分子生物學(xué)-第五章-蛋白質(zhì)的生物合成

第五章蛋白質(zhì)的生物合成第一節(jié)遺傳密碼

蛋白質(zhì)的生物合成過程，就是將DNA傳遞給mRNA的遺傳信息，再轉(zhuǎn)變成蛋白質(zhì)中氨基酸排列順序的過程，這一過程被稱為翻譯(translation)。一.遺傳密碼遺傳密碼

DNA或mRNA中的核苷酸序列與蛋白質(zhì)中氨基酸序列的對(duì)應(yīng)關(guān)系。2.密碼子由三個(gè)相鄰的堿基編碼一種氨基酸或翻譯的終止信號(hào)的核苷酸三聯(lián)體。遺傳密碼的簡(jiǎn)并性和通用性3.遺傳密碼的特點(diǎn)（1）通用性：動(dòng)植物微生物都可使用（2）簡(jiǎn)并性：一種氨基酸可有多種密碼子編碼的現(xiàn)象。只有Met和Trp沒有。同義密碼：編碼同一種氨基酸的密碼子。（3）讀碼的連續(xù)性：不重疊無間隔。（4）有起始密碼

AUG和終止密碼

UAA（ocher，赭色密碼子）、UAG（amber，琥珀密碼子）、UGA（opal，蛋白石密碼子）。（5）方向性：密碼子的閱讀方向?yàn)?`-3`。（6）變偶性（擺動(dòng)性）：密碼子的前兩個(gè)堿基相同，決定了其專一性，而第三個(gè)堿基可以發(fā)生變化。意義：1若突變發(fā)生在第三個(gè)堿基上翻譯仍可進(jìn)行。2利于mRNA上的密碼子與tRNA上反密碼子配對(duì)時(shí)，使tRNA上稀有堿基可與反密碼子配對(duì)。

IMP可與AMP、UMP、CMP配對(duì)。遺傳密碼的連續(xù)性遺傳密碼的擺動(dòng)配對(duì)密碼的簡(jiǎn)并性具有的生物學(xué)意義

它允許生物體的DNA堿基有較大變異的余地，使基因突變可能造成的為害降至最低程度，而不影響物種形狀的表達(dá)，對(duì)環(huán)境的適應(yīng)和物種遺傳的穩(wěn)定。例如細(xì)菌DNA中G+C含量變動(dòng)很大，但不同G+C含量的細(xì)菌卻可以編碼出相同的多肽鏈。這歸因于同義密碼子的分布規(guī)則。1989年F.J.R.Taylor證明氨基酸的極性通常由密碼子的第二位（中間）堿基決定，簡(jiǎn)并性由第三位堿基決定：①中間堿基是U，它編碼的氨基酸是非極性、疏水的和支鏈的。②中間堿基是C，相應(yīng)的氨基酸是非極性的或具有不帶電荷的極性側(cè)鏈。③中間堿基是A或G，其相應(yīng)氨基酸具有親水性。

這種分布使得密碼子中一個(gè)堿基被置換，其結(jié)果或是仍然編碼相同的氨基酸；或是以物理化學(xué)性質(zhì)最接近的氨基酸相取代，從而減少有害突變。密碼子中第二位核苷酸決定氨基酸性質(zhì)的特點(diǎn)也被稱為廣義密碼（GGC，generalgeneticcodon）或密碼中的密碼（codonincodon）。關(guān)于密碼簡(jiǎn)并現(xiàn)象的機(jī)制主要有：①搖擺假說：反密碼子和密碼子在一定范圍內(nèi)的可選擇配對(duì)現(xiàn)象。②同功受體：負(fù)載同一氨基酸，但識(shí)別不同密碼子的tRNA。搖擺假說

由于同義密碼子的第1、2個(gè)堿基是保守的，第3個(gè)堿基是可變的，因此解讀同義密碼子的tRNA的反密碼子的第1個(gè)堿基必定具有最小的專一性，也就是說它與密碼子第3個(gè)堿基之間的配對(duì)原則具有一定范圍的靈活性。由于反密碼子位于tRNA的突環(huán)上，因此反密碼子三聯(lián)體的排列就會(huì)呈彎曲弧線，不能與密碼子保持完全的平行，加上反密碼子的第1個(gè)核苷酸位于非雙鏈結(jié)構(gòu)的松弛環(huán)內(nèi)，搖擺的自由度較大，從而導(dǎo)致密碼子的第3個(gè)核苷酸和反密碼子的第1個(gè)核苷酸之間可能形成非標(biāo)準(zhǔn)的堿基配對(duì)，反密碼子的這一位點(diǎn)也被稱為搖擺位點(diǎn)（一般為第34位堿基）。如果tRNA的搖擺位點(diǎn)是被修飾的堿基，就可能出現(xiàn)更多的選擇配對(duì)關(guān)系。這種假說被稱為“搖擺假說”（wobblehypothesis）密碼子的這一性質(zhì)則被稱為變偶性或搖擺性。

搖擺假說最早由F.Crick在1966提出，并在以后得到證實(shí)。搖擺配對(duì)使得tRNA與mRNA的雙鏈核酸間的Watson配對(duì)原則得到發(fā)展，其重要的生物學(xué)意義在于僅需32種tRNA便可以解讀61個(gè)氨基酸密碼，例如只要有兩個(gè)tRNA就可以解讀編碼丙氨酸的4個(gè)密碼子。大大減少了tDNA的基因種數(shù)。由于線粒體中tRNA較通用密碼子的tRNA在結(jié)構(gòu)上具有較多的差異，線粒體tRNA中沒有典型的TψC環(huán)；一些線粒體中沒有典型的DHU環(huán)，線粒體tRNA中具有較多的U含量，因此tRNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)較為松弛，對(duì)密碼子的識(shí)讀具有更大的搖擺，對(duì)密碼子家族采用“三中讀二”（twoofthreereading）的識(shí)讀原則。

二.參與蛋白質(zhì)生物合成的物質(zhì)

生物體內(nèi)的各種蛋白質(zhì)都是生物體內(nèi)利用約20種氨基酸為原料自行合成的。參與蛋白質(zhì)生物合成的各種因素構(gòu)成了蛋白質(zhì)合成體系，該體系包括以下物質(zhì)。①

mRNA：作為蛋白質(zhì)生物合成的模板，決定多肽鏈中氨基酸的排列順序；②

tRNA：搬運(yùn)氨基酸的工具；③

核糖體（又名核蛋白體）：蛋白體生物合成的場(chǎng)所；④

酶及其他蛋白質(zhì)因子；⑤

供能物質(zhì)及無機(jī)離子。

（一）mRNA

作為指導(dǎo)蛋白質(zhì)生物合成的模板。mRNA中每三個(gè)相鄰的核苷酸組成三聯(lián)體，代表一個(gè)氨基酸的信息，此三聯(lián)體就稱為密碼子(coden)。共有64種不同的密碼子。（二）tRNA

在氨基酸t(yī)RNA合成酶催化下，特定的tRNA可與相應(yīng)的氨基酸結(jié)合，生成氨基酸t(yī)RNA，從而攜帶氨基酸參與蛋白質(zhì)的生物合成。

tRNA反密碼環(huán)中部的三個(gè)核苷酸構(gòu)成三聯(lián)體，可以識(shí)別mRNA上相應(yīng)的密碼，此三聯(lián)體就稱為反密碼子(anticoden)。

反密碼對(duì)密碼的識(shí)別，通常也是根據(jù)堿基互補(bǔ)原則，即A—U，G—C配對(duì)。但反密碼的第一個(gè)核苷酸與第三核苷酸之間的配對(duì)，并不嚴(yán)格遵循堿基互補(bǔ)原則。如反密碼第一個(gè)核苷酸為Ⅰ（次黃嘌呤），則可與A、U或C配對(duì)，如為U，則可與A或G配對(duì)，這種配對(duì)稱為不穩(wěn)定配對(duì)。

