蛋白质生物合成

(一)翻译的直接模板mRNA
是蛋白质合成的直接模板。是将DNA基因信息传递给蛋白质的“使者”和“通讯员”。
遗传学将编码一个多肽的遗传单位称为顺反子
在原核生物中—多顺反子：数个结构基因常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，指导多条肽链合成，称为多顺反子
在真核生物中—单顺反子：每种mRNA只能编码一种蛋白质，指导一条多肽链的合成，称为单顺反子。
6.克隆基因的表达经上述过程分离、获得特异序列的基因组DNA或cDNA克隆，即基因克隆。但基因工程的最终目标还是要进行目的基因的表达，以实现生命科学研究、医药或商业目的。
三、基因工程与医学的关系
（一）基因工程用于生产蛋白质类药物
目前用基因工程生产的蛋白质药物已达数十种，已有50多种基因工程药物上市，近千种处于研发状态。已广泛应用于治疗癌症、肝炎、发育不良、糖尿病、囊纤维变性和一些遗传病上。
2．限制性核酸内切酶所谓限制性内切核酸酶就是识别DNA的特异序列，并在识别位点或其周围切割双链DNA的一类内切酶。
3．质粒所谓质粒是存在于细菌染色体外的小型环状双链DNA分子。
二、基因工程的主要步骤
1.目的基因的获取目的基因是指为某一特定目的所需要的DNA片段，又称为目应和人工合成等方法。
2．成肽：在大亚基上转肽酶的催化下，P位上起始tRNA所携带的氨基酰与A位上新进入的氨基酸的氨基缩合形成肽键。
3．移位：又称转位，EF-TuGTP复合物与核糖体结合，并水解GTP提供能量，促使核糖体沿mRNA向3＇-端移动移动一个密码子的距离。
新生肽链上每增加一个氨基酸残基都要经过进位、成肽、移位三步反应，此过程需要2种EF参与，消耗2分子GTP。
（五）水解修饰：一些多肽链合成后，在特异蛋白水解酶作用下，去除某些肽段或氨基酸残基。
（六）靶向输送：蛋白质合成后，定向地被输送到其执行功能的场所。
第四节蛋白质生物合成与医学
一、分子病
由于基因突变导致蛋白质一级结构的改变，进而引起生物体某些结构和功能的异常。由此造成的疾病称为分子病。
例如分子病的典型代表镰刀型红细胞贫血
②具有转肽酶（核酶）活性，催化肽键的形成。
③能够结合参与蛋白质合成的可溶性蛋白因子，如起始因子、延长因子、终止因子等。
二、合成原料
20种编码氨基酸，少数生物另有两种氨基酸：吡咯赖氨酸和硒代半光氨酸。
三、参与蛋白质生物合成的酶类
1.氨基酸tRNA合成酶：在ATP的存在下，催化氨基酸的活化以及与对应tRNA的结合反应。它存在于细胞液中，至少20种以上，具有绝对特异性，对氨基酸及tRNA都能高度特异地识别，此外还具有校正活性，可将反应任一步骤中出现的错误加以改正，是保证翻译准确性的关键物质。
EF是一类直接参与多肽链延长阶段的蛋白因子。其作用主要是促进氨基酰-tRNA进入核蛋白体的受位，并促进移位过程。
RF是与多肽链合成终止有关的蛋白因子。其作用主要是识别mRNA上的终止密码，协助多肽链的释放。
五、供能物质及无机离子
蛋白质生物合成过程中需要ATP或GTP提供能量，并需镁离子和钾离子参与。
mRNA分子中核苷酸序列包含指导多肽链氨基酸序列合成的信息。在mRNA信息区内，从5′→3′方向，每相邻的3个核苷酸（碱基）组成一个三联体的遗传密码或密码子，在蛋白质合成时，编码一种氨基酸。mRNA以此三联体遗传密码的方式，决定了蛋白质分子中氨基酸的排列顺序和基本结构。
遗传密码的特点：
1、连续性：连续性是指两个相邻的密码子之间没有任何特殊的符号加以间隔。
（二）基因工程用于基因诊断和基因治疗
基因诊断也称为DNA诊断或基因探针技术，即在DNA水平分析检测某一基因，从而对特定的疾病进行诊断。基因诊断技术在诊断遗传性疾病方面发展迅速。目前已经可以对几十种遗传病进行产前诊断，如镰刀形细胞贫血、苯丙酮尿症、白血病等。
基因治疗是指将健康外源基因导入有基因缺陷的细胞中，达到治疗疾病的目的，已成为基因工程在医学上应用的又一重要内容。
2.转肽酶：存在于核蛋白体大亚基上，能催化给位（P位）上肽酰-tRNA的肽酰基转移至受位（A位）上氨基酰-tRNA的氨基上，使酰基与氨基缩合形成肽键。
四、蛋白质因子
蛋白因子——起始因子、延长因子、释放因子
IF是一些与多肽链合成起始有关的蛋白因子。其作用主要是促进核蛋白体小亚基与起始tRNA及模板mRNA的结合。
5、摆动性；运输氨基酸的tRNA的反密码需要通过碱基互补与mRNA的遗传密码反向配对结合，反密码与密码间不严格遵守常见的碱基配对规律，称为摆动配对。
（二）氨基酸的搬运工具tRNA
tRNA是搬运氨基酸的工具，起“接合器”的作用，在蛋白质生物合成中担任“翻译员”的工作。tRNA具有双重作用：一方面可以氨基酰tRNA的形式携带活化氨基酸，另一方面又可识别mRNA分子上的遗传密码，通过反密码子与mRNA密码子对应结合，保证翻译过程的忠实性。
