第十五章蛋白質(zhì)的生物合成

第十五章蛋白質(zhì)的生物合成第1頁，共38頁，2023年，2月20日，星期二主要內(nèi)容遺傳密碼核糖體蛋白質(zhì)的生物合成第2頁，共38頁，2023年，2月20日，星期二15.0概述生物遺傳信息以DNA堿基順序形式儲(chǔ)存在細(xì)胞之中，而最終以蛋白質(zhì)的形式表現(xiàn)出來！轉(zhuǎn)錄：生物遺傳信息從DNA傳遞給mRNA的過程；翻譯：根據(jù)mRNA鏈上的遺傳信息合成蛋白質(zhì)的過程。遺傳信息表達(dá)基因：DNA分子中含有特定遺傳信息的核苷酸序列，是遺傳物質(zhì)的最小功能單位。人類所有的基因都排列在染色體上。第3頁，共38頁，2023年，2月20日，星期二15.1蛋白質(zhì)合成體系蛋白質(zhì)合成的原料是氨基酸合成過程需要多種酶、輔助因子、蛋白質(zhì)、RNA等的參與。原核與真核生物翻譯過程類似，翻譯是耗能過程（ATP和GTP），速度很快。第4頁，共38頁，2023年，2月20日，星期二一、mRNA（遺傳密碼（geneticcode））遺傳密碼（geneticcode):是指mRNA中對(duì)應(yīng)于氨基酸的核苷酸序列。密碼子（codon）：mRNA上3個(gè)相鄰的核苷酸序列作為一個(gè)密碼單位，稱密碼子。1965年編寫出了一張遺傳密碼表，密碼子的閱讀方向5ˊ→3ˊ第5頁，共38頁，2023年，2月20日，星期二第6頁，共38頁，2023年，2月20日，星期二第7頁，共38頁，2023年，2月20日，星期二密碼子的推測(cè)方法：多核苷酸磷酸化酶法、核糖體結(jié)合技術(shù)。密碼子：64種，其中AUG是Met的密碼，也是“起始”密碼。UAA、UAG、UGA是終止密碼，其他61種編碼Aa。第8頁，共38頁，2023年，2月20日，星期二遺傳密碼的基本特點(diǎn)1.密碼無標(biāo)點(diǎn)、不重疊2.密碼具有簡(jiǎn)并性（degeneracy，意義？）[Trp和Met無兼并性]

3.密碼具有擺動(dòng)性（wobble）[密碼子的第一、二位堿基嚴(yán)格按照堿基配對(duì)原則進(jìn)行，而第三位不很嚴(yán)格]4.密碼具有通用性(所有生物都用一套遺傳密碼，但也有意外，selenocystein（稱硒代半胱氨酸（編碼UGA）[第21種氨基酸]5.原核生物和真核生物的mRNA具有共性，但略有差別原核：可為功能相關(guān)的幾種蛋白質(zhì)編碼；真核：通常只為一種多肽編碼；無論誰，密碼子的閱讀都從5-3第9頁，共38頁，2023年，2月20日，星期二1966年Crick提出的擺動(dòng)假說（wobblehypothesis）

I-次黃嘌呤第10頁，共38頁，2023年，2月20日，星期二二、核糖體（ribosome）（一）核糖體是蛋白質(zhì)合成的部分研究方法：放射性標(biāo)記的Aa放射性標(biāo)記的Aa大部分集中在核糖體上。第11頁，共38頁，2023年，2月20日，星期二

（二）核糖體的組成和結(jié)構(gòu)原核生物核糖體

70S50S30S5SrRNA，23SrRNA34種蛋白質(zhì)16SrRNA21種蛋白質(zhì)核糖體是細(xì)胞質(zhì)里的一種球狀小顆粒，原核生物直徑約為18nm，顆粒相對(duì)分子質(zhì)量2.8×106，沉降系數(shù)70S第12頁，共38頁，2023年，2月20日，星期二真核生物核糖體

80S60S40S5SrRNA，5.8SrRNA，28SrRNA49種蛋白質(zhì)18SrRNA33種蛋白質(zhì)第13頁，共38頁，2023年，2月20日，星期二（三）核糖體的功能參與多肽鏈合成的啟動(dòng)、延長、終止和“移動(dòng)”。P位點(diǎn)(肽酰結(jié)合位)：大部分位于小亞基，用于接受新合成的肽鏈。A位點(diǎn)(氨酰接受位點(diǎn))：大部分位于大亞基，用于接受新的氨基酸。第14頁，共38頁，2023年，2月20日，星期二三、轉(zhuǎn)移RNA的功能tRNA上與蛋白質(zhì)合成有關(guān)的位點(diǎn)（1）3′端Aa接受臂；（2）氨酰-tRNA合成酶識(shí)別位點(diǎn)；（3）核糖體識(shí)別位點(diǎn)；（4）反密碼子位點(diǎn)。第15頁，共38頁，2023年，2月20日，星期二三葉型二級(jí)結(jié)構(gòu)2）第16頁，共38頁，2023年，2月20日，星期二第17頁，共38頁，2023年，2月20日，星期二第二套密碼系統(tǒng)第二套密碼系統(tǒng)包括：tRNA中的某些堿基決定攜帶Aa的專一性。氨酰-tRNA合成酶對(duì)Aa和tRNA都有專一性的要求。tRNA攜帶專一性Aa并不需要完整的結(jié)構(gòu)。第18頁，共38頁，2023年，2月20日，星期二四、蛋白質(zhì)生物合成的分子機(jī)制蛋白質(zhì)生物合成的方向：N端→C端mRNA的翻譯方向：5ˊ→3ˊ

