第一節蛋白質生物合成體系

翻譯的模板：DNA----原始模板

RNA----直接模板

翻譯的場所：核糖體（細胞質）

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一級結構中20種氨基酸的排列順序。簡言之，就是生物體以mRNA為模板合成蛋白質的過程。

翻譯（蛋白質的生物合成）所需物質:以氨基酸為原料以mRNA為模板以tRNA為運載工具以核糖體為合成場所起始、延長、終止各階段蛋白因子、ATP和GTP、無機離子參與合成后加工成為有活性蛋白質一、遺傳密碼和mRNA二、tRNA三、核糖體四、輔助因子遺傳學將編碼一個多肽的遺傳單位稱為順反子(cistron)。原核細胞中數個結構基因常串聯為一個轉錄單位，轉錄生成的mRNA可編碼幾種功能相關的蛋白質，為多順反子(polycistron)

。真核mRNA只編碼一種蛋白質，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原核細胞mRNA的結構特點5′3′順反子順反子順反子插入順序插入順序先導區末端順序AGGAGGUSD區特點半衰期短許多原核生物mRNA以多順反子形式存在AUG作為起始密碼；AUG上游7～12個核苷酸處有一被稱為SD序列的保守區，16SrRNA3’-端反向互補而使mRNA與核糖體結合。真核細胞mRNA的結構特點

5′

“帽子”PolyA

3′

順反子m7G-5′ppp-N-3′p帽子結構功能使mRNA免遭核酸酶的破壞使mRNA能與核糖體小亞基結合并開始合成蛋白質被蛋白質合成的起始因子所識別，從而促進蛋白質的合成。Poly(A)尾巴的功能是mRNA由細胞核進入細胞質所必需的形式它大大提高了mRNA在細胞質中的穩定性

AAAAAAA-OH遺傳密碼:DNA（或mRNA）中的核苷酸序列與蛋白質中氨基酸序列之間的對應關系稱為遺傳密碼。密碼子mRNA分子上從5至3方向，由AUG開始，每3個連續的核苷酸為一組，決定肽鏈上某一個氨基酸或蛋白質合成的起始、終止信號，稱為密碼子（codon

）或三聯體密碼(tripletcoden)。第三個字母UCAG密碼子的特點：★★1、連續性編碼蛋白質氨基酸序列的各個三聯體密碼連續閱讀，密碼間既無間斷也無交叉，如mRNA鏈上的堿基發生插入或缺失，可造成框移突變。

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，各個三聯體密碼連續排列編碼一個蛋白質多肽鏈，稱為開放讀碼框（openreadingframe,ORF）

2、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象。反密碼子與密碼子之間的堿基配對AUCG反密碼子第一位堿基密碼子第三位堿基GUCUAGIUCA3、密碼的擺動性（變偶性）：密碼子與反密碼子配對出現不嚴格遵守常見的堿基配對規律的情況，稱為擺動配對

密碼子與反密碼子的擺動配對反密碼子與密碼子的相互作用前二對嚴格堿基配對

第三對擺動配對密碼

mRNA5’3’3’5’反密碼

tRNAGCUCGICAtRNA的反密碼子與mRNA分子上的密碼子擺動配對123123人線粒體中變異的密碼子UGA終止信號TrpAUAIleMetAGAArg終止信號AGGArg終止信號密碼子正常情況下編碼線粒體DNA編碼4、密碼的通用性和變異性

二.氨基酸的“搬運工具”----tRNA

作用★★是氨基酸的特異“搬運工具”1A.A----2~6特異tRNA起“接合器”作用和mRNA擺動配對密碼

mRNA5’3’3’5’反密碼

tRNAGCUCGICAtRNA的反密碼子與mRNA分子上的密碼子擺動配對123123自由度的大小由tRNA反密碼子第一位堿基的種類決定種類起始tRNA---tRNAimet只能識別翻譯起始信號AUG只能結合于核糖體的肽位普通tRNA----tRNAmet在翻譯延長中發揮作用只能結合于核糖體的氨基酰位2、起始tRNA與普通tRNA氨基酰-tRNA的書寫

