生物化学教案——第十二章 蛋白质的生物合成.doc

第十二章 蛋白质的生物合成 蛋白质的生物合成过程，就是将DNA传递给mRNA的遗传信息，再具体地解译为蛋白质中氨基酸排列顺序的过程，这一过程被称为翻译(translation)。 一、蛋白质生物合成的条件。 生物体内的各种蛋白质都是生物体内利用约20种氨基酸为原料自行合成的。参与蛋白质生物合成的各种因素构成了蛋白质合成体系，该体系包括：① mRNA：作为蛋白质生物合成的模板，决定多肽链中氨基酸的排列顺序；② tRNA：搬运氨基酸的工具；③ 核糖体（又名核蛋白体）：蛋白体生物合成的场所；④ 酶及其他蛋白质因子；⑤ 供能物质及无机离子。 （一）mRNA： 作为指导蛋白质生物合成的模板。mRNA中每三个相邻的核苷酸组成三联体，代表一个氨基酸的信息，此三联体就称为密码(coden)。共有64种不同的密码，即4×4×4＝64。 遗传密码具有以下特点：① 连续性；② 简并性；③ 通用性；（但在线粒体或叶绿体中特殊）④ 方向性，即解读方向为5′→ 3′；⑤ 摆动性；⑥ 起始密码：AUG；终止密码：UAA、UAG、UGA。 （二）tRNA： 在氨酰－tRNA合成酶催化下，特定的tRNA可与相应的 氨基酸结合，生成氨酰－tRNA，从而携带氨基酸参与蛋白质的生物合成。 tRNA反密码环中部的三个核苷酸构成三联体，可以识别mRNA上相应的密码，此三联体就称为反密码子(anticoden)。 反密码对密码的识别，通常也是根据碱基互补原则，即A—U，G—C配对。但反密码的第一个核苷酸与第三核苷酸之间的配对，并不严格遵循碱基互补原则。如反密码第一个核苷酸为Ⅰ（次黄嘌呤），则可与A、U或C配对，如为U，则可与A或G配对，这种配对称为不稳定配对。 能够识别mRNA中5′端起动密码AUG的tRNA是一种特殊的tRNA，称为起动tRNA。在原核生物中，起动tRNA是一种携带甲酰蛋氨酸的tRNA，即tRNAifmet；而在真核生物中，起动tRNA是一种携带蛋氨酸的tRNA，即tRNAimet。 在原核生物和真核生物中，均存在另一种携带蛋氨酸的tRNA，识别非起动部位的蛋氨酸密码，AUG。 （三）rRNA和核糖体： 原核生物中的核糖体大小为70S，可分为30S小亚基和50S大亚基。小亚基由16SrRNA和21种蛋白质构成，大亚基由5SrRNA，23SRNA和35种蛋白质构成。 真核生物中的核糖体大小为80S，也分为40S小亚基和60S大亚基。小亚基由18SrRNA和30多种蛋白质构成，大亚基则由5S rRNA，28S rRNA和50多种蛋白质构成，在哺乳动物中还含有5.8 S rRNA。 核糖体的大、小亚基分别有不同的功能： 1．小亚基：可与mRNA、GTP和起动tRNA结合。 2．大亚基： （1）具有两个不同的tRNA结合点。A位（右）—— 受位或氨酰基位，可与新进入的氨基酰tRNA结合；P位（左）——给位或肽酰基位，可与延伸中的肽酰基tRNA结合。 （2）具有转肽酶活性：将给位上的肽酰基转移给受位上的氨基酰tRNA，形成肽键。 （3）具有GTPase活性，水解GTP，获得能量。 （4）具有起动因子、延长因子及释放因子的结合部位。 在蛋白质生物合成过程中，常常由若干核糖体结合在同一mRNA分子上，同时进行翻译，但每两个相邻核蛋白之间存在一定的间隔，形成念球状结构。由若干核糖体结合在一条mRNA上同时进行多肽链的翻译所形成的念球状结构称为多核糖体。 （四）起动因子（IF） 这是一些与多肽链合成起动有关的蛋白因子。原核生物中存在3种起动因子，分别称为IF1-3。在真核生物中存在9种起动因子（eIF）。其作用主要是促进核糖体小亚基与起动tRNA及模板mRNA结合。 （五）延长因子（EF） 这是一些与多肽链合成延伸有关的蛋白因子。原核生物中存在3种延长因子（EFTU，EFTS，EFG），真核生物中存在2种（EF1，EF2）。其作用主要促使氨基酰tRNA进入核糖体的受体，并可促进移位过程。 （六）释放因子（RF） 这是一些与多肽链合成终止有关的蛋白因子。原核生物中有4种，在真核生物中只有1种。其主要作用是识别终止密码，协助多肽链的释放。 （七）氨酰－tRNA合成酶 该酶存在于胞液中，与特异氨基酸的活化以及氨基酰tRNA的合成有关。 每种氨酰－tRNA合成酶对相应氨基酸以及携带氨基酸的数种tRNA具有高度特异性，这是保证tRNA能够携带正确的氨基酸对号入座的必要条件。 目前认为，该酶对tRNA的识别，是因为在tRNA的氨基酸臂上存在特定的识别密码，即第二套遗传密码。 （八）供能物质和无机离子 多肽链合成时，需ATP、GTP作为供能物质，并需Mg2+、K+参与。 氨基酸活化时需消耗2分子高能磷酸键，肽键形成时又消耗2分