本章重點: 蛋白質(zhì)合成的反應體系、三種RNA在翻譯中的作用、蛋白質(zhì)合成過程可分為起始、延長、終止三個階段。原核生物翻譯起始與真核生物的區(qū)別。肽鏈合成后的加工修飾。蛋白質(zhì)生物合成的干擾和抑制。

　　本章難點：遺傳密碼的特性、翻譯起始復合物的形成、肽鏈延長階段的三個步驟、

　　蛋白質(zhì)的靶向輸送。

　　一.參與蛋白質(zhì)生物合成的物質(zhì)

　　要點: 參與翻譯過程的物質(zhì)： 需要20種氨基酸作為原料、三種RNA、蛋白質(zhì)因子（起始因子IF、延長因子EF及釋放因子RF）、酶和ATP、GTP等， 共同協(xié)調(diào)完成蛋白質(zhì)合成。

　　1.mRNA是翻譯的直接模板

　　mRNA每3個堿基組成三聯(lián)體密碼子,決定一個氨基酸的信息。有64個密碼子， 其中mRNA 5'端的AUG稱為起始密碼。UAG、UAA、UGA為肽鏈合成的終止信號， 其余61個密碼子代表20種氨基酸。密碼閱讀方向是從5’到3’，決定翻譯的方向性。

　　遺傳密碼有以下生物特性：

　　(1) 遺傳密碼的連續(xù)性，即從AUG開始，各密碼子連續(xù)閱讀而無間斷，若有堿基插入或缺失，會造成框移突變；

　　(2) 簡并性，大部分氨基酸有多個密碼子，以2～4個居多，可有6個。這種由多種密碼編碼一種氨基酸的現(xiàn)象稱為簡并性。決定同一種氨基酸密碼子的頭兩個堿基是相同的,第三位堿基不同,第三位堿基發(fā)生點突變時仍可翻譯出正常的氨基酸；

　　(3) 擺動性，mRNA密碼子的前兩位堿基和tRNA的反密碼嚴格配對。而密碼第三位堿基與反密碼第一位堿基不嚴格遵守配對規(guī)則，稱為密碼配對的擺動性。見表1-1.

　　表1-1 密碼子、反密碼子配對的擺動現(xiàn)象

　　tRNA反密碼子第一個堿基 I U C A G

　　mRNA密碼子第三個堿基 U,C,A A,G G U U,C

　　(4)通用性，生物體的遺傳密碼相同，稱密碼的普遍性。但線粒體密碼子有例外。如AUA與AUG均代表Met和起始密碼子；UGA為Trp密碼子而不是終止密碼子等。

　　2.核蛋白體是肽鏈合成的場所

　　核蛋白體由大、小亞基構(gòu)成，每個亞基含不同的蛋白質(zhì)和rRNA。大亞基有轉(zhuǎn)肽酶活性，有容納tRNA的二個部位: A位，即氨基酰位,P位，即肽酰位。

　　3.tRNA和氨基酰-tRNA

　　tRNA的作用是攜帶并轉(zhuǎn)運特異氨基酸。tRNA分子上3'端的CCA序列是結(jié)合氨基酸的部位，反密碼環(huán)可特異識別mRNA的密碼序列。

　　(1)氨基酰-tRNA合成酶。

　　氨基酰-tRNA合成酶可高度特異識別氨基酸及tRNA底物，保證各氨基酸與相應數(shù)種tRNA準確結(jié)合。氨基酸-tRNA合成酶催化的反應分為兩步：

　　氨基酸＋ATP-E───→氨基酸-AMP-E＋PPi

　　氨基酰-AMP-E＋tRNA ───→氨基酰-tRNA+AMP + E

　　此反應使氨基酸羧基活化，并使活化氨基酸轉(zhuǎn)移到tRNA 3'端CCA-OH,形成氨基酸的活性形式,氨基酰-tRNA。

　　(2)氨基酰-tRNA的表示方法

　　原核細胞tRNA攜帶的甲硫氨酸可被甲?；?，稱tRNAifmet，fMet- tRNAifmet專一識別起始密碼AUG，第一個進入核蛋白體循環(huán)。

　　甲酰轉(zhuǎn)移酶

　　N10-甲酰四氫葉酸＋Met－tRNAifmet─────→四氫葉酸＋fMet- tRNAifmet

　　基本要求:

　　1. 熟悉遺傳密碼的生物特性。

　　2. 掌握氨基酰-tRNA合成酶的催化活性及特異性.

