第十二章蛋白质的生物合成 【目的与要求】 1、掌握蛋白质合成体系的组成： 2、掌握蛋白质的合成过程： 3、了解翻译后加工过程。 【教学内容】 1、参与蛋白质生物合成的物质 2、蛋白质的合成过程 3、翻译后加工 【重点与难点】 1、参与蛋白质生物合成的物质及其作用。 2、遗传密码的特点。 3、蛋白质生物合成过程。 【教学方法】 多媒体授课。 【教学时数】 4学时
1 第十二章 蛋白质的生物合成 【目的与要求】 1、掌握蛋白质合成体系的组成； 2、掌握蛋白质的合成过程； 3、了解翻译后加工过程。 【教学内容】 1、参与蛋白质生物合成的物质 2、蛋白质的合成过程 3、翻译后加工 【重点与难点】 1、参与蛋白质生物合成的物质及其作用。 2、遗传密码的特点。 3、蛋白质生物合成过程。 【教学方法】 多媒体授课。 【教学时数】 4 学时
第一节参与蛋白质生物合成的物质 参与蛋白质合成的物质，除氨基酸外，还有mRNA(“模板”)、tRNA(“特异的搬运工 具”)、核糖体(“装配机”)、有关的酶（氨基酰RNA合成酶与某些蛋白质因子），以及ATP、 GP等供能物质与必要的无机离子等。 一、 mRNA是合成蛋白质的直接模板 蛋白质是在胞质中合成的，而编码蛋白质的信息载体DNA却在细胞核内，所以必定 有一种中间物质用来传递DNA上的信息，实验证明：mRNA是遗传信息的传递者，是蛋 白质生物合成过程中直接指令氨基酸掺入的模板，因此得名信使RNA。 原核细胞中每种mRNA为多顺反子，而真核细胞中，每种mRNA是单顺反子的形式， mRNA特点：短命原核：半衰期几秒几分钟真核：半衰期数小时。 功能是蛋白质合成的模板，多肽链氨基酸排列顺序就取决于mRNA的核苷酸的排列 顺序。 蛋白质由20种氨基酸构成的，mRNA却只有4种碱基，如果由一种碱基编码氨基酸 那么4种碱基只能决定4种氨基酸：如果2个碱基编码一种氨基酸也只能编码4？种氨 基酸：若由3个碱基作为一组，可以有43-64种排列，那么就满足了编码20种氨基酸的 需要，实验证明：确实是3个碱基编码一种氨基酸。 >三联体密码：3个连续的碱基编码一种氨基酸，即每3个核苷酸组成的1个密码子， 称为三联体密码子，简称密码子。 (一)遗传密码的特点 1、密码的简并性 研究表明，密码子(codon)共有64个，每个密码子是由三个核苷酸（称为三联体， triplet)组成的。有的氨基酸有多个密码子，这种现象称为简并(degenerate),如UUU和 UUC都是苯丙氨酸的密码子，UCU、UCC、UCA、UCG、AGU和AGC都是丝氨酸的密 码子，同一氨基酸的不同密码子称为同义密码子。64个密码子中61个密码子代表一定的 氨基酸，只有3个密码子不代表任何氨基酸，为肽链合成的终止信号。 2、起始信号与终止信号 64个密码子中，61个代表氨基酸。另有3个密码子(UAA、UAG、UGA)为肽链的 终止密码子(terminator codon)不代表任何氨基酸，为终止信号。密码子AUG具有特殊 性，不仅代表甲硫氨酸，如果位于mRNA起始部位，它还代表肽链合成的起始密码子 (initiator codon)。起始密码子常在mRNA的5端附近。作为起始信号的AUG与其局部构 象有关，而局部构象常取决于AUG邻近核苷酸序列。 3、方向性与无间隔性 mRNA的起动信号到终止信号的排列是有一定方向性的。起动信号总是位于mRNA
2 第一节 参与蛋白质生物合成的物质 参与蛋白质合成的物质，除氨基酸外，还有 mRNA（“模板”）、tRNA（“特异的搬运工 具”）、核糖体（“装配机”）、有关的酶（氨基酰 tRNA 合成酶与某些蛋白质因子），以及 ATP、 GTP 等供能物质与必要的无机离子等。 一、mRNA 是合成蛋白质的直接模板 蛋白质是在胞质中合成的，而编码蛋白质的信息载体 DNA 却在细胞核内，所以必定 有一种中间物质用来传递 DNA 上的信息，实验证明：mRNA 是遗传信息的传递者，是蛋 白质生物合成过程中直接指令氨基酸掺入的模板，因此得名信使 RNA。 原核细胞中每种 mRNA 为多顺反子，而真核细胞中，每种 mRNA 是单顺反子的形式。 