蛋白質(zhì)的生物合成

§1TheGeneticCode§2ProteinBiosynthesis現(xiàn)在是1頁\一共有60頁\編輯于星期五§1TheGeneticCode1944年，AveryOT的肺炎雙球菌試驗證明DNA是遺傳物質(zhì)。1954年GamovG首先對遺傳密碼進(jìn)行探討。

1961年，NirenbergMW和MatthaeiJH開始時用人工合成的mRNA在無細(xì)胞蛋白質(zhì)合成系統(tǒng)（Cell-FreePolypeptideSynthesis）中尋找氨基酸與三聯(lián)體密碼子的對應(yīng)關(guān)系。Nirenberg的三核苷酸技術(shù)（TripletBindingAssay）和Khorana的重復(fù)順序技術(shù)（RepeatingCopolymers），終于在1966年將遺傳密碼完全破譯。二人共同獲得1968年的諾貝爾獎?，F(xiàn)在是2頁\一共有60頁\編輯于星期五64種密碼子，61種編碼氨基酸（AUG也是起始密碼），UAA、UAG、UGA是終止密碼?，F(xiàn)在是3頁\一共有60頁\編輯于星期五3.遺傳密碼的特點：（1）通用性（universal）：動植物微生物都可使用線粒體DNA?（2）起始密碼AUG（GUG、UUG）終止密碼UAA、UAG、UGA。（3）讀碼的連續(xù)性：不重疊無間隔（少數(shù)病毒例外）。（4）方向性：密碼子的閱讀方向為5`-3`。（5）簡并性(degeneracy)：同義密碼子(synonymouscodon)（6）變偶性（擺動性）(wobble)：密碼的簡并性往往表現(xiàn)在密碼子的第三位堿基上，密碼子的前兩位與反密碼子精確配對，而第三位可以錯配——變偶假說（wobblehypothesis）

（7）偏倚性：蛋白質(zhì)生物合成時對簡并密碼子的使用頻率不同?，F(xiàn)在是4頁\一共有60頁\編輯于星期五However,wereportthatonecodoncancodefortwodifferentaminoacidswiththechoiceoftheinsertedaminoaciddeterminedbyaspecific3'untranslatedregionstructureandlocationofthedual-functioncodonwithinthemessengerRNA(mRNA).WefoundthatthecodonUGAspecifiesinsertionofselenocysteineandcysteineintheciliate

Euplotescrassus,that……….Thus,thegeneticcodesupportstheuseofonecodontocodeformultipleaminoacids.纖毛蟲

Science9January2009:

Vol.323.no.5911,pp.259-261

DOI:10.1126/science.1164748GeneticCodeSupportsTargetedInsertionofTwoAminoAcidsbyOneCodonSicence：顛覆經(jīng)典遺傳學(xué)理論

現(xiàn)在是5頁\一共有60頁\編輯于星期五§2ProteinBiosynthesis參與蛋白質(zhì)生物合成的物質(zhì)

原核生物蛋白質(zhì)的生物合成

真核生物蛋白質(zhì)的生物合成現(xiàn)在是6頁\一共有60頁\編輯于星期五核糖體、mRNA、tRNA。主要的酶：氨基酰-tRNA合成酶、轉(zhuǎn)肽酶。20aminoacidProteinfactors：IF（eIF）、EF、RF。energy：ATP、GTP。Mg2+、K+。一、參與蛋白質(zhì)生物合成的物質(zhì)現(xiàn)在是7頁\一共有60頁\編輯于星期五在原核細(xì)胞中，它可以游離形式存在，2000個

/細(xì)胞真核細(xì)胞中的核糖體位于胞漿內(nèi)，可分為兩類，一類與細(xì)胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相結(jié)合，形成粗糙內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，主要參與白蛋白、胰島素等分泌性蛋白質(zhì)的合成。另一類游離于胞漿，主要參與細(xì)胞固有蛋白質(zhì)的合成。106~107個/細(xì)胞。線粒體、葉綠體也有自己的核糖體。

