2蛋白质合成.ppt

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1、18 18 蛋白质合成蛋白质合成18.1 遗传密码是三联体密码遗传密码是三联体密码18.2 蛋白质合成需要蛋白质合成需要tRNA分子分子18.3 氨氨酰酰-tRNA合合成成酶酶催催化化氨氨基基酸酸结结合合在在tRNA分分子子上上18.4 核糖体是蛋白质合成的场所核糖体是蛋白质合成的场所18.5 tRNA是蛋白质合成中的分子适配器是蛋白质合成中的分子适配器18.6 氨基酸是通过特异的氨酰氨基酸是通过特异的氨酰-tRNA合成酶的催化结合成酶的催化结 合在合在tRNA上的上的18.7 多肽合成主要包括起始、延伸和终止三个过程多肽合成主要包括起始、延伸和终止三个过程18.8 信号肽序列指导蛋白质定位信

2、号肽序列指导蛋白质定位18.9 蛋白质的合成受到许多抗生素和毒素的抑制蛋白质的合成受到许多抗生素和毒素的抑制 核核核核酸酸酸酸中中中中的的的的核核核核苷苷苷苷酸酸酸酸残残残残基基基基序序序序列列列列是是是是按按按按照照照照遗遗遗遗传传传传密密密密码码码码确确确确定定定定蛋蛋蛋蛋白白白白质质质质中中中中氨氨氨氨基酸序列的基酸序列的基酸序列的基酸序列的，密码在几乎所有的生物中都是通用的密码在几乎所有的生物中都是通用的密码在几乎所有的生物中都是通用的密码在几乎所有的生物中都是通用的。遗遗遗遗传传传传密密密密码码码码翻翻翻翻译译译译成成成成氨氨氨氨基基基基酸酸酸酸序序序序列列列列是是是是借借借借助助助

3、助于于于于一一一一类类类类称称称称为为为为tRNAtRNA进进进进行行行行的的的的。它将贮存在它将贮存在它将贮存在它将贮存在mRNAmRNA中的遗传信息与多肽的一级序列联系起来中的遗传信息与多肽的一级序列联系起来中的遗传信息与多肽的一级序列联系起来中的遗传信息与多肽的一级序列联系起来。tRNA与与mRNA的的联联系系是是通通过过碱碱基基配配对对。mRNA上上的的序序列列称称为为密码子密码子密码子密码子，而与密码配对的，而与密码配对的tRNA上的序列称为上的序列称为反密码子反密码子反密码子反密码子。对对于于mRNA上上的的每每一一个个密密码码，与与该该密密码码互互补补的的tRNA就就将将携携带一

4、个相应于该密码的氨基酸到生长的肽链处。带一个相应于该密码的氨基酸到生长的肽链处。遗传密码遗传密码遗传密码遗传密码指的就是指的就是mRNA编码的指定序列编码的指定序列。翻译需要一个联系翻译需要一个联系mRNA和蛋白质的和蛋白质的双功能适配器分子双功能适配器分子双功能适配器分子双功能适配器分子在真核生物中，在真核生物中，mRNA是在细胞核中合成的，是在细胞核中合成的，而蛋白质合成发生在细而蛋白质合成发生在细胞质中，是通过细胞质胞质中，是通过细胞质中游离的核糖体，或是中游离的核糖体，或是通过与内质网相连的核通过与内质网相连的核糖体合成的糖体合成的在细菌中，转录在细菌中，转录和翻译是耦联在和翻译是耦联

5、在一起的。一起的。细菌细菌真真核核生生物物 蛋蛋白白质质是是由由20种种氨氨基基酸酸组组成成的的，而而DNA只只是是由由A，T，C和和G四四种种核核苷苷酸酸构构成成的的，但但核核苷苷酸酸残残基基序序列列决决定定了了氨氨基基酸酸的的顺顺序，这是一种密码（序，这是一种密码（codons）的关系。的关系。简简单单计计算算表表明明，如如果果1个个密密码码就就是是一一个个核核苷苷酸酸残残基基，则则只只能能编编码码四四种种氨氨基基酸酸；如如果果1个个密密码码是是由由2个个核核苷苷酸酸残残基基构构成成的的，也也只只能能编编码码16种种氨氨基基酸酸（42）；如如果果以以3个个核核苷苷酸酸残残基基作作编编码码单

6、元就可编码单元就可编码64种氨基酸（种氨基酸（4364）。）。后后后后来来来来三三三三个个个个不不不不同同同同的的的的实实实实验验验验证证证证明明明明遗遗遗遗传传传传密密密密码码码码是是是是mRNAmRNA上上上上3 3个个个个连连连连续续续续的的的的核核核核苷苷苷苷酸酸酸酸残残残残基基基基构构构构成成成成的的的的，所所所所以以以以密密密密码码码码称称称称为为为为三三三三联联联联体体体体密密密密码码码码，下下图图给给出出了了三个证明遗传密码是三联体密码的著名实验的示意图。三个证明遗传密码是三联体密码的著名实验的示意图。18.1 18.1 遗传密码是三联体密码遗传密码是三联体密码证明三联体密码的

