第八章蛋白质的生物合成

1、（翻译（翻译）protein biosynthesis，translationdnarna蛋白质复制转录翻译逆转录rna复制l 翻译的过程就是将核酸中由翻译的过程就是将核酸中由4 4种种碱基碱基序列序列组成的遗传信息，通过组成的遗传信息，通过遗传密码遗传密码破译破译的方式转变成为蛋白质中的的方式转变成为蛋白质中的2020种种氨基酸排氨基酸排列顺序列顺序。l 20种氨基酸（种氨基酸（aa）作为原料）作为原料l 酶及众多蛋白因子，酶及众多蛋白因子，如如if、eif l atp、gtp、无机离子、无机离子l 三种三种rnamrna（messenger rna, 信使信使rna）rrna（riboso

2、mal rna, 核蛋白体核蛋白体rna）trna（transfer rna, 转移转移rna）蛋白质合成的场所是蛋白质合成的模板是模板与氨基酸之间的接合体是蛋白质合成的原料是核糖体mrnatrna20种氨基酸* * mrna是遗传信息的携带者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遗传学将编码一个多肽的遗传单位称为顺反子顺反子(cistron)。 原核生物的一段原核生物的一段mrna常常编码几种功能相关的蛋常常编码几种功能相关的蛋白质，这种白质，这种mrna被称为被称为多顺反子多顺反子（poly cistron）。 真核生物的一段真核生物的一段mrna常常只能编码一条多肽链，常

3、常只能编码一条多肽链，这种这种mrna被称为被称为单顺反子单顺反子（single cistron）。多顺多顺反子反子单顺单顺反子反子真核生物真核生物原核生物原核生物非编码序列* mrna上存在遗传密码上存在遗传密码 mrna分子上从分子上从5 至至3 方向，由方向，由aug开始，每开始，每3个核个核苷酸为一组，决定肽链上某一个氨基酸或蛋白质合成苷酸为一组，决定肽链上某一个氨基酸或蛋白质合成的起始、终止信号，称为的起始、终止信号，称为三联体密码三联体密码（triplet code） 起始密码（起始密码（initiation coden）: aug 终止密码（终止密码（termination co

4、den）: uaa，uag，uga 从从mrna 5 端起始密码子端起始密码子aug到到3 端终止端终止密码子之间的核苷酸序列，各个三联体密码连续密码子之间的核苷酸序列，各个三联体密码连续排列编码一个蛋白质多肽链，称为排列编码一个蛋白质多肽链，称为开放阅读框架开放阅读框架(open reading frame, orf)。 遗传密码的特点：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。续阅读，密码间既无间断也无交叉。 移码突变（框移突变）移码突变（框移突变）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

5、框移突变(frameshift mutation)。 由一种以上密码子编码同一个氨基酸的现象称为简并（degeneracy），对应于同一氨基酸的密码子称为同义密码子（synonymous codon）。减少了变异对生物的影响转运氨基酸的转运氨基酸的trna上上的反密码子需要通过碱基的反密码子需要通过碱基互补与互补与mrna上的遗传密码子反向配对结合，在密码上的遗传密码子反向配对结合，在密码子与反密码子的配对中，前两对严格遵守碱基配对原子与反密码子的配对中，前两对严格遵守碱基配对原则，则，第三对碱基第三对碱基有一定的自由度，可以有一定的自由度，可以“摆动摆动”，这，这种现象称为密码子的摆动性。种

6、现象称为密码子的摆动性。 trna反密码子反密码子第第1位碱基位碱基iugacmrna密码子密码子第第3位碱基位碱基u, c, aa, gu, cug反密码环反密码环a c c1 2 31 2 3trna的三级结构示意图的三级结构示意图1、解读、解读mrna的遗传信息的遗传信息2 2、运输的工具，运载氨基酸、运输的工具，运载氨基酸trna有两个关键部位：有两个关键部位： 3端端cca：接受氨基酸，形成氨酰：接受氨基酸，形成氨酰-trna。 与与mrna结合部位结合部位反密码子部位反密码子部位l trna分子的反密码环与分子的反密码环与mrna上的密码配对。上的密码配对。 trna的的3-末端末

