第十七章蛋白质生物合成

关亚群2013年12月蛋白质的生物合成教学要求掌握蛋白质生物合成的概念，mRNA，tRNA及核糖体在蛋白质生物合成中的作用，密码子及其特点。熟悉原核生物蛋白质生物合成的基本过程，真核生物翻译起始的特点及分子病。了解肽链合成后一级和高级结构的修饰及靶向运输，蛋白质生物合成与医学的关系生物化学教研室第一节蛋白质的生物合成体系生物化学教研室mRNA氨基酸（需tRNA的转运）？蛋白质（肽链）密码子-反密码子核糖体（由rRNA和蛋白质组成）模板原料酶产物配对合成场所一、mRNA是蛋白质合成的信息模板生物化学教研室

mRNA是蛋白质合成的直接模板，它借助密码子将遗传信息传递给蛋白质，通过蛋白质将遗传信息表达出来。密码子（codon）：mRNA分子从5′-末端的AUG开始，每3个核苷酸为一组，决定肽链上一个氨基酸，称为三联体密码或密码子。5′-GGATGAUGCGUAGCACGCAG……3′一、mRNA是蛋白质合成的信息模板生物化学教研室由A、G、C、U四类核苷酸可组成64组三联体密码，编码组成人体蛋白质的20种氨基酸：1.有的氨基酸只有1个密码子，有的氨基酸有2个或2个以上的密码子2.其中AUG可编码蛋氨酸，也可作为翻译的起始信号，又称起始密码，有的密码子不编码氨基酸，如UAA、UAG、UGA，它们被称为终止密码（真正编码氨基酸的密码子只有61个）生物化学教研室（一）密码子的特点生物化学教研室5′-GGATGAUGCGUAGCACGCAG……3′1.连续性(commaless)

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。生物化学教研室（一）密码子的特点生物化学教研室密码第一、二位碱基多相同，第三位差异2.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个或多至6个三联体为其编码。（一）密码子的特点生物化学教研室（一）密码子的特点生物化学教研室3.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。

密码的通用性进一步证明各种生物进化自同一祖先。

4.方向性（sideness）5′→3′（一）密码子的特点生物化学教研室5.摆动性(wobble)

转运氨基酸tRNA的反密码需要通过碱基互补与mRNA上的遗传密码反向配对结合，但反密码与密码间不严格遵守常见的碱基配对规律称为摆动配对。

5′-GGATGAUGCGUAGCACGCAG……3′GCG（一）密码子的特点生物化学教研室生物化学教研室二、tRNA的反密码子与mRNA的

密码子互补结合生物化学教研室三、核糖体

是肽链

“装配厂”生物化学教研室三、核糖体是肽链“装配厂”生物化学教研室三、核糖体是肽链“装配厂”四、肽链生物合成需要酶类和

蛋白质因子ATP、GTP，Mg2+，转肽酶，氨基酸-tRNA合成酶生物化学教研室起始因子（initiationfactor,IF）延长因子（elongationfactor,EF）释放/终止因子（releasefactor,RF）第二节氨基酸与tRNA的连接生物化学教研室氨基酸

+tRNA氨基酰-tRNAATP

AMP＋PPi氨基酰-tRNA合成酶GCA3′OH氨基酸-COOH+GCAO－OC氨基酰氨基酸的活化过程生物化学教研室氨基酸的活化氨基酰-tRNA合成酶对底物氨基酸和tRNA都有高度特异性。氨基酰-tRNA合成酶具有校正活性(proofreadingactivity)。生物化学教研室二、肽链合成的起始需要特殊的

起始氨基酰-tRNA生物化学教研室3AAAAAAAUGAUG起始密码UAC3′Met甲硫氨酸UAC3′Met真核生物：7mGppp5二、肽链合成的起始需要特殊的

起始氨基酰-tRNA生物化学教研室fMet-tRNAifMet53起始密码AUGUAC3′fMetmRNA原核生物：第三节肽链的生物合成过程生物化学教研室起始、延长、终止——核糖体循环原核细胞的核糖体循环一、肽链合成的起始生物化学教研室

指mRNA和起始氨基酰-tRNA与核蛋白体结合而形成翻译起始复合物(translationalinitiationcomplex)：1.核蛋白体大小亚基分离；2.mRNA在小亚基定位结合；3.起始氨基酰-tRNA的结合；4.核蛋白体大亚基结合。（一）原核生物翻译起始复合物的形成生物化学教研室IF-3IF-11.核蛋白体大小亚基分离生物化学教研室2.mRNA在小亚基定位结合IF-3IF-1AUG5'3'3′AGGAGG5′UCCUCCS-D序列P位生物化学教研室3.fMet-tRNAfMet结合在核糖体P位IF-2GTPfMetIF-3IF-1AUG5'3'IIIIIII4.核蛋白体大亚基结合，起始复合物形成生物化学教研室IF-3IF-2-GTPGDP+PiIF-1AUG5'3'fMet二、在核糖体上重复进行的

三步反应延长肽链生物化学教研室指根据mRNA密码序列的指导，次序添加氨基酸从N端向C端延伸肽链，直到合成终止的过程。是进位、成肽、转位三步的不断循环（小循环），需延长因子参与。

