蛋白质的生物合成

遗传信息的传递与表达翻译（蛋白质的生物合成）:以氨基酸为原料以mRNA为模板以tRNA为运载工具以核糖体为合成场所起始、延长、终止各阶段蛋白因子参与合成后加工成为有活性蛋白质一、遗传密码

蛋白质是由20种氨基酸组成的，DNA是由A，T，C和G四种脱氧核糖核苷酸构成的，但是脱氧核糖核苷酸残基顺序决定了氨基酸的顺序！

（一）三联体密码的确立3个相连的核苷酸代表1个氨基酸，即每3个相连的核苷酸组成1个密码子，称为三联体密码。组成蛋白质的氨基酸有20种，核酸中只有4种核苷酸：

41=4＜2042=16＜2043=64＞20

三个不同的实验证明了遗传密码是由mRNA上3个连续的核苷酸残基构成的，称为三联体密码子（tripletcodons），下图给出了三个证明遗传密码是三联体密码的著名实验的示意图。（二）遗传密码子的破译

利用以下三方面的研究工作进行密码子的破译工作：

1、人工合成多种寡核苷酸作为mRNA模板；

2、建立无细胞翻译系统；

3、核糖体结合技术；应用上述方法，花了5年时间，Nirenberg等于1966年完成了20种氨基酸的全部密码的破译，并编制出了遗传密码字典。1966年，全部遗传密码都被破译。左表给出了大肠杆菌中用于蛋白质合成的遗传密码，这些遗传密码几乎是所有生物通用的。

遗传密码（geneticcode)-共64个遗传密码

mRNA5’AUGUCCACCGUAUAA3’

蛋白质N端SerThrValC端起始密码----AUG终止密码----UAA/UGA/UAG（三）遗传密码的基本特点1、密码子不重叠：每三个核苷酸为一单位，每个单位只代表一个氨基酸；2、密码的通用性：所有的生物使用同一套密码子，仅有少数例外，例如：线立体起始密码子为AUG、AUU;终止密码为AGA，AGC；色氨酸为UGA等。3、密码的连续性：两个密码子之间无任何核苷酸加以隔开和重叠，如插入或删除碱基，可发生移码突变或框移。4、密码的简并性：一种氨基酸可有多个密码子体现这一信息为简并性。密码子的前两个碱基决定其专一性，第三位碱基可有变异，如A、G、C、U。

5、密码子与反密码子的摆动配对：密码子和反密码子的第一第二两个碱基的配对是标准配对，而第三个碱基则可以随意配对。

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I-AI-CI-U二、蛋白质生物合成的主要部件核糖体：是蛋白质合成的场所，所有的核糖体都是由大小不同的两个亚基组成的。多核糖体一条mRNA链上同时具有许多个核糖体（每隔80核苷酸有一个核糖体）一条mRNA可同时合成多条多肽链30S亚基与mRNA结合形成30S核糖体-mRNA复合体，该复合体又能与tRNA专一地结合;50S亚基上有三个tRNA结合部位：氨酰-tRNA部位（aminoacylbingdingsites,A）、肽酰-tRNA部位（peptidylbingdingsites,P）和tRNA退出部位（exitsites,E）。tRNA只能识别翻译起始信号AUG反密码环：含反密码子，可与mRNA上的密码子相互识别；为密码子所特定的氨基酸tRNA结合到核蛋白体的A位，称为进位。当异二聚体在A位与mRNA结合后，改变了肽酰转移酶的活性，使得该酶能够水解肽酰-tRNA酯。2、密码的通用性：所有的生物使用同一套密码子，仅有少数例外，例如：线立体起始密码子为AUG、AUU;终止密码为AGA，AGC；起始、延长、终止各阶段蛋白因子参与起始tRNA与普通tRNA（p623)蛋白质的合成是在模板（mRNA）指导下进行的，可将合成过程分为肽链合成的起始、延伸和终止阶段。mRNA5’AUGUCCACCGUAUAA3’密码子的前两个碱基决定其专一性，第三位碱基可有变异，如A、G、C、U。（三）遗传密码的基本特点真核生物的蛋白质合成发生在细胞质中，所以需要将新合成的蛋白质向不同细胞器的转移，这个过程称为蛋白质运输或寻靶（targeting）。二、蛋白质生物合成的主要部件（3）部分肽段的切除；D环：含二氢尿嘧啶核苷酸残基，与氨甲酰-tRNA合成酶的结合有关；种类起始tRNA---tRNAfmet只能识别翻译起始信号AUG只能结合于核糖体的肽位（P位）普通tRNA----tRNAmet在翻译延长中发挥作用结合于核糖体的氨酰位（A位）或肽位（P位）起始tRNA与普通tRNA（p623)氨酰-tRNA的合成