7、端_是氨基酸的结合位点是氨基酸的结合位点, 由由_ _之间的之间的“对号入对号入座座”，保证了从核酸到蛋白质信息传递的准确性，保证了从核酸到蛋白质信息传递的准确性。-cca-oh氨基酸氨基酸密码子密码子反密码子反密码子35icca-oh53cca-ohg g cc c g trna凭借自身的反密码子与凭借自身的反密码子与mrna链上的密码链上的密码子相识别，把所带氨基酸放到肽链的一定位置。子相识别，把所带氨基酸放到肽链的一定位置。1 1、起始起始trna和延伸和延伸trna能特异地识别mrna模板上起始密码子的trna称起始trna，其他trna统称为延伸trna。真核生物：起始密码子aug

8、所编码的氨基酸是met，起始aa-trna为met-trnaimet。原核生物：起始密码子aug 所编码的氨基酸并不是 甲硫氨酸本身, 而是甲酰甲硫氨酸，起始aa-trna为fmet-trnafmet2 2、同工同工trna代表同一种氨基酸的trna称为同工trna。无义突变使 uug 变为 uag tyr-trna 阅读 uag 密码子aug uug uaa aug uag uaa aug uag uaa uacaac auc aug 释放因子 抑制突变 leu tyr tyr图 1417 带有突变反密码子的 trna 可抑制无义突变3、校正、校正trna8.1.3 核核 糖体糖体目目 录录

9、 表表1 原核和真核生物核糖体的组成及功能原核和真核生物核糖体的组成及功能核糖体亚基核糖体亚基 rrnas 蛋白蛋白 rna的特异顺序和功能的特异顺序和功能 细菌细菌 70s 50s 23s=2904bp 31种种(l1-l31）含）含cgaac和和gtcg互补互补2.5106d 5s=120bp66%rna 30s 16s=1542bp 21种种(s1-s21) 16srna(ccuccu)和和s-d 顺序顺序(aggagg)互补互补 哺乳动物哺乳动物 80s 60s 28s=4718bp 49种种4.2106d 5s=120bp 60%rna 5.8s=160bp 40s 18s=1874

10、bp 33种种 和和capm7g结合结合 在单个核糖体上，可化分多个功能活性中心，在蛋白质合成过程中各有专一的识别作用和功能。 mrna结合部位小亚基 结合或接受aa-trna部位（a位）大、小亚基 结合或接受肽基trna的部位大亚基 肽基转移部位（p位）大、小亚基 形成肽键的部位（转肽酶中心）大亚基核糖体的功能：合成蛋白质 （1）p位位：即肽位：即肽位(peptidyl site)，或给位，在延长，或给位，在延长成肽之后，连接肽链的肽酰成肽之后，连接肽链的肽酰trna占据的位置，肽占据的位置，肽链转位至此，延长继续。链转位至此，延长继续。 （2）a位位：即氨基酰位：即氨基酰位(aminoac

11、yl site)，或称受位，或称受位，每次延长，氨基酰每次延长，氨基酰trna就加入到就加入到a位上，延长成位上，延长成肽，此位因接受肽酰基链，故名受位。肽，此位因接受肽酰基链，故名受位。 （3）e位位：trna排出位排出位(exit site)原核生物翻译过程中核蛋白体结构模式原核生物翻译过程中核蛋白体结构模式:a位：氨基酰位位：氨基酰位(aminoacyl site)p位：肽位位：肽位(peptidyl site)e位：排出位位：排出位(exit site)目目 录录8.2氨基酸氨基酸 + trna氨基酰氨基酰- trnaatp ampppi氨基酰氨基酰-trna合成酶合成酶氨基酰氨基酰-

