蛋白質(zhì)的生物合成

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1、會(huì)計(jì)學(xué)1蛋白質(zhì)的生物合成蛋白質(zhì)的生物合成 第一節(jié)第一節(jié) 蛋白質(zhì)的合成蛋白質(zhì)的合成 蛋白質(zhì)是生命活動(dòng)特征的體現(xiàn)者和重要的物質(zhì)基礎(chǔ)蛋白質(zhì)是生命活動(dòng)特征的體現(xiàn)者和重要的物質(zhì)基礎(chǔ)。無論是低等的微生物，還是到高等的動(dòng)、植物，其。無論是低等的微生物，還是到高等的動(dòng)、植物，其生長(zhǎng)、發(fā)育、繁殖、疾病、衰老和死亡的每一個(gè)過程生長(zhǎng)、發(fā)育、繁殖、疾病、衰老和死亡的每一個(gè)過程，都有蛋白質(zhì)的參與。，都有蛋白質(zhì)的參與。 經(jīng)過轉(zhuǎn)錄過程，經(jīng)過轉(zhuǎn)錄過程，DNA中的遺傳信息轉(zhuǎn)移到了中的遺傳信息轉(zhuǎn)移到了mRNA的核苷酸排列順序中，為遺傳信息的進(jìn)一步傳的核苷酸排列順序中，為遺傳信息的進(jìn)一步傳遞奠定了基礎(chǔ)。但遞奠定了基礎(chǔ)。但mRNA就

2、象就象DNA一樣，仍不能直接一樣，仍不能直接表現(xiàn)生命活動(dòng)的特征，必須進(jìn)一步將表現(xiàn)生命活動(dòng)的特征，必須進(jìn)一步將mRNA分子中的分子中的遺傳信息轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂刑囟ò被嵝蛄械牡鞍踪|(zhì)，才能遺傳信息轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂刑囟ò被嵝蛄械牡鞍踪|(zhì)，才能最終體現(xiàn)出生命活動(dòng)的特征。最終體現(xiàn)出生命活動(dòng)的特征。一、翻譯的概念一、翻譯的概念： 所謂蛋白質(zhì)的生物合成，就是在細(xì)胞質(zhì)中所謂蛋白質(zhì)的生物合成，就是在細(xì)胞質(zhì)中以以mRNA為模板為模板，在核糖體、，在核糖體、tRNA和多種蛋白因子等的共同作用下，將和多種蛋白因子等的共同作用下，將mRNA中由核苷酸排列順序決定的遺傳信息轉(zhuǎn)變成為由中由核苷酸排列順序決定的遺傳信息轉(zhuǎn)變成為由20種氨

3、種氨基酸組成的蛋白質(zhì)的過程?；峤M成的蛋白質(zhì)的過程。這一過程猶如電報(bào)的翻譯過程，因這一過程猶如電報(bào)的翻譯過程，因此又將蛋白質(zhì)的生物合成稱為翻譯（此又將蛋白質(zhì)的生物合成稱為翻譯（translation）。轉(zhuǎn)錄和翻）。轉(zhuǎn)錄和翻譯統(tǒng)稱為譯統(tǒng)稱為基因的表達(dá)基因的表達(dá)（gene expression）。）。 一種一種mRNA特異地指導(dǎo)合成一種蛋白質(zhì)，不同特異地指導(dǎo)合成一種蛋白質(zhì)，不同mRNA指導(dǎo)指導(dǎo)合成不同的蛋白質(zhì)，也就是說，合成不同的蛋白質(zhì)，也就是說，mRNA的核苷酸排列順序決定的核苷酸排列順序決定著由它指導(dǎo)合成的蛋白質(zhì)多肽鏈中氨基酸的排列順序。著由它指導(dǎo)合成的蛋白質(zhì)多肽鏈中氨基酸的排列順序。二、蛋白

4、質(zhì)翻譯系統(tǒng)的主要組成成分和功能二、蛋白質(zhì)翻譯系統(tǒng)的主要組成成分和功能 在蛋白質(zhì)的在蛋白質(zhì)的翻譯系統(tǒng)翻譯系統(tǒng)中，除了中，除了20種氨基酸作為蛋白質(zhì)合種氨基酸作為蛋白質(zhì)合成的原料外，主要還有以下一些物質(zhì)，成的原料外，主要還有以下一些物質(zhì)，包括包括mRNA、tRNA、核糖體核糖體(ribosome)、氨基酸、氨?；?、氨基酸、氨?；?tRNA合成酶（合成酶（aminoacy1-tRNA synthetase）以及多種翻譯因子）以及多種翻譯因子。翻譯因。翻譯因子都是可溶性蛋白質(zhì)分子，有翻譯的起始因子（子都是可溶性蛋白質(zhì)分子，有翻譯的起始因子（initiation factor，IF）、延伸因子（）、延伸

5、因子（elongation factor，EF）和釋放）和釋放因子（因子（release factor，RF）等。下面分別介紹它們的主要功）等。下面分別介紹它們的主要功能能 。（一）一） mRNA的結(jié)構(gòu)與功能的結(jié)構(gòu)與功能 mRNA 是遺傳信息的攜帶者。它在細(xì)胞核中轉(zhuǎn)錄了是遺傳信息的攜帶者。它在細(xì)胞核中轉(zhuǎn)錄了DNA上上的遺傳信息，再進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)，作為蛋白質(zhì)合成的模板。的遺傳信息，再進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)，作為蛋白質(zhì)合成的模板。即即mRNA的核苷酸排列順序決定著蛋白質(zhì)氨基酸的排列順序。那么，的核苷酸排列順序決定著蛋白質(zhì)氨基酸的排列順序。那么，mRNA的核苷酸排列順序又是如何決定蛋白質(zhì)的氨基酸排列順序的核苷酸排列

6、順序又是如何決定蛋白質(zhì)的氨基酸排列順序的？要弄清楚這個(gè)問題，首先要了解有關(guān)遺傳密碼的知識(shí)。的？要弄清楚這個(gè)問題，首先要了解有關(guān)遺傳密碼的知識(shí)。1.遺傳密碼遺傳密碼 已知組成已知組成mRNA的核苷酸有的核苷酸有4種，組成蛋白質(zhì)的氨基酸有種，組成蛋白質(zhì)的氨基酸有20種，種，假定由其中的任意假定由其中的任意3種核苷酸的排列組合，種核苷酸的排列組合，43=64；（；（4指指A、U、C、G四種核苷酸）。則可有四種核苷酸）。則可有64種排列方式種排列方式。即由。即由3個(gè)核苷個(gè)核苷酸組成的三聯(lián)體（酸組成的三聯(lián)體（triplet）來代表一種氨基酸或者說是編碼一個(gè)）來代表一種氨基酸或者說是編碼一個(gè)氨基酸，從數(shù)量

7、上來講是比較合適的。我們把氨基酸，從數(shù)量上來講是比較合適的。我們把在在mRNA分子中由分子中由相鄰的相鄰的3個(gè)核苷酸組成的三聯(lián)體稱為密碼子個(gè)核苷酸組成的三聯(lián)體稱為密碼子(codon)。 是指是指DNA或由其轉(zhuǎn)錄的或由其轉(zhuǎn)錄的mRNA中的核苷酸（堿中的核苷酸（堿基）順序與其編碼的蛋白質(zhì)多肽鏈中氨基酸順序之基）順序與其編碼的蛋白質(zhì)多肽鏈中氨基酸順序之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。現(xiàn)已查明，其中有現(xiàn)已查明，其中有3個(gè)密碼子個(gè)密碼子不代表不代表任何氨基酸，而是肽鏈合成的終止信號(hào)，任何氨基酸，而是肽鏈合成的終止信號(hào)，稱為終止稱為終止密碼子密碼子（stop codons），它們是），它們是UAA，UAG，U

8、GA。其余其余61個(gè)分別代表不同的氨基酸個(gè)分別代表不同的氨基酸。各種密碼。各種密碼子所代表的氨基酸均在上個(gè)世紀(jì)子所代表的氨基酸均在上個(gè)世紀(jì)60年代中期被實(shí)驗(yàn)?zāi)甏衅诒粚?shí)驗(yàn)證實(shí)，見下表。證實(shí)，見下表。遺傳密碼：遺傳密碼：5-末端堿基末端堿基中中 間間 堿堿 基基3-末端堿基末端堿基UCAGUUUU 苯丙苯丙UUC 苯丙苯丙UUA 亮亮UUG 亮亮UCU 絲絲UCC 絲絲UCA 絲絲UCG 絲絲UAU 酪酪UAC 酪酪UAA 終止終止UAG 終止終止UGU 半胱半胱UGC 半胱半胱UGA 終止終止UGG 色色UCAGCCUU 亮亮CUC 亮亮CUA 亮亮CUG 亮亮CCU 脯脯CCC 脯脯CCA

9、脯脯CCG 脯脯CAU 組組CAC 組組CAA 谷酰谷酰CAG 谷酰谷酰CGU 精精CGC 精精CGA 精精CGG 精精UCAGAAUU 異亮異亮AUC 異亮異亮AUA 異亮異亮AUG 蛋蛋(起始起始)ACU 蘇蘇ACC 蘇蘇ACA 蘇蘇ACG 蘇蘇AAU 天酰天酰AAC 天酰天酰AAA 賴賴AAG 賴賴AGU 絲絲AGC 絲絲AGA 精精AGG 精精UCAGGGUU 纈纈GUC 纈纈GUA 纈纈GUG 纈纈GCU 丙丙GCC 丙丙GCA 丙丙GCG 丙丙GAU 天冬天冬GAC 天冬天冬GAA 谷谷GAG 谷谷GGU 甘甘GGC 甘甘GGA 甘甘GGG 甘甘UCAG通用遺傳密碼表通用遺傳密碼表

