蛋白質(zhì)的生物合成1學(xué)習(xí)規(guī)定1.

理解三種RNA在蛋白質(zhì)合成中的作用2.掌握遺傳密碼的特性3.理解蛋白質(zhì)的合成過(guò)程，理解多聚核糖體的概念5.

理解多肽鏈的折疊與加工過(guò)程；理解各類蛋白質(zhì)的傳遞過(guò)程2§1

信使RNA和遺傳密碼(一)mRNA與遺傳信息的傳遞(二)遺傳密碼的破譯(三)遺傳密碼的特性3§1.1

mRNA與遺傳信息的傳遞

蛋白質(zhì)合成的信息來(lái)自于DNA，合成的模板是mRNA蛋白質(zhì)的合成是在核糖體上進(jìn)行的，而遺傳信息載體DNA存在于核中，必然有一種中間物來(lái)傳遞DNA上的信息。推測(cè)這種中間物極不穩(wěn)定，在蛋白質(zhì)合成時(shí)產(chǎn)生，合成結(jié)束后又分解，半壽期很短。后來(lái)科學(xué)家用試驗(yàn)證明這種中間物就是mRNA

4中心法則DNA將其遺傳信息轉(zhuǎn)移到mRNA，再由mRNA將這種遺傳信息體現(xiàn)為蛋白質(zhì)中氨基酸次序的過(guò)程叫做翻譯51954年,物理學(xué)家GamouvG首先對(duì)遺傳密碼進(jìn)行探討。他認(rèn)為核酸分子中只有四種堿基，顯然堿基與氨基酸的關(guān)系不是一對(duì)一的關(guān)系。若兩個(gè)堿基決定一種氨基酸只能編碼16種氨基酸，也是不夠的；而三個(gè)堿基對(duì)一種氨基酸，四個(gè)堿基可產(chǎn)生64個(gè)密碼，足以編碼20種氨基酸，因此編碼氨基酸的最低堿基數(shù)是3，即密碼子也許是三聯(lián)體mRNA上的三個(gè)核苷酸決定一種氨基酸6§1.2

遺傳密碼的破譯遺傳密碼的概念：mRNA上的核苷酸次序與蛋白質(zhì)中的氨基酸之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系稱為遺傳密碼。mRNA上每三個(gè)持續(xù)核苷酸對(duì)應(yīng)一種氨基酸，這三個(gè)核苷酸就稱為一種密碼子，或三聯(lián)體密碼(tripletcodons)1961年，Nirenberg等人用大腸桿菌的無(wú)細(xì)胞體系在多種RNA的人工模板下合成多肽，從而推斷出各氨基酸的密碼子，后來(lái)他與Khorana以及霍利分享了1968年諾貝爾生理學(xué)獎(jiǎng)7第一種試驗(yàn)是1961年由美國(guó)的M.Nirenberg等人完畢的，他首先運(yùn)用多核苷酸磷酸化酶合成了一條由相似核苷酸構(gòu)成的多核苷酸鏈,用它作模板,運(yùn)用大腸桿菌蛋白提取液和GTP在體外合成蛋白質(zhì)。發(fā)現(xiàn)多聚(U)導(dǎo)致多聚Phe的合成,表明多聚(U)編碼多聚Phe；類似的試驗(yàn)表明,多聚(A)編碼多聚Lys；多聚(C)編碼多聚Pro遺傳密碼破譯的三個(gè)試驗(yàn)8第二個(gè)試驗(yàn)(核糖體結(jié)合技術(shù))是1964年也是由美國(guó)的M.Nirenberg等人完畢的。他們首先合成一種已知序列的核苷酸三聚體，然后與大腸桿菌核糖體和氨酰tRNA一起溫育。由此確定與已知核苷酸三聚體結(jié)合的tRNA上連接的是哪一種氨基酸。該試驗(yàn)對(duì)于幾種密碼編碼同一種氨基酸提供了直接的、最佳的證據(jù)遺傳密碼破譯的三個(gè)試驗(yàn)9第三個(gè)試驗(yàn)是由Jones,Khorana等人完畢的。他們運(yùn)用有機(jī)化學(xué)和酶法制備了已知的核苷酸反復(fù)序列，以此多聚核苷酸作模板，在體外進(jìn)行蛋白質(zhì)合成，發(fā)現(xiàn)可以生成三種反復(fù)的多肽鏈。若從A翻譯，則合成出多聚Ile，即AUC對(duì)應(yīng)Ile；若從U翻譯，則合成出多聚Ser，即UCA對(duì)應(yīng)Ser；若從C翻譯，則合成出多聚His，即CAU對(duì)應(yīng)His。這是由于體外合成是無(wú)調(diào)控的合成，可以隨機(jī)地從A、或U、或C翻譯，因此有三種反復(fù)的多肽鏈生成遺傳密碼破譯的三個(gè)試驗(yàn)10mRNA是蛋白質(zhì)合成的模板11遺傳密碼的基本單位12無(wú)標(biāo)點(diǎn)、不重疊：密碼子是不重疊的，每個(gè)三聯(lián)體中的三個(gè)核苷酸只編碼一種氨基酸，核苷酸不重疊使用方向性：密碼子的閱讀方向是從5’到3’端簡(jiǎn)并(degeneracy)和變偶(擺動(dòng))：同一種氨基酸可以由兩種或兩種以上的密碼子所決定，這幾種密碼子稱為同義密碼子。多數(shù)狀況下同義密碼子的第一第二個(gè)堿基相似，第三個(gè)堿基不一樣，闡明密碼的專一性重要是由第一第二個(gè)堿基決定通用性和變異性：絕大多數(shù)密碼子對(duì)多種生物都合用，某些線粒體中遺傳密碼有例外§1.3

