第12章蛋白质的生物合成 学习要求 续表 能量 ATP ,GTP 掌握翻译的概念，蛋白质生物合成体系的组成及 无机离子 作用。 Me2、K 掌握遗传密码的概念，特点、起始密码子与终止 1.mRNA是蛋白质生物合成的直接模板 密码子。热悉核糖体在蛋白质生物合成中的作用，热 悉核糖体上AP,E位及其作用，了解核糖体的组成。 (1)mRNA的结构特点：mRNA可以区分为两端 的非翻译区和中间的编码区（开放阅读框），参见 掌握tRNA在蛋白质生物合成中的作用，熟悉tRNA 下图。 与蛋白质生物合成右关的关键部位（氨其酸接受赠 从mRNA5'.的起始密码子到3'的终止密码子之 反密码子) 专肽，转位酶及其作用，了解蛋日 质生物合成中蛋白质因 间的核苷酸序列，称为开放阅读框(open reading 能源物质及其作用。掌掘 fame,ORF)。 氨基酸活化的概念及氨基酰RNA合成酶的作用特 点。了解氨基酰RNA的表示方法与起始氨基酰-R mRNA 5.区 编码区或ORF NA 熟悉原核生物SD序列进位、成肽转位的概 Translation 了解原核生物多肽链合成的过程，了解各阶段蛋 白质因子的作用、能量消耗情 了解真核生物多 protein N ■C流 链合成 过程与原核生物的主要差别。了解多聚核糖 真核生物和原核生物的mRNA的结构明显不同， 体的概念。 参见表12.2。 了解蛋白质生物合成后的加工修饰方式。了解 表12-2原核生物与真核生物mRNA的比较 蛋白质靶向输送至细胞特定部位的方式。熟悉信号 原核生物 肽的概念与作用 真核生物 了解于扰蛋白质生物合成的抗生素及其作用，了 稳定性 不稳定，半衰期2秒较稳定，半衰期几个小 解白喉毒素、干扰素作用的机理。 到几分钟 时到24小时 讲义要点 合成部位 胞液中合成，不需核质中合成，需转移到 转移 细胞质中 (一)蛋白质生物合成概述 结构 5'端无“帽子”结构 5'端有“帽子”结构，3 蛋白质的生物合成也称翻译(transation),是以 3”端无或者只不 端有py(A)尾巴 mRNA为模板，把mRNA上的核苷酸序列解读为蛋白 较短的p(A) 结构 质的氨基酸序列.从而合成蛋白质的过程。 编码蛋白质同时编码几种不同的只编码一种蛋白质：单 mRNA作为直接的模板，但真正的遗传信息或指 蛋白质：多顺反子 顺反子 今是心在在DNA序刚中 (二)蛋白质生物合成体系（表12-1） 翻译起始相SD序列 关列 表121蛋白质生物合成体系 模板 mRNA (2)遗传密码 1)概念：mRNA分子上从5'至3'方向，每三个相 原料及运输工具 20种氨基酸，tRNA 部的核苷酸为一组，在蛋白质生物合成中代表某种氨 合成场所 核糖体(RNA+蛋白质) 及蛋白质因子 氨基酰RA合成酶，肽酰基转移 基酸或肽链合成的起始或终止信号，称为遗传密码。 从另一种角度理解，遗传密码就是一种规则，它 起始/延长放因子等 规定了mRNA中的核苷酸序列如何解读成蛋白质的 ·126:
１２６ 第 １２ 章 蛋白质的生物合成 学 习 要 求 掌握翻译的概念、蛋白质生物合成体系的组成及 作用ꎮ 掌握遗传密码的概念、特点、起始密码子与终止 密码子ꎮ 熟悉核糖体在蛋白质生物合成中的作用ꎬ熟 悉核糖体上 Ａ、Ｐ、Ｅ 位及其作用ꎬ了解核糖体的组成ꎮ 掌握 ｔＲＮＡ 在蛋白质生物合成中的作用ꎬ熟悉 ｔＲＮＡ 与蛋白质生物合成有关的关键部位(氨基酸接受臂、 反密码子)ꎮ 熟悉转肽酶、转位酶及其作用ꎬ了解蛋白 质生物合成中蛋白质因子、能源物质及其作用ꎮ 掌握 氨基酸活化的概念及氨基酰￣ｔＲＮＡ 合成酶的作用特 点ꎮ 了解氨基酰￣ｔＲＮＡ 的表示方法与起始氨基酰￣ｔＲ￣ ＮＡꎮ 熟悉原核生物 Ｓ￣Ｄ 序列、进位、成肽、转位的概 