7、三个著名实验的示意图证明三联体密码的三个著名实验的示意图证明三联体密码的三个著名实验的示意图证明三联体密码的三个著名实验的示意图（b）结合核糖体的研究结合核糖体的研究（a a）核苷酸同聚物的翻译核苷酸同聚物的翻译核苷酸同聚物的翻译核苷酸同聚物的翻译（c c）重复核苷酸聚重复核苷酸聚重复核苷酸聚重复核苷酸聚合物的翻译合物的翻译合物的翻译合物的翻译第一个实验是第一个实验是1961年由美国的年由美国的M.Nirenberg等人完成的。他等人完成的。他首先利用多核苷酸磷酸化酶合首先利用多核苷酸磷酸化酶合成了一条由相同核苷酸组成的成了一条由相同核苷酸组成的多核苷酸链，用它作模板，利多核苷酸链，用它作模板

8、，利用大肠杆菌蛋白提取液和用大肠杆菌蛋白提取液和GTP在体外合成蛋白质。在体外合成蛋白质。多聚（多聚（多聚（多聚（U U）编码多聚编码多聚 Phe；多聚（多聚（多聚（多聚（A A）编码多聚编码多聚 Lys；多聚（多聚（多聚（多聚（C C）编码多聚编码多聚 Pro。第二个实验是第二个实验是1964年也是年也是由美国的由美国的M.Nirenberg等人完成等人完成的。他们首先合成一个已知序的。他们首先合成一个已知序列的核苷酸三聚体，然后与大列的核苷酸三聚体，然后与大肠杆菌核糖体和氨酰肠杆菌核糖体和氨酰tRNA一起一起温育。由此确定与已知核苷酸温育。由此确定与已知核苷酸三聚体结合的三聚体结合的tRN

9、A上连接的是上连接的是那一种氨基酸。那一种氨基酸。该实验对于几种密码编码该实验对于几种密码编码同一个氨基酸提供了直接的、同一个氨基酸提供了直接的、最好的证据最好的证据第三个实验是由第三个实验是由Jones,Khorana等人完等人完成的。他们利用有机化学和酶法制备了成的。他们利用有机化学和酶法制备了已知的核苷酸重复序列，以此多聚核苷已知的核苷酸重复序列，以此多聚核苷酸作模板，在体外进行蛋白质合成，发酸作模板，在体外进行蛋白质合成，发现可生成三种重复的多肽链。现可生成三种重复的多肽链。若从若从若从若从A A翻译，则合成出多聚翻译，则合成出多聚翻译，则合成出多聚翻译，则合成出多聚 IleIle，即

10、即即即AUCAUC对应对应对应对应 IleIle；若从若从U翻译，则合成出多翻译，则合成出多聚聚 Ser，即即UCA对应对应 Ser；若从若从若从若从C C翻译，翻译，翻译，翻译，则合成出多聚则合成出多聚则合成出多聚则合成出多聚 HisHis，即即即即CAUCAU对应对应对应对应 HisHis。这是因为体外合成是无调控的合成，可这是因为体外合成是无调控的合成，可以随机地从以随机地从A、或或U、或或C翻译，所以有翻译，所以有三种重复的多肽链生成。三种重复的多肽链生成。通过通过Nirenberg和和Khorana两位科学家的辛勤工作，于两位科学家的辛勤工作，于1966年全年全部密码都被破译。共有部

11、密码都被破译。共有64个密码，其中个密码，其中61个密码是编码氨基酸个密码是编码氨基酸的，其余的，其余3种是终止密码，两位科学家获得了诺贝尔奖。种是终止密码，两位科学家获得了诺贝尔奖。遗遗传传密密码码表表第一位第一位 5 端端第三位第三位 3 端端第二位第二位 遗传密码按遗传密码按5 3方向书写。方向书写。术语术语术语术语密码密码密码密码通常指的是通常指的是通常指的是通常指的是mRNAmRNA中的核苷酸三中的核苷酸三中的核苷酸三中的核苷酸三联体联体联体联体，也可应用于编码蛋白质的基因的也可应用于编码蛋白质的基因的也可应用于编码蛋白质的基因的也可应用于编码蛋白质的基因的DNADNA序列中的核苷酸

12、三联体。序列中的核苷酸三联体。序列中的核苷酸三联体。序列中的核苷酸三联体。例如例如TAC是用于编码是用于编码Tyr 的的DNA密码。密码。密码具有以下一些显著特点：密码具有以下一些显著特点：1.1.大大大大多多多多数数数数氨氨氨氨基基基基酸酸酸酸都都都都存存存存在在在在几几几几个个个个密密密密码码码码。例例如如 Ser 就就有有6个个密密码码。因因为为大大多多数数氨氨基基酸酸都都存存在在几几个个密密码码，所所以以遗遗遗遗传传传传密密密密码码码码具具具具有有有有简简简简并并并并性性性性。确确定定同同一一个个氨氨基基酸酸的的不不同同密密码码被被称称为为同同同同义义义义密密密密码码码码。密密码码的的

13、简简并并性性可可以以减减少少碱碱基基突突变变造造成成的的有有害害效效应应。在在标标准准遗遗传传密密码码表表中中，只只只只有有有有一一一一个个个个密密密密码码码码子子子子的的的的氨氨氨氨基基基基酸酸酸酸是是是是TrpTrp和和和和MetMet。2.2.一一一一个个个个密密密密码码码码的的的的头头头头两两两两个个个个核核核核苷苷苷苷酸酸酸酸残残残残基基基基足足足足可可可可以以以以确确确确定定定定一一一一个个个个给给给给定定定定的的的的氨氨氨氨基基基基酸酸酸酸。例例如如编编码码 Gly 的的密密码码有有4个个，都都开开始始于于GGGG：GGU，GGC，GGA，和和GGG。所所以以，即即使使3位位的的

