第八章蛋白質(zhì)的生物合成目錄第一節(jié)蛋白質(zhì)合成體系第二節(jié)蛋白質(zhì)合成過(guò)程第三節(jié)肽鏈合成后的折疊與加工第四節(jié)蛋白質(zhì)定位（自學(xué)）中心法則蛋白質(zhì)生物合成:是指mRNA分子上4種核苷酸的遺傳信息，變成蛋白質(zhì)多肽鏈的20種氨基酸排列順序的過(guò)程，類似一種語(yǔ)言翻譯成另一種語(yǔ)言時(shí)的情形，所以也稱為翻譯。蛋白質(zhì)生物合成中的三大發(fā)現(xiàn)PaulZamecnik核糖體是蛋白質(zhì)生物合成的場(chǎng)所MahlonHoagland發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)運(yùn)RNA（tRNA）FrancisCrick

提出tRNA應(yīng)接器假說(shuō)第一節(jié)蛋白質(zhì)合成體系蛋白質(zhì)合成體系的組分

蛋白質(zhì)的合成是一個(gè)十分復(fù)雜的過(guò)程，蛋白質(zhì)的合成要求100多種大分子物質(zhì)參與和相互協(xié)作，這些大分子物質(zhì)包括mRNA、tRNA、核糖體、多種活化酶及各種蛋白質(zhì)因子。蛋白質(zhì)的合成不只是氨基酸之間形成肽鍵的問(wèn)題，更重要的在于安排氨基酸的排列順序，以形成千差萬(wàn)別的蛋白質(zhì)。

20種氨基酸（AA）作為原料

酶及眾多蛋白因子，如IF、eIF

ATP、GTP、無(wú)機(jī)離子參與蛋白質(zhì)生物合成的物質(zhì)包括：三種RNAmRNA（messengerRNA,信使RNA）rRNA（ribosomalRNA,核蛋白體RNA）tRNA（transferRNA,轉(zhuǎn)移RNA）合成方向：N→C端mRNA

(messengerRNA)是蛋白質(zhì)生物合成過(guò)程中直接指令氨基酸摻入的模板，是遺傳信息的載體。一、mRNA原核生物和真核生物mRNA的比較*mRNA是遺傳信息的攜帶者遺傳學(xué)將編碼一個(gè)多肽的遺傳單位稱為順?lè)醋?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?lè)醋樱╬olycistron）。

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?lè)醋樱╯inglecistron）。遺傳密碼

三聯(lián)體密碼的破譯遺傳密碼的性質(zhì)

遺傳密碼:mRNA(或DNA)中的核苷酸序列與蛋白質(zhì)中氨基酸序列之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系稱為遺傳密碼。密碼子(codon)：mRNA上每3個(gè)相鄰的核苷酸編碼蛋白質(zhì)多肽鏈中的一個(gè)氨基酸，這三個(gè)核苷酸就稱為一個(gè)密碼子或三聯(lián)體密碼。遺傳密碼字典mRNA及遺傳密碼1．mRNA作為蛋白質(zhì)生物合成的直接模板。2．mRNA分子中核苷酸順序與蛋白質(zhì)分子中氨基酸排列順序通過(guò)遺傳密碼相溝通。3．每三個(gè)核苷酸組成一個(gè)密碼子，四種堿基可組成64種密碼子，代表20種氨基酸，AUG既是起始密碼，同時(shí)也是蛋氨酸密碼子;UAA、UAG、UGA作為終止密碼。三聯(lián)體密碼的破譯2、以隨機(jī)共聚合指導(dǎo)多肽的合成例：以隨機(jī)共聚物A、C為模板，任意排列可出現(xiàn)8種三體，獲得六種氨基酸組成的多肽。1、以均聚物為模板指導(dǎo)多肽的合成3、以特定的共聚物為模板指導(dǎo)多肽的合成以特定的共聚物為模板指導(dǎo)多肽的合成

（1）以多聚二核苷酸作模板可合成由2個(gè)氨基酸組成的多肽、PolyUG的模板，合成產(chǎn)物為L(zhǎng)ys和Val。（2）以多聚三核苷酸作為模板，可得三種氨基酸組成的多肽。遺傳密碼字典UACGUCAGUCAG第二位第一位（5ˊ）第三位（3ˊ）UCAGUCAGUCAG(1)連續(xù)性和方向性:兩個(gè)密碼子之間無(wú)任何核苷酸加以隔開和重疊，如插入/刪除堿基，可發(fā)生移碼突變.方向5′——3′遺傳密碼的特點(diǎn)5′….UACGGACAUCUG….3′5′….UACCGGACAUCUG….3′酪甘組蛋酪精蘇半胱5′….UACGACAUCUG….3′酪天異亮插入缺失（3）密碼子的通用性和例外