氨基酰-tRNA完整的寫法是：

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

(2)各種氨基酰-tRNA的生成反應如下：

gly+tRNAgly+ATP→gly-tRNAgly+AMP+PPi

met+tRNAemet+ATP→met-tRNAemet+AMP+PPi原核生物起始tRNA延長tRNA真核生物起始tRNA延長tRNA起始密碼只能辨認甲酰甲硫氨酸（fMet)fMet-tRNAifmet延長識別Met時為Met-tRNAmet起始密碼只能辨認甲硫氨（Met)Met-tRNAimet延長識別Met時為Met-tRNAemet三、核糖/蛋白體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rpS21種rpL36種rpS33種rpL49種

原核、真核核蛋白體的組成

★★第二節蛋白質生物合成過程翻譯過程分為活化起始、延長終止和釋放修飾一、tRNA與氨基酸的活化

（一）氨基酰-tRNA合成酶

tRNA的3’末端-CCA-OH是氨基酸的結合位點，tRNA的功能是轉運氨基酸。

1.tRNA攜帶氨基酸的反應如下:（氨基酸的活化）

此反應可分為兩步完成：

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，當發生錯配時，可以水解酯鍵，再重新與正確的底物結合。

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。

與甲硫氨酸結合的tRNA，

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甲酰化的甲硫氨酸，即N-甲酰甲硫氨酸（fMet）。

二、肽鏈合成起始

肽鏈合成起始階段，是指mRNA和起始氨基酰-tRNA分別與核蛋白體結合而形成翻譯起始復合物的過程。需要起始因子（IF或eIF）和ATP、GTP參與。

（一）原核翻譯起始復合物形成

(圖)

1.蛋白體大、小亞基分離。

2.mRNA在小亞基定位結合；

S-D序列：又稱核蛋白體結合位點(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1）

3.起始氨基酰-tRNA在小亞基上就位；

4.核蛋白體大亞基結合。（二）真核生物翻譯起始復合物形成

1.核蛋白質體大小亞基的分離；

2.起始氨基酰-tRNA結合；

3.mRNA在核蛋白質體小亞基的準確定;(圖)

4.核蛋白質體大亞基結合。（圖）

eIF2是真核肽鏈合成調節的關鍵成分。三、肽鏈的延長

肽鏈合成的延長是根據mRNA密碼序列的指導,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性循環式進行，又稱核蛋白體循環(ribosomalcycle)，每次核蛋白體循環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分三個步驟：★★

1.進位(entrance)

2.成肽(peptidebondformation)

3.轉位(translocation)

核蛋白體閱讀mRNA密碼子的方向是5’→3’，肽鏈合成從N→C端進行的。需ＥＦ－Ｔ參與。成肽反應在Ａ位上進行。肽鍵的形成（三）轉位

延長因子EF-G有轉位酶活性，可結合并水解１分子GTP，促進核蛋白體向mRNA的３’側移動。四、肽鏈合成的終止

當核蛋白體Ａ出現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

肽鏈合成的終止及釋放

（1）釋放因子RF1或RF2進入核糖體A位。（2）多肽鏈的釋放（3）70S核糖體解離53UAG30S亞基50S亞基53UAGtRNARF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.誘導轉肽酶改變為酯酶活性，相當于催化肽酰基轉移到水分子－OH上，使肽鏈從核蛋白體上釋放。IFRF1RF2RF3GTPGDP+Pi第三節蛋白質合成后加工和輸送

一、多肽鏈折疊為天然功能構象的蛋白質

二、一級結構的修飾

三、空間結構的修飾

四、蛋白質合成后的靶向輸送一、多肽鏈折疊為天然功能構象的蛋白質

幾種有促進蛋白折疊功能的大分子：

１、分子伴侶（molecularchaperon）

２、蛋白二硫鍵異構酶(proteindisulfideisomerase,PDI)

３、肽－脯氨酰順反異構酶(peptideprolylcis-isomerase,PPI)多肽鏈的折疊與加工1.氨基末端和羧基末端的修飾2.信號序列的切除3.氨基酸殘基的修飾4.糖側鏈的連接5.輔基的加入6.蛋白酶的水解7.二硫鍵的形成8.受抗生素及毒素的抑制

分子伴侶：是細胞中一類保守蛋白質，可識別肽鏈的非天然構象，促進各功能域和整體蛋白質的正確折疊。

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、一級結構的修飾

（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、空間結構的修飾

（一）亞基聚合

（二）輔基連接

（三）疏水脂鏈的共價修飾