在第一步反应中，氨基酸的羧基攻击ATP的α-磷酰基，取代焦磷酸，生成氨酰-腺苷酸中间产物:

氨基酸＋ATP＝氨基酸-AMP＋PPi合成的第二步反应是氨酰基从中间产物转移到tRNA上，生成氨酰-tRNA:

氨基酸-AMP＋tRNA=氨酰-tRNA＋AMP总反应为：

氨基酸＋tRNA＋ATP→

氨酰-tRNA＋AMP＋PPi

三、蛋白质的合成蛋白质的合成是在模板（mRNA）指导下进行的，可将合成过程分为肽链合成的起始、延伸和终止阶段。蛋白质的合成是通过一个复杂的复合体完成的，它包括核糖体、附属的蛋白质因子、mRNA和负载的tRNA分子，又称为翻译复合体。合成的起始起始复合物的形成取决于几个起始因子的作用。在原核生物中，存在着三个起始因子（InitiationFactor缩写为IF）IF－1，IF－2和IF－3。下图给出了起始复合物形成的三个步骤

IF－1结合在30S核糖体亚基上，促进IF－2和IF－3发挥作用。IF－3的一个作用是通过结合在30S的小亚基上，使小亚基维持在游离的状态，IF－3与30S的结合可以防止30S和50S亚基形成排斥mRNA的不成熟的70S复合物。它对mRNA上的转录起始位置具有很高的亲和性。

蛋白质的合成是在模板（mRNA）指导下进行的，可将合成过程分为肽链合成的起始、延伸和终止阶段。转肽作用发生后，氨基酸都位于A位，P位上无负荷氨基酸的tRNA就此脱落，核蛋白体沿着mRNA向3'端方向移动一组密码子，使得原来结合二肽酰tRNA的A位转变成了P位，而A位空出，可以接受下一个新的氨基酰tRNA进入，移位过程需要EF-G，GTP和Mg2+的参加。42=16＜20二、蛋白质生物合成的主要部件43=64＞20释放因子RF－1可以与UAA和UAG结合，而RF－2能与UAA和UGA结合，RF－3与RF－1或RF－2结合形成异二聚体，协助它们的作用。一、简述tRNA二级结构的特点及其主要结构部分的功能。结合了GTP的IF-2-GTP复合物可以特异识别起始tRNA，就是说，能够从细胞中的氨酰化的tRNA分子库中挑选出fMet-tRNAfmet。遗传密码（geneticcode)-共64个遗传密码IF－3的一个作用是通过结合在30S的小亚基上，使小亚基维持在游离的状态，IF－3与30S的结合可以防止30S和50S亚基形成排斥mRNA的不成熟的70S复合物。在原核生物中，存在着三个起始因子（InitiationFactor缩写为IF）IF－1，IF－2和IF－3。氨基酰tRNA在进位前需要有三种延长因子的作用，即，热不稳定的EF（Unstabletemperature,EF）EF-Tu,热稳定的EF(stabletemperatureEF,EF-Ts)以及依赖GTP的转位因子。蛋白质是由20种氨基酸组成的，DNA是由A，T，C和G四种脱氧核糖核苷酸构成的，但是脱氧核糖核苷酸残基顺序决定了氨基酸的顺序！氨基酰tRNA在进位前需要有三种延长因子的作用，即，热不稳定的EF（Unstabletemperature,EF）EF-Tu,热稳定的EF(stabletemperatureEF,EF-Ts)以及依赖GTP的转位因子。使蛋白质定向于内质网的信号序列研究的最清楚。

结合了GTP的IF-2-GTP复合物可以特异识别起始tRNA，就是说，能够从细胞中的氨酰化的tRNA分子库中挑选出fMet-tRNAfmet

。IF-2-GTP结合在30S亚基上，通过形成的30S复合物识别mRNA模板上的SD序列和起始密码，与mRNA相互作用，形成了一个由fMet-tRNAfmet

、IF-2-GTP以及mRNA组成的前起始复合物。

一旦形成前起始复合物，50S亚基就与30S亚基结合，同时结合在IF－2上的GTP水解生成IF-2-GDP和Pi，然后结合在前起始复合体上的起始因子IF－1和IF－3解离，最后形成由30S与50S组成的起始复合物，fMet-tRNAfmet被定位在P位。IF-2-GDP中的GDP与GTP交换重新生成IF-2-GTP。

