第15章 蛋白質(zhì)的生物合成-翻譯

1、本章主要內(nèi)容：本章主要內(nèi)容：4 翻譯系統(tǒng)翻譯系統(tǒng)4 蛋白質(zhì)生物合成的過程蛋白質(zhì)生物合成的過程4 多肽鏈翻譯后的修飾多肽鏈翻譯后的修飾4 蛋白質(zhì)的到位蛋白質(zhì)的到位 基因在原核和真核細(xì)胞中最終得到表達(dá)基因在原核和真核細(xì)胞中最終得到表達(dá)原料原料氨基酸，氨基酸，2020種種mRNAmRNA是合成蛋白質(zhì)的是合成蛋白質(zhì)的“藍(lán)圖（或模板）藍(lán)圖（或模板）”tRNAtRNA是原料氨基酸的是原料氨基酸的“搬運(yùn)工搬運(yùn)工”rRNArRNA與多種蛋白質(zhì)結(jié)合成核糖體與多種蛋白質(zhì)結(jié)合成核糖體作為合成多肽鏈的作為合成多肽鏈的裝裝配機(jī)（操作臺(tái)）配機(jī)（操作臺(tái)）1 1、蛋白質(zhì)的翻譯系統(tǒng)、蛋白質(zhì)的翻譯系統(tǒng)蛋白質(zhì)翻譯系統(tǒng)示意圖蛋白質(zhì)翻

2、譯系統(tǒng)示意圖 mRNA是遺傳信息的載體（載有遺傳密碼，是遺傳信息的載體（載有遺傳密碼，genetic genetic codecode），是合成蛋白質(zhì)的藍(lán)圖（模板），它以一系列三聯(lián)體密碼），是合成蛋白質(zhì)的藍(lán)圖（模板），它以一系列三聯(lián)體密碼子（子（codoncodon）的形式從）的形式從DNADNA轉(zhuǎn)錄了遺傳信息。每個(gè)密碼子代表一個(gè)轉(zhuǎn)錄了遺傳信息。每個(gè)密碼子代表一個(gè)氨基酸。氨基酸。 mRNAmRNA占細(xì)胞總占細(xì)胞總RNARNA的的5-10%5-10%，不穩(wěn)定，壽命短。，不穩(wěn)定，壽命短。 原核的原核的mRNA mRNA 是多順反子是多順反子; ;真核的真核的mRNA mRNA 是單順反子。是單順反

3、子。1.11.1、mRNA，信使，信使RNA 遺傳密碼遺傳密碼 遺傳密碼為遺傳密碼為三聯(lián)體三聯(lián)體（每三個(gè)堿基代表一個(gè)氨基酸），（每三個(gè)堿基代表一個(gè)氨基酸），由由5到到3閱讀閱讀，無間斷。即使在少數(shù)重疊基因（如病毒）中，其，無間斷。即使在少數(shù)重疊基因（如病毒）中，其開放閱讀框架（開放閱讀框架（reading frame）仍按此原則。）仍按此原則。 密碼有密碼有簡并性簡并性（degeneracy），即一個(gè)氨基酸可由幾個(gè)密），即一個(gè)氨基酸可由幾個(gè)密碼子表示；碼子表示；通用性通用性，大多數(shù)生物使用同樣的遺傳密碼，但也，大多數(shù)生物使用同樣的遺傳密碼，但也會(huì)有所偏愛。會(huì)有所偏愛。 一般起始密碼為一般起始密

4、碼為AUG。UAA，UAG和和UGA為終止密碼。為終止密碼。遺遺 傳傳 密密 碼碼 表表 原核原核tRNAtRNA有有30-4030-40種，真核有種，真核有50-6050-60種，含種，含70-9070-90個(gè)核苷酸，個(gè)核苷酸， 并有多種稀有堿基。并有多種稀有堿基。 tRNAtRNA是最小的是最小的RNARNA， 占細(xì)胞總占細(xì)胞總RNA RNA 的的15%15%左右，其功能是搬運(yùn)氨左右，其功能是搬運(yùn)氨基酸和解讀密碼子?；岷徒庾x密碼子。 tRNA tRNA 具有具有“四環(huán)一臂四環(huán)一臂”和和“三葉草三葉草” ” 形的典型結(jié)構(gòu)。形的典型結(jié)構(gòu)。注意：注意：33端端CCACCA氨基酸受位和反密碼子環(huán)

