生物化学_蛋白质的生物合成

（一）翻译的起始阶段
在起始因子的作用下，fMettRNAifMet、mRNA与核糖体结 合，形成70S起始复合物的过 程。此阶段需要GTP及Mg2+参 加 起始阶段包括四个小事件的发生
IF-3 起始因子 IF-1 功能 占据氨基酰位（A位） ，防止tRNA过早地结 合到A位 促进fMet-tRNAifMet结 合到30S小亚基 结合30S小亚基，促进 大、小亚基分离，并 提高P位对fMettRNAifMet的敏感性
第十三章
蛋白质的生物合成（翻译）
Biosynthesis of Protein or Translation
蛋白质生物合成的概况
1. 概念：以mRNA为模板合成蛋白质的过程，又称翻译。 2. 原料：20种氨基酸（1954年 Paul Zamecnik等） 3. 中介分子：tRNA、mRNA、rRNA 分子(1958年M.B.Hoagland等)。 64个遗传密码（1961～1966Nirenberg等） 4. 合成方向：从肽链的N端到C端（1961年Howard Dintzis） 5. 合成场所：核糖体 6. 合成体系建立：（1973～1976年）
mRNA定位基础是S-D序列 S-D序列（核糖体结合位点）是指位于mRNA起始密码（AUG）的 上游约8～13核苷酸部位存在有4～9个核苷酸组成的一致序列， 如AGGAGG。 小亚基上16S rRNA 的3´端存在有与S-D序列互补的序列UCCUCC
mRNA在小亚基上定位结合
5´
IF-3 16S rRNA 5'
第二节
肽链的生物合成过程
一、原核生物的肽链合成过程
原核生物翻译过程的各种蛋白质因子及其功能
种类
IF-1 起始因子
功能
占据氨基酰位（A位），防止防止氨酰-tRNA过早地结合到A 位
IF-2
IF-3
促进Baidu NhomakorabeaMet-tRNAifMet与核糖体30S小亚基结合
结合核糖体30S小亚基，促进大、小亚基分离，提高肽酰位 （P位）对fMet-tRNAifMet的敏感性 调节亚基 转位酶，使肽酰tRNA有A位转至P位，促进tRNA卸载与释放
（二）肽酰转移酶(peptidyl transferase)（核酶）
催化肽键生成，兼有酯酶活性 -原核23SrRNA；真核28SrRNA 肽链合成方向：N→C
5′
A U G G G C
UAC
O
3′mRNA
C C G
H3C-S-CH2CH2-CH-C OHC NH
~
HNH—CH2—CO~
（三）转位酶催化核糖体移位
50S
5´
AUG
P AAA RF-3 RF-1
E
3´
RF-1：辨认UAA、UAG RF-2：辨认UAA、UGA 激活转肽酶的酯酶活性 而水解酯键
RF-3：促进RF-1或RF-2进入A位， 具GTP酶活性，帮助肽链的释放
（二）真核生物的肽链合成过程
真核生物翻译过程的蛋白质因子及其功能
起始因子 功能 eIF-1 多功能因子，参与多个翻译步骤
原核生物
（70S起始复合物形成） 1.核蛋白体大小亚基分离 2.mRNA在小亚基上定位结合 （借助于S-D序列） 3.起始甲酰蛋氨酰tRNA的结合 （肽链的第一个氨基酸为甲酰 蛋氨酸）
余下的密码
只代表氨基酸 信息
（二）遗传密码的特点
1. 方向性（directionality）
2.连续性（commalessness）
谷氨酰胺（CAG）
插入
谷氨酰胺（AAC）
缺失
精氨酸（AGU）
苏氨酸（ACA）
3 .简并性(degeneracy)
同义密码子： 脯氨酸:CCU、CCC、CCA、CCG
E
催化肽键生成， 兼有酯酶活性
氨酰位(A)： 结合氨酰-tRNA
转 50S 肽 酶
P
A
3′mRNA
三、tRNA是运输氨基酸的工具
tRNA的特点： 分子量最小：60～90个碱 基 1. 含有较多的稀有碱基 2. 5´端大多为pG, 3´端均为-CCA 3. 反密码子的第一位碱 基常出现次黄嘌呤 （I） 4. 细菌中有30～40种 tRNA；真核细胞中 有40 ～ 50种tRNA。 D臂：
(一)rRNA的特点 1. 种类：原核生物有 5S 、 23S、16S rRNA；真核生物有 28S、18S、5.8S、 5S rRNA 2. 含量最多：占细胞 总RNA 80%～90% 3. rRNA与蛋白质构成 核糖体
（二）核糖体上的主要功能部位
肽酰位(P)： 结合肽酰-tRNA 空载tRNA排除位 （真核无E位） 50S 5′
3´
（三）翻译的终止阶段
当mRNA上终止密码出现 后，多肽链合成停止， 释放因子 RF-1 肽链从肽酰-tRNA中 释出，mRNA、核蛋白 RF-2 体等分离。终止过程 需要释放因子参加。 RF-3 终止过程需消耗GTP。 功能
辨认UAA、UAG 激活转肽酶的酯酶活性而水解酯键 辨认UAA、UGA 激活转肽酶的酯酶活性而水解酯键 促进RF-1或RF-2进入A位， 具GTP酶活性，帮助肽链的释放
1.
