原核生物肽链的合成

11生物化学主编张向阳常陆林全国高职高专护理类专业“十三五”规划教材22第十章遗传信息的传递与表达目录第一节DNA的生物合成第二节RNA的生物合成第三节蛋白质的生物合成44第三节蛋白质的生物合成55本节知识点1.蛋白质合成体系及三种RNA的作用2.遗传密码及特点3.原核生物蛋白质的合成过程4.真核生物蛋白质的合成过程5.翻译后的加工修饰66本节重点1.三种RNA的作用；2.遗传密码的概念及特点；3.核糖体循环的概念及步骤。77蛋白质的生物合成蛋白质的生物合成，即翻译，将核酸中由4种核苷酸序列编码的遗传信息，通过遗传密码破译的方式解读为蛋白质一级结构中20种氨基酸的序列。88一、蛋白质生物合成体系（一）mRNA与遗传密码mRNA分子上从5至3方向，由AUG开始，每3个核苷酸为一组，决定肽链上某一个氨基酸或蛋白质合成的起始、终止信号，称为三联体密码。终止密码子：UAAUAGUGA起始密码子：AUG99(1)连续性从mRNA5端起始密码子AUG到3端终止密码子之间的核苷酸序列，各个三联体密码连续排列编码一个蛋白质多肽链，称为开放阅读框架。遗传密码的特点(2)简并性遗传密码中，除色氨酸和甲硫氨酸仅有一个密码子外，其余氨基酸均有多个密码子。(3)方向性起始密码子位于mRNA链的5′端，终止密码子位于3′端，翻译时沿5′→3′方向进行，直到终止密码子为止。1010(4)通用性整套密码从原核生物到人类都通用，但动物细胞的线粒体、植物细胞的叶绿体例外。(5)摆动性反密码子与密码子间不严格遵守常见的碱基配对规律，称为摆动配对。遗传密码的特点1111（二）tRNA与氨基酸的活化1.氨基酸的活化（1）氨酰tRNA的合成氨基酸+tRNA氨酰tRNAATPAMP＋PPi氨酰tRNA合成酶（2）氨酰tRNA合成酶对氨基酸和tRNA特异性高；具有校对活性。1212真核生物：Met-tRNAiMet原核生物：fMet-tRNAifMet2.原核生物与真核生物起始肽链合成的氨酰tRNA的区别（二）tRNA与氨基酸的活化1313（三）rRNA与核糖体1.P位：肽酰位，又称给位。2.A位：氨酰位，又称受位。3.E位：排出位。原核生物翻译过程中核糖体结构模式14142.20种编码氨基酸作为原料。3.酶及众多蛋白质因子，如IF、eIF。4.ATP、GTP、无机离子。(四)蛋白质的合成原料、酶与蛋白质因子1.三种RNAmRNA(信使RNA)rRNA(核糖体RNA)tRNA(转运RNA)15155.酶及蛋白质因子氨酰tRNA合成酶：ATP存在下合成氨酰tRNA，具有绝对特异性。肽酰转移酶或转肽酰酶（惯称转肽酶）：催化核糖体“P位”上的肽酰基转移至“A位”的氨酰tRNA的氨基上，使酰基与氨基缩合形成肽键。转位酶：催化核糖体向mRNA的3′端移动定位于“A位”。蛋白质因子：起始因子(IF);延长因子(EF);释放因子（RF）。能量物质及离子：量物质为ATP和GTP；无机离子有Mg2+和K+等。(四)蛋白质的合成原料、酶与蛋白质因子1616翻译过程从阅读框架的5´-AUG开始，按mRNA模板三联体密码的顺序延长肽链，直至终止密码子出现。起始延长终止翻译过程二、蛋白质生物合成过程1717（一）原核生物肽链的合成1.肽链合成的起始指mRNA和起始氨酰tRNA分别与核糖体结合而形成翻译起始复合物。核糖体大小亚基分离；mRNA在小亚基定位结合；与起始氨酰tRNA的结合；核糖体大亚基结合。原核生物肽链合成起始1818S-D序列在起始密码子的上游8～13个核苷酸部位有一段富含嘌呤碱基（如-AGGAGG-）的特殊保守序列，称为S-D序列，可被核糖体小亚基16SrRNA辨认互补结合。mRNA的起始AUG在核糖体小亚基上精确定位，形成复合体。（一）原核生物肽链的合成1.肽链合成的起始1919S-D序列2020核糖体大、小亚基分离（一）原核生物肽链的合成1.