14、核核苷苷酸酸残残基基突突变变，通通常常仍仍会会导导致致同同一一个个氨基酸整合到蛋白质中。氨基酸整合到蛋白质中。3.具有类似序列的密码往往指定化学性质类似的氨具有类似序列的密码往往指定化学性质类似的氨基酸基酸 例如苏氨酸密码与例如苏氨酸密码与4个丝氨酸密码的差别只是处于个丝氨酸密码的差别只是处于5位位的核苷酸不同；天冬氨酸和谷氨酸的密码都开始于的核苷酸不同；天冬氨酸和谷氨酸的密码都开始于GA只只是是3位的核苷酸不同。位的核苷酸不同。4.64个密码中有个密码中有61个密码编码氨基酸，余下的个密码编码氨基酸，余下的3个个密码（密码（UAA，UGA，和和UAG）为终止密码。为终止密码。终止密码一般不能

15、被任何终止密码一般不能被任何tRNA分子识别，但能被特殊分子识别，但能被特殊的蛋白质识别，引起新合成的肽链从翻译机器上脱落。蛋氨的蛋白质识别，引起新合成的肽链从翻译机器上脱落。蛋氨酸密码酸密码AUG也常常充当蛋白质合成的起始密码也常常充当蛋白质合成的起始密码，所以常称所以常称AUGAUG为起始密码为起始密码为起始密码为起始密码。在蛋白质合成一章中将看到其它的密码。在蛋白质合成一章中将看到其它的密码也可以充当起始密码也可以充当起始密码。如果按不重叠读码，如果按不重叠读码，在没有给定读码框时在没有给定读码框时在没有给定读码框时在没有给定读码框时，可有三种读码方式。，可有三种读码方式。如果按重叠读码

16、（如果按重叠读码（如果按重叠读码（如果按重叠读码（a a），），），），则变成了：则变成了：则变成了：则变成了：与非重叠读码比较与非重叠读码比较与非重叠读码比较与非重叠读码比较 tRNA分分子子在在蛋蛋白白质质合合成成中中充充当当的的是是遗遗传传密密码码的的翻翻译译，是是mRNA的的核核苷苷酸酸序序列列和和多多肽肽中中氨氨基基酸酸序序列列信信息息之之间间的的桥桥梁梁。每每一一个个细细胞胞内内至至少少含含有有20种种tRNA（一一种种氨氨基基酸酸对对应应一一种种tRNA），就就是是说说每每种种tRNA应应当当能能够够至至少少识识别别一一个个mRNA密密码码，才才能能满满足足它作为适配器的作用。它

17、作为适配器的作用。18.2.1 18.2.1 所有的所有的所有的所有的tRNAtRNA都具有类似的都具有类似的都具有类似的都具有类似的三维结构三维结构三维结构三维结构不同来源的不同来源的tRNA一级结构不同，但它一级结构不同，但它们几乎具有类似于们几乎具有类似于三叶草形三叶草形三叶草形三叶草形的二级结构。的二级结构。最早确定的最早确定的tRNA结构是丙氨酸结构是丙氨酸-tRNA，是由是由Holley确定的。确定的。18.2 18.2 蛋白质合成需要蛋白质合成需要tRNAtRNA分子分子Ala-tRNA三叶三叶草式的二级结构草式的二级结构结合氨基酸结合氨基酸部位部位反反密码子密码子 tRNA分分

18、子子的的5端端和和3端端附附近近的的碱碱基基配配对对形形成成tRNA分分子子的的一一个个臂臂，该该臂臂称称为为氨氨氨氨基基基基酸酸酸酸臂臂臂臂。一一一一个个个个成成成成熟熟熟熟的的的的tRNAtRNA分分分分子子子子的的的的3 3端端端端的的的的核核核核苷苷苷苷酸酸酸酸序序序序列列列列总总总总是是是是CCACCA（3 3），一一个个特特异异的的氨氨基基酸酸通通过过它它的的羧羧基基与与tRNA的的核核苷苷酸酸残残基基3端端的的2或或3羟羟基基形形成成的的共共价价键键连连接接在在tRNA分分子子上上。5端端的的核核苷苷酸酸都都是是磷磷酸酸化化的的，大大多多数数tRNA分子分子5 5端的核苷酸残基为

19、鸟苷酸残基（端的核苷酸残基为鸟苷酸残基（端的核苷酸残基为鸟苷酸残基（端的核苷酸残基为鸟苷酸残基（pGpG）。在在氨氨基基酸酸臂臂对对面面的的单单链链环环称称为为反反反反密密密密码码码码环环环环，该该环环含含有有由由三三个个核核苷苷酸酸残残基基组组成成的的反反反反密密密密码码码码子子子子，反反密密码码子子与与mRNA中中的的互互补补密码结合。含有反密码子的臂称为密码结合。含有反密码子的臂称为反密码臂反密码臂。tRNA分分子子的的另另外外两两个个臂臂是是根根据据臂臂中中含含有有修修饰饰的的核核苷苷酸酸而而命命名名的的，含含含含有有有有胸胸胸胸腺腺腺腺嘧嘧嘧嘧啶啶啶啶核核核核苷苷苷苷酸酸酸酸（T T

