第十三蛋白質(zhì)的生物合成

當前1頁，總共73頁。第一節(jié)蛋白質(zhì)的生物合成體系

原料：20種氨基酸模板：mRNA

場所：核蛋白體(核糖體)

氨基酸的“搬運工具”：tRNA

酶與蛋白質(zhì)因子：啟動、延長、終止因子能量：ATP、GTP

無機離子一、模板——mRNA

1、遺傳密碼（geneticcode）

當前2頁，總共73頁。

遺傳密碼實際上是指mRNA中的核苷酸排列序列與蛋白質(zhì)中的氨基酸排列序列的關系。

一個三聯(lián)體密碼（密碼子）決定著一個氨基酸。密碼子（codon）：mRNA從5ˊ端→3ˊ端，每3個核苷酸組成一組，代表相應的氨基酸或翻譯起始、終止信號，統(tǒng)稱為遺傳密碼。其中的單個密碼字，稱為密碼子。mRNA中共有64種密碼子，AUG(少數(shù)原核為GUG)既Met的密碼，也是“起始”密碼,UAA、UAG、UGA是終止密碼。在原核生物,在起始密碼上游約10個核苷酸處，通常有一段富含嘌呤的序列，稱為SD序列。SD序列使mRNA與小亞基結(jié)合。當前3頁，總共73頁。當前4頁，總共73頁。

起始密碼：5ˊ端第一個AUG表示起動信號，并代表甲硫氨酸(細菌)

終止密碼：UAA、UAG或UGA（不編碼氨基酸）

2、遺傳密碼的特點

通用性：部分線粒體、葉綠體密碼子除外方向性：5ˊ端→3ˊ端連續(xù)性：mRNA鏈上堿基的插入或缺失可導致移碼不重疊性：相臨密碼子間不共用核苷酸

當前5頁，總共73頁。簡并性(degenerate)：一個以上密碼子體現(xiàn)一個氨基酸遺傳信息（Trp和Met除外，僅有1個密碼子）。其原因是由于密碼子與反密碼子之間存在不穩(wěn)定配對（擺動性或搖擺性）。搖擺性（wobble）：mRNA密碼子的第三個核苷酸（3ˊ端）與tRNA反密碼子第一個核苷酸（5ˊ端）配對時，有時不遵守嚴格的堿基配對原則，除A-U、G-C外，還可有其它配對方式。

I(次黃苷酸)是最常見的擺動現(xiàn)象,如U-G、

I-U、

I-C、

I-A。當前6頁，總共73頁。遺傳密碼的特點密碼子不重疊密碼子的連續(xù)性與方向性當前7頁，總共73頁。遺傳密碼的簡并性當前8頁，總共73頁。

1966年F.Crick提出的擺動假說（wobblehypothesis）

當前9頁，總共73頁。密碼配對的搖擺性(擺動性)當前10頁，總共73頁。當前11頁，總共73頁。反密碼子5’端的堿基

密碼子3’端的堿基

GC或UCGAUUA或GIA、U或C密碼的特點當前12頁，總共73頁。第二節(jié)核糖體（一）核糖體是蛋白質(zhì)合成的部位（二）核糖體的組成和結(jié)構(gòu)原核細胞的核糖體真核細胞的核糖體（三）核糖體的功能核糖體上有兩個tRNA結(jié)合位點：肽鏈結(jié)合位（P位）和氨酰接受位（A位）。當前13頁，總共73頁。核蛋白體當前14頁，總共73頁。核蛋白體當前15頁，總共73頁。核蛋白體當前16頁，總共73頁。核蛋白體當前17頁，總共73頁。核蛋白體當前18頁，總共73頁。

原核生物核糖體

70S50S30S5SrRNA，23SrRNA34種蛋白質(zhì)16SrRNA21種蛋白質(zhì)當前19頁，總共73頁。真核生物核糖體

80S60S40S5SrRNA，5.8SrRNA，28SrRNA49種蛋白質(zhì)18SrRNA33種蛋白質(zhì)當前20頁，總共73頁。

核蛋白體兩類核蛋白體:

結(jié)合型：位于粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，合成分泌蛋白（含信號肽）.

