生物化学：第十五章 蛋白质生物合成

蛋白质的生物合成

（翻译）

ProteinBiosynthesis，Translation第十五章

蛋白质的生物合成过程就是将mRNA分子中由碱基序列组成的遗传信息，通过遗传密码破译的方式转变成为蛋白质中的氨基酸排列顺序，因而称为翻译（translation)。

引入：本章节内容第一节参与蛋白质生物合成的主要物质第二节蛋白质生物合成过程第三节翻译后的加工与靶向输送第四节蛋白质生物合成的抑制剂第一节参与蛋白质生物合成的主要物质

蛋白质合成体系：20种氨基酸,mRNA、tRNA、核蛋白体、酶和蛋白因子、无机离子、ATP、GTP等。一、mRNA：合成蛋白质的模板

（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mRNA只编码一种蛋白质，为单顺反子(singlecistron)。(二)mRNA上存在遗传密码

mRNA分子上从5´至3´方向，由AUG

开始，每三个相邻的核苷酸为一组，在蛋白质合成中代表某种氨基酸或其他信息，称为密码子或三联体密码，统称为

遗传密码（geneticcodon)。

mRNA分子中含有密码子信息的区域 称为开放读码框架（openreadingframe，ORF）。它的5´-端为起始密码子，3´-端 为终止密码子。UAGUGA（三）遗传密码的特点1.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。2.方向性：5’－3’3.连续性(commaless)：密码间连续阅读，无间断。

基因损伤引起mRNA阅读框架内的碱基发生插入或缺失（不是3的整倍数），可导致框移突变。4.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2-6个密码。

同一种氨基酸可以有多个密码子，或不同的密码子可以代表同一种氨基酸，称为遗传密码的简并性。简并性密码子的第一和第二位碱基大多相同，只是第三位碱基不同。因此，第三位碱基的改变并不影响氨基酸的翻译。

二、tRNA:氨基酸的搬运工具（一）tRNA的特点

结合氨基酸：tRNA的3‘-CCA端与AA结合而搬运，一种氨基酸有几种tRNA携带。反密码子：每种tRNA的反密码子，决定了所带氨基酸能准确的在mRNA上对号入座。

密码子与反密码子“对号入座”密码子与反密码子的方向是相反5’-U-U-C-3’

密码

1233’-A-A-G-5’

反密码

321

密码子与反密码子除通过碱基互补结合外，还具有摆动性，即密码子的第3位碱基与反密码子的第1位碱基配对不严格，称为摆动配对。密码子、反密码子配对的摆动现象tRNA反密码子第1位碱基IUGACmRNA密码子第3位碱基U,C,AA,GU,CUG

密码子的第3位碱基发生突变时，并不影响tRNA带入正确的氨基酸。

三、核糖体：合成蛋白质的场所

核糖体(ribosome)也叫核蛋白体。数种rRNA和数十种蛋白质（包括酶和各种蛋白因子）组成的复合体。核蛋白体的组成原核生物翻译过程中核蛋白体结构模式:A位：氨基酰位P位：肽酰位E位：排出位目录核糖体由大、小两个亚基组成原核生物真核生物核蛋白体小亚基大亚基核蛋白体小亚基大亚基S70S30S50S80S40S60SrRNA16S-rRNA5S-rRNA23S-rRNA18S-rRNA28S-rRNA5S-rRNA5.8S-rRNA蛋白质21种34种33种49种

核蛋白体的组成核糖体小亚基:有与SD序列结合的互补碱基大亚基:有转肽酶；

SD序列

氨基酰-tRNA合成酶氨基酸+tRNA氨基酰-tRNAATP

AMP＋PPi氨基酰-tRNA合成酶氨基酸的活化第二节蛋白质生物合成过程

1.氨基酰-tRNA合成酶对底物氨基酸和tRNA都有高度特异性：每种氨基酸都只有1种氨基酰-tRNA合成酶，生成特定的氨基酰-tRNA(aa-tRNA)2.氨基酰-tRNA的表示方法：