1.核糖體：肽鏈合成的場所現(xiàn)在是8頁\一共有60頁\編輯于星期五1950年放射性同位素標(biāo)記氨基酸注射小鼠，微粒體→核糖體放射性強(qiáng)，證明核糖體是蛋白質(zhì)合成的場所?，F(xiàn)在是9頁\一共有60頁\編輯于星期五現(xiàn)在是10頁\一共有60頁\編輯于星期五70SribosomeP位：肽酰結(jié)合位（peptidylsite，給位）大部分位于小亞基，結(jié)合起始tRNA并向A位提供肽?；奈恢?。A位：氨酰接受位（aminoacylsite，受位）大部分位于大亞基，結(jié)合一個新進(jìn)入的氨酰-tRNA的位置。E位：排出位，卸載tRNA(exitsite)核糖體結(jié)構(gòu)特點：現(xiàn)在是11頁\一共有60頁\編輯于星期五APE譯碼中心在小亞基上肽基轉(zhuǎn)移酶中心在大亞基上P位：肽酰結(jié)合位（peptidylsite，給位）大部分位于小亞基，結(jié)合起始tRNA并向A位提供肽?；奈恢?。A位：氨酰接受位（aminoacylsite，受位）大部分位于大亞基，結(jié)合一個新進(jìn)入的氨酰-tRNA的位置。E位：排出位，卸載tRNA(exitsite)現(xiàn)在是12頁\一共有60頁\編輯于星期五Nature：核糖體解碼原理新發(fā)現(xiàn)法國斯特拉斯堡大學(xué)的GulnaraYusupova等

在蛋白合成期間，核糖體在解碼中心依照信使RNA(mRNA)上的三聯(lián)體密碼精確的選擇轉(zhuǎn)移RNA(tRNAs)。tRNA的選擇開始于延伸因子Tu，它可以傳遞tRNA到氨酰tRNA結(jié)合位點即A位點，還可以在解碼中心水解GTP來建立密碼子-反密碼子之間的相互作用。在隨后的校對階段，核糖體重新檢查tRNA，如果被發(fā)現(xiàn)不能正確配對于A位點，該tRNA便會被排除。Anewunderstandingofthedecodingprincipleontheribosome現(xiàn)在是13頁\一共有60頁\編輯于星期五2.tRNA——翻譯的接合體（adaptor）同功受體tRNA(isoacceptingtRNAs)：攜帶相同氨基酸而反密碼子不同的一組tRNA。一種氨基酸可有2～6種特異tRNA。現(xiàn)在是14頁\一共有60頁\編輯于星期五密碼識別部位tRNA中與蛋白質(zhì)合成有關(guān)的四個位點：氨基酸結(jié)合部位氨酰-tRNA合成酶識別部位核糖識別部位tRNA必須具備倒L型的三級結(jié)構(gòu)才具有攜帶氨?；墓δ堋，F(xiàn)在是15頁\一共有60頁\編輯于星期五SynthetaseiscomplexedwiththeircognatetRNAs(greenstickstructures).BoundATP(red)pinpointstheactivesiteneartheendoftheaminoacylarm.Aminoacyl-tRNAsynthetases胞液高度特異性校正活性secondgeneticcode?(在兩步反應(yīng)都可發(fā)生)20種現(xiàn)在是16頁\一共有60頁\編輯于星期五1.AA+ATP→AA-AMP+ppi氨酰-tRNA合成酶催化tRNA氨?；罘磻?yīng)分步進(jìn)行：2.AA-AMP+tRNA→AAcyl-tRNA+AMP酸酐鍵現(xiàn)在是17頁\一共有60頁\編輯于星期五AA-AMP注意是AA的羧基端連接現(xiàn)在是18頁\一共有60頁\編輯于星期五3.mRNA——翻譯的模板原核生物多順反子(polycistron)

；真核生物單順反子(singlecistron)

