第四节蛋白质的合成过程描述

（5）、40S起始复合物对mRNA上转录起始位 点的寻找：滑动模型
mRNA翻译起始位点的序列特点：
• 40S起始复合物只有在含有序列GCC（A/G）
CCAUGG位置上停止移动；
• 在AUG上游第三个位置上的嘌呤(A或G)和随后的
G 是最重要的，它们以10倍的关系影响着翻译的
效率；
（6）、80S起始复合物：
第二步：
总反应式：
总反应式
2、真核生物的氨基酸的活化与原核生物 相同。
生成的氨酰－tRNA的化学结构
生成的氨酰－tRNA的空间构象
（二）、蛋白质合成的起始：
1、大肠杆菌蛋白质合成的起始：
（1）、多肽链合成起始需要专一的tRNA：
A、起始密码子是AUG，与之相对应的tRNA为起始 tRNA（记为tRNAfMet），这种氨酰-tRNA 通常被缩写 为fMet-tRNAfMet。而与基因中密码子AUG相对应的 tRNA是另外一种tRNA，记为tRNAm。
fMet-tRNAfMet
Met-tRNAmMet只识别内部的AUG 密码子，它的甲硫氨酸
不能被甲酰化
（3）、起始Met的水解：
几乎所有蛋白质合成的起始氨基酸都相同，但并不
是所有的蛋白质第一个氨基酸是甲酰甲硫氨酸；
A、对于末端是甲硫氨酸的蛋白质：是由专一的去 甲酰化酶(Deformylase)催化去掉甲酰基团；
第四节 蛋白质的 生物合成
本节的主要内容
1、原核生物以及真核生物蛋白质生物合成 过程：包括起始，延伸，终止； 2、保证蛋白质正确合成的机理；
植物细胞中蛋白质合成的部位
50-100
30-40
More than 20,000 proteins
一、蛋白质合成的一般特征：
mRNA的转录方向：5ˊ→3ˊ
甲酰化并不是必不可少的，因为没有甲酰化的 Met-tRNAfMet 也能行使起始的功能，但甲酰化后, 能提高fMet-tRNAfMet 的起始效率。
起始tRNA由甲硫氨酰-tRNA甲酰化
甲酰基
AARS
tRNAfMet
甲酰基转移酶 Met-tRNAfMet N10－甲酰FH4 FH4
O C H Met tRNA
（2）、多肽链合成起始需要甲酰甲 硫氨酸：
• tRNAfMet通过两步反应获得被修饰的氨基酸。
A、tRNAfMet与Met相连得到Met-tRNAfMet；
B、 N10－甲酰FH4为甲基供体，甲酰基封锁了MettRNAfMet 上的Met上的－NH2,得到fMet-tRNAfMet ；
甲酰基的作用：
•
起始复合物形成过程的特点：
A、通过与fMet-tRNAfMet专一结合，IF-2使起始 tRNA而不是其他的Met-tRNA参加起始反应。 B、 IF-2具有依赖核糖体的GTPase活性：当50S 亚 基连接上，形成完整的核糖体时，GTP被水解。 GTP的水解对核糖体结构的改变有所帮助，使70S 核糖体成为有活性的结合体。 C、 fMet-tRNAfMet是进入核糖体的P位，而不是A 位。
蛋白质生物合成的方向：N端→C端；
蛋白质合成除需要aa，核糖体，mRNA，
tRNA外，还需要ATP、GTP，一系列辅助 因子。
二、蛋白质合成的过程
1、氨基酸的活化；
2、蛋白质合成的起始； 3、蛋白质合成的延伸； 4、蛋白质合成的终止；
（一）、氨基酸的活化：
1、E.Coli氨基酸的活化:
由高度特异的氨酰-tRNA合成酶 (aminoacyl-tRNA synthetase)催化，反应分两步： 第一步：
（5）、mRNA上核糖体结合位点序列特点：
A、起始序列的确定方法：
核糖体结合到mRNA上
阻止肽链的延伸，加核酸 酶消化未被保护的mRNA
对获得的序列进行分 析
B、mRNA上核糖体结合位点（RBS）序 列的特点：
AUG(或偶尔GUG 或UUG)起始密码子总是位于 被保护的序列中。
在AUG 上游10 个核苷酸以内有一段序列接近或 同下面的序列完全相同： 5′… AGGAGG… 3′ 这段多嘌呤的序列被称为SD(Shine-Dalgarno)序 列。它与16S rRNA上靠近3′一段保守序列配对： 3′… UCCUCC… 5′