Ser-tRNASerMet-tRNAMet

真核生物起始因子辨认的Met-tRNAiMet

延长因子辨认Met-tRNAeMet

右上角字母可略

以原核生物为例说明翻译全过程翻译过程从阅读框架的5´-AUG开始，按mRNA模板三联体密码的顺序延长肽链，直至终止密码出现。

整个翻译过程可分为：翻译的起始(initiation)翻译的延长(elongation)翻译的终止(termination)一、肽链合成起始指mRNA和起始氨基酰-tRNA分别与核蛋白体结合而形成翻译起始复合物

(translationalinitiationcomplex)。原核、真核生物各种起始因子的生物功能（一）原核生物翻译起始复合物形成核蛋白体大小亚基分离；mRNA在小亚基定位结合；起始氨基酰-tRNA的结合；核蛋白体大亚基结合。IF-3IF-11.核蛋白体大小亚基分离AUG5'3'IF-3IF-12.mRNA在小亚基定位结合S-D序列

IF-3IF-1IF-2GTP3.起始氨基酰tRNA(fMet-tRNAimet)结合到小亚基AUG5'3'IF-3IF-1IF-2GTPGDPPi4.核蛋白体大亚基结合，起始复合物形成AUG5'3'IF-3IF-1AUG5'3'IF-2GTPIF-2-GTPGDPPi二、肽链延长阶段

包括进位、成肽和转位3个步骤。肽链延长需要2种延长因子(elongationfactor，EF)参与。

EF-GEFEF-TuEF-T

EF-Ts又称注册(registration)（一）进位指根据mRNA下一组遗传密码指导，使相应氨基酰-tRNA进入核蛋白体A位。

（二）成肽（三）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，促进核蛋白体向mRNA的3'侧移动。fMetAUG5'3'fMetTuGTP进位转位成肽三、终止阶段

肽链合成终止的相关的蛋白因子称为释放因子

(releasefactor，RF)。

RF有3种：RF-1、RF-2和RF-3。RF-1和RF-2能辨认终止密码子:RF-1可识别UAA和UAGRF-2可识别UAA和UGARF-3能激活核糖体上的转肽酶，表现出酯酶活性，将蛋白质多肽链水解下来。UAG5'3'RFCOO-多核糖体循环

蛋白质的生物合成耗能

AA活化消耗2ATP，肽链延长进位和转位各消耗1GTP，所以，蛋白质的生物合成启动以后，每形成1个肽键，需要消耗4ATP。

合成一条n个肽键组成的多肽链所需能量为4×n＋1ATP

蛋白质合成过程小结以mRNA的5’3’方向阅读遗传密码肽链合成方向NC（同位素证明）该合成过程是一个耗能过程第三节翻译后的加工

核糖体循环合成的多肽链还不具备生物活性，它需要在细胞内经过加工修饰以后，才能成为有活性的蛋白质。

一、一级结构的修饰

（一）N-末端的修饰去掉N-甲酰基或甲硫氨酸（二）个别氨基酸的修饰脯氨酸和赖氨酸的羟化丝、苏氨酸等的磷酸化

2个半胱氨酸形成二硫键（三）水解剪裁修饰胰岛素原去C肽，形成A、B2条链二、高级结构的修饰(一)辅基的连接结合蛋白质需要与辅基结合，才能发挥生物活性。(二)亚基的聚合具有四级结构的蛋白质分子的聚合，如血红蛋白是一个四聚体(α2β2)，RNA聚合酶是一个五聚体(α2ββ'σ)。三、靶向输送

蛋白质在胞浆的核糖体上合成以后的去向：①仍然保留在胞浆；②进入其他的亚细胞结构中，如细胞核、线粒体、细胞膜、溶酶体等；③分泌到细胞外，然后运输到该蛋白质发挥作用的靶器官或靶细胞。

靶向输送：即是指蛋白质在合成以后，定向地到达其功能部位的过程。信号肽

分泌性蛋白质mRNA的5‘-端常常编码一段富含疏水氨基酸的短肽（长约15～40个氨基酸残基），这一短肽称为信号肽(signalpeptide)。

信号肽的作用是引导合成的蛋白质到达功能部位。第四节蛋白质生物合成