mRNA 特点：短命 原核：半衰期几秒-几分钟 真核：半衰期数小时。 功能是蛋白质合成的模板，多肽链氨基酸排列顺序就取决于 mRNA 的核苷酸的 排列 顺序。 蛋白质由 20 种氨基酸构成的，mRNA 却只有 4 种碱基，如果由一种碱基编码氨基酸， 那么 4 种碱基只能决定 4 种氨基酸；如果 2 个碱基编码一种氨基酸 也只能编码 4 2 种氨 基酸；若由 3 个碱基作为一组，可以有 4 3=64 种排列，那么就满足了编码 20 种氨基酸的 需要，实验证明：确实是 3 个碱基编码一种氨基酸。 ➢ 三联体密码：3 个连续的碱基编码一种氨基酸，即每 3 个核苷酸组成的 1 个密码子， 称为三联体密码子，简称密码子。 （一）遗传密码的特点 1、密码的简并性 研究表明，密码子（codon）共有 64 个，每个密码子是由三个核苷酸（称为三联体， triplet）组成的。有的氨基酸有多个密码子，这种现象称为简并（degenerate），如 UUU 和 UUC 都是苯丙氨酸的密码子，UCU、UCC、UCA、UCG、AGU 和 AGC 都是丝氨酸的密 码子，同一氨基酸的不同密码子称为同义密码子。64 个密码子中 61 个密码子代表一定的 氨基酸，只有 3 个密码子不代表任何氨基酸，为肽链合成的终止信号。 2、起始信号与终止信号 64 个密码子中，61 个代表氨基酸。另有 3 个密码子（UAA、UAG、UGA）为肽链的 终止密码子（terminator codon）不代表任何氨基酸，为终止信号。密码子 AUG 具有特殊 性，不仅代表甲硫氨酸，如果位于 mRNA 起始部位，它还代表肽链合成的起始密码子 （initiator codon）。起始密码子常在 mRNA 的 5′端附近。作为起始信号的 AUG 与其局部构 象有关，而局部构象常取决于 AUG 邻近核苷酸序列。 3、方向性与无间隔性 mRNA 的起动信号到终止信号的排列是有一定方向性的。起动信号总是位于 mRNA
的5'侧，终止信号总是在3'侧。mRNA分子中遗传信息具有方向性（从5'端至3y端）的排 列，决定了翻译过程肽链从N端向C端合成的方向性。mRNA的密码子之间无标点符号 隔开，所以在相应基因的DNA链上，如因突变插入一个碱基或缺失一个碱基，都会引起 mRNA的阅读框移位(frame shift),使其编码(code)的蛋白质丧失功能。 4、变偶性（摆动性） 但tRNA的反密码子中的第1个核苷酸与mRNA的第3个核苷酸（由S'端向3'端方 向计数)配对时，并不严格遵循这一原则，除AU(相当于DNA中的T)GC可以配 对外，U一G,I一C,I一A亦可相配（表14-2），此种配对称为摆动配对(wobble base pair) 或不稳定配对。 5、基本通用性(universal 从细菌到人，遗传密码可以通用，这一点不仅为地球上的生物来自同一起源的进化学 说提供有力依据，而且使我们有可能利用细菌等生物制造人类蛋白质。但遗传密码的通用 性有个别例外。如哺乳动物线粒体的蛋白质合成体系中，UAG不代表终止信号而代表色氨 酸，由AGA与AGG代表终止信号，CUA、AUA不代表亮氨酸，却分别代表苏氨酸和蛋氨 酸等。 二、氨基酸的“搬运工具”一RNA (一)同功tRNA 体内的20种氨基酸都各有其特定的tRNA,而且一种氨基酸常有数种tRNA,在ATP 和酶的存在下，它可与特定的氨基酸结合。每个tRNA都有1个由3个核苷酸编成的特珠 的反密码子(anticodon)。此反密码子可以根据碱基配对的原则，与mRNA上对应的密码 子相配合。tRNA上的反密码子，只有与mRNA上的密码子相对应时，才能结合。因此， 在翻译时，带着不同氨基酸的各个tRNA就能准确地在核糖体上与mRNA的密码子对号入 座。每种氨基酸都有2-6种各自特异的tRNA,它们之间的特异性是靠氨酰tRNA合成酶来 识别的。这样，携带相同氨基酸而反密码子不同的一组tRNA称为同功tRNA,它们在细 胞内合成量上有多和少的差别，分别称为主要tRNA和次要tRNA。 (二)起始tRNA与普通tRNA 普通tRNA只在肽链延长阶段起作用。例如RNAmet就是普通tRNA中的一员，上标 met表示它是甲硫氨酸的tRNA,可携带甲硫氨酸，识别mRNA非起始部位的AUG。 起始tRNA(tRNAme)与众不同，下标“T代表起始((nion)。它在蛋白质合成的起 始中起重要作用，它是识别mRNA起始部位AUG的tRNA。此种tRNA在真核生物携带 蛋氨酸，在原核生物携带经过甲酰化的甲硫氨酸。甲酰甲硫氨酰RNAmet是甲硫氨酰 RNAe在原核生物中经甲硫氨酰tRNA转甲酰基酶催化后的产物， 原核tRNAMeim一将Met运到肽链中间。 tRNAfMetr一携带甲酰蛋氨酰参于蛋白质合成的起始
