第十四章 蛋白质的生物合成 第一节 蛋白质生物合成体系 一、信使RNA（mRNA）：在细胞总RNA中所占比例很小 （一）mRNA作为prot生物合成的直接模板，也可以说：mRNA是将DNA遗传信息传递给prot.的信使，不同的蛋白质各有其特定的mRNA模板。 原核生物中：一种mRNA常带有多个功能相关蛋白质的编码信息，在翻译过程中可同时合成这些蛋白质。 真核生物中一种mRNA只带有一种蛋白质或多肽链的编码信息，因而其mRNA种类很多(每个细胞可达万种)。 （二）遗传密码：即mRNA分子中相邻3个核苷酸排列而成。 由数学推导：每3个相邻核苷酸代表1种氨基酸，即：43 = 64（密码子） 1961年，生物化学家Ni’renberg等用大肠杆菌无细胞体系外加20种标记氨基酸混合物及polyU,经保温反应后，发现多肽中只有Phe多聚体，由此证实UUU是Phe的密码子；接着用同样的方法确定：CCC Pro AAA Lys；而后又用polyUG、polyAC等做实验，终于1965年确定了 为20种氨基酸编码的全部密码子。（P394 表21-3） （三）遗传密码的基本特性： 1、编码规律；43 = 64，其中有3组密码子（UAG、UAA、UGA）只能被肽链释放因子识别；AUG（Met）为起始密码子。 2．无标点符号； 3．不重叠； A B C D E F G H I、、、、、、 4．方向性：mRNA编码方向：5′→3′； 密码阅读方向：5′→3′； prot多肽链合成：N端→C端。 5．简并性：一种氨基酸有2个或2个以上密码子的现象。 同义密码子：可编码相同氨基酸的密码子 生物学意义：①可以降低有害的突变；②可使DNA碱基组有较大变化 余地，并在物种稳定上起一定作用； 6．摆动性（wobble）：密码子的第三位碱基呈摆动现象。 例：Ala的4个同义密码子：GCU、GCC、GCA、GCG 密码子的专一性由前二位碱基决定，第三位可容许一定变化。  7．通用性：各种高、低等生物（人、动、植物、微生物、病毒等）一般 可共用一套密码；但也有例外，人线粒体中UGA Trp，不是终止密码。 二、转运RNA（tRNA）：细胞中约有50种tRNA，所以每一种AA有一种 或以上的tRNA作为转运工具，占AA结合后的tRNA称为氨基酰tRNA 。 如tRNALeu tRNA的功能：1、转运AA功能：3′—CCA—OH 2、识别密码功能：反密码环上相邻3个核苷酸排列而成。 （反密码子）  三、核糖体RNA（rRNA）：是合成?prot的工厂的“装配机”。 结构特点：是一个巨大的核糖体蛋白质。 1、真核生物细胞中核糖体可游离存在，也可与细胞内质网结合 （粗糙内质网）。 真核细胞核糖体由二个亚基构成： 大亚基（60s）；包括蛋白质50多种及28S rRNA，5 S rRNA； 小亚基（40S）：包括蛋白质30多种及18s rRNA（约2100个核苷酸残基）。 2、原核细胞核糖体：包括大亚基50s，小亚基30s。 3、核糖体大小亚基与mRNA有不同的结合特性： 大肠杆菌小亚基能单独与mRNA结合 30S核糖体— mRNA复合物 可与tRNA专一结合 50s亚基不能与mRNA结合，但可非专一地与tRNA 结合。 50S亚基上有二个tRNA 位点：A位：（氨酰基位点、受位） （P400 图21-5） P位（肽基位点、给位） 这二个部位紧相连接，各相当于mRNA一个密码子的宽度，转肽酶位于 二个部位之间，这里是形成肽键的中心部位。   第二节 蛋白质合成机理 一、合成特点： （一）肽链延伸方向及速度（快）：应用同位素实验发现： 肽链合成方向是：N端→C端； 大肠杆菌延伸20个AA / 秒 /一个核糖体 兔网织红C（真核）合成（370C）一条Hbα链(146个AA) / 3分钟 （二）mRNA链上翻译方向；5’ 3’ （三）氨基酸的活化（氨酰tRNA的合成）：（P 402、403） 1、氨基酸的羧基活化在可溶性细胞质内完成，反应分二步： （1）ATP + 氨基酸 Mg++ 氨基酸—AMP—酶 + PPi （氨酰tRNA合成酶） 2Pi  （2）氨基酸从氨基酸—AMP—酶复合物转移到相应的tRNA上： 氨基酸—AMP—酶 + tRNA 氨酰tRNA + AMP + 酶… 氨基酸连接在tRNA 3’—末端的AMP上：  总反应为：氨基酸 + tRNA + ATP 氨酰tRNA + AMP + PPi 2、氨酰tRNA合成酶存在于胞液中，特异性很高， ①专一性识别AA（L-AA）； ②专一性识别tRNA：每一种酶只催化一种AA与其对应tRNA结合， 所以胞液中有20种以上此酶。 对每一个AA的活化来说，净消耗二个高能磷酸键，反应基本不可逆 （四）tRNA的接头作用：   二、肽链合成过程：又称核蛋白体循环：（概念） 指已活化的AA由tRNA转运至核蛋白体上，以mRNA为模板合成多肽链的过程，肽链合成后，核蛋白体又可循环使用。 通常把这一复杂的过程分为三个阶段： 起始： 起.始密码子（AUG）；起始AA（Met） 原核细胞内有二种携带甲硫氨酸的tRNA：fMet-tRNAf和tRNAMet 起始物为N-甲酰甲硫氨酰-tRNA （参与延伸过程）  2、70S起始复合物的形成： 先形成30S起始复合物（30S核糖体-mRNA-fMet-tRNAf）； （2）70S起始复合物的形成：（70S核蛋白体-mRNA-fMet-tRNAfMet） 延伸：分三步进行： 1、进位：新进入的氨酰-tRNA结合到70S核糖体的A位点，新进入的 氨酰-tRNA上的反密码子必须与在A点上的mRNA上的密码子相互补。 这一反应需要GTP及两类蛋白质因子参加，延伸因子EFTu和EFTs。    总之，每经过这三个过程，肽链延伸一个AA残基，直至出现终止密码子。 （三）终止： mRNA终止密码子进入A位点时，蛋白质因子、终子因子（释放因子） 可识别并结合到A位点上，肽链合成停止，转肽酶活性改变 水解作用 已合成的多肽链从核蛋白体上释放出来 mRNA与核蛋白体解离。 核蛋白体解离为大小亚基 可重新组合参加新肽链合成。  三、真核细胞prot.合成：（了解）  四、prot.合成所需能量及GTP作用： 每合成一个肽键至少消耗4个高能磷酸键 1、AA活化：ATP AMP+ppi （2个） 2、进位：GTP GDP+pi 3、移位：GTP GDP+pi GTP水解反应除提供能量外，GTP还是一种变构因子 蛋白质因子大分子无活性构象←←←← 活性构象  多肽合成后的定向输送与加工