进位：氨基酰-tRNA进到核糖体的A位
50S
aa2
原核延长因子EF-T主要是促 进氨基酰-tRNA进到A位 （消耗一个高能磷酸键）。 包括Tu（40kD）和Ts (28kD）两个亚基。
5´
UUU
AU G AAA
3´
2.
成肽：肽酰转移酶催化肽键的生成
原核生物的肽酰转移酶为核糖体大亚基的23S rRNA
原核生物由延长因子G(80kD)催化 真核生物由延长因子2（100kD）起作用
5′
A U G
UAC
G G C
CCG
3′mRNA
O H3C-S-CH2CH2-CH-C HNH—CH2—CO~ OHC NH
~
五、主要的蛋白因子
1.
2. 3.
起始因子（initiation factor,IF）（真核起始因子， eukaryotic initiation factor,eIF）：参与翻译的起始 延长因子（elongation factor,EF）：参与肽链的延长 终止释放因子（releasing factor,RF）及核蛋白体释放 因子（ribosomal releasing factor, RRF）：参与肽链 合成的终止
eIF-2
eIF-2B eIF-3 eIF-4A eIF-4B
促进起始Met-tRNAiMet与核糖体40S小亚基结合
与40S小亚基结合,促进大、小亚基分离 与40S小亚基结合,促进大、小亚基分离;介导eIF-4F复合物- mRNA与 小亚基结合 具有RNA解旋酶的活性，能解除mRNA 5´端的发夹结构，使其与 40S小亚基结合。是eIF-4F复合物的组成成分。 与mRNA结合，促进mRNA扫描并定位起始AUG
AUG
3'
3´
IF-1
IF-3促进mRNA在小亚基定位结合
IF3
3. fMet-tRNAifMet结合到小亚基 -首先占据P位
同时tRNA 的反密码 子与mRNA 的密码子 配对结合 3´
IF-2 GTP
5´ IF-3 IF-2促进 fMet-tRNAifMet 与小亚基结合
AUG
IF-1
4.核蛋白体大亚基的结合
翻译时是从mRNA编码区的起始密码子开始至终止密 码子结束。
遗传密码(genetic code)：指mRNA分子中从5´→3´端记数， 三个相邻的核苷酸为一组，代表某中氨基酸或其它信息, 这相邻的三个核苷酸称为一个遗传密码。 遗传密码供有多少个呢？
遗传密码类别
遗传密码 起始密码：AUG 代表的信息 说明 起始信号及氨 （真核）代表 基酸信息 蛋氨酸 （原核）代表 甲酰蛋氨酸 终止密码：UAA、UAG、UGA 终止信号 UGA还代表硒代 半胱氨酸
EF-Tu 促进氨基酰-tRNA进入A位，结合并水解GTP
延长因子 EF-Ts
EF-G
释放因子 RF-1
RF-2 RF-3
识别终止密码子UAA和UAG，诱导肽酰转移酶转变为酯酶
识别终止密码子UAA和UGA，诱导肽酰转移酶转变为酯酶 与核糖体结合，具有GTP酶活性，介导RF-1及RF-2与核糖体 的相互作用
fMet fMet
50S
aa2
UUU
5´
AU G AAA
3´
3.