3 的 5′侧，终止信号总是在 3′侧。mRNA 分子中遗传信息具有方向性（从 5′端至 3′端）的排 列，决定了翻译过程肽链从 N 端向 C 端合成的方向性。mRNA 的密码子之间无标点符号 隔开，所以在相应基因的 DNA 链上，如因突变插入一个碱基或缺失一个碱基，都会引起 mRNA 的阅读框移位（frame shift），使其编码（code）的蛋白质丧失功能。 4、变偶性（摆动性） 但 tRNA 的反密码子中的第 1 个核苷酸与 mRNA 的第 3 个核苷酸（由 5′端向 3′端方 向计数）配对时，并不严格遵循这一原则，除 A—U（相当于 DNA 中的 T）G—C 可以配 对外，U—G，I—C，I—A 亦可相配（表 14-2），此种配对称为摆动配对（wobble base pair） 或不稳定配对。 5、基本通用性（universal） 从细菌到人，遗传密码可以通用，这一点不仅为地球上的生物来自同一起源的进化学 说提供有力依据，而且使我们有可能利用细菌等生物制造人类蛋白质。但遗传密码的通用 性有个别例外。如哺乳动物线粒体的蛋白质合成体系中，UAG 不代表终止信号而代表色氨 酸，由 AGA 与 AGG 代表终止信号，CUA、AUA 不代表亮氨酸,却分别代表苏氨酸和蛋氨 酸等。 二、氨基酸的“搬运工具”—tRNA （一）同功 tRNA 体内的 20 种氨基酸都各有其特定的 tRNA，而且一种氨基酸常有数种 tRNA，在 ATP 和酶的存在下，它可与特定的氨基酸结合。每个 tRNA 都有 1 个由 3 个核苷酸编成的特珠 的反密码子（anticodon）。此反密码子可以根据碱基配对的原则，与 mRNA 上对应的密码 子相配合。tRNA 上的反密码子，只有与 mRNA 上的密码子相对应时，才能结合。因此， 在翻译时，带着不同氨基酸的各个 tRNA 就能准确地在核糖体上与 mRNA 的密码子对号入 座。每种氨基酸都有 2-6 种各自特异的 tRNA，它们之间的特异性是靠氨酰 tRNA 合成酶来 识别的。这样，携带相同氨基酸而反密码子不同的一组 tRNA 称为同功 tRNA，它们在细 胞内合成量上有多和少的差别，分别称为主要 tRNA 和次要 tRNA。 （二）起始 tRNA 与普通 tRNA 普通 tRNA 只在肽链延长阶段起作用。例如 tRNAmet 就是普通 tRNA 中的一员，上标 “met”表示它是甲硫氨酸的 tRNA，可携带甲硫氨酸，识别 mRNA 非起始部位的 AUG。 起始 tRNA（tRNAi met）与众不同，下标“i”代表起始 (initiation)。它在蛋白质合成的起 始中起重要作用，它是识别 mRNA 起始部位 AUG 的 tRNA。此种 tRNA 在真核生物携带 蛋氨酸，在原核生物携带经过甲酰化的甲硫氨酸。甲酰甲硫氨酰 tRNAi met 是甲硫氨酰 tRNAi met 在原核生物中经甲硫氨酰 tRNA 转甲酰基酶催化后的产物。 原核 :tRNAMetm—将 Met 运到肽链中间。 tRNAfMetf—携带甲酰蛋氨酰参于蛋白质合成的起始