蛋白質(zhì)合成除需要Aa外，還需要ATP、GTP，一系列酶和許多輔助因子。翻譯比DNA復(fù)制和轉(zhuǎn)錄更為復(fù)雜。第19頁，共38頁，2023年，2月20日，星期二蛋白質(zhì)生物合成的過程

（原核生物為例）

氨基酸活化肽鏈合成的起始肽鏈延長肽鏈的終止和釋放肽鏈合成后的折疊和加工第20頁，共38頁，2023年，2月20日，星期二蛋白質(zhì)合成過程中的主要問題：（1）tRNA對(duì)氨基酸的識(shí)別、結(jié)合和活化（合成前準(zhǔn)備）

氨基酸在氨基酰-tRNA合成酶的作用下，活化成氨基酰-tRNA(氨基酸是以高能酯鍵與tRNA氨基酸壁的3′-OH相連)氨基酰-AMP+tRNA氨基酰-tRNA+AMP氨基酰-tRNA合成酶氨基酸+ATP+H2O氨基酰-AMP+PPi氨基酰-tRNA合成酶每一種氨基酸至少有一種對(duì)應(yīng)的氨基酰-tRNA合成酶，每一種酶只能識(shí)別一種相應(yīng)的tRNA兩步（活化羧基）第21頁，共38頁，2023年，2月20日，星期二氨基酰-tRNA活性酯鍵第22頁，共38頁，2023年，2月20日，星期二（2）氨基酰-tRNA在mRNA模板指導(dǎo)下組裝成蛋白質(zhì)起始氨基酸和起始tRNA

肽鏈的延伸肽鏈合成的終止肽鏈合成后的加工類似于多肽的固相合成第23頁，共38頁，2023年，2月20日，星期二起始信號(hào)密碼子：甲硫氨酸的密碼子（AUG）和纈氨酸的密碼子（GUU）（極少出現(xiàn)）

與甲硫氨酸結(jié)合的tRNA，在真核生物中至少有兩種：tRNAimet和tRNAemet；原核生物的起始密碼只能辨認(rèn)甲酰化的甲硫氨酸，即N-甲酰甲硫氨酸（fMet）。①起始氨基酸和起始tRNA第24頁，共38頁，2023年，2月20日，星期二第25頁，共38頁，2023年，2月20日，星期二fMet-tRNAfAA～tRNA起始復(fù)合物的形成∶第26頁，共38頁，2023年，2月20日，星期二細(xì)胞內(nèi)有2種可攜帶Met的tRNA，它們都識(shí)別同樣的AUG密碼子，但它們的一級(jí)結(jié)構(gòu)和功能不同。（1）tRNAfMet帶上Met后能甲酰化，是起始tRNA，用于肽鏈合成的起始。（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。第27頁，共38頁，2023年，2月20日，星期二

②

肽鏈的延伸∶ 此階段包括氨基酰-tRNA的進(jìn)入、肽鍵的形成和核糖體的移位三個(gè)步驟。

這三步每重復(fù)一次，肽鏈上就增加一個(gè)氨基酸，直到mRNA上的終止密碼出現(xiàn)在核糖體的A位時(shí)為止。第28頁，共38頁，2023年，2月20日，星期二多肽的合成過程2.新的合適的氨基酸-tRNA插入A位1.識(shí)別起始符，P位安插甲硫氨酸-tRNA第29頁，共38頁，2023年，2月20日，星期二3.P位上的氨基酸以肽鍵連接至A位氨基酸上；4.核糖體延mRNA

5`→3`移動(dòng)，空tRNA從P位脫落，肽-tRNA被動(dòng)至P位；5`→3`肽鍵PA第30頁，共38頁，2023年，2月20日，星期二5.重復(fù)2、3、4步5`→3`PA第31頁，共38頁，2023年，2月20日，星期二6.識(shí)別終止碼，各自分離。第32頁，共38頁，2023年，2月20日，星期二第33頁，共38頁，2023年，2月20日，星期二③

肽鏈合成的終止∶

肽鏈的合成過程同時(shí)也是核糖體沿mRNA5′→3′方向移動(dòng)，并翻譯mRNA上密碼子的過程。當(dāng)核糖體移到終止密碼時(shí)，沒有相應(yīng)終止密碼的氨基酰-tRNA可以進(jìn)入A位，肽鏈合成停止。 有三種終止因子(RF1、RF2、RF3)參與終止步驟。

RF1∶識(shí)別終止密碼UAG、UAA；

RF2∶識(shí)別UAA、UGA；

RF3∶促進(jìn)RF1、RF2的識(shí)別。

第34頁，共38頁，2023年，2月20日，星期二肽鏈的終止與釋放釋放因子（releasefactorRF）能識(shí)別終止密碼子與終止密碼子結(jié)合。UAARF1orRF2RF-1：識(shí)別UAA和UAGRF-2：識(shí)別UAA和UGARF-3：RF-3和GTP形成復(fù)合物，是一種GTP結(jié)合蛋白，可促進(jìn)核糖體與RF-1和RF-2的結(jié)合。

第35頁，共38頁，2023年，2月20日，星期二第36頁，共38頁，2023年，2月20日，星期二三、肽鏈合成后的“加工處理”1.N末端的加