第六章 蛋白质的生物合成

第六章蛋白质的生物合成

第一节mRNA的结构

一、原核生物mRNA的特征

1、半衰期短

2、多顺反子形式

3、无帽子结构，无polyA结构，无修饰碱基

4、AUG作起始密码，有时GUG,UUG

5、存在SD序列(Shine-Dalgarnosequence)

・AUG上游的9・13个核甘酸有一段可与核糖体结合的共同序列，一般为AGGAGG,

称为SD序列

・与核糖体16SrRNA的3端的CCUCCU互补，使结合于30S亚基上的起始tRNA

正确定位于mRNA的起始密码子AUG。

二、真核生物mRNA的特征

1、5'加帽

2、3'加polyA结构

3、无SD序列

4、单顺反子形式

5、起始密码子为AUG

•AUG上游的-3常为嚓吩A

・紧跟AUG的+4常常是G

・ANNAUGGN

--4、・2、位通常是A或C

•先导序列长度对mRNA的翻译活性有影响。

•起始AUG与帽子结构之间距离太短(小于12bp),就不能有效地利用这个AUG,

就会从下游适当的AUG开始翻译

•当距离在17-80bp时，离体翻译效率与距离成正比

第二节遗传密码

一、遗传密码

•20种氨基酸vs4种碱基

•三联体——密码子

・每个密码子代表一个特定的氨基酸

•有4x4x4=64种不同的密码子---20种不同的氨基酸

二、遗传密码的破译

1、以均聚物为模板指导多肽的合成

•1961年，Nirenberg

•以polyU为人工mRNA,进行细胞外蛋白质合成试验，发现新合成的肽错是poly

(Phe),从而推断UUU代表Phe

・AAA(Lys)；CCC(Pro)；

­类似的实验不能证明GGG是何种氨基酸的密码子，因为polyG产生牢固的氢键结

合，形成三股螺旋，而不与核糖体结合。

2、以特定序列的共聚物为模板指导多肽的形成

A、以多聚二核甘酸作为模板可合成由2个氨基酸组成的多肽

B、以多聚三核甘酸作为模板可得到由3种AA组成的多肽

三、遗传密码的性质

1、密码的简并性与兼职

•简并(degeneracy)：由一种以上密码子编码同一AA

,同义密码子(synonymcodon)：对应于同一AA的不同密码子

•同义密码子不是随机分布的，其第1、2位核昔酸是相同的，第3位核昔酸的改变

并不影响所编码的AA,从而减少了变异对生物的影响

・2个密码是兼职的：AUG(Met)、GUG(Vai)；都是起始密码

2、密码的普遍与特殊性

•体内或体外；病毒、细菌、动物或植物

•特殊性

A、支原体中，终止密码UGA编码Trp

B、嗜热四膜虫中，终止密码UAA编码Gin

C、线粒体DNA的密码子具有特殊性

3、密码子与反密码子的相互作用

・1966年，Crick提出了摆动假说

­认为密码子与反密码子的配对中，前两对严格遵守碱基配对原则，第三对碱基有一

定自由度可以摆动，因而使某些tRNA可以识别1个以上的密码子

四、密码子的使用规律

1、原核生物中大部分以AUG为起始密码子，少数使用GUG；真核生物全部使用AUG为

起始密码子

2、终止密码子UAA、UAG和UGA都被使用，有时连用两个密码子，以便更保险地终止

肽链合成。

3、在哺乳动物中，对同义密码子的使用差异较大，有的广泛使用，有些则有所偏爱和偏废。

­紧随终止密码子的第4个核昔酸不是随机的，而是高度偏颇的，认为翻译终止的信

号是四核甘酸终止信号。

哺乳动物：

UAAU:终止活性最大,出现频率最高(56%)

UAAA：终止活性较大,出现频率较高(20%)

UAAG：终止活性中等,出现频率中等(19%)

UAAC：终止活性最小,出现频率最小(5%)

4、在E.coli中，以C、U结尾的同义密码子，若前两个碱基为A、U,则第3位碱基优先

使用G若前两个碱基为C、G,则优先使用U。

・UUU和UUC(Phe)；UAU和UAC(Tyr)

•AUU和AUC(He)：AAU和AAC(Asn)

・CCU和CCC(Pro)；CGU和CGC(Arg)

・GCU和GCC(Ala)；GGU和GGC(Gly)

5、基因组中富含AT,密码子的三位多为U和：若富含GC,则密码子第三位多用C和G

6、如果反密码子的摇摆碱基是修饰的U,则与A配对的机会多于G；如果摇摆碱基是I,

与U、C配对的机会多于A。

7、人和牛线粒体基因在使用同义密码子时，较多使用以A或C结尾的密码子

第三节tRNA

一、tRNA的结构

1、三叶草结构——“五臂四环”