游離型：游離于胞質(zhì)中,參與細胞固有蛋白的合成當前21頁，總共73頁。

第三節(jié)tRNA(轉(zhuǎn)移RNA)

一.tRNA的結(jié)構(gòu)二.tRNA的功能當前22頁，總共73頁。搬運工具—tRNA(酵母丙氨酸—tRNA的二級結(jié)構(gòu))當前23頁，總共73頁。當前24頁，總共73頁。搬運工具—tRNA(酵母丙氨酸—tRNA的三級結(jié)構(gòu))當前25頁，總共73頁。當前26頁，總共73頁。搬運工具—tRNA的反密碼子與mRNA的密碼子當前27頁，總共73頁。

(三)tRNA的功能tRNA分子上與蛋白質(zhì)合成有關的位點：1.3′端-CCA上的氨基酸接受位點。2.識別氨酰-tRNA合成酶的位點。3.核糖體識別位點，使延長中的肽鏈附著于核糖體上。4.反密碼子位點。第一套密碼系統(tǒng)(mRNA):決定蛋白質(zhì)肽鏈氨基酸排列順序。第二套密碼系統(tǒng)(tRNA):決定tRNA與哪種氨基酸結(jié)合。當前28頁，總共73頁。

第四節(jié)蛋白質(zhì)生物合成的過程

(一).氨基酸活化

(二).肽鏈起始

(三).肽鏈延長

(四).肽鏈的終止和釋放

(五).肽鏈合成后的加工（六).蛋白質(zhì)的分揀（sorting）與定向輸送

（七).蛋白質(zhì)生物合成的抑制劑當前29頁，總共73頁。

蛋白質(zhì)合成的基本過程多個核蛋白體DNA（遺傳信息）核膜mRNA（模板）（裝配機）多個tRNA（搬運工具）多核蛋白體多個氨基酸（原料）蛋白質(zhì)（產(chǎn)品）mRNA當前30頁，總共73頁。大腸桿菌蛋白質(zhì)合成體系的重要組分見教材P278表13—3。當前31頁，總共73頁。

E.Coli蛋白質(zhì)的生物合成

(一).氨基酸的活化：

由高度特異的氨酰-tRNA合成酶

(aminoacyl-tRNAsynthetase)催化，反應分兩步

總反應式

(氨?！狝MP)(氨酰—AMP)(氨酰-tRNA)當前32頁，總共73頁。當前33頁，總共73頁。氨?！猼RNA的分子結(jié)構(gòu)當前34頁，總共73頁。當前35頁，總共73頁。當前36頁，總共73頁。(二)．肽鏈的起始：

mRNA中的起始密碼是AUG，少數(shù)是GUG。起始密碼子的上游約10個核苷酸的地方往往有一段富含嘌呤的序列稱SD序列（Shine-Dalgarno序列），一般為3～10個核苷酸，它與核糖體16srRNA3ˊ端的核苷酸序列互補，可促使核糖體與mRNA的結(jié)合。

當前37頁，總共73頁。在E.Coli和其它原核生物中與這起始密碼（AUG）相對應的tRNA是甲酰甲硫氨?！猼RNA（fMet-tRNAf

Met），這是起始tRNA。

當前38頁，總共73頁。起始tRNA怎樣形成？由甲硫氨酰-tRNA甲?；?/p>

tRNAMetMet-tRNA甲?；D(zhuǎn)移酶N10－甲酰FH4FH4（fMet－tRNAf）甲酰基①②甲酰甲硫氨酰－tRNAf當前39頁，總共73頁。甲?；斍?0頁，總共73頁。StructureofN-formyl-methionyl-tRNA[Met]DifferenceswithothertRNAs當前41頁，總共73頁。細胞內(nèi)有2種可攜帶Met的tRNA，它們都識別同樣的AUG密碼子，但它們的一級結(jié)構(gòu)和功能不同。

2.tRNAmMet帶上Met后不能甲?；糜陔逆湹膬?nèi)部，在肽鏈延伸中起作用。

1.tRNAf

Met

帶上Met后能甲?；瞧鹗紅RNA，用于肽鏈合成的起始。

所以AUG和GUG是兼職密碼子，它們既可以作為起始密碼子，作為肽鏈合成的起始信號，這時與之對應的氨基酸是甲酰Met。另外也可作肽鏈內(nèi)部相應氨基酸的密碼，這時AUG編碼Met(甲硫氨酸),GUG編碼val(纈氨酸)。當前42頁，總共73頁。MetATP/Mg2++tRNAm

