第十四章蛋白質(zhì)生物合成蛋白質(zhì)合成體系的重要組分蛋白質(zhì)合成的機(jī)理蛋白質(zhì)合成后的修飾蛋白質(zhì)合成后的運(yùn)送1章節(jié)學(xué)習(xí)要求1.蛋白質(zhì)合成體系組分的及其作用2.遺傳密碼的特性3.蛋白質(zhì)合成過程重點(diǎn)掌握

21.DNA、RNA及蛋白質(zhì)之間的關(guān)系2.遺傳密碼的閱讀方向3.遺傳密碼表的意義4.核糖體的結(jié)構(gòu)及功能5.tRNA的特點(diǎn)及作用6.蛋白質(zhì)合成的過程7.肽鏈合成后的修飾

明確：31.遺傳密碼的破譯2.氨基酸的活化及氨酰-tRNA合成酶的特點(diǎn)3.起始氨基酸及起始-tRNA4.起始復(fù)合物的形成5.進(jìn)位、轉(zhuǎn)肽及移位的過程6.蛋白質(zhì)合成的能量7.多核糖體8.蛋白質(zhì)合成后的運(yùn)送類型了解4蛋白質(zhì)的生物合成是生命科學(xué)重要的研究領(lǐng)域之一。中心法則指出，遺傳信息的表達(dá)就是合成出具有特定氨基酸順序的蛋白質(zhì)。如果把核酸看作指導(dǎo)生命活動基本的信息分子，那么，蛋白質(zhì)就是主要的功能分子。章節(jié)知識要點(diǎn)5DNARNA復(fù)制特點(diǎn)：DNA雙鏈解開，分別作為模板指導(dǎo)子鏈的合成；復(fù)制本質(zhì)：遺傳信息全部傳遞給子代DNA分子。隨分裂DNA進(jìn)入子細(xì)胞，通過表達(dá)的蛋白質(zhì)控制生長發(fā)育。蛋白質(zhì)翻譯生理功能蛋白質(zhì)是生命活動的體現(xiàn)者，不同時期DNA表達(dá)不同蛋白質(zhì)從而控制整個生命活動過程。復(fù)制中心法則轉(zhuǎn)錄逆轉(zhuǎn)錄6蛋白質(zhì)的生物合成是生命科學(xué)重要的研究領(lǐng)域之一。中心法則指出，遺傳信息的表達(dá)就是合成出具有特定氨基酸順序的蛋白質(zhì)。如果把核酸看作指導(dǎo)生命活動基本的信息分子，那么，蛋白質(zhì)就是主要的功能分子。據(jù)估計(jì)，大腸桿菌細(xì)胞中約有蛋白質(zhì)3，000多種，真核細(xì)胞約有100，000多種，每種蛋白質(zhì)分子數(shù)保持在一定的范圍內(nèi)，而且以不同的速度不斷更新，以適應(yīng)細(xì)胞分裂和代謝所需。蛋白質(zhì)的生物合成過程，就是以信使核糖核酸（mRNA）分子中的核苷酸序列為依據(jù)，由轉(zhuǎn)移核糖核酸（tRNA）攜帶相應(yīng)的氨基酸，在核糖體內(nèi)及多種成分的參與下合成多肽鏈的過程。7第一節(jié)蛋白質(zhì)合成體系的重要組分mRNA：蛋白質(zhì)合成的模版核糖體：蛋白質(zhì)合成的場所

tRNA：氨基酸運(yùn)載工具輔助因子8

1.mRNA：蛋白質(zhì)合成的模版編碼序列原核細(xì)胞mRNA引導(dǎo)序列拖尾序列外顯子真核細(xì)胞mRNA原核細(xì)胞mRNA的編碼序列可指導(dǎo)幾條肽鏈的合成，稱為多順反子mRNA真核細(xì)胞mRNA的編碼序列只指導(dǎo)一條肽鏈的合成，稱為單順反子mRNA外顯子1外顯子2外顯子3SD引導(dǎo)序列5′3′拖尾序列編碼序列AUG‥‥UUAAUG‥‥UUA

