蛋白質(zhì)的生物合成

（翻譯）

ProteinBiosynthesis，Translation蛋白質(zhì)的生物合成，即翻譯，就是將核酸中由4種核苷酸序列編碼的遺傳信息，通過(guò)遺傳密碼破譯的方式解讀為蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)中20種氨基酸的排列順序。核苷酸三聯(lián)體決定氨基酸的對(duì)應(yīng)關(guān)系主要內(nèi)容第一節(jié)蛋白質(zhì)生物合成體系第二節(jié)蛋白質(zhì)生物合成過(guò)程第三節(jié)蛋白質(zhì)合成后加工和輸送第四節(jié)蛋白質(zhì)生物合成的干擾和抑制蛋白質(zhì)合成體系

ProteinBiosynthesisSystem

第一節(jié)20種氨基酸(AA)作為原料酶及眾多蛋白因子

如IF、eIF

ATP、GTP參與蛋白質(zhì)生物合成的物質(zhì)：

三種RNAmRNA（messengerRNA）rRNA（ribosomalRNA）tRNA（transferRNA）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(gè)多肽的遺傳單位稱為順?lè)醋?cistron)。原核細(xì)胞中數(shù)個(gè)結(jié)構(gòu)基因常串聯(lián)為一個(gè)轉(zhuǎn)錄單位，轉(zhuǎn)錄生成的mRNA可編碼幾種功能相關(guān)的蛋白質(zhì)，為多順?lè)醋?polycistron)mRNA

。真核一個(gè)mRNA只編碼一種蛋白質(zhì)，為單順?lè)醋?singlecistron)mRNA。

原核生物的多順?lè)醋诱婧松锏膯雾樂(lè)醋臃蔷幋a序列核蛋白體結(jié)合位點(diǎn)起始密碼子終止密碼子編碼序列PPP5

3

蛋白質(zhì)PPPmG-5

3

蛋白質(zhì)

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(gè)核苷酸為一組，決定肽鏈上某一個(gè)氨基酸或蛋白質(zhì)合成的起始、終止信號(hào)，稱為三聯(lián)體密碼(tripletcoden)。起始密碼(initiationcoden):AUG終止密碼(terminationcoden):UAA，UAG，UGA遺傳密碼表從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)體密碼連續(xù)排列編碼一個(gè)蛋白質(zhì)多肽鏈，稱為開放閱讀框架(openreadingframe,ORF)。1.連續(xù)性(commaless)遺傳密碼的特點(diǎn)編碼蛋白質(zhì)氨基酸序列的各個(gè)三聯(lián)體密碼連續(xù)閱讀，密碼間既無(wú)間斷也無(wú)交叉。基因損傷引起mRNA閱讀框架內(nèi)的堿基發(fā)生插入或缺失，可能導(dǎo)致框移突變(frameshiftmutation)。

TyrGlySerArgProThrAsp2.簡(jiǎn)并性(degeneracy)遺傳密碼中，除色氨酸和甲硫氨酸僅有一個(gè)密碼子外，其余氨基酸有2、3、4個(gè)或多至6個(gè)三聯(lián)體為其編碼。2.簡(jiǎn)并性(degeneracy)3.通用性(universal)蛋白質(zhì)生物合成的整套密碼，從原核生物到人類都通用。少數(shù)例外，如動(dòng)物細(xì)胞的線粒體、植物細(xì)胞的葉綠體。4.擺動(dòng)性(wobble)轉(zhuǎn)運(yùn)氨基酸的tRNA的反密碼需要通過(guò)堿基互補(bǔ)與mRNA上的遺傳密碼反向配對(duì)結(jié)合，但反密碼與密碼間不嚴(yán)格遵守常見的堿基配對(duì)規(guī)律，稱為擺動(dòng)配對(duì)。U擺動(dòng)配對(duì)密碼子、反密碼子配對(duì)的擺動(dòng)現(xiàn)象tRNA反密碼子第1位堿基IUGACmRNA密碼子第3位堿基U,C,AA,GU,CUG二、核蛋白體是多肽鏈合成的裝置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S值70S30S50S80S40S60SrRNA16S-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)三、tRNA與氨基酸的活化反密碼環(huán)氨基酸臂tRNA的三級(jí)結(jié)構(gòu)示意圖氨基酸+tRNA氨基酰-tRNAATP

AMP＋PPi氨基酰-tRNA合成酶（一）氨基酰-tRNA合成酶(aminoacyl-tRNAsynthetase)氨基酸的活化tRNA與酶結(jié)合模型tRNA氨基酰-tRNA合成酶ATP第一步反應(yīng)氨基酸＋ATP-E—→氨基酰-AMP-E

＋PPi

第二步反應(yīng)氨基酰-AMP-E＋tRNA↓

氨基酰-tRNA＋AMP＋E氨基酰-tRNA合成酶對(duì)底物氨基酸和tRNA都有高度特異性。氨基酰-tRNA合成酶具有校正活性(proofreadingactivity)。氨基酰-tRNA的表示方法：Ala-tRNAAla

Ser-tRNASerMet-tRNAMet

真核生物：Met-tRNAiMet(initiator-tRNA)原核生物：fMet-tRNAifMet(N-formylmethionine)（二）起始肽鏈合成的氨基酰-tRNA蛋白質(zhì)生物合成過(guò)程