生物化学教研室1.进位（entrance）/

注册（registration）二、在核糖体上重复进行的

三步反应延长肽链生物化学教研室AUG5'3'Ts1.进位（entrance）/

注册（registration）fMetAA2TuTsGTPTuGDPIIIIIIIP位A位二、在核糖体上重复进行的

三步反应延长肽链生物化学教研室P位A位E位AUG5'3'fMetAA22.转肽/成肽3.移位/转位二、在核糖体上重复进行的

三步反应延长肽链生物化学教研室P位A位E位AUG5'3'fMetAA2AA3IIIIIII进位转肽移位蛋白质合成是耗能（GTP）过程IIIIIII三、终止密码子和释放因子导致

肽链合成停止生物化学教研室条件：

1.A位上出现终止密码；

2.出现释放因子（releasefactor,RF）：原核生物释放因子有RF-1，RF-2，RF-3释放因子作用：

1.识别终止密码并与其结合，如RF-1特异识别UAA、UAG；而RF-2可识别UAA、UGA。

2.诱导转肽酶改变为酯酶活性（RF-3的作用），水解肽酰-tRNA之间的酯键，使肽链从核蛋白体上释放。三、终止密码子和释放因子导致

肽链合成停止生物化学教研室RFGCCUAG5'3'CGG第三节肽链的生物合成过程动画演示生物化学教研室第四节肽链生物合成后的加工和靶向输送生物化学教研室

从核蛋白体释放出的新生多肽链不具备蛋白质生物活性，必需经过不同的翻译后复杂加工过程才转变为具有生物活性的功能蛋白。主要包括:肽链一级结构的修饰高级结构的形成（多肽链折叠为天然的三维结构）修饰后的靶向运输生物化学教研室一、一级结构的修饰1.肽链N端的修饰2.个别氨基酸的修饰（共价修饰）3.多肽链的水解修饰4.二硫键形成生物化学教研室二、高级结构的修饰1.新生肽链的折叠：需分子伴侣(molecularchaperon)或折叠酶帮助2.亚基聚合3.辅基连接生物化学教研室保留在胞液进入细胞器分泌到体液，再被输送到其他组织三、蛋白质合成后的靶向输送第五节蛋白质生物合成的干扰和抑制生物化学教研室氯霉素链霉素和卡那霉素嘌呤霉素放线菌酮5’3’AP四环素族一、抗生素类生物化学教研室1.白喉毒素(toxin)

使真核生物翻译过程中的延长因子eEF-2发生ADP糖基化而失活2.干扰素(interferon，INF)

真核细胞感染病毒后分泌的一类有抗病毒作用的蛋白质二、其他干扰蛋白质生物合成的物质生物化学教研室干扰素诱导的蛋白激酶dsRNAATPeIF2ADPeIF2-P（失活）干扰素的作用机理(1)干扰素诱导eIF2磷酸化而失活生物化学教研室dsRNA干扰素AAPAPPPP252552-5AAPPPATP2-5A合成酶降解mRNARNaseLRNaseL活化（2）干扰素诱导病毒RNA降解分子病概念：镰刀状红细胞性贫血（sicklecellanemia)HbSHbA为常染色体隐性遗传病，主要症状是贫血。患者血液血红蛋白不仅含量低，且血红蛋白聚集造成血液中出现许多长而薄，并且性状似镰刀型的新月形红细胞。小结生物化学教研室蛋白质的生物合成是由mRNA上的密码子通过与携带氨基酸tRNA反密码子相互作用下，在由含有rRNA的核糖体上翻译合成的。蛋白质生物合成是由多种蛋白质因子参与下的复杂过程，由起始、延长和终止阶段，在肽链延长合成中，又有进位（注册）、成肽和转位步骤。真核生物的蛋白质合成与原核生物相似，但比其复杂，且起始阶段有较大不同。蛋白质生物合成异常导致分子病，并可被不同因素干扰和抑制。练习题生物化学教研室1．下列关于氨基酸密码子的描述哪一项是错误的?A.密码子有种属特异性，所以不同生物合成不同的蛋白质B.密码子阅读有方向性，从5′端起始，3′端终止C.一种氨基酸可有一组以上的密码子D.密码子第1，2位碱基与反密码子的第3，2位碱基结合严格按碱基互补原则E.密码子第3位碱基在决定掺入氨基酸的特异性方面重要性较小生物化学教研室A.5‘→3’B.3‘→5’C.N端→C端D.C端→N端E.由中间向两端1．遗传密码阅读的方向为（）2．多肽链延长的方向为（）A.复制B.转录C.翻译D.逆转录E.基因表达3．遗传信息从DNA→蛋白质称为（）4．遗传信息从RNA→蛋白质称为（）5．遗传信息从RNA→DNA称为（）ACECD练习题生物化学教研室1.简述三类RNA的结构特点。它们在蛋白质生物合成中各起什么作用？2.遗传密码有哪些特点？练习题生物化学教研室1.简述三类RNA的结构特点。它们在蛋白质生物合成中各起什么作