蛋白质的生物合成.

蛋白质的生物合成生物化学之－上海理工大学医疗器械与食品学院任课教师：管骁将DNA传递给mRNA的遗传信息，根据核酸链上每三个核苷酸决定一个氨基酸的三联体密码规则，合成出具有特定氨基酸顺序蛋白质肽链的过程，这一过程被称为翻译(translation)。第一节参与蛋白质生物合成的物质生物体内的各种蛋白质是利用20种氨基酸进行合成。蛋白质合成体系包括：①mRNA：作为蛋白质生物合成的模板，决定多肽链中氨基酸的排列顺序；②tRNA：搬运氨基酸的工具；③核糖体：蛋白体生物合成的场所；④酶及其他蛋白质辅助因子；⑤供能物质及无机离子。一、mRNA作为指导蛋白质生物合成的模板。mRNA中每三个相邻的核苷酸组成三联体，代表一个氨基酸的信息，此三联体就称为密码(coden)。共有64种不同的密码。遗传密码具有以下特点：①连续性:密码子无标点符号②简并性:氨基酸可以有几组不同的密码子③通用性:高等和低等生物共用同一套密码；④方向性:即解读方向为5′→3′；⑤摆动性:密码子专一性由头两位碱基决定⑥起始密码:AUG；终止密码:UAA、UAG、UGA。二、tRNAtRNA能识别专一性的氨酰tRNA合成酶；tRNA反密码环中部的三个核苷酸构成三联体（反密码子，anticoden)，可以识别mRNA上相应的密码；tRNA能使正在延长的肽链与参加转译过程的核糖体相结合。AminoacidAnticodontRNA种类原核细胞核糖体真核细胞核糖体70S80S亚基30S50S40S60SrRNA16S5S、23S18S5S、28S、（哺乳动物5.8S）蛋白质21种34种30多种50多种三、rRNA和核蛋白体核蛋白体的大、小亚基分别有不同的功能：1．小亚基：可与mRNA、GTP和起动tRNA结合。2．大亚基：（1）具有两个不同的tRNA结合点。A位（右）—受位或氨酰基位，可与新进入的氨基酰tRNA结合；P位（左）—给位或肽酰基位，可与延伸中的肽酰基tRNA结合。（2）具有转肽酶活性：将给位上的肽酰基转移给受位上的氨基酰tRNA，形成肽键。（3）具有GTPase活性，水解GTP，获得能量。（4）具有起始因子、延伸因子及释放因子的结合部位。四、起始因子（IF）作用：与多肽链合成起动有关的蛋白因子。五、延伸因子（EF）作用：促使氨基酰tRNA进入核蛋白的受位，并可促进移位过程。六、释放因子（RF）作用：识别终止密码，协助多肽链的释放。七、氨酰tRNA合成酶存在于胞液中，催化氨基酸的活化以及氨酰tRNA的合成有关。氨酰tRNA合成酶对相应AA以及携带AA的tRNA具有高度特异性，保证tRNA携带正确的氨基酸对号入座。八、供能物质和无机离子多肽链合成时，需ATP、GTP作为供能物质，并需Mg2+、K+参与。一、氨基酸的活化tRNA在氨酰-tRNA合成酶的帮助下，能够识别相应的氨基酸，并通过tRNA氨基酸臂的3'-OH与氨基酸的羧基形成活化酯－氨酰-tRNA。氨酰-tRNA的形成：1、氨基酸与ATP形成氨基酰腺嘌呤核苷酸；2、氨酰基转移到tRNA的3'-OH端上,形成氨酰-tRNA。第二节蛋白质生物合成过程氨基酸活化的总反应式：氨基酸活化时需消耗2分子高能磷酸键。氨酰-tRNA合成酶具有高度的专一性，只能识别一种相应的tRNA。每一种氨基酸至少有一种对应的氨酰-tRNA合成酶。氨酰tRNA的合成，可使氨基酸①活化；②搬运；③定位。氨基酸+ATP+tRNA+H2O氨酰-tRNA+AMP+PPi氨酰-tRNA合成酶二、活化氨基酸的缩合活化氨基酸缩合生成多肽链的过程在核糖体上进行。活化氨基酸在核糖体上反复翻译mRNA上的密码并缩合生成多肽链的循环反应过程，称为核糖体循环。核糖体循环过程可分为起动、延长和终止三个阶段。（一）起动阶段：1、30S起动复合物的形成：在起动因子的促进下，30S小亚基与mRNA的起动部位结合，起动tRNA（fMet-tRNAfmet）和GTP结合，形成复合体。30S小亚基IF-1IF-2IF-330S-mRNA-IF3复合物IF-3mRNAAUG5`3`30S起始复合物fMet-tRNAGTP2．70S起动复合体的形成：50S的加入和GTP被水解，IF1和IF2从复合物上脱落，形成70S起始复合物（70S-mRNA-fMet-tRNA起始复合物）。此时，tRNAfmet的反密码UAC与mRNA上的起动密码AUG互补结合，tRNAfmet结合在核蛋白的给位（P位）。50S大亚基IF1+IF2(GDP+Pi)A位P位70S起始复合体（二）肽链延长阶段：1．进位：与mRNA下一个密码相对应的氨基酰tRNA进入核蛋白体的受位。此步骤需GTP，Mg2+，和EF参与。2．成肽：在转肽酶的催化下，将给位上的tRNA所携带的甲酰蛋氨酰基或肽酰基转移到受位上的氨基酰tRNA上，与其α-氨基缩合形成肽键。此步骤需Mg2+，K+。给位上已失去蛋氨酰基或肽酰基的tRNA从核蛋白上脱落。3．移位：核蛋白体向mRNA的3'-端滑动相当于一个密码的距离，同时使肽酰基tRNA从受体移到给位。此步骤需EF（EFG）、GTP和Mg2+参与。此时，核蛋白体的受位留空，与下一个密码相对应的氨基酰tRNA即可再进入，重复以上循环过程，使多肽链不断延长。给位P受位A进位形成肽键脱落、移位A（三）肽链终止阶段：核蛋白体沿mRNA链滑动，不断使多肽链延长，直到终止信号进入受位。1．识别：释放因子（RF）识别终止密码，进入核蛋白体的受位。2．水解：RF使转肽酶变为水解酶，多肽链与tRNA之间的酯键被水解，多肽链释放。3．解离：通过水解GTP，使核蛋白体与mRNA分离，tRNA、RF脱落，核蛋白体解离为大、小亚基。蛋白质合成的能量消耗：氨基酸活化时需消耗2分子高能磷酸键，肽键形成时又消耗2分子高能磷酸键，故缩合一分子氨基酸残基需消耗4分子高能磷酸键。三、多肽链合成后的加工修饰（一）一级结构的加工修饰：1．N端甲酰甲硫氨酸或甲硫氨酸的切除：N端甲酰甲硫氨酸，必须在多肽链折迭成一定的空间结构之前被切除。①去甲酰化：甲酰甲硫氨酸-肽甲酸+甲硫氨酸-肽②去甲硫氨酰基甲硫氨酰-肽甲硫氨酸+肽甲酰化酶甲硫氨酸氨基肽酶2．氨基酸的修饰：由专一性的酶催化进行修饰，包括糖基化、羟基化、磷酸化、甲酰化等。3．二硫键的形成：由专一性的氧化酶催化，将-SH氧化为-S-S-。4．肽段的切除：由专一性的蛋白酶催化，将部分肽段切除。（二）高级结构的形成：1．构象的形成：在分子内伴侣、辅助酶及分子伴侣的协助下，形成特定的空间构象。2．亚基的聚合3．辅基的连接