能夠識(shí)別mRNA中5′端起始密碼AUG的tRNA是一種特殊的tRNA，稱為起始tRNA。在原核生物中，起始tRNA是一種攜帶甲酰蛋氨酸的tRNA，即tRNAifmet；而在真核生物中，起始tRNA是一種攜帶蛋氨酸的tRNA，即tRNAimet。在原核生物和真核生物中，均存在另一種攜帶蛋氨酸的tRNA，識(shí)別非起始部位的蛋氨酸密碼，AUG。

tRNA在將密碼的信息及排列轉(zhuǎn)換為多肽鏈中的氨基酸序列的過程中起著中心及橋梁的作用。

最簡(jiǎn)單的tRNA只有74個(gè)核苷酸，而最大的也很少超過94個(gè)核苷酸。這個(gè)特點(diǎn)使得tRNA成為最先被定序的核酸。序列測(cè)定的結(jié)果揭示tRNA是同源性相對(duì)較高的RNA分子，tRNA分子含有大量修飾核苷酸和可能存在各種堿基配對(duì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)。

除了少數(shù)例外（如脊椎動(dòng)物線粒體基因組編碼的tRNA），所有tRNA分子都有三葉草式的二級(jí)結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)上的一致性是其功能所必需的，即不同的tRNA具有相同的功能特征，例如均能結(jié)合核糖體的A位點(diǎn)和P位點(diǎn)、具有相似的氨基酸承受臂、DHU環(huán)、TψC環(huán)以及反密碼子環(huán)等。tRNA分子的結(jié)構(gòu)特征和有關(guān)部位的功能①分子的5′端和3′端的7個(gè)堿基對(duì)形成氨基酸承受臂（aminoacidacceptor）。氨基酸被連接到tRNA的3′端的一個(gè)高度保守的CCA序列的腺苷酸殘基的3′-OH上。②DHU環(huán)（Dloop）：即環(huán)中含有修飾堿基——二氫尿嘧啶。直接與氨基酰tRNA合成酶結(jié)合。③反密碼子環(huán)（anticodonloop）：含有能在翻譯期間與mRNA三聯(lián)體密碼子進(jìn)行堿基配對(duì)的反密碼子（第34，第35，第36位核苷酸），擔(dān)負(fù)識(shí)讀密碼的功能。其中第34位的核苷酸表現(xiàn)為對(duì)密碼子中的第3位核苷酸的搖擺選擇配對(duì)，也被稱為搖擺位點(diǎn)。④額外環(huán)或可變環(huán)（extraloop或variableloop）含有3~5個(gè)核苷酸（Ⅰ類tRNA）或13~21個(gè)核苷酸（Ⅱ類tRNA），用于tRNA分類。⑤TψC環(huán)：該環(huán)的命名是因?yàn)榄h(huán)中始終含有胸腺嘧啶-假尿嘧啶-胞嘧啶的序列。其功能主要表現(xiàn)為與構(gòu)成核糖體大亞基的5SrRNA結(jié)合，穩(wěn)定蛋白質(zhì)翻譯裝置。同工受體tRNA（isoacceptingtRNA）

搖擺假說的相對(duì)性說明了搖擺范圍的局限，在通用三聯(lián)體密碼中一個(gè)密碼子家族必須由兩種tRNA識(shí)讀。

能解讀同義密碼子的不同tRNA被定義為同工受體tRNA。例如絲氨酸有CGU，CGC，CGA，CGG，AGA，AGG等6個(gè)密碼子，分別由3個(gè)同工受體tRNA識(shí)讀，它們的反密碼子分別為GCG，GCU，UCU每一個(gè)tRNA在搖擺原則的支配下可以識(shí)讀兩個(gè)密碼。密碼利用率（codonusage）

從一般規(guī)律看，當(dāng)密碼子的第1、2堿基為嘧啶堿基，生物在進(jìn)化過程中往往選擇第3堿基為嘌呤堿基的密碼子來編碼結(jié)構(gòu)基因的氨基酸信息。了解不同生物的密碼子使用率對(duì)實(shí)施遺傳轉(zhuǎn)化，基因表達(dá)，基因工程以及蛋白質(zhì)工程研究具有重要的理論指導(dǎo)意義。（三）rRNA和核蛋白體原核生物中的核糖體大小為70S，可分為30S小亞基和50S大亞基。

其中，小亞基由16SrRNA和21種蛋白質(zhì)構(gòu)成，大亞基由5SrRNA，23SRNA和35種蛋白質(zhì)構(gòu)成。真核生物中的核糖體大小為80S，也分為40S小亞基和60S大亞基。

其中，小亞基由18SrRNA和30多種蛋白質(zhì)構(gòu)成，大亞基則由5SrRNA，28SrRNA和50多種蛋白質(zhì)構(gòu)成，在哺乳動(dòng)物中還含有5.8SrRNA。

rRNA的GC含量在60%左右，其基因rDNA通常是中度重復(fù)序列，不同生物的重復(fù)頻率相差較大，從幾百到幾萬個(gè)拷貝不等。其中5SrRNA與tRNA的TψC環(huán)存在部分序列同源，可以氫鍵配對(duì)的方式穩(wěn)定氨基酰tRNA與核糖體的結(jié)合。

原核生物中16SrRNA的3′端具有CCU保守序列，可與mRNA5′AGG的Shine-Dilgarno序列（S.D.序列）配對(duì)，以保證核糖體對(duì)蛋白質(zhì)合成的準(zhǔn)確起譯。

SD序列又稱為核糖體結(jié)合位點(diǎn)（ribosomalbindingsite，RBS）。真核生物的18SrRNA3′端序列盡管與原核生物高度同源，但沒有富含CCU的保守序列，因?yàn)檎婧松飉RNA的5′端沒有S.D.序列。23SrRNA在第2660左右的核苷酸位點(diǎn)上有一個(gè)α-Ⅰ環(huán)（alphasarcinloop），能與準(zhǔn)備進(jìn)入核糖體A位點(diǎn)的氨基酰tRNA-EF-Tu-GTP復(fù)合體結(jié)合，從而引起核糖體變構(gòu)，有利于肽鏈的合成和空載tRNA的釋放。當(dāng)?shù)?661個(gè)核苷酸由G突變?yōu)镃后，氨基酰tRNA-EF-Tu-GTP復(fù)合體進(jìn)入A位的速度明顯減慢，當(dāng)?shù)?252、第2253位的G雙突變?yōu)镃，將對(duì)轉(zhuǎn)肽酶的活性產(chǎn)生抑制。核糖體的組裝大腸桿菌核糖體的空間結(jié)構(gòu)為一橢圓球體，其30S亞基呈啞鈴狀，50S亞基帶有三角，中間凹陷形成空穴，將30S小亞基抱住，兩亞基的結(jié)合面為蛋白質(zhì)生物合成的場(chǎng)所。

核糖體的主要作用

一是提供tRNA，mRNA和相關(guān)蛋白質(zhì)因子的結(jié)合位置，使它們?cè)诤颂求w上保持正確的相對(duì)位置；二是包括rRNA在內(nèi)的組分具有催化功能，能執(zhí)行翻譯中許多關(guān)鍵的化學(xué)反應(yīng)。核糖體在胞內(nèi)除了以多聚核糖體形式參與蛋白質(zhì)合成外，還有一部分以游離狀態(tài)存在，游離狀態(tài)的核糖體占總核糖體20%左右。

核糖體通常被循環(huán)利用，核糖體庫(kù)中的核糖體被釋放出來后，與mRNA結(jié)合進(jìn)行蛋白質(zhì)合成，然后再回到庫(kù)中準(zhǔn)備進(jìn)行下一個(gè)循環(huán)。核糖體的功能域或位點(diǎn)①小亞基與mRNA的結(jié)合位點(diǎn)。②大亞基與氨基酰tRNA結(jié)合位點(diǎn)A（aminoacyl-tRNAsite）。③在肽鏈延長(zhǎng)過程大亞基與肽鏈（肽酰tRNA？）結(jié)合的位點(diǎn)P（peptidesite）。④空載tRNA離開核糖體的出口位點(diǎn)E（exitsite）。

⑤大亞基的肽基轉(zhuǎn)移酶結(jié)構(gòu)域，提供肽鍵形成的催化活性（peptidyltransferasesite）。⑥延伸因子-氨基酰-tRNA-GTP復(fù)合體進(jìn)入核糖體位點(diǎn)（EF-Tu-aa-tRNAaa-GTPsite）。⑦肽鏈轉(zhuǎn)位因子結(jié)合位點(diǎn)（EF-Gsite）。⑧核糖體大亞基與5SrRNA結(jié)合位點(diǎn)（5SrRNAsite）。

