第十二章 蛋白质的生物合成 1

第十二章

蛋白质的生物合成

（翻译）

ProteinBiosynthesis，Translation

蛋白质的生物合成，即翻译，就是将核酸中由4种核苷酸序列编码的遗传信息，通过遗传密码破译的方式解读为蛋白质一级结构中20种氨基酸的排列顺序。20种氨基酸(AA)作为原料酶及众多蛋白因子，如IF、eIFATP、GTP、无机离子参与蛋白质生物合成的物质包括

三种RNAmRNA（messengerRNA,信使RNA）rRNA（ribosomalRNA,核蛋白体RNA）tRNA（transferRNA,转移RNA）一、翻译模板mRNA及遗传密码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)

。

原核生物的多顺反子真核生物的单顺反子非编码序列核糖体结合位点起始密码子终止密码子编码序列PPP5

3

蛋白质PPPmG-5

3

蛋白质目录遗传密码的破译遗传密码：DNA或mRNA中的核苷酸序列与多肽链中的氨基酸序列之间的对应关系。

遗传密码：指DNA或由其转录的mRNA中决定其编码的蛋白质氨基酸排列顺序的核苷酸排列信息。

1968年诺贝尔生理学或医学奖

——解读了遗传密码及其在蛋白质合成方面的机能

霍利

RobertW．Holley

美国分子生物学家

康奈尔大学

1922～1993

科拉纳

HarGobindKhorana

美国生物化学家

威斯康星大学

1922～

尼伦伯格

MarshallW．Nirenberg

美国生化遗传学家

国立卫生研究院

1927～2010mRNA上存在遗传密码mRNA分子上从5

至3

方向，由AUG开始，每3个核苷酸为一组，决定肽链上某一个氨基酸或蛋白质合成的起始、终止信号，称为三联体密码(tripletcoden)。起始密码(initiationcoden):AUG

终止密码(terminationcoden):UAA，UAG，UGA

从mRNA5

端起始密码子AUG到3

端终止密码子之间的核苷酸序列，各个三联体密码连续排列编码一个蛋白质多肽链，称为开放阅读框架(openreadingframe,ORF)。

1.连续性(commaless)遗传密码的特点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。2.偏爱性(preference)

3.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。4.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。密码的通用性进一步证明各种生物进化自同一祖先。

5.摆动性(wobble)转运氨基酸的tRNA的反密码子需要通过碱基互补与mRNA上的遗传密码反向配对结合，但反密码子与密码子间不严格遵守常见的碱基配对规律，称为摆动配对。二、核糖体是多肽链合成的装置原核生物真核生物核糖体小亚基大亚基核糖体小亚基大亚基S70S30S50S80S40S60SrRNA16S-rRNA5S-rRNA23S-rRNA18S-rRNA28S-rRNA5S-rRNA5.8S-rRNA蛋白质rpS21种rpL34种rpS33种rpL49种

不同细胞核糖体的组成核糖体的组成目录原核生物翻译过程中核糖体结构模式:A位：氨基酰位(aminoacylsite)P位：肽酰位(peptidylsite)E位：排出位(exitsite)目录

三、tRNA与氨基酸的活化反密码环氨基酸臂tRNA的三级结构示意图氨基酸+tRNA氨基酰-tRNAATP

AMP＋PPi氨基酰-tRNA合成酶（一）氨基酰-tRNA合成酶(aminoacyl-tRNAsynthetase)

氨基酸的活化第一步反应氨基酸＋ATP-E—→氨基酰-AMP-E

＋PPi

目录第二步反应氨基酰-AMP-E＋

tRNA↓

氨基酰-tRNA＋AMP

＋

E目录tRNA与酶结合的模型tRNA氨基酰-tRNA合成酶ATP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)。氨基酰-tRNA的表示方法：Ala-tRNAAla

Ser-tRNASerMet-tRNAMet

真核生物：Met-tRNAiMet原核生物：fMet-tRNAifMet（二）起始肽链合成的氨基酰-tRNA翻译的起始(initiation)翻译的延长(elongation)翻译的终止(termination)整个翻译过程可分为：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，直至终止密码子出现。四、蛋白质生物合成过程(一）肽链合成起始指mRNA和起始氨基酰-tRNA分别与核糖体结合而形成翻译起始复合物(translationalinitiationcomplex)。原核生物翻译起始复合物形成核糖体大小亚基分离；mRNA在小亚基定位结合；起始氨基酰-tRNA的结合；核糖体大亚基结合。S-D序列

