第十三章蛋白质的生物合成

第十三章蛋白质的生物合成

一、教学基本要求

解释翻译的概念。

写出蛋白质生物合成体系的组成，论述mRNA,tRNA和核蛋白的作用原理。

复述蛋白质生物合成过程。

简要写出真核与原核生物蛋白质合成异同及肽链合成后的加工过程。

解释分子病，并举例说明。

简要叙述蛋白质合成阻断剂作用原理。

二、教材内容精要

(一)蛋白质的生物合成 :

1.蛋白质的生物合成的概念

在生物体细胞内，以 mRNA为模板合成蛋白质多肽链的过程即蛋白质的生物合成。在蛋白质的生物合成过程中，多肽链的氨基酸顺序是模板mRNA中的核苷酸排列顺序决定的，因

此这一过程又称翻译( translation )。

2.蛋白质的生物合成体系

除合成原料氨基酸外，蛋白质的生物合成体系还包括mRNAtRNA核(糖核)蛋白体、

有关的酶、蛋白质因子、ATP GTP等功能物质及必要的无机离子。

⑴mRNA:它是蛋白质多肽链合成的模板。mRNA5至3'方向，若有AUG开始，可以称

为一个开放读码框架( open reading )，读码框架内每 3 个核苷酸组成一个密码子，如 AAA 或AAG代表赖氨酸；5'端第一个AUG表示起动信号(initiator codon),并代表甲酰蛋氨

酸(细菌)或蛋氨酸(高等动物) ;UAA,UAG或 UGA表示终止信号(terminator codon )。为氨基酸编码的密码子具有如下特点：①简并性( degenerate ),即一个以上密码子体现一个

氨基酸遗传信息的现象。②连续性(commaless),密码的三联体不间断，须3个一组连续读

下去。③通用性 (universal) 从病毒、植物到人类，所有生物在蛋白质生物合成中都使用一套遗传密码。模板上的密码子可与tRNA的反密码子(anticodon )互补结合。

(2)tRNA及核(糖核)蛋白体：tRNA是氨基酸的运载体。一种tRNA可携带一种氨基酸；

而一种氨基酸可由数种 tRNA携带。tRNA反密码子与 mRNA密码子第三个核苷酸配对时，除 A-U,G-C 外，还可有 U-G,I-C,I-A 等不稳定配对( wobble base pair )。核(糖核)蛋白体是多肽链的“装配机”。由大、小亚基组成，亚基又分别由不同的rRNA分子与多种蛋白质

分子构成。原核小亚基为30S,真核为40S;原核大亚基为50S,真核为60S。整个原核核(糖核)蛋白体大小为 70S，真核为80S。在细胞内，一类核(糖核)蛋白体附着于内质网，参与分泌蛋白质的合成；另一类游离于胞质中。

(3)蛋白质因子：现以原核生物中蛋白质生物合成为例，介绍参与这一过程的蛋白质因

子。A1 :启动因子(initiation factor )参与起动。

①IF 1：促使携带氨基酰的起动 tRNA与小亚基结合。

②IF 2：功能同上，并有 GTP酶活性。

③IF 3:促进小亚基与mRNA寺异结合；在终止阶段后促使脱落的核蛋白体解离为大、小亚基。

B1:延长因子(elongation factor )。

④EFTu和EFTs延长因子(elongation factor )作用于肽链延长阶段。促进氨基酰-tRNA 进人核蛋白体的“受位” (acceptorsate)，具有GTP酶活性。

⑤EFG作用于肽链延长阶段。具有GTP酶活性，使转肽后失去肽链或蛋氨酰 -tRNA从“给位” (donor site )上脱落，并促进移动。

C：释放因子。

⑥)RF：识别终止信号，使大亚基转肽酶( transpeptidase )将"给位”上已合成的肽链水解释放。

3.蛋白质多肽链的生物合成过程

蛋白质的翻译过程包括氨基酸的活化与转运，以及核蛋白体循环( ribosome cycle )。

核蛋白体循环是本章重点内容。

(1 )氨基酸的活化与转运—即参加蛋白质合成的氨基酸在特异的氨基酰-tRNA 合成酶(aminoacyl-tRNA synthetase)催化下由ATP供能并与相应得 tRNA结合。氨基酰-tRNA合成酶具有绝对的专一性，酶对氨基酸、tRNA两种底物都能高度特异的识别。氨基酰-tRNA合成

酶还有校对活性，当 tRNA携带了错误的氨基酸时，氨基酰-tRNA合成酶具有水解错误氨基

酸酯键的功能，换上与密码子相对应的氨基酸。

(2 ) 核蛋白体循环可分为启动 (initiation )、肽链延长 ( elongation ) 及终止

( termination)3 个阶段。

1)启动过程中形成启动复合体，此时需要GTP真核体系中还需ATP.

具体步骤：mRNA与小亚基结合，并有IF1和IF3辅助，与此同时fmet-RNA辨认结合于 mRNA勺起始密码子AUG±，此时IF3脱落，而IF?与GTP参与反应；50S的大亚基与小亚基结合，启动因子IF1、IF2脱落。fmet-RNA携带的第一个蛋氨酸位于核蛋白体的给位(donor site) 又叫肽位 (peptidyl site) ，它位于核蛋白体的左半部分，给位的右侧称受位 (acceptor site) ，在核蛋白体的右侧。

2)肽链延长阶段，每增加一个氨基酸，就按进位、转肽、脱落和移位这四个步骤重复进

行。具体步骤：进位：第二个氨基酸进人受位，此步需要延长因子EFTu和EFTs及GTP Mg

十参加。转肽： 50S 大亚基给位有转肽酶的存在，可催化肽键形成。经转肽酶催化，给位上

的甲酰蛋氨酸被转移到受位上，与受位的氨基酸的氨基形成肽键，此步需要Mg2十和K+。

脱落：在给位上的 RNA fmet脱落。

移位：核蛋白体向 mRNA勺3'端移动一个密码子，下一个密码子进人受位，同时携有肽链的tRNA 由受位移至给位，反应需要延长因子EFG GTP与 tRNA由受位移至给位，反应

需要延长因子EFG\GTP与Mg十

3)终止阶段，需终止因子RF参与,RF使给位的转肽酶变为水解作用，合成好的肽链被

水解并从核蛋白体上释放。从mRNAh脱落的核蛋白体，分解为大、小两个亚基，核蛋白体

的解缔过程需要启动因子 3(IF3) 。蛋白质合成是需能反应，每生成一个肽键，共需消耗四个高能磷酸键。

4)真核生物的蛋白质合成与原核大同小异，它的核蛋白体为80S;有启动作用的氨基酰

-tRNA不需要甲酰化，而原核生物需要甲酰化；真核生物的延长因子为EFT1和EFT2;其终

止因子为RF,它可以识别 3种终止密码子，而原核生物的终止因子有3种，即RF1,RF2和

RF3蛋白质合成具有方向性，即由N端向C端延伸。

4.肽链合成后的加工( processing )

某些蛋白质经此过程方能形成有生物学活性的分子。该过程包括：多肽链的切除修饰、 C端氨基酸酰胺化修饰、N末端乙酰化修饰，以及加糖、加脂、磷酸化、羟化、甲基化与羟

甲基化等。单纯蛋白质是由多条肽链组成，多个亚单位构成的蛋白质需经亚基聚合过程，复合蛋白尚有辅助成分参与组成。

5.蛋白质合成与医学的关系

(1)分子病(molecular diseases) 的概念：由于基因缺陷，则可出现RNA与蛋白质合成