第十四章 蛋白质生物合成

第十二章蛋白质生物合成(4学时)一、信使RNA和遗传密码（重点）二、转译相关的生物大分子三、蛋白质合成步骤（难点）下一页上一页学习要求（1）理解蛋白质合成体系的重要组分；蛋白质的合成过程。（2）了解蛋白质合成后的运送。一、信使RNA和遗传密码

(一）mRNA与遗传信息的传递

(二)遗传密码的破译(三)遗传密码的特性上一页章首

(一）mRNA与遗传信息的传递

蛋白质合成的信息来自于DNA，合成的模板是mRNA上一页

蛋白质的合成是在核糖体上进行的，而遗传信息载体DNA存在于核中，必然有一种中间物来传递DNA上的信息。推测这种中间物极不稳定，在蛋白质合成时产生，合成结束后又分解，半寿期很短。后来科学家用实验证明这种中间物就是mRNA。节首章首

(一）mRNA与遗传信息的传递

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1954年,物理学家GamouvG首先对遗传密码进行探讨。他认为核酸分子中只有四种碱基，显然碱基与氨基酸的关系不是一对一的关系。若两个碱基决定一个氨基酸只能编码16种氨基酸，也是不够的；而三个碱基对一个氨基酸，四个碱基可产生64个密码，足以编码20种氨基酸，所以编码氨基酸的最低碱基数是3，即密码子可能是三联体。mRNA上的三个核苷酸决定一个氨基酸节首

(一）mRNA与遗传信息的传递

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1961年，CrickFHC等人用遗传学的方法证明了三联密码子的学说是正确的。

遗传学上把由于密码移位而造成的突变称为移码突变在E.coli的T4DNA上的一个基因缺失（或增加）一个或二个核苷酸会造成缺失（或增加）部位以后的全部氨基酸误译。若同时缺失（或增加）三个核苷酸，前后核苷酸表达仍和正常一样。必须假设密码子是三联体才能完满地解释以上这些实验结果。节首

(一）mRNA与遗传信息的传递

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生物化学上的证据烟草坏死卫星病毒中有一分子RNA可编码外壳蛋白的一个亚基，此RNA由1200个核苷酸组成，而此亚基由400个氨基酸组成，也由此证明三个核苷酸决定一个氨基酸节首上一页(二)遗传密码的破译

遗传密码的概念：mRNA上的核苷酸顺序与蛋白质中的氨基酸之间的对应关系称为遗传密码。mRNA上每三个连续核苷酸对应一个氨基酸，这三个核苷酸就称为一个密码子，或三联体密码（tripletcodons）。以下是三个不同的证明遗传密码是mRNA上3个连续的核苷酸残基构成的实验。

1961年，Nirenberg

等人用大肠杆菌的无细胞体系在各种RNA的人工模板下合成多肽，从而推断出各氨基酸的密码子，后来他与Khorana以及霍利分享了1968年诺贝尔生理学奖。节首上一页(二)遗传密码破译的三个实验第一个实验是1961年由美国的M.Nirenberg等人完成的。他首先利用多核苷酸磷酸化酶合成了一条由相同核苷酸组成的多核苷酸链,用它作模板,利用大肠杆菌蛋白提取液和GTP在体外合成蛋白质。发现多聚(U)导致多聚苯丙AA的合成,表明多聚(U)编码多聚苯丙AA；类似的实验表明,多聚(A)编码多聚赖AA；多聚(C)编码多聚脯AA(下图A)。第二个实验（核糖体结合技术）是1964年也是由美国的M.Nirenberg等人完成的。他们首先合成一个已知序列的核苷酸三聚体，然后与大肠杆菌核糖体和氨酰tRNA一起温育。由此确定与已知核苷酸三聚体结合的tRNA上连接的是那一种氨基酸。该实验对于几种密码编码同一个氨基酸提供了直接的、最好的证据（下图B）。节首上一页第三个实验是由Jones,Khorana等人完成的。他们利用有机化学和酶法制备了已知的核苷酸重复序列，以此多聚核苷酸作模板，在体外进行蛋白质合成，发现可以生成三种重复的多肽链（下图C）。若从A翻译，则合成出多聚异亮AA，即AUC对应异亮AA