10、 在翻譯過程中，在翻譯過程中，由由tRNA分子來閱讀這些密碼子分子來閱讀這些密碼子。每種。每種tRNA都特異地?cái)y帶一種氨基酸，并利用其反密碼子根據(jù)堿基配都特異地?cái)y帶一種氨基酸，并利用其反密碼子根據(jù)堿基配對(duì)的原則來識(shí)別對(duì)的原則來識(shí)別mRNA上的密碼子。上的密碼子。三種終止密碼子是不被三種終止密碼子是不被tRNA閱讀的，而是被叫做釋放因子的特異蛋白質(zhì)所閱讀閱讀的，而是被叫做釋放因子的特異蛋白質(zhì)所閱讀。蛋白。蛋白質(zhì)合成的起始信號(hào)更為復(fù)雜。質(zhì)合成的起始信號(hào)更為復(fù)雜。在原核生物中肽鏈的起始氨基酸在原核生物中肽鏈的起始氨基酸是是N-甲酰蛋氨酸（甲酰蛋氨酸（N-甲酰甲硫氨酸，甲酰甲硫氨酸，fmet）。有一個(gè)

11、特異攜帶。有一個(gè)特異攜帶fmet的的tRNA即即fmet-tRNA來辨認(rèn)起始密碼子來辨認(rèn)起始密碼子AUG，有時(shí)候也，有時(shí)候也辨認(rèn)辨認(rèn)GUG。但在肽鏈內(nèi)部。但在肽鏈內(nèi)部AUG代表蛋氨酸，代表蛋氨酸，GUG代表纈氨酸代表纈氨酸。真核細(xì)胞的起始氨基酸為蛋氨酸，起始密碼子為真核細(xì)胞的起始氨基酸為蛋氨酸，起始密碼子為AUG。遺傳。遺傳密碼的發(fā)現(xiàn)和全部解讀是近代分子生物學(xué)中最偉大的成就之一密碼的發(fā)現(xiàn)和全部解讀是近代分子生物學(xué)中最偉大的成就之一。 肽鏈內(nèi)部代表蛋氨酸的密碼子肽鏈內(nèi)部代表蛋氨酸的密碼子原核生物代表甲酰蛋氨酸原核生物代表甲酰蛋氨酸真核生物代表蛋氨酸真核生物代表蛋氨酸起始密碼起始密碼AUG肽鏈內(nèi)部

12、代表纈氨酸的密碼子肽鏈內(nèi)部代表纈氨酸的密碼子原核生物起始密碼子，代表甲酰蛋氨酸原核生物起始密碼子，代表甲酰蛋氨酸GUG2.遺傳密碼的遺傳密碼的共同特性和例外共同特性和例外 密碼子具有以下共同特性密碼子具有以下共同特性：簡(jiǎn)并性，通用性，不重疊，連：簡(jiǎn)并性，通用性，不重疊，連續(xù)性，兼職等。但在細(xì)胞器和原核生物中存在一些例外的情況續(xù)性，兼職等。但在細(xì)胞器和原核生物中存在一些例外的情況。（1） 簡(jiǎn)并性：指多種密碼子編碼一種氨基酸的現(xiàn)象。簡(jiǎn)并性：指多種密碼子編碼一種氨基酸的現(xiàn)象。密碼子密碼子共有共有64個(gè)，除個(gè)，除UAA、UAG和和UGA不編碼氨基酸外，其余不編碼氨基酸外，其余61個(gè)個(gè)密碼子負(fù)責(zé)編碼密碼

13、子負(fù)責(zé)編碼20種氨基酸，因此種氨基酸，因此密碼子具有簡(jiǎn)并性。密碼子具有簡(jiǎn)并性。從密碼從密碼表可以看出，表可以看出，色氨酸色氨酸和和蛋氨酸蛋氨酸僅有僅有1個(gè)密碼子編碼；其余個(gè)密碼子編碼；其余18種種氨基酸都至少有氨基酸都至少有2個(gè)密碼子編碼，亮氨酸、精氨酸和絲氨酸有個(gè)密碼子編碼，亮氨酸、精氨酸和絲氨酸有多達(dá)多達(dá)6個(gè)密碼子編碼。個(gè)密碼子編碼。負(fù)責(zé)編碼同一種氨基酸的不同密碼子稱負(fù)責(zé)編碼同一種氨基酸的不同密碼子稱為同義密碼子或?yàn)橥x密碼子或“同義詞同義詞”。（2） 通用性通用性 實(shí)驗(yàn)證明，實(shí)驗(yàn)證明，從病毒、細(xì)菌到高等動(dòng)植物都共同從病毒、細(xì)菌到高等動(dòng)植物都共同使用密碼表中所列的一套密碼子。這種現(xiàn)象稱為密

14、碼子的通使用密碼表中所列的一套密碼子。這種現(xiàn)象稱為密碼子的通用性。用性。它充分證明生物界是起源于共同的祖先。也是當(dāng)前基它充分證明生物界是起源于共同的祖先。也是當(dāng)前基因工程中能將一種生物的基因轉(zhuǎn)移到另一種生物中去表達(dá)的因工程中能將一種生物的基因轉(zhuǎn)移到另一種生物中去表達(dá)的原因。原因。（3） 不重疊不重疊 絕大多數(shù)生物中的密碼子是不重疊連續(xù)閱讀的絕大多數(shù)生物中的密碼子是不重疊連續(xù)閱讀的，即同一個(gè)密碼子中的核苷酸不會(huì)被重復(fù)閱讀即同一個(gè)密碼子中的核苷酸不會(huì)被重復(fù)閱讀。但在某些病但在某些病毒基因組中，由于基因的重疊而使密碼子出現(xiàn)重疊性。毒基因組中，由于基因的重疊而使密碼子出現(xiàn)重疊性。（4） 兼職兼職 在在

15、61種密碼子中，種密碼子中，AUG和和GUG除作為肽鏈合成起除作為肽鏈合成起始信號(hào)外，還分別負(fù)責(zé)編碼肽鏈內(nèi)部的蛋氨酸和纈氨酸。也始信號(hào)外，還分別負(fù)責(zé)編碼肽鏈內(nèi)部的蛋氨酸和纈氨酸。也就是就是AUG和和GUG同時(shí)具有兩種功能，故稱為兼職。同時(shí)具有兩種功能，故稱為兼職。（5） 密碼子的例外密碼子的例外 在線粒體中在線粒體中： UGA不是終止密碼子，而不是終止密碼子，而是是Trp(色色) ； AGG（精）變?yōu)榱耍ň┳優(yōu)榱私K止密碼子終止密碼子，加上，加上UAA、UAG，線粒體，線粒體共有共有3個(gè)終止密碼子個(gè)終止密碼子；內(nèi)部甲硫氨酸有；內(nèi)部甲硫氨酸有2個(gè)，為個(gè)，為AUG和和AUA，起始密碼子有，起始密碼

16、子有4個(gè)，為個(gè)，為AUN（N為任意堿基）為任意堿基）；在酵母線粒體中，除上述情況外，還有；在酵母線粒體中，除上述情況外，還有CUA（亮）（亮） Thr(蘇蘇)。（見。（見514頁表頁表37-8） 密碼子的閱讀由起始密碼子開始，按密碼子的閱讀由起始密碼子開始，按53方向閱讀，方向閱讀，直至終止密碼子為止，形成一條多肽鏈；直至終止密碼子為止，形成一條多肽鏈； 由于這些特點(diǎn)，所以由于這些特點(diǎn)，所以在在mRNA中插入或刪去一個(gè)核苷酸中插入或刪去一個(gè)核苷酸，就會(huì)引起插入或刪去位點(diǎn)以后的所有，就會(huì)引起插入或刪去位點(diǎn)以后的所有密碼子發(fā)生錯(cuò)讀密碼子發(fā)生錯(cuò)讀，這，這種現(xiàn)象稱為種現(xiàn)象稱為“移碼移碼”。（二）（二）

17、tRNA的結(jié)構(gòu)與功能的結(jié)構(gòu)與功能 tRNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)（的二級(jí)結(jié)構(gòu)（a）與三級(jí)結(jié)構(gòu)（）與三級(jí)結(jié)構(gòu)（b）示意圖）示意圖 tRNA起識(shí)別密碼子和攜帶相應(yīng)氨基酸的作用。起識(shí)別密碼子和攜帶相應(yīng)氨基酸的作用。tRNA上的反密碼子上的反密碼子與與mRNA上的密碼子配對(duì)，氨基酸臂則攜帶相應(yīng)氨基酸進(jìn)入核糖體。上的密碼子配對(duì)，氨基酸臂則攜帶相應(yīng)氨基酸進(jìn)入核糖體。 氨基酸臂氨基酸臂，由，由5-末端的末端的7個(gè)堿基與個(gè)堿基與3-端的端的7個(gè)堿基配對(duì)形成個(gè)堿基配對(duì)形成雙螺旋區(qū)，緊接著雙螺旋區(qū)，緊接著3-端的雙螺旋區(qū)是端的雙螺旋區(qū)是4個(gè)游離的堿基，其中個(gè)游離的堿基，其中3-末末端的三個(gè)堿基在所有端的三個(gè)堿基在所有tRNA