­受体臂、TOC臂、反密码子臂、D臂、多余臂

•T环，反密码子环、D环、多余环

2、倒L型的三级结构

二、tRNA的功能

•专一性识别氨基酸，形成氨基酰-tRNA。

•识别氨基酸密码子

三、氨基酸的活化

1、氨基酸接受ATP,形成氨基酰AMP

•AA+ATP——AA・AMP+Ppi

2、氨基酰AMP和tRNA形成AA-tRNA

・AA-AMP+tRNA------AA-tRNA+AMP

・AA+ATP+tRNA——AA・tRNA+AMP+PPi

四、tRNA的种类

・起始tRNA

・延伸tRNA

•同工tRNA

五、氨基酰-tRNA合成酶

・每一种氨基酸至少有一种AA・tRNA合成酶

•AA-tRNA合成酶可以接受同一氨基酸的几种不同的同工tRNAo

•具有高度专一性

­底物是氨基酸和tRNA。

・有3个结合位点：AA位点、IRNA位点、ATP位点。

第四节核糖体结构

一、核糖体的结构

二、核糖体的大小和形状

三、核糖体的活性中心

•mRNA结合位点

・起始tRNA结合位点

・AA-tRNA结合位点（A位）

•肽酰-tRNA结合位点（P位）

•肽酰转移酶活性中心

第五节可溶性蛋白质因子

一、起始因子（initiationfactor>IF）

二、延伸因子（elongatingfactor,EF）

・帮助AA-tRNA进入核糖体与mRNA结合：

EF・Tu、EF-Ts（原核）、eEF-l（真核）

•负责肽基・tRNA从核精体的A位向1»位转移：

EF-G（原核）、eEF-2（真核）

三、终止因子（terminationfactor）

,释放因子（releasefactor,RF）

•识别mRNA上的终止密码子，终止肽链的合成并释放核糖体

•原核生物的终止因子：

RF-1：识别UAA、UAG

RF-2：识别UAA、UGA

RF-3：促进RF-1、RF・2的功能

•真核生物的终止因子：

eRF：识别UAA、UAG、UGA

第六节原核生物蛋白质合成的过程

一、肽链合成的起始

1、稳定的30s小亚基的形成

•起始因子IF-3结合到30S亚基上，产生稳定的游离亚基，不再与50s亚基偶联

・IF-3具有双重功能：

・参与mRNA的结合

・控制30S与50S亚基偶联

2、IF-2结合于起始tRNA

・IF-2+fMet-tRNA+GTP——IF2-fMet-tRNA-GTP

3、30s起始复合物的形成

•三元复合物结合到稳定的30S亚基上

4、50s亚基参与形成完整的核糖体

・IF・2、IF-3释放出来

•GTP水解

・fMet・tRNA在P位，A位空着，准备接受AA・tRNA。

二、肽链合成的延伸

1、进位

•第二个AA-tRNA在延伸因子EF-Tu和GTP的作用下，生成AA-tRNA-Tu-GTP复

合物，然后结合到核糖体的A位。

・GTP水解，EF-TuCDP释放，通过延伸因子而获得再生。

2、延伸因子的作用

・EF-Tu和EF-Ts

负责tRNA运送至核糖体的A位点

•EF-G

负责适时地运出

・EF-Ts的功能是使EE-Tu-GDP再生成活化形式EF-Tu-GTP

3、肽键的形成

•肽基转移酶

•P位上的fMet-tRNA的竣基转移到A位上新进入的AA-tRNA的a.氨基形成肽键,

在A位上形成二肽酰4RNA。

4、移位

在延伸因子EF-G（原核）和eEF-2（真核）的作用下，核糖体沿mRNA作相对运动，使

起始tRNA离开核糖体，原来在A位上的二肽酰4RNA移位到P位。A位点准备接受新的

AA-tRNA,开始下一轮合成反应°

三、肽链合成的终止

•终止密码子（UGA,UAG,UAA）

•没有相应识别的tRNA

•释放因子识别终止信号，切下蛋白链

•核糖体各个部分全部解体

第七节真核生物的蛋白质合成机制

一、翻译的起始

・真核与原核几大不同

1、核糖体较大

・80S=60S+40S；70S=50S+30S

2、有较多的起始因子参与

・十种以上；三种（IF1、IF2、IF3）

­与蛋白质起始有关的辅助因子

3、mRNA具帽子结构

­帽子结构促进起始反应，因为核糖体上有专一位点或因子识别mRNA的帽子，使

mRNA与核糖体结合

•帽子结合蛋白（capbindingprotein,CBP）,能专一地识别mRNA的帽子结构，与

mRNA的5,端结合生成CBP-mRNA复合物,然后由于CBP对elF-3的亲和力，使

该复合物与带eIF-3的40S亚基结合。

4、Met-tRNA不甲酰化

5、起始复合物生成顺序不同

•原核：30SmRNA—30SmRNAfMet-tRNA—70SmRNAfMet-tRNAo

・真核：40SMet-tRNA_40SmRNAMet-tRNA_80SmRNAfMet-tRNAo

二、翻评的延伸

•AA“RNA结合于核糖体的A位点，反应受eEF・la催化

・GTP水解，排出eEFIGDP

•形成肽键，此反应受60s亚基肽酰转移酶中心催化

・转位，受eEF-2促进。

三、翻译的终止

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