第十一章 蛋白质的生物合成

蛋白质的生物合成——翻译一、概述蛋白质翻译是基因表达的第二步tRNA在翻译过程中起“译员”的作用参与翻译的RNA除tRNA外，还有rRNA和mRNAtRNA既是密码子的受体,也是氨基酸的受体tRNA接受AA要通过氨酰tRNA合成酶tRNA通过其自身的anticodon而识别codon密码子有自身的特性

三联体（前两个重要）通用性摇摆性多种翻译因子组成翻译起始复合物，完成翻译的起始、延伸和终止，并且保证其准确性二、蛋白质生物合成的分子基础mRNA是蛋白质生物合成的模板

mRNA（核苷酸序列）三联体密码氨基酸序列编码区（可读框）非编码区5’起始密码3’终止密码1、原核mRNA与真核mRNA的区别真核mRNA结构5’帽子3’Poly（A）尾AUGUAAAAAAA可读框非编码区非编码区只为一条多肽链编码核糖体特异识别原核mRNA结构可读框AUGUAA5’3’可读框多个可读框，合成多条肽链核糖体识别位点AUGUAA核糖体识别位点都位于起始密码子的上游原核生物mRNA与真核生物mRNA结构比较

核糖体可以不从mRNA上解离连续合成三个蛋白质EukaryoticmRNAProkaryoticmRNA2、tRNA转运活化的氨基酸至mRNA模板tRNA有两个关键部位：氨基酸结合部位，与mRNA的结合部位对于组成蛋白质的20种氨基酸，每一种有相应的tRNA负责转运，aa-tRNAtRNA高级结构1964Holly.R.鉴定出tRNAphe的二级结构为三叶草形（77个NT）三叶草结构（5个臂4个环）a、氨基酸接受臂（aaacceptarm）tRNA的5’与3’-末端碱基配对形成3’端永远为不配对的CCA序列最后的A的3’或2’-OH可以被氨酰化b、另外是D（DHU环双氢脲嘧啶）环D臂反密码子环反密码子臂(anti—codonarm)附加臂（extraarm）TψC环TψC臂其中附加臂通常是可变的

c、含丰富的稀有碱基（约70余种碱基核糖残基）反密码子3’端邻近部位………..

TψC环附加环反密码子环DHU环aa接受臂“L”形三级结构“L”构型的结构力

二级结构中的碱基堆积力和氢键

二级结构中未配对碱基形成的氢键

---TΨCloop&DHUloop

位于“L”两臂的交界处，利于“L”结构的稳定---“L”结构中碱基堆积力大使其拓扑结构趋于稳定

wobblebase

位于“L”结构末端堆积力小自由度大使碱基配对摇摆tRNA的分类起始tRNA和延伸tRNA：一类能特异识别mRNA模板上起始密码子的tRNA叫起始tRNA；其它tRNA称为延伸tRNA。

Prok中，携带甲酰甲硫氨酸（fMet）

Euk中，携带甲硫氨酸（Met）同工tRNA:代表相同氨基酸的tRNA称同工tRNA。校正tRNA：通过tRNA中反密码子改变来校正密码子突变，使其在突变位点引入正确氨基酸。3、密码子与反密码子相互作用反向配对氨基酸与tRNA形成氨酰-tRNA，mRNA与tRNA在核糖体的凹槽处相遇，tRNA一端的反密码子将与mRNA上的密码子（三联体密码）互补，即反向配对。密码子与反密码子的识别基因间校正突变：在某基因的中部发生点突变而出现额外的UAG，于是多肽链合成停止，基因表达无意义的产物，但如果此mRNA对应的tRNA基因发生突变，而造成多肽链继续合成，基因表达有意义的产物。mRNA

