第十四章蛋白質(zhì)的生物合成

1當(dāng)前1頁，總共69頁。蛋白質(zhì)生物合成體系蛋白因子（IF、EF、RF、RR）無機(jī)離子、ATP、GTPProtein20種α-氨基酸原料

模板mRNAPr.合成酶系運(yùn)載體tRNA核蛋白體復(fù)雜的生物合成體系蛋白質(zhì)生物合成：將4種堿基所代表的密碼，解讀為蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)中20種氨基酸的排列順序，即翻譯。2當(dāng)前2頁，總共69頁。3當(dāng)前3頁，總共69頁。二、tRNA蛋白質(zhì)合成體系的組分三、核糖體第一節(jié)蛋白質(zhì)合成體系

一、mRNA和遺傳密碼四、輔助因子4當(dāng)前4頁，總共69頁。mRNA

(messengerRNA)是蛋白質(zhì)生物合成過程中直接指令氨基酸摻入的模板，是遺傳信息的載體。mRNA原核生物和真核生物mRNA的比較5當(dāng)前5頁，總共69頁。原核細(xì)胞mRNA的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)5′3′順反子順反子順反子插入順序插入順序先導(dǎo)區(qū)末端順序AGGAGGUSD區(qū)特點(diǎn)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序列的保守區(qū)，16SrRNA3’-端反向互補(bǔ)而使mRNA與核糖體結(jié)合。6當(dāng)前6頁，總共69頁。真核細(xì)胞mRNA的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

5′

“帽子”PolyA

3′

順反子m7G-5′ppp-N-3′p帽子結(jié)構(gòu)功能使mRNA免遭核酸酶的破壞使mRNA能與核糖體小亞基結(jié)合并開始合成蛋白質(zhì)被蛋白質(zhì)合成的起始因子所識別，從而促進(jìn)蛋白質(zhì)的合成。Poly(A)尾巴的功能是mRNA由細(xì)胞核進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)所必需的形式它大大提高了mRNA在細(xì)胞質(zhì)中的穩(wěn)定性

AAAAAAA-OH7當(dāng)前7頁，總共69頁。信使RNA概念的提出：F.JacobJ.Monod1961年提出mRNA的概念。信使RNA的實(shí)驗證明：1、F.JacobJ.Monod用T2噬菌體感染大腸桿菌后，大腸桿菌先合成半衰期很短的RNA其堿基組成和T2DNA一致，很快大腸桿菌即開始合成T2的蛋白質(zhì)。8當(dāng)前8頁，總共69頁。

2、Brenner,Jacob,Meselson等人將大腸桿菌接種在15N和13C標(biāo)記的培養(yǎng)基上，再用T2感染，然后立即轉(zhuǎn)移到?jīng)]有標(biāo)記的培養(yǎng)基上，然后再分離出核糖體，重元素標(biāo)記的核糖體可以和輕元素的核糖體分離開。結(jié)果表明：T2感染后核糖體上出現(xiàn)標(biāo)記的RNA，且其代謝速度很快。3、S.Spiegelman用分子雜交證明了新合成的T2RNA可以和T2DNA雜交，而其它RNA則不能。9當(dāng)前9頁，總共69頁。mRNA是翻譯的直接模板遺傳密碼（密碼子，codon）5'AUG3'mRNA

10當(dāng)前10頁，總共69頁。遺傳密碼

三聯(lián)體密碼的破譯遺傳密碼的性質(zhì)

遺傳密碼:DNA（或mRNA）中的核苷酸序列與蛋白質(zhì)中氨基酸序列之間的對應(yīng)關(guān)系稱為遺傳密碼。

密碼子(codon)：mRNA上每3個相鄰的核苷酸編碼蛋白質(zhì)多肽鏈中的一個氨基酸，這三個核苷酸就稱為一個密碼子或三聯(lián)體密碼。遺傳密碼字典11當(dāng)前11頁，總共69頁。三聯(lián)體密碼的破譯1954年Gamov確認(rèn)核酸分子中三個堿基決定一個氨基酸1961年Crick等用遺傳學(xué)方法也證實(shí)三聯(lián)體密碼子學(xué)說是正確的Nirenberg以均聚物共聚物為模板指導(dǎo)多肽的合成,尋找到了破譯遺傳密碼的途徑

