第11章蛋白質的生物合成P110ProteinBiosynthesis逆轉錄DNARNA蛋白質復制轉錄翻譯復制遺傳的中心法則：逆轉錄DNARNA蛋白質復制轉錄翻譯復制中心法則基因的表達:基因的轉錄與翻譯DNA---生命的主宰者蛋白質---生命活動的體現者蛋白質生物合成的概念：蛋白質生物合成也稱翻譯，是指將mRNA的核苷酸排列順序（遺傳信息）轉變為蛋白質中氨基酸排列順序的過程。核酸語言蛋白質語言第一節

蛋白質生物合成體系1.原料：20種氨基酸2.模板：mRNA3.場所：核糖體4.氨基酸搬運工具：tRNA5.主要酶和蛋白質因子：氨基酰-tRNA合成酶、轉肽酶、起始因子、延長因子、釋放因子等6.供能物質：ATP、GTP7.無機離子：Mg2+、K+蛋白質生物合成體系：一、mRNA在蛋白質合成中的作用mRNA是蛋白質生物合成的直接模板從mRNA5-端起始密碼子AUG到3-端終止密碼子之間的核苷酸序列，稱為開放閱讀框架(openreadingframe,ORF)。StartofgeneticmessageCapEndTail5’-端非翻譯區5

3

3’-端非翻譯區開放閱讀框架（一）遺傳密碼的概念和種類在mRNA的開放閱讀框架內，從5’端起始密碼開始，每3個相鄰的核苷酸（或堿基）為一組，編碼一種氨基酸或其它信息，這種三聯體形式的核苷酸序列稱為一個遺傳密碼（密碼子）。概念：氨基酸密碼（61種）起始密碼（1種）：AUG終止密碼（3種）：UAA、UAG、UGA分類：遺傳密碼表1.通用性從低等生物到高等生物都使用同一套遺傳密碼。除少數例外，遺傳密碼表幾乎適用于生物界的所有物種，具有通用性。遺傳密碼的通用性進一步證明各種生物進化自同一祖先。（二）遺傳密碼的特點2.方向性翻譯時遺傳密碼的閱讀方向是5’→3’，即讀碼從mRNA

5’端的起始密碼AUG開始到3’端的終止密碼結束。肽鏈的合成方向為N→C。NC肽鏈合成方向5′3′遺傳密碼閱讀方向3.連續性翻譯從mRNA

5’端起始密碼開始到3’端終止密碼結束，各密碼子之間既無堿基隔開也無重疊。5’…….AUG

GCA

GUA

CAU……UAA3’AlaValHisMet終止密碼如果mRNA的開放閱讀框架內插入或缺失非3的整數倍個核苷酸，就會造成框移突變。纈脯蘇天冬纈丙酪甘纈丙絲精4.簡并性一種氨基酸可具有2個或2個以上的密碼子為其編碼，此現象稱為遺傳密碼的簡并性。除甲硫氨酸（Met）和色氨酸（Trp）僅有1個密碼子外，其它氨基酸的密碼子均在1個以上。同一種氨基酸的不同密碼子稱為同義密碼子，也稱簡并性密碼子。同義密碼子往往只有第三位的堿基不同，這對減少基因的有害突變有重要意義。各種氨基酸的密碼子數目5.擺動性反密碼子的第1位堿基與密碼子的第3位堿基配對時，不嚴格遵循堿基互補規律，此現象稱為擺動配對。