5’-UAG-3’肽链合成终止tRNA3’-AUC-5’3’-AUG-5’mRNA5’-UAC-3’为Tyr的遗传密码因此多肽链合成不停止，而是将终止信号读成Tyr4、核糖体是蛋白质生物合成的部位是翻译进行的场所，含大小亚基Prok.protein约占细胞的10％，RNA占总RNA的80％，Euk中相对比例小些细菌中常以多聚核糖体的形式核糖体的基本结构SizecomparisonsshowthattheribosomeislargeenoughtobindtRNAsandmRNA.Ribosomesarelargeribo­nucleoproteinparticlesthatcontainmoreRNAthanproteinanddissociateintolargeandsmallsubunits.核糖体的活性位点

30S小亚基头部基底部中间有一豁口

50S大亚基三个突起

核糖核蛋白（RNP）：特定蛋白质与特定RNA结合多聚核糖体：位于mRNA分子链上处于不同翻译阶段的多个核糖体的复合物，每个核糖体可以独立完成一条多肽链的合成，多聚核糖体上就可以同时进行多条肽链的合成，提高翻译的效率三、翻译的过程蛋白质生物合成的过程涉及到上百种不同的蛋白质因子及30多种RNA分子的共同参与，分为三个阶段：翻译的起始肽链的延伸（N-C）翻译的终止（一）翻译的起始1、氨酰-tRNA复合物的形成氨酰基tRNA的合成执行着双重功能为肽建的合成提供能量执行遗传信息的解读实验证实—模板mRNA只能识别特异的tRNA而不是AAAA–tRNA合成酶（AARS）需要三种底物AAtRNAATP因此有三个位点aabindingsitetRNAbindingsiteATPsite反应为AA+tRNA+ATPAA–tRNA+AMP+ppiAARS2、mRNA分子与核糖体的识别与结合原核生物mRNA特征

a、5’端有300个左右NT的leaderb、AUG作为起始密码子（GUG、UUG）c、AUG前有S–D序列S–D序列（Shine-Dalgarnosequence）：位于AUG上游4~13个NT处的富含嘌呤的3~9个NT的共同序列，其一致序列为AGGAGG3、原核生物蛋白质合成起始原核生物蛋白质合成起始的蛋白质因子——起始因子（IF）IF:短暂的与核糖体结合参与起始，之后又从核糖体复合物上解离下来起始阶段主要事件:在起始密码子处完成核糖体的组装涉及的组装元件大小核糖体亚基mRNAaa-RNA3个IF（IF1IF2IF3）GTP起始步骤原核生物起始总反应式：30S+50S+mRNA+fMet-tRNAf[70S•mRNA•fMet-tRNAf]+GDP+PiGTPIF-1、IF-2、IF-3细菌中有三种起始因子IF-3：稳定30S亚基；辅助30S亚基与mRNA上起始点特异性结合；IF-1：与30S亚基结合在A位，阻止氨酰-tRNA进入；阻止30S与50S亚基结合。IF-2：结合特定起始因子tRNA，控制它进入核糖体；有核糖体依赖GTP酶活性；Initiationrequiresfactorsandfreesubunits起始复合物的生成起始复合物：核糖体、mRNA、aa--tRNA三元复合物(1)30S亚基与mRNA的结合

30S---IF3+mRNA30S—IF3—mRNA（30S复合物）

IF3+30S30S亚基与mRNA的结合：SD与16SrRNA的3’端SD序列控制起始复合物形成的频率，翻译产物数量IF3使30S亚基不能与50S亚基结合（形状…..）30S复合物中，起始codon正好位于P位点，且只有fMet—tRNAMetf才能进入

(2)起始tRNA的结合

IF2

+fMet---tRNAfIF2---fMet---tRNAf＋30S---IF3---mRNA30S---IF3---mRNA---IF2---fMet---tRNAf---GTPIF2与起始tRNA之间作用严格：专一性很强的GTP酶活性（3）70S起始复合物的形成a、IF3游离30S---IF3---mRNA---IF2---fMet---tRNAf---GTP与50S亚基的结合导致（IF3与50S亚基的竞争）b、70S起始复合物形成50S亚基的结合激活IF2的GTP酶活性，水解GTP并解离下来（IF1）GTP水解释放的能量改变两者的构象形成30S---mRNA---fMet---tRNA---50S

