中国海洋大学 生物化学 考研 复习 蛋白质合成(新)

第十五章蛋白质的生物合成

一、蛋白质合成概述翻译：即蛋白质的合成，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。简言之，就是生物体以mRNA为模板合成蛋白质的过程。合成体系：20种aa,mRNA、tRNA、核糖体、酶和辅助因子,以及无机离子、ATP

、GTP合成方向：N→C端。一、蛋白质合成概述翻译的模板：DNA--原始模板

RNA--直接模板

翻译的场所：核蛋体（细胞质）运载工具：tRNA翻译过程分为起始、延长、终止三个阶段。二、蛋白质合成的分子基础1、rRNA

与蛋白质一起构成核糖体—蛋白质合成“工厂”。核糖体的基本功能结合mRNA，在mRNA上选择适当区域开始翻译密码子（mRNA）和反密码子（tRNA）的正确配对；肽键的形成。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形成串状—多核糖体。

P位点是结合肽酰tRNA的肽酰基的位点，A位点是结合氨酰tRNA的氨酰基的位点。2、tRNA是氨基酸的特异“搬运工具”；每一种AA至少有一种特异的

tRNA；起“接合器”作用（准确对号入座）；和

mRNA摆动配对

反密码子与mRNA的第三个核苷酸配对时，不严格遵守碱基配对原则。密码

mRNA5’3’3’5’反密码

tRNAGCUCGICAtRNA的反密码子与mRNA分子上的密码子摆动配对123123自由度的大小由tRNA反密码子第一位碱基的种类决定。3、mRNAmRNA是遗传信息的携带者；遗传学上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，称为多顺反子(Polycistron)

。真核mRNA只编码一种蛋白质，为单顺反子(Singlecistron)

。蛋白质合成时，mRNA结合于核糖体小亚基上，大亚基结合带氨基酸的tRNA，tRNA的反密码子与mRNA密码子配对，ATP供能，合成蛋白质。三、遗传密码遗传密码：mRNA中的核苷酸序列与蛋白质中氨基酸序列之间的对应关系称为遗传密码三个碱基编码一个氨基酸称为三联体密码或密码子（Coden）。密码子的发现。（一）遗传密码的破译*美国科学家Nirenberg等，1968年获诺贝尔生理学奖。*1961年，Nirenberg等人，在大肠杆菌的无细胞体系中外加poly(U)模板、20种标记的氨基酸，经保温后得到了多聚phe-phe-phe，于是推测UUU编码phe。利用同样的方法得到CCC编码pro，GGG编码gly，AAA编码lys。*如果利用poly（UC），则得到多聚Ser-Leu-Ser-Leu，推测UCU编码Ser，CUC编码Leu。*

到1965年就全部破译了64组密码子。（二）遗传密码的特点*

64个密码子中有61个编码氨基酸，3个不编码任何氨基酸而起肽链合成的终止作用，称为终止密码子，它们是UAG、UAA、UGA，密码子AUG（编码Met）又称起始密码子。*

密码子：mRNA上由三个相邻的核苷酸组成一个密码子，代表肽链合成中的某种氨基酸或合成的起始与终止信号。（二）遗传密码的特点1、方向性

从mRNA的5’到3’；2、连读性编码一个肽链的所有密码子是一个接着一个地线形排列，密码子之间既不重叠也不间隔，从起始密码子到终止密码子（不包括终止子）构成一个完整的读码框架，又称开放阅读框架（ORF）。

如果在阅读框中插入或删除一个碱基就会使其后的读码发生移位性错误（称为移码）。（二）遗传密码的特点3、简并性几种密码子编码一种氨基酸的现象称为密码子的简并性。如GGN（GGA、GGU、GGG、GGC）都编码Gly，那么这4种密码子就称为Gly的简并密码。