與mRNA結(jié)合的核糖體能覆蓋約20個(gè)核苷酸區(qū)域。在蛋白質(zhì)生物合成過程中，常常由若干核糖體結(jié)合在同一mRNA分子上，同時(shí)進(jìn)行翻譯，但每?jī)蓚€(gè)相鄰核蛋白之間存在一定的間隔，形成念球狀結(jié)構(gòu)。由若干核糖體結(jié)合在一條mRNA上同時(shí)進(jìn)行多肽鏈的翻譯所形成的念球狀結(jié)構(gòu)稱為多核糖體。

一般來說，多聚核糖體可在各種生物中出現(xiàn)。

在合成蛋白質(zhì)時(shí)，在mRNA鏈上大約每（間隔？）80個(gè)堿基便有一個(gè)核糖體在翻譯。在多數(shù)情況下，一條mRNA鏈上可見到5－15個(gè)核糖體。（四）起始因子（IF）這是一些與多肽鏈合成起始有關(guān)的蛋白因子。

原核生物中存在3種起始因子，分別稱為IF1-3。在真核生物中存在9種起始因子（eIF）。其作用主要是促進(jìn)核糖體小亞基與起始tRNA及模板mRNA結(jié)合。

原核生物的起始因子

IF-1為相對(duì)分子質(zhì)量為9.5×103的蛋白，它可以加強(qiáng)IF-2，IF-3的酶活；

IF-2的相對(duì)分子質(zhì)量為95×103~117×103，它是保證fMet-tRNAfMet專一性的與30S亞基結(jié)合的重要酶；

IF-3的相對(duì)分子質(zhì)量為2×104，能促使fMet-tRNAfMet-30S亞基復(fù)合體與mRNA起始部位的SD序列結(jié)合，穩(wěn)定小亞基的結(jié)構(gòu)并防止其與大亞基過早相互作用而形成非翻譯起始態(tài)的核糖體。IF-1——占據(jù)A位，防止結(jié)合其它tRNA。

IF-2——GTP酶（結(jié)合和水解GTP），促進(jìn)起始tRNA與小亞基結(jié)合。

IF-3——促進(jìn)大小亞基分離，提高P位對(duì)結(jié)合起始tRNA敏感性。真核生物的起始因子eIF-1A與eIF-3——最先結(jié)合小亞基，促進(jìn)大小亞基分離。

eIF-2——GTP結(jié)合蛋白，促進(jìn)起始tRNA與小亞基結(jié)合。

eIF-4A——eIF-4F復(fù)合物成分，有解旋酶活性，促進(jìn)mRNA結(jié)合小亞基。eIF-4B——結(jié)合mRNA，促進(jìn)mRNA掃描定位起始AUG。

eIF-4E——eIF-4F復(fù)合物成分，結(jié)合mRNA5’帽子。

eIF-4G——eIF-4F復(fù)合物成分，結(jié)合eIE-4E和聚腺苷酸結(jié)合蛋白（PAB）。eIF-5B——GTP結(jié)合蛋白，協(xié)助起始tRNA與小亞基結(jié)合，促進(jìn)各種起始因子從小亞基解離。（五）延長(zhǎng)因子（EF）原核生物中的延伸因子是EF-Tu（溫度不敏感型）和EF-Ts（溫度敏感型），真核生物中相應(yīng)的是eEF-1和eEF-1β。

原核生物中的EFG與真核生物中的eEF-2相應(yīng)。其作用主要促使氨基酰tRNA進(jìn)入核糖體的受體，并可促進(jìn)移位。

（六）釋放因子（RF）

原核生物中有3種，在真核生物中只有2種。其主要作用是識(shí)別終止密碼，協(xié)助多肽鏈的釋放。

釋放因子可以分成兩類。

Ⅰ類釋放因子識(shí)別終止密碼子，并催化多肽鏈從P位點(diǎn)的tRNA中水解釋放出來。

原核生物有兩種：RF1和RF2，前者識(shí)別UAA、UAG；后者識(shí)別UAA、UGA。

真核生物只有一種，即eRF1，能識(shí)別三個(gè)終止密碼。

Ⅱ類釋放因子在多肽鏈釋放后刺激Ⅰ類釋放因子從核糖體中解離出來。

原核：RF3

真核：eRF3（七）氨基酰tRNA合成酶（aminoacyl-tRNAsynthetases，AARS）該酶存在于胞液中，與特異氨基酸的活化以及氨基酰tRNA的合成有關(guān)。

每種氨基酰tRNA合成酶對(duì)相應(yīng)氨基酸以及攜帶氨基酸的數(shù)種tRNA具有高度特異性，這是保證tRNA能夠攜帶正確的氨基酸對(duì)號(hào)入座的必要條件。目前認(rèn)為，該酶對(duì)tRNA的識(shí)別，是因?yàn)樵趖RNA的氨基酸臂上存在特定的識(shí)別密碼，即第二套遺傳密碼。

一個(gè)具有功能活性的AARS分子在其高級(jí)結(jié)構(gòu)中形成了氨基酸結(jié)合位點(diǎn)、tRNA結(jié)合位點(diǎn)和ATP結(jié)合位點(diǎn)。其中前兩個(gè)位點(diǎn)是具有?；缘?。氨基酸結(jié)合位點(diǎn)的柔性部位與氨基酸的R基團(tuán)發(fā)生特異性的結(jié)合，tRNA結(jié)合位點(diǎn)除了有與所有tRNA中的DHU環(huán)結(jié)合的非特異性殘基序列外，還有與tRNA中被稱為副密碼子（paracodon）的特異序列結(jié)合的功能域。

這種負(fù)載過程首先由ATP進(jìn)入ATP位點(diǎn)后，與隨之進(jìn)入氨基酸結(jié)合位點(diǎn)的氨基酸在羧基和γ-磷酸之間發(fā)生反應(yīng)，使氨基酸獲得AMP，隨后AARS將被活化的氨基酸通過高能?；B接到tRNA氨基酸承受臂的3‘末端腺苷酸上。這一過程可表示為：

AA+ATP→氨酰-AMP+PPi

氨酰—AMP+tRNA→氨酰-tRNA+AMP雙篩效應(yīng)

氨基酸分子能否準(zhǔn)確進(jìn)入并穩(wěn)定結(jié)合到相應(yīng)的AARS的氨基酸位點(diǎn)，是受氨基酸結(jié)合位點(diǎn)的“雙篩效應(yīng)”（doublesieveeffect）控制的。

AARS的氨基酸結(jié)合位點(diǎn)上有被叫作的“結(jié)合位點(diǎn)”（bindingsite或活性位點(diǎn)，activationsite）和“水解位點(diǎn)”（hydrolyticsite或編輯位點(diǎn)，editingsite）的兩個(gè)功能域，并由此形成“兩個(gè)不同篩孔的篩板”結(jié)構(gòu)。行使對(duì)具有相似R基團(tuán)的氨基酸進(jìn)行嚴(yán)格的選擇性降解，防止因錯(cuò)誤活化而導(dǎo)致錯(cuò)誤負(fù)載的雙篩效應(yīng)。副密碼子

AARS對(duì)特定tRNA的準(zhǔn)確識(shí)別與結(jié)合是確保被活化的氨基酸能準(zhǔn)確負(fù)載的前提。這種專一性是依靠AARS對(duì)副密碼子的識(shí)別而實(shí)現(xiàn)的。所謂副密碼子是指tRNA中與AARS的“tRNA結(jié)合位點(diǎn)”發(fā)生特異分子契合的一種空間密碼。它所具有的特征是：①為一種AARS所識(shí)別的一組同工受體具有相同的副密碼子。②副密碼子是被AARS分子中特定氨基酸序列所識(shí)別若干個(gè)堿基（并非均為一對(duì)核苷酸）。③AARS對(duì)副密碼子的識(shí)別與結(jié)合是通過氨基酸與堿基之間的連接實(shí)現(xiàn)的。屬于生物Ⅱ型空間密碼。④副密碼子也是進(jìn)化進(jìn)程留下的足跡（footprint），tRNA可能起源于可以攜帶氨基酸的寡核苷酸，由AARS特異識(shí)別tRNA中的特定序列，使氨基酸的負(fù)載更為準(zhǔn)確而成為進(jìn)化的優(yōu)勢(shì)。⑤副密碼子位于tRNA的各種環(huán)或臂上，不同的tRNA定位不同。（八）供能物質(zhì)和無機(jī)離子多肽鏈合成時(shí)，需ATP、GTP作為供能物質(zhì)，并需Mg2+、K+參與。氨基酸活化時(shí)需消耗2分子高能磷酸鍵，肽鍵形成時(shí)又消耗2分子高能磷酸鍵，故縮合一分子氨基酸殘基需消耗4分子高能磷酸鍵。