20、）（在在在在RNARNA中中中中很很很很少少少少见见见见到到到到）、假假假假尿尿尿尿嘧嘧嘧嘧啶啶啶啶核核核核苷苷苷苷酸酸酸酸（）和和和和胞胞胞胞嘧嘧嘧嘧啶啶啶啶核核核核苷苷苷苷酸酸酸酸（C C）残残残残基的臂称之基的臂称之基的臂称之基的臂称之T TC C臂臂臂臂。含含有有二二氢氢尿尿嘧嘧啶啶核核苷苷酸酸残残基基的的臂臂称称为为D臂臂，不不同同tRNA的的D臂也稍有不同。臂也稍有不同。在在反反密密码码臂臂和和TC臂臂之之间间，tRNA分分子子中中还还含含有有另另一一个个可可可可变变变变臂臂臂臂（也也称称为为额额外外环环），可可变变臂臂大大约约由由3到到21个个核核苷苷酸组成。大多数酸组成。大多数

21、tRNA中核苷酸残基数在中核苷酸残基数在73和和95之间。之间。在三维空间，在三维空间，tRNA分子折叠成倒分子折叠成倒L型：氨基酸臂位于型：氨基酸臂位于L型分子的一端型分子的一端，反反密码环则处于相反密码环则处于相反的一端。的一端。tRNA分子中的分子中的大多数核苷酸都处大多数核苷酸都处于两个成直角的、于两个成直角的、堆积的螺旋中。碱堆积的螺旋中。碱基之间堆积的相互基之间堆积的相互作用对作用对tRNA的稳定的稳定性具有重要的贡献。性具有重要的贡献。tRNA的倒的倒L型三级结构型三级结构18.2.2“摆动摆动”容许某些容许某些 RNA 识别几个密码识别几个密码 密密码码和和反反密密码码之之间间

22、碱碱基基配配对对规规则则一一般般为为A与与U配配对对，G与与C配配对对，并并且且配配对对区区内内的的链链是是反反平平行行的的，但但实实际际上上存存在在某某些些变变通通性性。Crick将将这这种种变变通通性性称称之之“摆摆动动”。因因因因此此此此反反反反密密密密码码码码的的的的55位位位位有有有有时时时时也也也也称称称称为为为为摆摆摆摆动动动动位位位位置置置置。下下表表给给出出了了反反密密码码的的5（摆摆动动）位位和和mRNA的的3位位之间的碱基配对原则。之间的碱基配对原则。次黄嘌呤核苷酸次黄嘌呤核苷酸（I）常常出现在常常出现在tRNA的的5（摆动）（摆动）位，位，I I可以与可以与可以与可以与

23、U U，C C和和和和A A形成氢键形成氢键形成氢键形成氢键 带有反密码子带有反密码子IGC的的tRNAAla分子分子可以与特异编码可以与特异编码Ala的三个密码（的三个密码（GCU，GCC，GCA）中中的任一个结合的任一个结合 一一个个特特定定的的氨氨基基酸酸经经酶酶催催化化可可以以连连接接到到相相应应的的tRNA分分子子的的3端端上上，该该酶酶称称为为氨氨氨氨酰酰酰酰-tRNAtRNA合合合合成成成成酶酶酶酶，产产产产物物物物称称称称为为为为氨氨氨氨酰酰酰酰-tRNAtRNA。氨氨基基酸酸与与tRNA之之间间形形成成的的键键是是高高高高能能能能键键键键，称称为为氨氨氨氨酰酰酰酰-tRNAt

24、RNA键键键键。常常用用tRNAAA表表示示可可结结合合某某种种氨氨基基酸酸的的tRNA种种类类，Ala-tRNAAla表示携带了丙氨酸的表示携带了丙氨酸的tRNAAla。由由于于整整合合到到蛋蛋白白质质中中的的氨氨基基酸酸有有20种种，从从理理论论上上讲讲，在在每每一一个个细细胞胞中中至至少少应应当当存存在在着着20种种氨氨酰酰tRNA合合成成酶酶。然然而而也也不不会会多多于于20种种，因因为为一一种种氨氨酰酰tRNA合合成成酶酶能能够够识识别别几几个个同同工工tRNA分分子子。例例如如虽虽然然存存在在着着6个个编编码码Ser的的密密码码和和几几个个同同工工tRNA Ser分分子子，但但这这

25、些些tRNA Ser都都可可被被单单一一的的丝丝氨氨酰酰-tRNA合合成成酶酶所所识识别别。蛋蛋蛋蛋白白白白质质质质合合合合成成成成的的的的精精精精确确确确度度度度依依依依赖赖赖赖于于于于氨氨氨氨酰酰酰酰-tRNAtRNAtRNAtRNA合合合合成成成成酶酶酶酶催催催催化正确的氨基酸连接到相应的化正确的氨基酸连接到相应的化正确的氨基酸连接到相应的化正确的氨基酸连接到相应的tRNAtRNAtRNAtRNA分子上分子上分子上分子上。18.3 18.3 氨酰氨酰-tRNAtRNA合成酶催化氨基酸结合在合成酶催化氨基酸结合在tRNAtRNA分子上分子上 氨氨酰酰-tRNA合合成成酶酶催催化化tRNA的

