蛋白質的生物合成1學習規定1.

理解三種RNA在蛋白質合成中的作用2.掌握遺傳密碼的特性3.理解蛋白質的合成過程，理解多聚核糖體的概念5.

理解多肽鏈的折疊與加工過程；理解各類蛋白質的傳遞過程2§1

信使RNA和遺傳密碼(一)mRNA與遺傳信息的傳遞(二)遺傳密碼的破譯(三)遺傳密碼的特性3§1.1

mRNA與遺傳信息的傳遞

蛋白質合成的信息來自于DNA，合成的模板是mRNA蛋白質的合成是在核糖體上進行的，而遺傳信息載體DNA存在于核中，必然有一種中間物來傳遞DNA上的信息。推測這種中間物極不穩定，在蛋白質合成時產生，合成結束后又分解，半壽期很短。后來科學家用試驗證明這種中間物就是mRNA

4中心法則DNA將其遺傳信息轉移到mRNA，再由mRNA將這種遺傳信息體現為蛋白質中氨基酸次序的過程叫做翻譯51954年,物理學家GamouvG首先對遺傳密碼進行探討。他認為核酸分子中只有四種堿基，顯然堿基與氨基酸的關系不是一對一的關系。若兩個堿基決定一種氨基酸只能編碼16種氨基酸，也是不夠的；而三個堿基對一種氨基酸，四個堿基可產生64個密碼，足以編碼20種氨基酸，因此編碼氨基酸的最低堿基數是3，即密碼子也許是三聯體mRNA上的三個核苷酸決定一種氨基酸6§1.2

遺傳密碼的破譯遺傳密碼的概念：mRNA上的核苷酸次序與蛋白質中的氨基酸之間的對應關系稱為遺傳密碼。mRNA上每三個持續核苷酸對應一種氨基酸，這三個核苷酸就稱為一種密碼子，或三聯體密碼(tripletcodons)1961年，Nirenberg等人用大腸桿菌的無細胞體系在多種RNA的人工模板下合成多肽，從而推斷出各氨基酸的密碼子，后來他與Khorana以及霍利分享了1968年諾貝爾生理學獎7第一種試驗是1961年由美國的M.Nirenberg等人完畢的，他首先運用多核苷酸磷酸化酶合成了一條由相似核苷酸構成的多核苷酸鏈,用它作模板,運用大腸桿菌蛋白提取液和GTP在體外合成蛋白質。發現多聚(U)導致多聚Phe的合成,表明多聚(U)編碼多聚Phe；類似的試驗表明,多聚(A)編碼多聚Lys；多聚(C)編碼多聚Pro遺傳密碼破譯的三個試驗8第二個試驗(核糖體結合技術)是1964年也是由美國的M.Nirenberg等人完畢的。他們首先合成一種已知序列的核苷酸三聚體，然后與大腸桿菌核糖體和氨酰tRNA一起溫育。由此確定與已知核苷酸三聚體結合的tRNA上連接的是哪一種氨基酸。該試驗對于幾種密碼編碼同一種氨基酸提供了直接的、最佳的證據遺傳密碼破譯的三個試驗9第三個試驗是由Jones,Khorana等人完畢的。他們運用有機化學和酶法制備了已知的核苷酸反復序列，以此多聚核苷酸作模板，在體外進行蛋白質合成，發現可以生成三種反復的多肽鏈。若從A翻譯，則合成出多聚Ile，即AUC對應Ile；若從U翻譯，則合成出多聚Ser，即UCA對應Ser；若從C翻譯，則合成出多聚His，即CAU對應His。這是由于體外合成是無調控的合成，可以隨機地從A、或U、或C翻譯，因此有三種反復的多肽鏈生成遺傳密碼破譯的三個試驗10mRNA是蛋白質合成的模板11遺傳密碼的基本單位12無標點、不重疊：密碼子是不重疊的，每個三聯體中的三個核苷酸只編碼一種氨基酸，核苷酸不重疊使用方向性：密碼子的閱讀方向是從5’到3’端簡并(degeneracy)和變偶(擺動)：同一種氨基酸可以由兩種或兩種以上的密碼子所決定，這幾種密碼子稱為同義密碼子。多數狀況下同義密碼子的第一第二個堿基相似，第三個堿基不一樣，闡明密碼的專一性重要是由第一第二個堿基決定通用性和變異性：絕大多數密碼子對多種生物都合用，某些線粒體中遺傳密碼有例外§1.3