念ꎬ了解原核生物多肽链合成的过程ꎬ了解各阶段蛋 白质因子的作用、能量消耗情况ꎮ 了解真核生物多肽 链合成过程与原核生物的主要差别ꎮ 了解多聚核糖 体的概念ꎮ 了解蛋白质生物合成后的加工修饰方式ꎮ 了解 蛋白质靶向输送至细胞特定部位的方式ꎮ 熟悉信号 肽的概念与作用ꎮ 了解干扰蛋白质生物合成的抗生素及其作用ꎬ了 解白喉毒素、干扰素作用的机理ꎮ 讲 义 要 点 (一) 蛋白质生物合成概述 蛋白质的生物合成也称翻译( ｔｒａｎｓｌａｔｉｏｎ)ꎬ是以 ｍＲＮＡ 为模板ꎬ把 ｍＲＮＡ 上的核苷酸序列解读为蛋白 质的氨基酸序列ꎬ从而合成蛋白质的过程ꎮ ｍＲＮＡ 作为直接的模板ꎬ但真正的遗传信息或指 令是贮存在 ＤＮＡ 序列中ꎮ (二) 蛋白质生物合成体系(表 １２￣ １) 表 １２￣ １ 蛋白质生物合成体系 模板 ｍＲＮＡ 原料及运输工具 ２０ 种氨基酸ꎬｔＲＮＡ 合成场所 核糖体(ｒＲＮＡ＋蛋白质) 酶及蛋白质因子 氨基酰 ｔＲＮＡ 合成酶ꎬ肽酰基转移 酶ꎬ起始/ 延长/ 释放因子等 续表 能量 ＡＴＰ、ＧＴＰ 无机离子 Ｍｇ ２＋ 、 Ｋ ＋ １ ｍＲＮＡ 是蛋白质生物合成的直接模板 (１) ｍＲＮＡ 的结构特点:ｍＲＮＡ 可以区分为两端 的非翻译区和中间的编码区 ( 开放阅读框)ꎬ参见 下图ꎮ 从 ｍＲＮＡ ５′￣的起始密码子到 ３′￣的终止密码子之 间的 核 苷 酸 序 列ꎬ 称 为 开 放 阅 读 框 ( ｏｐｅｎ ｒｅａｄｉｎｇ ｆｒａｍｅꎬＯＲＦ)ꎮ 真核生物和原核生物的 ｍＲＮＡ 的结构明显不同ꎬ 参见表 １２￣ ２ꎮ 表 １２￣ ２ 原核生物与真核生物 ｍＲＮＡ 的比较 原核生物 真核生物 稳定性 不稳定ꎬ半衰期 ２ 秒 到几分钟 较稳定ꎬ半衰期几个小 时到 ２４ 小时 合成部位 胞 液 中 合 成ꎬ 不 需 转移 核质中合成ꎬ需转移到 细胞质中 结构 ５’端无“帽子”结构ꎬ ３’ 端 无 或 者 只 有 较 短 的 ｐｏｌｙ ( Ａ ) 结构 ５’端有“帽子”结构ꎬ３’ 端有 ｐｏｌｙ(Ａ)尾巴 编码蛋白质 同时编码几种不同的 蛋白质ꎻ多顺反子 只编码一种蛋白质ꎻ单 顺反子 翻译起始相 关序列 ＳＤ 序列 “帽子” 结构及起始密 码 ＡＵＧ (２) 遗传密码 １) 概念:ｍＲＮＡ 分子上从 ５′至 ３′方向ꎬ每三个相 邻的核苷酸为一组ꎬ在蛋白质生物合成中代表某种氨 基酸或肽链合成的起始或终止信号ꎬ称为遗传密码ꎮ 从另一种角度理解ꎬ遗传密码就是一种规则ꎬ它 规定了 ｍＲＮＡ 中的核苷酸序列如何解读成蛋白质的
第12章蛋白质的生物合成·127·% 氨基酸序列。 (AUG),3个终止密码(UAG、UAA,UGA):除终止密 2)组成：遗传密码共有64个，其中一个起始密码码子外，其余61个密码代表20种氨基酸（表12-3）。 表12.3遗传密码表 第一苷酸 第二枝苷酸 第三核苷酸 (5) U A (3) 苯丙氨酸UUWU 丝氨酸UCU 格氨酸UAU 半酰氨酸UCL 苯丙氨酸UUC 丝氨酸UCC 酪氨酸UAC 半胱氢酸UGC 亮红酸UUA 丝氨酸UC 终止密码UAA 终止密码UGA 亮氨酸UUG 丝氨酸UCC 终止密码UAC 色氢酸CC 亮氨酸CUU 铺酸CCLU 组氨酸CAU 精氨酸CCU 亮氨酸CLUC 脯氨酸CCC 组氨酸CAC 精氨酸CGC 亮氢酸CUA 脯氢酸CCA 谷氨酰胺CAA 精氢酸CGA A 亮氨酸CUG 脯氨酸CCC 谷氨酰胺CAG 精氨酸CCG 异亮氨酸AUU 苏氨酸AC 天冬酰胺AAU 丝氨酸AGU U 异亮氨酸ALC 苏氨酸ACC 天冬酰胺AAC 丝氨酸ACC 异亮氨酸AUA 苏复酸ACA 轮氨酸AAA 精氨酸AGA A 甲硫氨酸AUG 苏氨酸ACG 氨酸AAG 精氨酸AGC G 挥氨酸CUU 丙氨酸CC 天察胜安GAU 甘氨酸CC可 丙氨酸GCC 天冬酰胺GAC 甘氨酸GCC 徽氨酸GUA 丙氨酸GCA 谷氨酸CGAA 甘氨酸CCA A 犧氨酸GUG 丙氨酸GCG 谷氨酸GAG 甘氨酸GGG G 3)特点（表12-4） 组成的复合体，每个亚基都由多种核糖体蛋白质和RNA 表12-4造传密码的特点 组成。