MettRNAf

MetMet-tRNAmMetMet-tRNAfMetfMet-tRNAfMetN10-FormyltetrahydrofolateTransformylaseAMP/Mg2+PPiThesameaaRSNowayAMP/Mg2+PPi當前43頁，總共73頁。

肽鏈合成的起始除了需要起始密碼、SD序列、起始tRNA外還要三種起始因子。

（initiationfactor），即IF-1，IF-2和IF-3，還要消耗GTP，還需核糖體大小亞基參與，形成一個70S的真正起始復合物。

當前44頁，總共73頁。inactive70SribosomeSDsequence30Sinitiationcomplex當前45頁，總共73頁。70Sinitiationcomplex

GDP+Pi當前46頁，總共73頁。肽鏈的延長需要一些延長因子或稱延伸因子（elongationfactor,EF）。

原核生物的EF有EF-T和EF-G兩類:

EF-T：延伸因子“T”，開始誤認為這類延伸因子有肽基轉(zhuǎn)移酶的活性(peptidyltransferase)，所以取轉(zhuǎn)移酶的第一個字母“T”。(三).肽鏈的延長：當前47頁，總共73頁。

EF-T是由Tu和Ts兩個亞基組成的二聚體。

EF-Ts：s是stable的意思，是穩(wěn)定蛋白質(zhì)。

EF-Tu:u是unstable，不穩(wěn)定蛋白質(zhì)。EF-Tu直接參加了氨酰-tRNA與核糖體的結(jié)合。

EF-G：這類延伸因子與核糖體結(jié)合時需要GTP，當GTP水解時，這類延伸因子就從核糖體上解離下來，總之涉及GTP，所以用GTP的第一個字母“G”，EF-G。當前48頁，總共73頁。1.氨酰-tRNA進入核糖體的A位

2.肽鍵的形成

3.移位

肽鏈的延長包括3步:當前49頁，總共73頁。

這是個比較復雜的過程，需Ts、Tu，還要消耗GTP。EF-Tu與GTP和氨酰-tNRA首先形成三元復合物，才能進入A位。

1.氨酰-tRNA進入核糖體的A位當前50頁，總共73頁。2.肽鍵的形成

通過一個轉(zhuǎn)肽（transpeptidation），由肽酰轉(zhuǎn)移酶（peptidyltransferase）催化，使一個酯鍵變成了肽鍵，肽基轉(zhuǎn)移酶的活性由核糖體大亞基的23srRNA承擔（肽基轉(zhuǎn)移酶是一種ribozyme）。嘌呤霉素對蛋白質(zhì)的抑制作用就發(fā)生在肽鍵形成這一步。

當前51頁，總共73頁。當前52頁，總共73頁。

3.移位（translocation）

移位包括三種運動:

(1).空載的tRNA離開P位。(2).二肽基tRNA由A位移到P位(3).核糖體沿mRNA的5ˊ→3ˊ方向移動一個密碼子的距離。移位需要EF-G和GTP。當前53頁，總共73頁。(四)．肽鏈的終止與釋放：

釋放因子（releasefactorRF）能識別終止密碼子與終止密碼子結(jié)合。UAARF1orRF2終止密碼子RF-1：識別UAA和UAGRF-2：識別UAA和UGARF-3：RF-3和GTP形成復合物，是一種GTP結(jié)合蛋白，可促進核糖體與RF-1和RF-2的結(jié)合。

當前54頁，總共73頁。轉(zhuǎn)肽酶發(fā)揮著水解作用當前55頁，總共73頁。當前56頁，總共73頁。多聚核糖體（polyribosome,orpolysome）

當前57頁，總共73頁。真核生物與原核生物蛋白質(zhì)合成的差異真核細胞蛋白質(zhì)的生物合成與原核細胞相似，但過程更復雜，參加的因子更多。

當前58頁，總共73頁。1．核糖體：

真核細胞核糖體更大，為80S，可解離成60S和40S兩個亞基。

2．起始tRNA：

真核生物也有二種攜帶Met的tRNA，一種攜帶Met的tRNA為起始tRNA，即tRNAiMet，起始tRNA攜帶Met后，并不甲?；?；另一種用于肽鏈內(nèi)部的tRNAMet。

