第十二章

蛋白質(zhì)的生物合成

ProteinBiosynthesis，Translation

翻譯是蛋白質(zhì)生物合成的同義詞翻譯的過程就是將核酸中由4種堿基序列組成的遺傳信息，通過遺傳密碼破譯的方式轉(zhuǎn)變成為蛋白質(zhì)中的20種氨基酸排列順序。第一節(jié)

蛋白質(zhì)生物合成體系一、翻譯模板mRNA及遺傳密碼*mRNA是遺傳信息的攜帶者

遺傳學(xué)將編碼一個多肽的遺傳單位稱為順反子(cistron)。

原核生物的一段mRNA常常編碼幾種功能相關(guān)的蛋白質(zhì)，這種mRNA被稱為多順反子（polycistron）。

真核生物的一段mRNA常常只能編碼一條多肽鏈，這種mRNA被稱為單順反子（singlecistron）。多順反子單順反子真核生物原核生物非編碼序列*mRNA上存在遺傳密碼

mRNA分子上從5至3方向，由AUG開始，每3個核苷酸為一組，決定肽鏈上某一個氨基酸或蛋白質(zhì)合成的起始、終止信號，稱為三聯(lián)體密碼（tripletcode）起始密碼（initiationcoden）:AUG終止密碼（terminationcoden）:UAA，UAG，UGA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，各個三聯(lián)體密碼連續(xù)排列編碼一個蛋白質(zhì)多肽鏈，稱為開放閱讀框架(openreadingframe,ORF)。1、連續(xù)性（Commaless）移碼突變（框移突變）遺傳密碼的特點：2、簡并性（Degeneracy）

遺傳密碼中，除色氨酸和甲硫氨酸僅有一個密碼子外，其余氨基酸有2、3、4個或多至6個三聯(lián)體為其編碼。這稱為遺傳密碼的簡并性。

編碼同一氨基酸的幾組簡并密碼子上第一二位堿基多相同，而第三位堿基改變往往不影響氨基酸翻譯。

3、擺動性

（Wobble）

密碼子與反密碼子配對，有時會出現(xiàn)不遵從堿基配對規(guī)律的情況，稱為遺傳密碼的擺動現(xiàn)象。AUC擺動配對123密碼子、反密碼子配對的擺動現(xiàn)象反密碼子第一位堿基密碼子第三位堿基I

UGA,C,U

A,G

U,C4、通用性（Universal）從病毒直到人類，細(xì)胞核DNA指導(dǎo)的蛋白質(zhì)合成都使用同一套遺傳密碼。*研究發(fā)現(xiàn)，動物細(xì)胞的線粒體DNA、植物細(xì)胞的葉綠體DNA，在翻譯時，其密碼閱讀方式不同。目錄原核生物真核生物核蛋白體小亞基大亞基核蛋白體小亞基大亞基S70S30S50S80S40S60SrRNA16S-rRNA5S-rRNA23S-rRNA18S-rRNA28S-rRNA5S-rRNA5.8S-rRNA蛋白質(zhì)rpS21種rpL36種rpS33種rpL49種不同細(xì)胞核蛋白體的組成核蛋白體的組成目錄三、tRNA與氨基酸的活化反密碼環(huán)氨基酸臂ACC123tRNA的三級結(jié)構(gòu)示意圖（一）氨基酰-tRNA合成酶tRNA分子的反密碼環(huán)與mRNA上的密碼配對。tRNA的3’-末端-CCA-OH是氨基酸的結(jié)合位點。由密碼—反密碼-氨基酸之間的“對號入座”，保證了從核酸到蛋白質(zhì)信息傳遞的準(zhǔn)確性。第一步反應(yīng)氨基酸＋ATP-E—→氨基酰-AMP-E

＋PPi

目錄第二步反應(yīng)氨基酰-AMP-E＋tRNA↓

氨基酰-tRNA＋AMP＋E目錄第二節(jié)

蛋白質(zhì)生物合成過程

翻譯的起始翻譯的延伸翻譯的終止一、肽鏈合成起始

甲硫氨酰tRNA與mRNA結(jié)合到核蛋白體上，生成翻譯起始復(fù)合物

（translationalinitiationcomplex）起始因子IF和eIF

起始步驟IFeIF亞基分離

IF3（IF1）eIF3mRNA就位

核酸–核酸，核酸–蛋白質(zhì)

eIF3,eIF1,eIF4A

之間的辨認(rèn)結(jié)合

eIF4B,CBP-1

eIF4E（CBP-2）

起始tRNA就位

IF2,GTP（IF1）

eIF2,co-eIF2-GTP

eIF3,eIF4C

大亞基結(jié)合

各種IF脫落，GTP水解eIF5,eIF4D（一）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。1、核蛋白體亞基分離起始因子IF3結(jié)合到核糖體(70S)的小亞基上，使大亞基(50S)與小亞基(30S)解離；