5、氨基酸受位和反密碼子環(huán)1.2、tRNA，轉(zhuǎn)運(yùn)，轉(zhuǎn)運(yùn)RNAtRNA的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)“四環(huán)一臂四環(huán)一臂” 倒倒L形的三級(jí)結(jié)構(gòu)形的三級(jí)結(jié)構(gòu) tRNAtRNA的功能是解讀的功能是解讀mRNAmRNA上的密碼子和搬運(yùn)氨基酸上的密碼子和搬運(yùn)氨基酸 tRNAtRNA上上至少有至少有4 個(gè)位點(diǎn)與多肽鏈合成有關(guān)：即個(gè)位點(diǎn)與多肽鏈合成有關(guān)：即3CCA氨基酸接受位點(diǎn)氨基酸接受位點(diǎn)、氨基酰氨基酰-tRNA合成酶識(shí)別位點(diǎn)、核糖體識(shí)別位點(diǎn)和合成酶識(shí)別位點(diǎn)、核糖體識(shí)別位點(diǎn)和反密碼子位點(diǎn)反密碼子位點(diǎn)。 每一個(gè)氨基酸有其自身的每一個(gè)氨基酸有其自身的tRNAtRNA。氨基酸的羧基與。氨基酸的羧基與tRNAtRNA的的 3 CCA-O

6、H3 CCA-OH以酯鍵結(jié)合。以酯鍵結(jié)合。 氨基酸與氨基酸與mRNAmRNA相應(yīng)的密碼子正確相應(yīng)的密碼子正確“對(duì)號(hào)對(duì)號(hào)”須依賴于須依賴于tRNAtRNA的反密碼子。的反密碼子。 密碼子與反密碼子的配對(duì)方式密碼子與反密碼子的配對(duì)方式變偶性變偶性反密碼子反密碼子55端的堿基與密碼子的第三位配對(duì)不嚴(yán)格端的堿基與密碼子的第三位配對(duì)不嚴(yán)格 核糖體是核糖體是rRNA rRNA 與幾十種蛋白質(zhì)的復(fù)合體，有大、小兩個(gè)亞基構(gòu)與幾十種蛋白質(zhì)的復(fù)合體，有大、小兩個(gè)亞基構(gòu)成。含有合成蛋白質(zhì)多肽鏈所必需的酶、起始因子（成。含有合成蛋白質(zhì)多肽鏈所必需的酶、起始因子（IFIF）、延伸因）、延伸因子（子（EFEF）、釋放因子

7、（）、釋放因子（RFRF）等。）等。 原核的核糖體（原核的核糖體（70S70S）= 30S= 30S小亞基小亞基 + 50S+ 50S大亞基大亞基 其中其中 30S30S小亞基含小亞基含16S rRNA 16S rRNA 和和2121種蛋白質(zhì)種蛋白質(zhì) 50S50S大亞基含大亞基含23S23S，5SrRNA5SrRNA和和3434種蛋白質(zhì)種蛋白質(zhì) 真核的核糖體（真核的核糖體（80S80S）= 40S= 40S小亞基小亞基 + 60S+ 60S大亞基大亞基 其中其中 40S 40S 小亞基含小亞基含18S rRNA 18S rRNA 和和3333種蛋白質(zhì)種蛋白質(zhì) 60S 60S 大亞基含大亞基含2

8、8S28S，5.8S5.8S，5SrRNA5SrRNA和和4545種蛋白質(zhì)種蛋白質(zhì)1.3、rRNA與核糖體（與核糖體（ribosome） rRNA 只有只有4-5種占細(xì)胞種占細(xì)胞RNA 的大部分的大部分 。 圖為原核生物的兩種圖為原核生物的兩種16S rRNA和和5S rRNA 的結(jié)的結(jié)構(gòu)構(gòu)小亞基大亞基tRNA核糖體核糖體原核原核70S70S核糖體和真核核糖體和真核80S80S核糖體的結(jié)構(gòu)和組成核糖體的結(jié)構(gòu)和組成 核糖體有核糖體有4 4個(gè)基本功能個(gè)基本功能1. 1. 容納容納mRNAmRNA，并能沿著，并能沿著mRNAmRNA由由553 3 移動(dòng)，由移動(dòng)，由tRNAtRNA解讀其密碼；解讀其密

9、碼；2. 2. 氨基酰位點(diǎn)（氨基酰位點(diǎn)（A A位點(diǎn)位點(diǎn)），可結(jié)合氨），可結(jié)合氨基?；?tRNA-tRNA（AA-tRNAAA-tRNA）；）；3. 3. 肽酰基位點(diǎn)（肽酰基位點(diǎn)（P P位點(diǎn)位點(diǎn)），可結(jié)合肽），可結(jié)合肽?；；?tRNA-tRNA（肽（肽-tRNA-tRNA）；）；4. 4. 肽酰基轉(zhuǎn)移酶中心，是形成肽?；D(zhuǎn)移酶中心，是形成肽鍵肽鍵的的位點(diǎn)等。位點(diǎn)等。 所有參與合成多肽鏈的氨基酸都要激活，并由數(shù)十種高度專一的所有參與合成多肽鏈的氨基酸都要激活，并由數(shù)十種高度專一的氨基酰氨基酰-tRNA-tRNA合成酶合成酶催化。該酶由兩個(gè)識(shí)別位點(diǎn)，它們能催化。該酶由兩個(gè)識(shí)別位點(diǎn)，它們能識(shí)別特定

