1、第14章 蛋白質的生物合成,教學目的： 1. 掌握核糖體的類型及結構。 2. 掌握蛋白質生物合成的過程。 教學重點： 蛋白質的生物合成過程。,一 參與蛋白質合成的RNA和核糖體,1 中心法則,DNA是遺傳信息的載體，蛋白質是表現遺傳性狀的物質基礎，RNA則是遺傳信息傳遞的中間載體。遺傳信息的傳遞過程是DNA、RNA和蛋白質生物合成過程。,2 核糖體,核糖體是細胞內合成蛋白質的場所，在蛋白質生物合成過程中，將tRNA、mRNA及多種酶和蛋白質因子的作用協調起來。核糖體由rRNA和蛋白質組成，有大小兩個亞基。,核糖體的功能：識別mRNA上的起始點，使mRNA上的密碼子與tRNA上的反密碼子配對，合

2、成肽鍵。,核糖體的種類、結構和組分,3 tRNA和氨酰-tRNA合成酶,氨酰-tRNA合成酶具有高度專一性，能識別特異的氨基酸和相關tRNA，并能區分結構極為相似的氨基酸，一旦發現錯誤還能校正，即具有雙重校對功能；還能識別對應于同一種氨基酸的多種tRNA。 tRNA的主要功能是攜帶氨基酸到核糖體上，在蛋白質合成中起翻譯作用，還起校正tRNA的校正作用。此外，還能進行不依賴于核糖體的多肽合成；逆轉錄病毒以RNA基因組合成cDNA時以tRNA為引物；有些tRNA可以是植物激素；在蠶體內，tRNALys可作為轉錄調節因子等。,二 蛋白質合成的步驟,蛋白質的生物合成分為5步： 氨酰-tRNA的合成 多

3、肽鏈合成的起始 多肽鏈合成的延伸 多肽鏈合成的終止 多肽鏈的折疊與加工,1 氨酰-tRNA的合成,氨基酸在摻入蛋白質前，先要在氨酰-tRNA合成酶的催化下進行活化，由ATP供能。在氨酰-tRNA合成酶分子上有氨基酸和tRNA的專一結合位點，將特定的氨基酸和特定的tRNA通過高能磷酸鍵結合起來。在氨酰-tRNA合成酶的催化下先生成氨酰-AMP，再將活化的氨基酸轉移到專一性的tRNA分子上，生成氨酰-tRNA。總反應式為：,氨酰- tRNA合成酶,2 多肽合成的起始,起始密碼為AUG(GUG), 原核生物肽鏈合成起始氨基酸都是甲酰蛋氨酸(fMet)。起始復合物的形成: 先形成30S復合物，再形成7

4、0S復合物。mRNA與30S亞基結合形成mRNA-30S復合物，mRNA上的起始密碼子AUG定位于P位上。,fMettRNAf通過其反密碼子與起始密碼子識別并結合，形成30S-mRNA-fMet-tRNAf起始復合物。 30S復合物與50S大亞基結合形成有翻譯功能的70S起始復合物。在70S起始復合物上有兩個tRNA結合位點：A位為AA-tRNA結合位；P位為肽酰-tRNA結合位。fMet-tRNAf處于P位，空A位接受第2個AA-tRNA。,3 肽鏈的延伸,第一個新進入的氨酰-tRNA結合到A位 由GTP供能，在延伸因子Tu和Ts參與下，新進入的氨酰-tRNA的反密碼子與A位上mRNA的密碼

5、子互補。 轉肽 處于A位上的氨酰-tRNA上的-氨基與P位甲酰蛋氨酰-tRNAf上的-羧基間生成肽鍵。這時A位上的為二肽酰-tRNA，P位上的tRNA為空載。空載的tRNA從核糖體上脫離。, 移位 在延伸因子G的參與下，由GTP供能，核糖體沿mRNA53方向移動一個密碼子的距離。原來在A位上的二肽酰-tRNA移到P位，A位空出準備接受下一個氨酰-tRNA。 重復以上三個步驟，直到mRNA上終止密碼子出現在A位。,4 肽鏈合成的終止,當核糖體沿mRNA53方向移動到終止密碼子時，沒有相應的終止氨酰-tRNA進入A位，肽鏈合成終止。有三種終止因子RF1, RF2, RF3參與終止步驟。RF1識別終