遺傳密碼子的特點13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，各個三聯體密碼持續排列編碼一種蛋白質多肽鏈，稱為開放閱讀框架(openreadingframe,ORF)開放閱讀框架14遺傳密碼的基本單位15遺傳密碼的簡并性16遺傳密碼的變偶性17遺傳密碼的變偶性18遺傳密碼的防錯系統19遺傳密碼的通用性和變異性20mRNA攜帶著DNA的遺傳信息，是多肽鏈的合成模板在原核細胞內，存在時間短，在轉錄的同步翻譯在真核細胞內，較穩定蛋白質合成時，mRNA結合于核糖體小亞基上，大亞基結合帶氨基酸的tRNA，tRNA的反密碼子與mRNA密碼子配對，ATP供能，合成蛋白質§2.1

mRNA是蛋白質合成的模板§2

RNA在蛋白質生物合成中的作用21起始密碼的選擇22mRNA是蛋白質合成的模板23§2.2

tRNA轉運氨基酸到mRNA模板24結合氨基酸：一種氨基酸有幾種tRNA攜帶，結合需要ATP供能,氨基酸結合在tRNA3-CCA的位置。反密碼子：每種tRNA的反密碼子，決定了所帶氨基酸能精確的在mRNA上對號入座反密碼子與mRNA的第三個核苷酸配對時，不嚴格遵從堿基配對原則tRNA轉運氨基酸到mRNA模板25tRNA的反密碼子譯出mRNA的密碼子1、tRNA的活化2、tRNA反密碼子與mRNA密碼子的識別3、蛋白質因子26氨基酸的活化tRNA在氨基酰-tRNA合成酶的協助下，可以識別對應的氨基酸，并通過tRNA氨基酸臂的3'-OH與氨基酸的羧基形成活化酯－氨基酰-tRNA氨基酰-tRNA的形成是一種兩步反應過程：第一步是氨基酸與ATP作用,形成氨基酰腺嘌呤核苷酸；第二步是氨基酰基轉移到tRNA的3'-OH端上,形成氨基酰-tRNA27第一步反應28第二步反應氨基酰-AMP-E＋tRNA↓氨基酰-tRNA＋AMP＋E29氨基酸活化的總反應式氨基酰-tRNA合成酶氨基酸+ATP+tRNA+H2O氨基酰-tRNA+AMP+PPi每一種氨基酸至少有一種對應的氨基酰-tRNA合成酶。它既催化氨基酸與ATP的作用,也催化氨基酰基轉移到tRNA氨基酰-tRNA合成酶具有高度的專一性。每一種氨基酰-tRNA合成酶只能識別一種對應的tRNAtRNA分子能接受對應的氨基酸,決定于它特有的堿基次序,而這種堿基次序可以被氨基酰-tRNA合成酶所識別30aa-tRNA是在蛋白質因子的作用下，通過TCG環與核糖體5SrRNA(真核細胞為5.8SrRNA)分子的互補關系而進入核糖體的。但某一特定aa－tRNA的進入與否取決于aa-tRNA的反密碼子與mRNA密碼子與否能互相識別反密碼子與密碼子的配對并不十分嚴格，由于同一種氨基酸與不一樣tRNA結合的現象，因此只是密碼子的前兩個堿基必需精確配對，而第三個堿基可以錯配(搖擺)，這就是搖擺學說所要闡明的現象

近年來，又發現了一種新的現象，假如編碼蛋白質的基因發生了點突變，tRNA也伴隨發生突變以校正上述基因的突變，以合成一條正常的多肽鏈，這種tRNA叫做校正tRNA，它的作用機制也是以密碼子與反密碼子間不十分嚴密的配對為基礎的密碼子與反密碼子的識別31§2.3

rRNA和蛋白質構成核糖體32原核生物核糖體構成真核生物核糖體構成33rRNA和蛋白質構成核糖體34E.coli的小亞基能單獨與mRNA結合成為30s核糖體-mRNA復合體，后者可以與tRNA專一性結合，而大亞基則不能核糖體上可辨別出4個功能部位：A部位：也稱氨基部位或受位，重要位于大亞基上，是接受氨酰基-tRNA的部位P部位：也稱肽酰基部位或供位，也位于大亞基上，是肽酰基-tRNA移交肽鏈后，tRNA釋放的部位肽基轉移酶部位：肽基轉移酶也稱肽合成酶，簡稱T因子，位于大亞基上，其作用是在肽鏈合成過程中催化氨基酸與氨基酸間形成肽鍵GTP酶部位：GTP酶也稱轉位酶，簡稱G因子，能分解GTP分子，并將肽酰基-tRNA由A部位移到P部位35原核生物翻譯過程中核蛋白體構造模式A位：氨基酰位(aminoacylsite)P位：肽酰位(peptidylsite)E位：排出位(exitsite)3637結合mRNA，在mRNA上選擇合適的區域開始翻譯密碼子(mRNA)和反密碼子(tRNA)的對的配對催化肽鍵的形成