12、trna合成酶合成酶(aminoacyl-trna synthetase)8.2.1 氨基酸的活化氨基酸的活化l氨基酰氨基酰-trna合成酶对底物氨基酸和合成酶对底物氨基酸和trna都有高都有高度特异性。度特异性。l氨基酰氨基酰-trna合成酶具有校正活性合成酶具有校正活性(proofreading activity) 。l氨基酰氨基酰-trna的表示方法：的表示方法：ala-trnaala ser-trnasermet-trnamet 原核生物中，起始氨基酸是： 起始aa-trna是：真核生物中，起始氨基酸是： 起始aa-trna是：甲酰甲硫氨酸fmet-trnafmet甲硫氨酸met-tr

13、naimet第一步反应第一步反应氨基酸氨基酸 atp-e 氨基酰氨基酰-amp-e ppi目目 录录第二步反应第二步反应氨基酰氨基酰-amp-e trna 氨基酰氨基酰-trna amp e目目 录录trna氨基酰氨基酰-trna合成酶合成酶atp 甲甲硫氨酰硫氨酰trna与与mrna结合到核蛋白结合到核蛋白体上，生成体上，生成 翻译起始复合物翻译起始复合物 translational initiation complextranslational initiation complex 起始步骤起始步骤 if if eifeif 亚基分离亚基分离 ifif3 3（ifif1 1） eifeif

14、3 3 mrna mrna就位就位 核酸核酸核酸，核酸核酸，核酸蛋白质蛋白质 eifeif3 3, eif, eif1 1, eif, eif4a4a 之间的辨认结合之间的辨认结合 eifeif4b 4b , cbp-1, cbp-1 eifeif4e4e （cbp-2cbp-2） 起始起始trnatrna就位就位 ifif2 2, gtp, gtp（ifif1 1） eifeif2 2 ,co-eif,co-eif2 2-gtp-gtp eifeif3 3 , eif, eif4c4c 大亚基结合大亚基结合 各种各种ifif脱落，脱落，gtpgtp水解水解 eifeif5 5 , eif,

15、eif4d4d原核生物翻译起始复合物形成原核生物翻译起始复合物形成l核核糖糖体大小亚基分离；体大小亚基分离；lmrna在小亚基定位结合；在小亚基定位结合；l起始氨基酰起始氨基酰- -trna的结合；的结合； l核核糖糖体大亚基结合。体大亚基结合。if-3if-11. 核糖体大小亚基分离2 2、30s30s小亚基通过小亚基通过sdsd序列与序列与mrnamrna模板相结合。模板相结合。a u g53if-3if-1s-ds-d序列：在翻译起始密码子序列：在翻译起始密码子augaug的上游，相的上游，相距约距约8 81313个核苷酸处，有一段由个核苷酸处，有一段由4-64-6个核苷酸个核苷酸组成的

16、富含嘌呤的序列。这一序列以组成的富含嘌呤的序列。这一序列以aggaagga为为核心，因其发现者是核心，因其发现者是shine-dalgarnoshine-dalgarno而得名而得名 。if-3if-1if-2gtp3.3.在if-2和gtp的帮助下， fmet-trna 进入小亚基的p位，trna上的反密码子与mrna上的起始密码子配对。a u g53fmetif-3if-1if-2gtpgdppi4 4、带有trna、mrna和3个翻译起始因子的小亚基复合物与50s大亚基结合，gtp水解，释放翻译起始因子。a u g53真核生物翻译起始复合物形成真核生物翻译起始复合物形成l核蛋白体大小亚基

17、分离；核蛋白体大小亚基分离；l起始氨基酰起始氨基酰- -trna结合；结合；lmrna在核蛋白体小亚基就位；在核蛋白体小亚基就位；l核蛋白体大亚基结合。核蛋白体大亚基结合。l 首先，起始因子首先，起始因子eif3eif3结合到核糖体（结合到核糖体（80s80s）的小）的小亚基（亚基（40s40s）上，使大亚基（）上，使大亚基（60s60s）与小亚基解离）与小亚基解离l 甲硫酰甲硫酰trnatrna（ met-trnamet-trnai imetmet ）结合）结合l mrnamrna结合（需结合（需帽结合蛋白帽结合蛋白cbpcbp）mrna eif-6 gdp+pielf-5atpadp+pi

