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第 38 章 蛋白质合成及转运

第 38 章 蛋白质合成及转运. * 蛋白质是由许多氨基酸聚合的线性分子； *该氨基酸序列由 mRNA 上的核苷酸序列决定； * RNA 上核苷酸序列由其相应 DNA 序列决定； 本章讨论： * 1 、氨基酸怎样被选择性地 合成 多肽链； 2 、多肽链翻译合成后怎样进行 修饰 ； 3 、合成加工好的蛋白质怎样 运输 到其能发挥功能的地方；. 一、蛋白质合成的分子基础. 1 、模板： mRNA 2 、氨基酸的供体形式：氨酰 — tRNA 3 、合成场所：核糖体（由蛋白质和 rRNA 构成） 4 、阅读 mRNA 上遗传密码信息的方向：从 5 ’  3 ’

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第 38 章 蛋白质合成及转运

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  1. 第38章 蛋白质合成及转运 • *蛋白质是由许多氨基酸聚合的线性分子； • *该氨基酸序列由mRNA上的核苷酸序列决定； • *RNA上核苷酸序列由其相应DNA序列决定； • 本章讨论： • *1、氨基酸怎样被选择性地合成多肽链； • 2、多肽链翻译合成后怎样进行修饰； • 3、合成加工好的蛋白质怎样运输到其能发挥功能的地方；

  2. 一、蛋白质合成的分子基础 • 1、模板：mRNA • 2、氨基酸的供体形式：氨酰— tRNA • 3、合成场所：核糖体（由蛋白质和rRNA构成） • 4、阅读mRNA上遗传密码信息的方向：从 5’ 3’ • 5、蛋白合成方向：N  C

  3. tRNA和mRNA配对模式图

  4. （一）mRNA是蛋白质合成的模板P520图38-4 • 1、读码框架：mRNA上每3个核苷酸组成的连续连接方式。例见下图： • 2、起始密码：5’端的AUG，编码甲硫氨酸； • 3、终止密码：读码框架的3’端的UAA，UGA，UAG；其功能是终止这一条肽链的合成； • 4、 mRNA上5’端序列：对于起始密码的选择有重要作用； • （1）原核：在起始密码子上游含特定的核糖体结合位点；（2）真核： 5’端帽子结构对核糖体的识别有一定作用；

  5. 举例：读码框架

  6. （二）tRNA转运活化的氨基酸至mRNA板上 • 1、细胞中含50种或以上的tRNA；一种氨基酸可由多种tRNA转运； • 2、两个关键部位： • 氨基酸接受臂：氨基酸结合部位； • 反密码环：与mRNA的结合部位；

  7. 变偶性 U I A C

  8. （三）核糖体是蛋白质合成的工厂 • 核糖体是一个巨大的核糖核蛋白体；由RNA和蛋白质组成； • 1、核糖体RNA • 2、核糖体蛋白 • *构成情况见P522表38-1

  9. 二、翻译的步骤 • 从mRNA上阅读遗传密码的信息是从 5’ 3’；蛋白质合成的方向是从N C； • 1、形成氨酰-tRNA复合物； • 2、翻译开始于mRNA和核糖体的结合； • 3、在蛋白因子帮助下，tRNAiMet启动蛋白质的合成； • 4、合成中有3个重要的重复延伸反应； • 5、在终止密码和释放因子作用下终止翻译。

  10. （一）氨酰-tRNA合成酶帮助氨基酸结合于特定的tRNA（一）氨酰-tRNA合成酶帮助氨基酸结合于特定的tRNA • 1、反应分两步，消耗一分子ATP； • 2、先形成氨基酸-AMP复合物，再形成氨酰-tRNA； • 3、两步反应都由氨酰-tRNA合成酶催化；