大，小亚基所含的蛋白质多是参与蛋白质生物合 成过程的南和蛋白质因子（表12.5）。 特点 含义 (2)核糖体的主要功能位点（图12.1） 方向性从mRNA5'→3阅读 入的位点 连续性 3个核苷酸1组连续阅读，无间断 A位点：新擦人的氢装酰RN 2)P位点：延伸中的肽酰基RNA结合的位点。 简并性 一种氨基酸可具有两个或两个以上的密码子 3)E位点：室RNA离开的位点。 为其编码，这一特性称为遗传密码的简 ★真核生物的核糖体没有E位 性。除Tp和Mt各有I个密码子外，其他 小亚基 均有2,3、4或6个密码子，问义密码子的头 两位碱基大多相同，仅第三位有差异，提万 第3位碱基改变往往不改变其密码子编码 A位 的虱基腹 通用性 从最简单的生物（病毒）到人类，使用同一套遗 传密码（线粒体，叶绿体例外） 摆动性指mRNA上的密码子与RNA上的反密码子之 间的配对有时并不严格蓬守常见的碱基配 对规律的现象 新生金 2.核糖体- 一蛋白质生物合成的场所 000Cn 大亚基 (1)核糖体的类型及组成：原核生物和真核生物的 核糖体组成有所不同。但核糖体均是由大、小两个亚精 图121核糖体的主要功能位点
第 １２ 章 蛋白质的生物合成 １２７ 氨基酸序列ꎮ ２) 组成:遗传密码共有 ６４ 个ꎬ其中一个起始密码 (ＡＵＧ)ꎬ３ 个终止密码(ＵＡＧ、ＵＡＡ、ＵＧＡ)ꎻ除终止密 码子外ꎬ其余 ６１ 个密码代表 ２０ 种氨基酸(表 １２￣ ３)ꎮ 表 １２￣ ３ 遗传密码表 第一核苷酸 (５′) 第二核苷酸 Ｕ Ｃ Ａ Ｇ 第三核苷酸 (３′) Ｕ 苯丙氨酸 ＵＵＵ 丝氨酸 ＵＣＵ 酪氨酸 ＵＡＵ 半胱氨酸 ＵＧＵ Ｕ 苯丙氨酸 ＵＵＣ 丝氨酸 ＵＣＣ 酪氨酸 ＵＡＣ 半胱氨酸 ＵＧＣ Ｃ 亮氨酸 ＵＵＡ 丝氨酸 ＵＣＡ 终止密码 ＵＡＡ 终止密码 ＵＧＡ Ａ 亮氨酸 ＵＵＧ 丝氨酸 ＵＣＧ 终止密码 ＵＡＧ 色氨酸 ＵＧＧ Ｇ Ｃ 亮氨酸 ＣＵＵ 脯氨酸 ＣＣＵ 组氨酸 ＣＡＵ 精氨酸 ＣＧＵ Ｕ 亮氨酸 ＣＵＣ 脯氨酸 ＣＣＣ 组氨酸 ＣＡＣ 精氨酸 ＣＧＣ Ｃ 亮氨酸 ＣＵＡ 脯氨酸 ＣＣＡ 谷氨酰胺 ＣＡＡ 精氨酸 ＣＧＡ Ａ 亮氨酸 ＣＵＧ 脯氨酸 ＣＣＧ 谷氨酰胺 ＣＡＧ 精氨酸 ＣＧＧ Ｇ Ａ 异亮氨酸 ＡＵＵ 苏氨酸 ＡＣＵ 天冬酰胺 ＡＡＵ 丝氨酸 ＡＧＵ Ｕ 异亮氨酸 ＡＵＣ 苏氨酸 ＡＣＣ 天冬酰胺 ＡＡＣ 丝氨酸 ＡＧＣ Ｃ 异亮氨酸 ＡＵＡ 苏氨酸 ＡＣＡ 赖氨酸 ＡＡＡ 精氨酸 ＡＧＡ Ａ 甲硫氨酸 ＡＵＧ 苏氨酸 ＡＣＧ 赖氨酸 ＡＡＧ 精氨酸 ＡＧＧ Ｇ Ｇ 缬氨酸 ＧＵＵ 丙氨酸 ＧＣＵ 天冬酰胺 ＧＡＵ 甘氨酸 ＧＧＵ Ｕ 缬氨酸 ＧＵＣ 丙氨酸 ＧＣＣ 天冬酰胺 ＧＡＣ 甘氨酸 ＧＧＣ Ｃ 缬氨酸 ＧＵＡ 丙氨酸 ＧＣＡ 谷氨酸 ＧＡＡ 甘氨酸 ＧＧＡ Ａ 缬氨酸 ＧＵＧ 丙氨酸 ＧＣＧ 谷氨酸 ＧＡＧ 甘氨酸 ＧＧＧ Ｇ ３) 特点(表 １２￣ ４): 表 １２￣ ４ 遗传密码的特点 特点 含义 方向性 从 ｍＲＮＡ５′→３′阅读 连续性 ３ 个核苷酸 １ 组连续阅读ꎬ无间断 简并性 一种氨基酸可具有两个或两个以上的密码子 为其编码ꎬ这一特性称为遗传密码的简并 性ꎮ 除 Ｔｒｐ 和 Ｍｅｔ 各有 １ 个密码子外ꎬ其他 均有 ２、３、４ 或 ６ 个密码子ꎬ同义密码子的头 两位碱基大多相同ꎬ仅第三位有差异ꎬ提示 第 ３ 位碱基改变往往不改变其密码子编码 的氨基酸 通用性 从最简单的生物(病毒)到人类ꎬ使用同一套遗 传密码(线粒体、叶绿体例外) 摆动性 指ｍＲＮＡ 上的密码子与 ｔＲＮＡ 上的反密码子之 间的配对有时并不严格遵守常见的碱基配 对规律的现象 ２ 核糖体———蛋白质生物合成的场所 (１) 核糖体的类型及组成:原核生物和真核生物的 核糖体组成有所不同ꎮ 但核糖体均是由大、小两个亚基 组成的复合体ꎬ每个亚基都由多种核糖体蛋白质和 ｒＲＮＡ 组成ꎮ 大、小亚基所含的蛋白质多是参与蛋白质生物合 成过程的酶和蛋白质因子(表 １２￣ ５)ꎮ (２) 核糖体的主要功能位点(图 １２￣ １) １) Ａ 位点:新掺入的氨基酰 ｔＲＮＡ 进入的位点ꎮ ２) Ｐ 位点:延伸中的肽酰基 ｔＲＮＡ 结合的位点ꎮ ３) Ｅ 位点:空 ｔＲＮＡ 离开的位点ꎮ ★ 真核生物的核糖体没有 Ｅ 位 图 １２￣ １ 核糖体的主要功能位点
·128·生物化学与分子生物学学习纲要与同步练习 表12.5原核生物与真核生物核糖体的组成 来源 沉降系数 重量（道尔倾） 亚基 RNA 含蛋白质种数 直技生物 77-809 3.6×10 18 33 5.5.85.28s 50 原核生物 70s 2.6×10 30S(小) 16S 21 50S(大) 235.5s 34 3.tRNA 氨基酸的运载工具及蛋白质生物合 1)标准配对：A=U.C=G 1#,2# 成的话配器 2)非标准配对：I一→AVC/U:U一→AVG等 3# (1)RNA是氨基酸的运载工具：胞液中的氨基 酸需要由RNA搬运到核糖体上才能组装成多肽链。 AA 1)氨基酸的活化 基酰RNA的合成 由氨基酰RNA合成酶催化，氨基酸的羧基与R NA3'未端CCA腺苷酸的3'0H以酯键连接，形成氨 3(② 基酰-RNA。 每个氨基酸活化需消耗1个ATP分子(2个高能 mRNA 5' TXYA☐ 磷酸键：ATP一AMP)。 氨基酸+RNA+AP氨基酸RNA合成氨琴 图12.2mRNA密码子与RNA反密码子的配对 酰-RNA+AMP+PP 表12-7密码子与反密码子配对的摆动现象 2)氨基酰-RNA合成酶的特性 RNA反密码子的第一位碱基 C A U G A高度专一性：氨基酰-RNA合成醇对底物氨基 酸和RNA都能高度特异性的识别，因此~密码 密码子的第三位碱基 G U AG CU UCA (mRNA)+反密码(RNA)+氨基酸”的结合是一种特 3.卷与蛋白质生物合成的和蛋白因子 异性结合 B具有校正活性：错误的氨基酸加人后会被水 (1)主要的醇 去掉 1)氢基酰RA合成酶：位于胞液中，催化氨基 上述两种机制保证了蛋白质合成的忠实性。 酸的活化。 2)转肽酶：是核糖体大亚基的成分，催化P位与 3)真核生物起始氨基酰-RNA是Met-RNA A位的氨基酸之间生成肽键 原核生物的起始密码只能辨认甲酰化的甲硫氨酸，即 N甲酰甲硫氨酸。 3)转位酶：其活性存在于延长因子G中，催化核 萌体的移位 表12-6原核生物与真核生物的起始氨基酸tRNA (2)蛋白质因子：见表128。 原核生物 真核生物 表128参与蛋白质生物合成的各种蛋白因子 起始甲酰甲硫氨酸(BM)、甲硫氨酸(Met)、MtR 原核生物 Met-RNA 真核生物 NA 起始因子 3种(F-1,F-2、10余种（至少9种 廷长Met-RNAM Met-RNA clF1-9) (2)tRNA是蛋白质生物合成的话配器：tRNA矩 延长因子 3粼EFRT、3种(EF1-a、eEFI EF-C) By、cEF.2) 借自身的反密码子与mRNA上的密码子通过碱基互 补配对作用相万识别使不同的氨甚酸按照密码子决 释因子 3种(R.1,R.21种(eRF) 定的次序合成多肽链，这也就是RNA的适配器作用 RF-3) 即mRNA序列中密码子的排列顺序通过RNA被转换 成多肽链中氨基酸的排列顺序。 (三)蛋白质的生物合成过程 由于配对具摆动性，因此一种RNA分子可识别 1.起始阶段 一种以上的同义密码子。 (1)参与起始的因子：见表12-9。 密码子与反密码子的配对方式（图12.2.表12.7）