18、中都是一樣的，均為中都是一樣的，均為-CCA。在蛋白質(zhì)在蛋白質(zhì)生物合成過程中，活化后的氨基酸就連接在生物合成過程中，活化后的氨基酸就連接在-CCA中的中的A的的3-OH上。上。 二氫尿嘧啶環(huán)二氫尿嘧啶環(huán)，由，由812個(gè)核苷酸組成，因含有個(gè)核苷酸組成，因含有5，6-二氫尿二氫尿嘧啶而得名。嘧啶而得名。 反密碼子環(huán)反密碼子環(huán)，由，由7個(gè)核苷酸組成，中間的三個(gè)核苷酸組成了個(gè)核苷酸組成，中間的三個(gè)核苷酸組成了反密碼子。反密碼子。在蛋白質(zhì)生物合成過程中，反密碼子可通過堿基互補(bǔ)在蛋白質(zhì)生物合成過程中，反密碼子可通過堿基互補(bǔ)配對(duì)識(shí)別配對(duì)識(shí)別mRNA上的密碼子。上的密碼子。 可變環(huán)可變環(huán)又稱附加環(huán)，由又稱附加

19、環(huán)，由521個(gè)核苷酸組成，不同種類的個(gè)核苷酸組成，不同種類的tRNA該環(huán)的核苷酸數(shù)目變化很大。其功能目前尚不清楚。該環(huán)的核苷酸數(shù)目變化很大。其功能目前尚不清楚。 假尿嘧啶環(huán)假尿嘧啶環(huán)，由，由7個(gè)核苷酸組成。除個(gè)別個(gè)核苷酸組成。除個(gè)別tRNA外，幾乎所外，幾乎所有有tRNA的假尿嘧啶環(huán)中都含有的假尿嘧啶環(huán)中都含有-T-C-序列，故又稱為序列，故又稱為TC環(huán)。環(huán)。（三）核糖體及其功能（三）核糖體及其功能1.核糖體的組成與結(jié)構(gòu)核糖體的組成與結(jié)構(gòu) 原核生物核糖體原核生物核糖體的分子量為的分子量為2.5103 kDa。其。其大亞基的沉大亞基的沉降系數(shù)為降系數(shù)為50S，由，由34種蛋白質(zhì)和種蛋白質(zhì)和23S

20、 rRNA與與5S rRNA組成；組成；小亞基的沉降系數(shù)為小亞基的沉降系數(shù)為30S，由，由21種蛋白質(zhì)和種蛋白質(zhì)和16S rRNA組成。組成。大小兩個(gè)亞基結(jié)合形成大小兩個(gè)亞基結(jié)合形成70S核糖體核糖體。 真核生物核糖體真核生物核糖體的分子量為的分子量為4.2103kDa。其。其大亞基的沉大亞基的沉降系數(shù)為降系數(shù)為60S，由，由49種蛋白質(zhì)和種蛋白質(zhì)和28S、5.8S與與5S rRNA組成；組成；小亞基的沉降系數(shù)為小亞基的沉降系數(shù)為40S，由，由33種蛋白質(zhì)和種蛋白質(zhì)和18S rRNA組成。組成。大小兩個(gè)亞基結(jié)合形成大小兩個(gè)亞基結(jié)合形成80S核糖體核糖體。核糖體的結(jié)構(gòu)核糖體的結(jié)構(gòu) 利用利用電子顯

21、微鏡對(duì)核糖體進(jìn)行觀察電子顯微鏡對(duì)核糖體進(jìn)行觀察，從，從外形外形看，原核生物的看，原核生物的70S核糖體是一個(gè)半徑約為核糖體是一個(gè)半徑約為11nm的的球體球體。圖。圖 （A）和（）和（B）顯）顯示出原核生物核糖體的兩個(gè)亞基的形狀以及它們裝配成示出原核生物核糖體的兩個(gè)亞基的形狀以及它們裝配成70S核核糖體的方式。糖體的方式。生物生物核糖核糖體體分子量分子量(kDa)亞基亞基rRNA蛋白質(zhì)種蛋白質(zhì)種類類原核原核70S2.510350S23S5S3430S16S21真核真核80S4.210360S28S5.8S5S4940S18S33 原核生物和真核生物核糖體大小亞基的組成原核生物和真核生物核糖體大小

22、亞基的組成 2.核糖體蛋白核糖體蛋白 原核生物核糖體小亞基共有原核生物核糖體小亞基共有21種蛋白質(zhì)種蛋白質(zhì)，總分子量為，總分子量為350 000；大亞基共有大亞基共有34種蛋白質(zhì)種蛋白質(zhì)，總分子量為，總分子量為460 000。小亞基。小亞基上的上的21種蛋白質(zhì)分別以種蛋白質(zhì)分別以S1S21表示，大亞基上的表示，大亞基上的34種蛋白質(zhì)種蛋白質(zhì)分別以分別以L1L34表示，表示，字母字母S和和L后面的數(shù)字則表示蛋白質(zhì)在雙后面的數(shù)字則表示蛋白質(zhì)在雙向電泳系統(tǒng)中的遷移率，數(shù)字越小，表示該蛋白移動(dòng)得越慢向電泳系統(tǒng)中的遷移率，數(shù)字越小，表示該蛋白移動(dòng)得越慢。S1是所有核糖體蛋白中移動(dòng)最慢的蛋白質(zhì)。是所有核糖

23、體蛋白中移動(dòng)最慢的蛋白質(zhì)。 目前，目前，55種核糖體蛋白全序列均已測(cè)出，種核糖體蛋白全序列均已測(cè)出，得知小亞基大多得知小亞基大多數(shù)蛋白質(zhì)是球狀蛋白，帶有數(shù)蛋白質(zhì)是球狀蛋白，帶有28%的的螺旋與螺旋與20%的的折疊。小折疊。小亞基中，除亞基中，除S1，S2與與S6是酸性蛋白外，其他均為堿性蛋白。是酸性蛋白外，其他均為堿性蛋白。而在大亞基中，只有而在大亞基中，只有L7與與L12是酸性蛋白，其他均為堿性蛋白是酸性蛋白，其他均為堿性蛋白。現(xiàn)在認(rèn)為，。現(xiàn)在認(rèn)為，帶負(fù)電荷的帶負(fù)電荷的RNA與堿性蛋白之間的相互作用有利與堿性蛋白之間的相互作用有利于核糖體的穩(wěn)定。于核糖體的穩(wěn)定。3. rRNA rRNA是核糖

24、體的重要組成部分。是蛋白質(zhì)合成的場(chǎng)所。是核糖體的重要組成部分。是蛋白質(zhì)合成的場(chǎng)所。rRNA在核糖體中既具有結(jié)構(gòu)上的功能，又參與翻譯過程的起在核糖體中既具有結(jié)構(gòu)上的功能，又參與翻譯過程的起始等反應(yīng)。始等反應(yīng)。每個(gè)細(xì)菌核糖體中含有每個(gè)細(xì)菌核糖體中含有3種種rRNA分子：分子：16S、23S和和5S rRNA。 rRNA對(duì)于核糖體的自身組裝和功能起著重要作對(duì)于核糖體的自身組裝和功能起著重要作用。用。維持核糖體的三維結(jié)構(gòu)。維持核糖體的三維結(jié)構(gòu)。研究發(fā)現(xiàn)，如果將研究發(fā)現(xiàn)，如果將rRNA除去除去，核糖體的結(jié)構(gòu)便會(huì)完全瓦解；，核糖體的結(jié)構(gòu)便會(huì)完全瓦解；rRNA還直接參加還直接參加mRNA與與核糖體小亞基的結(jié)

25、合以及亞基間的聯(lián)合；核糖體小亞基的結(jié)合以及亞基間的聯(lián)合；在蛋白質(zhì)合成過程在蛋白質(zhì)合成過程中起決定性作用。中起決定性作用。體外重組實(shí)驗(yàn)表明，核糖體蛋白本身并無蛋體外重組實(shí)驗(yàn)表明，核糖體蛋白本身并無蛋白質(zhì)合成活性，缺少部分核糖體蛋白不會(huì)導(dǎo)致核糖體功能的喪白質(zhì)合成活性，缺少部分核糖體蛋白不會(huì)導(dǎo)致核糖體功能的喪失，失，rRNA在蛋白質(zhì)合成中起著決定性的作用。在蛋白質(zhì)合成中起著決定性的作用。 16S rRNA在蛋白質(zhì)生物合成的起始、延伸與終止過程中在蛋白質(zhì)生物合成的起始、延伸與終止過程中發(fā)揮作用，發(fā)揮作用，其其3端的單鏈區(qū)域與端的單鏈區(qū)域與mRNA 5端的核糖體結(jié)合位點(diǎn)端的核糖體結(jié)合位點(diǎn)即即SD序列序列