三.蛋白質(zhì)翻譯的有關(guān)概念多順反子（polycistron）：即參與一個(gè)代謝途徑的若干結(jié)構(gòu)基因編碼在同一個(gè)轉(zhuǎn)錄單位內(nèi)，具有多個(gè)開放閱讀框，多順反子是原核生物操縱子的主要結(jié)構(gòu)形式。閱讀框（readingframe）：解讀mRNA中遺傳密碼的三聯(lián)體方式。開放閱讀框：按一定的閱讀框，從起始密碼到終止密碼可以可連續(xù)解讀遺傳密碼的區(qū)域。反密碼子（anticodon）：tRNA反密碼子環(huán)能與mRNA密碼子互補(bǔ)配對(duì)的三核苷酸序列。起始氨基酸（initiationaminoacid）：蛋白質(zhì)合成開始的第一個(gè)氨基酸。核糖體結(jié)合位點(diǎn)：位于mRNA5＇端，被核糖體識(shí)別并結(jié)合的較為保守的核苷酸序列．在原核生物中稱為SD序列（Shine-Dalgarnosequence），位于起始密碼上游3~10bp的位置，其保守序列為5＇-AGGAGGU-3＇。

第二節(jié)蛋白質(zhì)生物合成過程

蛋白質(zhì)生物合成過程包括三大步驟：①氨基酸的活化與搬運(yùn)；②活化氨基酸在核蛋白體上的縮合；③多肽鏈合成后的加工修飾。

一.氨基酸的活化與搬運(yùn)

氨基酸的活化以及活化氨基酸與tRNA的結(jié)合，均由氨基酰tRNA合成酶催化完成。其反應(yīng)過程為：

在此反應(yīng)中，特異的tRNA3’端CCA上的2’或3’位自由羥基與相應(yīng)的活化氨基酸以酯鍵相連接，形成氨基酸t(yī)RNA，從而使活化氨基酸能夠被搬運(yùn)至核糖體上參與多肽鏈的合成。氨基酸t(yī)RNA的合成，可使氨基酸

①活化；②搬運(yùn)；③定位。

原核生物中多肽鏈的生物合成自甲酰甲硫氨酸開始

以N-甲酰甲硫氨酰-tRNA的形式開始。

甲硫氨酰-tRNA合成酶（1）Met+tRNAf+ATP———————>

Met-tRNAf+AMP+PPi；

轉(zhuǎn)甲酰基酶（2）Met-tRNAf+N10-甲酰四氫葉酸——>

fMet-tRNAf+四氫葉酸

在所有生物中，甲硫氨酸的密碼子只有AUG一個(gè)，但是攜帶甲硫氨酸的tRNA卻有兩種。一種tRNA用于翻譯過程的起始，負(fù)責(zé)識(shí)別mRNA上的起始密碼子AUG；另外一種則用于在肽鏈延長(zhǎng)過程中識(shí)別mRNA上除起始密碼子AUG之外的AUG。

在大腸桿菌中，負(fù)責(zé)識(shí)別起始密碼子AUG的tRNA用tRNAf表示，它攜帶N-甲酰甲硫氨酸（即fMet）而形成N-甲酰甲硫氨酰-tRNAf(即fMet-tRNAf)；

負(fù)責(zé)在肽鏈延長(zhǎng)過程中識(shí)別除起始密碼子AUG之外的AUG的tRNA用tRNAm表示,它攜帶甲硫氨酸而形成甲硫氨酰-tRNAm(即Met-tRNAm)。負(fù)責(zé)攜帶（甲酰）甲硫氨酸的tRNA的堿基順序不完全相同。

在翻譯起始復(fù)合體中，起始密碼一般都是AUG，但有時(shí)（1/30的概率）也使用GUG（或UUG），然而這3個(gè)密碼都能被相同的起始tRNA識(shí)別，因此起始氨基酸始終都是甲硫氨酸。當(dāng)起始tRNAfMet上的甲硫氨酸被負(fù)載后，其氨基端（N端）立即發(fā)生甲?；揎?，形成N-甲酰甲硫氨酸（formylated-Met，fMet）。這就意味著后續(xù)的肽鍵形成后只能在羧基端（C端），從而保證肽鏈的延伸只能是N→C方向。

對(duì)大量肽鏈的氨基酸序列分析發(fā)現(xiàn)，肽鏈的第一個(gè)氨基酸并不是fMet。這是因?yàn)榈谝粋€(gè)fMet在肽鏈聚合后往往被切除或被去甲?；?。這種處理的選擇又與其隨后的氨基酸特點(diǎn)相關(guān)：第二個(gè)氨基酸為Arg，Asn，Asp，Glu，Ile，Lys的肽鏈易于發(fā)生去甲?；磻?yīng)（defotmination）；第二個(gè)氨基酸為Ala，Gly，Pro，Thr，Val的肽鏈則往往發(fā)生脫甲硫氨酸反應(yīng)。二.活化氨基酸的縮合——核糖體循環(huán)

活化氨基酸縮合生成多肽鏈的過程在核蛋白體上進(jìn)行?；罨被嵩诤说鞍左w上反復(fù)翻譯mRNA上的密碼并縮合生成多肽鏈的循環(huán)反應(yīng)過程，稱為核糖體循環(huán)。核糖體循環(huán)過程可分為起始、延長(zhǎng)和終止三個(gè)階段，這三個(gè)階段在原核生物和真核生物類似，現(xiàn)以原核生物中的過程加以介紹。

（一）蛋白質(zhì)多肽鏈生物合成的起始階段

70S起始復(fù)合物的形成

（1）首先，起始因子IF3使無翻譯活性的核糖體（70S）激活，發(fā)生解離，生成游離的50S大亞基和30S亞基-IF3復(fù)合體（即激活的30S核糖體亞基）。

IF3的作用：可以防止50S亞基與30S亞基再結(jié)合，并可以促使30S亞基與mRNA結(jié)合，幫助mRNA的SD序列與16SrRNA3`-端序列相結(jié)合以使mRNA正確定位，還可以在翻譯啟動(dòng)區(qū)形成使起始信號(hào)易被fMet-tRNA識(shí)別的高級(jí)結(jié)構(gòu)。原核生物mRNA在小亞基定位上涉及兩種機(jī)制

1.mRNA與小亞基的結(jié)合通常是由mRNA的核糖體結(jié)合位點(diǎn)（即SD序列）和小亞基的16SRNA之間的堿基配對(duì)作用介導(dǎo)。2.mRNA上緊接SD序列后的小核苷酸序列，可被核糖體小亞基蛋白rpS-1識(shí)別結(jié)合。

（2）30S亞基-IF3與mRNA結(jié)合形成30S亞基-IF3-mRNA復(fù)合物（該復(fù)合物中各組份比例為1：1：1）。

（3）30S亞基-IF3-mRNA+IF1+IF2-GTP+fMet-tRNAf——>30S亞基-IF1-IF2-GTP-fMet-tRNAf-mRNA+IF3

這里，30S亞基-IF1-IF2-GTP-fMet-tRNAf-mRNA即30S起譯復(fù)合物或30S起始復(fù)合物。

IF2-GTP可促進(jìn)fMet-tRNAf與30S亞基的結(jié)合，其中IF2具有GTPase活性。

（4）30S起始復(fù)合物+50S亞基

—>70S起始復(fù)合物+GDP+Pi+IF1+IF2

此時(shí)fMet-tRNAf占據(jù)了核糖體上的肽?；稽c(diǎn)（即P位點(diǎn)），其反密碼子正好與起始密碼子AUG互補(bǔ)結(jié)合。

核糖體上空著的氨?；稽c(diǎn)（即A位點(diǎn)）則虛位以待新的氨酰-tRNA。此時(shí)A位點(diǎn)占據(jù)著mRNA上相對(duì)應(yīng)的密碼子位點(diǎn)。有學(xué)者提出：起始過程完成的重要標(biāo)志是IF-1的結(jié)合。推測(cè)IF-1的功能可能誘導(dǎo)30S復(fù)合體的構(gòu)象變化，以利于大亞基的結(jié)合。附：真核生物蛋白質(zhì)翻譯的起始過程