遺傳密碼子的特點(diǎn)13從mRNA5端起始密碼子AUG到3端終止密碼子之間的核苷酸序列，各個(gè)三聯(lián)體密碼持續(xù)排列編碼一種蛋白質(zhì)多肽鏈，稱為開(kāi)放閱讀框架(openreadingframe,ORF)開(kāi)放閱讀框架14遺傳密碼的基本單位15遺傳密碼的簡(jiǎn)并性16遺傳密碼的變偶性17遺傳密碼的變偶性18遺傳密碼的防錯(cuò)系統(tǒng)19遺傳密碼的通用性和變異性20mRNA攜帶著DNA的遺傳信息，是多肽鏈的合成模板在原核細(xì)胞內(nèi)，存在時(shí)間短，在轉(zhuǎn)錄的同步翻譯在真核細(xì)胞內(nèi)，較穩(wěn)定蛋白質(zhì)合成時(shí)，mRNA結(jié)合于核糖體小亞基上，大亞基結(jié)合帶氨基酸的tRNA，tRNA的反密碼子與mRNA密碼子配對(duì)，ATP供能，合成蛋白質(zhì)§2.1

mRNA是蛋白質(zhì)合成的模板§2

RNA在蛋白質(zhì)生物合成中的作用21起始密碼的選擇22mRNA是蛋白質(zhì)合成的模板23§2.2

tRNA轉(zhuǎn)運(yùn)氨基酸到mRNA模板24結(jié)合氨基酸：一種氨基酸有幾種tRNA攜帶，結(jié)合需要ATP供能,氨基酸結(jié)合在tRNA3-CCA的位置。反密碼子：每種tRNA的反密碼子，決定了所帶氨基酸能精確的在mRNA上對(duì)號(hào)入座反密碼子與mRNA的第三個(gè)核苷酸配對(duì)時(shí)，不嚴(yán)格遵從堿基配對(duì)原則tRNA轉(zhuǎn)運(yùn)氨基酸到mRNA模板25tRNA的反密碼子譯出mRNA的密碼子1、tRNA的活化2、tRNA反密碼子與mRNA密碼子的識(shí)別3、蛋白質(zhì)因子26氨基酸的活化tRNA在氨基酰-tRNA合成酶的協(xié)助下，可以識(shí)別對(duì)應(yīng)的氨基酸，并通過(guò)tRNA氨基酸臂的3'-OH與氨基酸的羧基形成活化酯－氨基酰-tRNA氨基酰-tRNA的形成是一種兩步反應(yīng)過(guò)程：第一步是氨基酸與ATP作用,形成氨基酰腺嘌呤核苷酸；第二步是氨基?；D(zhuǎn)移到tRNA的3'-OH端上,形成氨基酰-tRNA27第一步反應(yīng)28第二步反應(yīng)氨基酰-AMP-E＋tRNA↓氨基酰-tRNA＋AMP＋E29氨基酸活化的總反應(yīng)式氨基酰-tRNA合成酶氨基酸+ATP+tRNA+H2O氨基酰-tRNA+AMP+PPi每一種氨基酸至少有一種對(duì)應(yīng)的氨基酰-tRNA合成酶。它既催化氨基酸與ATP的作用,也催化氨基?；D(zhuǎn)移到tRNA氨基酰-tRNA合成酶具有高度的專一性。每一種氨基酰-tRNA合成酶只能識(shí)別一種對(duì)應(yīng)的tRNAtRNA分子能接受對(duì)應(yīng)的氨基酸,決定于它特有的堿基次序,而這種堿基次序可以被氨基酰-tRNA合成酶所識(shí)別30aa-tRNA是在蛋白質(zhì)因子的作用下，通過(guò)TCG環(huán)與核糖體5SrRNA(真核細(xì)胞為5.8SrRNA)分子的互補(bǔ)關(guān)系而進(jìn)入核糖體的。但某一特定aa－tRNA的進(jìn)入與否取決于aa-tRNA的反密碼子與mRNA密碼子與否能互相識(shí)別反密碼子與密碼子的配對(duì)并不十分嚴(yán)格，由于同一種氨基酸與不一樣tRNA結(jié)合的現(xiàn)象，因此只是密碼子的前兩個(gè)堿基必需精確配對(duì)，而第三個(gè)堿基可以錯(cuò)配(搖擺)，這就是搖擺學(xué)說(shuō)所要闡明的現(xiàn)象