真核：tRNAMet一将Met运到肽链中间。 tRNAMet-一携带Met参于蛋白质合成的起始。 三、肽链合成的“装配机”一核糖体 核糖体由大小不同的两个亚基所组成，这两个亚基分别由不同的RNA分子（称为 RNA)与多种蛋白质分子共同构成的。原核生物的核糖体为70S,由30S小亚基与50S大 亚基组成：真核生物的核糖体为80S,由30S小亚基与50S大亚基组成。 细胞类型 核糖体类型大亚 RNA 蛋白质 原核细及 5.23 34种 真核细叶绿体、线粒 705 21种 0 真核细 40 18S 30种 胞质中的核糖体分为两类，一类附着于粗面内质网，主要参与白蛋白，胰岛素等分泌 蛋白质的合成：另一类游离于胞质，主要参与细胞固有蛋白质的合成。 (一)转肽酶以及给位与受位 核糖体相当于“装配机”能够促进tRNA所带的氨基酸缩合成肽。核糖体有2个位置分 别称为给位(donor site)与受位(acceptor site),供携带氨基酸或新生肽链的tRNA附着。 给位又称为P位(peptidyl site,肽位)：受位有时又称A位(aminoacyl site,氨基酰位)。 核糖体的大亚基具有转肽酶(transpeptidase)活性，可使附者于给位上的肽酰tRNA转移 到受位上tRNA所带氨基酸上，使两者缩合，形成肽键。 (二)多核糖体 在细胞内合成蛋白质的核糖体并不是单个核糖体，而是多个核糖体聚在一起的多核糖 体。多核糖体中的各个核糖体可在同一时间内与同一个mRNA相连，如图141。在一条 mRNA上可以同时合成多条同样的多肽链。多核糖体合成肽链的效率甚高，其每一个核糖 体每秒钟可翻译约40个密码子，即每秒钟可以合成相当于一个由40个左右氨基酸残基组 成的，分子量约为4000的多肽链。 四、翻译辅助因子 除ATP、GTP、Mg+外，还有一些蛋白质因子。真核和原核细胞参与翻译的蛋白质因
4 真核: tRNAMet—将 Met 运到肽链中间。 tRNAMetI—携带 Met 参于蛋白质合成的起始。 三、肽链合成的“装配机”—核糖体 核糖体由大小不同的两个亚基所组成，这两个亚基分别由不同的 RNA 分子（称为 rRNA）与多种蛋白质分子共同构成的。原核生物的核糖体为 70S，由 30S 小亚基与 50S 大 亚基组成；真核生物的核糖体为 80S，由 30S 小亚基与 50S 大亚基组成。 胞质中的核糖体分为两类，一类附着于粗面内质网，主要参与白蛋白，胰岛素等分泌 蛋白质的合成；另一类游离于胞质，主要参与细胞固有蛋白质的合成。 （一）转肽酶以及给位与受位 核糖体相当于“装配机”能够促进 tRNA 所带的氨基酸缩合成肽。核糖体有 2 个位置分 别称为给位（donor site）与受位（acceptor site），供携带氨基酸或新生肽链的 tRNA 附着。 给位又称为 P 位（peptidyl site，肽位）；受位有时又称 A 位（aminoacyl site，氨基酰位）。 核糖体的大亚基具有转肽酶（transpeptidase）活性，可使附着于给位上的肽酰 tRNA 转移 到受位上 tRNA 所带氨基酸上，使两者缩合，形成肽键。 （二）多核糖体 在细胞内合成蛋白质的核糖体并不是单个核糖体，而是多个核糖体聚在一起的多核糖 体。多核糖体中的各个核糖体可在同一时间内与同一个 mRNA 相连，如图 14-1。在一条 mRNA 上可以同时合成多条同样的多肽链。多核糖体合成肽链的效率甚高，其每一个核糖 体每秒钟可翻译约 40 个密码子，即每秒钟可以合成相当于一个由 40 个左右氨基酸残基组 成的，分子量约为 4 000 的多肽链。 四、翻译辅助因子 除 ATP、GTP、Mg2+外，还有一些蛋白质因子。真核和原核细胞参与翻译的蛋白质因 子
阶段原核 真核 IF1、IF2、 elFl、eIF2、 起始 IF3 elF3、elF4 等至少9种 EF-Tu 延长 EFI EF-Ts EF2 EF-G 移位RF1 因子 RF RF-2 原核细胞7OS核糖体的A位、P位及mRNA结合部位示意图 纷天 A合威楼登 50s L山 3 mRNA 30S 与mRNA结合部位 第二节蛋白质的合成过程 原核生物蛋白质生物合成的具体步骤包括：氨基酸的活化与转运、多肽链合成的起始 肽链的延长、肽链的终止和释放。 一、氨基酸的活化与转运 在蛋白质分子中，氨基酸借其—N基及一COOH基互相联结成肽。氨基酸的活化过 程及其活化后与相应tRNA的结合过程，都是由同一类酶所催化：此类酶称为氨基酰tRNA 合成酶(aminoacyl--tRNA synthetase)。氨基酰tRNA合成酶催化的反应必须有ATP参加， 其反应步骤如下： (一)氨基酸的活化与转运是酶促需能反应 在进行合成多肽链之前，必须先经过活化，然后再与其特异的tRNA结合，带到mRNA 相应的位置上，这个过程靠氨酰：RNA合成酶催化，此酶催化特定的氨基酸与特异的tRNA 相结合，生成各种氨酰-RNA。 5
