本章重點(diǎn): 蛋白質(zhì)合成的反應(yīng)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(zhǎng)、終止三個(gè)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(diǎn)：遺傳密碼的特性、翻譯起始復(fù)合物的形成、肽鏈延長(zhǎng)階段的三個(gè)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(diǎn): 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(zhǎng)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(gè)堿基組成三聯(lián)體密碼子,決定一個(gè)氨基酸的信息。有64個(gè)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(hào)， 其余61個(gè)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(huì)造成框移突變；

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

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

　　表1-1 密碼子、反密碼子配對(duì)的擺動(dòng)現(xiàn)象

　　tRNA反密碼子第一個(gè)堿基 I U C A G

　　mRNA密碼子第三個(gè)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(chǎng)所

　　核蛋白體由大、小亞基構(gòu)成，每個(gè)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(gè)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(yùn)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(shí)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(shí)別氨基酸及tRNA底物，保證各氨基酸與相應(yīng)數(shù)種tRNA準(zhǔn)確結(jié)合。氨基酸-tRNA合成酶催化的反應(yīng)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(yīng)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(xì)胞tRNA攜帶的甲硫氨酸可被甲?；?，稱tRNAifmet，fMet- tRNAifmet專一識(shí)別起始密碼AUG，第一個(gè)進(jìn)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(gè)為一組(三聯(lián)體)決定一個(gè)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(jí)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(diǎn):翻譯過程可分為起始、延長(zhǎng)、終止三個(gè)階段，蛋白質(zhì)合成在核蛋白體上進(jìn)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(fù)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(bǔ)。緊接S-D序列的短核苷酸序列可被小亞基蛋白識(shí)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(fù)合體的AUG上，形成30S起始復(fù)合體。

　　(4)大亞基加入30S起始復(fù)合體，形成70S起始復(fù)合體。

　　（二）真核生物翻譯起始的特點(diǎn)

　　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(fù)合物中的作用

　　生成起始復(fù)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(rèn)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(jìn)mRNA與小亞基結(jié)合。

　　2.肽鏈的延長(zhǎng)

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

　　表1-3 真核和原核生物延長(zhǎng)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(jìn)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(jìn)至P位，協(xié)助tRNA的釋放 EF1αEF1β、EF1γEF2

　　(1)進(jìn)位

　　根據(jù)A位上密碼引導(dǎo)，相應(yīng)的氨基酰-tRNA進(jìn)入A位，稱為進(jìn)位（注冊(cè)）。EF-T由EF-Tu和EF-Ts兩個(gè)亞基組成， EF-Tu-GTP與氨基酰-tRNA形成 氨基酰-tRNA-Tu-GTP三元復(fù)合物并進(jìn)入A位，消耗GTP完成進(jìn)位，釋出EF-Tu-GDP，EF-Ts促進(jìn)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(jìn)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。

　?。?）轉(zhuǎn)位

　　EFG有轉(zhuǎn)位酶活性，催化A位二肽酰tRNA進(jìn)入P位，同時(shí)核蛋白體沿mRNA移動(dòng)一個(gè)密碼子， A位再次空缺，開第3個(gè)氨基酰-tRNA進(jìn)位。重復(fù)上述循環(huán)，肽鏈在N端加入一個(gè)氨基酸。使P位依次出現(xiàn)3肽、4肽等。

　?。ㄒ唬╇逆満铣山K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(rèn)終止密碼，由 RF-1辨認(rèn)終止密碼UAA、UAG；RF-2辨認(rèn)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(shí)多個(gè)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(zhǎng)度有關(guān)?？墒沟鞍踪|(zhì)高速、高效同時(shí)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(diǎn)

　　3．熟悉原核生物肽鏈延長(zhǎng)的三個(gè)步驟及延長(zhǎng)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(zhǎng)、終止三個(gè)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(bǔ)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(zhǎng)階段。循環(huán)包括進(jìn)位、成肽和轉(zhuǎn)位三個(gè)步驟。每循環(huán)一次，肽鏈延長(zhǎng)一個(gè)氨基酸，形成一個(gè)肽鍵。如此周而復(fù)始，直至肽鏈合成終止。

　　三. 翻譯后加工

　　要點(diǎn):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(jí)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(jí)結(jié)構(gòu)。細(xì)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(yīng)輔基結(jié)合。

　　2.一級(jí)結(jié)構(gòu)的修飾

　?。?）去除起始甲硫氨酸

　　多肽鏈延長(zhǎng)到一定程度，脫甲酰基酶或氨基肽酶切去起始N-甲?；騈端甲硫氨酸。

　?。?）個(gè)別氨基酸的修飾

　　如肽鏈內(nèi)或肽鏈間兩個(gè)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(zhǎng)素等激素初合成時(shí)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(yùn)輸

　　蛋白質(zhì)合成后運(yùn)送到相應(yīng)功能部位，稱為蛋白質(zhì)的靶向運(yùn)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(hào)肽假說：信號(hào)肽位于新合成的分泌蛋白N端。對(duì)分泌蛋白的靶向運(yùn)輸起決定作用。①細(xì)胞內(nèi)的信號(hào)肽識(shí)別顆粒（SRP）識(shí)別信號(hào)肽，使肽鏈合成暫時(shí)停止，SRP引導(dǎo)核蛋白體結(jié)合粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜；②SRP識(shí)別、結(jié)合內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上的對(duì)接蛋白,水解GTP使SRP分離，多肽鏈繼續(xù)延長(zhǎng)；③信號(hào)肽引導(dǎo)延長(zhǎng)多肽進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔后，經(jīng)信號(hào)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(hào)肽:未成熟的分泌性蛋白質(zhì)中可被細(xì)胞轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)識(shí)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(gè)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(jí)結(jié)構(gòu)的修飾：亞基聚合、輔基連接。一級(jí)結(jié)構(gòu)的修飾：去除N-甲?；騈—蛋氨酸，個(gè)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(diǎn):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(diǎn) 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(zhǎng)改變構(gòu)象引起讀碼錯(cuò)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(zhǎng)

　　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(zhǎng)階段可阻斷蛋白質(zhì)合成，如白喉毒素,通過抑制翻譯延長(zhǎng)的移位，而抑制細(xì)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(jī)理有兩方面，一是在某些病毒雙鏈RNA存在時(shí)，誘導(dǎo)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(jī)理。