  11. （二）每一个氨酰-tRNA合成酶可识别一个特定氨基酸和与此氨基酸相对应的tRNA（二）每一个氨酰-tRNA合成酶可识别一个特定氨基酸和与此氨基酸相对应的tRNA • 1、氨酰-tRNA合成酶可识别一个特定的氨基酸和与此氨基酸对应的tRNA特定部位； • 2、氨酰-tRNA合成酶和与之相对应的tRNA分子有时称为“第二遗传密码”。

  12. （三）氨酰-tRNA合成酶能纠正酰化错误 • 氨酰-tRNA合成酶上有水解活性，可用于纠正错误连接形成的氨酰-tRNA； • 如：形成一个缬氨酰-tRNAIle可以通过异亮氨酰-tRNA合成酶的水解活性水解；

  13. （四）一个特殊的tRNA启动了蛋白质的合成 • 1、所有蛋白质翻译起始于Met的参与； • 2、一个特殊的起始tRNA负责结合转运起始Met——tRNAiMet • 3、而蛋白质内部的Met由另一种tRNA负责——tRNAMet • 4、两种tRNA由一种甲硫氨酰-tRNA合成酶催化与甲硫氨酸结合转运 • 5、蛋白质合成起始因子识别tRNAiMet • ，而延伸因子识别tRNAMet • 6、原核的Met-tRNAiMet中Met的氨基被甲酰化——tRNAifMet

  14. （五）翻译开始于mRNA和核糖体的结合 • 1、翻译开始需要在mRNA上选择起始密码子AUG； • 2、真核生物：核糖体小亚基结合Met-tRNAiMet ；进一步结合于mRNA5’端，然后向3’移动，直到AUG被tRNAiMet上的反密码子识别； • 3、原核生物：AUG上游有一段称之为SD的序列，能与16S核糖体3’端进行互补性识别，以帮助从起始AUG处开始翻译；

  15. （六）蛋白质因子帮助的蛋白质合成起始 • 1、步骤：（1）核糖体小亚基结合 fMet-tRNAiMet ； • （2）进一步在mRNA上找到起始密码子； • （3）大亚基与 • 核糖体小亚基-fMet-tRNAiMet –mRNA结合； • （4）起始因子离开核糖体。 • 起始需消耗一分子GTP（原核）； • 2、一些起始因子参与了上述过程； • （1）原核：IF-1；IF-2；IF-3 • IF-3：使上一次结束了蛋白质合成的核糖体30S和50S亚基分开； • IF-2，IF-1：促进fMet-tRNAiMet 及mRNA与核糖体小亚基结合 • （2）真核：至少9种

  16. 原核生物蛋白质合成起始复合物的形成

  17. eIF-3 eIF-2 · GTP+Met-tRNAi 40S 40S·eIF-3 40S预起始四元复合物 [40S·eIF-3·eIF-2 · GTP· Met-tRNAi ] mRNA eIF-4A eIF-4B ATP eIF-4F Pi+ADPeIF-1 40S起始复合物 [40S·mRNA·eIF-4A·eIF-4B·eIF-4F·eIF-1] 真核生物蛋白质合成 起始复合物的形成

  18. GTP eIF-5 GDP+Pi 60S·eIF-6 eIF-6 eIF-2(GDP)、eIF-3 eIF-4A 、eIF-4B eIF-4F、eIF-1 80S起始复合物 [40S·60S·mRNA·Met-tRNAi]

  19. （七）在氨基酸的掺入过程中有3个重复的延伸反应（七）在氨基酸的掺入过程中有3个重复的延伸反应 • 核糖体大亚基上有P位和A位，上一个掺入的氨基酸-tRNA暂时在P位，刚掺入的氨基酸进入A位 • 三步： • 1、进位：一个新的氨酰-tRNA进入A位； • 2、转肽：新的氨酰-tRNA氨基酸攻击P位上肽酰-tRNA上的酯键，两个氨基酸间形成一个新的肽键；该过程由肽酰转移酶（转肽酶）负责； • 3、移位：该氨酰-tRNA从A位点移位至P位点，伴随着原tRNA脱离（由移位因子催化：原核EF-G，真核EF-2，需一个GTP）开始新一轮肽链延伸反应；核糖体沿mRNA移动，mRNA上的下一个密码子进入A位点；