近年來(lái)，又發(fā)現(xiàn)了一種新的現(xiàn)象，假如編碼蛋白質(zhì)的基因發(fā)生了點(diǎn)突變，tRNA也伴隨發(fā)生突變以校正上述基因的突變，以合成一條正常的多肽鏈，這種tRNA叫做校正tRNA，它的作用機(jī)制也是以密碼子與反密碼子間不十分嚴(yán)密的配對(duì)為基礎(chǔ)的密碼子與反密碼子的識(shí)別31§2.3

rRNA和蛋白質(zhì)構(gòu)成核糖體32原核生物核糖體構(gòu)成真核生物核糖體構(gòu)成33rRNA和蛋白質(zhì)構(gòu)成核糖體34E.coli的小亞基能單獨(dú)與mRNA結(jié)合成為30s核糖體-mRNA復(fù)合體，后者可以與tRNA專一性結(jié)合，而大亞基則不能核糖體上可辨別出4個(gè)功能部位：A部位：也稱氨基部位或受位，重要位于大亞基上，是接受氨?；?tRNA的部位P部位：也稱肽酰基部位或供位，也位于大亞基上，是肽酰基-tRNA移交肽鏈后，tRNA釋放的部位肽基轉(zhuǎn)移酶部位：肽基轉(zhuǎn)移酶也稱肽合成酶，簡(jiǎn)稱T因子，位于大亞基上，其作用是在肽鏈合成過(guò)程中催化氨基酸與氨基酸間形成肽鍵GTP酶部位：GTP酶也稱轉(zhuǎn)位酶，簡(jiǎn)稱G因子，能分解GTP分子，并將肽?；?tRNA由A部位移到P部位35原核生物翻譯過(guò)程中核蛋白體構(gòu)造模式A位：氨基酰位(aminoacylsite)P位：肽酰位(peptidylsite)E位：排出位(exitsite)3637結(jié)合mRNA，在mRNA上選擇合適的區(qū)域開(kāi)始翻譯密碼子(mRNA)和反密碼子(tRNA)的對(duì)的配對(duì)催化肽鍵的形成

核糖體的基本功能38核糖體重要存在粗面ER39三種RNA作用小結(jié)40§3

蛋白質(zhì)的合成過(guò)程氨基酸活化在核糖體上合成肽鏈肽鏈合成的終止和釋放41蛋白質(zhì)因子蛋白質(zhì)的合成過(guò)程可分為起始、延伸和終止三個(gè)過(guò)程，每個(gè)過(guò)程部有許多蛋白質(zhì)因子參與。1.起始因子：蛋白質(zhì)合成的起始過(guò)程是形成［核糖體·mRNA·tRNA］三元復(fù)合物的過(guò)程，必須在蛋白因子的協(xié)助下進(jìn)行。與起始復(fù)合物形成有關(guān)的所有蛋白質(zhì)因子統(tǒng)稱為起始因子2.延伸因子：蛋白質(zhì)合成的延伸過(guò)程包括”aa-tRNA進(jìn)入核糖體、肽鏈形成和移位等過(guò)程。在真核細(xì)跑中這一過(guò)程需要EF-1和EF-2等延伸因子的作用。423.釋放因子：當(dāng)mRNA分子上密碼子閱讀進(jìn)入終止密碼（UAA，UAG，UGA）時(shí)，aa-tRNA不再與核糖體結(jié)合，此時(shí)釋放因子與終止密碼子結(jié)合，制止mRNA的深入閱讀43§3.1

甲硫氨酰-tRNA啟動(dòng)蛋白質(zhì)合成44原核生物翻譯起始復(fù)合物形成核蛋白體大小亞基分離；mRNA在小亞基定位結(jié)合；起始氨基酰-tRNA的結(jié)合；核蛋白體大亞基結(jié)合。45形成起始復(fù)合體4616SrRNA與SD序列的配對(duì)47§3.2

