第十二章

蛋白質的生物合成（翻譯）

ProteinBiosynthesis,Translation

第一節蛋白質生物合成體系第二節蛋白質生物合成過程第三節蛋白質合成后加工和輸送第四節蛋白質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。

第一節蛋白質生物合成體系

原料：氨基酸

其它物質：三種RNA（mRNA、tRNA、rRNA）

各種酶和蛋白質因子

ATP和GTP、無機離子等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合成的起始、終止信號，稱為三聯體密碼(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）。遺傳密碼的特點：

（一）連續性(commaless)

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。

（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象。

（三）通用性（universal）

（四）擺動性(wobble)（圖）

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（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，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甲酰化的甲硫氨酸，即N-甲酰甲硫氨酸（fMet）。第二節蛋白質生物合成過程

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。

翻譯的起始是mRNA能忠實翻譯的關鍵步驟，也是調節蛋白質合成的部位。（一）原核翻譯起始復合物形成

(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12-4A)

4.核蛋白質體大亞基結合。（圖12-4）

eIF2是真核肽鏈合成調節的關鍵成分。二、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。（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。程三、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

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)

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

四、蛋白質合成后的靶向輸送

蛋白質合成后經過復雜機制，定向輸送到最終發揮生物功能的目標地點，這一過程稱為蛋白質的靶向輸送（proteintargeting）。

所有靶向輸送的蛋白質結構中存在分選信號，主要為Ｎ末端特異氨基酸序列，可引導蛋白質轉移到細胞的適當靶部位，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.分泌性蛋白進入內質網：

（圖12-11）

第四節蛋白質生物合成干擾和抑制

一、抗生素（antibiotics)

由微生物產生的具有抑制其它生物生長的物質。

1.四環素（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轉位酶二、其它干擾蛋白質合成的物質

（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）

由真核生物細胞感染病毒后分泌的具有抗病毒作用的蛋白質。

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，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、夫學須志也，才須學也，非學無以廣才，非志無以成學。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