1、第33章 蛋白质的生物合成,参与蛋白质合成的RNA分子mRNA是蛋白质合成的直接模板tRNA专一运送氨基酸至mRNA并与密码子配对rRNA与蛋白质构成核糖体,是蛋白质的合成场所 蛋白质合成的分子机制真核生物与原核生物蛋白质合成的差异,原核细胞 核糖体（70S） 真核细胞核糖体（80S） 亚基 大亚基（50S） 大亚基（60S）小亚基（30S） 小亚基（40S） rRNA 约6065% 约55%16S（小亚基中） 18S（小亚基中）5S、23S（大亚基） 5S、5.8S、28S （大） 蛋白质 21种（小亚基） 33种（小亚基）34种（大亚基） 约50种（大亚基） 核糖体的rRNA分布在内部，蛋
2、白质分布在外表，核糖体的功能主要由rRNA来完成，蛋白质起辅助作用。,一、核糖体 （一）核糖体组成,（二）核糖体功能 1、当环境Mg2+浓度为10mmol/L时，核糖体大、小亚基聚合，当Mg2+浓度下降为0.1mmol/L时，大、小亚基解聚 2、大肠杆菌的核糖体小亚基能单独与mRNA结合，该复合物又可与tRNA专一结合。在小亚基上有译码中心，具有忠实的校对功能。 3、50S亚基不能单独与mRNA结合，但可非专一地与tRNA结合，50S 亚基上有两个tRNA位点：氨酰基结合位点（A位点），与新进入的氨酰tRNA结合；肽酰基位点（P位点），肽酰tRNA结合，在50S亚基上有GTP水解的位点，为氨酰
3、tRNA移位提供能量。在核糖体上还有与蛋白质合成有关的起始因子、延伸因子、释放因子及各种酶的结合位点。,二 、转移RNA的功能 功能性位点: 3/端-CCA的氨基酸臂 核糖体的识别位点 反密码子位点 识别氨酰-tRNA合成酶的位点,（一）反密码子 Crick提出密码子与反密码子的配对规律： 1、tRNA的反密码子通过碱基互补来识别密码子，两RNA链反向平行配对。 2、密码子鱼贩密码子配对时具有摇摆型：当反密码子的第一个碱基为C 或A时（与密码子的第三个碱基配对），配对是专一的；当第一个碱基为U或G时，可阅读两种不同的密码子，反密码子中的U可与密码子中的G和A配对；G可与C和U配对；当第一个碱基
4、为次黄嘌呤（I），它可以和密码子中的U、C或A配对。 3、密码子与反密码子配对的摇摆性说明，一种tRNA未必只携带一种氨基酸。为氨基酸编码的密码子有61组，最少需要32种tRNA来翻译。 4、如果一种氨基酸有多个tRNA携带，这些携带相同氨基酸而反密码子不同的一组tRNA叫同功受体tRNA，在书写时，将所携带的氨基酸写在右上角，如tRNAAla。,（二）反密码子发生点突变 自然界中具有回复突变的现象，回复突变的原因有很多，其中有一种回复突变与tRNA上的反密码子发生点突变有关。 如果由于基因中部突变使得mRNA中部GAG(谷）突变为UAG（终止），多肽合成中途停止，产物失去生物学活性，这种突变
5、叫无义突变，产物无生物学意义。 如果tRNATyr（Tyr密码子是：UAU、UAC）的反密码子由3/-AUG-5/突变为3/-AUC-5/，就可以将mRNA的终止信号读成酪氨酸了，使得多肽链合成继续，所合成的多肽，仅酪氨酸处发生改变，这样的突变体，常具有部分或全部的生物学功能。 这说明反密码子改变，也会引起性状改变。,三、 原核细胞蛋白质合成的步骤 氨基酸的激活在核糖体上合成多肽肽链合成后的加工与处理蛋白质合成所需的能量活性肽合成的特征,氨基酸+ATP+tRNA+H2O,氨基酰-AMP+PPi,氨基酰-tRNA 合成酶,氨基酰-tRNA+AMP,氨基酸连接在tRNA3/端的AMP3/-OH上，