26、（Shine-Dalgarno sequence）互補(bǔ)配對(duì)（見圖）互補(bǔ)配對(duì)（見圖）。這種相互作用對(duì)維持翻譯的正確起始具有重要意義。另外。這種相互作用對(duì)維持翻譯的正確起始具有重要意義。另外，16S rRNA還與核糖體的大小亞基結(jié)合有關(guān)。還與核糖體的大小亞基結(jié)合有關(guān)。5S rRNA對(duì)核對(duì)核糖體活性是必需的，但其作用不十分清楚。糖體活性是必需的，但其作用不十分清楚。 細(xì)菌翻譯過程中的核糖體結(jié)合位點(diǎn)（細(xì)菌翻譯過程中的核糖體結(jié)合位點(diǎn)（SD序列）序列） 核糖體是蛋白質(zhì)合成的工廠。具有多種功能：核糖體是蛋白質(zhì)合成的工廠。具有多種功能：（1）有許多參與蛋白質(zhì)合成的多種因子和酶的結(jié)合位點(diǎn)；）有許多參與蛋白質(zhì)合成

27、的多種因子和酶的結(jié)合位點(diǎn)；（2）在大小亞基之間有結(jié)合模板）在大小亞基之間有結(jié)合模板mRNA的位點(diǎn)；的位點(diǎn)；（3）在核糖體有結(jié)合氨基酰）在核糖體有結(jié)合氨基酰-tRNA的位點(diǎn)：的位點(diǎn)： 氨?；稽c(diǎn)（氨酰基位點(diǎn)（A位）：結(jié)合氨基酰位）：結(jié)合氨基酰-tRNA， 肽?；稽c(diǎn)（肽?；稽c(diǎn)（P位）：結(jié)合肽酰位）：結(jié)合肽酰-tRNA Exit 位點(diǎn)（位點(diǎn)（E位）：卸載的位）：卸載的tRNA從核蛋白體釋放的位點(diǎn)。從核蛋白體釋放的位點(diǎn)。（4） 大亞基有轉(zhuǎn)肽酶的活性；轉(zhuǎn)肽酶在終止因子的作用下可大亞基有轉(zhuǎn)肽酶的活性；轉(zhuǎn)肽酶在終止因子的作用下可 轉(zhuǎn)變?yōu)樗饷浮＾D(zhuǎn)變?yōu)樗饷浮?（5）有許多與起始因子、延長(zhǎng)因子、釋放因子及

28、各種酶結(jié)合）有許多與起始因子、延長(zhǎng)因子、釋放因子及各種酶結(jié)合 的位點(diǎn)。的位點(diǎn)。4.核糖體（核蛋白體）的功能核糖體（核蛋白體）的功能核糖體的主要結(jié)構(gòu)功能域核糖體的主要結(jié)構(gòu)功能域 5.多核糖體多核糖體 所謂多核糖體，就是多個(gè)核糖體同時(shí)與一個(gè)所謂多核糖體，就是多個(gè)核糖體同時(shí)與一個(gè)mRNA分子結(jié)分子結(jié)合，同時(shí)合成幾條多肽鏈，這樣就顯著提高了合成蛋白質(zhì)的速合，同時(shí)合成幾條多肽鏈，這樣就顯著提高了合成蛋白質(zhì)的速度。在多核糖體中，每個(gè)核糖體都獨(dú)立的進(jìn)行翻譯，各自合成度。在多核糖體中，每個(gè)核糖體都獨(dú)立的進(jìn)行翻譯，各自合成完整的肽鏈。一條完整的肽鏈。一條mRNA上結(jié)合核糖體的數(shù)目與上結(jié)合核糖體的數(shù)目與mRNA的

29、長(zhǎng)度的長(zhǎng)度成正比，其最大密度約為每成正比，其最大密度約為每80個(gè)核苷酸一個(gè)核糖體。個(gè)核苷酸一個(gè)核糖體。例如血紅例如血紅蛋白每條肽鏈約含蛋白每條肽鏈約含150個(gè)氨基酸，其個(gè)氨基酸，其mRNA約為約為500個(gè)核苷酸，個(gè)核苷酸，一般有一般有5個(gè)核糖體同時(shí)進(jìn)行翻譯。個(gè)核糖體同時(shí)進(jìn)行翻譯。在電鏡下可見到在一條在電鏡下可見到在一條mRNA上有許多核糖體正在工作的情況。上有許多核糖體正在工作的情況。與與mRNA的的5端靠得最近的核端靠得最近的核糖體上的肽鏈最短，與糖體上的肽鏈最短，與3端最近的肽鏈則接近完成。細(xì)胞內(nèi)蛋白端最近的肽鏈則接近完成。細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)的生物合成正是通過這些核糖體循環(huán)進(jìn)行的。質(zhì)的生物合成正

30、是通過這些核糖體循環(huán)進(jìn)行的。在細(xì)胞質(zhì)中，在細(xì)胞質(zhì)中，大多數(shù)核糖體處于非活性的穩(wěn)定狀態(tài)單獨(dú)存在。只有少數(shù)與大多數(shù)核糖體處于非活性的穩(wěn)定狀態(tài)單獨(dú)存在。只有少數(shù)與mRNA一起形成多聚核糖體。一起形成多聚核糖體。mRNA上的多核糖體翻譯示意圖上的多核糖體翻譯示意圖 三、原核生物的翻譯過程三、原核生物的翻譯過程 蛋白質(zhì)的生物合成過程分為：起始、肽鏈延伸和終止三蛋白質(zhì)的生物合成過程分為：起始、肽鏈延伸和終止三個(gè)階段。個(gè)階段。 蛋白質(zhì)的生物合成是比復(fù)制和轉(zhuǎn)錄更為復(fù)雜的過程。除了蛋白質(zhì)的生物合成是比復(fù)制和轉(zhuǎn)錄更為復(fù)雜的過程。除了核糖體是蛋白質(zhì)合成的場(chǎng)所外，還需要各種核糖體是蛋白質(zhì)合成的場(chǎng)所外，還需要各種tRN

31、A分子，酶類分子，酶類，各種可溶性蛋白因子以及，各種可溶性蛋白因子以及mRNA等等100多種大分子的共同協(xié)多種大分子的共同協(xié)作才能完成。作才能完成。簡(jiǎn)單的說，蛋白質(zhì)的生物合成過程是按簡(jiǎn)單的說，蛋白質(zhì)的生物合成過程是按mRNA上上密碼子的排列順序，肽鏈從氨基端向羧基端逐漸延伸的過程。密碼子的排列順序，肽鏈從氨基端向羧基端逐漸延伸的過程。所有的原料氨基酸需要先所有的原料氨基酸需要先活化為氨基?；罨癁榘被?tRNA才能作為蛋白質(zhì)才能作為蛋白質(zhì)合成的前體，并能辨認(rèn)合成的前體，并能辨認(rèn)mRNA上的密碼子。然后經(jīng)過起始、延上的密碼子。然后經(jīng)過起始、延伸和終止三個(gè)階段合成一條完整的肽鏈。伸和終止三個(gè)階段合

32、成一條完整的肽鏈。 （一）氨基酸的活化（一）氨基酸的活化 氨基酸必須活化以后才能彼此間形成肽鍵而連接起來。氨基酸必須活化以后才能彼此間形成肽鍵而連接起來?；罨罨倪^程是使氨基酸的羧基與化的過程是使氨基酸的羧基與tRNA 3-末端核糖上的末端核糖上的2或或3-OH形成酯鍵，從而生成形成酯鍵，從而生成氨酰基氨?；?tRNA。氨基酸本身并不能辨認(rèn)其所氨基酸本身并不能辨認(rèn)其所對(duì)應(yīng)的密碼子，它們必須與各自特異的對(duì)應(yīng)的密碼子，它們必須與各自特異的tRNA結(jié)合后才能被帶到結(jié)合后才能被帶到核糖體中，并通過核糖體中，并通過tRNA來辨認(rèn)密碼子。來辨認(rèn)密碼子。 催化氨基酸活化反應(yīng)的酶稱為催化氨基酸活化反應(yīng)的酶稱為

33、氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶。不同。不同的氨基酸由不同的酶所催化，這些酶的專一性都很高。的氨基酸由不同的酶所催化，這些酶的專一性都很高。反應(yīng)過反應(yīng)過程分為兩步程分為兩步： 第一步是氨基酸與第一步是氨基酸與ATP反應(yīng)生成氨酰基腺苷酸（反應(yīng)生成氨?；佘账幔ˋA-AMP），其中氨基酸的羧基是以高能鍵連接于腺苷酸上，同時(shí)放出），其中氨基酸的羧基是以高能鍵連接于腺苷酸上，同時(shí)放出焦磷酸；焦磷酸； 第二步是氨酰基腺苷酸將氨?；D(zhuǎn)給第二步是氨?；佘账釋滨；D(zhuǎn)給tRNA形成氨?；纬砂滨；?tRNA。兩步反應(yīng)由同一個(gè)氨基酰。兩步反應(yīng)由同一個(gè)氨基酰-tRNA合成酶催化。合成酶催化。第一步反應(yīng)第一步反

34、應(yīng)氨基酸氨基酸 ATP-E 氨基酰氨基酰-AMP-E PPi第二步反應(yīng)第二步反應(yīng)氨基酰氨基酰-AMP-E tRNA 氨基酰氨基酰-tRNA AMP E氨基酸氨基酸 + tRNA氨基酰氨基酰- tRNAATP AMPPPi氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶l 氨基酸活化的總反應(yīng)氨基酸活化的總反應(yīng) 對(duì)每個(gè)氨基酸來說，至少有一種氨基酰對(duì)每個(gè)氨基酸來說，至少有一種氨基酰-tRNA合成酶。合成酶。已從大腸桿菌中分離出已從大腸桿菌中分離出20多種多種氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶，這些，這些酶酶的專一性都很高。的專一性都很高。在第一步反應(yīng)中，它們?cè)诘谝徊椒磻?yīng)中，它們能從能從20種氨基酸中種氨基酸中各自

