蛋白质的生物合成（翻译）

第十二章蛋白质的生物合成（翻译）ProteinBiosynthesis,Translation第一节蛋白质生物合成体系第二节蛋白质生物合成过程第三节蛋白质合成后加工和输送第四节蛋白质生物合成的干扰和抑制翻译的模板：DNA----原始模板RNA----直接模板翻译的场所：核蛋白体（细胞质）翻译过程分为起始、延长、终止三个阶段。概述翻译（translation）：即蛋白质的生物合成，就是将核酸中由4种核苷酸序列编码的遗传信息，通过遗传密码破译的方式解读为蛋白质一级结构中20种氨基酸的排列顺序。简言之，就是生物体以mRNA为模板合成蛋白质的过程。第一节蛋白质生物合成体系原料：氨基酸其它物质：三种RNA（mRNA、tRNA、rRNA）各种酶和蛋白质因子ATP和GTP、无机离子等•遗传学将编码一个多肽的遗传单位称为顺反子(cistron)。•原核细胞中数个结构基因常串联为一个转录单位，转录生成的mRNA可编码几种功能相关的蛋白质，为多顺反子(polycistron)。•真核mRNA只编码一种蛋白质，为单顺反子(singlecistron)。一、翻译模板mRNA及遗传密码mRNA是遗传信息的携带者mRNA上存在遗传密码mRNA分子上从5至3方向，由AUG开始，每3个核苷酸为一组，决定肽链上某一个氨基酸或蛋白质合成的起始、终止信号，称为三联体密码(tripletcoden)。起始密码(initiationcoden):AUG终止密码(terminationcoden):UAA，UAG，UGA共６４个，其中６１个为有意义密码。第三个字母UCAG开放读码框：从mRNA5’端起始密码子AUG到3’端终止密码子之间的核苷酸序列，各个三联体密码连续排列编码一个蛋白质多肽链，称为开放读码框（openreadingframe,ORF）。遗传密码的特点：（一）连续性(commaless)编码蛋白质氨基酸序列的各个三联体密码连续阅读，密码间既无间断也无交叉，如mRNA链上的碱基发生插入或缺失，可造成框移突变。（二）简并性(degenecy)遗传密码的简并性是指一种氨基酸有２个或２个以上的密码子为之编码的现象。（三）通用性（universal）（四）摆动性(wobble)（图）密码子与反密码子配对出现不严格遵守常见的碱基配对规律的情况，称为摆动配对（表12-2）原核生物真核生物核蛋白体小亚基大亚基核蛋白体小亚基大亚基S值70S30S50S80S40S60SrRNA16S-rRNA5S-rRNA23S-rRNA18S-rRNA28S-rRNA5S-rRNA5.8S-rRNA蛋白质rpS21种rpL36种rpS33种rpL49种原核、真核核蛋白体的组成三、tRNA与氨基酸的活化（一）氨基酰-tRNA合成酶tRNA的3’末端-CCA-OH是氨基酸的结合位点，tRNA的功能是转运氨基酸。1.tRNA携带氨基酸的反应如下:（氨基酸的活化）此反应可分为两步完成：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+PPi2.氨基酰-tRNA合成酶的作用特点a.对aa、tRNA两种底物有高度特异性;b.有校正活性，当发生错配时，可以水解酯键，再重新与正确的底物结合。3.氨基酰-tRNA的书写(1)氨基酰-tRNA完整的写法是：ala-tRNAala；met-tRNAemet；fmet-tRNAfmet等。(2)各种氨基酰-tRNA的生成反应如下：gly+tRNAgly+ATP→gly-tRNAgly+AMP+PPimet+tRNAemet+ATP→met-tRNAemet+AMP+PPi（二）起始肽链合成的氨基酰-tRNA密码子AUG为甲硫氨酸（Met）编码，同时作为起始密码。与甲硫氨酸结合的tRNA，在真核生物中至少有两种：tRNAimet和tRNAemet；原核生物的起始密码只能辨认甲酰化的甲硫氨酸，即N-甲酰甲硫氨酸（fMet）。第二节蛋白质生物合成过程翻译过程分为起始、延长和终止三个阶段。一、肽链合成起始肽链合成起始阶段，是指mRNA和起始氨基酰-tRNA分别与核蛋白体结合而形成翻译起始复合物的过程。需要起始因子（IF或eIF）和ATP、GTP参与。翻译的起始是mRNA能忠实翻译的关键步骤，也是调节蛋白质合成的部位。（一）原核翻译起始复合物形成(图12-3)1.蛋白体大、小亚基分离。