26、的氨氨酰酰化化是是通通过过两两步步反反应应完完成成的的。氨氨基基酸酸被被氨氨酰酰-tRNA合合成成酶酶激激活活在在原原理理上上类类似似于于脂脂肪肪酸酸的的激激活活，总总反反应应为：为：氨基酸氨基酸tRNA ATP=氨酰氨酰-tRNAAMPPPi 蛋蛋白白质质合合成成是是在在 mRNA 模模板板指指导导下下进进行行的的，合合成成过过程程分分为为肽肽链链起起始始、延延伸伸和和终终止止阶阶段段。蛋蛋蛋蛋白白白白质质质质的的的的合合合合成成成成是是是是通通通通过过过过一一一一个个个个复复复复杂杂杂杂的的的的复复复复合合合合体体体体完完完完成成成成的的的的。这这个个复复合合体体是是由由核核糖糖体体和和附

27、附属属的的蛋蛋白白质质因因子子以以及及mRNA和和负负载载的的tRNA分分子子组组成成的的，常常将将该该复复合合体体称称之之翻翻译复合体。译复合体。蛋白质合成发生在核糖体中，核糖体是由一个大亚基和一蛋白质合成发生在核糖体中，核糖体是由一个大亚基和一个小亚基组成的。个小亚基组成的。E.coli中的小亚基是中的小亚基是30S亚基亚基；而大亚基是而大亚基是50S亚基。在蛋白质合成期间，两个亚基结合形成一个亚基。在蛋白质合成期间，两个亚基结合形成一个70S核糖核糖体。体。核糖体含有三个部位核糖体含有三个部位核糖体含有三个部位核糖体含有三个部位：A A（aminoacylaminoacyl：氨酰）位、氨

28、酰）位、P P（peptidylpeptidyl：肽酰）位肽酰）位 和和E E（exitexit：退出）位。退出）位。18.4 18.4 核糖体是蛋白质合成的场所核糖体是蛋白质合成的场所E.Coli.核糖体组成示意图核糖体组成示意图核糖体中结合两个核糖体中结合两个tRNA的部位的部位18.5.1 起始复合体只可在起始密码处组装起始复合体只可在起始密码处组装 翻翻译译的的第第一一个个密密码码一一般般都都是是AUG。由由于于AUG也也是是蛋蛋氨氨酸酸的的密码，因此翻译机器需要区别起始和内部蛋氨酸的密码。密码，因此翻译机器需要区别起始和内部蛋氨酸的密码。在在原原核核生生物物中中，起起始始密密码码的的

29、选选择择不不仅仅取取决决于于tRNA的的反反密密码码子子和和mRNA密密码码子子的的相相互互作作用用，也也取取决决于于核核糖糖体体的的小小亚亚基基与与mRNA模板的相互作用。模板的相互作用。30S亚亚基基是是在在紧紧靠靠起起始始密密码码的的上上游游的的一一个个富富含含嘌嘌呤呤碱碱基基的的区区域域与与mRNA结结合合。这这个个被被称称之之SDSDSDSD的的的的区区区区域域域域与与与与1616S S rRNArRNA的的的的3 3端端端端的的的的一一一一个个个个富富富富含含含含嘧嘧嘧嘧啶啶啶啶片片片片段段段段互互互互补补补补。在在在在形形形形成成成成起起起起始始始始复复复复合合合合体体体体时时时

30、时，互互互互补补补补的的的的核核核核苷苷苷苷酸酸酸酸对对对对形形形形成成成成一一一一个个个个双双双双链链链链结结结结构构构构，使使使使得得得得mRNAmRNA结结结结合合合合到到到到核核核核糖糖糖糖体体体体上上上上。mRNAmRNA与与与与1616S S rRNArRNA的的的的这这这这一一一一非非非非翻翻翻翻译译译译片片片片段段段段之之之之间间间间的的的的配配配配对对对对将将将将起起起起始始始始密密密密码码码码定定定定位位位位在在在在P P部部部部位，确立了正确的阅读框架。位，确立了正确的阅读框架。位，确立了正确的阅读框架。位，确立了正确的阅读框架。18.5 18.5 翻译开始于一个起始复合

31、体的形成翻译开始于一个起始复合体的形成 E.coli mRNA中的中的SD序列序列18.5.2 起始需要一个特殊的起始需要一个特殊的tRNA分子分子 在每个细胞内至少存在着两在每个细胞内至少存在着两个不同的识别个不同的识别AUG密码的蛋氨酰密码的蛋氨酰-tRNAMet分子，一个只在起始密分子，一个只在起始密码处用，称之起始码处用，称之起始tRNA，另一个另一个只识别内部的蛋氨酸密码。只识别内部的蛋氨酸密码。在细菌中结合了蛋氨酸的起在细菌中结合了蛋氨酸的起始始tRNA称蛋氨酰称蛋氨酰-tRNAfMet，它它是一个甲酰基转移酶的底物，该是一个甲酰基转移酶的底物，该酶将来自酶将来自N10-甲酰四氢叶

32、酸的甲甲酰四氢叶酸的甲酰基连接到蛋氨酰酰基连接到蛋氨酰-tRNAfMet中的中的蛋氨酰的氨基上，生成蛋氨酰的氨基上，生成N-甲酰蛋甲酰蛋氨酰氨酰-tRNAfMet（fMet-tRNAfMet）。）。fMet-tRNAfMet的结构的结构18.5.3 起始复合体的起始复合体的形成涉及三个步骤形成涉及三个步骤（1）IFIF1 1结合在结合在结合在结合在3030S S核核核核糖体亚基上。糖体亚基上。糖体亚基上。糖体亚基上。（2）结合了）结合了GTP的的IF-2-GTP复合体可以特异识别复合体可以特异识别起始起始tRNA。（3）一旦形成前起始复一旦形成前起始复合体，合体，50S 亚基就与亚基就与30S