35、辨認(rèn)出其特異的各自辨認(rèn)出其特異的tRNA，并將氨?；D(zhuǎn)移給并將氨?；D(zhuǎn)移給tRNA形成氨形成氨基?；?tRNA。氨基酰。氨基酰-tRNA合成酶的這種高度專一性保證了翻合成酶的這種高度專一性保證了翻譯的準(zhǔn)確性。譯的準(zhǔn)確性。 丙氨酸丙氨酸絲氨酸絲氨酸蛋氨酸蛋氨酸Val纈氨酸纈氨酸（二）（二） tRNA對(duì)密碼子的辨認(rèn)對(duì)密碼子的辨認(rèn) 在翻譯中氨基酸是不能識(shí)別密碼子的，而是靠在翻譯中氨基酸是不能識(shí)別密碼子的，而是靠tRNA的的反密碼子來識(shí)別。反密碼子來識(shí)別。反密碼子與密碼子反向排列，按堿基互補(bǔ)反密碼子與密碼子反向排列，按堿基互補(bǔ)配對(duì)的原則來識(shí)別，即密碼子的第配對(duì)的原則來識(shí)別，即密碼子的第1、2、3堿基

36、分別與反密碼堿基分別與反密碼子的子的3、2、1堿基相配對(duì)。但密碼子的第堿基相配對(duì)。但密碼子的第3個(gè)堿基則不太嚴(yán)格個(gè)堿基則不太嚴(yán)格，而有一定的自由度，即搖擺性。，而有一定的自由度，即搖擺性。換句話說，即換句話說，即反密碼子的反密碼子的第第1位堿基（位堿基（5端）決定端）決定tRNA能閱讀能閱讀1個(gè)、個(gè)、2個(gè)或個(gè)或3個(gè)密碼子。個(gè)密碼子。tRNA的的反密碼子的第反密碼子的第1位堿基決定該位堿基決定該tRNA能與密碼子的第能與密碼子的第3位堿基（位堿基（3端）配對(duì)的情況端）配對(duì)的情況。如果一個(gè)如果一個(gè)tRNA的反密碼子的第的反密碼子的第1位堿基為位堿基為C或或A，則都只能閱讀，則都只能閱讀1個(gè)密碼子；

37、如為個(gè)密碼子；如為U或或G，則，則能閱讀能閱讀2個(gè)，如為個(gè)，如為I（次黃嘌呤），則能閱讀（次黃嘌呤），則能閱讀3個(gè)個(gè)（如圖（如圖 ）。）。I是出現(xiàn)在不少反密碼子中的。這樣，一種是出現(xiàn)在不少反密碼子中的。這樣，一種tRNA的反密碼子可的反密碼子可識(shí)別幾種具有簡(jiǎn)并性的密碼子。識(shí)別幾種具有簡(jiǎn)并性的密碼子。搖擺示意圖搖擺示意圖 反密碼子的反密碼子的5端堿基端堿基密碼子的密碼子的3端堿基端堿基CGAUUA或或GGU或或CIU或或C或或A 反密碼子與密碼子堿基配對(duì)的反密碼子與密碼子堿基配對(duì)的“擺動(dòng)擺動(dòng)” 整個(gè)翻譯過程可分為整個(gè)翻譯過程可分為 ：翻譯過程從閱讀框架的翻譯過程從閱讀框架的5 -AUG開始，按開

38、始，按mRNA模板三聯(lián)體密碼的順序延長(zhǎng)肽鏈，直模板三聯(lián)體密碼的順序延長(zhǎng)肽鏈，直至終止密碼出現(xiàn)。至終止密碼出現(xiàn)。 （三）原核生物蛋白質(zhì)合成的起始（三）原核生物蛋白質(zhì)合成的起始 蛋白質(zhì)合成的蛋白質(zhì)合成的起始包括，起始包括，mRNA、核糖體的、核糖體的30S亞基和甲酰甲硫氨酰亞基和甲酰甲硫氨酰-tRNAf結(jié)合形成結(jié)合形成30S起始復(fù)合體起始復(fù)合體，然后與，然后與50S大亞基進(jìn)一步形成大亞基進(jìn)一步形成70S起始復(fù)合體。起始復(fù)合體。在在原核生物原核生物中合成蛋白質(zhì)的起始氨基酸為中合成蛋白質(zhì)的起始氨基酸為甲酰甲硫氨酸甲酰甲硫氨酸（fmet），），有一個(gè)特異的有一個(gè)特異的tRNA把它攜帶到核糖體上把它攜帶到

39、核糖體上以起始蛋白質(zhì)的合成。此以起始蛋白質(zhì)的合成。此起始起始tRNA（tRNAf）與將）與將甲硫氨酸插到肽鏈內(nèi)部的甲硫氨酸插到肽鏈內(nèi)部的tRNA（簡(jiǎn)稱為（簡(jiǎn)稱為tRNAm）不）不同，當(dāng)甲硫氨酸與同，當(dāng)甲硫氨酸與tRNAf結(jié)合時(shí)可被甲酰化，而結(jié)合結(jié)合時(shí)可被甲酰化，而結(jié)合在在tRNAm上時(shí)則不甲酰化。上時(shí)則不甲?；＜柞；怯商禺惖拿复呒柞；怯商禺惖拿复呋?，其甲?；w是化的，其甲?；w是N10-甲?；臍淙~酸。甲?；臍淙~酸。真核細(xì)真核細(xì)胞胞中的中的起始氨基酸為起始氨基酸為甲硫氨酸甲硫氨酸，但沒有甲?；磻?yīng)。，但沒有甲?；磻?yīng)。起始肽鏈合成的氨基酰起始肽鏈合成的氨基酰-tRNA真核生物：真

40、核生物： Met-tRNAiMet 30S起始復(fù)合體包含：起始復(fù)合體包含：mRNA、核糖體的、核糖體的30S亞基和甲酰亞基和甲酰甲硫氨酰甲硫氨酰-tRNAf。在在30S起始復(fù)合體的形成中需要起始復(fù)合體的形成中需要GTP和和3個(gè)個(gè)蛋白因子，分別為蛋白因子，分別為IF-1、IF-2和和IF-3。IF-3的作用是促使的作用是促使mRNA與與30S亞基結(jié)合，并防止亞基結(jié)合，并防止50S亞基與亞基與30S亞基在沒有亞基在沒有mRNA的的情況下結(jié)合成不起作用的情況下結(jié)合成不起作用的70S復(fù)合體。復(fù)合體。IF-1和和IF-2的作用是促的作用是促使使fMet-tRNAf與與mRNA-30S亞基復(fù)合體的結(jié)合。亞

41、基復(fù)合體的結(jié)合。在在fMet-tRNAf和和30S亞基與亞基與mRNA結(jié)合時(shí)，除了結(jié)合時(shí)，除了tRNAf用其反密碼子用其反密碼子識(shí)別識(shí)別mRNA上的起始密碼子外，上的起始密碼子外，30S亞基中的亞基中的16S rRNA也有也有識(shí)別起始部位的作用。識(shí)別起始部位的作用。研究發(fā)現(xiàn)，在細(xì)菌研究發(fā)現(xiàn)，在細(xì)菌mRNA起始密碼子前起始密碼子前面有一段核苷酸順序（面有一段核苷酸順序（SD序列）與序列）與16S rRNA 3端的一段順序端的一段順序配對(duì)。這樣就保證了翻譯由正確起始信號(hào)處開始。配對(duì)。這樣就保證了翻譯由正確起始信號(hào)處開始。 30S起始復(fù)合體形成后便與起始復(fù)合體形成后便與50S亞基結(jié)合而形成亞基結(jié)合而

42、形成70S起始復(fù)起始復(fù)合體。合體。在此過程中結(jié)合的在此過程中結(jié)合的GTP被水解。此時(shí)被水解。此時(shí)fMet-tRNAf結(jié)合在結(jié)合在核糖體的核糖體的P位，而核糖體的位，而核糖體的A位空著。位空著。IF-3IF-11. 核蛋白體大小亞基分離核蛋白體大小亞基分離目目 錄錄A U G53IF-3IF-12. mRNA在小亞基定位結(jié)合在小亞基定位結(jié)合IF-3IF-1IF-2GTP3. 起始氨基酰起始氨基酰tRNA( fMet-tRNAimet )結(jié)合到結(jié)合到小亞基小亞基A U G53IF-3IF-1IF-2GTPGDPPi4. 核蛋白體大亞基結(jié)合，起始復(fù)合物形成核蛋白體大亞基結(jié)合，起始復(fù)合物形成A U G