結(jié)構(gòu)：5′3′帽子9mRNA編碼區(qū)核苷酸的排列順序與肽鏈中氨基酸的排列順序的對應(yīng)方式為遺傳密碼。AUGGGGCUCCGC

UUGACAAAUUUACACGAA‥‥UAGmRNAMet-Gly-Leu-Arg-Leu-Thr-Asn-Leu-His-Glu‥‥Stop多肽鏈編碼區(qū)與肽鏈氨基酸對應(yīng)方式遺傳密碼概念：10有義密碼子：61個有對應(yīng)的氨基酸編碼氨基酸的密碼子UAAUGAUAG不代表任何氨基酸，實(shí)際上是翻譯終止密碼子，即翻譯遇到其中的任何一個就會終止多肽鏈合成。AUG蛋白質(zhì)多肽鏈合成時決定N-端的第一個氨基酸殘基的密碼子；即所有蛋白質(zhì)合成的第一個氨基酸都是Met,只有少數(shù)原核細(xì)胞是ValVal）（GUGMet無義密碼子:起始密碼子：遺傳密碼64個｝115′UUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUUU3′N-Phe-Phe-Phe-Phe-Phe-Phe-Phe-Phe-Phe-Phe-C5′AUAUAUAUAUAUAUAUAUAUAUAUAUAUAUAUAUAU3′N-Ile-Tyr-Ile-Tyr-Ile-Tyr-Ile-Tyr-Ile-Tyr-CN-Tyr-Ile-Tyr-Ile-Tyr-Ile-Tyr-Ile-Tyr-Ile-C遺傳密碼的破譯：1969年Nirenberg（美）由于在破譯DNA密碼方面的貢獻(xiàn)與Holly和Khorana等人分享了諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎。研究證明編碼區(qū)三個相鄰的核苷酸對應(yīng)一個氨基酸，即三個相鄰的核苷酸為一個遺傳密碼子，也稱為三聯(lián)子或三聯(lián)體密碼。12Val*Pro*Ser*Arg*Phe*Gln*Asp*5’CCCCCCCCCCCCCCC3’Asp*Cys*Ile*5’UCUCUCUCUCUCUCU3’Leu*Trp*Asn*Lys*5’UUUUUUUUUUUUUUU3’Glu*His*Arg*Gly*Ala*Met*

N-Phe-Phe-Phe-Phe-Phe-CN-Ser-Ser-Ser-Ser-Ser-CN-Pro-Pro-Pro-Pro-Pro-CN-Leu-Leu-Leu-Leu-Leu-C13

若以人工合成的三核苷酸重復(fù)排列形成的mRNA，如用polyUUC作模版，可翻譯出三種由單一氨基酸殘基組成的多肽鏈，這是因?yàn)閺牟煌膲A基開始閱讀密碼所引起的。Poly（UUC）：UUC

UUC

UUC

UUC

UUC

UUC翻譯成Poly(Phe):Phe–Phe-Phe-Phe–Phe-PhePoly（UUC）：UUCU

UCU

UCU

UCU

UCUUCPoly(Ser):Ser–Ser-Ser-Ser–Ser-Poly（UUC）：UUCUU

CUU

CUU

CUU

CUUC翻譯成翻譯成Poly(Lue):LueLueLueLueLue14mRNA5′-堿基中間堿基mRNA3′-堿基UCAGU苯丙苯丙亮亮絲絲絲絲酪酪終止終止半胱半胱終止色UCAGC亮亮亮亮脯脯脯脯組組谷氨酰胺谷氨酰胺精精精精UCAGA異亮異亮異亮蛋（甲硫）蘇蘇蘇蘇天冬酰胺天冬酰胺賴賴絲絲精精UCAGG纈纈纈纈丙丙丙丙天冬天冬谷谷甘甘甘甘UCAG遺傳密碼表UUUUUUUUU苯丙苯丙苯丙CCCGGGAAA精精精152.密碼的特點(diǎn)：