只有Met和Trp没有简并密码。一般情况下密码子的简并性只涉及第三位碱基。

简并性的生物学意义A、减少有害突变：假如每种氨基酸只有一个密码子，那么剩下的44个密码子都成了终止子，如果一旦哪个氨基酸的密码子发生了单碱基的点突变，那么极有可能造成肽链合成的过早终止。如GUN编码Ala，由于简并性的存在，不论第三位的U变成什么，都仍然编码Ala；B、可以使DNA上的碱基组成有较大的变化余地，而仍然保持多肽上氨基酸序列不变（意思基本同上）。（二）遗传密码的特点4、摇摆性（变偶性）

密码子中第三位碱基与反密码子第一位碱基的配对有时不遵循A-U、G-C的原则，Crick把这种情况称为摇摆性，有人也称摆动配对或不稳定配对。密码子的第三位和反密码子的第一位是摇摆位点。反密码子第一位的G可以与密码子第三位的C、U配对，U可以与A、G配对，I可以和密码子的U、C、A配对，这使得该类反密码子的阅读能力更强。密码

mRNA5’3’3’5’反密码

tRNAGCUCGICAtRNA的反密码子与mRNA分子上的密码子摆动配对123123自由度的大小由tRNA反密码子第一位碱基的种类决定。（二）遗传密码的特点5、通用性（半通用性）密码子在不同物种间几乎是完全通用的。目前只发现线粒体和叶绿体内有例外情况，这也是如火如荼的转基因的前提。但要注意的是不同生物往往偏爱某一种密码子。说明生物有共同的起源。（二）遗传密码的特点6、密码的防错系统密码子中碱基顺序与其相应氨基酸物理化学性质之间存在巧妙的关系。这种分布使得密码子中一个碱基被置换，其结果或是仍然编码相同的氨基酸；或是以物理化学性质最接近的氨基酸取代。

四、蛋白质生物合成过程（一）氨基酸的活化tRNA在氨酰-tRNA合成酶的帮助下，能够识别相应的氨基酸，并通过tRNA氨基酸臂的

3'-OH

与氨基酸的羧基形成活化酯－氨酰-tRNA。氨基酰-tRNA的形成是一个两步反应过程：第一步是氨基酸与ATP作用,形成氨基酰腺嘌呤核苷酸；第二步是氨基酰基转移到tRNA的3'-OH端上,形成氨基酰-tRNA。氨酰-tRNA合成酶监控tRNA负载的忠实性氨基酰-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酰-tRNA合成酶所识别。另一种识别错误的机制出现在氨基酸识别的水平。出现错误，及时水解。（1）氨基酸的活化和氨酰tRNA的合成是蛋白质生物合成的第一步，每一种氨基酸在被掺入肽链之前都首先被活化和连接在专一tRNA上，活化和连接都发生在氨基酸的羧基上。（2）载体tRNA凭借自身的反密码子与mRNA上的密码子相识别而把所携带的氨基酸送到肽链的一定位置上。（3）遗传信息是通过mRNA上的密码子与tRNA上的反密码子通过碱基配对翻译的。小结

★每一种氨基酸都有至少一种专一的氨酰tRNA合成酶，它既能识别氨基酸，又能识别tRNA，从而把特定的氨基酸连到对应的tRNA上，有人也把氨酰tRNA合成酶的双向识别功能称为第二遗传密码。

★氨酰-tRNA合成酶还能正确的识别和结合tRNA，对于一些酶来说，tRNA上的反密码子是其识别特征。此外，tRNA上的受体茎环也是识别特征。★氨酰tRNA合成酶（1）氨酰-tRNA合成酶的识别位点（接头合成酶）；（2）3’端-CCA上的氨基酸运载位点（接头氨基酸，装载）；（3）核糖体的识别位点（将氨基酸运送到目的地）；（4）反密码子位点（接头mRNA，验货并卸载）

tRNA是一个万能接头（二）在核糖体上合成肽链氨基酰-tRNA通过反密码臂上的三联体反密码子识别mRNA上相应的遗传密码，并将所携带的氨基酸按mRNA遗传密码的顺序安置在特定的位置，最后在核糖体中合成肽链。（三）肽链的合成过程