43、53核蛋白體大小亞基分離；核蛋白體大小亞基分離；起始氨基酰起始氨基酰- -tRNA結(jié)合；結(jié)合；mRNA在核蛋白體小亞基就位；在核蛋白體小亞基就位；核蛋白體大亞基結(jié)合。核蛋白體大亞基結(jié)合。3 3）mRNAmRNA結(jié)合到小亞基：結(jié)合到小亞基：所需因子：所需因子：eIF-3eIF-3，eIF-1eIF-1，eIF-4AeIF-4A，eIF-4BeIF-4B， ATPATP供能。供能。結(jié)合過程：通過帽結(jié)合因子（結(jié)合過程：通過帽結(jié)合因子（CBPCBP：eIF-4EeIF-4E， 4F4F）與）與 mRNA mRNA 的帽結(jié)合，轉(zhuǎn)移至小的帽結(jié)合，轉(zhuǎn)移至小 亞基。亞基。mRNAmRNA在小亞基上向下游移在小

44、亞基上向下游移 動(dòng)，使起始密碼動(dòng)，使起始密碼 AUGAUG在在tRNAtRNAi imetmet的反的反 密碼位置結(jié)合，開始翻譯。密碼位置結(jié)合，開始翻譯。 4 4）通過）通過eIF-5eIF-5的作用，小亞基與大亞基結(jié)合，的作用，小亞基與大亞基結(jié)合， 形成起始復(fù)合物。形成起始復(fù)合物。mRNA eIF-6 GDP+PielF-5ATPADP+PielF4E, elF4G, elF4A, elF4B,PABMetMet-tRNAiMet-elF-2 -GTP真核生物翻譯起始真核生物翻譯起始復(fù)合物形成過程復(fù)合物形成過程肽鏈延長(zhǎng)在核糖體上連續(xù)性循環(huán)式進(jìn)行，又稱肽鏈延長(zhǎng)在核糖體上連續(xù)性循環(huán)式進(jìn)行，又稱為

45、為核糖體循環(huán)核糖體循環(huán)(ribosomal cycle)，每次循環(huán)增加每次循環(huán)增加一個(gè)氨基酸，包括以下三步：一個(gè)氨基酸，包括以下三步： 進(jìn)位進(jìn)位(entrance) 轉(zhuǎn)肽轉(zhuǎn)肽(peptide bond formation) 移位移位(translocation)原核延長(zhǎng)原核延長(zhǎng)因子因子生物功能生物功能對(duì)應(yīng)對(duì)應(yīng)真核延真核延長(zhǎng)因子長(zhǎng)因子EF-Tu促進(jìn)氨基酰促進(jìn)氨基酰-tRNA進(jìn)入進(jìn)入A位，位，結(jié)合分解結(jié)合分解GTPEF-1-EF-Ts調(diào)節(jié)亞基調(diào)節(jié)亞基EF-1-EFG有轉(zhuǎn)位酶活性，促進(jìn)有轉(zhuǎn)位酶活性，促進(jìn)mRNA-肽酰肽酰-tRNA由由A位前移到位前移到P位，位，促進(jìn)卸載促進(jìn)卸載tRNA釋放釋放EF-

46、2肽鏈合成的延長(zhǎng)因子肽鏈合成的延長(zhǎng)因子 從從70S起始復(fù)合體形成到終止之前的過程，稱起始復(fù)合體形成到終止之前的過程，稱為延長(zhǎng)反應(yīng)，它為延長(zhǎng)反應(yīng)，它包括氨基酰包括氨基酰-tRNA進(jìn)入進(jìn)入A位（位（進(jìn)位進(jìn)位）、肽鍵的形成（、肽鍵的形成（轉(zhuǎn)肽轉(zhuǎn)肽）和）和移位移位三步反應(yīng)。三步反應(yīng)。1.氨?；滨；?tRNA進(jìn)入進(jìn)入“A位位”（進(jìn)（進(jìn)位）位） 延長(zhǎng)階段的第一步是攜帶有氨基酸的氨?；娱L(zhǎng)階段的第一步是攜帶有氨基酸的氨?；?tRNA進(jìn)入進(jìn)入A位。而位。而何種氨?；畏N氨?；?tRNA進(jìn)入進(jìn)入A位是由位是由A位位mRNA 密碼子決定的并且由延長(zhǎng)因子密碼子決定的并且由延長(zhǎng)因子EF-Tu協(xié)助協(xié)助轉(zhuǎn)運(yùn)（圖轉(zhuǎn)運(yùn)（圖

47、 ）。EF-Tu能識(shí)別能識(shí)別tRNA是否氨?；谑欠癜滨；诩?xì)胞內(nèi)只有氨?；募?xì)胞內(nèi)只有氨?；膖RNA才能與才能與EF-Tu以及以及GTP形形成三元復(fù)合物以保證了延長(zhǎng)反應(yīng)的順利進(jìn)行。成三元復(fù)合物以保證了延長(zhǎng)反應(yīng)的順利進(jìn)行。進(jìn)位進(jìn)位指根據(jù)指根據(jù)mRNA下一組遺傳密碼指下一組遺傳密碼指導(dǎo)，使相應(yīng)氨基酰導(dǎo)，使相應(yīng)氨基酰-tRNA進(jìn)入核蛋白進(jìn)入核蛋白體體A位位。 當(dāng)氨酰基當(dāng)氨?；?tRNA-EF-Tu-GTP復(fù)合物將氨酰基復(fù)合物將氨?；?tRNA準(zhǔn)確的置于準(zhǔn)確的置于A位并與位并與mRNA結(jié)合時(shí)結(jié)合時(shí)，伴隨有，伴隨有GTP的水解，的水解，產(chǎn)生產(chǎn)生EF-Tu-GDP。它不能與氨?；?。它不能與氨?；?

48、tRNA結(jié)結(jié)合，也不能與核糖體結(jié)合，合，也不能與核糖體結(jié)合，就從核糖體上解離下來。就從核糖體上解離下來。在有另一個(gè)延長(zhǎng)因子在有另一個(gè)延長(zhǎng)因子EF-Ts存在下存在下，EF-Ts與與EF-Tu-GDP中的中的GDP交換而形成交換而形成Ts-Tu，并釋出，并釋出GDP。然后。然后GTP再與再與Ts-Tu中的中的Ts交換，形成交換，形成EF-Tu-GTP，即可，即可進(jìn)入下一輪反應(yīng)。進(jìn)入下一輪反應(yīng)。值得值得注意注意的是的是EF-Tu不與不與fMet-tRNAf反應(yīng)反應(yīng)，因此起始，因此起始tRNA不能進(jìn)入不能進(jìn)入A位，從而保證位，從而保證了內(nèi)部了內(nèi)部AUG密碼子不會(huì)被起始密碼子不會(huì)被起始tRNA所閱讀。所

49、閱讀。延長(zhǎng)因子延長(zhǎng)因子EF-T催化催化進(jìn)位（原核生物）進(jìn)位（原核生物）Tu TsGTPGDPA U G53TuTsGTP2.肽鍵的形成（轉(zhuǎn)肽）肽鍵的形成（轉(zhuǎn)肽） 當(dāng)氨酰基當(dāng)氨?；?tRNA占據(jù)占據(jù)A位后，原來結(jié)合在位后，原來結(jié)合在P位的位的fMet-tRNA便將其活化的甲酰甲硫氨酸部分轉(zhuǎn)移到便將其活化的甲酰甲硫氨酸部分轉(zhuǎn)移到A位的氨?；坏陌滨；?tRNA的氨基上，以酰胺鍵（肽鍵）連接的氨基上，以酰胺鍵（肽鍵）連接起來形成二肽?；饋硇纬啥孽；鵷RNA。催化此反應(yīng)的酶是催化此反應(yīng)的酶是肽酰轉(zhuǎn)肽酰轉(zhuǎn)移酶（轉(zhuǎn)肽酶）移酶（轉(zhuǎn)肽酶），它是，它是50S亞基的一個(gè)組成部分。亞基的一個(gè)組成部分。 經(jīng)轉(zhuǎn)肽反

50、應(yīng)后，原來結(jié)合在經(jīng)轉(zhuǎn)肽反應(yīng)后，原來結(jié)合在P位的位的tRNA成為無負(fù)成為無負(fù)荷的荷的tRNA，而結(jié)合在，而結(jié)合在A位的則是二肽?；坏膭t是二肽?；鵷RNA，于，于是進(jìn)入移位階段。是進(jìn)入移位階段。是由轉(zhuǎn)肽酶是由轉(zhuǎn)肽酶(transpeptidase)催化的肽鍵形成過程。催化的肽鍵形成過程。3.移位移位 在移位時(shí)發(fā)生了三個(gè)移動(dòng)：在移位時(shí)發(fā)生了三個(gè)移動(dòng)：即即無負(fù)荷的無負(fù)荷的tRNA由由E位點(diǎn)釋出；肽酰基位點(diǎn)釋出；肽?；鵷RNA從從A位移到位移到P位；位；mRNA移動(dòng)移動(dòng)三個(gè)核苷酸的距離。三個(gè)核苷酸的距離。其結(jié)果是下一個(gè)密碼子進(jìn)入核糖其結(jié)果是下一個(gè)密碼子進(jìn)入核糖體，以便為下一個(gè)進(jìn)入的氨酰基體，以便為下一個(gè)