Khorana以共聚物指導(dǎo)多肽的合成，加快了破譯遺傳密碼的步伐12當(dāng)前12頁，總共69頁。196813當(dāng)前13頁，總共69頁。遺傳密碼

1961年，Nirenberg等用大腸桿菌無細(xì)胞體系，外加20種標(biāo)記的氨基酸混合物及poly(U)結(jié)果合成了苯丙氨酸多聚體，破譯了第一個密碼子UUU－苯丙氨酸。后來，Nirenberg和Oehoa等又用PolyUC,polyAC為模板合成多肽，統(tǒng)計證明了生物遺傳密碼是三聯(lián)密碼。后來又發(fā)現(xiàn)三個核苷酸即可以和核糖體結(jié)合通過測定和核糖體結(jié)合的標(biāo)記氨基酸即可破譯所有設(shè)計的遺傳密碼。結(jié)果用這些方法破譯了所有的遺傳密碼。

14當(dāng)前14頁，總共69頁。

UGUGUGUGUGUGUGU三聯(lián)碼應(yīng)譯為兩種氨基酸多聚物，實(shí)驗結(jié)果是半胱氨酸和頡氨酸多聚物。若為四聯(lián)碼或兩聯(lián)碼則應(yīng)得單一的氨基酸聚合物。15當(dāng)前15頁，總共69頁。缺失或插入核苷酸引起三聯(lián)體密碼的改變CATCATCATCATCATCATCATCACATCATCATCATCCATCACAXTCATCATCATCAXTXCATXCATCATCAT-1-1,+1+316當(dāng)前16頁，總共69頁。以均聚物為模板指導(dǎo)多肽的合成PolyU為模板，產(chǎn)生的多肽鏈為PolyPhePolyA為模板，產(chǎn)生的多肽鏈為PolyLysPolyC為模板，產(chǎn)生的多肽鏈為PolyPro17當(dāng)前17頁，總共69頁。以特定的共聚物為模板指導(dǎo)多肽的合成

（1）以多聚二核苷酸作模板可合成由2個氨基酸組成的多肽,如以PolyUG為模板，合成產(chǎn)物為PolyLys-Val。（2）以多聚三核苷酸作為模板，可得三種氨基酸組成的多肽。18當(dāng)前18頁，總共69頁。遺傳密碼字典UACGUCAGUCAG第二位第一位（5ˊ）第三位（3ˊ）UCAGUCAGUCAG19當(dāng)前19頁，總共69頁。mRNA是翻譯的直接模板讀碼框架（openreadingframe，ORF）遺傳密碼（密碼子，codon）5'AUG3'mRNAmRNA分子5至3方向，由AUG開始，每3個核苷酸為一組，代表肽鏈合成的起始、氨基酸序列或合成終止信號，稱為三聯(lián)體密碼(tripletcoden)。20當(dāng)前20頁，總共69頁。2.數(shù)目：43=64具體見遺傳密碼表遺傳密碼特點(diǎn)有四：1.讀法：從mRNA5'到3'連續(xù)讀,不間斷,不重復(fù)。（插入或缺失等引起移碼等現(xiàn)象）21當(dāng)前21頁，總共69頁。遺傳密碼表第一個核苷酸第二個核苷酸第三個核苷酸UCAGU苯丙氨酸苯丙氨酸亮氨酸亮氨酸絲氨酸絲氨酸絲氨酸絲氨酸酪氨酸酪氨酸——終止密碼——終止密碼半胱氨酸半胱氨酸——終止密碼色氨酸UCAGC亮氨酸亮氨酸亮氨酸亮氨酸脯氨酸脯氨酸脯氨酸脯氨酸組氨酸組氨酸谷氨酰胺谷氨酰胺精氨酸精氨酸精氨酸精氨酸UCAGA異亮氨酸異亮氨酸異亮氨酸甲硫氨酸蘇氨酸蘇氨酸蘇氨酸蘇氨酸天冬酰胺天冬酰胺賴氨酸賴氨酸絲氨酸絲氨酸精氨酸精氨酸UCAGG纈氨酸纈氨酸纈氨酸纈氨酸丙氨酸丙氨酸丙氨酸丙氨酸天冬氨酸天冬氨酸谷氨酸谷氨酸甘氨酸甘氨酸甘氨酸甘氨酸UCAG翻譯的模板mRNA22當(dāng)前22頁，總共69頁。2.64個密碼:起始密碼(initiationcodon)原核甲酰蛋氨酸真核蛋氨酸61個:3個:AUG兼職UGG—Trp的密碼59個:UAG、UAA、UGA同義、簡并、三中讀二—終止密碼