18、elf4e, elf4g, elf4a, elf4b,pabmetmet-trnaimet-elf-2 -gtp真核生物翻译起始真核生物翻译起始复合物形成过程复合物形成过程8.2.3 肽链合成延长肽链合成延长根据根据mrna密码序列的指导，密码序列的指导，顺顺序添加序添加的的氨基酸从氨基酸从n端向端向c端延伸肽链，直到合成终止端延伸肽链，直到合成终止的过程。的过程。 l 肽链延长在核糖体上连续性循环式进行，肽链延长在核糖体上连续性循环式进行，又称为又称为核糖体循环核糖体循环(ribosomal cycle)，每次循环，每次循环增加一个氨基酸，包括以下三步：增加一个氨基酸，包括以下三步： 进位进

19、位(entrance) 成肽成肽(peptide bond formation) 转位转位(translocation)l延伸过程所需蛋白因子称为延长因子延伸过程所需蛋白因子称为延长因子(elongation factor, ef)原核生物：原核生物：ef-t (ef-tu, ef-ts)ef-g真核生物：真核生物：ef-1 、ef-2 原核延长原核延长因子因子ef-tuef-tsef-g生物功能生物功能促进氨基酰促进氨基酰-trna进入进入a位，位，结合分解结合分解gtp调节亚基调节亚基有有转位酶转位酶活性，促进活性，促进mrna-肽酰肽酰-trna由由a位前移到位前移到p位，位，促进卸载促

20、进卸载trna释放释放对应真核延对应真核延长因子长因子ef-1-ef-1-ef-2肽链合成的延长因子肽链合成的延长因子 又称注册又称注册(registration)（一）进位（一）进位指根据指根据mrna下下一组遗传密码指导，一组遗传密码指导，使相应氨基酰使相应氨基酰-trna进入核蛋白体进入核蛋白体a位。位。目目 录录延长因子延长因子ef-t催化催化进位（原核生物）进位（原核生物）目目 录录tutsgtpa u g53tu tsgtp目目 录录fmeta u g53目目 录录q 转肽酶转肽酶催化催化 p p位位-fmet-trnaf-fmet-trnafmetmet + a + a位位-aa

21、-trna -aa-trna 肽肽(fmet(fmet成成 （酰基）（酰基） （氨基）（氨基） 为为n n末端末端) ) （a a位上）位上）q a a位成肽后，位成肽后，p p位留下空载位留下空载trnatrna（二）成肽（二）成肽成肽是由转肽酶成肽是由转肽酶(transpeptidase)催化的催化的肽键形成过程。肽键形成过程。e位位（三）转位（三）转位l转位酶转位酶（translocasetranslocase）（活性存在于（活性存在于ef-gef-g中）中）ee延长因子延长因子ef-g有转位酶有转位酶活性，可结合并水解活性，可结合并水解1 1分分子子gtp，促进核蛋白体向，促进核蛋白体

22、向mrna的的3 3侧移动。侧移动。进进位位转转位位成肽成肽l核糖体阅读核糖体阅读mrnamrna密码子是从密码子是从55向向33方向进行，肽链合成是从方向进行，肽链合成是从_端向端向_端端方向进行的。方向进行的。nc真核生物肽链合成的延长过程与原核基本相真核生物肽链合成的延长过程与原核基本相似，但有不同的反应体系和延长因子。似，但有不同的反应体系和延长因子。另外，真核细胞核蛋白体没有另外，真核细胞核蛋白体没有e位，转位时位，转位时卸载的卸载的trna直接从直接从p位脱落。位脱落。真核生物延伸过程真核生物延伸过程终止相关的蛋白因子称为释放因子终止相关的蛋白因子称为释放因子 (release factor, rf) 一、是一、是识别