51、進(jìn)入的氨?；?tRNA所閱讀。移位所閱讀。移位過程需要延長(zhǎng)因子過程需要延長(zhǎng)因子EF-G（也叫移位酶）的推動(dòng)。在（也叫移位酶）的推動(dòng)。在移位過程中結(jié)合在移位過程中結(jié)合在EF-G上的上的GTP被水解為被水解為GDP和和Pi。GTP的水解不是移位所必需的，的水解不是移位所必需的，GTP的水解促使的水解促使EF-G從核糖體上解離下來，并推動(dòng)下一次的移位。從核糖體上解離下來，并推動(dòng)下一次的移位。移位后移位后A位被空出，于是再結(jié)合一個(gè)氨?；槐豢粘觯谑窃俳Y(jié)合一個(gè)氨?；?tRNA，并重復(fù)以上過程，使肽鏈不斷延長(zhǎng)。并重復(fù)以上過程，使肽鏈不斷延長(zhǎng)。 fMetA U G53fMetTuGTP進(jìn)進(jìn)位位移移位位轉(zhuǎn)肽

52、轉(zhuǎn)肽真核生物肽鏈合成的延長(zhǎng)過程與原核基本相真核生物肽鏈合成的延長(zhǎng)過程與原核基本相似，但有不同的反應(yīng)體系和延長(zhǎng)因子。似，但有不同的反應(yīng)體系和延長(zhǎng)因子。另外，真核細(xì)胞核糖體另外，真核細(xì)胞核糖體沒有沒有E位位，轉(zhuǎn)位時(shí)卸，轉(zhuǎn)位時(shí)卸載的載的tRNA直接從直接從P位脫落位脫落。真核生物肽鏈延長(zhǎng)過程真核生物肽鏈延長(zhǎng)過程 蛋白質(zhì)合成的終止需要兩個(gè)條件蛋白質(zhì)合成的終止需要兩個(gè)條件，一個(gè)是應(yīng)存在能特異地一個(gè)是應(yīng)存在能特異地使多肽鏈延伸停止的信號(hào)；另一個(gè)是有能閱讀終止信號(hào)的蛋白使多肽鏈延伸停止的信號(hào)；另一個(gè)是有能閱讀終止信號(hào)的蛋白質(zhì)釋放因子（質(zhì)釋放因子（RF）。）。由于多肽鏈延伸至足夠長(zhǎng)度之后，其羧由于多肽鏈延伸至

53、足夠長(zhǎng)度之后，其羧基端仍結(jié)合于基端仍結(jié)合于tRNA接合體上。因此，終止應(yīng)包括切除終端的接合體上。因此，終止應(yīng)包括切除終端的tRNA。當(dāng)出現(xiàn)這個(gè)切除之后，新生鏈便迅速脫離，因?yàn)樗?。?dāng)出現(xiàn)這個(gè)切除之后，新生鏈便迅速脫離，因?yàn)樗饕峭ㄟ^接合體要是通過接合體tRNA結(jié)合在核糖體上的。結(jié)合在核糖體上的。 當(dāng)當(dāng)mRNA的任何一個(gè)終止密碼子（的任何一個(gè)終止密碼子（UAA、UAG或或UGA）進(jìn)）進(jìn)入核糖體的入核糖體的A位時(shí)，由于它們不為任何氨基酸編碼，所以也不為位時(shí)，由于它們不為任何氨基酸編碼，所以也不為任何氨酰基任何氨?；?tRNA所識(shí)別，因而沒有氨?；R(shí)別，因而沒有氨?；?tRNA可以進(jìn)入可以進(jìn)入A

54、位位與之結(jié)合。但與之結(jié)合。但釋放因子（釋放因子（release factor，RF）能夠識(shí)別這些終）能夠識(shí)別這些終止密碼子。止密碼子。 （五）原核生物肽鏈合成的終止（五）原核生物肽鏈合成的終止 在大腸桿菌中，釋放因子共有在大腸桿菌中，釋放因子共有3種：種：RF-1、RF-2和和 RF-3。其中其中RF-1識(shí)別識(shí)別UAA和和UAG，RF-2識(shí)別識(shí)別UAA和和UGA，RF-3本身無識(shí)別終止密碼子的功能，但卻可以增加本身無識(shí)別終止密碼子的功能，但卻可以增加RF-1和和RF-2的的活性。活性。已知核糖體結(jié)合與釋放已知核糖體結(jié)合與釋放RF-1和和RF-2都要受到都要受到RF-3的刺的刺激作用，后者可以與

55、激作用，后者可以與GTP和和GDP相互作用。每種相互作用。每種釋放因子先釋放因子先與與GTP形成活性復(fù)合物，這個(gè)復(fù)合物再結(jié)合到核糖體形成活性復(fù)合物，這個(gè)復(fù)合物再結(jié)合到核糖體A位的終位的終止密碼子上。這種結(jié)合使肽酰轉(zhuǎn)移酶的構(gòu)象發(fā)生改變，使肽止密碼子上。這種結(jié)合使肽酰轉(zhuǎn)移酶的構(gòu)象發(fā)生改變，使肽酰轉(zhuǎn)移酶活性轉(zhuǎn)變?yōu)樗饷富钚?，酰轉(zhuǎn)移酶活性轉(zhuǎn)變?yōu)樗饷富钚?，即肽酰轉(zhuǎn)移酶不再催化肽即肽酰轉(zhuǎn)移酶不再催化肽鍵的形成，而是鍵的形成，而是催化催化P位上的位上的tRNA與肽鏈之間的酯鍵水解與肽鏈之間的酯鍵水解，于是肽鏈由核糖體上釋放出來。已知于是肽鏈由核糖體上釋放出來。已知RF具有依賴核糖體的具有依賴核糖體的GTP

56、酶活性，催化酶活性，催化GTP水解，使水解，使RF與核糖體解離。與核糖體解離。 終止相關(guān)的蛋白因子稱為釋放因子終止相關(guān)的蛋白因子稱為釋放因子 (release factor, RF) 一是識(shí)別終止密碼，如一是識(shí)別終止密碼，如RF-1特異識(shí)別特異識(shí)別UAA、UAG；而；而RF-2可識(shí)別可識(shí)別UAA、UGA。二是誘導(dǎo)轉(zhuǎn)肽酶改變?yōu)樗饷富钚?，相?dāng)于催二是誘導(dǎo)轉(zhuǎn)肽酶改變?yōu)樗饷富钚?，相?dāng)于催化肽?；D(zhuǎn)移到水分子化肽酰基轉(zhuǎn)移到水分子-OH上，使肽鏈從核上，使肽鏈從核蛋白體上釋放。蛋白體上釋放。 釋放因子的功能釋放因子的功能原核生物原核生物釋放因子：釋放因子：RF-1，RF-2，RF-3 真核生物真核生物

57、釋放因子：釋放因子：eRF 肽鏈合成終止后肽鏈合成終止后，在核糖體釋放因子（，在核糖體釋放因子（ribosome releasing factor，RRF）的作用下，）的作用下，70S核糖體解離為核糖體解離為30S亞基和亞基和50S亞基，并與亞基，并與mRNA分離，分離，同時(shí)，最后一個(gè)脫去氨?；瑫r(shí)，最后一個(gè)脫去氨?；?tRNA及及RF亦與之分離。亦與之分離。RRF起上述作用時(shí)，還必須有起上述作用時(shí)，還必須有GTP和肽鏈延伸因子和肽鏈延伸因子EF-G的存在。經(jīng)過這一步驟的存在。經(jīng)過這一步驟，核糖體又可供重新合成另一條多肽鏈之用。核糖體又可供重新合成另一條多肽鏈之用。 U A G53RFCOO-

58、原原核核肽肽鏈鏈合合成成終終止止過過程程 使蛋白質(zhì)合成高使蛋白質(zhì)合成高速、高效進(jìn)行。速、高效進(jìn)行。因子因子分子量分子量特性和功能特性和功能起始因子：起始因子：IF-19 000促進(jìn)核糖體的解離和促進(jìn)核糖體的解離和IF-2活性活性IF-2100 000由一個(gè)要求由一個(gè)要求GTP的反應(yīng)使的反應(yīng)使fMet-tRNAi結(jié)合于核糖體的結(jié)合于核糖體的P位位點(diǎn)點(diǎn)IF-322 000將將mRNA結(jié)合于核糖體的小亞基，可能是促進(jìn)非翻譯的前結(jié)合于核糖體的小亞基，可能是促進(jìn)非翻譯的前導(dǎo)序列與導(dǎo)序列與16S rRNA 3端的堿基配對(duì)端的堿基配對(duì)延伸因子：延伸因子：EF-Tu43 000將氨酰將氨酰-tRNA結(jié)合于核糖

59、體結(jié)合于核糖體A位點(diǎn)位點(diǎn)EF-Ts30 000重新生成重新生成EF-Tu-GTPEF-G77 000肽基肽基-tRNA密碼子和密碼子和A位點(diǎn)移至位點(diǎn)移至P位點(diǎn)，此過程依賴位點(diǎn)，此過程依賴GTP終止（釋放）因子：終止（釋放）因子：RF-136 000水解肽基水解肽基-tRNA，要求，要求UAA或或UAG密碼子密碼子RF-238 000水解肽基水解肽基-tRNA，要求，要求UAA或或UGA密碼子密碼子RF-346 000促進(jìn)促進(jìn)RF-1，RF-2活性活性大腸桿菌的起始因子、延伸因子和終止因子的特性和功能大腸桿菌的起始因子、延伸因子和終止因子的特性和功能 真核生物肽鏈合成的終止真核生物肽鏈合成的終止

