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蛋白质生物合成 曹慧颖 第十一章 将mrna分子中的遗传信息 通过遗传密码破译的方式解读为蛋白质一级结构中20种氨基酸的排列顺序过程 称为蛋白质的生物合成或翻译 translation 第一节 蛋白质生物合成体系proteinbiosynthesissystem 参与蛋白质合成的物质 原料 20种氨基酸模板 mrna运载体 trna场所 核糖体 rrna与蛋白质构成 蛋白质因子 起始因子 initiationfactor if 延长因子 elongationfactor ef 释放因子 releasefactor rf 其他 酶类 atp gtp 无机离子等 一 mrna及遗传密码 一 mrna是遗传信息的携带者 遗传学将编码一个多肽的遗传单位称为顺反子 cistron 原核细胞中数个结构基因常串联为一个转录单位 转录生成的mrna可编码几种功能相关的蛋白质 为多顺反子 polycistron 真核生物一个mrna只编码一种蛋白质 为单顺反子 singlecistron 原核生物的多顺反子 真核生物的单顺反子 二 mrna上存在遗传密码 mrna分子上从5 至3 方向 由aug开始 每3个核苷酸为一组 决定肽链上一个氨基酸 称为三联体密码 tripletcoden 起始密码 initiationcoden aug 终止密码 terminationcoden uaa uag uga 数量 64 43 遗传密码表 1 无标点性 三 遗传密码的特点 编码蛋白质氨基酸序列的各个三联体密码连续阅读 密码间既无间断也无交叉 基因损伤引起mrna阅读框架内的碱基发生插入或缺失 可能导致移码突变 frameshiftmutation 2 遗传密码无重叠 每三个碱基编码一个氨基酸 一个碱基编码完一个氨基酸后不能再次用于编码另一个氨基酸 3 简并性 degeneracy 遗传密码中 除色氨酸和甲硫氨酸仅有一个密码子外 其余氨基酸有2 3 4个 甚至多至6个密码子 遗传密码的简并性 4 摆动性 wobble trna上的反密码子需要通过碱基互补与mrna上的遗传密码配对 但反密码子与密码子间不严格遵守常见的碱基配对规律 称为摆动配对 摆动配对 密码子 反密码子配对的摆动现象 密码子的摆动性 保证当mrna第三个碱基突变时也能翻译出正确的氨基酸 5 通用性 universal 蛋白质生物合成的整套密码 从原核生物到人类都通用 已发现少数例外 如动物细胞的线粒体 植物细胞的叶绿体 密码的通用性进一步证明各种生物进化自同一祖先 6 起始密码子和终止密码子 aug 起始密码子 编码蛋氨酸uaa uag uga 终止密码子 不编码任何氨基酸 二 trna trna 运载活化型氨基酸 trna反密码子与mrna上的密码子配对 auc 三 核糖体 核糖体是蛋白质的合成场所 由蛋白质和rna组成 核蛋白体的组成 原核生物核糖体结构模式 a位 氨基酰位 aminoacylsite p位 肽酰位 peptidylsite e位 排出位 exitsite 第二节 蛋白质生物合成过程theprocessofproteinbiosynthesis 1 活化 aa atpaa amp e ppi 氨酰trna合成酶 2 转移 aa amp e trnaaa trna amp 氨酰trna合成酶 mg2 或mn2 一 氨基酸的活化 总反应 aa atp trnaaa trna amp ppi 氨酰trna合成酶 mg2 或mn2 二 蛋白质合成的起始 起始氨基酸和起始氨酰trna 原核 fmetfmet trnaf 真核 metmet trnai 肽链合成起始是mrna和起始氨基酰 trna分别与核糖体结合而形成翻译起始复合物 translationalinitiationcomplex 的过程 有多种蛋白质的起始因子 initiationfactor if 参与 原核 真核生物各种起始因子的生物功能 1 核糖体大小亚基分离 if3 if1 2 mrna在小亚基上定位结合3 fmet trnaf的结合 if2 gtp 4 核蛋白体大亚基结合 一 原核翻译起始复合物形成 fmet trnaf mrna 核蛋白体 需要三种起始因子 if 及gtp的参与 起始复合物 1 核蛋白体大小亚基分离 if 3 if 1 if 3 if 1 2 mrna在小亚基定位结合 mrna与小亚基的结合依赖于 sd序列与16srrna3 端一段富含嘧啶的序列的互补 s d序列 shine dalgarnosequence mrna起始密码aug上游约8 13个核苷酸处 有一段4 9个核苷酸的富含嘌呤的序列 以 agga 为核心 叫s d序列 3 fmet trnaf结合到小亚基 if 3 if 1 4 核糖体大亚基结合 起始复合物形成 50s if 3 if 1 if 2 gtp if 1 if 3 50s 50s 二 肽链的延长 指根据mrna密码序列的指导 依次添加氨基酸从n端向c端延伸肽链 直到合成终止的过程 肽链每次增加一个氨基酸 包括以下三步 进位 entrance 成肽 peptidebondformation 转位 translocation 需要延长因子 elongationfactor ef 和gtp的参与 肽链合成的延长因子 1 进位 根据mrna上遗传密码的指导 使相应氨基酰 trna进入核糖体a位 2 成肽 在转肽酶的催化下 p位上fmet 或延长中的肽酰基 转移到a位点 与a位点的氨基酸结合形成肽键 肽链合成延长阶段的肽键形成过程 成肽 3 转位 延长因子ef g有转位酶 translocase 活性 可结合并水解1分子gtp 促进核糖体向mrna的3 方向移动一个密码子的位置 使下一个密码子对准a位点 空载trna在e位点脱落 转位 核蛋白体循环 从5 aug开始直至终止密码子核蛋白体从5 3 方向阅读mrna遗传密码肽链的合成是从n端到c末端每进行一次核蛋白体循环 肽链延长一个氨基酸 三 肽链合成的终止 当mrna上终止密码出现后 多肽链合成停止 肽链从肽酰 trna中释出 mrna 核蛋白体等分离 肽链合成终止 终止相关的蛋白因子称为释放因子 releasefactor rf 1 识别终止密码 如rf 1特异识别uaa uag 而rf 2可识别uaa uga 2 诱导转肽酶改变为水解酶活性 使肽链不能向a位点转移 使肽链从核蛋白体上释放 释放因子的功能 原核生物释放因子 rf 1 rf 2 rf 3 终止密码的辨认 rf肽链从肽酰 trna水解出 rf诱导转肽酶mrna 空载trna及rf从核蛋白体脱离大小亚基解聚 if 1 if 3解聚后的大 小亚基可再次结合 重新进入肽链合成过程 原核生物肽链合成终止过程 原核肽链合成终止过程 多核糖体 polysome 翻译后的加工 1 n end的fmet的切除2 形成二硫键3 氨基酸修饰4 肽链加工 如酶原激活等 theend 蛋白质合成的能量消耗 每生成一个肽键消耗四个高能键 1 氨基酸的 活化 消耗二个高能键 2 氨酰 trna的 进位 消耗一个高能键 3 肽酰 trna的 移位 消耗一个