起始延伸

终止与释放

（1）IF3首先结合在30S亚基上，防止它过早地与50S亚基结合（2）mRNA结合到30S亚基上。mRNA通过其SD序列与16SrRNA的配对结合而使它处于核糖体上的恰当的位置，并使起始密码子AUG处于P位点，确立正确的阅读框架。

在起始密码子AUG上游9-13个核苷酸处，有一段可与核糖体16SrRNA配对结合的、富含嘌呤的3-9个核苷酸的共同序列，一般为AGGA，此序列称SD序列，帮助从起始AUG处开始翻译。

（1）IF2是一个GTP结合蛋白（特异识别起始tRNA），它先与30S亚基结合并促使起始氨酰tRNA（N—甲酰甲硫氨酰tRNA，fMet-tRNAfmet

）的密码子与mRNA上的AUG结合（P位点）；

（2）50S大亚基结合到30S小亚基上，形成起始复合物。GTP水解成GDP释放的能量引起30S亚基构象变化，50S亚基结合到30S亚基上，同时IF2和IF3释放。（1）在进入A位点之前，新氨酰tRNA首先必须与延伸因子EF—TU—GTP结合。（2）延伸因子EF—Tu是一个GTP结合蛋白，参与氨酰tRNA的就位。（3）氨酰tRNA入位后，EF—TU—GTP水解，EF—TU—GDP从核糖体上释放下来，在第二个延伸因子EF—Ts帮助下EF—Tu—GDP释放掉GDP并重新结合一分子GTP再生成EF—Tu—GTP。

现在认为肽酰转移酶活性存在于50S亚基23SrRNA上。驱动肽键形成的能量由P位点上的氨基酸与它的tRNA的高能肽酰酯键提供。新肽键形成后P位点卸载的tRNA就离开核糖体。

（1）移位需要另一个GTP结合蛋白EF—G（延伸因子Ｇ，又叫移位酶）的参与。（2）现在认为，GTP水解成GDP时释放出的能量促使核糖体构象发生变化，驱动肽酰tRNA从Ａ位点移动到Ｐ位点。（3）移位后造成核糖体Ａ位点空下，等待接纳下一个氨酰tRNA

。延伸过程小结将正确的氨酰-tRNA定位在A位；形成肽键（转肽）；使mRNA相对于核糖体移动一个密码子（移位）

当终止密码子（UAA,UAG,UGA）进入Ａ位点时肽链合成就进入终止期。

识别过程需要GTP，并改变了核糖体的构象，使肽酰转移酶的功能发生瞬时变化，转变成酯酶功能，将连接肽链与P位点tRNA的肽酰酯键水解开，肽链从核糖体上释放，mRNA与tRNA解离，核糖体解体。

五、真核细胞蛋白质合成的特点核糖体为80S，由60S的大亚基和40S的小亚基组成；起始密码AUG；起始tRNA为Met－tRNA；起始复合物结合在mRNA5’端AUG上游的帽子结构，真核mRNA无富含嘌呤的SD序列（除某些病毒mRNA外）。

蛋白质合成过程小结肽链合成方向NC（同位素证明）；以mRNA的5’-3’方向阅读遗传密码；该合成过程是一个耗能过程

肽链的起始需要5ATP，延长时只需4ATP，合成一个n肽所需能量4×n＋1ATP，原核生物中，肽链的终止不需GTP，则合成n肽所需能量3×n＋1。六、肽链合成后的“加工处理”1、N端改造:fMet的切除；2、信号肽（能透膜，进行蛋白质的锚定）的切除；3、氨基酸的修饰/改造；

肽链内或肽链间的二硫键的形成、乙酰化、甲基化

氨基酸残基的修饰（Pro-OH/Cys-OH）4、糖基化（Asp、Ser、Thr、Asn）；5、某些多肽要经特