6、止密碼UAG, UAA；RF2識別UAA, UGA；RF3促進RF1, RF2的識別。RF1, RF2結合到核糖體后，使轉肽酶構象轉變為水解酶活性，催化肽酰與tRNA間的酯鍵水解，合成的肽鏈從核糖體上釋放出來。空載tRNA從核糖體上脫離，核糖體解離成50S和30S兩個亞基，離開mRNA，多肽合成結束。,蛋白質生物合成,5 多核糖體結構,在一條mRNA上可以結合多個核糖體，呈念珠狀，稱為多核糖體結構。在蛋白質合成中核糖體總是先結合于mRNA5-端，從起始密碼AUG開始，沿53方向翻譯密碼子，合成多肽鏈，當移動一段距離后，第二個核糖體又可與空出的mRNA5-端結合，沿53方向進行翻譯。 在一條mR

7、NA鏈上可結合多個核糖體，各自獨立進行多肽的合成，能提高mRNA的翻譯效率。,6 多肽鏈的加工,1)N-端甲酰基及多余氨基酸的切除,按蛋白質合成機理，蛋白質N-端氨基酸應是甲酰蛋氨酸(原核)或蛋氨酸(真核)，但事實上并非如此。這是由于脫甲酰酶除去了N-端的甲酰基，氨肽酶切除了N-端一或幾個多余氨基酸。此過程常在肽鏈延伸約有40個氨基酸左右就開始了。,2)蛋白質內部某些氨基酸的修飾,被修飾的部位通常是絲氨酸或蘇氨酸鍘鏈上的羥基；天冬氨酸、谷氨酸鍘鏈上的羧基；天冬酰胺鍘鏈上的酰胺基；精氨酸、賴氨酸上的氨基；半胱氨酸上的巰基等。修飾作用是在專一性的酶催化下進行的。,3)切除非必需肽段,有些酶、激素等

8、要經過此加工過程。如胃蛋白酶、胰蛋白酶等，初合成的是沒有活性的酶原，在一定條件下除去一段肽才能轉變為有活性的酶。如胰島素，初產物為前胰島素原，經切除N-端信號肽變為胰島素原，再切除C肽成為有活性的胰島素。,4)二硫鍵的形成,特定部位的兩個半胱氨酸側鏈上的巰基在專一性氧化酶的作用下二硫鍵。,三 蛋白質生物合成的抑制物,1 抗菌素,抗菌素的殺菌作用表現在二個方面：1)破壞細菌細胞壁，引起溶菌。 2)干擾核酸和蛋白質的生物合成。 鏈霉素、金霉素、土霉素、卡那霉素可特異結合細菌的核糖體小亞基；氯霉素、紅霉素、螺旋霉素結合細菌核糖體大亞基，從而抑制蛋白質的合成。,2 干擾素,干擾素是病毒感染宿主細胞后，

9、宿主細胞產生的一種具有多功能的蛋白質。人體被病毒感染后可產生3類干擾素：-干擾素(白細胞產生)，-干擾素(成纖細胞產生)，-干擾素(T淋巴細胞產生)。每一類中又有若干亞類。 干擾素能干擾病毒蛋白質的合成，還對病毒的復制、轉錄、病毒顆粒的裝配等起抑制作用。,3 抗代謝物,抗代謝物是指在結構上與參加反應的天然代謝物相似的物質，能競爭性地抑制某種酶。 在結構上類似于遺傳信息傳遞中的某些底物的物質可用于治療腫瘤，如6-巰基嘌呤、5-氟尿嘧啶等堿基類似物可抑制DNA的復制。 嘌呤霉素的結構與Ttr-tRNATyr(酪氨酸)相似，可代替其進入核糖體A位，連接到延伸肽鏈的C端，造成肽鏈合成終止。,核糖體的功能：識別mR