRNA，這是肽鏈延伸反應的第一步。

在多肽鏈上每增加一個氨基酸都需要經過進位，轉肽和移位三個步驟。

1.進位為密碼子所特定的氨基酸tRNA結合到核蛋白體的A位，稱為進位。氨基酰tRNA在進位前需要有三種延長因子的作用，即，熱不穩定的EF（Unstabletemperature,EF）EF-Tu,熱穩定的EF(stabletemperatureEF,EF-Ts)以及依賴GTP的轉位因子。EF-Tu首先與GTP結合，然后再與氨酰tRNA結合成三元復合物，這樣的三元復合物才能進入A位。此時GTP水解成GDP，EF-Tu和GDP與結合在A位上的氨基酰tRNA分離。

2.轉肽--肽鍵的形成（peptidebondformation）在70S起始復合物形成過程中，核糖核蛋白體的P位上已結合了起始型甲酰蛋氨酸tRNA，當進位后，P位和A位上各結合了一個氨基酰tRNA，兩個氨基酸之間在核糖體轉肽酶作用下，P位上的氨基酸提供α-COOH基，與A位上的氨基酸的α-NH2形成肽鍵，從而使P位上的氨基酸連接到A位氨基酸的氨基上，這就是轉肽。轉肽后，在A位上形成了一個二肽酰tRNA。

3.移位（Translocation)

轉肽作用發生后，氨基酸都位于A位，P位上無負荷氨基酸的tRNA就此脫落，核蛋白體沿著mRNA向3'端方向移動一組密碼子，使得原來結合二肽酰tRNA的A位轉變成了P位，而A位空出，可以接受下一個新的氨基酰tRNA進入，移位過程需要EF-G，GTP和Mg2+的參加。多肽鏈延伸的終止

多肽鏈的最后一個肽鍵形成后，攜帶新合成多肽鏈的肽酰-tRNA從A位轉移至P位，終止密碼（UAA、UAG或UGA）進入A位，在正常的細胞中沒有和終止信號互補的tRNA。在E.Coli中，有三種釋放因子RF－1、RF－2和RF－3（RF：ReleaseFactor）能夠識別終止密碼。釋放因子RF－1可以與UAA和UAG結合，而RF－2能與UAA和UGA結合，RF－3與RF－1或RF－2結合形成異二聚體，協助它們的作用。RF－3也結合GTP。