5 原核细胞70S核糖体的A位、P位及mRNA结合部位示意图 30S 与mRNA结合部位 P位（结合或接受 肽基的部位） A位（结合或接受 AA- tRNA的部位） 50S P位（结合或接受 肽基的部位） A位（结合或接受 AA- tRNA的部位） 50S 5 3 mRNA 5 3 mRNA 第二节 蛋白质的合成过程 原核生物蛋白质生物合成的具体步骤包括：氨基酸的活化与转运、多肽链合成的起始、 肽链的延长、肽链的终止和释放。 一、氨基酸的活化与转运 在蛋白质分子中，氨基酸借其—NH2 基及—COOH 基互相联结成肽。氨基酸的活化过 程及其活化后与相应 tRNA 的结合过程，都是由同一类酶所催化；此类酶称为氨基酰 tRNA 合成酶（aminoacyl-tRNA synthetase）。氨基酰 tRNA 合成酶催化的反应必须有 ATP 参加， 其反应步骤如下： （一）氨基酸的活化与转运是酶促需能反应 在进行合成多肽链之前，必须先经过活化，然后再与其特异的 tRNA 结合，带到 mRNA 相应的位置上，这个过程靠氨酰-tRNA 合成酶催化，此酶催化特定的氨基酸与特异的 tRNA 相结合，生成各种氨酰-tRNA。 阶段 原核 真核 起始 IF1、IF2、 IF3 eIF1、eIF2、 eIF3 、 eIF4 等至少 9 种 延长 EF-Tu EF1 EF2 EF-Ts EF-G 移 位 因子 RF-1 RF RF-2
分三步： 1、形成酶-氨基酸ATP复合物 氨基酸+ATP+酶→[氨基酸ATP]·酶 2、形成酶氨基酸-AMP复合物 [AA.ATP]酶→[氨基酸.AMP]酶+PPi 3、形成氨酰-tRNA [AA.AMP卧酶+tRNA一→氨酰tRNA+AMP+酶 注意： (I)氨酰tRNA具有高度专一性，保证了氨基酸与其特定的tRNA准确匹配，从而 为蛋白质生物合成的保真度作出贡献。基酰tRNA合成酶分子中有两个位点：一个位点能 从多种氨基酸中选出与其对应的一种，与专一氨基酸结合：另一位点为水解位点，在酶与 专一RNA分子结合后，起校对作用，将错误结合的氨基酸水解释放。 (2)消耗两个高能磷酸键。 (3)AA的活化部分是羧基。在氨酰一RNA中氨基酸的羧基通过高能酯键连接在 tRNA3'端CCA腺苷酸残基3'一或2‘一羟基上：一旦酰基化后，便可在3‘或2‘位 间转移，在转肽时，可能只有在3·羟基上时才有活力。 二、肽链合成的起始 (一)起始氨基酸及起始tRNA Met-ARNAF+NIO.甲酰四氢中酸 一fMet-tRNAfMe甲酰化酶) (二)30S起始复合体的形成 原核生物mRNA的5'端与起始信号之间，相距约25个核苷酸，此处存在富含嘌呤区 (如AGGA或GAGG),称为Shine--Dalgamo(SD)序列。核糖体30S亚基的16 S rRNA 有一相应的富含嘧啶区可与SD序列互补。由此，30S亚基在IF3与IF1的促进下，与mRNA 的起始部位结合。 30S起始复合体是由30S亚基、mRNA、甲酰甲硫氨酰及IF1、IF2、F3与 G卫共同构成。 (三)70S起始复合体的形成 7OS起始复合体由大、小亚基，mRNA与甲酰甲硫氨酰tRNAmet共同构成。其中甲 酰甲硫氨酰tRNA:met f的反密码子CAU恰好互补地与mRNA中的起动信号AUG相结合 三、肽链延长 这一阶段，与mRNA上的密码子相适应，新的氨基酸不断被相应特异的tRNA运至核 糖体的受位，形成肽链。同时，核糖体从mRNA的5端向3端不断移位以推进翻译过程 肽链延长阶段需要称为延长因子(elongation factors)的蛋白质，GTP,Mg2+与K*的参与。 肽链延长阶段的具体步骤如下： 6