　　3. 掌握三種RNA在蛋白質(zhì)合成中的功能。

　　基本概念:

　　1. 遺傳密碼:模板上的核苷酸,三個為一組(三聯(lián)體)決定一個氨基酸的種類,稱為三聯(lián)體密碼。密碼也決定蛋白質(zhì)的一級結(jié)構(gòu)。

　　2． 翻譯： 蛋白質(zhì)生物合成稱為翻譯，是指把核苷酸序列組成的遺傳信息，破讀為蛋白質(zhì)分子的氨基酸排列順序。

　　二.蛋白質(zhì)生物合成過程

　　要點:翻譯過程可分為起始、延長、終止三個階段，蛋白質(zhì)合成在核蛋白體上進行稱為核蛋白體循環(huán)（廣義）。肽鏈的合成是從N端到C端。

　　1.翻譯起始 (原核生物)

　　生成由起始氨基酰-tRNA、mRNA和核蛋白體組成的70S起始復合物，原核生物的起始因子(IF)有三種。其過程在原核生物和真核大同小異。

　　(1)核蛋白體大、小亞基分離。

　　(2)mRNA結(jié)合小亞基 mRNA起始密碼上游為S-D序列，可與小亞基16S rRNA 3'端互補。緊接S-D序列的短核苷酸序列可被小亞基蛋白識別結(jié)合，兩方面作用促使mRNA在小亞基上定位。

　?。?）fmet-tRNAifmet結(jié)合于mRNA-小亞基復合體的AUG上，形成30S起始復合體。

　　(4)大亞基加入30S起始復合體，形成70S起始復合體。

　　（二）真核生物翻譯起始的特點

　　真核生物核蛋白體為80S（60S + 40S）。10種起始因子（eIF），見下表。

　　表1-2 各種起始因子在形成起始復合物中的作用

　　生成起始復合物步驟 IF eIF

　　亞基分離起始tRNA就位mRNA就位大亞基結(jié)合 IF-3、IF-1IF-2、IF-1核酸-核酸、核酸-蛋白質(zhì)之間的辨認結(jié)合各種IF脫落，GTP水解 eIF-3、eIF-3A、eIF-4CeIF-2、eIF2B、eIF- 3、eIF-4CeIF-4、eIF-4A、eIF-4B、eIF-4E 、eIF-4F

　　1.真核起始甲硫氨酸不需甲?；?

　　2.真核mRNA沒有S-D序列，但5'端帽子結(jié)構(gòu)與其在核蛋白體就位相關(guān)。帽結(jié)合蛋白（CBP）可與mRNA帽子結(jié)合，促進mRNA與小亞基結(jié)合。

　　2.肽鏈的延長

　　延長階段為不斷循環(huán)進行的過程，也稱核蛋白體循環(huán)。分為進位、成肽和轉(zhuǎn)位三個步驟。真核及原核生物的延長，主要是延長因子體系的不同，見表1-3。

　　表1-3 真核和原核生物延長因子及其功能

　　原核生物 功能 真核生物

　　EFTuEFTsEFG 協(xié)助氨基酰-tRNA進入A位，結(jié)合GTP從EFTu中置換GDP轉(zhuǎn)位酶，促助肽酰-tRNA由A位進至P位，協(xié)助tRNA的釋放 EF1αEF1β、EF1γEF2

　　(1)進位

　　根據(jù)A位上密碼引導，相應的氨基酰-tRNA進入A位，稱為進位（注冊）。EF-T由EF-Tu和EF-Ts兩個亞基組成， EF-Tu-GTP與氨基酰-tRNA形成 氨基酰-tRNA-Tu-GTP三元復合物并進入A位，消耗GTP完成進位，釋出EF-Tu-GDP，EF-Ts促進EF-Tu 釋出GDP，并重新形成EF-T，再次被利用。