１２８ 生物化学与分子生物学学习纲要与同步练习 表 １２￣ ５ 原核生物与真核生物核糖体的组成 来源 沉降系数 重量(道尔顿) 亚基 ｒＲＮＡ 含蛋白质种数 真核生物 ７７~ ８０Ｓ ３.６×１０ ６ ４０Ｓ(小) ６０Ｓ(大) １８Ｓ ５Ｓꎬ ５.８Ｓꎬ ２８Ｓ ３３ ５０ 原核生物 ７０Ｓ ２.６×１０ ６ ３０Ｓ(小) ５０Ｓ(大) １６Ｓ ２３Ｓꎬ ５Ｓ ２１ ３４ ３ ｔＲＮＡ———氨基酸的运载工具及蛋白质生物合 成的适配器 (１) ｔＲＮＡ 是氨基酸的运载工具:胞液中的氨基 酸需要由 ｔＲＮＡ 搬运到核糖体上才能组装成多肽链ꎮ １) 氨基酸的活化———氨基酰￣ｔＲＮＡ 的合成ꎮ 由氨基酰￣ｔＲＮＡ 合成酶催化ꎬ氨基酸的羧基与 ｔＲ￣ ＮＡ３′￣末端￣ＣＣＡ 腺苷酸的 ３′￣ＯＨ 以酯键连接ꎬ形成氨 基酰￣ｔＲＮＡꎮ 每个氨基酸活化需消耗 １ 个 ＡＴＰ 分子(２ 个高能 磷酸键:ＡＴＰ→ＡＭＰ)ꎮ 氨基酸＋ｔＲＮＡ＋ＡＴＰ 氨基酸￣ｔＲＮＡ 合成酶 →氨基 酰￣ｔＲＮＡ＋ＡＭＰ＋ＰＰｉ ２) 氨基酰￣ｔＲＮＡ 合成酶的特性 Ａ 高度专一性:氨基酰￣ｔＲＮＡ 合成酶对底物氨基 酸和 ｔＲＮＡ 都 能 高 度 特 异 性 的 识 别ꎬ 因 此 “ 密 码 (ｍＲＮＡ)＋反密码( ｔＲＮＡ) ＋氨基酸” 的结合是一种特 异性结合ꎮ Ｂ 具有校正活性:错误的氨基酸加入后会被水解 去掉ꎮ 上述两种机制保证了蛋白质合成的忠实性ꎮ ３) 真核生物起始氨基酰￣ｔＲＮＡ 是 Ｍｅｔ￣ｔＲＮＡ Ｍｅｔ ｉ : 原核生物的起始密码只能辨认甲酰化的甲硫氨酸ꎬ即 Ｎ￣甲酰甲硫氨酸ꎮ 表 １２￣ ６ 原核生物与真核生物的起始氨基酸￣ｔＲＮＡ 原核生物 真核生物 起始 甲酰甲硫氨酸( ｆＭｅｔ)、 ｆＭｅｔ￣ｔＲＮＡ ｆＭｅｔ 甲硫氨酸( Ｍｅｔ)、Ｍｅｔ￣ｔＲ￣ ＮＡ Ｍｅｔ ｉ 延长 Ｍｅｔ￣ｔＲＮＡ Ｍｅｔ Ｍｅｔ￣ｔＲＮＡ Ｍｅｔ ｅ (２) ｔＲＮＡ 是蛋白质生物合成的适配器:ｔＲＮＡ 凭 借自身的反密码子与 ｍＲＮＡ 上的密码子通过碱基互 补配对作用相互识别ꎬ使不同的氨基酸按照密码子决 定的次序合成多肽链ꎬ这也就是 ｔＲＮＡ 的适配器作用ꎬ 即 ｍＲＮＡ 序列中密码子的排列顺序通过 ｔＲＮＡ 被转换 成多肽链中氨基酸的排列顺序ꎮ 由于配对具摆动性ꎬ因此一种 ｔＲＮＡ 分子可识别 一种以上的同义密码子ꎮ 密码子与反密码子的配对方式(图 １２￣ ２ꎬ表 １２￣７): １) 标准配对: Ａ＝ＵꎬＣ≡Ｇ １＃ꎬ ２＃ ２) 非标准配对:Ｉ→Ａ/ Ｃ/ Ｕꎻ Ｕ→Ａ/ Ｇ 等 ３＃ 图 １２￣ ２ ｍＲＮＡ 密码子与 ｔＲＮＡ 反密码子的配对 表 １２￣７ 密码子与反密码子配对的摆动现象 ｔＲＮＡ 反密码子的第一位碱基 Ｃ Ａ Ｕ Ｇ Ｉ 密码子的第三位碱基 Ｇ Ｕ Ａ Ｇ Ｃ Ｕ Ｕ Ｃ Ａ ３ 参与蛋白质生物合成的酶和蛋白因子 (１) 主要的酶 １) 氨基酰￣ｔＲＮＡ 合成酶:位于胞液中ꎬ催化氨基 酸的活化ꎮ ２) 转肽酶:是核糖体大亚基的成分ꎬ催化 Ｐ 位与 Ａ 位的氨基酸之间生成肽键ꎮ ３) 转位酶:其活性存在于延长因子 Ｇ 中ꎬ催化核 糖体的移位ꎮ (２) 蛋白质因子:见表 １２￣ ８ꎮ 表 １２￣ ８ 参与蛋白质生物合成的各种蛋白因子 原核生物 真核生物 起始因子 ３ 种(ＩＦ￣ １、ＩＦ￣ ２、 ＩＦ￣ ３) １０ 余 种 ( 至 少 ９ 种 ｅｌＦ１￣ ９) 延长因子 ３种(ＥＦ￣Ｔｕ、ＥＦ￣Ｔｓ、 ＥＦ￣Ｇ) ３ 种 ( ｅＥＦ１￣α、 ｅＥＦ１￣ βγ、ｅＥＦ￣ ２) 释放因子 ３ 种(ＲＦ￣ １、ＲＦ￣ ２、 ＲＦ￣ ３) １ 种(ｅＲＦ) (三) 蛋白质的生物合成过程 １ 起始阶段 (１) 参与起始的因子:见表 １２￣９ꎮ
第12章蛋白质的生物合成·129·% 表129蛋白质生物合成的起始因子 原核生物 直核生物 起始因子 生物学功能 起始因子 生物学功能 R-1 古据A位，防止其他RNA结合 elF-1 参与翻译的多个步骤 F.2 侵进Met-4RNA与小亚基结合 elF.2 促进Met-tRNA“与小亚基结合 IF-3 促进大，小亚基分离 clF.2B 结合小亚基，促进大，小亚基分离 F.3 结合小亚基，促进大，小亚基分离：使下4F mRNA与核糖体小亚基结合 elF-4A 有RNA螺旋酶活性，解开mRNA5'-端发夹结构 使其与小亚基结合 elF-4B 结合mRNA,促进其扫描定位起始AUC elF-4E 结合帽子结构 elF-4G 结合eF.4E、eF.3和PAB -5 促进各种因子脱落 elF-6 促进核糖体分离为大，小亚基 (2)起始的过程：见表12.10。 表1210蛋白质生物合成的起始过程 原核生物起始过程 真枝生物起始过程 具体过程 具体过程 ①核糖体大小亚F,与30s小亚基结合，E,占据A位，核糖①技糖体大小亚在F.6参与下，F.2B,F.3与小亚 基分离 体解离为50S大亚基和30S小亚基 基分离 基结合，核糖体解离为大亚基和小 亚基 ②mRNA在小亚①mRNA起始AUG上游s-D序列与小亚 ②Met-tRNAM cl.2与GP结合.然后Met-tRNA与 基上定位结合 其中16SRNA3'端的段序列百结 小亚基 F2结合，再结合到小亚基P位 合：②mRNA紧接SD序列后的短序列与 结 小亚基蛋白.1结合 3 Met-RNAN GTP.F,-RNA=复合物进人P位，对③mRNA在小亚①f.4E结合mRNA5”.子：②ohA 的结合 应在mRNA的起始密码AUG 基上位结合 结合蛋白结合mRNA3 结构和A尾再与核糖体小亚其 合：④F.4A消耗AP将mRNAS” 的一级结构解错使.RNA mRNA扫描，直到起始AUG与M tRNA“的反密码结合，mRNA最终在 小亚基正确定位 ④核糖体大亚基50s大亚基结合，同时GTP一GDP+5,释④核糖体大亚基60S大亚基结合，通过P.5的作用，同 结合 放F,F,和F:,形成70S起始复合物 结合 时GTP-GDP+P,释放各种因子 (3)S-D序列：也称核糖体结合位点(ibosomal点，小亚基16SRNA3'端有富含ccUcCU的短序列。 binding site.RBS).是指原核生物mRNA起始AUG密 与S.D序列配对」 码上游约8-13核苷酸部位，存在4-9个核苷酸组成 2.延长阶段 的一致性序列，富含AGGACG,是与小亚基的结合位 (1)参与延长的因子：见表1211