①無間斷性。密碼閱讀方向5′-3′，密碼之間無標(biāo)點(diǎn)符號。必須從起始密碼開始連續(xù)不斷地閱讀密碼，直到終止密碼子。如果某一個核苷酸漏讀、重讀，或者在編碼區(qū)插入、刪除一個核苷酸就會使該處之后的讀碼發(fā)生錯誤，這稱為移碼。由移碼引起的突變叫“移碼突變”。—蘇——酪——谷——谷（N）纈—CmRNA5′--A-U-G-A-G-C-U-C-G-C-C-C-U-U-A-C-G-A-A-C-A-G-G-U-U-‥‥C3′多肽N——蛋——絲——絲——脯——亮——精——蘇——甘——CmRNA5′-A-U-G-C-G-C-U-C-G-C-C-C-U-U-A-C-G-A-A-C-A-G-G-U-U‥‥C3′多肽N—蛋——絲——絲——16②密碼的簡并性

好幾種密碼子代表同一種氨基酸的特性稱為密碼的簡并性。大多數(shù)氨基酸都有此種現(xiàn)象，只有色氨酸和甲硫氨基酸僅有一個密碼子。密碼的簡并性對于保持生物物種的穩(wěn)定性起著重要的作用。5′－UUA－UUG－CUU－CUC－CUA－CUG－－－－3′5′－UUG－UUG－CUC－CUC－CUA－CUG－－－－3′N—Leu—Leu—Leu—Leu—Leu—Leu———CN－Leu－Leu－Leu－Leu－Leu－Leu－－－C17③密碼的變偶性

密碼子的第3位堿基與tRNA的反密碼子的第1位堿基配對較松散，具有搖擺性,即每個密碼子的前兩個堿基起決定性的作用，并具有重要的生物學(xué)意義，即減少差錯。ArgGCI5′5′---CGA-----------------CGU---------------CGC-------3°ArgGCI5′ArgGCI5′3′5′3′5′3′5′1231231233213213215′---CGA-----------------CGU---------------CGC-------3°5′---CGA-----------------CGU---------------CGC-------3°18特點(diǎn)

A.密碼子的簡并性往往只涉及第三位例如丙氨酸的密碼子：GCU、GCC、GCA、GCG，前兩個堿基都相同，只有第三位堿基不同；組氨酸：CAU、CAC；幾乎所有氨基酸的密碼子都可用XY（A或G）或XY（U或C）。B.減少由于基因點(diǎn)突變造成的差錯；

GCUGCCGCAGCGGCCGCUGCGGCA如果DNA出現(xiàn)點(diǎn)突變引起mRNA改變翻譯的蛋白質(zhì)是否改變？不變！？AlaAlaAlaAlaGCUGCCGCAGCGGCCGCUGCGGCAAlaAlaAlaAla19C.反密碼子的識別能力

反密碼子的第一個堿基決定tRNA所讀密碼子的數(shù)目。當(dāng)反密碼子的第一個堿基為C或A時，結(jié)合是專一的，即這種tRNA只能閱讀一個密碼子但是當(dāng)?shù)谝粋€堿基為U或G時，結(jié)合的專一性降低，他們可讀兩種密碼子。當(dāng)?shù)谝晃粔A基為I時，tRNA就可讀三種不同的密碼子。這樣最少需要32種tRNA來翻譯61種密碼子。決定一個tRNA能識別幾個密碼子的擺動堿基1、識別一個密碼子321（3′）X－Y－C（5′）Y－X－G（3′）X－Y－A321（5′）Y－X－U2、識別兩個密碼子321（3′）X－Y－U（5′）Y－X－AG321（3′）X－Y－G（5′）Y－X－CU3、識別三個密碼子321（3′）X－Y－I（5′）Y－X－UCA20（4）密碼子的通用性

整個生物界共用同一套遺傳密碼子。但對于同一種氨基酸的幾組簡并性密碼子，在不同的生物種群中或同種屬及個體的不同組織被利用的頻率可以有所不同，這與生物進(jìn)化，組織的分化可能有關(guān)系。密碼子的通用性是生物具有共同的進(jìn)化起源強(qiáng)有力的證據(jù)。