33、 亚基结合，最后形成由亚基结合，最后形成由30S与与 50S组成的起始复合组成的起始复合体，体，fMet-tRNAfMet被定位被定位在在P位。位。（1）将正确的氨酰）将正确的氨酰-tRNA定位在定位在A位；位；（2）形成肽键；）形成肽键；（3）使）使mRNA相对相对于核糖体移动一个于核糖体移动一个密码（移位）。密码（移位）。（4）释放卸载的）释放卸载的tRNA。18.6 18.6 18.6 18.6 肽链延伸涉肽链延伸涉肽链延伸涉肽链延伸涉及三个反应的循环及三个反应的循环及三个反应的循环及三个反应的循环通过氨酰基转通过氨酰基转移反应形成肽键移反应形成肽键 mRNA移位使一个终止密码（移位使一

34、个终止密码（移位使一个终止密码（移位使一个终止密码（UAAUAA、UAGUAG或或或或UGAUGA）处于处于处于处于A A位，氨酰位，氨酰位，氨酰位，氨酰-tRNAtRNA通常不通常不通常不通常不能结合到核糖体上。能结合到核糖体上。能结合到核糖体上。能结合到核糖体上。在在E.Coli中，中，RF1、RF2和和RF3三三个释放因子能够识别终止密码。释放因子个释放因子能够识别终止密码。释放因子RF1可以与可以与UAA和和UAG结合，而结合，而RF2能与能与UAA和和UGA结合，结合，RF3与与RF1或或RF2结合形成异二聚体。结合形成异二聚体。RF3也结合也结合GTP。当异二聚体在当异二聚体在当异

35、二聚体在当异二聚体在A A位与位与位与位与mRNAmRNA结合后，改结合后，改结合后，改结合后，改变了肽酰转移酶的活性，使得该酶能够水解变了肽酰转移酶的活性，使得该酶能够水解变了肽酰转移酶的活性，使得该酶能够水解变了肽酰转移酶的活性，使得该酶能够水解肽酰肽酰肽酰肽酰-tRNAtRNA酯酯酯酯。伴随着。伴随着GTP的水解和释放因的水解和释放因子从核糖体的解离，最后的多肽产物从核糖子从核糖体的解离，最后的多肽产物从核糖体释放出来。体释放出来。18.7 18.7 特殊信号终止了肽链的合成特殊信号终止了肽链的合成 在在在在真真真真核核核核生生生生物物物物中中中中，许许许许多多多多加加加加工工工工修修修

36、修饰饰饰饰过过过过程程程程都都都都是是是是发发发发生生生生在在在在特特特特定定定定的的的的细细细细胞胞胞胞器器器器中中中中。例例如如蛋蛋白白质质的的糖糖基基化化就就需需要要存存在在于于内内质质网网和和高高尔尔基基体体中中的的酶酶。而而真真核核生生物物中中蛋蛋白白质质合合成成发发生生在在细细胞胞质质中中。新新新新合合合合成成成成的的的的蛋蛋蛋蛋白白白白质质质质通通通通过过过过细细细细胞胞胞胞质质质质向向向向不不不不同同同同细细细细胞胞胞胞器器器器的的的的转转转转移移移移，这这这这种种种种转转转转移移移移称称称称为为为为蛋白质运输或寻靶蛋白质运输或寻靶蛋白质运输或寻靶蛋白质运输或寻靶。定定定定向向

37、向向于于于于一一一一个个个个特特特特定定定定亚亚亚亚细细细细胞胞胞胞区区区区的的的的每每每每一一一一种种种种蛋蛋蛋蛋白白白白质质质质都都都都带带带带有有有有确确确确定定定定其其其其最最最最终终终终位位位位置置置置的的的的信信信信号号号号，这这这这个个个个信信信信号号号号就就就就象象象象信信信信封封封封上上上上的的的的地地地地址址址址。用用于于蛋蛋白白质质寻寻靶靶的的分分子子信信号号是是一一段段氨氨基基酸酸序序列列。术术语语信信号号肽肽常常用用来来特特指指指指导导蛋蛋白白质质跨跨过过内内质质网网的的信信号号，从从更更广广泛泛的的意意义义上上讲讲，信信号号肽指的是指导蛋白质寻靶的任何一段连续的氨基

38、酸序列。肽指的是指导蛋白质寻靶的任何一段连续的氨基酸序列。18.8 18.8 信号肽序列指导蛋白质定位信号肽序列指导蛋白质定位下图给出了几种真核生物蛋白质的信号肽序列和这下图给出了几种真核生物蛋白质的信号肽序列和这下图给出了几种真核生物蛋白质的信号肽序列和这下图给出了几种真核生物蛋白质的信号肽序列和这些蛋白质在细胞内的最终去向些蛋白质在细胞内的最终去向些蛋白质在细胞内的最终去向些蛋白质在细胞内的最终去向。使蛋白质定向于内。使蛋白质定向于内质网的信号序列研究的最清楚。内质网信号肽的长质网的信号序列研究的最清楚。内质网信号肽的长度通常为度通常为10个氨基酸左右，大多数都是由疏水氨基个氨基酸左右，大