  20. 蛋白质合成的延伸过程

  21. 肽键的形成 *肽酰转移酶活性 在核糖体大亚基上

  22. 延伸因子 • 原核：通过延长因子EF-Tu 结合GTP，再结合氨酰-tRNA，然后该复合物可与核糖体形成四元复合物，随着氨酰-tRNA与核糖体的结合， EF-Tu与GDP形成复合物离开；而另一延长因子EF-Ts负责催化EF-Tu复合物的再形成； • P529图38-14 • 真核：EF-1兼有上述两因子功能；

  23. 原核延伸因子Tu(EF-Tu)的循环

  24. （八）核糖体反应中GTP的作用 • 延伸中每个氨基酸掺入消耗两分子GTP： • 1、氨酰-tRNA的加入消耗一个GTP：GTP与延长因子结合，然后该复合物再结合氨酰-tRNA,进一步与核糖体作用，使氨酰-tRNA进入A位，GDP-延长因子脱离 • 2、移位过程使下一个密码子进入A位，并使上一个tRNA脱离消耗一个GTP

  25. （九）翻译的终止需要释放因子和终止密码子的参加（九）翻译的终止需要释放因子和终止密码子的参加 • 最后： • 1、肽酰-tRNA中连接的tRNA释放，需终止密码参与，释放因子参加 • RF-1识别UAA，UAG；RF-2识别UGA； • RF-3不识别终止密码，能刺激另两个因子活性 • 2、核糖体与mRNA的解离还需核糖体释放因子参加 • 3、在释放因子（R因子）和用下，肽酰转移酶活性转变为酯酶活性，水解去除tRNA

  26. 蛋白质合成的终止过程 释放因子：RFs 蛋白质肽链合成的过程

  27. 原核生物蛋白质合成中能量消耗 • 1、合成氨酰-tRNA消耗一分子ATP，相当于两个高能磷酸键； • 2、合成起始需一个GTP； • 3、延伸中每个氨基酸掺入消耗两分子GTP； • 4、终止切去最后一个tRNA消耗一个GTP。

  28. 蛋白质的运输及翻译后修饰 • 1、翻译后修饰： • 2、运输： • 真核生物信号肽：某些蛋白质在合成过程中，在氨基末端15—30个氨基酸组成的信号序列，用以引导合成的蛋白质前往细胞的固定部位，这段肽链，称为信号肽。 • 蛋白质在信号肽引导下至特定部位过程中可被信号肽酶切去其信号肽：信号肽酶的裂解位点往往是20肽左右长度的羧基端残基与丙氨酸，甘氨酸或丝氨酸形成的肽键。P534图38-19

  29. 细胞代谢与基因表达调控 • 一、生物体代谢调节的水平层次 • 分子，细胞，多细胞整体 • 二、基本概念 • 1、前体活化作用 • 2、酶合成的诱导作用 • 3、反馈 • 4、共价调节酶 • 5、酶生成的阻遏作用 • 6、酶的反馈活化 • 7、酶生成的阻遏作用

  30. 习题 • 信号肽 多聚核糖体 同义密码子 遗传密码 移码突变 • 蛋白质生物合成中tRNA的作用是 • A. 将一个氨基酸连接到另一个氨基酸上 • B 把氨基酸带到mRNA指定的位置上 • C 增加氨基酸的有效浓度 • D 将mRNA连接到核糖体上 • 不参与肽链延长阶段的物质是： • A 转肽酶 B fMet-tRNA C GTP D mRNA E EF-Tu • *肽链合成终止的原因是： • A 一个与终止密码子相应的tRNA不能携带氨基酸； • B 有识别mRNA终止密码和使肽基转移酶转变为水解酶活性的R因子(释放因子）的出现； • C mRNA上无与携带终止信号tRNA反密码子相应的密码子； • D 不具有与终止密码子相应的tRNA反密码子；