脊椎動物線粒體中的DNA含有的基因能編碼13種蛋白質(zhì)，2種rRNA和22種tRNA。密碼子的變偶性使得22tRNA可以讀解64種可能的三聯(lián)體密碼子，而不象正常的密碼子那樣需要32種tRNA。21已知線粒體遺傳密碼含義的改變線粒體線粒體密碼子密碼子UGAAUAAGAAGGCUNCCGUGAAUAAGAAGGCUNCCG正常含義終止IleArgLeuArg啤酒酵母TrpMet+Thr+動物+絲狀真菌Trp++++

脊椎動物TrpMet終止++錐形蟲Trp++++

果蠅TrpMetSer++高等植物++++Trp222.核糖體：蛋白質(zhì)合成的場所細(xì)菌核糖體70SMr2.7×10650S30SMr0.9×10616SrRNA(1540b)21種蛋白質(zhì)Mr1.8×1065SrRNA(120b)23SrRNA3200b34種蛋白質(zhì)真核核糖體80SMr4.2×10660S40SMr1.4×10618SrRNA(1900b)～33種蛋白質(zhì)Mr2.8×1065SrRNA(120b)28SrRNA4700b～49種蛋白質(zhì)23UCGAUCGAAUGGC5′CCUAUCUUAGACUAGGCAGCAAC3′AaUAGPAEE.Coli核糖體肽基－位點(diǎn)氨?；璽RNA位點(diǎn)50S亞基30S亞基ProGGAAlaLysMet243。tRNA：氨基酸的運(yùn)載工具倒掛的L字母tRNA的三級結(jié)構(gòu)3’CCA5’GGGCGGAAAAAGGGGGGGGGGGGGGGGGGGCCCCCCCCCCCCCCCCCUUUUUUUUUCCCGGDDDΨTPYUAA－－－－－－——－－－－－－－－——————————－IΨ5‘—－GCIACC3‘－OHtRNA二級結(jié)構(gòu)局部雙螺旋構(gòu)成葉柄堿基不配對的區(qū)段形成凸環(huán)三葉草型四環(huán)四臂25tRNA的三級結(jié)構(gòu)3’CCA5’氨基酸臂功能：結(jié)合氨基酸DHU環(huán)功能：與核糖體rRNA結(jié)合T

C環(huán)反密碼環(huán)OCCHRNH2O3'附加環(huán)反密碼子：位于tRNA反密碼環(huán)中間，可與mRNA的密碼子堿基配對的三個堿基稱為反密碼子能攜帶同種氨基酸的tRNA叫同功tRNA。OCCHRNH2O3'OCCHRNH2O3'26第二節(jié)蛋白質(zhì)合成過程人為劃分五階段：氨基酸活化起始延伸終止和肽鏈釋放多肽鏈的折疊和翻譯后修飾271。氨基酸活化

氨基酸活化發(fā)生在細(xì)胞液中，在消耗能量（ATP）的情況下被共價(jià)結(jié)合于tRNA3′－端的過程。反應(yīng)是由依賴于Mg++的氨酰tRNA合成酶（aminoacyl－tRNAsynthetase)催化的。氨基酸+tRNA+ATP+氨酰－tRNA合成酶（E）-Mg++

→氨酰－tRNA+AMP+PPi+E-Mg++氨基酸活化反應(yīng)歷程28－－－－－－－OHAOHOHPOCH2OO－OCO－－－－C－+NH3RUAG－－－－－OHAOHOHPOO－OO－CH2－－－－－－－－OHAOHOHPOCH2O－O－OUAG－－－－－OHAOHOPOO－OO－CH2－－CO－－－－C－+NH3R－氨酰tRNA合成酶ⅡCO－O－－－－C－+NH3R－