39、多数都是由疏水氨基酸残基组成，例如酸残基组成，例如Leu,Val,Ile,Tyr,或或Trp。典型的典型的信号肽的信号肽的N末端一侧含有一个带正电荷的氨基酸，末端一侧含有一个带正电荷的氨基酸，例如例如Arg或或Lys，而而C末端一侧含有极性氨基酸或末端一侧含有极性氨基酸或Ala。几种真几种真核生物核生物蛋白质蛋白质的信号的信号肽序列肽序列两种主要的两种主要的蛋白质寻靶蛋白质寻靶途径途径 许许多多微微生生物物可可以以生生产产抗抗生生素素，它它们们利利用用这这些些抗抗生生素素作作为为化化学学防防御御武武器器抵抵御御竞竞争争者者和和来来犯犯之之敌敌。某某些些抗抗生生素素通通过过抑抑制制肽肽键键的的形

40、形成成防防止止细细菌菌的的生生长长。例例例例如如如如抗抗抗抗生生生生素素素素嘌嘌嘌嘌呤呤呤呤霉霉霉霉素素素素的的的的结结结结构构构构非非非非常常常常类类类类似似似似于于于于氨氨氨氨酰酰酰酰-tRNAtRNA的的的的33末末末末端端端端的的的的结结结结构构构构。因因因因为为为为结结结结构构构构上上上上的的的的相相相相似似似似，嘌嘌嘌嘌呤呤呤呤霉霉霉霉素素素素可可可可以以以以进进进进入入入入核核核核糖糖糖糖体体体体的的的的A A位位位位。肽肽酰酰转转移移酶酶催催化化新新生生成成的的多多肽肽转转移移至至嘌嘌呤呤霉霉素素的的游游离离的的氨氨基基上上。由由于于肽肽酰酰嘌嘌呤呤霉霉素素在在A位位处处的的结

41、结合合弱弱，很很快快就就从从核核糖糖体上解离，因此就可终止蛋白质的合成。体上解离，因此就可终止蛋白质的合成。18.9 蛋白质的合成受到许多抗生素和毒素的抑制蛋白质的合成受到许多抗生素和毒素的抑制 尽管嘌呤霉素可以有效地阻止原核生物尽管嘌呤霉素可以有效地阻止原核生物尽管嘌呤霉素可以有效地阻止原核生物尽管嘌呤霉素可以有效地阻止原核生物的蛋白质合成，但它不能用于临床，因为嘌的蛋白质合成，但它不能用于临床，因为嘌的蛋白质合成，但它不能用于临床，因为嘌的蛋白质合成，但它不能用于临床，因为嘌呤霉素同样也阻止真核生物中的蛋白质合成，呤霉素同样也阻止真核生物中的蛋白质合成，呤霉素同样也阻止真核生物中的蛋白质合

42、成，呤霉素同样也阻止真核生物中的蛋白质合成，所以嘌呤霉素对人是有毒的所以嘌呤霉素对人是有毒的所以嘌呤霉素对人是有毒的所以嘌呤霉素对人是有毒的。临床上可用的。临床上可用的抗生素应当是对细菌的蛋白质合成是特异的，抗生素应当是对细菌的蛋白质合成是特异的，而对人是没有作用的抑制剂。而对人是没有作用的抑制剂。嘌呤霉素的作用机制嘌呤霉素的作用机制 四四四四环环环环素素素素和和和和氯氯氯氯霉霉霉霉素素素素是是两两个个能能特特异异抑抑制制细细菌菌翻翻译译的的抗抗生生素素。四四环环素素可可以以和和原原核核生生物物核核糖糖体体的的30S亚亚基基结结合合，就就是是说说，封封住住了了A位位点点，阻阻止止氨氨酰酰-tR

43、NA进进入入A位位。在在体体外外，四四环环素素也也可可以以作作用用于于真真核核生生物物的的核核糖糖体体，但但由由于于它它不不能能跨跨细细胞胞质质膜膜转转运运，所所以以它它不不能能抑抑制制真真核核生生物物蛋蛋白白质质的的合合成成。氯氯霉霉素素可可以以与与50S的的核核糖糖体体亚亚基基相相互互作作用用，抑抑制制肽肽酰酰转转移移酶酶，所所以以可可以以广广泛泛用用作作治治疗疗细细菌菌感染的药物。感染的药物。链霉素链霉素链霉素链霉素抑制蛋白质合成的起始，也能引起抑制蛋白质合成的起始，也能引起肽链延伸阶段的肽链延伸阶段的mRNA的错读，改变细菌中翻的错读，改变细菌中翻译的忠实性。译的忠实性。白喉毒素白喉毒

44、素白喉毒素白喉毒素是已知的毒性最大的毒素，只要是已知的毒性最大的毒素，只要一分子的白喉毒素就足可以使真核细胞内的延一分子的白喉毒素就足可以使真核细胞内的延伸因子伸因子eEF-2失活，导致死亡。失活，导致死亡。蓖麻毒蛋白蓖麻毒蛋白蓖麻毒蛋白蓖麻毒蛋白是从蓖麻中分离出来的，其作是从蓖麻中分离出来的，其作用模式是通过切断用模式是通过切断N苷键除去腺嘌呤碱基使真核苷键除去腺嘌呤碱基使真核生物的生物的28S rRNA失活，导致翻译终止。失活，导致翻译终止。要点归纳要点归纳1.1.蛋蛋白白质质合合成成也也称称之之为为翻翻译译，因因为为以以核核酸酸序序列列存存在在的的遗遗传传信信息息被被翻翻译译成成不不同同