（3）、EF-Tu-GTP的再生：
唯一不能被EFTu-GTP识别的氨酰 tRNA是N-甲酰甲硫 氨酰tRNA，这种排 斥作用保证了fMettRNAf不能与内部 密码子AUG或GUG 结合。
•
• EF-Tu-GDP是在 EF-Ts的帮助下实现 再生的。
（4）、GTP水解对肽键形成的影响：
• 肽键的形成需要GTP水解为GDP：
UUG)。
• 起始密码子被识别的程度不同，若将AUG 替换为 GUG，则起始的效率将会降低大约一半，若替换为 UUG，则效率将会在这个基础上又降低大约一半。 • AUG和GUG是兼职密码子，它们既可以作为起始密 码子，作为肽链合成的起始信号，这时与之对应的 氨基酸是甲酰Met。另外也可作肽链内部相应aa的 密码，这时AUG编码Met,GUG编码val。
为研究GTP 在三元复合物中的作用，有人用不能 被水解的GTP类似物GMP-PCP代替GTP。 在GMP-PCP 存在的条件下，三元复合物（AA－
tRNA-EF－Tu- GMP-PCP）可以形成，氨酰tRNA也能进入到核糖体A位点。但肽键不能形成。
（5）、EF－Tu－GDP的释放对肽键形成 的影响：
Met
（fMet－tRNAfMet）
N－甲酰甲硫氨酸
tRNAm Met ATP/ Mg 2+ + Me t AMP/Mg 2+ PP i MettRNAmMet
tRNAf Met
AMP/Mg 2+PP i MettRNAfMet
N10ormyltetrahydrofolate
Transformylase
（2）、真核生物起始tRNA的特点：
A、真核生物起始tRNA为tRNAi，延伸中负责运 转Met为tRNAm，二者携带的氨基酸均为Met。
B、在酵母中，起始tRNAi至少有两个独特的特点： • 它具有特殊的三级结构； • 在64 号碱基的2′羟基被磷酸化，如果不存在这一 修饰则tRNAi可用于延伸。
总结：转位的过程
转位包括三种运动: 空载的tRNA离开P位。
肽基tRNA由A位移到P
位
核糖体沿mRNA的5ˊ→3ˊ方 向移动一个密码子的距离。 该过程也需要EF-G－GTP。 的帮助。
总结：原核生物肽链的延伸
（二）、真核生物肽链的延伸
1、进位：进位因子eEF-1α 负责携带氨酰-tRNA进 入核糖体，这个反应同样涉及到GTP中高能键的裂 解。它与它在原核生物中的对应蛋白质(EF-Tu)有同 源性。
总结：
原核生物氨酰-tRNA进入核糖体的A位的过程： 氨基酸进位需延伸因子：Ts、Tu，还要 消耗GTP。 EF-Tu与GTP和氨酰-tNRA首先形成三元复合物， 才能进入A位。
2、肽键的生成（转肽反应）：
通过把与P位点上的tRNA结合的多肽链转移到A位
Leabharlann Baidu
点上的氨酰－tRNA上可使多肽链延伸（羧基结合
eIF2
eIF1 eIF3 eIF4a 15kd ＞500kd 50kd
eIF4b
eIF5
80kd
150kd
协助 eIF4a解开发卡二级结构
水解GTP，释放eIF2, eIF3 促使核糖体大小亚基之间的结合
eIF4e
(eIF4f 的亚基)
促进40S核糖体小亚基与mRNA5‘端帽子结合
真核生物蛋白质合成的起始因子的作用
B、对于末端不是N－甲酰甲硫氨酸的蛋白质：在
第一步的基础上，末端的甲硫氨酸会被一种称为 氨肽酶(Aminopeptidase)的酶去掉；
细菌中新合成的蛋白质以甲酰甲硫氨酸开始，但在 蛋白质合成期间甲酰基被去掉，有时甚至甲硫氨酸 也被除掉。
（4）、大肠杆菌对起始密码子的利用：
原核生物的起始密码子为AUG 或GUG(偶尔也识别
E、起始Met－tRNAi位于起始80S复合物的P位点。
二、多肽链的延伸：
（一）、原核生物多肽链的延伸
1、氨酰－tRNA进入核糖体A位点
（1）、三元复合物的形成： 二元复合物EF-Tu-GTP 与氨酰-tRNA 结合形成三元复 合物：氨酰-tRNA-EF-Tu-GTP。 （2）、三元复合物进入A位点： A、反密码子的尾部结合到30S 亚基的A位点上。 B、密码-反密码的识别引发EF-Tu 结构的变化，促使 tRNA 的CCA 尾部移入50S 亚基的A 位点内。然后GTP 被水解为GDP，二元复合物EF-Tu-GDP 被释放。