6 分三步： 1、形成酶-氨基酸-ATP 复合物 氨基酸+ATP+酶→[氨基酸•ATP] •酶 2、形成酶-氨基酸-AMP 复合物 [AA.ATP]·酶→[氨基酸.AMP]·酶+PPi 3、形成氨酰-tRNA [AA.AMP]·酶+tRNA→氨酰 tRNA+AMP+酶 注意： （1）氨酰 tRNA 具有高度专一性，保证了氨基酸与其特定的 tRNA 准确匹配，从而 为蛋白质生物合成的保真度作出贡献。基酰 tRNA 合成酶分子中有两个位点：一个位点能 从多种氨基酸中选出与其对应的一种，与专一氨基酸结合；另一位点为水解位点，在酶与 专一 tRNA 分子结合后，起校对作用，将错误结合的氨基酸水解释放。 （2）消耗两个高能磷酸键。 （3）AA 的活化部分是羧基。在氨酰—tRNA 中氨基酸的羧基通过高能酯键连接在 tRNA3ˊ端 CCA 腺苷酸残基 3ˊ—或 2ˊ—羟基上；一旦酰基化后，便可在 3ˊ或 2ˊ位 间转移，在转肽时，可能只有在 3ˊ羟基上时才有活力。 二、肽链合成的起始 （一）起始氨基酸及起始 tRNA Met-tRNAf+N10-甲酰四氢中酸 fMet-tRNAfMet(甲酰化酶) （二）30S 起始复合体的形成 原核生物 mRNA 的 5′端与起始信号之间，相距约 25 个核苷酸，此处存在富含嘌呤区 （如 AGGA 或 GAGG），称为 Shine-Dalgarno（SD）序列。核糖体 30S 亚基的 16S rRNA 有一相应的富含嘧啶区可与 SD 序列互补。由此，30S 亚基在 IF3 与 IF1 的促进下，与 mRNA 的起始部位结合。 30S 起始复合体是由 30S 亚基、mRNA、甲酰甲硫氨酰 tRNAi met 及 IF1、IF2、IF3 与 GTP 共同构成。 （三）70S 起始复合体的形成 70S 起始复合体由大、小亚基，mRNA 与甲酰甲硫氨酰 tRNAi met 共同构成。其中甲 酰甲硫氨酰 tRNAi met 的反密码子 CAU 恰好互补地与 mRNA 中的起动信号 AUG 相结合。 三、肽链延长 这一阶段，与 mRNA 上的密码子相适应，新的氨基酸不断被相应特异的 tRNA 运至核 糖体的受位，形成肽链。同时，核糖体从 mRNA 的 5’端向 3’端不断移位以推进翻译过程。 肽链延长阶段需要称为延长因子（elongation factors）的蛋白质，GTP，Mg2+与 K+的参与。 肽链延长阶段的具体步骤如下：
1、进位与上一阶段所产生的复合物（图14-3中的70S起始复合体）受位上mRNA密码 子相对应的氨基酰tRNA(图14-4)进入受位。此步需要肽链延长因子EFTù与EF下s(图 14-5)。EFTu的作用是促进氨基酰tRNA与核糖体的受位结合，而EFTs是促进EFTu的再 利用。 2.转肽50S亚基的给位有转肽酶的存在，可催化肽键形成，此时在转肽酶的催化下，将 给位上tRNA所携的甲酰甲硫氨酰（或肽酰）转移给受位上新进入的氨基酰tRNA,与其 所带的氨基酰（图144）的氨基结合，形成肽键。此步需要Mg2+与K+的存在（图14-6）。 3.移位核糖体向mRNA的3'端挪动相当于一个密码子的距离，使下一个密码子（图14-4） 准确定位在受位，同时带有肽链的tRNA由受位移至给位，此步需要肽链延长因子EFG(又 称转位酶，translocase)、以Mg2+与供给能量的GTP。近来发现核糖体在受(A)、给(P)位 外，还有tRNA的另一结合位置，即tRNA排“出位(exit site,E位)”。氨基酰脱落后的tRNA 先移至E位。 4.脱落当A位进入新的氨基酰tRNA后，空载的tRNA从核糖体的E位脱落。 以后肽链上每增加一个氨基酸残基，就需要进位（新的氨基酰tRNA进入“受位”），转 肽（形成新的肽键），移位（核糖体挪动的同时，原在“受位”带有肽链的tRNA转到“给位”） 和脱落（失去氨基酰的tRNA在“出位”上脱落）。如此一遍一遍地重复，直到肽链增长到必 要的长度。 在肽链延长阶段中，每生成一个肽键，都需要直接从2分子GTP(移位时与进位时各 1)获得能量，即消耗2个高能磷酸键化合物：但考虑到氨基酸被活化生成氨基酰RNA时， 己消耗了2个高能磷酸键（见前），所以在蛋白质合成过程中，每生成一个肽键，实际上 共需消耗4个高能磷酸键。 