肽链合成的起始2121AUG5'3'IF-3IF-11.肽链合成的起始mRNA在小亚基定位结合（一）原核生物肽链的合成2222IF-3IF-1IF-2GTP起始氨酰tRNA(fMet-tRNAimet)结合到小亚基AUG5'3'（一）原核生物肽链的合成1.肽链合成的起始2323IF-3IF-1IF-2GTP核糖体大亚基结合，起始复合物形成AUG5'3'（一）原核生物肽链的合成1.肽链合成的起始24242.肽链合成的延长肽链延长包括进位、成肽、转位三步，在核糖体上连续性循环式进行，又称为核糖体循环，每次循环增加一个氨基酸。（一）原核生物肽链的合成2525进位转位成肽2.肽链合成的延长26263.肽链合成的终止当mRNA上终止密码子出现后，RF-1特异识别UAA、UAG；而RF-2可识别UAA、UGA多肽链合成停止，肽酰转移酶的酯酶活性变为水解酶活性，使肽链从核糖体上释放。（一）原核生物肽链的合成2727真核生物与与原核生物相比，肽链合成起始阶段差异较大，主要表现为以下几方面：①真核生物的核糖体由40S的小亚基和60S的大亚基组成的80S的核糖体；②起始甲硫氨酸不需要甲酰化；③在mRNA起始密码子上游未发现有S-D序列，但有Kozak序列：-CCACCAUGG-，该序列具有增加起始效率的作用。翻译起始识别靠mRNA5′端的帽结构和3′端的多腺苷酸尾，使其在核糖体上定位结合；④真核生物需要更多的起始因子。真核生物与原核生物肽链合成起始阶段差异2828真核生物翻译起始复合物形成也有4步反应：①核糖体大小亚基分离；②Met-tRNAiMet结合到小亚基上；③mRNA在核糖体小亚基就位；④与核糖体大亚基结合，形成起始复合物。（二）真核生物肽链的合成1.肽链合成的起始2929真核生物翻译终止只有一种释放因子eRF，可识别所有终止密码子。过程相似，真核细胞核糖体没有E位，转位时卸载的tRNA直接从P位脱落。2.肽链合成的延长3.肽链合成的终止（二）真核生物肽链的合成30301.一级结构的修饰肽链N端的修饰个别氨基酸的修饰多肽链的水解修饰（三）肽链合成后的加工修饰和转运3131亚基的聚合如血红蛋白通过非共价键将亚基聚合成寡聚体。辅基的连接如脂蛋白、各种酶等，合成后需与辅基连接，才具有活性。疏水脂链的共价连接如G蛋白等需嵌入疏水双层膜脂，才具有活性。2.空间结构的修饰（三）肽链合成后的加工修饰和转运3232合成后的蛋白质必须转运到特定的部位才能发挥其功能。不同类型的蛋白质其转运机制不同。3.蛋白质的转运（三）肽链合成后的加工修饰和转运3333（一）抗生素一些抗生素可作用于遗传信息表达的各个环节，如四环素类抑制氨基酰-tRNA进位；氨基糖苷类抗生素，如链霉素、卡那霉素等可影响A位上氨基酰-tRNA配对的准确性，使延长中的肽链引入错误的氨基酸残基，影响细菌蛋白质合成；氯霉素、林可霉素与细菌核糖体大亚基结合，阻止由转肽酶催化肽键的形成，阻断翻译延长过程；嘌呤霉素的结构与酪氨酰-tRNA结构相似，可取代氨基酰-tRNA进入核糖体A位，中断肽链合成，该抗生素主要用于肿瘤治疗。三、蛋白质生物合成的影响因素3434三、蛋白质生物合成的影响因素几种抗生素对蛋白质生物合成的影响3535干扰素是真核细胞感染病毒后能分泌一类有抗病毒作用的蛋白质，可抑制病毒繁殖。干扰素通过活化特异蛋白激酶使真核主要起始因子eIF-2磷酸化失活，从而抑制病毒蛋白质合成；或者通过与双链RNA共同活化特殊的2′-5′寡聚腺苷酸合成酶，催化ATP聚合，生成核苷酸间以2′-5′磷酸二酯键连接的2′-5′多聚腺苷酸，2′-5′多聚腺苷酸激活RNaseL，使病毒mRNA降解来阻断病毒蛋白质合成。（二）干扰素三、蛋白质生物合成的影响因素3636干扰素除抗病毒作用外，还有调节细胞生长、激活免疫系统的作用。我国现在已采用基因工程技术生产干扰素用于临床，是继胰岛素之后较早获准在临床使用的基因工程药物。（二）干扰素三、蛋白质生物合成的影响因素