密碼子的通用性是指生物細(xì)胞共同使用同一套遺傳密碼字典。只有在一些線粒體中使用的遺傳密碼與通用密碼有所區(qū)別。如人線粒體中UGA不再是終止密碼子，而編碼色氨酸。所以說(shuō)遺傳密碼基本通用，但非絕對(duì)通用。

（4）起始密碼子和終止密碼子在64個(gè)密碼子中，有3個(gè)密碼子不編碼任何氨基酸，從而成為肽鏈合成的終止信號(hào)，稱為終止密碼子或無(wú)義密碼子，它們是UAA、UAG、UGA。其余的61個(gè)密碼子均編碼不同的氨基酸，其中AUG既是Met的密碼子，又是肽鏈合成的起始信號(hào)，稱為起始密碼子。但細(xì)菌例外，在細(xì)菌中GUG表示起始的甲酰蛋氨酸（5）密碼子的擺動(dòng)性（變偶性）

密碼子的專一性主要是由前兩位的堿基決定，而第三位堿基有較大的靈活性。二、tRNA在蛋白質(zhì)合成中，tRNA是搬運(yùn)活性氨基酸的工具。它將氨基酸按照mRNA鏈上的密碼子所決定的氨基酸順序搬運(yùn)到蛋白質(zhì)合成的場(chǎng)所----核糖體的特定部位tRNA的三級(jí)結(jié)構(gòu)示意圖1、3‘端CCA上氨基酸接受位點(diǎn)2、識(shí)別氨酰－tRNA合成酶的位點(diǎn)（DHU、反密碼環(huán)）3、核糖體識(shí)別位點(diǎn)4、反密碼子位點(diǎn)在tRNA鏈上有三個(gè)特定的堿基，組成一個(gè)反密碼子，反密碼子與密碼子的方向相反。由于密碼的簡(jiǎn)并性，絕大多數(shù)氨基酸需要一種以上的tRNA作為轉(zhuǎn)運(yùn)工具。運(yùn)輸同一種氨基酸的不同tRNA稱為同工受體tRNA。蛋氨酸有兩種tRNA：

tRNAfmet—只與起始密碼子結(jié)合tRNAmmet—負(fù)責(zé)把MET運(yùn)到肽鏈中間真核生物起始tRNA表示為：tRNAimet用于肽鏈延伸的表示為：tRNAmet核糖體是由rRNA（ribosomalribonucleicasid）和多種蛋白質(zhì)結(jié)合而成的一種大的核糖核蛋白顆粒，蛋白質(zhì)肽鍵的合成就是在這種核糖體上進(jìn)行的。

真核生物的核糖體一部分在細(xì)胞質(zhì)中呈游離狀態(tài)，參與細(xì)胞固有蛋白質(zhì)的合成。另一部分與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)結(jié)合，形成粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)。此外在其線粒體和葉綠體中也有核糖體。原核生物的核糖體存在于細(xì)胞質(zhì)中；核糖體是一個(gè)巨大的核糖核蛋白體

功能：核糖體相當(dāng)于裝配機(jī)，大亞基有轉(zhuǎn)肽酶活性，促進(jìn)氨基酸合成肽2.核糖體的組成核糖體rRNA蛋白質(zhì)原核生物70S30S16S21種50S23S、5S34種真核生物80S40S18S30-32種60S28S、5S、5.8S36-50種核蛋白體的組成mRNA結(jié)合部位：大小亞基之間存在一條細(xì)溝，用于接納mRNA；此外，小亞基的16SrRNA可以與mRNA相互作用，從而參與mRNA與核糖體的結(jié)合。

3.核糖體上的活性部位(1)結(jié)合部位tRNA結(jié)合部位：有2個(gè)

氨?；课唬ˋ位）——氨酰tRNA的結(jié)合部位；肽基部位（P位）——正在延長(zhǎng)的多肽基tRNA的結(jié)合部位；

tRNA的這兩個(gè)結(jié)合部位有一小部分在30S亞基內(nèi)，大部分在50S亞基內(nèi)。

（1）P位：即肽位(peptidylsite)，或給位，在延長(zhǎng)成肽之后，3′端連接肽鏈的肽酰tRNA占據(jù)的位置，肽鏈轉(zhuǎn)位至此，延長(zhǎng)繼續(xù)。（2）A位：即氨基酰位(aminoacylsite)，或稱受位，每次延長(zhǎng)，氨基酰tRNA就加入到A位上，延長(zhǎng)成肽中，此位因接受肽?；湥拭芪?。原核生物翻譯過(guò)程中核蛋白體結(jié)構(gòu)模式:A位：氨基酰位(aminoacylsite)P位：肽酰位(peptidylsite)E位：排出位(exitsite)催化肽鍵形成的部位：稱為肽基轉(zhuǎn)移酶，又叫轉(zhuǎn)肽酶。位于大亞基上。1992年發(fā)現(xiàn)該活性是由23SrRNA提供的。