真核生物翻譯起始機(jī)制與原核生物基本相似。其主要區(qū)別在于真核生物起始定位需要更多的間接過程、更多輔助因子（eukaryoteinitiationfactor，eIF）。真核生物40S小亞基識(shí)別mRNA的5＇帽子結(jié)構(gòu)，在向下游移動(dòng)的過程中掃描翻譯起始密碼前的信號(hào)，決定準(zhǔn)確的翻譯起始，隨后與核糖體大亞基結(jié)合。

真核生物的mRNA均為單順反子，但mRNA分子通常比蛋白質(zhì)ORF要長(zhǎng)。從其5‘端帽子到翻譯起始密碼AUG的序列為引導(dǎo)序列（leadingsequence），通常少于100個(gè)堿基，通常不被翻譯，因此稱為5’非翻譯區(qū)（5‘UTR）。從終止密碼到mRNA的3’末端為拖尾序列，其長(zhǎng)度可達(dá)1000個(gè)堿基，被稱為3‘非翻譯區(qū)（3’UTR）。在翻譯起始過程中，5‘端帽子對(duì)準(zhǔn)確的起譯和保證翻譯效率起著重要的作用，3’拖尾序列對(duì)提高翻譯效率具有重要作用。真核生物翻譯起始過程的第一步

裝配前起始復(fù)合物（pre-initiationcomplex），它包括40S核糖體，eIF-2-Met-tRNAiMet-GTP構(gòu)成的三聯(lián)復(fù)合體和eIF-1，eIF-1A，eIF-3共3個(gè)起始因子。在帽子結(jié)合復(fù)合物（capbindingcomplex）起始因子eIF-4F（包括eIF-4A，eIF-4E和eIF-4G這3種起始因子）的作用下，“前起始復(fù)合物”與mRNA的5‘端結(jié)合形成“起始復(fù)合物”，在這一過程中，eIF-4E與帽子接觸，eIF-4G連接eIF-4E和eIF-3（該因子幾經(jīng)附著在起始復(fù)合物上），隨后“起始復(fù)合物”沿著mRNA分子向3’端掃描，尋找起始密碼子AUG。真核mRNA的引導(dǎo)序列長(zhǎng)達(dá)幾十或幾百個(gè)核苷酸，可能形成發(fā)夾和其他核酸二級(jí)結(jié)構(gòu)，起始復(fù)合物具有RNA螺旋酶活性（RNAhelicaseactivity）的eIF-4A和eIF-4B可消除這類結(jié)構(gòu)。掃描（scanning）

真核細(xì)胞的mRNA通過位于5’端的帽子來募集核糖體，后者一旦結(jié)合到mRNA上，將沿著5’→3’的方向運(yùn)行直至遇到AUG起始密碼。Kozak序列Kozakl1986年證明了由起始復(fù)合物掃描翻譯起始密碼的信號(hào)是一段包含有AUG的保守序列“ACCAUGG”，這一序列有時(shí)也稱Kozak序列，或掃描序列。如以O(shè)RF的第一個(gè)核苷酸計(jì)為+1，這一序列也稱為“-3A，+4G”序列，因?yàn)檫@兩個(gè)位點(diǎn)的核苷酸對(duì)核糖體識(shí)別翻譯起始密碼，決定翻譯效率極為重要。當(dāng)“-3A，+4G”的序列發(fā)生突變后，蛋白質(zhì)的翻譯效率明顯降低。

一旦40S起始復(fù)合物檢測(cè)并結(jié)合到起始密碼子后，60S大亞基就結(jié)合上來，形成80S復(fù)合體。大亞基的結(jié)合需要GTP水解提供能量，需要起始因子eIF-5幫助其他因子釋放，而另一個(gè)起始因子eIF-6可以與未結(jié)合的大亞基結(jié)合，防止其與細(xì)胞質(zhì)小亞基結(jié)合。mRNA的3‘端的poly（A）尾巴也會(huì)影響mRNA與前起始復(fù)合物的結(jié)合。

該過程需要多腺苷結(jié)合蛋白（PADP）附著在poly（A）上。

在酵母和植物中PADP與eIF-4G借助mRNA自身彎曲而彼此聯(lián)合。利用人工去帽子結(jié)構(gòu)的mRNA證明，僅PADP就足以使前起始復(fù)合物負(fù)載到mRNA的5‘上。但是正常情況下，帽子結(jié)構(gòu)和poly（A）尾是一起作用的。poly（A）尾具有調(diào)節(jié)功能，使用特定的mRNA顯示，poly（A）尾的長(zhǎng)度與起始的程度相關(guān)。真核哺乳動(dòng)物mRNA兩個(gè)有利于翻譯的特征

Kozak序列：在某些mRNA中，起始密碼的第三個(gè)上游堿基為嘌呤，第一個(gè)堿基為鳥嘌呤（5’-G/ANNAUGG-3’），提高翻譯的效率。

3’端的ployA尾，其可通過提高核糖體的有效循環(huán)來加強(qiáng)翻譯的水平。（二）蛋白質(zhì)多肽鏈生物合成的延伸70S起始復(fù)合物生成之后，蛋白質(zhì)的生物合成即進(jìn)入到肽鏈的延伸階段。

1．氨酰-tRNA進(jìn)入核糖體上A位點(diǎn)新進(jìn)入的氨酰-tRNA依密碼子-反密碼子互補(bǔ)識(shí)別的原則進(jìn)入核糖體上A位點(diǎn)，此步需消耗GTP，并需要延伸因子EFTu(或eEF-1)和EFTs(或eEF-1β)。

（1）EFTu(或eEF-1)-GTP+氨酰-tRNA—>EFTu(或eEF-1)

-GTP-氨酰-tRNA，（2）EFTu(或eEF-1)-GTP-氨酰-tRNA與70S起始復(fù)合物相互作用，使氨酰-tRNA進(jìn)入核糖體A位點(diǎn)，釋放出EFTu(或eEF-1)-GDP。

（3）EFTu(或eEF-1)-GDP+EFTs(或eEF-1β)—>EFTu(或eEF-1)

-EFTs(或eEF-1β)+GDP，（4）EFTu(或eEF-1)-EFTs(或eEF-1β)+GTP—>EFTu(或eEF-1)-GTP+EFTs(或eEF-1β)

這里，氨酰-tRNA上的反密碼子與位于A位點(diǎn)上的mRNA上的密碼子互補(bǔ)配對(duì)。除了fMet-tRNAf外，其余的氨酰-tRNA必須按此過程才能進(jìn)入70S核糖體的A位點(diǎn)，因?yàn)槟壳翱磥鞥FTu不能與fMet-tRNAf反應(yīng)。

另外，EF-Tu還不與游離tRNA、取代了的氨酰-tRNA結(jié)合。

EF-Tu能夠識(shí)別tRNA是否氨基?；?。

AA22．肽鏈的形成

在位于50S核糖體亞基上的肽酰（基）轉(zhuǎn)移酶（peptidyltransferase）催化下，位于P位點(diǎn)上的fMet-tRNAf上的fMet基或肽酰-tRNA上的肽?；聂然膳c位于A位點(diǎn)上的氨酰-tRNA上的氨酰基的氨基發(fā)生反應(yīng)，生成肽鍵。

此酶分布在P位附近，由于肽鍵合成時(shí)需要消耗GTP，而GTP的水解也是由大亞基負(fù)責(zé)的。因而推知，大亞基上也具有專門水解GTP的活性部位。

肽鍵形成之后，P位點(diǎn)上只剩下無負(fù)載的tRNA，而A位點(diǎn)上則存在一個(gè)攜帶了較原來的氨?；螂孽；黾恿艘粋€(gè)氨基酸殘基的肽酰-tRNA。這一步不消耗GTP，只是一個(gè)轉(zhuǎn)肽反應(yīng)。需要高濃度的K+。

另有一些學(xué)者提出具有肽酰轉(zhuǎn)移酶活性的并不是蛋白質(zhì)，而是50S亞基上的23SrRNA，它具有核酶的功能。

肽鏈的延伸?

進(jìn)位?

轉(zhuǎn)肽?