。遺傳密碼與開放閱讀框（openreadingframe,ORF）

...AUGCGUCCAUGCAUACAC....UAA...開放閱讀框現(xiàn)在是19頁\一共有60頁\編輯于星期五原核生物mRNA在起始密碼子上游有一SD序列SD序列：Shine-Dalgarno序列，又名核糖體結(jié)合位點（ribosomebindingsite，RBS）序列，AUG上游約8～13核苷酸處，4～6個核苷酸組成，富含嘌呤?，F(xiàn)在是20頁\一共有60頁\編輯于星期五現(xiàn)在是21頁\一共有60頁\編輯于星期五二、原核生物蛋白質(zhì)的生物合成氨基酸的激活（Aminoacyl-tRNAsynthetases）翻譯的起始（initiation）翻譯的延長（elongation）翻譯的終止（termination）翻譯后的折疊加工（foldingprocessing）現(xiàn)在是22頁\一共有60頁\編輯于星期五1.氨基酸的激活——氨酰-tRNA的合成AAcyl-tRNA+AMP+ppiAA+ATP+tRNA氨酰-tRNA合成酶Mg2+每個氨基酸的活化，凈消耗2個高能磷酸鍵氨酰-tRNA的表示方法Gly-tRNAGlyArg-tRNAArg.....現(xiàn)在是23頁\一共有60頁\編輯于星期五裝載形式：fMet-

tRNAfMet原核生物起始氨基酸（fMet）區(qū)別：內(nèi)部甲硫氨酸Met由tRNAmMet攜帶2.肽鏈合成的起始

N-甲酰甲硫氨酸現(xiàn)在是24頁\一共有60頁\編輯于星期五fMet-

tRNAfMetMet-tRNAfMet轉(zhuǎn)甲?；窷10-甲酰四氫葉酸現(xiàn)在是25頁\一共有60頁\編輯于星期五所需原料：30S小亞基50S大亞基mRNA起始氨酰tRNA(fMet-tRNAfMet)三種起始因子（IF1、IF2、IF3）GTP肽鏈合成的起始過程fMetfMet現(xiàn)在是26頁\一共有60頁\編輯于星期五原核起始因子IF及作用：IF3：亞基分離IF2：結(jié)合GTP，促進(jìn)fMet-tRNAfMet就位。