因澳大利亚学者夏因(Shine)和达尔加诺(Dalgarno)两人发现该序列的功能而得名。信使核糖核酸(mRNA)翻译起点上游与原核16SrRNA3′端富含嘧啶的7核苷酸序列互补的富含嘌呤的3～7个核苷酸序列(AGGAGG)，是核糖体小亚基与mRNA结合并形成正确的前起始复合体的一段序列。

IF-3IF-11.核糖体大小亚基分离目录AUG5'3'IF-3IF-12.mRNA在小亚基定位结合目录IF-3IF-1IF-2GTP3.起始氨基酰tRNA(fMet-tRNAimet)结合到小亚基AUG5'3'目录IF-3IF-1IF-2GTPGDPPi4.核糖体大亚基结合，起始复合物形成AUG5'3'目录IF-3IF-1AUG5'3'IF-2GTPIF-2-GTPGDPPi目录真核生物翻译起始复合物形成核糖体大小亚基分离；起始氨基酰-tRNA结合；mRNA在核糖体小亚基就位；核糖体大亚基结合。met40S60SMetMet40S60SmRNAeIF-2B、eIF-3、

eIF-6①elF-3②GDP+Pi各种elF释放elF-5④ATPADP+PielF4E,elF4G,elF4A,elF4B,PAB③MetMet-tRNAiMet-elF-2

-GTP真核生物翻译起始复合物形成过程（二）肽链合成延长指根据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。肽链延长在核糖体上连续性循环式进行，又称为核糖体循环(ribosomalcycle)，每次循环增加一个氨基酸，包括以下三步：进位(entrance)成肽(peptidebondformation)转位(translocation)延伸过程所需蛋白因子称为延长因子(elongationfactor,EF)原核生物：EF-T(EF-Tu,EF-Ts)EF-G真核生物：EF-1、EF-2原核延长因子生物功能对应真核延长因子EF-Tu促进氨基酰-tRNA进入A位，结合分解GTPEF-1-αEF-Ts调节亚基EF-1-βγEF-G有转位酶活性，促进mRNA-肽酰-tRNA由A位前移到P位，促进卸载tRNA释放EF-2肽链合成的延长因子1进位指根据mRNA下一组遗传密码指导，使相应氨基酰-tRNA进入核糖体A位。

目录延长因子EF-T催化进位（原核生物）

目录TuTsGTPGDPAUG5'3'TuTsGTP目录2成肽是由转肽酶(transpeptidase)催化的肽键形成过程。

3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，促进核糖体向mRNA的3'侧移动。fMetAUG5'3'fMetTuGTP目录进位转位成肽真核生物肽链合成的延长过程与原核基本相似，但有不同的反应体系和延长因子。另外，真核细胞核糖体没有E位，转位时卸载的tRNA直接从P位脱落。真核生物延长过程（三）肽链合成的终止当mRNA上终止密码出现后，多肽链合成停止，肽链从肽酰-tRNA中释出，mRNA、核糖体等分离，这些过程称为肽链合成终止。

终止相关的蛋白因子称为释放因子(releasefactor,RF)识别终止密码，如RF-1特异识别UAA、UAG；而RF-2可识别UAA、UGA。释放因子的功能原核生物释放因子：RF-1，RF-2，RF-3

真核生物释放因子：eRF原核肽链合成终止过程

UAG5'3'RFCOO-目录多聚核糖体(polysome)——使蛋白质合成高速、高效进行。目录电镜下的多聚核糖体现象目录（四）蛋白质的加工1蛋白质折叠新生肽链的折叠在肽链合成中、合成后完成，新生肽链N端在核糖体上一出现，肽链的折叠即开始。可能随着序列的不断延伸肽链逐步折叠，产生正确的二级结构、结构域到形成完整空间构象。一般认为，多肽链自身氨基酸顺序储存着蛋白质折叠的信息，即一级结构是空间构象的基础。细胞中大多数天然蛋白质折叠都不是自动完成，而需要其他酶、蛋白辅助。几种有促进蛋白折叠功能的大分子1.分子伴侣(molecularchaperon)

热休克蛋白(heatshockprotein,HSP)HSP70、HSP40和GreE族伴侣素(chaperonins)GroEL和GroES家族2.酶类蛋白二硫键