　　（2）成肽

　　轉(zhuǎn)肽酶催化催化P位上甲酰甲硫氨?；螂孽；D(zhuǎn)移給A位上進入的氨基酰-tRNA，形成肽鍵連接，生成的二肽酰-tRNA占據(jù)A位，P位連有空載 tRNA，將迅速從核蛋白體脫落。

　　（3）轉(zhuǎn)位

　　EFG有轉(zhuǎn)位酶活性，催化A位二肽酰tRNA進入P位，同時核蛋白體沿mRNA移動一個密碼子， A位再次空缺，開第3個氨基酰-tRNA進位。重復上述循環(huán)，肽鏈在N端加入一個氨基酸。使P位依次出現(xiàn)3肽、4肽等。

　　（一）肽鏈合成終止（原核）

　　終止需要釋放因子RF、RR。真核生物僅需一種釋放因子，有GTP酶活性。

　　1、任何氨基酰-tRNA不辨認終止密碼，由 RF-1辨認終止密碼UAA、UAG；RF-2辨認UAA、UGA。

　　2、RF-3可使轉(zhuǎn)肽酶的構(gòu)象改變，發(fā)揮酯酶活性水解多肽、脫離tRNA。

　　3、在RR作用下，tRNA、mRNA、RF與核蛋白體分離。大、小亞基分開，重新參與蛋白質(zhì)合成過程。

　　（二）多聚核蛋白體循環(huán)：在翻譯時多個核蛋白體結(jié)合于同一條mRNA上，稱為在mRNA上的密度與模板的長度有關(guān)?？墒沟鞍踪|(zhì)高速、高效同時合成多條肽鏈。

　　基本要求:

　　1. 掌握原核生物翻譯起始的過程。

　　2．了解真核生物翻譯起始的特點

　　3．熟悉原核生物肽鏈延長的三個步驟及延長因子的作用。

　　基本概念:

　　1. 核蛋白體循環(huán)（廣義）：蛋白質(zhì)合成的中心環(huán)節(jié)。是活化的氨基酸在核蛋白體上縮合成肽的過程。包括起始、延長、終止三個階段。

　　2. S-D序列（核蛋白體結(jié)合序列）： mRNA起始密碼AUG上游為富含嘌呤…AGGA…序列稱S-D序列，可與小亞基16S rRNA 3'端互補結(jié)合。因此AGGA序列也被稱為核蛋白體結(jié)合序列。

　　3．核蛋白體循環(huán)（狹義）指翻譯過程的肽鏈延長階段。循環(huán)包括進位、成肽和轉(zhuǎn)位三個步驟。每循環(huán)一次，肽鏈延長一個氨基酸，形成一個肽鍵。如此周而復始，直至肽鏈合成終止。

　　三. 翻譯后加工

　　要點:新合成的多肽鏈，經(jīng)加工修飾，轉(zhuǎn)變成有生物活性的蛋白質(zhì)。

　　1.高級結(jié)構(gòu)修飾

　　由多條肽鏈構(gòu)成的蛋白質(zhì)，各亞基合成后，需聚合成四級結(jié)構(gòu)。細胞內(nèi)多種結(jié)合蛋白如脂蛋白、色蛋白、核蛋白、糖蛋白等，合成后需和相應輔基結(jié)合。

　　2.一級結(jié)構(gòu)的修飾

　?。?）去除起始甲硫氨酸

　　多肽鏈延長到一定程度，脫甲?；富虬被拿盖腥テ鹗糔-甲酰基或N端甲硫氨酸。

　　（2）個別氨基酸的修飾

　　如肽鏈內(nèi)或肽鏈間兩個半胱氨酸形成二硫鍵。脯氨酸、賴氨酸羥基化生成羥脯氨酸和羥賴氨酸。某些蛋白質(zhì)的絲、蘇、酪氨酸可被磷酸化等。

　?。?）水解修飾

　　胰島素、甲狀旁腺素、生長素等激素初合成時是無活性的前體，經(jīng)水解剪去部分肽段而成熟，如鴉片促黑皮素原經(jīng)剪切可生成幾種肽類激素。

　　3.蛋白質(zhì)合成后的靶向運輸

　　蛋白質(zhì)合成后運送到相應功能部位，稱為蛋白質(zhì)的靶向運輸。合成的蛋白按功能和去向分成兩類，一類為分泌蛋白，由結(jié)合于粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的核蛋白體合成。另一類分布于胞液、線粒體及核內(nèi)蛋白，由游離核蛋白體合成。