移位PA5’3’MetAGUPA5’3’MetAUGffAUG3’PA5’MetAUG23’PA5’MetAUG2進(jìn)位ff3’PA5’metAUG23PA3’5’AUGmet2轉(zhuǎn)肽移位ffPA3’5’AUGMet23PA3’5’AUGMet234

進(jìn)位轉(zhuǎn)肽ffPA3’5’AUGMet234PA3’5’AUGMet234ff附注：嘌呤霉素對(duì)蛋白質(zhì)合成的抑制作用就發(fā)生在這一步。

嘌呤霉素與氨酰-tRNA上3`-端的AMP殘基的結(jié)構(gòu)相似。肽酰（基）轉(zhuǎn)移酶可以使氨基酸與嘌呤霉素結(jié)合，形成肽酰嘌呤霉素，但是二者之間的連接鍵不是酯鍵，而是酰胺鍵。因此，肽酰嘌呤霉素很容易從核糖體上脫落，使蛋白質(zhì)的生物合成中止。3．移位

肽鍵形成之后，核糖體即朝5`—>3`方向沿mRNA模板鏈做相對(duì)移動(dòng)。每次移動(dòng)的距離為一個(gè)密碼子的長(zhǎng)度。

移動(dòng)的結(jié)果使原來位于P位點(diǎn)上的無負(fù)載的tRNA離開核糖體，返回胞液，而位于A位點(diǎn)上的肽酰-tRNA則移動(dòng)到了P位點(diǎn)。從A位點(diǎn)移動(dòng)到P位點(diǎn)的肽酰-tRNA仍然與mRNA上的密碼子互補(bǔ)結(jié)合。（已卸載的tRNA轉(zhuǎn)移到E位（exitsite）進(jìn)而被釋放（dischraged））

核糖體上空著的氨?；稽c(diǎn)（即A位點(diǎn)）則又虛位以待新的氨酰-tRNA。此時(shí)A位點(diǎn)同樣占據(jù)著mRNA上相對(duì)應(yīng)的密碼子位點(diǎn)。

這一步需要一個(gè)蛋白質(zhì)因子即EFG，它稱為移位酶，具有GTP酶活性，故這一步要消耗GTP。EF-G結(jié)合一個(gè)GTP，當(dāng)它與核糖體結(jié)合后，便推動(dòng)核糖體的移位。

GTP水解為GDP和Pi并從核糖體上釋放出來，EF-G也隨之從核糖體上解離下來。核糖體的構(gòu)象發(fā)生改變，從而沿mRNA移動(dòng)。關(guān)于GTP的具體作用的爭(zhēng)議

以往認(rèn)為GTP水解釋放的能量用于肽鍵的合成，但目前認(rèn)為是用于使IF2、EFTu、EFG等因子從核糖體上釋放，以便進(jìn)入新一輪的肽鏈延伸過程。到此為止，翻譯過程的一輪肽鏈延長(zhǎng)循環(huán)即告結(jié)束。

從上面可以看到，這每一輪循環(huán)中，都會(huì)有一個(gè)新的氨酰-tRNA進(jìn)入到核糖體的A位點(diǎn)，并參與形成一個(gè)新的肽鍵以使肽鏈延長(zhǎng)一個(gè)氨基酸殘基。

而在肽鍵形成后核糖體都要朝5`—>3`方向沿mRNA模板鏈移動(dòng)一個(gè)密碼子的長(zhǎng)度。如此循環(huán)，直到核糖體移動(dòng)到其A位點(diǎn)占據(jù)了mRNA上的終止密碼子位點(diǎn)為止。核糖體的變構(gòu)假說

核糖體作為蛋白質(zhì)合成的場(chǎng)所，不停地接受aa-tRNA-EF-Tu-GTP復(fù)合體，釋放出卸載的tRNA。結(jié)構(gòu)生物學(xué)和動(dòng)力學(xué)的研究得出核糖體的變構(gòu)假說：已經(jīng)卸載的tRNA位于核糖體的E位點(diǎn)后引起核糖體結(jié)構(gòu)的改變，導(dǎo)致A位點(diǎn)的結(jié)構(gòu)的松弛并開放，對(duì)應(yīng)于A位點(diǎn)的密碼被tRNA識(shí)讀的準(zhǔn)確率提高。負(fù)載氨基酸的aa-tRNA-EF-Tu~GTP復(fù)合體進(jìn)入A位點(diǎn)，并使核糖體再次變構(gòu)，E位點(diǎn)松弛，對(duì)空載tRNA的親和力下降，放出空載的tRNA。

對(duì)突變體的研究表明，核糖體的變構(gòu)與23SrRNA的結(jié)構(gòu)有關(guān)，在2660nt區(qū)域存在一個(gè)α-次黃嘌呤的莖環(huán)結(jié)構(gòu)，當(dāng)aa-tRNAaa~（EF）-Tu~GTP復(fù)合物進(jìn)入核糖體A位后與該莖環(huán)結(jié)構(gòu)結(jié)合，在GTP作用下迅速使E位變構(gòu)，tRNA反密碼子與密碼子的識(shí)讀結(jié)合能力提高。當(dāng)G2661核苷酸突變?yōu)镃后，核糖體變構(gòu)速率受到影響，aa-tRNAaa~（EF）-Tu~GTP，與莖環(huán)結(jié)構(gòu)形成穩(wěn)定的結(jié)合態(tài)的速率下降，肽鏈的延伸速率也隨之下降。核糖體的分類

一類附著于粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，主要參與清蛋白、胰島素等分泌蛋白質(zhì)的合成。

一類則游離于胞質(zhì)，主要參與細(xì)胞固有蛋白質(zhì)的合成。核糖體利用多種機(jī)制維持蛋白質(zhì)合成的高度保真性

第一是小亞基16SRNA的兩個(gè)相連的腺嘌呤殘基(A)的作用，它們與反密碼子和密碼子的前兩個(gè)堿基之間的正確配對(duì)所形成的小溝形成緊密的相互作用。

相反,非

Watson-Crick堿基配對(duì)所形成的小溝就不能被這兩個(gè)腺嘌呤識(shí)別，導(dǎo)致對(duì)錯(cuò)誤的tRNA的親和力明顯降低，因而正確配對(duì)的tRNA從核糖體解離的速度遠(yuǎn)低于錯(cuò)誤配對(duì)的tRNA。

第二是EF-Tu的GTP酶活性。

EF-Tu從tRNA的釋放需要GTP的水解，這種作用對(duì)正確的反密碼子-密碼子配對(duì)非常敏感。

即使只有1個(gè)堿基的錯(cuò)誤配對(duì)也將導(dǎo)致EF-Tu的GTP酶活性急劇下降。

第三是EF-Tu釋放后的一個(gè)校正機(jī)制。

當(dāng)氨基酰-tRNA·EF-Tu·GTP復(fù)合體進(jìn)入A位時(shí)，它的3’端遠(yuǎn)離肽鍵形成的位點(diǎn)。為了形成肽鍵，氨基酰-tRNA必須旋轉(zhuǎn)進(jìn)入，錯(cuò)誤配對(duì)的tRNA在此過程經(jīng)常從核糖體上脫離下來。

有假設(shè)認(rèn)為氨基酰-tRNA的旋轉(zhuǎn)為密碼子和反密碼子的作用帶來了張力，而只有正確配對(duì)的反密碼子才能維持這種張力。肽鏈延伸異?，F(xiàn)象

以核糖體沿mRNA移動(dòng)是導(dǎo)致讀碼框的移碼（frameshifting）居多。

1996年Farabaugh證明，這種移碼現(xiàn)象是核糖體在mRNA上或因中途暫停，或因向后或向前僅滑動(dòng)了一個(gè)核苷酸，隨后繼續(xù)翻譯，從而導(dǎo)致翻譯中途改變讀碼框。已知在從細(xì)菌到人幾乎所有生物中，這種翻譯過程的移碼現(xiàn)象并非隨機(jī)發(fā)生的，存在著程序性移碼。

有幾種mRNA利用程序性移碼（programmedframeshifting）誘導(dǎo)核糖體在轉(zhuǎn)錄物特定位置改變讀碼框。例如E.coli的DNA聚合酶Ⅲ的兩個(gè)亞基γ和τ都是單基因dnaX