tRNA反密碼子第1位堿基IUGmRNA密碼子第3位堿基A,U,CA,GC,UU321123擺動配對二、tRNA在蛋白質合成中的作用tRNA在蛋白質合成中起活化和轉運氨基酸的作用三級結構氨基酸臂二級結構tRNA的功能：tRNA的反密碼環上的反密碼子能與mRNA的密碼子反向互補結合，從而使它所攜帶的氨基酸可以準確地在mRNA序列上“對號入座”。因此tRNA既是氨基酸的搬運工具，也是氨基酸與密碼子之間的適配器或譯碼員。tRNA的分類：起始tRNA（tRNAi）：識別起始密碼AUG的tRNA真核生物攜帶甲硫氨酸的起始tRNA（Met-tRNAiMet）原核生物攜帶甲酰甲硫氨酸的起始tRNA（fMet-tRNAfMet）延伸tRNA（tRNAAA三字符）：識別出起始密碼和終止密碼以外的密碼子攜帶氨基酸的延伸tRNA（AA三字符-tRNAAA三字符）校正tRNA：校正突變密碼子的tRNA按照mRNA上密碼子的排列順序，攜帶特定氨基酸的tRNA依次進入核糖體，參與形成肽鏈后，tRNA即從核糖體釋放出來，整個過程叫做tRNA循環。三、核糖體在蛋白質合成中的作用核糖體又稱核蛋白體，是由rRNA和核糖體蛋白質組成的復合體，是蛋白質生物合成的場所。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-rRNA23S-rRNA5S-rRNA18S-rRNA28S-rRNA5.8S-rRNA5S-rRNA蛋白質rpS21種rpL36種rpS33種rpL49種

不同細胞核糖體的組成核糖體的活性位點：A位：結合氨基酰-tRNAP位：結合肽酰基-tRNAE位：排出卸載tRNA轉肽酶位點：催化肽鍵形成其它位點：結合IF、EF等轉肽酶位點60S結構大亞基小亞基柄中心突起嵴平臺頭部裂溝基部50S30SmRNA40SmRNAtRNA多肽中央管5，3，mRNAA部位P部位核糖體活性部位

E部位四、參與蛋白質生物合成的酶類及蛋白因子（一）重要的酶類氨基酰-tRNA合成酶：催化氨基酸的活化。轉肽酶：催化核糖體P位上的肽酰基轉移至A位氨基酰-tRNA的氨基上，形成肽鍵。受釋放因子的作用后發生變構，表現為酯酶的活性，能夠使肽鏈與tRNA分離。轉位酶：活性存在于EF-G中，催化核糖體向mRNA3’-端移動一個密碼子的距離，使下一個密碼子定位于A位。（二）蛋白質因子（原核生物）起始因子（initiationfactor，IF）延長因子（elongationfactor，EF）釋放因子（releasefactor，RF）參與原核生物翻譯過程的蛋白質因子因子名稱生物學功能IF-1協助IF-3作用；阻止tRNA與A位提前結合IF-2具有GTP酶的活性，促使fMet-tRNAfMet與小亞基結合IF-3促進核糖體大小亞基解離EF-TuEF-Ts具有GTP酶的活性，促使氨基酰-tRNA進入核糖體A位EF-G具有GTP酶的活性，促進核糖體轉位RF-1RF-2RF-3識別終止信號，終止翻譯過程；促使轉肽酶顯現酯酶活性第二節

蛋白質的生物合成過程一、原核生物蛋白質生物合成過程氨基酸的活化與轉運翻譯起始肽鏈延長翻譯終止（一）氨基酸的活化與轉運氨基酸+tRNA氨基酰-tRNAATP

AMP＋PPi氨基酰-tRNA合成酶在氨基酰-tRNA合成酶的催化下，由ATP提供能量，氨基酸與tRNA結合形成氨基酰-tRNA的過程，稱為氨基酸的活化。第一步反應:氨基酸＋ATP氨基酰-AMP＋PPi

氨基酰-tRNA合成酶第二步反應:氨基酰-AMP＋tRNA氨基酰-tRNA＋AMP氨基酰-tRNA合成酶酯鍵氨基酸是通過以下哪種化學鍵與tRNA結合？

A．糖苷鍵B．磷酸二酯鍵C．氫鍵D．酯鍵E．肽鍵答案：D氨基酰-tRNA合成酶對底物有嚴格的選擇性，即每種氨基酰-tRNA合成酶能特異性選擇一種氨基酸與相應的tRNA結合，因此每一種氨基酸應有一種或一種以上的特異性氨基酰-tRNA合成酶。原核生物fMet-tRNAfMet的生成：