3.核糖體上的活性部位(2)催化部位催化GTP水解的部位：

位于大亞基上，在核糖體移位期間將GTP水解成GDP和Pi。多核糖體一mRNA上同時(shí)結(jié)合多個(gè)核蛋白體進(jìn)行蛋白質(zhì)多肽鏈合成，每個(gè)核糖體獨(dú)立完成一條多肽鏈的合成。四、輔助因子在蛋白質(zhì)合成體系中，還有溶解在胞質(zhì)中的蛋白質(zhì)，在蛋白質(zhì)合成的不同階段起作用.蛋白質(zhì)因子第二節(jié)蛋白質(zhì)的生物合成過(guò)程★氨基酸的活化★多肽鏈合成的起始★肽鏈的延長(zhǎng)★肽鏈合成終止（以原核為例）一、氨基酸的活化

游離氨基酸摻入多肽鏈以前必須活化即氨基酸與特異tRNA形成氨酰-tRNA。原因有兩個(gè)：第一，蛋白質(zhì)的合成依賴于tRNA的接頭作用，以保證正確的氨基酸得到整合，每個(gè)氨基酸為了參與蛋白質(zhì)合成必須共價(jià)連接到tRNA分子上。第二，氨基酸與tRNA之間形成的共價(jià)鍵是一個(gè)高能鍵，它使氨基酸和正在延伸的多肽鏈末端反應(yīng)形成新的肽鍵，因此,這一氨酰-tRNA的合成過(guò)程被稱為氨基酸的活化。1.氨酰-tRNA的形成

氨基酸的活化是指氨基酸與tRNA相連，形成氨酰-tRNA的過(guò)程。

氨基酸的活化在細(xì)胞質(zhì)中進(jìn)行。反應(yīng)由氨酰-tRNA合成酶（又稱氨基酸活化酶）催化。AA的活化：AA+ATP+tRNA→AA-tRNA+AMP+PPi活化過(guò)程分兩步：氨基酸與ATP生成氨酰AMP氨酰AMP轉(zhuǎn)化為氨酰tRNA第一步反應(yīng)氨基酸＋ATP-E—→氨基酰-AMP-E

＋PPi

氨基酸羧基通過(guò)酸酐鍵與AMP上的5-磷酸基相連第二步反應(yīng)氨基酰-AMP-E＋tRNA↓

氨基酰-tRNA＋AMP＋E氨酰-tRNA合成酶：此酶具有較高專一性，能有效識(shí)別tRNA和相應(yīng)的氨基酸。是只作用于L-氨基酸，形成氨酰-tRNA，對(duì)D-氨基酸不起作用。此酶具有校對(duì)功能。活化一個(gè)氨基酸消耗2分子ATP。氨基酰tRNA的表示方法氨基酰-tRNA書寫規(guī)則：aa-tRNAaa；Arg-tRNAArg；原核生物：起始密碼（AUG、GUG、UUG）

——編碼N-甲酰甲硫氨酸

fMet、tRNAfMet，

fMet-tRNAfMet；真核生物：起始密碼（AUG）

——編碼甲硫氨酸

Met、Met-tRNAiMet；翻譯過(guò)程：密碼（AUG）

——編碼甲硫氨酸Met、Met-tRNAeMet1）識(shí)別mRNA的起始密碼子為AUG，而AUG對(duì)應(yīng)的氨基酸為Met。2）有兩種甲硫氨酸專一性的tRNA：tRNAfmet—只與起始密碼子結(jié)合tRNAmmet—只與肽鏈內(nèi)部的AUG有關(guān)在原核生物中，多肽鏈起始的氨基酸均為甲酰甲硫氨酸。

2.起始氨酰tRNA的形成蛋白質(zhì)生物合成過(guò)程翻譯的起始翻譯的延伸翻譯的終止(一)起始密碼子(起始信號(hào))的識(shí)別蛋白質(zhì)合成的起始過(guò)程很復(fù)雜，細(xì)菌中多肽的合成并不是從mRNA的5ˊ-端第一個(gè)核苷酸開始的。被轉(zhuǎn)譯的頭一個(gè)密碼子往往位于5ˊ-端的第25個(gè)核苷酸以后。在核糖體小亞基內(nèi)部的16SrRNA的3ˊ-端含有一個(gè)或幾個(gè)富含嘧啶堿基的序列，而在mRNA上起始密碼子AUG的5ˊ端處大約10個(gè)核苷酸的富含嘌呤堿基的序列，這兩個(gè)序列恰好有堿基互補(bǔ)的關(guān)系。所以有兩種相互作用確定了蛋白質(zhì)合成的起始部位：一是mRNA的5ˊ端序列與16SrRNA3ˊ端序列的配對(duì)，二是mRNA上起始密碼子與fMet-tRNAf的反密碼子的配對(duì)。

