Ch5.ProteinSynthesisandProteinProcessing一、蛋白質(zhì)生物合成的條件：

mRNA——模板

核糖體（rRNA）——場所

tRNA——工具、原料

能量——ATP、GTP

酶及蛋白因子

mRNA占細胞總RNA的2%-5%，大小差異較大；在一定條件下，原核蛋白編碼序列可在真核翻譯系統(tǒng)的翻譯——原核和真核生物的翻譯機制、遺傳密碼的閱讀是共通的。mRNA的5’端存在被翻譯系統(tǒng)識別的結(jié)構(gòu)。原核mRNA5’端序列原核mRNA——多順反子SD序列：在起始密碼子AUG上游的9~13個核苷酸處有一段可受核糖體結(jié)合、保護和富含嘌呤的共同序列，一般為AGGA，稱SD序列。作用：與核糖體小亞基16SrRNA3’端結(jié)合，使mRNA與核糖體結(jié)合。（mRNA與30S亞基結(jié)合，并正確定位）——翻譯起始識別一些細菌和病毒mRNA中S.D順序比較真核mRNA的5’端結(jié)構(gòu)mRNA——5’m7GpppN，3’poly（A）對翻譯效率的調(diào)節(jié)有協(xié)同作用。1.“第一AUG規(guī)律”

ANNAUGGN2.5’端的二級結(jié)構(gòu)對mRNA的翻譯效率也有影響；3.先導(dǎo)序列的長度也會影響翻譯起始效率和準(zhǔn)確性。

MessengerRNA(mRNA)m7GpppCap5’5’untranslatedregionAUGinitiationcodontranslated(coding)region(AAAA)npoly(A)tail3’untranslatedregionUGAterminationcodon3’AAUAAA原核生物和真核生物mRNA結(jié)構(gòu)的比較Initiationinprokaryotesandeukaryotes

initiationcanoccuratinternalAUGcodonsinprokaryoticmRNA

initiationineukaryotesoccursonlyatthefirstAUGcodonlacoperoninE.coliistranscribedasapolycistronic

mRNA

withmultipleAUGcodonseukaryotic

mRNAlacIPOlacZlacYlacAAUGAUGAUGAUGSDAUGSDAUGinitiationcodonwithShine-DalgarnositeinitiationcodonwithShine-DalgarnositeinternalMetcodondoesnothaveShine-Dalgarnosite5’5’capAUGinitiationcanonlyoccuratfirstAUGcodondownstreamofthe5’capAUGinternal(downstream)MetcodoncannotserveasaninitiationsiteAUGTheGeneticCodeUUUUUCUUAUUGCUUCUCCUACUGAUUAUCAUAAUGGUUGUCGUAGUGUCUUCCUCAUCGCCUCCCCCACCGACUACCACAACGGCUGCCGCAGCGUAUUACUAAUAGCAUCACCAACAGAAUAACAAAAAGGAUGACGAAGAGUGUUGCUGAUGGCGUCGCCGACGGAGUAGCAGAAGGGGUGGCGGAGGGPheLeuLeuValIleMetSerProThrAlaTyrStopHisGlnAsnLysAspGluCysArgSerArgGlyStopTrptRNA的分子特征：TransferRNA

tRNAisthe“adaptor”moleculeinproteinsynthesisacceptorstemCCA-3’terminustowhichaminoacidiscoupledcarriesaminoacidonterminaladenosineanticodonstemandanticodonloop酵母Ala-tRNA的堿基順序酵母Phe-tRNA三維結(jié)構(gòu)tRNA

氨基酸活化形式的載體：專一性識別氨基酸，形成氨基酰-tRNA識別密碼子大多數(shù)生物起始密碼子是AUG—甲硫氨酸，但原核生物中Met-tRNAfMet必須先甲基化，生成甲酰甲硫氨酰-tRNA（

fMet-tRNAfMet）原核生物中除tRNAfMet外，其余tRNA是延伸tRNA

甲酰甲硫氨酰-tRNA的形成aa-tRNA合成酶催化aa-tRNA合成；多種tRNA能攜帶同一種氨基酸（能攜帶相同氨基酸的tRNA稱同功tRNA），同一種氨基酸能有一種/幾種aa-tRNA合成酶識別。氨酰tRNA合成酶催化氨酰tRNA的形成aa+ATP氨基酰腺苷酸t(yī)RNAaa-tRNA合成酶aa-tRNAIle和Val的差異對Ile-tRNA合成酶活性的作用MitochondrialtRNAphenylanine

MitochondrialtRNAleucine1MitochondrialtRNAisoleucine

MitochondrialtRNAmethionine

RNA序列差異核糖體——蛋白質(zhì)生物合成的機器原核生物核糖體的組成；

真核生物核糖體組成Ribosomes

prokaryoticribosome

eukaryoticribosome70Sribosome80Sribosome50Ssubunit23SrRNA5SrRNA35proteins60Ssubunit28SrRNA5SrRNA5.8SrRNA49proteins30Ssubunit16SrRNA21proteins40Ssubunit18SrRNA33proteinsRibosomestructureAPPPPPPPPP-sitepeptidyltRNAsiteA-siteaminoacyltRNAsitemRNA5’SmallsubunitLargesubunitRibosomewithboundtRNAsandmRNA核糖體上的活性部位