60、當(dāng)當(dāng)mRNA上終止密碼出現(xiàn)后，多肽鏈合成上終止密碼出現(xiàn)后，多肽鏈合成停止，肽鏈從肽酰停止，肽鏈從肽酰-tRNA中釋出，中釋出，mRNA、核、核蛋白體等分離，這些過程稱為肽鏈合成終止。蛋白體等分離，這些過程稱為肽鏈合成終止。第第 二二 節(jié)節(jié) 多肽鏈折疊為天然的三維結(jié)構(gòu)多肽鏈折疊為天然的三維結(jié)構(gòu) 肽鏈一級(jí)結(jié)構(gòu)的修飾肽鏈一級(jí)結(jié)構(gòu)的修飾 高級(jí)結(jié)構(gòu)修飾高級(jí)結(jié)構(gòu)修飾 第一類是第一類是酶酶，如，如蛋白質(zhì)二硫鍵異構(gòu)酶（蛋白質(zhì)二硫鍵異構(gòu)酶（protein disulfide isomerase，PDI）與與肽酰脯氨酰順反異構(gòu)肽酰脯氨酰順反異構(gòu)酶（酶（peptidyl prolyl cis/trans isome

61、rase，PPI）。前。前者能加速蛋白質(zhì)正確二硫鍵的形成，后者催化者能加速蛋白質(zhì)正確二硫鍵的形成，后者催化肽肽-脯脯氨酰氨酰之間肽鍵的旋轉(zhuǎn)反應(yīng)。這些反應(yīng)與新生肽鏈的之間肽鍵的旋轉(zhuǎn)反應(yīng)。這些反應(yīng)與新生肽鏈的折疊密切相關(guān)，加速蛋白質(zhì)折疊過程。折疊密切相關(guān)，加速蛋白質(zhì)折疊過程。 第二類是第二類是分子伴侶分子伴侶（molecular chaperone）。這。這是一類在細(xì)胞內(nèi)能夠幫助新生肽鏈正確折疊的蛋白是一類在細(xì)胞內(nèi)能夠幫助新生肽鏈正確折疊的蛋白質(zhì)。質(zhì)。 對(duì)靶蛋白質(zhì)專一性不高，同一個(gè)分子伴侶可以對(duì)靶蛋白質(zhì)專一性不高，同一個(gè)分子伴侶可以促進(jìn)不同多肽鏈折疊。促進(jìn)不同多肽鏈折疊。 有兩類蛋白質(zhì)參與多肽鏈在

62、體內(nèi)的折疊過程有兩類蛋白質(zhì)參與多肽鏈在體內(nèi)的折疊過程1. 熱休克蛋白熱休克蛋白(heat shock protein, HSP) HSP70、HSP40和和GreE族族 2. 伴侶素伴侶素(chaperonins) GroEL和和GroES家族家族分子伴侶分子伴侶分子伴侶是細(xì)胞一類保守蛋白質(zhì)，可識(shí)別肽鏈的非分子伴侶是細(xì)胞一類保守蛋白質(zhì)，可識(shí)別肽鏈的非天然構(gòu)象，促進(jìn)各功能域和整體蛋白質(zhì)的正確折疊。天然構(gòu)象，促進(jìn)各功能域和整體蛋白質(zhì)的正確折疊。目前已鑒定很多目前已鑒定很多分子伴侶蛋白質(zhì)分子伴侶蛋白質(zhì)，其中被研究得最，其中被研究得最多的有多的有兩個(gè)蛋白質(zhì)家族兩個(gè)蛋白質(zhì)家族：這些蛋白質(zhì)廣泛存在于原核與

63、：這些蛋白質(zhì)廣泛存在于原核與真核生物細(xì)胞中。真核生物細(xì)胞中。 熱休克蛋白促進(jìn)蛋白質(zhì)折疊的基本作用熱休克蛋白促進(jìn)蛋白質(zhì)折疊的基本作用結(jié)合保護(hù)待折疊多肽片段，再釋放該片段進(jìn)結(jié)合保護(hù)待折疊多肽片段，再釋放該片段進(jìn)行折疊。形成行折疊。形成HSP70和多肽片段依次結(jié)合、解離和多肽片段依次結(jié)合、解離的循環(huán)。的循環(huán)。 HSP40結(jié)合待結(jié)合待折疊多肽片段折疊多肽片段 HSP70-ATP復(fù)合物復(fù)合物 HSP40- HSP70-ADP-多肽復(fù)合物多肽復(fù)合物 ATP水解水解GrpE ATPADP復(fù)合物解離，釋出多肽鏈片段進(jìn)行正確折疊復(fù)合物解離，釋出多肽鏈片段進(jìn)行正確折疊 伴侶素伴侶素GroEL/GroES系統(tǒng)促進(jìn)蛋

64、白質(zhì)折疊過程系統(tǒng)促進(jìn)蛋白質(zhì)折疊過程 伴侶素的主要作用伴侶素的主要作用為非自發(fā)性折疊蛋白質(zhì)提供能折疊形成天然空間構(gòu)為非自發(fā)性折疊蛋白質(zhì)提供能折疊形成天然空間構(gòu)象的微環(huán)境象的微環(huán)境。 蛋白質(zhì)二硫鍵異構(gòu)酶蛋白質(zhì)二硫鍵異構(gòu)酶 多肽鏈內(nèi)或肽鏈之間二硫鍵的正確形成對(duì)穩(wěn)多肽鏈內(nèi)或肽鏈之間二硫鍵的正確形成對(duì)穩(wěn)定分泌蛋白、膜蛋白等的天然構(gòu)象十分重要，這定分泌蛋白、膜蛋白等的天然構(gòu)象十分重要，這一過程主要在細(xì)胞一過程主要在細(xì)胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)進(jìn)行。進(jìn)行。 二硫鍵異構(gòu)酶在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔活性很高二硫鍵異構(gòu)酶在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔活性很高，可在較，可在較大區(qū)段肽鏈中催化錯(cuò)配二硫鍵斷裂并形成正確二大區(qū)段肽鏈中催化錯(cuò)配二硫鍵斷裂并形成正確二硫鍵

65、連接，最終使蛋白質(zhì)形成熱力學(xué)最穩(wěn)定的天硫鍵連接，最終使蛋白質(zhì)形成熱力學(xué)最穩(wěn)定的天然構(gòu)象。然構(gòu)象。肽酰肽酰-脯氨酰順反異構(gòu)酶脯氨酰順反異構(gòu)酶 多肽鏈中肽酰多肽鏈中肽酰- -脯氨酸間形成的肽鍵有順反兩脯氨酸間形成的肽鍵有順反兩種異構(gòu)體，空間構(gòu)象明顯差別。種異構(gòu)體，空間構(gòu)象明顯差別。 肽酰肽酰- -脯氨酰順反異構(gòu)酶可促進(jìn)上述順反兩種脯氨酰順反異構(gòu)酶可促進(jìn)上述順反兩種異構(gòu)體之間的轉(zhuǎn)換。異構(gòu)體之間的轉(zhuǎn)換。 肽酰肽酰- -脯氨酰順反異構(gòu)酶是脯氨酰順反異構(gòu)酶是蛋白質(zhì)三維構(gòu)象形蛋白質(zhì)三維構(gòu)象形成的限速酶，成的限速酶，在肽鏈合成需形成順式構(gòu)型時(shí)，可在肽鏈合成需形成順式構(gòu)型時(shí)，可使多肽在各脯氨酸彎折處形成準(zhǔn)確折疊

66、。使多肽在各脯氨酸彎折處形成準(zhǔn)確折疊。 蛋白質(zhì)的修飾蛋白質(zhì)的修飾 由核糖體合成的多肽鏈除需要折疊成正確的空間結(jié)構(gòu)外由核糖體合成的多肽鏈除需要折疊成正確的空間結(jié)構(gòu)外，還必須進(jìn)行修飾，才能成為具有功能的蛋白質(zhì)。，還必須進(jìn)行修飾，才能成為具有功能的蛋白質(zhì)。修飾可以修飾可以在肽鏈折疊之前或折疊期間或折疊之后進(jìn)行，也可以在肽鏈在肽鏈折疊之前或折疊期間或折疊之后進(jìn)行，也可以在肽鏈延伸期間或在終止之后進(jìn)行。延伸期間或在終止之后進(jìn)行。有些修飾對(duì)多肽鏈的正確折疊有些修飾對(duì)多肽鏈的正確折疊是重要的。有時(shí)，修飾也與合成的蛋白質(zhì)在細(xì)胞內(nèi)的轉(zhuǎn)移或是重要的。有時(shí)，修飾也與合成的蛋白質(zhì)在細(xì)胞內(nèi)的轉(zhuǎn)移或分泌有關(guān)。分泌有關(guān)。末端氨基的脫甲?；湍┒税被拿摷柞；蚇端甲硫氨酸的切除端甲硫氨酸的切除 大腸桿菌等細(xì)菌的多肽鏈合成的起始氨基酸是甲酰甲硫大腸桿菌等細(xì)菌的多肽鏈合成的起始氨基酸是甲酰甲硫氨酸，在翻譯后這個(gè)甲?；话彼?，在翻譯后這個(gè)甲酰基被肽脫甲?；福拿摷柞；福╬eptide deformylase）除去，甲硫氨酸通常也被氨肽酶切除。在大除去，甲硫氨酸通常也被氨肽酶切除。在大腸桿菌中，腸桿菌中，70%蛋白質(zhì)的