转位-核糖体与mRNA相对移动 同时有肽酰-tRNA由A位移向P位
每次移动一个遗传密码的距离，转位耗能（消耗GTP的一个 高能磷酸键）。 原核生物由转位酶是EF-G(80kD)，真核为延长因子2
fMet
50S
aa2
E
5´
UUU
A U G AAA
氨酰-tRNA合成 识别位点
氨基酸臂： 与氨基酸结合
TψC环（臂）： 与核蛋白体rRNA结合
反密码子： 识别并结合mRNA密码子
四、参与蛋白质合成的酶类
（一）氨基酰-tRNA合成酶 催化氨基酰-tRNA的合成，兼有酯 酶活性。具有校正功能（误差 <10-4） 氨基酰－tRNA合成酶使tRNA识别特 异的氨基酸。 氨基酸的活化形式：氨基酰-tRNA 氨基酸的活化部位：是羧基
原核生物肽链的起始氨酰-tRNA为甲酰蛋氨酰-tRNA ;而真 核生物肽链为蛋氨酰-tRNA
CH3 CH3 S THFA-CHO FH 4 S CH2 CH2 转甲酰基酶 CH2 CH2 Met Met HN CHC tRNA H2N CHC tRNA f f O O O==CH Met-tRNAfMet fMet-tRNAfMet
eIF-4E
eIF-4G eIF-5 eIF-6
结合mRNA的5´端帽结构，是eIF-4F复合物的组成成分
与eIF-4E、eIF-3和polyA结合蛋白（PAB）结合。是eIF-4F复合物的 组成成分 促进上述起始因子从40S小亚基脱落，以便40S小亚基与60S大亚基结 合形成80S起始复合物 促进无活性的80S核糖体解聚生成40S小亚基和60S大亚基
真核生物翻译过程的蛋白质因子及其功能（续）
延长因子 功能 eEF1α 促进氨基酰-tRNA进入A位，结合水解GTP（相当于原核EF-Tu）
eEF1βγ
eEF-2
调节亚基（相当于原核EF-Ts ）
有转位酶活性（相当于原核EF-G）
释放因子 功能
eRF 识别所有终止密码子（具有原核各种RF的功能
(一)真核生物翻译的起始阶段
在真核起始因子的作用下， Met-tRNAiMet 、mRNA与核糖体 结合，形成80S起始复合物的过程。 起始阶段也包括四个小事件的发生 核蛋白体大小亚基分离 Met-tRNAifMet与核糖体小亚基结合 mRNA在小亚基上定位结合 核蛋白体大亚基的结合
原核生物与真核生物翻译的起始步骤比较
IF-2
1. 2. 3. 4.
核蛋白体大小亚基分离 mRNA在小亚基上定位结合 fMet-tRNAifMet的结合 核蛋白体大亚基的结合
1.核蛋白体大小亚基分离
50S 50S E
IF-3
IF-1
IF-1促进大小亚基分离
防止氨酰tRNA过早进位
IF-3可防止核糖体的亚基过早聚合
2.mRNA在小亚基上定位结合
IF2自复合物解离的同时发生 GTP水解（消耗一个高能 磷酸键），大亚基随之与 小亚基结合，并释放各种 起始因子，形成70S起始复 合物，为延伸作好了准备。
50S
IF-2 GTP
5´
IF-3
AUG IF-1
3´
（二）翻译的延长阶段
肽链的延长是在核蛋白体上连续性循环式进行，每 循环一次，形成一个肽键，即增加一个氨基酸残 基，故又称为核蛋白体循环 每次核蛋白体循环包括三个步骤： 进位（entrance）（注册） 成肽(peptide bond formation) 转位(translocation)
第一节 蛋白质生物合成的基本条件
ATP、GTP 各种因子 K+、 Mg2+ 转位 酶
氨酰tRNA 合成酶
20种aa
tRNA mRNA 核糖体
肽酰转移酶
一、 mRNA是蛋白质合成的直接模板
（一）mRNA的一般特点：
1. 种类繁多 2. 大小不一：500～6000 个碱基 3. 半衰期短：原核生物 1～3分钟，真核生物数 小时或几天 4. 占细胞总RNA：1%～2% 5. 真核mRNA的5´端有N7甲基鸟苷的“帽状”结 构：具有稳定mRNA及有 助于翻译起始的作用 3 ´端有20～250个 多聚腺苷酸（PolyA） 的“尾状”结构：具有 维持mRNA翻译模板的活 性 *（组蛋白除外）
脯氨酸（CCU）
组氨酸（CAC）
4.通用性（universality）
遗传密码的特点
1. 通用性（universality）
5.摆动性（wobble）
密码子与反密码子的摆动配对现象 I U G tRNA反密码子的第1位碱基
A
C
mRNA密码子的第3位碱基
U,C,A
A,G
U,C
U
G
二、核糖体（rRNA）是蛋白质合成的场所