是指mRNA和起始氨基酰－tRNA分別與核蛋白體結(jié)合而形成翻譯起始復(fù)合物的過(guò)程。(二)起始復(fù)合物的形成現(xiàn)已清楚，原核細(xì)胞中多肽的合成都自甲硫氨酸開始，但并不是以甲硫氨酸-tRNA作起始物，而是以N-甲酰甲硫氨酸-tRNA（縮寫fMet-tRNAf）的形式起始。即一種特殊的tRNA將甲酰甲硫氨酸攜帶到核糖體上起始蛋白質(zhì)的合成過(guò)程。這種起始tRNA（縮寫為tRNAf）與攜帶甲硫氨酸將其參入到肽鏈中的tRNA(縮寫為tRNAm）是不同的，f表示結(jié)合到起始tRNA上的甲硫氨酸可以被甲酰化，而結(jié)合到tRNAm上的甲硫氨酸卻不能被甲?；?。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。

真核生物與原核生物核糖體循環(huán)的起始過(guò)程的不同點(diǎn)：

1.起始Met-tRNAMet不需甲酰化；

2.起始因子不少于10種；

3.小亞基先與Met-tRNAMet結(jié)合，再與

mRNA結(jié)合；

4.ATP供能。肽鏈合成延長(zhǎng)肽鏈合成的延長(zhǎng)是指根據(jù)mRNA密碼序列的指導(dǎo)依次添加氨基酸從N向C端延伸肽鏈，直到合成的終止。分三步：進(jìn)位成肽轉(zhuǎn)位

通過(guò)以上三步，完成了氨基酸的一輪添加。每延伸一個(gè)氨基酸，需要消耗2分子GTP→GDP。（進(jìn)位和移位）而氨基酸活化需消耗2個(gè)高能磷酸鍵，每增加1個(gè)氨基酸殘基實(shí)際消耗4個(gè)高能磷酸鍵.

此過(guò)程還需要一些蛋白質(zhì)因子的參與，稱為延長(zhǎng)因子（EF）

隨著核糖體在mRNA上從5'→3'方向滑動(dòng)，新生鏈從N端→C端延伸。mRNA上的核苷酸序列被“翻譯”成多肽鏈上的氨基酸序列肽鏈合成的終止與釋放

當(dāng)核糖體在mRNA上由5'→3'移動(dòng)至終止密碼子（UAA、UAG、UGA）時(shí)，由于沒(méi)有與之相應(yīng)的tRNA，終止因子RF進(jìn)入A位。

1

終止因子使肽基轉(zhuǎn)移酶的活性轉(zhuǎn)變?yōu)樗饷富钚?肽基不再轉(zhuǎn)移到氨酰tRNA上，而是轉(zhuǎn)移給水分子)，從而將肽酰tRNA水解。這樣肽鏈被釋放。2

空載的tRNA也離開核糖體。3核糖體的大小亞基解離并離開mRNA。4真核生物多肽鏈的合成（自學(xué)）1、真核細(xì)胞核糖體比原核細(xì)胞核糖體更大更復(fù)雜；2、起始氨基酸為Met，不是fMet；3、肽鏈合成的起始：由40S核糖體亞基首先識(shí)別mRNA的5’端-帽子，然后沿mRNA移動(dòng)尋找AUG；4、起始因子有12種，但只有2種延長(zhǎng)因子和1種終止因子；5、真核細(xì)胞種線粒體、葉綠體的核糖體大小、組成及蛋白質(zhì)合成過(guò)程都類似于原核細(xì)胞。第三節(jié)肽鏈合成后的折疊與加工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(guò)不同的翻譯后復(fù)雜加工過(guò)程才轉(zhuǎn)變?yōu)樘烊粯?gòu)象的功能蛋白。

多肽鏈的折疊是指從多肽鏈氨基酸序列形成正確的三維結(jié)構(gòu)的過(guò)程。

蛋白質(zhì)二硫鍵異構(gòu)酶（proteindisulfideisomerase）和肽基脯氨酸異構(gòu)酶（peptidylprolylisomerase）參與蛋白質(zhì)的折疊過(guò)程。

前者能加速蛋白質(zhì)正確二硫鍵的形成。后者則加速脯氨酸亞氨基肽鍵的順-反異構(gòu)化。

1.多肽鏈的折疊

多肽鏈的修飾是指多肽鏈中氨基酸殘基被切除或在氨基酸殘基中添加和改變一些基團(tuán),從而使多肽鏈形成具有一定高級(jí)結(jié)構(gòu)和生物活性的蛋白質(zhì)分子的過(guò)程。2.多肽鏈的修飾

(1)末端氨基的去