大小亞基解離核糖體70S+IF3+IF130S小亞基.IF3.IF1+50S大亞基

（促解離）（促IF3作用）—利于小亞基與mRNA，fMet-tRNAfMet結(jié)合。2、mRNA在小亞基定位結(jié)合（1)原核生物mRNA通過5’端S－D序列配對結(jié)合到核蛋白體小亞基上的16S-rRNA近3’-末端處（有一段短序列…UCCU…）。IF-3對此有固定作用。

(2)緊接S－D序列的小段核苷酸，又可以被核蛋白體小亞基蛋白(rps-l)辨認(rèn)結(jié)合。

S-D序列：在翻譯起始密碼子AUG的上游，相距約8—13個核苷酸處，有一段由4-9個核苷酸組成的富含嘌呤的序列。這一序列以AGGA為核心，因其發(fā)現(xiàn)者是Shine-Dalgarno而得名。mRNA上的S-D序列又稱為核蛋白體結(jié)合位點。原核生物核蛋白體小亞基上的16S-rRNA近3’-末端處，有一段短序列…UCCU…是與S-D序列互補(bǔ)的。S-D序列IF-1IF-1EE3．fMet-tRNA的結(jié)合fmet-tRNA和IF-2及GTP形成復(fù)合物，只能辨認(rèn)和結(jié)合于mRNA的起始密碼子AUG上。這個過程和mRNA在核蛋白體小亞基就位同時發(fā)生，這一結(jié)合，推動了mRNA的前移，也保證了mRNA就位的準(zhǔn)確性。

進(jìn)入起始密碼位置fMet-tRNA+IF2+GTP

小亞基上就位（IF1協(xié)助）（嚴(yán)格）4．核蛋白體大亞基結(jié)合

IF-3脫落，在已有mRNA和fMet-tRNA的小亞基上，加入核蛋白體的大亞基，成為一個已準(zhǔn)備好的翻譯系統(tǒng)整體，即翻譯起始復(fù)合物。

+50S大亞基mRNA+fMet-tRNA+小亞基70S.mRNA.fMet-tRNA

IF3IF1IF2GDP+Pi起始氨基酰tRNA

(fMet-tRNAfmet)結(jié)合到小亞基上IF-1核蛋白體大亞基結(jié)合EE

原核：起始因子——三種；IF-l、2和3真核：起始因子——十種；eIF翻譯起始：1）IF-3結(jié)合—核蛋白體30S亞基，使大、小亞基拆離；2）IF-1協(xié)助IF-3結(jié)合和亞基拆離；3）單獨的30S亞基易于與mRNA及起始tRNA結(jié)合。4）IF-2促進(jìn)fMet-tRNA結(jié)合mRNA及核蛋白體。起始因子IF和eIFIF-3IF-11.核蛋白體大小亞基分離EAUG5'3'IF-3IF-12.mRNA在小亞基定位結(jié)合目錄EIF-3IF-1IF-2GTP3.起始氨基酰tRNA(fMet-tRNAimet)結(jié)合到小亞基AUG5'3'目錄E4.核蛋白體大亞基結(jié)合，起始復(fù)合物形成AUG5'3'E（二）真核生物翻譯起始復(fù)合物形成核蛋白體大小亞基分離；起始氨基酰-tRNA結(jié)合；mRNA在核蛋白體小亞基就位；核蛋白體大亞基結(jié)合。真核生物翻譯的起始

首先，起始因子eIF3結(jié)合到核糖體（80S）的小亞基（40S）上，使大亞基（60S）與小亞基解離甲硫酰tRNA（Met-tRNAimet）結(jié)合

mRNA結(jié)合（需帽結(jié)合蛋白CBP）met40S60SMetMet40S60SmRNAeIF-2B、eIF-3、eIF-6①elF-3②GDP+Pi各種elF釋放elF-5④ATPADP+PielF4E,elF4G,elF4A,elF4B,PAB③MetMet-tRNAiMet-elF-2

-GTP真核生物翻譯起始復(fù)合物形成過程二、肽鏈合成延長根據(jù)mRNA密碼序列的指導(dǎo)，順序添加的氨基酸從N端向C端延伸肽鏈，直到合成終止的過程。