核糖體的基本功能38核糖體重要存在粗面ER39三種RNA作用小結40§3

蛋白質的合成過程氨基酸活化在核糖體上合成肽鏈肽鏈合成的終止和釋放41蛋白質因子蛋白質的合成過程可分為起始、延伸和終止三個過程，每個過程部有許多蛋白質因子參與。1.起始因子：蛋白質合成的起始過程是形成［核糖體·mRNA·tRNA］三元復合物的過程，必須在蛋白因子的協助下進行。與起始復合物形成有關的所有蛋白質因子統稱為起始因子2.延伸因子：蛋白質合成的延伸過程包括”aa-tRNA進入核糖體、肽鏈形成和移位等過程。在真核細跑中這一過程需要EF-1和EF-2等延伸因子的作用。423.釋放因子：當mRNA分子上密碼子閱讀進入終止密碼（UAA，UAG，UGA）時，aa-tRNA不再與核糖體結合，此時釋放因子與終止密碼子結合，制止mRNA的深入閱讀43§3.1

甲硫氨酰-tRNA啟動蛋白質合成44原核生物翻譯起始復合物形成核蛋白體大小亞基分離；mRNA在小亞基定位結合；起始氨基酰-tRNA的結合；核蛋白體大亞基結合。45形成起始復合體4616SrRNA與SD序列的配對47§3.2

在核糖體上合成肽鏈氨基酰-tRNA通過反密碼臂上的三聯體反密碼子識別mRNA上對應的遺傳密碼，并將所攜帶的氨基酸按mRNA遺傳密碼的次序安頓在特定的位置，最終在核糖體中合成肽鏈肽鏈的合成過程（以原核為例）起始延伸終止與釋放48肽鏈的延長進位：(氨酰tRNA進入A位點）參與因子：延長因子EFTu（Tu）、EFTs（Ts）、GTP、氨酰tRNA肽鏈的形成：肽酰基從P位點轉移到A位點，形成新的肽鏈移位(translocase)在移位因子（移位酶）EF－G的作用下，核糖體沿mRNA（5’-3’）作相對移動，使本來在A位點的肽酰－tRNA回到P位點49肽鏈延長：核蛋白體循環50核蛋白體循環：進位51肽鏈合成的延伸轉肽結合過程一旦完畢立即進行轉肽。通過肽基轉移酶的催化使P位上的fmet-tRNA(肽基-tRNA)轉到A位上的aa-tRNA的游離氨基上，形成肽鍵，并釋放出本來在P位上的tRNA。這個反應不需能量。肽基轉移酶是50S核糖體亞基上的一種蛋白質組分52核蛋白體循環：轉肽53移位核糖體從mRNA的5‘向3’方向移動一種三聯體的距離，于是攜帶著肽基的tRNA連同mRNA從核糖體的A位移到P位：這個過程稱為移位，由移位酶（或稱G因子）催化，并須有供能的GTP參與。G因子具有GTP酶活力，能催化GTP分解放出能量。由于核糖體的移動，本來在A位上的肽基-tRNA已經移到P位，于是第三個密碼于進入A位，等待著第三個aa-tRNA進入肽鏈合成的延伸54核蛋白體循環：移位55進位移位轉肽56核蛋白體循環57§3.3

蛋白質合成的終止58一條mRNA鏈上有多種核糖體59§3.4

蛋白質合成的物質條件60蛋白質合成的特點肽鏈合成方向NC（同位素證明）以mRNA的53方向閱讀遺傳密碼該合成過程是一種耗能過程肽鏈的起始需要5ATP，延長時只需4ATP，合成一種n肽所需能量4×n＋1ATP，原核生物中，肽鏈的終止不需GTP，則合成n肽所需能量3×n＋161鏈霉素、卡那霉素、新霉素等重要克制革蘭氏陰性細菌蛋白質合成的三個階段：①克制起始復合物的形成，使氨基酰tRNA從復合物中脫落；②在肽鏈延伸階段，使氨基酰tRNA與mRNA錯配；③在終止階段，阻礙終止因了與核蛋白體結合，使已合成的多肽鏈無法釋放，并且還克制70S核糖體的解離§3.5蛋白質合成的克制劑62四環素、土霉素和金霉素：與30s亞基結合

氯霉素：克制50s亞基白喉霉素（diphtheriatoxin）由白喉桿菌所產生的白喉霉素是真核細胞蛋白質合成克制劑。它對真核生物的延長因子-2(EF-2)起共價修飾作用，從而使EF-2失活，它的催化效率很高，只需微量就能有效地克制細胞整個蛋白質合成，而導致細胞死亡亞胺環己酮（放線菌酮）只克制真核60S亞基的肽酰轉移酶活性蛋白質合成的克制劑63§3.6蛋白質合成之后的靶