；若从U翻译，则合成出多聚丝AA

，即UCA对应；丝AA若从C翻译，则合成出多聚组AA，即CAU对应组AA。这是因为体外合成是无调控的合成，可以随机地从A、或U、或C翻译，所以有三种重复的多肽链生成。(二)遗传密码破译的三个实验节首上一页(二)遗传密码破译的三个实验节首苯丙赖脯异亮丝组上一页遗传密码表节首方向性：密码子的阅读方向是从5‘

3’简并性和摆动性：同一种氨基酸可以由两种或两种以上的密码子所决定，这几种密码子称为同义密码子。多数情况下同义密码子的第一第二个碱基相同，第三个碱基不同，说明密码的专一性主要是由第一第二个碱基决定.通用性：无论是病毒、原核细胞，还是真核细胞，使用的都是同一套氨基酸编码方法。不重叠(连续性)：密码间无标点，顺着核苷酸5‘3’的方向一个接一个地阅读。(三)遗传密码的特性上一页节首二、转译相关的生物大分子与转译相关的生物大分子主要有核糖体和tRNA两种。上一页（一）核糖体是装配蛋白质的机器核糖体（或称核糖核蛋白体）由蛋白质和rRNA组成。是存在于细胞质内的微小颗粒。核糖体的基本功能：

1、是结合mRNA，在mRNA上选择适当的区域开始翻译。2、密码子（mRNA）和反密码子（tRNA）的正确配对。3、肽键的形成。核糖体的存在：核糖体可游离存在真核中，也可同内质网结合，形成粗糙的内质网。原核中，与mRNA形成多聚核糖体节首原核生物中核糖体与mRNA形成多聚核糖体翻译方向延长的多肽链核糖体亚基的引入上一页节首细菌核糖体真核生物核糖体上一页节首

E.coli的小亚基能单独与mRNA结合成为30s核糖体－mRNA复合体，后者可以与tRNA专一性结合，而大亚基则不能。核糖体上可区分出4个功能部位：（1）A部位：也称氨基部位或受位，主要位于大亚基上，是接受氨酰基一tRNA的部位。（2）P部位：也称肽酰基部位或供位，主要在小亚基上，是肽酰基一tRNA移交肽链后，tRNA释放的部位。（3）肽基转移酶部位：肽基转移酶也称肽合成酶，简称T因子，位于大亚基上，其作用是在肽链合成过程中催化氨基酸与氨基酸间形成肽键。（4）GTP酶部位：GTP酶也称转位酶，简称G因子，能分解GTP分子，并将肽酰基一tRNA由A部位移到P部位。上一页节首（二）tRNA的反密码子译出mRNA的密码子1、tRNA的活化2、tRNA反密码子与mRNA密码子的识别3、蛋白质因子节首tRNA的活化

即氨基酰-tRNA

合成酶催化tRNA与特定氨基酸结合氨基酸+ATP+tRNA+H2O

氨基酰-tRNA+AMP+PPi每一种氨基酸至少有一种对应的氨基酰-tRNA

合成酶。它既催化氨基酸与ATP的作用,也催化氨基酰基转移到tRNA。氨基酰-tRNA

合成酶具有高度的专一性。每一种氨基酰-tRNA

合成酶只能识别一种相应的tRNA。

tRNA

分子能接受相应的氨基酸,决定于它特有的碱基顺序,而这种碱基顺序能够被氨基酰-tRNA

合成酶所识别。节首

aa－tRNA是在蛋白质因子的作用下，通过TCG环与核糖体5SrRNA（真核细胞为5.8SrRNA）分子的互补关系而进入核糖体的。但某一特定aa－tRNA的进入与否取决于aa－tRNA的反密码子与mRNA密码子是否能相互识别。反密码子与密码子的配对并不十分严格，由于同一种氨基酸与不同tRNA结合的现象，所以只是密码子的前两个碱基必需准确配对，而第三个碱基可以错配（摇摆），这就是摇摆学说所要说明的现象。