30S小亞基mRNA結(jié)合位點（SD）tRNA-起始因子復(fù)合物結(jié)合位點70SA位點——aa-tRNA結(jié)合位點P位點——肽酰-tRNA結(jié)合位點EF-G結(jié)合位點——肽酰-tRNA轉(zhuǎn)位反應(yīng)翻譯功能域exit結(jié)構(gòu)域——與膜結(jié)合肽酰轉(zhuǎn)移酶活性中心兩個亞基的結(jié)合參與蛋白質(zhì)合成的蛋白因子：起始因子IF、延伸因子EF、終止因子RF

原核生物的蛋白因子：

IF-1——G蛋白

IF-2——起始tRNA進入30SIF-3——雙重功能

EF-Tu、Ts

真核生物的蛋白因子：

CBP

eIF-2、3、4A、4B等

二、原核生物蛋白質(zhì)合成合成起始延伸終止IF-3結(jié)合到30S亞基上，形成穩(wěn)定的游離亞基，使30S亞基特異的結(jié)合于mRNA的起始位點形成IF-2?GTP?fMet-tRNAfMet復(fù)合物IF-2?GTP?fMet-tRNAfMet結(jié)合到30S亞基的P位點，識別AUG，IF-2，3釋放，50S亞基結(jié)合，形成完整的核糖體其它aa-tRNA進入核糖體的A位點fMet-tRNAfMet與第二個aa-tRNA形成肽鍵肽酰轉(zhuǎn)移酶合成起始：起始因子參與小亞基與大亞基的結(jié)合只有fMet-tRNAfMet與P位點結(jié)合，其余aa-tRNA進入核糖體的A位點蛋白質(zhì)合成起始復(fù)合物的形成Tu+Ts→Tu?Ts→Tu?GTPGTPaa-tRNA進入核糖體A位點Tu?GDPEF-G?GTP核糖體沿mRNA向前移動一個密碼子，使肽酰-tRNA由A位移動到P位A位空缺，準(zhǔn)備接受下一個aa-RNA肽酰-tRNA的肽酰基轉(zhuǎn)移到aa-tRNA上形成肽鍵肽酰轉(zhuǎn)移酶延伸：延伸因子的循環(huán)延伸因子Tu(EF-Tu)的循環(huán)蛋白質(zhì)合成的延伸過程肽鍵的形成和肽酰轉(zhuǎn)移酶的作用合成終止：終止密碼子——UAG、UAA、UGA終止因子（釋放因子）：RF-1

RF-2終止密碼子被RF識別，作用于A位點肽酰-tRNA的肽酰基轉(zhuǎn)移到aa-tRNA上，多肽與tRNA斷裂核糖體從mRNA上解離下來蛋白質(zhì)合成的終止過程三、真核生物蛋白質(zhì)合成特點：1.比原核需要更多的蛋白因子;2.40S亞基先與起始tRNA結(jié)合,再與mRNA結(jié)合;3.mRNA5’帽子結(jié)構(gòu)和二級結(jié)構(gòu)具有重要作用.40SeIF-1A、3、4A60SeIF-3AMet-tRNAiMet?GTP?eIF-240S40S40S40S60S合成起始真核生物前40S起始復(fù)合物的形成掃描模型：40S亞基攜帶著Met-tRNAiMet及相應(yīng)起始因子進入mRNA5’端，沿mRNA滑動，尋找第一個AUG，與60S亞基結(jié)合，形成第一個肽鍵。識別第一個AUG時，往往需要上下文正確（AGNNAUGG），才能使40S亞基與mRNA結(jié)合穩(wěn)定，再與60S亞基形成完整的核糖體。真核生物蛋白質(zhì)合成起始的掃描模式mRNA5’cap40SsubunitMeIF2AUGInitiatortRNAboundtothesmallribosomalsubunitwiththeeukaryoticinitiationfactor-2(eIF2)Initiationofproteinsynthesis:mRNAbindingThesmallsubunitfindsthe5’capandscansdownthemRNAtothefirstAUGcodonmRNA5’40SsubunitMeIF2AUG

theinitiationcodonisrecognizedeIF2dissociatesfromthecomplexthelargeribosomalsubunitbinds60SsubunitmRNA5’MAUG

aminoacyltRNAbindstheA-sitefirstpeptidebondisformedinitiationiscompleteGCCAmRNA5’MAUGGCCA真核蛋白質(zhì)合成起始模式延伸：aa-tRNA結(jié)合于核糖體A位點eEF-1α

eEF-1α?GDP

形成肽鍵（肽酰轉(zhuǎn)移酶）eEF-2?GTP核糖體沿mRNA向前移動，A位空缺PUCAPPPPPUCAGCAGGGUAGAPPPPElongationGCAGGGUAG

followingpeptidebondformationtheunchargedtRNAdissociatesfromtheP-site

theribosomeshiftsonecodonalongthemRNA,movingpeptidyltRNAfromtheA-sitetotheP-site;thistranslocationrequirestheelongationfactorEF2

thenextaminoacyltRNAthenbindswithintheA-site;thistRNAbindingrequirestheelongationfactorEF1

energyforelongationisprovidedbythehydrolysisoftwoGTPs:onefortranslocationoneforaminoacyltRNAbindingEF1EF2終止：mRNA上的終止密碼子出現(xiàn)于A位時，無相應(yīng)的aa-tRNA與之結(jié)合eRF識別終止信號，結(jié)合于A位tRNA與肽鏈間的酯鍵水解，多肽釋放核糖體從mRNA上解離GTP肽酰轉(zhuǎn)移酶eRF——結(jié)合核糖體、結(jié)合GTP、介導(dǎo)肽酰-tRNA水解、GTP水解酶等活性。PUCAGCAGGGUA