IF-2 95kd-117kd
IF-3
20kd
（7）、30S起始复合物的形成：
inactive 70S ribosome
SD sequence
30S initiation complex
IF－2 与GTP 结合
（8）、70S起始复合物的形成
GDP + Pi
70S initiation complex
（3）、真核生物蛋白质合成的起始因子：
因子
eIF2-A
大小
65kd
作 用
促使Met-tRNAi与40S亚基结合 结合GTP而活化，协助 i 40S亚基形成三元复合物 （ Met –tRNAi，mRNA，40S亚基 ） 促使40S亚基与mRNA结合 与eIF4e有高亲和力，促使40S亚基与mRNA 起 始位点结合 使 mRNA发卡二级结构解开
到A位点上的氨基酸的氨基上，形成肽键。），在
这一过程中，核糖体停在原处。这个催化活性可能
是50S 亚基的核糖体RNA 的性质。
肽键形成于P 位点的肽酰tRNA 所携带的多肽链与 A 位点氨酰-tRNA 所携带的氨基酸之间。
3、转位：
（1）、转位的过程：
转位：是肽酰－tRNA从核糖体的A位进入P位， 同时，mRNA 向前移动三个核苷酸。
•
• 转位的结果使空载tRNA 离开P 位点，从而使新 的肽酰-tRNA 可以进入P位，这时核糖体A位点空 出，从而使下一个aa－tRNA进入A位。 • 转位作用使氨基酸不断的加到生长的肽链上，
（2）、转位需要在延伸因子：EF－G的 帮助下实现：
EF-G的特点：
•EF-G是细胞中的一种主要成分；达到每核糖体~1 拷贝(每细胞20,000 分子)。 • EF－G帮助转位需要水解GTP。但GTP水解并不 是转位所必须的，EF－G离开核糖体需要水解GTP •核糖体不能和EF-Tu、EF-G 这两个因子同时结合。
•
肽键的形成需要EF－Tu－GDP从A位点的释放：
黄色霉素(Kirromycin)是一种能抑制EF-Tu 功能的抗生 素。当EF-Tu 被黄色霉素结合时，它仍保留与氨酰tRNA 结合并使之进入A 位点的功能。但EF-Tu-GDP 复
合物不能从核糖体上释放。这使肽酰-tRNA 和氨酰tRNA 之间的肽键无法形成。
SD序列的意义：
对SD 序列进行点突变，发现mRNA 无法被
翻译。
说明SD序列是原核生物蛋白质翻译所必须
的。
（6）、原核生物中起始辅助因子：
因子
IF-1
大小
9.5kd
作
用
与 30S 亚基结合，成为起始复合 物的一部分，促进IF-2的释放； 与GTP结合活化，促使fMettRNAfMet 选择性的 结合在30S亚 基上 促使30S亚基结合于mRNA起 始部位;
Translation domain
Exit domain
menbrane
Exit site
P site
A site
60 Nt
（7）、真核生物起始复合物的特点：
A、18S序列上没有与mRNA上互补的序列；
B、mRNA 3′端的poly(A)尾的存在可刺激5′端起始复合物
的形成，从而提高翻译效率。这一过程需要poly(A)结合蛋 白； C、40S小亚基与mRNA5’端帽子结构的结合需要起始 tRNA（tRNAi)的协助。 D、40S起始复合物对向蛋白质合成起始位点滑动的过程 中需要解开发卡二级结构。移动的过程需要ATP提供能量。
2、真核生物起始复合体的形成：
（1）、真核生物mRNA的特点： • 每个真核生物的mRNA 都是单顺反子，但每分子 的mRNA 通常都比编码蛋白质所必需的长度长。 • 真核生物细胞质中mRNA 的平均长度为1000-2000 个碱基，在5′端有一个甲酰化帽子，在3′端带有100200 个碱基的poly(A)。 • 有时AUG起始密码子位于mRNA 5′末端40个碱基 以内，使帽结构和AUG都位于核糖体结合的范围之 内。但最远可达到~1000 个碱基。并且有二级发卡 结构。