近年来，又发现了一种新的现象，如果编码蛋白质的基因发生了点突变，tRNA也随着发生突变以校正上述基因的突变，以合成一条正常的多肽链，这种tRNA叫做校正tRNA，它的作用机制也是以密码子与反密码子间不十分严密的配对为基础的。密码子与反密码子的识别节首蛋白质因子蛋白质的合成过程可分为起始、延伸和终止三个过程，每个过程部有许多蛋白质因子参加。1.起始因子：蛋白质合成的起始过程是形成［核糖体·mRNA·tRNA］三元复合物的过程，必须在蛋白因子的帮助下进行。与起始复合物形成有关的所有蛋白质因子统称为起始因子。2.延伸因子：蛋白质合成的延伸过程包括”aa-tRNA进入核糖体、肽链形成和移位等过程。在真核细跑中这一过程需要EF－1和EF一2等延伸因子的作用。3.释放因子：当mRNA分子上密码子阅读进入终止密码（UAA，UAG，UGA）时，aa-tRNA不再与核糖体结合，此时释放因子与终止密码子结合，阻止mRNA的进一步阅读。节首三、蛋白质合成步骤三、蛋白质合成步骤肽链合成的起始肽链合成的延伸肽链合成的终止与释放合成多肽的输送和加工蛋白质分子的折叠和分子伴侣（一）肽链合成的起始决定甲硫氨酸和决定缬氨酸的密码子就是起译密码子，即AUG和GUG起始密码的识别：核糖体小亚基上的16SrRNA和mRNA的SD序列（位于起始位点上游4－13个富含嘌呤碱基的核苷酸）结合N－甲酰甲硫氨酸－tRNA的活化形成起始复合物（E.coli）节首

N－甲酰甲硫氨酸－tRNA(fmet-tRNA)、mRNA、30S亚基三者结合时还需要三种蛋白质因子(IF1、IF2、IF3）和提供能量的GTP参与。

一旦70S核糖体－mRNA-fmet-tRNA复合体形成，则fmet-tRNA

占据P位，空出A位准备接受一个氨酰tRNA

，起始即告完成。节首原核生物起始复合物的形成节首（二）肽链合成的延伸

结合（或称进位）对应于mRNA上第二个密码子的氨基酰-tRNA（aa-tRNA）进入A位与核糖体结合，这是一个需能的反应，GTP是直接能源。此外还需要两个蛋白质因子Tu和Ts。Ts、Tu和前面提到的移位酶G统称为肽链延伸因子。节首（二）肽链合成的延伸

转肽结合过程一旦完成立即进行转肽。通过肽基转移酶的催化使P位上的fmet-tRNA（肽基－tRNA）转到A位上的aa-tRNA的游离氨基上，形成肽键，并释放出原来在P位上的tRNA。这个反应不需能量。肽基转移酶是50S核糖体亚基上的一个蛋白质组分。

节首（二）肽链合成的延伸

移位核糖体从mRNA的5‘向3’方向移动一个三联体的距离，于是携带着肽基的tRNA连同mRNA从核糖体的A位移到P位：这个过程称为移位，由移位酶（或称G因子）催化，并须有供能的GTP参与。G因子具有GTP酶活力，能催化GTP分解放出能量。由于核糖体的移动，原来在A位上的肽基一tRNA已经移到P位，于是第三个密码于进入A位，等待着第三个aa-tRNA进入。节首（三）肽链合成的终止释放

识别mRNA的终止密码子，水解所合成肽链与tRNA间的酯键，释放肽链R1识别UAA、UAGR2识别UAA、UGAR3影响肽链的释放速度节首（四）合成肽链的输送和加工多肽输送信号由新合成多肽N端的信号肽所控制，而真核细胞中，识别信号肽的机构是一个称为信号识别体的核蛋白体（SRP）来完成。它具有识别信号肽，并与核糖体相结合暂停新生肽延伸的功能。一旦刚合成的多肽找到安全去向（越膜）后，SRP就脱离核糖体，暂停的肽链就可以继续完成合成过程合成肽链的输送：节首（四）合成肽链的输送和加工许多刚合成好的多肽，并不是最终产物，须经一系列加工过程，才能成为有功能的蛋白多肽。合成肽链的加工：

1、新生多肽N端氨基酸的除去(Met或fMet）

2、切除新生肽中不必需的肽段3、蛋白质中二硫键的形成4、多肽中氨基酸侧链的修饰5、泛素化作用与不正常多肽的处理

节首有的蛋白质，如循环系统的蛋白酶或一些功能蛋白等，其