不代表任何氨基酸3.遺傳密碼適用于所有生物—通用性翻譯的模板mRNA23當(dāng)前23頁，總共69頁。人線粒體中變異的密碼子UGA終止信號TrpAUAIleMetAGAArg終止信號AGGArg終止信號密碼子正常情況下編碼線粒體DNA編碼24當(dāng)前24頁，總共69頁。4.擺動性、擺動配對3′5′123mRNA3213’aa5’氨基酰-tRNA密碼子與反密碼子的擺動配對密碼子第三堿基A、C、UA、GC、G、UU反密碼子第一堿基IUCG翻譯的模板mRNA—不嚴(yán)格的堿基互補(bǔ)25當(dāng)前25頁，總共69頁。遺傳密碼的性質(zhì)1、密碼是無標(biāo)點(diǎn)符號的且相鄰密碼子互不重疊。2、密碼的簡并性：由一種以上密碼子編碼同一個氨基酸的現(xiàn)象稱為簡并性（dogeneracy），對應(yīng)于同一氨基酸的密碼子稱為同義密碼子(Synonymouscodon)。密碼的簡并性可以減少有害突變。

3、密碼的擺動性（變偶性）：密碼的專一性主要是由第一第二個堿基所決定，tRNA上的反密碼子與mRNA密碼子配對時，密碼子的第一、二位堿基是嚴(yán)格的，第三位堿基可以有一定的變動。Crick稱這一為變偶性（wobble）.4、密碼的通用性和變異性5、64組密碼子中，AUG既是的密碼，又是起始密碼；有三組密碼不編碼任何氨基酸，而是多肽鏈合成的終止密碼子：UAG、UAA、UGA。

26當(dāng)前26頁，總共69頁。二、tRNA和氨基酰-tRNA1.tRNA的作用：aatRNA氨基酰-tRNA合成酶ATPAMP氨基酰-tRNA高度特異性-認(rèn)識兩端校正活性以氨基酰-tRNA的形式轉(zhuǎn)運(yùn)氨基酸2.aa的活化：27當(dāng)前27頁，總共69頁。ala-tRNAala

mRNA3’5’met-tRNAimetmet-tRNAemetfmet-tRNAfmet4.tRNA的種類及氨基酰-tRNA表示3.氨基酰-tRNA在mRNA上對號入座3213’aa5’氨基酰-tRNA28當(dāng)前28頁，總共69頁。tRNA（transferribonucleicasid）在蛋白質(zhì)合成中處于關(guān)鍵地位，它不但為每個三聯(lián)體密碼子譯成氨基酸提供接合體，還為準(zhǔn)確無誤地將活化的氨基酸運(yùn)送到核糖體中mRNA模板上。1、tRNA的結(jié)構(gòu)特征2、tRNA的功能（1）tRNA的接頭(adaptor)作用

3′-端上的氨基酸接受位點(diǎn)

識別氨酰-tRNA合成酶的位點(diǎn)

核糖體識別位點(diǎn)

反密碼子位點(diǎn)（2）tRNA的突變與校正基因(回復(fù)突變，reversemutation)

tRNA29當(dāng)前29頁，總共69頁。密碼子與反密碼子的配對關(guān)系反密碼子tRNA53AUC5mRNA3密碼子12330當(dāng)前30頁，總共69頁。基因間的校正突變GluH2NCOOH