肽鏈延長在核蛋白體上連續(xù)性循環(huán)式進(jìn)行，又稱為核蛋白體循環(huán)(ribosomalcycle)，每次循環(huán)增加一個氨基酸，包括以下三步：進(jìn)位(entrance)成肽(peptidebondformation)轉(zhuǎn)位(translocation)延伸過程所需蛋白因子稱為延長因子(elongationfactor,EF)原核生物：EF-T(EF-Tu,EF-Ts)EF-G真核生物：EF-1、EF-2原核延長因子生物功能對應(yīng)真核延長因子EF-Tu促進(jìn)氨基酰-tRNA進(jìn)入A位，結(jié)合分解GTPEF-1-αEF-Ts調(diào)節(jié)亞基EF-1-βγEFG有轉(zhuǎn)位酶活性，促進(jìn)mRNA-肽酰-tRNA由A位前移到P位，促進(jìn)卸載tRNA釋放EF-2肽鏈合成的延長因子5′3′mRNA小亞基AUGP位A位fMet翻譯起始復(fù)合物E位5′3′mRNA小亞基AUGP位A位fMet乙注冊E位5′3′mRNA小亞基AUGP位A位fMet乙成肽E位5′小亞基3′mRNAAUGP位A位乙fMet轉(zhuǎn)位E位3′mRNAAUG5′P位A位乙fMet再一輪注冊E位丙又稱注冊(registration)（一）進(jìn)位指根據(jù)mRNA下一組遺傳密碼指導(dǎo)，使相應(yīng)氨基酰-tRNA進(jìn)入核蛋白體A位。

延長因子EF-T催化進(jìn)位（原核生物）

TuTsGTPAUG5'3'TuTsGTPfMetAUG5'3'TuGTP

轉(zhuǎn)肽酶催化

——核蛋白體大亞基上的蛋白質(zhì)(rpL)

P位-fMet-tRNAfMet+A位-aa-tRNA

肽(fMet成（?；ò被镹—末端)

（A位上）

A位成肽后，P位留下空載tRNA（二）成肽是由轉(zhuǎn)肽酶(transpeptidase)催化的肽鍵形成過程。E位（三）轉(zhuǎn)位（Translocation）轉(zhuǎn)位酶（Translocase）（活性存在于EFG中）EE延長因子EF-G有轉(zhuǎn)位酶活性，可結(jié)合并水解1分子GTP，促進(jìn)核蛋白體向mRNA的3'側(cè)移動。進(jìn)位轉(zhuǎn)位成肽

核蛋白體閱讀mRNA密碼子是從5’向3’方向進(jìn)行，肽鏈合成是從N-端向C端方向進(jìn)行的。真核生物肽鏈合成的延長過程與原核基本相似，但有不同的反應(yīng)體系和延長因子。另外，真核細(xì)胞核蛋白體沒有E位，轉(zhuǎn)位時卸載的tRNA直接從P位脫落。（四）真核生物延長過程三、肽鏈合成終止（Termination）

終止密碼的辨認(rèn)及

肽鏈從肽酰-tRNA水解出。

mRNA從核蛋白體中分離及大小亞基的拆開。

終止過程也需蛋白質(zhì)因子被稱為釋放因子(RF）。

終止相關(guān)的蛋白因子稱為釋放因子(releasefactor,RF)一、是識別終止密碼，如RF-1特異識別UAA、UAG；而RF-2可識別UAA、UGA。二、是誘導(dǎo)轉(zhuǎn)肽酶改變?yōu)轷ッ富钚?，相?dāng)于催化肽酰基轉(zhuǎn)移到水分子-OH上，使肽鏈從核蛋白體上釋放。釋放因子的功能原核生物釋放因子：RF-1，RF-2，RF-3真核生物釋放因子：eRF原核肽鏈合成終止過程

UAG5'3'RFCOO-多聚核蛋白體(polysome)——使蛋白質(zhì)合成高速、高效進(jìn)行。蛋白質(zhì)合成后加工和輸送PosttranslationalProcessing&ProteinTransportation第三節(jié)從核蛋白體釋放出的新生多肽鏈不具備蛋白質(zhì)生物活性，必需經(jīng)過不同的翻譯后復(fù)雜加工過程才轉(zhuǎn)變?yōu)樘烊粯?gòu)象的功能蛋白。主要包括多肽鏈折疊為天然的三維結(jié)構(gòu)肽鏈一級結(jié)構(gòu)的修飾高級結(jié)構(gòu)修飾蛋白質(zhì)生物合成的干擾和抑制

Interference&InhibitionofProteinBiosynthesis第四節(jié)

抗生素(antibiotics)是微生物產(chǎn)生的能夠殺滅或抑制細(xì)菌的一類藥物。

抗代謝藥物指