在核糖體上合成肽鏈氨基酰-tRNA通過(guò)反密碼臂上的三聯(lián)體反密碼子識(shí)別mRNA上對(duì)應(yīng)的遺傳密碼，并將所攜帶的氨基酸按mRNA遺傳密碼的次序安頓在特定的位置，最終在核糖體中合成肽鏈肽鏈的合成過(guò)程（以原核為例）起始延伸終止與釋放48肽鏈的延長(zhǎng)進(jìn)位：(氨酰tRNA進(jìn)入A位點(diǎn)）參與因子：延長(zhǎng)因子EFTu（Tu）、EFTs（Ts）、GTP、氨酰tRNA肽鏈的形成：肽?；鶑腜位點(diǎn)轉(zhuǎn)移到A位點(diǎn)，形成新的肽鏈移位(translocase)在移位因子（移位酶）EF－G的作用下，核糖體沿mRNA（5’-3’）作相對(duì)移動(dòng)，使本來(lái)在A位點(diǎn)的肽酰－tRNA回到P位點(diǎn)49肽鏈延長(zhǎng)：核蛋白體循環(huán)50核蛋白體循環(huán)：進(jìn)位51肽鏈合成的延伸轉(zhuǎn)肽結(jié)合過(guò)程一旦完畢立即進(jìn)行轉(zhuǎn)肽。通過(guò)肽基轉(zhuǎn)移酶的催化使P位上的fmet-tRNA(肽基-tRNA)轉(zhuǎn)到A位上的aa-tRNA的游離氨基上，形成肽鍵，并釋放出本來(lái)在P位上的tRNA。這個(gè)反應(yīng)不需能量。肽基轉(zhuǎn)移酶是50S核糖體亞基上的一種蛋白質(zhì)組分52核蛋白體循環(huán)：轉(zhuǎn)肽53移位核糖體從mRNA的5‘向3’方向移動(dòng)一種三聯(lián)體的距離，于是攜帶著肽基的tRNA連同mRNA從核糖體的A位移到P位：這個(gè)過(guò)程稱為移位，由移位酶（或稱G因子）催化，并須有供能的GTP參與。G因子具有GTP酶活力，能催化GTP分解放出能量。由于核糖體的移動(dòng)，本來(lái)在A位上的肽基-tRNA已經(jīng)移到P位，于是第三個(gè)密碼于進(jìn)入A位，等待著第三個(gè)aa-tRNA進(jìn)入肽鏈合成的延伸54核蛋白體循環(huán)：移位55進(jìn)位移位轉(zhuǎn)肽56核蛋白體循環(huán)57§3.3

蛋白質(zhì)合成的終止58一條mRNA鏈上有多種核糖體59§3.4

蛋白質(zhì)合成的物質(zhì)條件60蛋白質(zhì)合成的特點(diǎn)肽鏈合成方向NC（同位素證明）以mRNA的53方向閱讀遺傳密碼該合成過(guò)程是一種耗能過(guò)程肽鏈的起始需要5ATP，延長(zhǎng)時(shí)只需4ATP，合成一種n肽所需能量4×n＋1ATP，原核生物中，肽鏈的終止不需GTP，則合成n肽所需能量3×n＋161鏈霉素、卡那霉素、新霉素等重要克制革蘭氏陰性細(xì)菌蛋白質(zhì)合成的三個(gè)階段：①克制起始復(fù)合物的形成，使氨基酰tRNA從復(fù)合物中脫落；②在肽鏈延伸階段，使氨基酰tRNA與mRNA錯(cuò)配；③在終止階段，阻礙終止因了與核蛋白體結(jié)合，使已合成的多肽鏈無(wú)法釋放，并且還克制70S核糖體的解離§3.5蛋白質(zhì)合成的克制劑62四環(huán)素、土霉素和金霉素：與30s亞基結(jié)合

氯霉素：克制50s亞基白喉霉素（diphtheriatoxin）由白喉?xiàng)U菌所產(chǎn)生的白喉霉素是真核細(xì)胞蛋白質(zhì)合成克制劑。它對(duì)真核生物的延長(zhǎng)因子-2(EF-2)起共價(jià)修飾作用，從而使EF-2失活，它的催化效率很高，只需微量就能有效地克制細(xì)胞整個(gè)蛋白質(zhì)合成，而導(dǎo)致細(xì)胞死亡亞胺環(huán)己酮（放線菌酮）只克制真核60S亞基的肽酰轉(zhuǎn)移酶活性蛋白質(zhì)合成的克制劑63§3.6蛋白質(zhì)合成之后的靶