10、的識(shí)別特定的氨基酸氨基酸和和選擇其所對(duì)應(yīng)的選擇其所對(duì)應(yīng)的tRNAtRNA，使兩者連接起來（利用，使兩者連接起來（利用ATPATP）。）。 反應(yīng)如下：反應(yīng)如下： 氨基酸的羧基與氨基酸的羧基與tRNA tRNA 的的33端端CCA-OH CCA-OH 以酯鍵相連，因此其氨基是以酯鍵相連，因此其氨基是自由的。自由的。2 2、蛋白質(zhì)的生物合成過程、蛋白質(zhì)的生物合成過程2.12.1、氨基酸的活化、氨基酸的活化tRNAAAtRNAATPAA tRNAAMPPPi氨?；?合成酶-氨基酸與氨基酸與tRNAtRNA的的 連接方式連接方式 翻譯起始時(shí)，翻譯起始時(shí)，第一個(gè)氨基酸第一個(gè)氨基酸一般是蛋氨酸，一般是蛋氨酸

11、，其氨基要甲酰其氨基要甲?；?，予以保護(hù)?；?，予以保護(hù)。甲酰FH4甲?；鵐ettRNAfmetfMet-tRNA合成酶fMet-tRNA酯鍵首先首先IF3IF3、IF1IF1幫助幫助30S30S小亞基小亞基與與mRNAmRNA結(jié)合，結(jié)合，IF2IF2和和GTPGTP幫助幫助甲酰甲硫氨酸甲酰甲硫氨酸-tRNA-tRNA與與AUGAUG配配對(duì)，接著對(duì)，接著IF3IF3脫離，形成脫離，形成30S30S起始復(fù)合物起始復(fù)合物。50S50S大亞基進(jìn)入，大亞基進(jìn)入，IF1IF1和和IF2IF2脫離，形成脫離，形成50S50S起始起始復(fù)合物，復(fù)合物，需要需要GTPGTP。甲酰甲硫甲酰甲硫氨酸氨酸-tRNA-tR

12、NA處于處于P P位。位。2.22.2、起始復(fù)合物的形成、起始復(fù)合物的形成起始密碼起始密碼AUGAUG上游的上游的S.DS.D序列與序列與16S rRNA316S rRNA3端互補(bǔ)端互補(bǔ)結(jié)合有利于結(jié)合有利于30S30S起始復(fù)合物的形成起始復(fù)合物的形成一個(gè)嘌呤豐富區(qū)一個(gè)嘌呤豐富區(qū) 起始密碼起始密碼2.32.3、肽鍵的形成和延伸、肽鍵的形成和延伸（注意新的（注意新的AA-tRNAAA-tRNA如何定位，第一個(gè)肽鍵如何形成，核糖體如何移動(dòng)如何定位，第一個(gè)肽鍵如何形成，核糖體如何移動(dòng)）氨?；滨；鵷RNAtRNA進(jìn)入進(jìn)入A A位位 新的氨基酸新的氨基酸-tRNA-tRNA的進(jìn)位依賴的進(jìn)位依賴EF-Tu

13、EF-Tu和和TsTs因子的協(xié)助因子的協(xié)助肽鍵的形成肽鍵的形成 肽鍵的形成由肽?；D(zhuǎn)移酶催化肽鍵的形成由肽酰基轉(zhuǎn)移酶催化 （此酶具有核酶的活性）（此酶具有核酶的活性）原核生物肽鏈的延長原核生物肽鏈的延長 核糖體沿著核糖體沿著mRNA 53方向移位方向移位EF-G因子和因子和GTP參與參與空載的空載的tRNA從從E位點(diǎn)離開位點(diǎn)離開 氨基酸進(jìn)位，肽鏈形成和延伸，核糖體沿著氨基酸進(jìn)位，肽鏈形成和延伸，核糖體沿著mRNAmRNA的的53 53 方向移位，循環(huán)往復(fù)，方向移位，循環(huán)往復(fù)，新合成的肽鏈由新合成的肽鏈由氨基端向著羧基端不斷延長，氨基端向著羧基端不斷延長，直至直至mRNAmRNA上出現(xiàn)終止密上出