第一個突變：由于DNA突變使mRNA分子中GAG變?yōu)閁AGGAG(Glu)UAG（終止密碼）H2NCOOHTyrH2NCOOH

第二個突變：tRNATyr的反密碼子GUA突變成CUA突變tRNATyr可以將終止密碼UAG讀作Tyr3-A-U-C-55-U-A-G-3突變tRNATyr

的反密碼子（正常時應(yīng)為3-A-U-G-5）此終止密碼被讀作Tyr31當(dāng)前31頁，總共69頁。三、核蛋白體(rRNA+pr.)肽鏈合成場所1.核糖核蛋白體/核蛋白體/核糖體組成真核80S原核70S60S40S50S30SrRNAPr.16S21種rpS5S、23S36種rpL18S33種rpS5S、5.8S、28S49種rpL32當(dāng)前32頁，總共69頁。核糖體核糖體是由rRNA（ribosomalribonucleicasid）和多種蛋白質(zhì)結(jié)合而成的一種大的核糖核蛋白顆粒，蛋白質(zhì)肽鍵的合成就是在這種核糖體上進(jìn)行的。2、核糖體的功能1、核糖體的結(jié)構(gòu)和組成33當(dāng)前33頁，總共69頁。核糖體的組成原核生物核糖體的組成34protein21protein23SRNA5SRNA16SRNA50Ssubunit70Sribosome30Ssubunit原核生物核糖體結(jié)構(gòu)示意圖30Ssubunit50Ssubunit34當(dāng)前34頁，總共69頁。P位A位2.核蛋白體上的功能部位5′3′mRNA小亞基大亞基P位/肽位(peptidylsite)/給位（donorsite）A位/氨基酰位(aminoacylsite)/受位（acceptorsite）E位卸載tRNA的排出位（真核無E位）轉(zhuǎn)肽酶是大亞基上的蛋白質(zhì)E位35當(dāng)前35頁，總共69頁。原核細(xì)胞70S核糖體的A位、P位及mRNA結(jié)合部位示意圖anticodoncodon30S與mRNA結(jié)合部位P位（結(jié)合或接受肽基的部位）A位（結(jié)合或接受AA-tRNA的部位）50S53mRNA36當(dāng)前36頁，總共69頁。37當(dāng)前37頁，總共69頁。真核和原核細(xì)胞參與翻譯的蛋白質(zhì)因子階段原核

真核功能IF1IF2eIF2參與起始復(fù)合物的形成IF3eIF3、eIF4C起始CBPI與mRNA帽子結(jié)合eIF4ABF參與尋找第一個AUGeIF5協(xié)助eIF2、eIF3、eIF4C的釋放eIF6協(xié)助60S亞基從無活性的核糖體上解離EF-TueEF1協(xié)助氨酰-tRNA進(jìn)入核糖體延長EF-TseEF1幫助EF-Tu、eEF1周轉(zhuǎn)EF-GeEF2移位因子RF-1終止eRF釋放完整的肽鏈RF-238當(dāng)前38頁，總共69頁。第二節(jié)蛋白質(zhì)的生物合成過程起始、延長、終止翻譯后加工修飾39當(dāng)前39頁，總共69頁。一、翻譯的起始—形成起始復(fù)合體

（需IF）（一）原核生物的翻譯起始起始復(fù)合體生成的全過程原核生物mRNA與核蛋白體小亞基結(jié)合的分子機(jī)制40當(dāng)前40頁，總共69頁。（二）真核生物的翻譯起始復(fù)合物生成過程40S60S60S40SMetAUGMeteIF2、4、4C、5GDP+Pi80S復(fù)合體1、核蛋白體亞基的拆離3、mRNA在小亞基上就位2、小亞基與met-tRNA的結(jié)合4、核蛋白體大亞基結(jié)合GTPeIF2MeteIF3IF4cAUGeIF4A、4B、4E、4FAUGMetATP