IF1：輔助IF3、

IF2現(xiàn)在是27頁\一共有60頁\編輯于星期五TheShine-DalgarnosequenceofthemRNApairswithasequencenearthe3′endofthe16SrRNA.P位對準(zhǔn)起始密碼子AUG現(xiàn)在是28頁\一共有60頁\編輯于星期五起始全過程注意mRNA與起始氨酰-tRNA進(jìn)入的先后順序!（1）起始因子IF3使70S亞基解離，與30S亞基結(jié)合形成30S?mRNA?IF3復(fù)合體，30S亞基上的部分P位對準(zhǔn)起始密碼子AUG。（2）起始氨酰tRNA(fmet-tRNAfMet)，和IF2、GTP結(jié)合，進(jìn)入30S亞基P位，形成一大復(fù)合體。（3）70S起始復(fù)合物的形成現(xiàn)在是29頁\一共有60頁\編輯于星期五3.肽鏈的延長：進(jìn)位→轉(zhuǎn)肽→移位需要：70S的起始復(fù)合物氨酰-tRNA三種延伸因子：EF-Tu、EF-Ts、EF-G（轉(zhuǎn)位因子）GTP、Mg2+、K+現(xiàn)在是30頁\一共有60頁\編輯于星期五進(jìn)位Ts循環(huán)進(jìn)入A位!現(xiàn)在是31頁\一共有60頁\編輯于星期五轉(zhuǎn)肽肽基轉(zhuǎn)移酶催化反應(yīng)的實質(zhì)是使一個酯鍵轉(zhuǎn)變成了一個肽鍵現(xiàn)在是32頁\一共有60頁\編輯于星期五移位需要移位因子EF-G的參與和由一個GTP水解提供能量。現(xiàn)在是33頁\一共有60頁\編輯于星期五4.終止與釋放：1）釋放因子RF(releasefactor)進(jìn)入A位，識別終止密碼子。2）釋放因子使肽基轉(zhuǎn)移酶的催化作用轉(zhuǎn)變?yōu)樗庾饔?，使肽鏈從tRNA上分離出來，生成一條多肽鏈，即新合成的蛋白質(zhì)分子。3）在RRF因子(ribosomerecyclingfactor)參與下，tRNA、mRNA離開核糖體。現(xiàn)在是34頁\一共有60頁\編輯于星期五釋放因子（releasefactor,RF）RF1識別UAA、UAGRF2識別UAA、UGARF3是一種和GTP形成復(fù)合體的結(jié)合蛋白，能刺激RF1、RF2的活性？現(xiàn)在是35頁\一共有60頁\編輯于星期五蛋白質(zhì)合成所需的能量4形成一個肽鍵需要：1GTP→GDP+Pi核糖體的移位1GTP→GDP+Pi肽鏈的延長1GTP→GDP+Pi肽鏈的起始2ATP→AMP+PiAA活化起始復(fù)合物形成后，多肽鏈中每形成一個肽鍵需要4個高能磷酸鍵現(xiàn)在是36頁\一共有60頁\編輯于星期五原核生物蛋白質(zhì)合成的特點原核生物起始密碼除AUG外，還有GUG，UUG合成起始需要起始密碼子前的SD序列肽鏈的合成是在A位進(jìn)行的肽鏈的合成方向是N端→C端mRNA的閱讀方向是5`→3`轉(zhuǎn)錄與翻譯是偶聯(lián)的為提高效率，多個核糖體同時翻譯一個mRNA分子每延長一個AA殘基需要消耗4個高能磷酸現(xiàn)在是37頁\一共有60頁\編輯于星期五原核生物轉(zhuǎn)錄與翻譯偶聯(lián)現(xiàn)在是38頁\一共有60頁\編輯于星期五多核糖體翻譯過程中，在細(xì)胞內(nèi)一條mRNA鏈上結(jié)合著多個核糖體，甚至可多到幾百個，構(gòu)成多核糖體(polyribosome)，形成念珠狀。這種多核糖體可以在一條mRNA鏈上同時合成多條相同的多肽鏈，這就大大提高了翻譯的效率?，F(xiàn)在是39頁\一共有60頁\編輯于星期五真核生物與原核生物蛋白質(zhì)合成的差異真核生物起始密碼只有AUG，由Met-tRNAiMet識別；起始因子eIF約有9~10種；真核生物40S亞基與5’-Cap接觸沿mRNA尋找AUG，無需SD序列信號；起始需GTP、ATP；起始復(fù)合物形成：Met-tRNAiMet先與

40S亞基形成43S，再與mRNA結(jié)合成48S，最后與60S亞基結(jié)合成80S；延長因子：EF-T1、EF-T2；釋放因子：eRF，對三個終止密碼子都能識別。eucaryote現(xiàn)在是40頁\一共有60頁\編輯于星期五5.多肽鏈的折疊與加工1）新生多肽鏈的折疊分子伴侶折疊酶

分子伴侶與處在不穩(wěn)定、非天然構(gòu)象狀態(tài)的蛋白質(zhì)結(jié)合，主要是通過保護(hù)暴露到溶劑中的蛋白質(zhì)疏水表面，以及通過一種可控的方式釋放出被其結(jié)合的多肽鏈，從而促進(jìn)多肽鏈正確地折疊。折疊酶的作用是加快折疊過程中特異性的步驟?，F(xiàn)在是41頁\一共有60頁\編輯于星期五2）蛋白質(zhì)翻譯后的修飾加工