四，肽链合成的终止与释放 原核生物的RF有3种。RF1识别终止信号UAA或UAG,RF2识别UAA或UGA, RF3可与GTP结合，水解GTP为GDP与磷酸，协助RF1与RF2。RF使大亚基给位"的 转肽酶不起转肽作用，而起水解作用。转肽酶水解“给位”上tRNA与多肽链之间的酯键， 使多肽链脱落。RF、核糖体及tRNA亦渐次脱离。 五、真核生物翻译的特点 ①真核生物的蛋白质合成与mRNA的转录生成不偶联。 ②mRNA戴帽”，有“尾”，为单顺反子。 ③核糖体大而复杂。④真核生物的合成过程中的蛋白因子与原核生物的不同。 ④真核生物蛋白质合成的调控更为复杂。 ⑤真核生物与原核生物的蛋白质合成可为不同的抑制剂所抑制。 7
7 1、进位 与上一阶段所产生的复合物（图 14-3 中的 70S 起始复合体）受位上 mRNA 密码 子相对应的氨基酰 tRNA（图 14-4）进入受位。此步需要肽链延长因子 EFTu 与 EFTs（图 14-5）。EFTu 的作用是促进氨基酰 tRNA 与核糖体的受位结合，而 EFTs 是促进 EFTu 的再 利用。 2．转肽 50S 亚基的给位有转肽酶的存在，可催化肽键形成，此时在转肽酶的催化下，将 给位上 tRNA 所携的甲酰甲硫氨酰（或肽酰）转移给受位上新进入的氨基酰 tRNA，与其 所带的氨基酰（图 14-4）的氨基结合，形成肽键。此步需要 Mg2+与 K+的存在（图 14-6）。 3．移位 核糖体向 mRNA 的 3′端挪动相当于一个密码子的距离，使下一个密码子（图 14-4） 准确定位在受位，同时带有肽链的 tRNA 由受位移至给位，此步需要肽链延长因子 EFG(又 称转位酶，translocase)、Mg2+与供给能量的 GTP。近来发现核糖体在受（A）、给（P）位 外，还有 tRNA 的另一结合位置，即 tRNA 排“出位（exit site, E 位）”。氨基酰脱落后的 tRNA 先移至 E 位。 4．脱落 当 A 位进入新的氨基酰 tRNA 后，空载的 tRNA 从核糖体的 E 位脱落。 以后肽链上每增加一个氨基酸残基，就需要进位（新的氨基酰 tRNA 进入“受位”），转 肽（形成新的肽键），移位（核糖体挪动的同时，原在“受位”带有肽链的 tRNA 转到“给位”） 和脱落（失去氨基酰的 tRNA 在“出位”上脱落）。如此一遍一遍地重复，直到肽链增长到必 要的长度。 在肽链延长阶段中，每生成一个肽键，都需要直接从 2 分子 GTP（移位时与进位时各 1）获得能量，即消耗 2 个高能磷酸键化合物；但考虑到氨基酸被活化生成氨基酰 tRNA 时， 已消耗了 2 个高能磷酸键（见前），所以在蛋白质合成过程中，每生成一个肽键，实际上 共需消耗 4 个高能磷酸键。 四．肽链合成的终止与释放 原核生物的 RF 有 3 种。RF1 识别终止信号 UAA 或 UAG，RF2 识别 UAA 或 UGA， RF3 可与 GTP 结合，水解 GTP 为 GDP 与磷酸，协助 RF1 与 RF2。RF 使大亚基“给位”的 转肽酶不起转肽作用，而起水解作用。转肽酶水解“给位”上 tRNA 与多肽链之间的酯键， 使多肽链脱落。RF、核糖体及 tRNA 亦渐次脱离。。 五、真核生物翻译的特点 ①真核生物的蛋白质合成与 mRNA 的转录生成不偶联。 ②mRNA 戴“帽”，有“尾”， 为单顺反子。 ③核糖体大而复杂。④真核生物的合成过程中的蛋白因子与原核生物的不同。 ④真核生物蛋白质合成的调控更为复杂。 ⑤真核生物与原核生物的蛋白质合成可为不同的抑制剂所抑制
第三节翻译后加工 肽链合成的结束，并不一定意味着具有正常生理功能的蛋白质分子己经生成。己知很 多蛋白质在肽链合成后还需经过一定的加工(processing)或修饰，由几条肽链构成的蛋白 质和带有辅基的蛋白质，其各个亚单位必须互相聚合才能成为完整的蛋白质分子。 一、肽链的合成后加工与修饰 某些蛋白质在其肽链合成结束后，还需要进一步加工，修饰才能转变为具有正常生理 功能的蛋白质。 (一)多肽链的折叠 二硫键异构酶、肽基脯氨酰异构酶、分子伴侣。 (二)末端AA的去甲酰化和N甲硫氨酸的切除 (三)二硫键的形成 二硫键由两个半胱氨酸残基形成，对维持蛋白质立体结构起重要作用，如核糖核酸酶 合成后，肽链中8个半胱氨酸残基构成了4对二硫键，此4对二硫键对它的酶活性是必要 的。 (四)个别氨基酸残基的化学修饰 组蛋白)、甲基化、ADP核糖化、羟化等。胶原蛋白的前体在合成后，经羟化，其肽 链中的脯氨酸及赖氨酸残基可分别转变为羟脯氨酸及羟赖氨酸残基。 (五)蛋白质前体中不必要肽段的切除 8