起始密碼子：

真核起始密碼子總是AUG，它的上游無SD序列，通常把mRNA

上最靠近5ˊ端的AUG定為起始部位,40S核糖體與mRNA5ˊ一端的帽子相結(jié)合，向3ˊ一方向移動，以便尋找AUG密碼子，這過程要消耗ATP。

當前59頁，總共73頁。

真核細胞的起始因子很多，到目前為止發(fā)現(xiàn)的至少有10種，命名為eIF-n，“e”代表真核，有eIF-1，eIF-2，eIF-2A，eIF-3，eIF4A、4B、4C、4D，eIF-5，eIF-6，其中eIF-2是最重要的一種，它是一種帽結(jié)合蛋白質(zhì)（cap-bindingprotein）它與GTP與起始tRNA結(jié)合形成三元復合物，起始翻譯。

4.起始因子：當前60頁，總共73頁。

真核細胞的延伸因子為EF-1α和EF-1βr，相當于原核細胞中的EF-Tu和EF-Ts。真核生物的EF-2相當于原核生物的EF-G（EF-2能催化GTP水解，供能，推動位移）。

真核細胞多肽合成的終止只有一種釋放因子eRF，可識別3種終止密碼子。

5．延伸因子和終止因子：當前61頁，總共73頁。蛋白質(zhì)合成總結(jié)需很多酶和輔助因子參加需很多酶和輔助因子參加折疊和加工終止密碼eRFGTP終止密碼RF-1,RF-2,RF-3GTP肽鏈的終止和釋放EF-1α，EF-1βr，GTP肽酰轉(zhuǎn)移酶EF-2，GTPEF-Tu，EF-Ts,GTPK+,肽酰轉(zhuǎn)移酶EF-G，GTP

·肽鏈的延長（1）氨?！猼RNA的結(jié)合（2）肽鍵的形成（3）位移

起始密碼Met-tRNAiMet

eIF-1～eIF-6GTP,ATP起始密碼，SD序列fMet-tRNAIF-1,IF-2,IF-3GTP肽鏈起始氨酰—tRNA合成酶，ATP，Mg2+氨?！猼RNA合成酶，ATP，Mg2+aa的活化

真核生物所需因子原核生物所需因子過程當前62頁，總共73頁。蛋白質(zhì)生物合成所需的能量：

若要合成100個aa組成的肽鏈要消耗多少能量？

aa活化1ATP（2個～鍵）起始1GTP（1個～鍵）延長2GTP（2個～鍵）終止1GTP（1個～鍵）PPPP原核生物當前63頁，總共73頁。（五）肽鏈合成后的加工：

1．N端甲酰基或N端aa的除去：

原核生物

fMet-(aa)n

Met(aa)n

（aa）nor(aa)n-m

去甲?；赴彪拿?/p>

多數(shù)情況下，在肽鏈合成中，即當肽鏈的N端游離出核糖體后，立即進行去甲?；?/p>

真核生物N端Met常常在肽鏈的其他部分還未完全合成時,就已經(jīng)水解下來。當前64頁，總共73頁。2．信號肽(signalpeptide)的切除

當前65頁，總共73頁。3.二硫鍵的形成：

4.氨基酸的修飾：

乙?；?、甲基化、磷酸化、羥基化、泛酸化、糖基化等

5.切去新生肽鏈中非功能所需的肽段：如胰島素原→胰島素，胰蛋白酶原→胰蛋白酶，胰凝乳蛋白酶原→胰凝乳蛋白酶

6.高級結(jié)構(gòu)的形成：蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)決定高級結(jié)構(gòu)，多肽鏈的折疊在肽鏈合成沒有結(jié)束時就已經(jīng)開始（1）不需要分子伴侶（molecularchaperone）（2）需要分子伴侶

當前66頁，總共73頁。（六）蛋白質(zhì)的分揀（sorting）與定向輸送

多肽或蛋白質(zhì)合成后要送往細胞的各個部分，以行使各自的生物功能。

真核細胞質(zhì)核糖體合成的蛋白質(zhì)

胞漿內(nèi)質(zhì)網(wǎng)線粒體細胞核高爾基體溶酶體細胞膜分泌到胞外

原核生物如E.Coli合成的蛋白質(zhì)胞漿、質(zhì)膜、外膜、質(zhì)膜與外膜之間的空隙。

當前67頁，總共73頁。