第 １２ 章 蛋白质的生物合成 １２９ 表 １２￣ ９ 蛋白质生物合成的起始因子 原核生物 真核生物 起始因子 生物学功能 起始因子 生物学功能 ＩＦ￣ １ 占据 Ａ 位ꎬ防止其他 ｔＲＮＡ 结合 ｅＩＦ￣ １ 参与翻译的多个步骤 ＩＦ￣ ２ 促进 ｆＭｅｔ￣ｔＲＮＡ ｆＭｅｔ与小亚基结合 ｅＩＦ￣ ２ 促进 Ｍｅｔ￣ｔＲＮＡ Ｍｅｔ ｉ 与小亚基结合 ＩＦ￣ ３ 促进大、小亚基分离 ｅＩＦ￣ ２Ｂ 结合小亚基ꎬ促进大、小亚基分离 ｅＩＦ￣ ３ 结合小亚基ꎬ 促进大、 小亚基分离ꎻ 使 ｅＩＦ￣ ４Ｆ ￣ ｍＲＮＡ 与核糖体小亚基结合 ｅＩＦ￣ ４Ａ 有ＲＮＡ 螺旋酶活性ꎬ解开 ｍＲＮＡ５’￣端发夹结构ꎬ 使其与小亚基结合 ｅＩＦ￣ ４Ｂ 结合 ｍＲＮＡꎬ促进其扫描定位起始 ＡＵＧ ｅＩＦ￣ ４Ｅ 结合帽子结构 ｅＩＦ￣ ４Ｇ 结合 ｅＩＦ￣ ４Ｅ、 ｅＩＦ￣ ３ 和 ＰＡＢ ｅＩＦ￣ ５ 促进各种因子脱落 ｅＩＦ￣ ６ 促进核糖体分离为大、小亚基 (２) 起始的过程:见表 １２￣ １０ꎮ 表 １２￣ １０ 蛋白质生物合成的起始过程 原核生物起始过程 真核生物起始过程 步骤 具体过程 步骤 具体过程 ①核糖体大小亚 基分离 ＩＦ３与 ３０Ｓ 小亚基结合ꎬＩＦ１占据 Ａ 位ꎬ核糖 体解离为 ５０Ｓ 大亚基和 ３０Ｓ 小亚基 ①核糖体大小亚 基分离 在ｅＩＦ￣ ６ 参与下ꎬ ｅＩＦ￣ ２Ｂ、 ｅＩＦ￣ ３ 与小亚 基结 合ꎬ 核 糖 体 解 离 为 大 亚 基 和 小 亚基 ②ｍＲＮＡ 在小亚 基上定位结合 ①ｍＲＮＡ 起始 ＡＵＧ 上游 Ｓ￣Ｄ 序列与小亚 基中 １６Ｓ ｒＲＮＡ ３’端的一段序列互补结 合ꎻ②ｍＲＮＡ 紧接 ＳＤ 序列后的短序列与 小亚基蛋白 ｒｐｓ￣ １ 结合 ② Ｍｅｔ￣ｔＲＮＡ Ｍｅｔ ｉ 与 小 亚 基 结合 ｅＩＦ￣ ２ 与 ＧＴＰ 结合ꎬ然后 Ｍｅｔ￣ｔＲＮＡ Ｍｅｔ ｉ 与 ｅＩＦ￣ ２ 结合ꎬ再结合到小亚基 Ｐ 位 ③ ｆＭｅｔ￣ｔＲＮＡ ｆＭｅｔ 的结合 ＧＴＰ￣ＩＦ２ ￣ｆＭｅｔ￣ｔＲＮＡ ｆＭｅｔ复合物进入 Ｐ 位ꎬ对 应在 ｍＲＮＡ 的起始密码 ＡＵＧ ③ｍＲＮＡ 在小亚 基上定位结合 ①ｅＩＦ￣ ４Ｅ 结合 ｍＲＮＡ５’￣帽子ꎻ②ｐｏｌｙＡ 结合蛋白结合 ｍＲＮＡ３’￣ｐｏｌｙＡ 尾巴ꎻ ③通过 ｅＩＦ￣ ４Ｇ 和 ｅＩＦ￣ ３ 的介导ꎬ帽子 结构和 ｐｏｌｙＡ 尾再与核糖体小亚基结 合ꎻ④ｅＩＦ￣ ４Ａ 消耗 ＡＴＰ 将 ｍＲＮＡ５’￣ 端的二级结构解链ꎬ使 Ｍｅｔ￣ｔＲＮＡ Ｍｅｔ ｉ 沿 ｍＲＮＡ 扫描ꎬ直到起始 ＡＵＧ 与 Ｍｅｔ￣ ｔＲＮＡ Ｍｅｔ ｉ 的反密码结合ꎬｍＲＮＡ 最终在 小亚基正确定位 ④核糖体大亚基 结合 ５０Ｓ 大亚基结合ꎬ同时 ＧＴＰ→ＧＤＰ ＋Ｐｉꎬ释 放 ＩＦ１ 、ＩＦ２和 ＩＦ３ ꎬ形成 ７０Ｓ 起始复合物 ④核糖体大亚基 结合 ６０Ｓ 大亚基结合ꎬ通过 ｅＩＦ￣ ５ 的作用ꎬ同 时 ＧＴＰ→ＧＤＰ＋Ｐｉꎬ释放各种因子 ( ３) Ｓ￣Ｄ 序列:也称核糖体结合位点( ｒｉｂｏｓｏｍａｌ ｂｉｎｄｉｎｇ ｓｉｔｅꎬ ＲＢＳ)ꎬ是指原核生物 ｍＲＮＡ 起始 ＡＵＧ 密 码上游约 ８~ １３ 核苷酸部位ꎬ存在 ４ ~ ９ 个核苷酸组成 的一致性序列ꎬ富含 ＡＧＧＡＧＧꎬ是与小亚基的结合位 点ꎬ小亚基 １６Ｓ ｒＲＮＡ ３′￣端有富含 ＣＣＵＣＣＵ 的短序列ꎬ 与 Ｓ￣Ｄ 序列配对ꎮ ２ 延长阶段 (１) 参与延长的因子:见表 １２￣ １１ꎮ
·130·生物化学与分子生物学学习纲要与同步练习 表12山蛋白质生物合成的延长因子 原核生物 真核生物 延长因子 生物学功能 延长因子 生物学功能 EF-Tu 与氨基酰-RNA及GTP结合，促进氨基 eEFl- 促使阳-RNA与枝糖体结合 酰-RNA进人A位 EF-Ts 结合EF.T,取代GD eEF1-By 使EFI-a再循环 EF-G 转位前活性，促进mRNA肤酰RNA由 EF.2转位 A位移至P位 (2)征长的过程.