TheProcessofProteinBiosynthesis

第二節(jié)翻譯的起始(initiation)翻譯的延長(zhǎng)(elongation)翻譯的終止(termination)整個(gè)翻譯過(guò)程可分為：一、肽鏈合成起始指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

(translationalinitiationcomplex)。原核、真核生物各種起始因子的生物功能e（一）原核生物翻譯起始復(fù)合物形成1.核蛋白體大小亞基分離；2.mRNA在小亞基定位結(jié)合；3.起始氨基酰-tRNA的結(jié)合；4.核蛋白體大亞基結(jié)合。IF-3IF-11.核蛋白體大小亞基分離AUG5'3'IF-3IF-12.mRNA在小亞基定位結(jié)合S-D序列：mRNA起始密碼前的一段富含嘌呤核苷酸的序列,可與核糖體小亞基16S-rRNA上富含嘧啶序列相結(jié)合。

IF-3IF-1IF-2GTP3.起始氨基酰tRNA(fMet-tRNAimet)結(jié)合到小亞基AUG5'3'IF-3IF-1IF-2GTPGDPPi4.核蛋白體大亞基結(jié)合，起始復(fù)合物形成AUG5'3'IF-3IF-1AUG5'3'IF-2GTPIF-2-GTPGDPPi（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在核蛋白體小亞基準(zhǔn)確就位；核蛋白體大亞基結(jié)合。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(guò)程二、肽鏈合成延長(zhǎng)指根據(jù)mRNA密碼序列的指導(dǎo)，次序添加氨基酸從N端向C端延伸肽鏈，直到合成終止的過(guò)程。又稱為核蛋白體循環(huán)(ribosomalcycle)包括以下三步：進(jìn)位(entrance)成肽(peptidebondformation)轉(zhuǎn)位(translocation)延伸過(guò)程所需蛋白因子稱為延長(zhǎng)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(zhǎng)因子生物功能對(duì)應(yīng)真核延長(zhǎng)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-βγEF-G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(zhǎng)因子又稱注冊(cè)(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(zhǎng)因子EF-T催化進(jìn)位（原核生物）

TuTsGTPGDPAUG5'3'TuTsGTP（二）成肽是由轉(zhuǎn)肽酶(transpeptidase)催化的肽鍵形成過(guò)程。（三）轉(zhuǎn)位延長(zhǎng)因子EF-G有轉(zhuǎn)位酶(translocase)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(dòng)。fMetAUG5'3'fMetTuGTP進(jìn)位轉(zhuǎn)位成肽三、肽鏈合成的終止當(dāng)mRNA上終止密碼出現(xiàn)后，多肽鏈合成停止，肽鏈從肽酰-tRNA中釋出，mRNA、核蛋白體等分離，這些過(guò)程稱為肽鏈合成終止。

終止相關(guān)的蛋白因子稱為釋放因子(releasefactor,RF)一是識(shí)別終止密碼，如RF-1特異識(shí)別UAA、UAG；而RF-2可識(shí)別UAA、UGA。二是誘導(dǎo)轉(zhuǎn)肽酶變?yōu)轷ッ富钚?，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(guò)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。電鏡下的多聚核蛋白體現(xiàn)象蛋白質(zhì)合成后加工和輸送PosttranslationalProcessing&ProteinTransportation第三節(jié)主要包括一、多肽鏈折疊為天然三維結(jié)構(gòu)二、肽鏈一級(jí)結(jié)構(gòu)的修飾三、空間結(jié)構(gòu)的修飾一、多肽鏈折疊為天然功能構(gòu)象蛋白質(zhì)新生肽鏈N端在核蛋白體上一出現(xiàn)，肽鏈的折疊即開始。一般認(rèn)為，多肽鏈自身氨基酸順序儲(chǔ)存著蛋白質(zhì)折疊的信息，即一級(jí)結(jié)構(gòu)是空間構(gòu)象的基礎(chǔ)。促進(jìn)蛋白折疊功能的大分子:1.分子伴侶(molecularchaperon)2.蛋白二硫鍵異構(gòu)酶(proteindisulfideisomerase,PDI)3.肽-脯氨酰順?lè)串悩?gòu)酶(peptideprolylcis-transisomerase,PPI)熱休克蛋白(heatshockprotein,HSP)

是指細(xì)胞在應(yīng)激原特別是環(huán)境高溫誘導(dǎo)下所生成的一組蛋白質(zhì)。

HSP70、HSP40和GrpE族2)伴侶素(chaperonins)

具有獨(dú)特的雙層7-9元環(huán)狀結(jié)構(gòu)的寡聚蛋白,它們以依賴ATP的方式促進(jìn)體內(nèi)正常和應(yīng)急條件下的蛋白質(zhì)折疊。

GroEL和GroES家族1.分子伴侶分子伴侶是細(xì)胞中一類保守蛋白質(zhì)，可識(shí)別肽鏈的非天然構(gòu)象并與之結(jié)合，幫助多肽在體內(nèi)折疊、組裝、轉(zhuǎn)運(yùn)或降解等，完成功能后與之分離，不構(gòu)成這些蛋白質(zhì)執(zhí)行功能時(shí)的組份。HSP促進(jìn)蛋白質(zhì)折疊基本作用——結(jié)合保護(hù)待折疊多肽片段，再釋放該片段進(jìn)行折疊，形成HSP70和多肽片段依次結(jié)合、解離的循環(huán)。HSP40結(jié)合待折疊多肽片段HS