肽链延伸

当蛋白质合成启动后，第二个密码被定位准备接收第二个氨酰-tRNA。起始氨酰-tRNA占据P位，A位被用来接收一个氨酰-tRNA，这是肽链延伸反应的第一步。

在多肽链上每增加一个氨基酸都需要经过进位，转肽和移位三个步骤。

1.进位为密码子所特定的氨基酸tRNA结合到核蛋白体的A位，称为进位。氨基酰tRNA在进位前需要有三种延长因子的作用，即，热不稳定的EF（Unstabletemperature,EF）EF-Tu,热稳定的EF(stabletemperatureEF,EF-Ts)以及依赖GTP的转位因子。EF-Tu首先与GTP结合，然后再与氨酰tRNA结合成三元复合物，这样的三元复合物才能进入A位。此时GTP水解成GDP，EF-Tu和GDP与结合在A位上的氨基酰tRNA分离。

2.转肽--肽键的形成（peptidebondformation）在70S起始复合物形成过程中，核糖核蛋白体的P位上已结合了起始型甲酰蛋氨酸tRNA，当进位后，P位和A位上各结合了一个氨基酰tRNA，两个氨基酸之间在核糖体转肽酶作用下，P位上的氨基酸提供α-COOH基，与A位上的氨基酸的α-NH2形成肽键，从而使P位上的氨基酸连接到A位氨基酸的氨基上，这就是转肽。转肽后，在A位上形成了一个二肽酰tRNA。3.移位（Translocation)

转肽作用发生后，氨基酸都位于A位，P位上无负荷氨基酸的tRNA就此脱落，核蛋白体沿着mRNA向3'端方向移动一组密码子，使得原来结合二肽酰tRNA的A位转变成了P位，而A位空出，可以接受下一个新的氨基酰tRNA进入，移位过程需要EF-G，GTP和Mg2+的参加。IF-2-GDP中的GDP与GTP交换重新生成IF-2-GTP。主要结构部分的功能如下：翻译（蛋白质的生物合成）:氨基酸臂：3’末端含有pCCA结构，功能为连接氨基酸；（1）形成-S-S-键加速折叠；3个相连的核苷酸代表1个氨基酸，即每3个相连的核苷酸组成1个密码子，称为三联体密码。密码子的前两个碱基决定其专一性，第三位碱基可有变异，如A、G、C、U。D环：含二氢尿嘧啶核苷酸残基，与氨甲酰-tRNA合成酶的结合有关；（1）形成-S-S-键加速折叠；合成后加工成为有活性蛋白质密码子的前两个碱基决定其专一性，第三位碱基可有变异，如A、G、C、U。真核生物的蛋白质合成发生在细胞质中，所以需要将新合成的蛋白质向不同细胞器的转移，这个过程称为蛋白质运输或寻靶（targeting）。只能识别翻译起始信号AUG只能结合于核糖体的肽位（P位）1966年，全部遗传密码都被破译。多肽链延伸的终止

多肽链的最后一个肽键形成后，携带新合成多肽链的肽酰-tRNA从A位转移至P位，终止密码（UAA、UAG或UGA）进入A位，在正常的细胞中没有和终止信号互补的tRNA。在E.Coli中，有三种释放因子RF－1、RF－2和RF－3（RF：ReleaseFactor）能够识别终止密码。释放因子RF－1可以与UAA和UAG结合，而RF－2能与UAA和UGA结合，RF－3与RF－1或RF－2结合形成异二聚体，协助它们的作用。RF－3也结合GTP。当异二聚体在A位与mRNA结合后，改变了肽酰转移酶的活性，使得该酶能够水解肽酰-tRNA酯。伴随着GTP的水解和释放因子从核糖体的解离，最后的多肽产物从核糖体释放出来。70S核糖体解离为30S和50S亚基，为合成另一个多肽分子作准备。蛋白质合成是个耗能过程，生成氨酰-tRNA时虽说是消耗了一个ATP，但实际上是两个高能磷酸键水解，移位和延伸时又各消耗了一个GTP，所以每形成一个肽键都需要4个高能磷酸键的水解。参见p628四、蛋白质前提的加工

多肽的修饰：

(1)切除N末端的甲酰-fMet；（2）信号肽的切除；（3）部分肽段的切除；（4）个别氨基酸残基的修饰；（5）糖基或辅基的加入；2.多肽链的折叠：

（1）形成-S-S-键加速折叠；（2）分子伴侣（监护分子）帮助折叠；五、信号肽序列