　　信號肽假說：信號肽位于新合成的分泌蛋白N端。對分泌蛋白的靶向運輸起決定作用。①細胞內(nèi)的信號肽識別顆粒（SRP）識別信號肽，使肽鏈合成暫時停止，SRP引導核蛋白體結(jié)合粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜；②SRP識別、結(jié)合內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上的對接蛋白,水解GTP使SRP分離，多肽鏈繼續(xù)延長；③信號肽引導延長多肽進入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔后，經(jīng)信號肽酶切除。分泌蛋白在高爾基體包裝成分泌顆粒出胞。

　　基本要求:

　　1．掌握翻譯后加工的形式及意義。

　　2．熟悉蛋白質(zhì)靶向輸送的過程及意義。

　　基本概念:

　　1．信號肽:未成熟的分泌性蛋白質(zhì)中可被細胞轉(zhuǎn)運系統(tǒng)識別的特征性氨基酸序列，有堿性N-末端，疏水核心區(qū)，及加工區(qū)三個區(qū)段。

　　2．翻譯后加工:將新合成的肽鏈經(jīng)多種修飾加工處理，使之成為有生理活性的成熟蛋白質(zhì)，稱為翻譯后加工。主要包括高級結(jié)構(gòu)的修飾：亞基聚合、輔基連接。一級結(jié)構(gòu)的修飾：去除N-甲酰基或N—蛋氨酸，個別氨基酸的修飾，水解修飾和靶向輸送三方面。

　　四、蛋白質(zhì)生物合成的干擾和抑制

　　要點:某些藥物、毒素和生物活性物質(zhì)等可干擾和抑制蛋白質(zhì)生物合成過程。

　　1.抗生素類

　　通過直接阻斷蛋白質(zhì)生物合成而起抑菌作用。見表1－4。

　　表1-4 抗生素抑制蛋白質(zhì)生物合成的原理

　　抗生素 作用點 作用原理

　　四環(huán)素族（金霉素 新霉素、土霉素）氯霉素、鏈霉素、卡那霉素、嘌呤霉素放線菌酮 原核核蛋白體小亞基原核核蛋白體大亞基原核核蛋白體小亞基原核核蛋白體大亞基真核核蛋白體大亞基 抑制氨酰-tRNA與小亞基結(jié)合抑制轉(zhuǎn)肽酶、阻斷延長改變構(gòu)象引起讀碼錯誤、抑制起始抑制轉(zhuǎn)肽酶、妨礙移位抑制轉(zhuǎn)肽酶、阻斷延長

　　2.干擾蛋白質(zhì)合成的生物活性物質(zhì)

　?。ㄒ唬┒舅?

　　多種毒素在肽鏈延長階段可阻斷蛋白質(zhì)合成，如白喉毒素,通過抑制翻譯延長的移位，而抑制細菌蛋白質(zhì)合成。

　?。ǘ?干擾素的作用

　　干擾素可抑制病毒繁殖。機理有兩方面，一是在某些病毒雙鏈RNA存在時，誘導特異蛋白激酶活化，使起始因子eIF2磷酸化失活，抑制病毒蛋白質(zhì)合成；二是干擾素與雙鏈RNA共同活化特殊的2’-5’A合成酶，生成 2’-5’A，再活化核酸內(nèi)切酶RNase L，使病毒RNA降解。

　　基本要求:

　　1. 了解抗生素、毒素和干擾素阻斷蛋白質(zhì)生物合成的作用的機理。