－OPOPOPOCH2

OOO－－－－－－－－－

OOO－－－－－－－OHAOHOHPPi氨酰tRNA合成酶29氨酰-tRNA合成酶對tRNA的識別作用一個氨基酰-tRNA合成酶不僅要準(zhǔn)確識別氨基酸，而且要準(zhǔn)確識別tRNA才能保證蛋白質(zhì)合成的正確性。因此一個氨基酰-tRNA合成酶對幾十個不同tRNA的識別同樣重要。氨酰-tRNA合成酶對于tRNA的識別作用已稱為“第二個遺傳密碼”這反映了它在保持蛋白質(zhì)合成的精確度中起著關(guān)鍵作用。研究證明，這種作用至少與反密碼子臂和tRNA空間構(gòu)象有關(guān)。丙氨酰-tRNA異亮氨酰-tRNACH3CGA－－OHAOHOPOO－OOCH2－－CO－－C－+NH3－==－-CAU－－OHAOHOPOOOOCH2－－－CO－－－－C－+NH3CH3CH－=－-CH3－氨酰-tRNA合成酶的特性300-－－－－－OHAOHOHPOCH2O－O－CH3CH3－CH－

CH－

C－+NH3O－－－GCCHO3′ACCtRNA合成酶具有校對功能水解錯誤氨酰-tRNA,例如：異亮氨酰-tRNA合成酶能夠把結(jié)合在活性位點(diǎn)的非異亮氨酰-AMP中的氨酰基水解，如此時是Val－AMP時，則其Val就會被水解下去。312。蛋白質(zhì)合成的起始起始氨酰-tRNA的合成

盡管甲硫氨酸僅有一個密碼子（AUG），但是在所有有機(jī)體中它卻有兩種tRNA。一個是用于蛋白質(zhì)合成的起始密碼子AUG的tRNA，叫起始tRNA，記作tRNAfMet，另一個用于把甲硫氨酸加入到多肽中間的AUG密碼子的位置,記作tRNAMet。甲硫氨酸在Met－tRNAfMet合成酶催化下連接到tRNAfMet上：Met+tRNAfMet+ATP→Met－tRNAfMet+AMP+PPi

根據(jù)放射性標(biāo)記證明蛋白質(zhì)的合成是從N末端開始，而且?guī)缀跛卸嚯逆満铣傻牡谝粋€氨基酸總是甲硫氨酸（真核）或N－甲酰甲硫氨酸（原核）。32N10－甲?；臍淙~酸+Met－tRNAfMet→四氫葉酸+fMet－tRNAfMetCO－－－－C－HNCH2－CH2－SCH3－－－OC－－H－UAG－－－－－OHAHOOPOOOO－CH2－－①氨?；诩柞；疢et－tRNAMet和fMet－tRNAfMet的形成與結(jié)構(gòu)在原核細(xì)胞中的起始氨基酸為甲酰甲硫氨酸。33起始復(fù)合物的形成⑦M(jìn)g++。E.Cli中蛋白質(zhì)合成起始復(fù)合物需要以下蛋白質(zhì)或因子①30S核糖體亞基；②編碼多肽的mRNA;③起始fMet－tRNAfMet;④三種起始因子IF－1、IF－2、IF－3；⑤GTP；⑥50S核糖體亞基；34起始密碼AUUCCUAGGAGGU5′p30SAIF-1AUGAUCUUAGACUAGGCAGCAAC3′UACfMetIF-2+GTPUACfMetIF-2+GTPmRNAAUUCCUAGGAGGU5′p30SAIF-3IF-1AUGAUCUUAGACUAGGCAGCAAC3′p30SAIF-3IF-11、30S亞基結(jié)合IF－1和IF－3，IF－3的結(jié)合阻止了30S與50S亞基的過早結(jié)合，有利于30S與mRNA結(jié)合mRNA的起始信號引導(dǎo)30S亞基準(zhǔn)確結(jié)合到AUG位置IF-3IF-135AUUCCUAGGAGGU5′p30SAAUGAUCUUAGACUAGGCAGCAAC3′UACfMetIF-1IF-2+GDP+Pi50S亞基p50SAAUUCCUAGGAGGU5′p30SAIF-1AUGAUCUUAGACUAGGCAGCAAC3′UACfMetIF-2+GTP36