8 第三节 翻译后加工 肽链合成的结束，并不一定意味着具有正常生理功能的蛋白质分子已经生成。已知很 多蛋白质在肽链合成后还需经过一定的加工（processing）或修饰，由几条肽链构成的蛋白 质和带有辅基的蛋白质，其各个亚单位必须互相聚合才能成为完整的蛋白质分子。 一、肽链的合成后加工与修饰 某些蛋白质在其肽链合成结束后，还需要进一步加工，修饰才能转变为具有正常生理 功能的蛋白质。 （一）多肽链的折叠 二硫键异构酶、肽基脯氨酰异构酶、分子伴侣。 （二）末端 AA 的去甲酰化和 N-甲硫氨酸的切除 （三）二硫键的形成 二硫键由两个半胱氨酸残基形成，对维持蛋白质立体结构起重要作用，如核糖核酸酶 合成后，肽链中 8 个半胱氨酸残基构成了 4 对二硫键，此 4 对二硫键对它的酶活性是必要 的。 （四）个别氨基酸残基的化学修饰 组蛋白）、甲基化、ADP-核糖化、羟化等。胶原蛋白的前体在合成后，经羟化，其肽 链中的脯氨酸及赖氨酸残基可分别转变为羟脯氨酸及羟赖氨酸残基。 （五）蛋白质前体中不必要肽段的切除
【思考题】 1.简答核糖体的结构与功能。 2.简答tRNA在蛋白质合成过程中的功能。 3.什么是“三联体密码？mRNA上的遗传密码为AUGGACGAAUAGUGA时，多肽 链的氨基酸排列顺序是什么？ 4.以G、C两种多个核苷酸任意排列的共聚多核苷酸作模板时，可出现哪几种三联体？ 怎样测知每个三联体所代表的密码氨基酸？ 5.简述蛋白质生物合成的过程。 6.一个蛋白质的分子量是50000，为它编码的一个基因DNA的分子量大约是多少？ 为便于计算，氨基酸的平均分子量以100计，核苷酸对的平均分子量以670计)。 7.噬菌体M13的碱基组成如下：A=23%,T=36%,G=20%,C-21%,当DNA从83℃ 加热到88℃时，在260nm的吸收有何变化？ 8.计算下列三个基因的平均长度(nm)和平均重量。 (1)为tRNA编码的基因(90个单核苷酸) (2)为牛胰核糖核酸编码的基因(124个氨基酸) (3)为肌球蛋白编码的基因(1800个氨基酸) 9.单个人类细胞内存在的所有DNA,其总长度约为2米，相当于5.5×10碱基对，假 设DNA中有13是多余的，不能用来做蛋白质合成的密码，并设每一基因含有900对碱基 试计算单个人类细胞DNA含有多少基因？ 9
9 【思考题】 1．简答核糖体的结构与功能。 2．简答 tRNA 在蛋白质合成过程中的功能。 3．什么是“三联体密码”？mRNA 上的遗传密码为 AUGGACGAAUAGUGA 时，多肽 链的氨基酸排列顺序是什么？ 4．以 G、C 两种多个核苷酸任意排列的共聚多核苷酸作模板时，可出现哪几种三联体？ 怎样测知每个三联体所代表的密码氨基酸？ 5．简述蛋白质生物合成的过程。 6．一个蛋白质的分子量是 50000，为它编码的一个基因 DNA 的分子量大约是多少？ 为便于计算，氨基酸的平均分子量以 100 计，核苷酸对的平均分子量以 670 计）。 7．噬菌体 M13 的碱基组成如下：A=23%，T=36%，G=20%，C=21%，当 DNA 从 83℃ 加热到 88℃时，在 260nm 的吸收有何变化？ 8．计算下列三个基因的平均长度（nm）和平均重量。 （1）为 tRNA 编码的基因（90 个单核苷酸） （2）为牛胰核糖核酸编码的基因（124 个氨基酸） （3）为肌球蛋白编码的基因（1800 个氨基酸） 9．单个人类细胞内存在的所有 DNA，其总长度约为 2 米，相当于 5.5×109 碱基对,假 设 DNA 中有 1/3 是多余的，不能用来做蛋白质合成的密码,并设每一基因含有 900 对碱基, 试计算单个人类细胞 DNA 含有多少基因?