ADP+Pi41當(dāng)前41頁，總共69頁。（三）原、真核生物翻譯起始比較原核生物真核生物起始復(fù)合體70S（30S+50S）80S（40S+60S）起始因子3種9種mRNA結(jié)構(gòu)S-D序（RBS）rpS辨認(rèn)序列帽子結(jié)構(gòu)（CBP-1/eIF4ECBP-2/eIF4F

識別并結(jié)合）起始氨基酰-tRNAfmet-tRNAimetmet-tRNAimet結(jié)合順序小亞基→mRNA→[IF2-fmet-tRNA-GTP]小亞基→[eIF2-met-tRNA-GTP]→mRNA42當(dāng)前42頁，總共69頁。二、肽鏈的延長—核蛋白體循環(huán)（狹義）需EF、轉(zhuǎn)肽酶移位進(jìn)位成肽蛋白質(zhì)的生物合成過程43當(dāng)前43頁，總共69頁。5′3′O|C=O|fMetA位E位P位（一）進(jìn)位/注冊（需EFTu-Ts）肽鏈的延長階段O|C=O|CH-RY|NH244當(dāng)前44頁，總共69頁。進(jìn)位程序—EFTu-Ts循環(huán)TuGTPPiAA-tRNA-mRNA-核糖體TuTsTsTsGTPGDPTuGDPAATuGTPAA起始復(fù)合體H2O5′3′O|C=O|fMet5′3′O|C=O|fMetO|C=O|CH-RY|NH245當(dāng)前45頁，總共69頁。5′3′O|C=O|fMetO|C=O|CH-RY|NH2A位P位E位

|C=O|fMet轉(zhuǎn)肽酶Mg2+（二）成肽/轉(zhuǎn)肽轉(zhuǎn)肽酶催化肽鍵的形成O|C=O|CH-RY|NH5′3′OHA位P位E位46當(dāng)前46頁，總共69頁。P位大亞基A位小亞基E位（三）轉(zhuǎn)位核蛋白體5′3′mRNA轉(zhuǎn)位酶/EFG真核EF247當(dāng)前47頁，總共69頁?？偨Y(jié)肽鏈延長階段/核蛋白體循環(huán)進(jìn)位entrance/注冊registration按A位的密碼、氨基酰-tRNA進(jìn)入A位EFT(EFTu-Ts循環(huán))真核EF1αEF1βγ成肽/轉(zhuǎn)肽peptidebondforation肽從P位轉(zhuǎn)到A位、P位提供?；位提供氨基、在A位上形成肽鍵轉(zhuǎn)肽酶（大亞基上）transpeptidase轉(zhuǎn)位/移位translocationA位的肽鏈連mRNA從A位進(jìn)入P位、A位空出、下一個AA-tRNA進(jìn)入A位轉(zhuǎn)位酶/EFG（translocase）真核EF-248當(dāng)前48頁，總共69頁。49當(dāng)前49頁，總共69頁。核蛋白體循環(huán)？蛋白質(zhì)合成的肽鏈延長階段，每經(jīng)過進(jìn)位、成肽和轉(zhuǎn)位三步使肽鏈延長一個氨基酸殘基，此過程是在核蛋白體上進(jìn)行的稱為核蛋白體循環(huán)。50當(dāng)前50頁，總共69頁。蛋白質(zhì)延伸的方向是從N端到C端。

肽鏈延長的速度極快，兔網(wǎng)織紅細(xì)胞一個核糖體合成一條完整的血紅蛋白鏈(146個氨基酸殘基)在37C只需要3分鐘，大腸桿菌每個核糖體每秒中延伸速度高達(dá)20個氨基酸。51當(dāng)前51頁，總共69頁。真核細(xì)胞蛋白質(zhì)生物合成