（二）翻譯起始指mRNA、fMet-tRNAfMet（真核生物是Met-tRNAiMet）和核糖體結合形成翻譯起始復合物的過程。1.核糖體大小亞基的分離；2.mRNA與核糖體小亞基的結合；3.fMet-tRNAfMet的結合；4.核糖體大小亞基的結合。IF-3IF-11.核糖體大小亞基的分離AUG5'3'IF-3IF-12.mRNA與核糖體小亞基的結合原核生物mRNA在核糖體小亞基上的準確定位和結合涉及兩種機制在mRNA起始密碼AUG上游約8～13核苷酸部位，都有一段由4～9個核苷酸組成的特殊序列，富含嘌呤堿基（如5’AGGAGG3’），稱為Shine-Dalgarno序列(簡稱S-D序列)，又稱核糖體結合位點。30S小亞基中16S-rRNA3’-端富含嘧啶堿基的一段序列（如3’UCCUCC5’），通過與S-D序列堿基互補而使30S亞基定位于mRNA分子ORF的翻譯起始部位。機制一：30S亞基的rpS-1識別并結合S-D序列后的小核苷酸序列。機制二：通過RNA-RNA和RNA-蛋白質相互作用，mRNA起始密碼AUG準確定位在核糖體30S亞基的P位上。IF-3IF-1IF-2GTP3.

fMet-tRNAfMet

的結合AUG5'3'IF-3IF-1IF-2GTPGDPPi4.核糖體大小亞基的結合（起始復合物形成）AUG5'3'IF-3IF-1AUG5'3'IF-2GTPIF-2-GTPGDPPi起始復合物形成過程：是指按照mRNA的密碼子排列順序，氨基酸由tRNA攜帶依次進入核糖體，在轉肽酶的作用下，逐步聚合成肽鏈的過程（三）肽鏈延長肽鏈每延長一個氨基酸單位，需要進位、成肽和轉位三個步驟，此過程稱為核糖體循環mRNA閱讀方向為5’→3’，肽鏈延伸方向N→C1.進位/注冊是指按照mRNA密碼子的指令，一個特定氨基酰-tRNA進入并結合到核糖體A位的過程。TuTsGTPGDPAUG5'3'TuTs進位過程：

進位需要延長因子EF-T(Tu/Ts)參與。

進位需要延長因子EF-T(Tu/Ts)參與。TuTsGTPGDPAUG5'3'TuTs進位過程：

進位需要延長因子EF-T(Tu/Ts)參與。2.成肽

成肽是在轉肽酶的催化下，核糖體P位tRNA攜帶的甲酰甲硫氨酸或肽酰基轉移到A位上，并與A位上tRNA所攜帶的氨基酸的α-氨基以肽鍵結合。成肽過程：3.轉位

是指轉位酶（EF-G）通過水解GTP釋放的能量，推動核糖體沿mRNA從5’端向3’端移動一個密碼子的距離，使得下一個密碼子準確定位在A位，而原來占據A位的肽酰-tRNA移至P位，此前P位上卸載的tRNA則進入E位，隨后從E位脫落。fMetAUG5'3'fMetTuGTP成肽→轉位→下一輪進位進位轉位成肽核糖體循環的整個過程：（四）翻譯終止當mRNA的終止密碼子出現在核糖體A位時，由于沒有相應的氨基酰-tRNA與之對應，肽鏈無法繼續延伸，翻譯即進入終止階段。終止階段需要釋放因子(RF)參與。釋放因子的功能：RF-1特異識別UAA、UAGRF-2特異識別UAA、UGARF-3具有GTP酶活性，能夠促使RF-1或RF-2與核糖體結合誘導轉肽酶變構顯現酯酶（作用：水解酯鍵）活性，水解肽酰基與tRNA之間的酯鍵，從而使新合成的肽鏈從核糖體上脫落識別終止密碼并結合到核糖體上UAG5'3'RFCOO-目錄原核生物翻譯終止過程原核生物翻譯終止過程