14、現(xiàn)終止密碼，相應(yīng)的肽鏈釋放因子碼，相應(yīng)的肽鏈釋放因子RF1RF1（對(duì)應(yīng)（對(duì)應(yīng)UAAUAA、UAGUAG），），RF2RF2（對(duì)應(yīng)（對(duì)應(yīng)UAAUAA、UGAUGA）占據(jù)占據(jù)A A位。肽鏈的合成終止，并從核位。肽鏈的合成終止，并從核糖體上釋放。糖體上釋放。 核糖體大、小亞基解聚，并進(jìn)入下一輪合成。核糖體大、小亞基解聚，并進(jìn)入下一輪合成。2.42.4、肽鏈的終止、肽鏈的終止蛋白質(zhì)合成的終止蛋白質(zhì)合成的終止 多個(gè)核糖體結(jié)合在同一條多個(gè)核糖體結(jié)合在同一條mRNA上，由上，由53進(jìn)進(jìn)行翻譯，形成行翻譯，形成多核糖體多核糖體（polyribosome），翻譯），翻譯速率得以提高速率得以提高3.3.多肽鏈的修

15、飾和加工多肽鏈的修飾和加工 (1)N(1)N端修飾端修飾 原核生物修飾時(shí)是由肽甲?；赋ゼ柞；?，多原核生物修飾時(shí)是由肽甲?；赋ゼ柞；?，多數(shù)情況甲硫氨酸也被氨肽酶除去，真核生物中甲硫氨酸則全部被切數(shù)情況甲硫氨酸也被氨肽酶除去，真核生物中甲硫氨酸則全部被切除。除。 (2)(2)多肽鏈的水解切除多肽鏈的水解切除 水解切除其中多余的肽段，使之折疊成水解切除其中多余的肽段，使之折疊成為有活性的酶或蛋白質(zhì)。如酶原激活為有活性的酶或蛋白質(zhì)。如酶原激活 (3)(3)氨基酸側(cè)鏈的修飾氨基酸側(cè)鏈的修飾 氨基酸側(cè)鏈的修飾包括羥化、羧化、甲氨基酸側(cè)鏈的修飾包括羥化、羧化、甲基化及二硫鏈的形成等?；岸蜴湹男?/p>

16、成等。 (4)(4)糖基化修飾糖基化修飾 糖蛋白是細(xì)胞蛋白質(zhì)組成的重要成分。它是在糖蛋白是細(xì)胞蛋白質(zhì)組成的重要成分。它是在翻譯后的肽鏈上以共價(jià)鍵與單糖或寡聚糖連接而成。糖基化是在酶翻譯后的肽鏈上以共價(jià)鍵與單糖或寡聚糖連接而成。糖基化是在酶催化下進(jìn)行的。催化下進(jìn)行的。信號(hào)肽（信號(hào)肽（signal peptide）未成熟蛋白中，可被細(xì)胞識(shí)別系統(tǒng)識(shí)別的未成熟蛋白中，可被細(xì)胞識(shí)別系統(tǒng)識(shí)別的特征性氨基酸序列。特征性氨基酸序列。本本 章章 結(jié)結(jié) 束束 動(dòng)物生物化學(xué)練習(xí)（動(dòng)物生物化學(xué)練習(xí)（3 3）1 1無論是在無論是在DNADNA復(fù)制、還是復(fù)制、還是RNARNA的轉(zhuǎn)錄或者是蛋白質(zhì)翻譯的過程，的轉(zhuǎn)錄或者是蛋白

17、質(zhì)翻譯的過程，我們都能看到堿基互補(bǔ)配對(duì)的原則貫穿在遺傳信息從我們都能看到堿基互補(bǔ)配對(duì)的原則貫穿在遺傳信息從DNADNA傳遞到蛋傳遞到蛋白質(zhì)的各個(gè)環(huán)節(jié)。請(qǐng)做簡要地介紹并評(píng)價(jià)其生物學(xué)意義。白質(zhì)的各個(gè)環(huán)節(jié)。請(qǐng)做簡要地介紹并評(píng)價(jià)其生物學(xué)意義。 2.DNA2.DNA的復(fù)制包括哪些主要階段？為什么復(fù)制具有半保留性？為什的復(fù)制包括哪些主要階段？為什么復(fù)制具有半保留性？為什么說子鏈的合成是半不連續(xù)的？么說子鏈的合成是半不連續(xù)的？3.3.轉(zhuǎn)錄的終止出現(xiàn)在轉(zhuǎn)錄的終止出現(xiàn)在DNADNA分子中特定的堿基順序上。原核分子中特定的堿基順序上。原核DNADNA轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄的終止順序有明顯的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，請(qǐng)予描述。除此以外，還有什么其的終止順序有明顯的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，請(qǐng)予描述。除此以外，還有什么其它的終止轉(zhuǎn)錄的方式？它的終止轉(zhuǎn)錄