  31. 习题 一tRNA的反密码子为IGC，它可识别的密码子为： • GCA B. GGG C. CCG D.ACG *5、转肽酶的功能有： A 识别mRNA上的密码子 B 水解肽酰－tRNA释放肽链 C 识别终止信号 D.催化肽链的形成 氨基酸活化的专一性取决于： A.tRNA B. mRNA C.核糖体 D. 氨酰－tRNA合成酶 E.转肽酶 关于密码子的错误描述是： A 每个密码子由三个碱基组成 B 每个密码子代表一种氨基酸 C 每种氨基酸只有一个密码子 D 密码子无种属差异 E 有些密码子无任何氨基酸意义

  32. 习题 原核细胞中蛋白质多肽链合成起始时，首先要形成： A．fMet---tRNA---30S复合物 B．mRNA--30S复合物 C．fMet---tRNA---mRNA复合物 D．mRNA--50S复合物 E fMet---tRNA---50S--mRNA复合物 蛋白质生物合成过程中需要GTP参加的反应是： A 核糖体上肽的释放 B 核糖体聚合体形成多核糖体 C 氨基酸进行活化的过程 D 多肽链在核糖体上的合成 E 核糖体大亚基和小亚基的结合 *一种tRNA的反密码子为UGA, 它所能识别的密码子是 A. UCA B. ACU C. UCG D. GCU

  33. 习题 核糖体上A位点的作用是 A.接受新的氨基酰-tRNA到位 B.含有肽基转移酶活性,催化肽键的形成 C.可水解肽键tRNA, 释放多肽链 D.是合成多肽链的起始点 氨基酰-tRNA合成酶在蛋白质合成中的功能是: A 把氨基酸转移到模板上 B .识别密码子 C .催化氨基酸与相应的tRNA正确结合 D. 使氨酰-tRNA与核糖体结合 以下有关核糖体的论述哪项是不正确的？ A、核糖体是蛋白质合成的场所 B、核糖体小亚基参与翻译起始复合物的形成,确定mRNA的解读框架 C、核糖体大亚基含有肽基转移酶活性 D、核糖体是储藏核糖核酸的细胞器

  34. 习题 高等动物和低等动物都各自具有特异的遗传密码. 密码子和反密码子都是由AGCU四种碱基构成的。 蛋白质合成过程中所需的能量都由ATP直接供给。 遗传密码在各种生物和细胞器中都绝对通用。 在核糖核蛋白体上合成蛋白质时，由于tRNA能识别mRNA的三联体密码 从而使氨基酸正确定位。 反义RNA是含有与某种mRNA互补碱基顺序的小分子物质，可专一地 抑制这种mRNA翻译。 真核细胞中，在粗糙型内质网上合成的多肽N端、大都有一段富含疏水氨 酸的信号肽，以便进入内质网腔。 原核细胞新生肽N端第一个残基为fMet；真核细胞新生肽链N端为Met。 tRNA转运氨基酸是特异的，故一种氨基酸只能由一种tRNA携带转运。 每个氨酰－tRNA进入核糖体的A部位，都需要延伸因子的参与、并消耗 一分子GTP。 每种氨基酸只能有一种特定的tRNA与之对应

  35. 习题 假设反应从游离氨基酸，tRNA，氨基—tRNA合成酶，GTP ，ATP，核蛋白体，以及翻译因子开始，那么翻译一次核糖 核酸酶的mRNA要用掉多少个高能磷酸键？（此酶含124个氨 基酸） 简述tRNA在蛋白质合成中的作用？ 简叙DNA, mRNA，tRNA和核糖体在蛋白质合成中的作用机 制。 何为第二套密码系统？ 何为信号肽？信号肽酶切除信号肽的位点有何特点？ 氨酰-tRNA合成酶有何功能?

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