N末端的甲酰甲硫氨酸（fMet）或甲硫氨酸（Met）的去除蛋白質(zhì)前體中不必要肽段的切除對多肽鏈中特定氨基酸側(cè)鏈基團(tuán)的修飾磷酸化、糖基化、羥基化、酰基化等二硫鍵的形成亞基的聚合現(xiàn)在是42頁\一共有60頁\編輯于星期五三、蛋白質(zhì)合成的忠實性P613消耗能量氨酰-tRNA合成酶的校對功能核糖體對忠實性的影響現(xiàn)在是43頁\一共有60頁\編輯于星期五四、蛋白質(zhì)合成后的靶向輸送核蛋白體合成的蛋白質(zhì)有三個去向：①保留在胞漿②進(jìn)入細(xì)胞核、線粒體或其他細(xì)胞器③分泌出細(xì)胞經(jīng)體液運(yùn)輸?shù)竭_(dá)靶細(xì)胞、靶器官。

現(xiàn)在是44頁\一共有60頁\編輯于星期五兩類核糖體

游離核糖體：翻譯后定位于胞內(nèi)（胞漿、線粒體、葉綠體）。膜結(jié)合型核糖體：翻譯同步分泌的蛋白質(zhì)在附著于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上的核蛋白體合成。此類蛋白質(zhì)通過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體并隨后通過細(xì)胞膜分泌出細(xì)胞。主要合成溶酶體蛋白、分泌蛋白、質(zhì)膜骨架蛋白?，F(xiàn)在是45頁\一共有60頁\編輯于星期五蛋白質(zhì)合成后定向到達(dá)其執(zhí)行功能的目標(biāo)地稱靶向輸送（proteintargeting）蛋白質(zhì)合成后透過膜性結(jié)構(gòu)的三個條件：①信號肽②自身結(jié)構(gòu)特點③轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)構(gòu)信號肽(signalpeptide)

：靶向輸送蛋白質(zhì)前身中可被轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)識別的特征性氨基酸序列。在蛋白質(zhì)的靶向輸送中起決定性作用?，F(xiàn)在是46頁\一共有60頁\編輯于星期五N——————————————分泌蛋白MALWRLLPLLALLALWGPDPAAAFV....MMAAGPRTSLLLLAFALLCLPWTQVVGAFMKFLVNVALVFMVVYISTTTAAPMKLLVVAVIACMLIGFADPASGCK信號肽被切除的位點人前胰島素原牛生長激素蜂毒肽果蠅粘液蛋白堿性氨基末端疏水核心區(qū)加工區(qū)☆信號肽的結(jié)構(gòu)現(xiàn)在是47頁\一共有60頁\編輯于星期五分泌性蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)：信號假說☆signalrecognitionparticles（SRP）信號識別顆粒：SRP由6種蛋白質(zhì)和7SRNA構(gòu)成。信號肽一出現(xiàn)既可被SRP辨認(rèn)結(jié)合。SRP還有暫停蛋白質(zhì)合成的作用?！?/p>

scRNA參與蛋白質(zhì)的合成和運(yùn)輸。如SRP顆粒就是一種由一個7SRNA和蛋白質(zhì)組成的核糖核蛋白體顆粒，主要功能是識別信號肽,并將核糖體引導(dǎo)到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)。

現(xiàn)在是48頁\一共有60頁\編輯于星期五END現(xiàn)在是49頁\一共有60頁\編輯于星期五能力自測題生物合成蛋白質(zhì)不需要：

A.DNAB.mRNAC.tRNAD.rRNAE.GTP現(xiàn)在是50頁\一共有60頁\編輯于星期五關(guān)于遺傳密碼正確的是：A.遺傳密碼都代表氨基酸B.一個密碼僅代表一種氨基酸C.一種氨基酸只有一個密碼D.不同生物遺傳密碼不同E.遺傳密碼無方向性現(xiàn)在是51頁\一共有60頁\編輯于星期五關(guān)于tRNA和氨基酸的結(jié)合錯誤的是：A.由氨基酰-tRNA合成酶催化B.反應(yīng)消耗ATPC.氨基酰-tRNA合成酶有校正活性D.氨基酰-tRNA合成酶專一性低E.一種氨基酸有2～6種特異tRNA現(xiàn)在是52頁\一共有60頁\編輯于星期五與原核細(xì)胞翻譯起始無關(guān)的結(jié)構(gòu)是：A.fMet-tR