蛋白質的生物合成------小結翻譯mRNA→蛋白質合成的過程。模板mRNA運輸工具tRNA場所核糖體原料20種氨基酸能量ATP、GTP多肽鏈延長方向N→C酶氨基酰tRNA合成酶轉肽酶蛋白質合成的一般過程（一）氨基酸活化——蛋白質生物合成的預備階段氨基酸+tRNA+ATP氨基酰tRNA+AMP+PPi氨基酰tRNA合成酶（二）起始復合物形成——翻譯起始階段的“蛋白質裝配機”（三）肽鏈延長——多因子參與的核糖體循環進位/成肽/移位（三）肽鏈合成終止——三個步驟終止密碼的辨認肽鏈和mRNA釋放核糖體大小亞基解聚AUG5'3'IF-3IF-1

mRNA在小亞基定位結合目錄IF-3IF-1IF-2GTP

起始氨基酰tRNA(fMet-tRNAifmet)結合到小亞基AUG5'3'目錄IF-3IF-1IF-2GTPGDPPi核蛋白體大亞基結合，起始復合物形成AUG5'3'目錄IF-3IF-1AUG5'3'IF-2GTPIF-2-GTPGDPPiTuTsGTPGDPAUG5'3'TuTs目錄進位fMetAUG5'3'fMetTuGTP目錄成肽移位進位UAG5'3'RFCOO-目錄IF3IF2IF3-mRNA-30S三元復合物IF2-30S-mRNA-fMet-tRNAf30S-mRNA-50S-fMet-tRNAf大亞基IF2GTPUACfMet大亞基小亞基IF3IF2IF3小亞基A位UACfMetGTPGDP+PiACUUAG3,AUGGCCUCUGGAACG5,CGG丙CGG丙肽基轉移酶形成肽鍵fMetP位A位CGG丙3,AUGGCCUCUGGAACG5,EF-G易位酶G因子GTPGDP+PiP位A位fMetCGG丙ACUUAG3,AUGGCCUCUGGAACG5,AGA絲EF-TGTP氨酰基-tRNA進入A位肽鍵的形成移位(由A位轉移至P位）P位A位ACUUAG3,AUGGCCUCUGGAACG5,AGA絲fMet丙P位A位UGA釋放因子RF絲fMet丙甘蘇RF30S50SCGGUAC肽鏈合成的終止與釋放ACUUAG3,AUGGCCUCUGGAACG5,UACfMetCGG丙UGAIF3A位A位P位A位UGA絲fMet丙甘蘇ACUUAG3,AUGGCCUCUGGAACG5,RFUACfMetCGG丙UGC蘇絲fMet丙甘絲fMet丙甘蘇多肽鏈的合成多聚核蛋白體(polysome)——使蛋白質合成高速、高效進行。

蛋白質合成后修飾加工第三節

蛋白質修飾加工方式包括四方面

：

1.新生肽鏈折疊

2.一級結構修飾

3.高級結構的修飾

4.蛋白質合成后定向分送一、新生肽鏈的折疊

從核糖體釋放出的多肽鏈主要按照一級結構中氨基酸側鏈的性質自主卷曲折疊形成特定的空間結構。還需要分子伴侶幫助才能正確裝配成蛋白質。

二、一級結構的修飾1.氨基端修飾加工2.部分氨基酸的共價修飾3.水解加工糖基化修飾三、空間結構的修飾蛋白質空間結構的修飾方式主要有：亞基聚合輔基連接

蛋白質合成后定向輸送到其發揮作用的特定細胞部位的現象稱為蛋白質合成后靶向分送，或稱蛋白質靶向輸送。四、蛋白質合成后定向分送細菌蛋白質的跨膜分泌真核生物蛋白質的分泌

第四節蛋白質生物合成與醫學一、抗生素類蛋白質合成阻斷劑二、其他干擾蛋白質合成的物質

1．干擾素對病毒蛋白合成的抑制

2.毒素一、常用抗生素對翻譯過程的影響二、其他干擾蛋白質合成的物質干擾素的作用結構毒素----白喉毒素的致病機