IF2---fMet---tRNAf结合上来（二）真核生物蛋白质合成起始Euk蛋白质合成起始中的重要参与者：

Met—tRNAi核糖体AUG上下文特点eIF–2作用eIF-4F

真核比原核细胞拥有更多起始因子，它们在起始全过程中发挥作用。

EukaryoticinitiationusesseveralcomplexesTheyactatallstagesoftheprocess,including5stages:1)formingacomplexwithMet-tRNAi

2)forminganinitiationcomplexwiththe5`endofmRNA3)bindingthemRNA-factorcomplextotheMet-tRNAi-factorcomplex4)enablingtheribosometoscanmRNAfromthe5`endtothefirstAUG5)mediatingjoiningofthe60Ssubunit.poly(A)stimulatestheformationofaninitiationcomplexatthe5end.原核生物和真核生物蛋白质合成起始异同点分析

内容原核生物真核生物核糖体完整70S80S亚基50S，30S60S，40S起始tRNAfMet-tRNAfMetMet-tRNAiMet起始因子3种至少7种起始复合物的生成顺序1）30S•mRNA1)40S•Met-tRNAiMet2）30S•mRNA•fMet-tRNAfMet2)40S•Met-tRNAiMet•mRNA3）70S•mRNA•fMet-tRNAfMet3）80S•mRNA•Met-tRNAiMet（二）肽链的延伸原核和真核生物肽链的延伸机制大致相同，主要以E.coli的延伸为例。核糖体发挥生物学功能的5个基本部位：mRNA结合部位结合AA-tRNA部位（A位）结合肽基tRNA部位（P位）空载tRNA移出部位（E位）形成肽键的部位mRNA结合位点：位于30S亚基的头部P位点：肽酰－tRNA位点：

A位点：氨酰基tRNA位点空载tRNA移出部位（E位）Prok肽链的延伸以氨酰－tRNA进入70S起始复合物的A位为标志（第一个进位过程），延伸过程分为三步：1、aa-tRNA与核糖体结合：（1）三元复合物生成

EF—Tu--GTP+氨酰基--tRNA三元复合物EF—Tu+GTP（2）三元复合物进入A位（进位）要求P位点被起始氨酰tRNA或肽酰－tRNA占据同时，EF-Tu催化GTP水解，释放EF—Tu—GDP（3）Ts循环（Tu—Ts循环）EF—Ts能够使EF—Tu—GDP转变为EF—Tu—GTP因为-----EF—Tu—GDP不能有效地结合氨酰基—tRNA循环过程：EF—Tu—GDPEF--TsEF—Tu—EF--TsGTP取代EF—Tu--GTP2、肽键生成（转肽反应，转位）（1）肽酰转移酶（peptidyltransferase）位于核糖体大亚基，催化肽键生成若干蛋白质、23SrRNA、5SrRNA（2）形成过程：把两个氨酰－tRNA定位于调准的位置将处于P位的甲酰甲硫氨酰基或肽酰基转移到A位的氨酰基－tRNA的氨基上形成肽键肽链延伸一个AA

3、移位（translocation）肽键生成后，核糖体沿mRNA向前移动一个密码子的距离（1）需要GTP和延伸因子EF—Ga、过程：EF—G和GTP结合-------核糖体中具有GTP酶活性的蛋白GTP水解--------A位生成的肽基转移到P位，P位空载的tRNA进入E位（此过程mRNA移动了一个密码子）视频b、EF—G和GDP必须释放→→→下一个三元复合物进位抗生素甾酸酶素（fusidicacid）实验证实c、核糖体固有的移位性质可被EF—G所催化Elongation综上所述，每次肽链延伸的循环需要3个延伸因子和2分子的GTP，在mRNA密码子的指导下，肽链延伸一个氨基酸残基。以上3个过程称为核糖体循环，周而复始，肽链得以延伸。两类延伸因子的交替作用使肽键生成和移位有条不紊的进