第十二章

蛋白質(zhì)的生物合成（翻譯）

ProteinBiosynthesis,Translation

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翻譯的模板：DNA----原始模板

RNA----直接模板

翻譯的場所：核蛋白體（細(xì)胞質(zhì)）

翻譯過程分為起始、延長、終止三個階段。概述

翻譯（translation）：即蛋白質(zhì)的生物合成，就是將核酸中由4種核苷酸序列編碼的遺傳信息，通過遺傳密碼破譯的方式解讀為蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)中20種氨基酸的排列順序。簡言之，就是生物體以mRNA為模板合成蛋白質(zhì)的過程。

第一節(jié)蛋白質(zhì)生物合成體系

原料：氨基酸

其它物質(zhì)：三種RNA（mRNA、tRNA、rRNA）

各種酶和蛋白質(zhì)因子

ATP和GTP、無機(jī)離子等遺傳學(xué)將編碼一個多肽的遺傳單位稱為順反子(cistron)。原核細(xì)胞中數(shù)個結(jié)構(gòu)基因常串聯(lián)為一個轉(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)，為多順反子(polycistron)

。真核mRNA只編碼一種蛋白質(zhì)，為單順反子(singlecistron)

。

一、翻譯模板mRNA及遺傳密碼

mRNA是遺傳信息的攜帶者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(tripletcoden)。起始密碼(initiationcoden):AUG

終止密碼(terminationcoden):UAA，UAG，UGA

共６４個，其中６１個為有意義密碼。第三個字母UCAG開放讀碼框：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，稱為開放讀碼框（openreadingframe,ORF）。遺傳密碼的特點：

（一）連續(xù)性(commaless)

編碼蛋白質(zhì)氨基酸序列的各個三聯(lián)體密碼連續(xù)閱讀，密碼間既無間斷也無交叉，如mRNA鏈上的堿基發(fā)生插入或缺失，可造成框移突變。

（二）簡并性(degenecy)

遺傳密碼的簡并性是指一種氨基酸有２個或２個以上的密碼子為之編碼的現(xiàn)象。

（三）通用性（universal）

（四）擺動性(wobble)（圖）

密碼子與反密碼子配對出現(xiàn)不嚴(yán)格遵守常見的堿基配對規(guī)律的情況，稱為擺動配對（表12-2）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

原核、真核核蛋白體的組成

三、tRNA與氨基酸的活化

（一）氨基酰-tRNA合成酶

tRNA的3’末端-CCA-OH是氨基酸的結(jié)合位點，tRNA的功能是轉(zhuǎn)運氨基酸。

1.tRNA攜帶氨基酸的反應(yīng)如下:（氨基酸的活化）

此反應(yīng)可分為兩步完成：

氨基酸+ATP-E→氨基酰-AMP-E+PPi

氨基酰-AMP-E+tRNA→氨基酰-tRNA+AMP+E氨基酸+tRNA氨基酰-tRNA氨基酰-tRNA合成酶ATPAMP+PPi

2.氨基酰-tRNA合成酶的作用特點

a.對aa、tRNA兩種底物有高度特異性;

b.有校正活性，當(dāng)發(fā)生錯配時，可以水解酯鍵，再重新與正確的底物結(jié)合。

3.氨基酰-tRNA的書寫

(1)氨基酰-tRNA完整的寫法是：

ala-tRNAala；met-tRNAemet；fmet-tRNAfmet等。

(2)各種氨基酰-tRNA的生成反應(yīng)如下：

gly+tRNAgly+ATP→gly-tRNAgly+AMP+PPi

met+tRNAemet+ATP→met-tRNAemet+AMP+PPi

（二）起始肽鏈合成的氨基酰-tRNA

密碼子AUG為甲硫氨酸（Met）編碼，同時作為起始密碼。

與甲硫氨酸結(jié)合的tRNA，在真核生物中至少有兩種：tRNAimet和tRNAemet；原核生物的起始密碼只能辨認(rèn)甲?；募琢虬彼幔碞-甲酰甲硫氨酸（fMet）。第二節(jié)蛋白質(zhì)生物合成過程

翻譯過程分為起始、延長和終止三個階段。

一、肽鏈合成起始

肽鏈合成起始階段，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)合物的過程。需要起始因子（IF或eIF）和ATP、GTP參與。

翻譯的起始是mRNA能忠實翻譯的關(guān)鍵步驟，也是調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)合成的部位。（一）原核翻譯起始復(fù)合物形成

(圖12-3)

1.蛋白體大、小亞基分離。

2.mRNA在小亞基定位結(jié)合；

S-D序列：又稱核蛋白體結(jié)合位點(ribosomalbindingsite,RBS)，是mRNA起始密碼上游的一段富含嘌呤核苷酸的序列，該序列以…AGGA…為核心。（圖12-2）

3.起始氨基酰-tRNA在小亞基上就位；

4.核蛋白體大亞基結(jié)合。（二）真核生物翻譯起始復(fù)合物形成

1.核蛋白質(zhì)體大小亞基的分離；

2.起始氨基酰-tRNA結(jié)合；

3.mRNA在核蛋白質(zhì)體小亞基的準(zhǔn)確定;(圖12-4A)

4.核蛋白質(zhì)體大亞基結(jié)合。（圖12-4）

eIF2是真核肽鏈合成調(diào)節(jié)的關(guān)鍵成分。二、肽鏈的延長

肽鏈合成的延長是根據(jù)mRNA密碼序列的指導(dǎo),依次添加氨基酸從N端向C端延伸肽鏈,直到合成終止的過程。由于肽鏈延長在核蛋白體上連續(xù)性循環(huán)式進(jìn)行，又稱核蛋白體循環(huán)(ribosomalcycle)，每次核蛋白體循環(huán)肽鏈增加一個氨基酸。