第二节蛋白质的生物合成过程——翻译
蛋白质合成需要以mRNA为模板，氨基酸为原料，tRNA为转运氨基酸的工具，以核蛋白体为合成场所，在多种酶和辅助因子等200多种成分共同参与下完成。
准备过程：氨基酸的活化与转运氨基酰-tRNA合成酶具有绝对专一性，对氨基酸、tRNA两种底物都有高度特异的识别功能，并将氨基酸连接在对应的tRNA上，从而保证了遗传信息的准确翻译。
一、一、肽链合成的起始
由核糖体、大小亚基，模板mRNA及起始tRNA组装形成起始复合物的过程，需GTP、三种IF及Mg2+的参与。
1.核糖体大、小亚基分离
2. mRNA在小亚基上定位结合
3.起始氨基酰-tRNA的结合
4.核糖体大亚基结合
二、肽链合成的延长
1．注册：又称进位，按照A位处对应的mRNA第2个密码子，相应的氨基酰tRNA与EF-TuGTP构成复合物，并通过反密码识别mRNA模板上的密码子。
商洛职业技术学院教案教案首页
课程名称
生物化学
序次
20
专业班级
2009级护理
授课教师
王文玉
职称
副教授
类型
理论
学时
2
授课题目
(章,节)
第十一章 蛋白质的生物合成
第一节 参与蛋白质生物合成的物质
第二节 蛋白质的生物合成过程 第三节 翻译后加工
第四节 蛋白质生物合成与医学吗第五节 基因工程
教学目的
与要求
掌握：翻译的概念；参与翻译的物质及其作用；遗传密码的含义及特点；mRNA、tRNA、rRNA在翻译过程中的作用和相互配合关系；氨基酰-tRNA合成酶的作用；核糖体循环；基因工程、限制性核酸内切酶和质粒的概念。
由此可见，多个核蛋白体利用同一条mRNA模板，按不同进度各自合成多条相同的肽链，从而提高了翻译的效率。蛋白体合成的速度很快，据估算，每一个核蛋白体每秒钟可翻译约40个密码，即每秒合成相当于40个左右氨基酸残基组成的多肽链。
第三节翻译后加工
包括一级结构的修饰和空间结构的修饰：
（一）新生肽链的折叠：新合成的肽链需经过折叠形成特定空间结构才具有生物活性。这一过程主要在细胞内质网中进行，一般需要在折叠酶和分子伴侣参与下才能完成。
三、肽链合成的终止
当核蛋白体的A位出现mRNA的终止密码后，多肽链合成停止，肽链从肽酰-tRNA中释出，mRNA大小亚基等分离，这些过程称为肽链合成终止。
以上所述是单个核蛋白体合成肽链（单个核蛋白体循环）的情况。
每条mRNA模板在蛋白质合成过程中同时与多个核蛋白体结合所形成的念珠状结构称为多聚核蛋白体，是多肽链合成的功能单位。
（三）rRNA组成的核糖体是蛋白质合成场所
在蛋白质生物合成中，rRNA并不能单独起作用，它需要与多种蛋白质结合构成核蛋白体，核蛋白体是蛋白质合成的场所，是多肽链合成的“装配机”。
核蛋白体由大小两个亚基构成。具有以下功能：
（1）小亚基：
①有容纳mRNA的通道，可结合模板mRNA。
②结合起始tRNA。
③结合和水解ATP。
（二）N端甲酰蛋氨酸或蛋氨酸的切除：在肽链合成后或肽链延长过程中，由脱甲酰基酶或氨基肽酶催化，将甲酰蛋氨酸或蛋氨酸残基水解切除掉。
（三）氨基酸残基侧链的修饰：例如，丝氨酸和苏氨酸残基的磷酸化；脯氨酸和赖氨酸残基的羟基化；组氨酸残基的甲基化；谷氨酸残基的羧基化等。
（四）辅基的连接和亚基的聚合：翻译生成的多肽链需要进一步与辅基结合；具有两个或两个以上亚基的蛋白质，在各肽链合成后，要通过非共价键将各亚基聚合形成多聚体才具有生物学活性。
2.基因载体的选择与构建基因载体是指运载目的基因进入宿主细胞进行扩增和表达的DNA分子。可充当基因载体的DNA分子有质粒DNA、噬菌体DNA、病毒DNA等。基因工程的目的不同，操作基因的性质不同，载体的选择和改建方法也不同。
3.目的基因与载体的连接将含目的基因的外源DNA与载体DNA连接在一起，形成新的DNA分子叫DNA重组体。
正常
异常
相关的DNA
……CTT……
……CAT……
相关的mRNA
……GAA……
……GUA……
β-链上N端第六位氨基酸残基
谷
缬
Hb种类
HbA
HbS
红细胞形态
双凹圆盘
镰刀形
二、抗生素对蛋白质合成的影响
多种抗生素可以作用于从DNA复制到蛋白质生物合成的遗传信息传递的各个环节，阻抑细菌或肿瘤细胞的蛋白质合成，从而发挥药理作用。
教案续页
基 本 内 容
辅助手段和时间分配
第十一章蛋白质的生物合成
蛋白质的生物合成是基因表达的重要步骤之一，DNA的遗传信息转录给mRNA，再以mRAN为模板指导蛋白质的合成，mRNA中的核苷酸序列就决定了多肽链中氨基酸的排列顺序，这个遗传信息的转译过程就称为翻译。
第一节参与蛋白质生物合成的物质
一、RNA
4.重组DNA导入宿主细胞外源DNA（含目的DNA）与载体在体外连接成重组DNA分子后，需将其导入宿主细胞。