6、催化这两步反应的是氨基酰-tRNA合成酶。 合成一个氨酰tRNA需消耗一个ATP的两个高能键。,（一）氨酰tRNA的合成氨基酸的激活,（二）多肽链合成起始 1、起始氨基酸fMet-tRNA 大肠杆菌起始氨基酸为甲酰甲硫氨酸（fMet）。有专门的tRNA携带。fMet由甲酰化酶催化Met-tRNA生成的，由甲酰四H叶酸提供甲基。,2、起 始（分三步进行） 细菌多肽合成的起始需要的条件是： （1）30S核糖体亚基，含有16S RNA （2）mRNA （3）fMet-tRNA （4）起始因子：IF-1，IF-2和IF-3 （5）GTP （6）50S核糖体亚基 （7）Mg2+ 起始复合物形成分三个步骤
7、 步骤1:形成 30S-mRNA-IF-3-IF-1. 步骤2：30S前起始复合物。即IF-2-30S-mRNA-fMet-tRNA 步骤3：70S起始复合物的形成, 即30S-50S-mRNA-fMet-tRNA起始复合物。,3、真核细胞起始与原核细胞的类似，有5点不同: （1）起始氨基酸是甲硫氨酸 （2）起始因子有10多个，eIF-2(e表示真核生物)是最要的一种,它与GTP和Met-tRNA形成三元复合物. （3）真核细胞的mRNA无SD序列，真核生物不存在SD序列，但在mRNA5/-端有核糖体结合部位（RBS） （4）Met-tRNA先与40S亚基结合。 （5）核糖体与mRNA的核糖体
8、结合部位结合之后,40S亚基在起始因子帮助下。通过一种类似于扫描的机制向3/方向移动来寻找起始密码。mRNA5/端的帽子结构，对核糖体与mRNA 的识别与结合具有一定的作用。,（三）延 长 1、肽链延长需要的条件： （1）需要起始复合物 （2）由mRNA的下一个密码子决定的下一个氨酰-tRNA （3）一系列延长因子，热不稳定的EF（Unstable temperature,EF）EF-Tu；热稳定的EF(stable temperature EF）EF-Ts；依赖GTP的转位因子（EF-G） （4）GTP,2、肽在多肽链上每增加一个氨基酸都需要经过进位，转肽和移位三个步骤。 （1）进位：与密码
9、子所对应的氨酰-tRNA，首先与含有1个GTP的EF-Tu-结合，形成氨酰-tRNA-EF-Tu-GTP复合物，该复合物再结合到核糖体的A位点，称为进位 （2）转肽：转肽-肽键的形成，P位上的氨基酸提供-COOH基，与A位上的氨基酸的-NH2形成肽键，肽链合成方向为NC。 （3）移位：二肽位于A位，P位上的tRNA空载而脱落，核糖体沿着mRNA由5/向3/端方向移动一个密码单位，移位需要EF-G，GTP和Mg2+的参加。,（四）终 止 无论原核生物还是真核生物都有三种终止密码子，UAA、UAG和UGA。没有一个tRNA能够与终止密码子作用，而是靠特殊的蛋白质因子来识别。这类蛋白质因子叫做释放因
10、子（终止因子），原核生物有三种释放因子：RF1，RF2， RF3。RF1识别UAA和UAG，RF2识别UAA和UGA。RF3影响多肽链的释放速度。 遇到终止信号后RF1或RF2使转肽酶活性变为水解酶活性，将肽链从结合在核糖体上的tRNA的CCA末端水解下来，然后mRNA与核糖体分离，最后一个tRNA脱落，核糖体在IF-3作用下，解离出大、小亚基。解离后的大小亚基又重新参加新的肽链的合成，循环往复，所以多肽链在核糖体上的合成过程又称核糖体循环（ribosome cycle）。 真核生物中只有一种释放因子eRF，它可以识别三种终止密码子。,多 核 糖 体 在细胞内一条mRNA链上结合着多个核糖体，
11、甚至可多到几百个。蛋白质开始合成时，第一个核糖体在mRNA的起始部位结合，引入第一个甲硫氨酸，然后核糖体向mRNA的3端移动一定距离后，第二个核糖体又在mRNA的起始部位结合，向前移动一定的距离后，在起始部位又结合第三个核糖体，依次下去，直至终止。两个核糖体之间有一定的长度间隔，每个核糖体都独立完成一条多肽链的合成，所以这种多核糖体可以在一条mRNA链上同时合成多条相同的多肽链，这就大大提高了翻译的效率。 多核糖体的核糖体个数，与模板mRNA的长度有关，例如血红蛋白的多肽链mRNA编码区有450个核苷酸组成，长约150nm 。上面串连有5-6个核糖体形成多核糖体。而肌凝蛋白的重链mRNA由54