见表12.12 表1212蛋白质生物合成的延长 原核生物的延长 真核生物的延长 步骤 过程 ①进位 个氨基酰RNA按凰mRNA模板的指令进人并结合到核铝 体A位的过程 核糖体P位上起始氨基酰RNA的N甲酰甲硫 ②成 氢酰基或肽酰RNA的肱酰基转移到A位并与A位上氨基与原核生物类似，只是反应体系和延长 就-RNA的a一形成其庭的过程 因子不同，没有E位，卸载的RNA直 接从P位脱落 核使体向mRNA的3'端移动一个密码子的距离.使mRNA的 序列上的下一个密码子进人核蛋 3转位 白体的A位，而占据A位的肤酰RNA移人P位的过程，卸 我的BNA则移人E位，A位留空对应下一个密码 3.终止阶段 (1)参与终止的因子：见表12.13。 表1213蛋白质生物合成的终止因子 原枝生物 真生物 因子 生物学功能 因子 生物学功能 RF-1.RF-2.RF-3 识别终止信号，使大亚基转肽酶将“始 eRF 肽链释放 位”上已合成的多肽链水解释 (2)终止的过程：见表12.14。 表1214蛋白质生物合成的终止 原核生物终止过程 真核生物终止过程 ①识别终止密码，如BF,特异识别UAA,UAG:而RF,可识别UAA UGA:RF,刺激RF、F活性，协助释放。②当A位对应于 位，使P位上的肤酰 与原核生物相似，但只有一种释放因子，可识别所有 性变 从面使多肤 终止密码 、30S二个亚基，重新进入T 多肤链的合成。或变为单核糖材
１３０ 生物化学与分子生物学学习纲要与同步练习 表 １２￣ １１ 蛋白质生物合成的延长因子 原核生物 真核生物 延长因子 生物学功能 延长因子 生物学功能 ＥＦ￣Ｔｕ 与氨基酰￣ｔＲＮＡ 及 ＧＴＰ 结合ꎬ促进氨基 酰￣ｔＲＮＡ 进入 Ａ 位 ｅＥＦ１￣α 促使 ａａ￣ｔＲＮＡ 与核糖体结合 ＥＦ￣Ｔｓ 结合 ＥＦ￣Ｔｕꎬ取代 ＧＤＰ ｅＥＦ１￣βγ 使 ｅＥＦ１￣α 再循环 ＥＦ￣Ｇ 转位酶活性ꎬ促进 ｍＲＮＡ￣肽酰￣ｔＲＮＡ 由 Ａ 位移至 Ｐ 位 ｅＥＦ￣ ２ 转位 (２) 延长的过程:见表 １２￣ １２ꎮ 表 １２￣ １２ 蛋白质生物合成的延长 原核生物的延长 真核生物的延长 步骤 过程 ①进位 一个氨基酰￣ｔＲＮＡ 按照 ｍＲＮＡ 模板的指令进入并结合到核糖 体 Ａ 位的过程 核糖体 Ｐ 位上起始氨基酰￣ｔＲＮＡ 的 Ｎ￣甲酰甲硫 ②成肽 氨酰基或肽酰￣ｔＲＮＡ 的肽酰基转移到 Ａ 位并与 Ａ 位上氨基 酰￣ｔＲＮＡ 的 α－氨基形成肽键的过程 核糖体向 ｍＲＮＡ 的 ３′￣端移动一个密码子的距离ꎬ使 ｍＲＮＡ 的 序列上的下一个密码子进入核蛋 ③转位 白体的 Ａ 位ꎬ而占据 Ａ 位的肽酰￣ｔＲＮＡ 移入 Ｐ 位的过程ꎬ卸 载的 ｔＲＮＡ 则移入 Ｅ 位ꎬＡ 位留空对应下一个密码 与原核生物类似ꎬ只是反应体系和延长 因子不同ꎬ没有 Ｅ 位ꎬ卸载的 ｔＲＮＡ 直 接从 Ｐ 位脱落 ３ 终止阶段 (１) 参与终止的因子:见表 １２￣ １３ꎮ 表 １２￣ １３ 蛋白质生物合成的终止因子 原核生物 真核生物 因子 生物学功能 因子 生物学功能 ＲＦ￣ １ꎬＲＦ￣ ２ꎬＲＦ￣ ３ 识别终止信号ꎬ使大亚基转肽酶将“ 给 位”上已合成的多肽链水解释放 ｅＲＦ 肽链释放 (２) 终止的过程:见表 １２￣ １４ꎮ 表 １２￣ １４ 蛋白质生物合成的终止 原核生物终止过程 真核生物终止过程 ①识别终止密码ꎬ如 ＲＦ１ 特异识别 ＵＡＡ、ＵＡＧꎻ而 ＲＦ２ 可识别 ＵＡＡ、 ＵＧＡꎻＲＦ３ 刺 激 ＲＦ１ 、 ＲＦ２ 活 性ꎬ 协 助 释 放ꎮ ② 当 Ａ 位 对 应 于 ｍＲＮＡ 的终止密码子时ꎬ终止因子作用于 Ａ 位ꎬ使 Ｐ 位上的肽酰 基转移酶活性变为水解酶活性ꎬ从而使多肽链从核糖体上释放ꎬ同 时核糖体离开 ｍＲＮＡꎬ解离为 ５０Ｓ、３０Ｓ 二个亚基ꎬ重新进入下一条 多肽链的合成ꎮ 或变为单核糖体 与原核生物相似ꎬ但只有一种释放因子ꎬ可识别所有 终止密码