真核細(xì)胞蛋白質(zhì)生物合成與原核細(xì)胞十分相似，但某些步驟更為復(fù)雜，涉及到的蛋白因子也更多。其特點(diǎn)為：1、核糖體更大，真核細(xì)胞的核糖體為80S，可解離為60S和40S兩個亞基，40S亞基含有18SrRNA，60S亞基含有5S,5.8S及28SrRNA。2、真核生物多肽合成的起始氨基酸為甲硫氨酸，而不是N－甲酰甲硫氨酸。起始tRNA為Met-tRNAmet，此tRNA不含TΨC序列，這在tRNA中是十分特別的。3、起始密碼子為AUG，其上游沒有富含嘌呤的SD－序列。40S亞基和mRNA的帽子結(jié)構(gòu)相識別，向3’方向滑行到起始密碼子。該過程需要ATP提供能量，真核細(xì)胞一個mRNA分子只有一個起始密碼子。4、80S起始復(fù)合物形成所需蛋白因子比原核細(xì)胞要多，其起始因子用eIF表示。5、真核細(xì)胞蛋白質(zhì)合成延伸因子為EF1和EF1,終止因子為eRF。6、蛋白激酶參與蛋白質(zhì)和成的調(diào)節(jié)，eIF2被激酶磷酸化之后，它就會失去起始活性。52當(dāng)前52頁，總共69頁?！K止過程示意圖P位A位M5′3′mRNA小亞基大亞基UAAnRFP位A位M5′3′mRNA小亞基大亞基UAAnRFP位5′3′mRNA小亞基大亞基UAAA位MnRFGTPRR5′3′mRNAUAA小亞基大亞基P位A位MnRFIF1IF3Mn小亞基大亞基三、肽鏈合成的終止53當(dāng)前53頁，總共69頁。

總結(jié)肽鏈合成的終止（需RF、RR）大小亞基分離A位出現(xiàn)終止密碼RF-1/RF-2辨認(rèn)結(jié)合停止進(jìn)位RR

RF-3介導(dǎo)RF-1、RF-2的作用酯酶水解活性肽鏈釋放

IF1、IF3復(fù)合體解體核蛋白體tRNA、mRNA、RF釋放轉(zhuǎn)肽酶+蛋白質(zhì)的生物合成過程54當(dāng)前54頁，總共69頁。多聚核蛋白體50S30S70S即將完成的肽鏈開始形成的肽鏈即將完成的肽鏈開始形成的肽鏈完成的肽鏈5′3′即將完成的肽鏈開始形成的肽鏈多個核蛋白體聚集到同一mRNA上合成相同的多肽鏈，提高蛋白質(zhì)的合成速率。55當(dāng)前55頁，總共69頁。多聚核糖體（polyribosome）56當(dāng)前56頁，總共69頁。第三節(jié)翻譯后加工一級結(jié)構(gòu)的修飾空間結(jié)構(gòu)的修飾多肽鏈折疊蛋白質(zhì)的靶向運(yùn)輸post-translationalprocessing57當(dāng)前57頁，總共69頁。一、一級結(jié)構(gòu)的修飾1.切除N-端的甲硫氨酸/甲酰甲硫氨酸（可以在肽鏈合成過程中進(jìn)行）2.個別氨基酸的修飾（羥化、磷酸化、二硫鍵的形成等）3.水解修飾58當(dāng)前58頁，總共69頁。鴉片促黑皮質(zhì)素原（POMC）的水解剪裁POMCNCKRKR信號肽103肽？促腎上腺皮質(zhì)素ACTH（39）脂酸釋放素β-LT（91）α-MSH促黑激素β-MSH（18）促黑激素（KR為賴氨酸、精氨酸殘基）59當(dāng)前59頁，總共69頁。二、空間結(jié)構(gòu)的修飾亞基聚合糖蛋白、脂蛋白、色蛋白以及酶與輔酶輔基連接疏水脂鏈的連接60當(dāng)前60頁，總共69頁。三、多肽鏈折疊1.分子伴侶2.蛋白二硫鍵異構(gòu)酶催化正確二硫鍵的形成3.肽-脯氨酰順反異構(gòu)酶是一類保守蛋白，促進(jìn)肽鏈天然構(gòu)象的形成。熱休克蛋白伴侶素促進(jìn)順反兩種異構(gòu)體之間的轉(zhuǎn)換，維持二者的比例。61當(dāng)前61頁，總共69頁。四、蛋白質(zhì)合成后的靶向輸送蛋白質(zhì)的靶向輸送（Protein