編碼的。

τ是dnaXmRNA的全長(zhǎng)的翻譯產(chǎn)物，而γ是其截短的翻譯產(chǎn)物。

γ合成中出現(xiàn)dnaXmRNA中途移碼，移碼后立刻遇到終止密碼，因此產(chǎn)生了截短的γ。

這種程序性移碼可能與dnaXmRNA的某些特征結(jié)構(gòu)有關(guān)：①移碼位置后有一個(gè)發(fā)夾環(huán)（hairpinloop），它阻擋了核糖體滑動(dòng)。②移碼位置上游有一個(gè)類似核糖體結(jié)合位點(diǎn)的序列（也稱滑動(dòng)配對(duì)窗口specificprocrastinationwindow），它可能與16SrRNA發(fā)生配對(duì)，再度引起核糖體停轉(zhuǎn)。③移碼位置有5＇-AAG-3＇，在識(shí)讀它的tRNALys的搖擺位置上存在一個(gè)修飾核苷酸，這就意味著該位置上的密碼子-反密碼子作用比較弱，可能發(fā)生移碼。翻譯跳躍（slippage）

這是與移碼現(xiàn)象類似的一個(gè)現(xiàn)象——翻譯跳躍（slippage），它可以使單個(gè)核糖體翻譯多個(gè)順反子。例如在色氨酸操縱子中，當(dāng)核糖體到達(dá)一個(gè)密碼子串時(shí)，它就釋放剛合成的肽鏈，跳到下一個(gè)起始密碼，開始下一個(gè)蛋白質(zhì)的合成。

翻譯跨躍（translationalbypassing）參考

這是翻譯跳躍的一個(gè)極端形式。此時(shí)核糖體繞過轉(zhuǎn)錄物一個(gè)很大的區(qū)域，可能有幾十個(gè)堿基，而跳躍事件發(fā)生后原來肽鏈仍繼續(xù)延伸。跳躍起始的密碼和跳躍終止的密碼可以是相同的密碼，也可以是不同的但通過搖擺有同工受體（tRNA）的密碼。這就提示跳躍是受結(jié)合在延伸肽鏈上的tRNA所控制。

T4噬菌體基因60編碼（DNA拓?fù)洚悩?gòu)酶亞基）的mRNA的翻譯中就有長(zhǎng)達(dá)44核苷酸的翻譯跳躍。（三）多肽鏈合成的終止與釋放1．終止因子（或釋放因子，RF）

當(dāng)核糖體沿mRNA移動(dòng)到終止密碼子（UAA，UAG或UGA）進(jìn)入A位點(diǎn)時(shí)，肽鏈的延長(zhǎng)停止，而進(jìn)入肽鏈合成的終止階段。肽鏈合成的終止需要終止因子的參與。

這時(shí)A位沒有相應(yīng)的tRNA進(jìn)入，占據(jù)A位點(diǎn)的是一種蛋白質(zhì)釋放因子（releasefactor，RF）。

2000年Nakamura發(fā)現(xiàn)：

RF-1因子功能域D中發(fā)現(xiàn)含有Pro-Ala-Thr保守的三肽，第一個(gè)氨基酸Pro可與終止密碼UAG，UAA的第二位核苷酸發(fā)生互作，第三位氨基酸Thr能與終止密碼的第三位核苷酸A或G互作。

RF-2因子的功能域D含有保守的Ser-Pro-Phe三肽。Ser與Thr功能相似，可與A或G互作，但第三個(gè)氨基酸Phe與Pro相似，只能與A發(fā)生互作。原核生物中有三種終止因子，即RF1、RF2、RF3。

RF1負(fù)責(zé)專一識(shí)別UAA和UAG，

RF2則負(fù)責(zé)專一識(shí)別UAA和UGA。

RF3并不識(shí)別終止密碼子，但它本身是一種GTPase。

RF-3促進(jìn)RF-1和RF-2在完成翻譯終止，釋放肽鏈后從核糖體中解離出來，隨之tRNA、mRNA、核糖體亞基解離，被解離的核糖體大、小亞基在以后的翻譯過程中進(jìn)入循環(huán)使用。這可能與它結(jié)合水解GTP有關(guān)。

在這一過程中RF因子不負(fù)責(zé)核糖體的解離，細(xì)菌中執(zhí)行這一功能的是核糖體釋放因子（ribosomerecyclingfactor，RRF）。

RRF的形狀也類似與tRNA，推測(cè)RRF可能進(jìn)入P位或A位。

解離需要起始因子IF-3穩(wěn)定解離的核糖體亞基。Kisselev1994年首次發(fā)現(xiàn)并純化了真核生物中的兩個(gè)釋放因子eRF-1、eRF-2。

eRF-3是GTP依賴因子，可能與RF-3功能相同。在真核中目前尚未發(fā)現(xiàn)RRF蛋白質(zhì)，推測(cè)eRF-3可能有解離核糖體的RRF功能。X射線晶體學(xué)分析揭示eRF-1的形狀很像tRNA，暗示eRF-1可能進(jìn)入A位。

真核生物蛋白質(zhì)翻譯有時(shí)會(huì)發(fā)生通讀，特別在遇到弱終止子密碼時(shí)核糖體更容易滑過終止密碼而發(fā)生翻譯通讀，這反映了RF因子與tRNA之間的競(jìng)爭(zhēng)。終止密碼使用的偏愛性

終止密碼使用的偏愛是以保證翻譯有效終止為前提，在進(jìn)化中的功能基因往往使用強(qiáng)終止密碼和終止密碼。對(duì)165個(gè)大腸桿菌基因、52個(gè)芽孢桿菌基因、105個(gè)酵母基因的終止密碼進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)UAA的終止效率高，選用的頻率也較高，UAG易被漏讀。因此多數(shù)基因多選用2或3個(gè)終止密碼。

1990年Brown分析了826個(gè)基因，發(fā)現(xiàn)終止密碼多數(shù)具有U。因此他提出終止密碼可能為（UAAU，UAGU，UGAU），即終止密碼是4個(gè)核苷酸的概念。2．肽鏈合成的終止與釋放過程

蛋白質(zhì)生物合成過程中，當(dāng)終止密碼子進(jìn)入到A位點(diǎn)時(shí)，并沒有某種不帶氨基酸的tRNA能夠與終止密碼子配對(duì)結(jié)合，更不會(huì)有轉(zhuǎn)肽反應(yīng)發(fā)生。這一點(diǎn)已為實(shí)驗(yàn)所證明。

這時(shí)，RF1或RF2會(huì)進(jìn)入A位點(diǎn)去與終止密碼子結(jié)合，并誘導(dǎo)肽酰轉(zhuǎn)移酶發(fā)生功能轉(zhuǎn)變，即使該酶由原來的轉(zhuǎn)肽功能（即催化肽鍵形成的功能）轉(zhuǎn)變?yōu)樗夤δ埽瑢⑽挥诤颂求wP位上的肽酰-tRNA上的肽?；ctRNA之間的酯鍵水解，生成的游離肽鏈從核糖體上釋放出來，而RF1或RF2與空載的tRNA也隨之離開核糖體。最后mRNA離開核糖體。

此時(shí)，70S核糖體即可在IF3的激活作用下發(fā)生解離，又生成30S亞基-IF3復(fù)合物和50S亞基，這樣又可以進(jìn)入到新的一輪蛋白質(zhì)生物合成過程（非原肽鏈的延長(zhǎng)循環(huán)）。

從整個(gè)翻譯過程來看，核糖體由70S核糖體轉(zhuǎn)變?yōu)?0S亞基和50S亞基，而在翻譯過程中又重新形成和70S核糖體，這個(gè)過程實(shí)際上是一種環(huán)式代謝循環(huán)，叫做核糖體循環(huán)。

也有學(xué)者提出，結(jié)合在mRNA上的70S核糖體發(fā)生解離并脫離mRNA，可能是50S亞基先離開，而30S亞基或與mRNA分開或仍保持結(jié)合狀態(tài)。在有些多順反子mRNA上，30S亞基可以簡(jiǎn)單地滑動(dòng)直至找到下一個(gè)起始密碼子而開始新的一輪翻譯。如果30S亞基從mRNA上解離下來，那么它將再去尋找mRNA分子，以起始多肽鏈的合成。肽鏈合成的終止PA3’5’AUGMet234nUGARFPA3’5’AUGMet234nUGAPA3’5’AUGMet234nUGAH2NCOOHPA3’5’AUGUGA肽鏈合成的全過程多肽鏈合成的能量消耗