45、的的“语语言言”，即即蛋蛋白白质质中中的的氨氨基基酸酸序序列列。蛋蛋白白质质合合成成是是个个非非常常复复杂杂的的过过程程，涉涉及及到到包包括括mRNAmRNA、rRNArRNA、tRNAtRNA、氨氨酰酰-tRNAtRNA合合成成酶酶和和许许多多蛋蛋白白质质因因子子在在内内的的100100多多种种大分子协同配合、相互作用。大分子协同配合、相互作用。2.在核酸的碱基序列中含有遗传信息，指定多肽链中氨在核酸的碱基序列中含有遗传信息，指定多肽链中氨基酸序列的碱基序列称之为遗传密码。基酸序列的碱基序列称之为遗传密码。mRNA是由是由DNA中中的模板链转录来的，的模板链转录来的，mRNA中三个连续核苷酸

46、序列构成了中三个连续核苷酸序列构成了编码氨基酸的密码子（三联体密码）。遗传密码由编码氨基酸的密码子（三联体密码）。遗传密码由64个密个密码子组成，其中码子组成，其中61个密码子是编码氨基酸的，其余个密码子是编码氨基酸的，其余UAA，UAG和和UGA 3个密码子是终止密码子。遗传密码是通用的，个密码子是终止密码子。遗传密码是通用的，但线粒体密码不同于所谓的通用密码。但线粒体密码不同于所谓的通用密码。3.3.密密码码子子具具有有简简并并性性，即即大大多多数数氨氨基基酸酸都都有有几几个个同同义义密密码码子子，即即许许多多密密码码子子编编码码同同一一个个氨氨基基酸酸，而而且且处处于于密密码码子子头头两

47、两个个位位置置的的核核苷苷酸酸足足以以指指定定一一个个氨氨基基酸酸，所所以以处处于于第第三三个个位位置置的的核核苷苷酸酸即即使使发发生生突突变变也也不不会会改改变变密密码码子子的的意意义义。另另外外，具具有有类类似似核核苷苷酸酸序序列列的的密密码码子子编编码码的的氨氨基基酸酸的的化化学学性性质往往相近。质往往相近。4.读码的起点确定了一个基因的读码框。读码起点的漂移读码的起点确定了一个基因的读码框。读码起点的漂移有时会改变整个遗传信息。密码子中碱基突变有时会改变有时会改变整个遗传信息。密码子中碱基突变有时会改变密码子的意义，一个核苷酸的取代可能会使一个错误的氨密码子的意义，一个核苷酸的取代可能

48、会使一个错误的氨基酸整合到合成的蛋白质中。基酸整合到合成的蛋白质中。5.5.三三种种类类型型RNARNA（mRNA,rRNAmRNA,rRNA 和和tRNAtRNA）参参与与蛋蛋白白质质合合成成。mRNAmRNA是是由由DNADNA中中的的模模板板链链转转录录来来的的，mRNAmRNA与与模模板板链链互互补补、而而且且与与该该链链反反平平行行。在在真真核核生生物物中中，mRNAmRNA在在细细胞胞核核中中合合成成，然然后后进进入入细细胞胞质质，与与合合成成蛋蛋白白质质部部位位核核糖糖体体结结合合。tRNAtRNA分分子子是是将将核核酸酸和和氨氨基基酸酸联联系系起起来来的的适适配配器器，它它可可

49、携携带带激激活活的的氨氨基基酸酸，并并且且在在核核糖糖体体处处通通过过互互补补碱碱基基配配对对与与mRNAmRNA相相互互作作用用，将将氨氨基基酸酸转转移移到到生生长着的肽链上。长着的肽链上。6.所有所有tRNA分子都含有一些确定的结构特征，分子都含有一些确定的结构特征，tRNA分子中分子中往往都含有许多保守和共价修饰的核苷酸，其中一些核苷酸对往往都含有许多保守和共价修饰的核苷酸，其中一些核苷酸对tRNA分子的二级和三级结构有稳定作用。分子的二级和三级结构有稳定作用。tRNA分子的二级结分子的二级结构为三叶草型，含有构为三叶草型，含有4个臂（碱基配对区）和个臂（碱基配对区）和3个环。氨基酸臂个

50、环。氨基酸臂可共价结合氨基酸，反密码子环上的反密码子通过碱基配对与可共价结合氨基酸，反密码子环上的反密码子通过碱基配对与mRNA中的密码子相互作用。中的密码子相互作用。tRNA分子的三级结构为倒分子的三级结构为倒L型。型。7.7.反反密密码码子子与与mRNAmRNA中中的的密密码码子子相相互互作作用用，在在55位位有有一一定定的的柔柔性性（摆摆动动性性），即即在在该该位位置置允允许许非非标标准准碱碱基基配配对对。结结合合同同一一个个氨氨基基酸酸但但具具有有不不同同反反密密码码子子的的tRNAtRNA（同同工工tRNAtRNA）可可以以与与同一个密码子通过碱基配对相互作用。同一个密码子通过碱基配