需要延長因子、各種酶和GTP參與。

原核生物延長因子：EF-T（EF-Tu、EF-Ts）

EF-G

真核生物延長因子：EF-1、EF-2

翻譯延長因子核蛋白體循環(huán)分三個步驟：

1.進(jìn)位(entrance)

2.成肽(peptidebondformation)

3.轉(zhuǎn)位(translocation)

核蛋白體閱讀mRNA密碼子的方向是5’→3’，肽鏈合成從N→C端進(jìn)行的。需ＥＦ－Ｔ參與。成肽反應(yīng)在Ａ位上進(jìn)行。（三）轉(zhuǎn)位

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。程三、肽鏈合成的終止

當(dāng)核蛋白體Ａ出現(xiàn)mRNA的終止密碼后，多肽鏈合成停止，肽鏈從肽酰－tRNA中釋出，mRNA、核蛋白體大、小亞基等分離，這些過程稱為肽鏈合成終止（termination）。

需要釋放因子（RF）的參與。

原核生物RF：RF-1、RF-2、RF-3

真核生物RF：eRF

釋放因子的功能：

１.識別終止密碼，如RF-1特異識別UAA、UAG；而RF-2可識別UAA、UGA。

２.誘導(dǎo)轉(zhuǎn)肽酶改變?yōu)轷ッ富钚?，相?dāng)于催化肽?；D(zhuǎn)移到水分子－OH上，使肽鏈從核蛋白體上釋放。IFRF1RF2RF3GTPGDP+Pi第三節(jié)蛋白質(zhì)合成后加工和輸送

一、多肽鏈折疊為天然功能構(gòu)象的蛋白質(zhì)

二、一級結(jié)構(gòu)的修飾

三、空間結(jié)構(gòu)的修飾

四、蛋白質(zhì)合成后的靶向輸送一、多肽鏈折疊為天然功能構(gòu)象的蛋白質(zhì)

幾種有促進(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－脯氨酰順反異構(gòu)酶(peptideprolylcis-isomerase,PPI)

分子伴侶：是細(xì)胞中一類保守蛋白質(zhì)，可識別肽鏈的非天然構(gòu)象，促進(jìn)各功能域和整體蛋白質(zhì)的正確折疊。

１、熱休克蛋白（heatshockprotein,HSP）

HSP70、HSP40和GreE家族

２、伴侶素（chaperonins）

GroEL和家族GroES

二、一級結(jié)構(gòu)的修飾

（一）肽鏈N-端的修飾

（二）個別氨基酸的共價修飾

（三）多肽鏈的水解修飾（圖12-10）

三、空間結(jié)構(gòu)的修飾

（一）亞基聚合

（二）輔基連接

（三）疏水脂鏈的共價修飾

四、蛋白質(zhì)合成后的靶向輸送

蛋白質(zhì)合成后經(jīng)過復(fù)雜機(jī)制，定向輸送到最終發(fā)揮生物功能的目標(biāo)地點，這一過程稱為蛋白質(zhì)的靶向輸送（proteintargeting）。

所有靶向輸送的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)中存在分選信號，主要為Ｎ末端特異氨基酸序列，可引導(dǎo)蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)移到細(xì)胞的適當(dāng)靶部位，這一序列稱為信號序列（signalsequence）。（一）分泌蛋白的靶向輸送

1.信號肽：各種新生分泌蛋白的Ｎ端有保守的氨基酸序列稱為信號肽(signalpeptide)。（見圖）

2.分泌性蛋白進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)：

（圖12-11）

第四節(jié)蛋白質(zhì)生物合成干擾和抑制

一、抗生素（antibiotics)

由微生物產(chǎn)生的具有抑制其它生物生長的物質(zhì)。

1.四環(huán)素（tetracyclin）族

2.氯霉素（chloromycetin）

3.鏈霉素(streptomycin)和卡那霉素(karamycin)

4.嘌呤霉素（puromycin）

5.放線菌酮（cycloheximide）

各種抗生素影響翻譯過程的作用點見圖12-14轉(zhuǎn)位酶二、其它干擾蛋白質(zhì)合成的物質(zhì)

（一）毒素

白喉毒素對真核生物的延長因子EF-2起共價修飾作用，生成EF-2的腺苷二磷酸核糖衍生物，從而使EF-2失活。（圖12-15）

（二）干擾素（interferon,IF）

由真核生物細(xì)胞感染病毒后分泌的具有抗病毒作用的蛋白質(zhì)。

tRNA反密碼子第1位堿基IGACmRNA密碼子第3位堿基U,C,AA,GUGGCGCGAPuPu堿性Ｎ端9、春去春又回，新桃換舊符。在那桃花盛開的地方，在這醉人芬芳的季節(jié)，愿你生活像春天一樣陽光，心情像桃花一樣美麗，日子像桃子一樣甜蜜。3月-253月-25Thursday,March13,202510、人的志向通常和他們的能力成正比例。14:35:3314:35:3314:353/13/20252:35:33PM11、夫?qū)W須志也，才須學(xué)也，非學(xué)無以廣才，非志無以成學(xué)。3月-2514:35:3314:35Mar-2513-Mar-2512、越是無能的人，越喜歡挑剔別人的錯兒。14:35:3314:35:3314:35Thursday,March