2.mRNA在小亚基定位结合；S-D序列：又称核蛋白体结合位点(ribosomalbindingsite,RBS)，是mRNA起始密码上游的一段富含嘌呤核苷酸的序列，该序列以…AGGA…为核心。（图12-2）3.起始氨基酰-tRNA在小亚基上就位；4.核蛋白体大亚基结合。（二）真核生物翻译起始复合物形成1.核蛋白质体大小亚基的分离；2.起始氨基酰-tRNA结合；3.mRNA在核蛋白质体小亚基的准确定;(图12-4A)4.核蛋白质体大亚基结合。（图12-4）eIF2是真核肽链合成调节的关键成分。二、肽链的延长肽链合成的延长是根据mRNA密码序列的指导,依次添加氨基酸从N端向C端延伸肽链,直到合成终止的过程。由于肽链延长在核蛋白体上连续性循环式进行，又称核蛋白体循环(ribosomalcycle)，每次核蛋白体循环肽链增加一个氨基酸。需要延长因子、各种酶和GTP参与。原核生物延长因子：EF-T（EF-Tu、EF-Ts）EF-G真核生物延长因子：EF-1、EF-2翻译延长因子核蛋白体循环分三个步骤：1.进位(entrance)2.成肽(peptidebondformation)3.转位(translocation)核蛋白体阅读mRNA密码子的方向是5’→3’，肽链合成从N→C端进行的。需ＥＦ－Ｔ参与。成肽反应在Ａ位上进行。（三）转位延长因子EF-G有转位酶活性，可结合并水解１分子GTP，促进核蛋白体向mRNA的３’侧移动。程三、肽链合成的终止当核蛋白体Ａ出现mRNA的终止密码后，多肽链合成停止，肽链从肽酰－tRNA中释出，mRNA、核蛋白体大、小亚基等分离，这些过程称为肽链合成终止（termination）。需要释放因子（RF）的参与。原核生物RF：RF-1、RF-2、RF-3真核生物RF：eRF释放因子的功能：１.识别终止密码，如RF-1特异识别UAA、UAG；而RF-2可识别UAA、UGA。２.诱导转肽酶改变为酯酶活性，相当于催化肽酰基转移到水分子－OH上，使肽链从核蛋白体上释放。IFRF1RF2RF3GTPGDP+Pi第三节蛋白质合成后加工和输送一、多肽链折叠为天然功能构象的蛋白质二、一级结构的修饰三、空间结构的修饰四、蛋白质合成后的靶向输送一、多肽链折叠为天然功能构象的蛋白质几种有促进蛋白折叠功能的大分子：１、分子伴侣（molecularchaperon）２、蛋白二硫键异构酶(proteindisulfideisomerase,PDI)３、肽－脯氨酰顺反异构酶(peptideprolylcis-isomerase,PPI)分子伴侣：是细胞中一类保守蛋白质，可识别肽链的非天然构象，促进各功能域和整体蛋白质的正确折叠。１、热休克蛋白（heatshockprotein,HSP）HSP70、HSP40和GreE家族２、伴侣素（chaperonins）GroEL和家族GroES二、一级结构的修饰（一）肽链N-端的修饰（二）个别氨基酸的共价修饰（三）多肽链的水解修饰（图12-10）三、空间结构的修饰（一）亚基聚合（二）辅基连接（三）疏水脂链的共价修饰四、蛋白质合成后的靶向输送蛋白质合成后经过复杂机制，定向输送到最终发挥生物功能的目标地点，这一过程称为蛋白质的靶向输送（proteintargeting）。所有靶向输送的蛋白质结构中存在分选信号，主要为Ｎ末端特异氨基酸序列，可引导蛋白质转移到细胞的适当靶部位，这一序列称为信号序列（signalsequence）。（一）分泌蛋白的靶向输送1.信号肽：各种新生分泌蛋白的Ｎ端有保守的氨基酸序列称为信号肽(signalpeptide)。（见图）2.分泌性蛋白进入内质网：（图12-11）第四节蛋白质生物合成干扰和抑制一、抗生素（antibiotics)由微生物产生的具有抑制其它生物生长的物质。1.四环素（tetracyclin）族2.氯霉素（chloromycetin）3.链霉素(streptomycin)和卡那霉素(karamycin)4.嘌呤霉素（puromycin）5.放线菌酮（cycloheximide）各种抗生素影响翻译过程的作用点见图12-14转位酶二、其它干扰蛋白质合成的物质（一）毒素白喉毒素对真核生物的延长因子EF-2起共价修饰作用，生成EF-2的腺苷二磷酸核糖衍生物，从而使EF-2失活。（图12-15）（二）干扰素（interferon,IF）由真核生物细胞感染病毒后分泌的具有抗病毒作用的蛋白质。tRNA反密码子第1位碱基IGACmRNA密码子第3位碱基U,C,AA,GUGGCGCGAPuPu碱性Ｎ端