多肽鏈的合成是一個(gè)消耗能量的過程，其能量主要由ATP和GTP提供。若n個(gè)氨基酸合成一條多肽鏈：

n個(gè)氨基酸分子的活化2n個(gè)（ATP→AMP+2ADP）

70s起始復(fù)合物的形成：1個(gè)（GTP→GDP+Pi)(n－1)個(gè)氨酰－tRNA進(jìn)入核糖體A位點(diǎn)：n－1個(gè)（GTP→GDP+Pi)(n－1)次核糖體移位：(n－1)個(gè)

(GTP→GDP+Pi)共（4n－1）個(gè)三、多肽鏈合成后的加工修飾

（一）一級(jí)結(jié)構(gòu)的加工修飾：1．N端甲酰蛋氨酸或蛋氨酸的切除：N端甲酰蛋氨酸，必須在多肽鏈折迭成一定的空間結(jié)構(gòu)之前被切除。①去甲?；柞；讣柞５鞍彼?肽甲酸+蛋氨酸-肽

②去蛋氨?；鞍彼岚被拿?/p>

蛋氨酰-肽

蛋氨酸

+肽

2．氨基酸的修飾由專一性的酶催化進(jìn)行修飾，包括糖基化、羥基化、磷酸化、甲?；取?/p>

3．二硫鍵的形成由專一性的氧化酶催化，將-SH氧化為-S-S-。

4．肽段的切除

由專一性的蛋白酶催化，將部分肽段切除。

如：前胰島素原（切信號(hào)肽）→胰島素原（切間插序列）→胰島素（二）高級(jí)結(jié)構(gòu)的形成1．構(gòu)象的形成在分子內(nèi)伴侶、輔助酶及分子伴侶的協(xié)助下，形成特定的空間構(gòu)象。2．亞基的聚合3．輔基的連接

蛋白質(zhì)折疊

這是生命科學(xué)的重要課題，是中心法則尚未解決的一個(gè)重大生物學(xué)問題。從一級(jí)序列預(yù)測(cè)蛋白質(zhì)分子的三級(jí)結(jié)構(gòu)并進(jìn)一步預(yù)測(cè)其功能，是極富挑戰(zhàn)性的工作。研究蛋白質(zhì)折疊尤其是新生肽段的折疊過程，是全面闡明中心法則的一個(gè)根本問題。關(guān)于蛋白質(zhì)的折疊有兩種主要假說：即蛋白質(zhì)的自我組裝（self-assembly）和分子伴侶介導(dǎo)的蛋白質(zhì)折疊。新生肽鏈的自我組裝

折疊是許多新生肽鏈從沒有活性轉(zhuǎn)變?yōu)榛钚誀顟B(tài)的重要步驟。

有些多肽鏈在其氨基酸序列的指導(dǎo)下進(jìn)行自我折疊和組裝。如胰島素是一種微小的蛋白質(zhì)，它在血液中快速地移動(dòng)，很容易被細(xì)胞表面的受體所捕獲，并傳遞信息。

新合成的胰島素原前體是一條較長(zhǎng)的多肽鏈，沒有生物活性。多肽鏈的C端向N端折疊，并通過兩個(gè)Cys的-SH與N端的兩個(gè)Cys的-SH形成二硫鍵而使N端鏈向C端鏈結(jié)合，同時(shí)，切除信號(hào)肽后成為胰島素原。胰島素原的C端內(nèi)的兩個(gè)Cys在形成二硫鍵，并繼續(xù)切除一段肽鏈后，成為有活性的、成熟的胰島素。分子伴侶與蛋白質(zhì)折疊

新生肽段的折疊在合成早期就已開始，而不是在合成完后才開始進(jìn)行的，隨著肽段的延伸同時(shí)折疊，又不斷進(jìn)行構(gòu)象的調(diào)整，先形成的結(jié)構(gòu)會(huì)作用于后合成的肽段的折疊，而后合成的結(jié)構(gòu)又會(huì)影響前面已形成的結(jié)構(gòu)的調(diào)整。因此新生肽段在邊合成邊折疊的過程中有可能形成一種臨時(shí)的結(jié)構(gòu)，并會(huì)發(fā)生錯(cuò)誤的折疊而形成非功能的分子，甚至造成分子的聚集和沉淀。

按照自組裝學(xué)說，每一步折疊都是正確的、充分的、必要的。實(shí)際上折疊過程是一個(gè)正確途徑和錯(cuò)誤途徑相互競(jìng)爭(zhēng)的過程，為了提高蛋白質(zhì)生物合成的效率，生物應(yīng)有選擇正確途徑的競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制，分子伴侶就是在進(jìn)化中產(chǎn)生的有利于選擇正確途徑的機(jī)制。

所謂“分子伴侶”是一組以非共價(jià)連接的方式參與多肽的折疊、組裝，但又不參加該肽鏈分子功能的蛋白質(zhì)。

這是一類序列上沒有相關(guān)性但有共同功能的保守性蛋白質(zhì)，它們?cè)诩?xì)胞內(nèi)能協(xié)助其它多肽完成正確的折疊、組裝、轉(zhuǎn)運(yùn)和降解。

現(xiàn)已證實(shí)的分子伴侶包括幾個(gè)在結(jié)構(gòu)上不相關(guān)的蛋白質(zhì)家族。

第一類是熱激蛋白（heatshockprotein，即熱休克蛋白），也是最大的一類，如HSP70、HSP40、GrpE（為核苷酸交換因子）等。

三者協(xié)同作用，促使某些能自發(fā)折疊的蛋白質(zhì)正確折疊形成天然空間構(gòu)象。參考（機(jī)制）a.HSP40識(shí)別結(jié)合待折疊多肽片段b.HSP40將多肽導(dǎo)向HSP70—ATP復(fù)合物，激活HSP70活性，水解ATP→ADP，形成穩(wěn)定的HSP40—HSP70—ADP—肽鏈復(fù)合物（多肽鏈保持伸展）c.GrpE與HSP40—HSP70—ADP—肽鏈復(fù)合物相互作用，取代ADP，使復(fù)合物解離，析出多肽片段進(jìn)行正確折疊。d.多肽鏈個(gè)區(qū)段進(jìn)行abc三步循環(huán)，完成折疊過程。另一類是伴侶素(也有學(xué)者認(rèn)為是環(huán)境脅迫蛋白）。

如HSP60、HSP10（原核同源物為GroEL和GroES）等，為非自發(fā)性折疊蛋白質(zhì)提供能折疊形成天然構(gòu)象的微環(huán)境。參考（機(jī)制）a.蛋白質(zhì)變性肽鏈或經(jīng)HSP70初步折疊新生肽鏈到HSP60空腔，并與ATP結(jié)合。b.HSP10聚合體對(duì)稱與HSP60桶狀結(jié)構(gòu)上下口結(jié)合，使其封閉，促使構(gòu)象改變。c.ATP水解釋能，HSP60復(fù)合物構(gòu)象周期性改變，HSP10蓋子解離，折疊后肽鏈釋放。d.重復(fù)以上步驟。分子伴侶的特點(diǎn)①同類分子伴侶基因在所有生物內(nèi)的進(jìn)化是保守的。②許多基因不僅在受到脅迫的細(xì)胞中表達(dá)，而且在正常未受脅迫的細(xì)胞中也表達(dá)。③分子伴侶在行使功能是需要水解ATP以改變構(gòu)象、釋放底物和進(jìn)行再循環(huán)。④能識(shí)別暴露的未折疊或部分變性蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)域，能與多種不同的多肽相互作用，影響折疊的速度和動(dòng)力學(xué)。

一般來說，分子伴侶的特異性不高，但一些分子內(nèi)分子伴侶具有高度專一性，稱為“私有分子伴侶”。分子伴侶的作用機(jī)制

實(shí)際上就是它與靶蛋白識(shí)別、結(jié)合和解離的機(jī)制。

它的功能是識(shí)別新生肽段折疊過程中暴露的錯(cuò)誤結(jié)構(gòu)，并與之結(jié)合成復(fù)合物，從而阻止不正確的非折疊途徑，促進(jìn)折疊向正確方向進(jìn)行。

此時(shí)，分子伴侶能與多肽片段結(jié)合，保持肽鏈成伸展?fàn)顟B(tài)，防止其錯(cuò)誤折疊，然后再釋放多肽片段，使其正確折疊。

在正確折疊產(chǎn)物中，分子伴侶與之分離，不參與正確折疊產(chǎn)物的功能活動(dòng)。在識(shí)別機(jī)制上，一般的分子伴侶識(shí)別特異性不高。

分子伴侶識(shí)別非天然