12、00个核苷酸组成，它由60多个核糖体构成多核糖体完成多肽链的合成。,真核生物与原核生物蛋白质合成的差异 原核细胞起始物是fMet-tRNA，真核细胞的为Met 原核细胞起始复合物中的70S核糖体由30S和50S组成，真和细胞的则为80S核糖体由40S和60S组成 原核细胞起始密码多为AUG少为GUG，真核细胞为AUG。 对起始密码的辨认方式不同，mRNA上SD序列与核糖体小亚基的rRNA某序列互补结合，原核细胞可利用起始密码上游的SD序列来识别AUG。真核细胞mRNA利用5/端的帽子与小亚基rRNA互补结合，小亚基向3/-方向移动以寻找起始密码。 原核细胞与真核细胞的起始因子和延伸因子不同。,
13、四、分泌蛋白、膜蛋白的加工与转运 在真核细胞的胞质中的游离的核糖体，只合成装配线粒体和叶绿体的膜蛋白. 与内质网结合的核糖体合成三类蛋白，溶酶体蛋白、分泌蛋白和构建质膜的蛋白，这些蛋白质合成后，必须进入内质网，然后转运到相应的部位，引导蛋白质转运到内质网的是N-末端一段肽段，叫信号肽,信号肽的功能是引导核糖体与内质网结合，引导新合成的肽链进入内质网腔，然后肽链边合成边进入内质网腔中，经内质网腔的初步加工和修饰后，部分多肽以囊泡的形式被运送到高尔基体中再运送到质膜。 信号肽通常是在被转运的多肽链的N末端的一段肽段，长度为1040个氨基酸残基不等.,识别信号肽的是一种核蛋白体,称为信号肽识别体(S
14、RP).新生肽链N-末端的信号肽刚一合成,SRP就与带有新生肽链的核糖体结合,肽链的延伸作用暂时停止,或延伸速度大大降低. SRP引导核糖体带着没有完全合成的多肽到内质网腔胞质一面的一个特异的SRP受体上,肽段被转移到内质网的一个多肽转位复合体上,SRP从核糖体上解离下来,蛋白质合成的延伸又开始.在ATP的作用下,多肽转位复合物将正在延伸的肽链转递到内质网腔中. 信号肽C末端有一个可被信号肽酶所识别的位点，当蛋白质运送到内质网后，信号肽被信号酶切除. 完整的蛋白质一旦合成,核糖体就从内质网上解离下来.,信号肽,新生多肽链通常是边合成边加工，并不断调整其已折叠的结构。 在肽链折叠和寡聚蛋白质形成
15、过程中，需要分子伴侣参加，分子伴侣能帮助蛋白质折叠与组装，同一分子伴侣可以作用于多种多肽链的折叠，在帮助多肽折叠时，并不促进折叠，而是可防止错误的折叠，它不仅能使新生肽折叠，跨膜蛋白的折叠和解折叠，还能使变性或错折叠的蛋白质重新折叠。,分泌蛋白在内质网腔中的加工 切除N-末端一个或几个氨基酸残基:原核细胞新生的多肽N-末端为fMet，往往在脱甲酰基酶作用下除去，有的多肽保留N-末端的fMet，有的在氨肽酶作用下从N-末端切除一个或几个氨基酸。真核细胞往往在多肽链合成到1530个氨基酸时就已切除N-末端一个或几个氨基酸。 切除信号肽:信号肽能将新合成的多肽链运往细胞的特定加工部位，信号肽完成运送
16、任务后，被信号肽酶切除 氨基酸侧链的修饰：包括丝氨酸、苏氨酸、酪氨酸的羟基磷酸化；苏氨酸、丝氨酸和天冬氨酸的糖基化；还有某些氨基酸的甲基化、羟基化等。 二硫键的形成:两个半胱氨酸的巯基氧化形成.,（5）有些新生的多肽链需要在专一蛋白酶催化下水解掉一部分肽段，才能变成有功能的蛋白质。如胰岛素。 （6）结合蛋白中含有辅因子:多肽链合成后需多肽链之间及多肽链与辅基之间的聚合，才能形成有活性的蛋白质。 （7）肽链的折叠：多肽链折叠需要辅助蛋白来参与，这种辅助蛋白叫分子伴侣，功能是与新生多肽链或部分折叠的蛋白质结合，加速折叠或组装成天然蛋白质的进程,高尔基体中修饰 高尔基体的作用主要是两个方面： 一是对糖蛋白上的寡糖进一步修饰与调整。二是将各种蛋白质进行分类，并运送到溶酶体、质膜或分泌到细胞外 蛋白质应被运送到何处，是由蛋白质的空间结构来决定的,
