第九章蛋白质的生物合成 蛋白质的生物合成在细胞代谢中占有十分重要的地位。目前己经完全清楚,贮存遗传 信息的DNA并不是蛋白质合成的直接模板,DNA上的遗传信息需要通过转录传递给 mRNA。mRNA才是蛋白质合成的直接模板。mRNA是由4种核苷酸构成的多核苷酸,而 蛋白质是由20种左右的氨基酸构成的多肽,它们之间遗传信息的传递与从一种语言翻译成 另一种语言时的情形相似。所以人们称以mRNA为模板合成蛋白质的过程为翻译或转译 (translation) 翻译的过程十分复杂,几乎涉及到细胞内所有种类的RNA和几十种蛋白质因子。蛋 白质合成的场所是核糖体,合成的原料是氨基酸,反应所需能量由AP和GTP提供。蛋 白质合成的早期研究工作都是用大肠杆菌的无细胞体系进行的,所以对大肠杆菌的蛋白质 合成机理了解最多。真核细胞蛋白质合成的机理与大肠杆菌的有许多相似之处。 第一节遗传密码 任何一种天然多肽都有其特定的严格的氨基酸序列。有机界拥有100~101种不同的 蛋白质,构成数目这么庞大的不同的多肽的单体却只有20种氨基酸。氨基酸在多肽中的不 同排列次序是蛋白质多样性的基础。目前已经清楚,多肽上氨基酸的排列次序最终是由 DNA上核苷酸的排列次序决定的,而直接决定多肽上氨基酸次序的却是mRNA。不论是 DNA还是mRNA,基本上都由4种核苷酸构成。这4种核苷酸如何编制成遗传密码,遗 传密码又如何被翻译成20种氨基酸组成的多肽,这就是蛋白质生物合成中的遗传密码的翻 译问题 、密码单位 用数学方法推算,如果mRNA分子中的一种碱基编码一种氨基酸,那么4种碱基只能 决定4种氨基酸,而蛋白质分子中的氨基酸有20种,所以显然是不行的。如果由mRNA 分子中每2个相邻的碱基编码一种氨基酸,也只能编码43=-16种氨基酸,仍然不够。如果 采用每3个相邻的碱基为一个氨基酸编码,则4=64,可以满足20种氨基酸编码的需要 所以这种编码方式的可能性最大。应用生物化学和遗传学的研究技术,已经充分证明了是 mRNA上三个相邻的碱基编码一个氨基酸。所以叫三联体密码或密码子( codon) 首先介绍一下生物化学方面的证明。1961年 Nirenberg等用大肠杆菌无细胞体系,外 加20种标记氨基酸混合物及PoyU,经保温反应后,发现只有苯丙氨酸的多聚体。显然 Poly L起了信使RNA的作用。所以UUU是编码苯丙氨酸的密码子。289 第九章 蛋白质的生物合成 蛋白质的生物合成在细胞代谢中占有十分重要的地位。目前已经完全清楚，贮存遗传 信息的 DNA 并不是蛋白质合成的直接模板，DNA 上的遗传信息需要通过转录传递给 mRNA。mRNA 才是蛋白质合成的直接模板。mRNA 是由 4 种核苷酸构成的多核苷酸，而 蛋白质是由 20 种左右的氨基酸构成的多肽，它们之间遗传信息的传递与从一种语言翻译成 另一种语言时的情形相似。所以人们称以 mRNA 为模板合成蛋白质的过程为翻译或转译 (translation)。 翻译的过程十分复杂，几乎涉及到细胞内所有种类的 RNA 和几十种蛋白质因子。蛋 白质合成的场所是核糖体，合成的原料是氨基酸，反应所需能量由 ATP 和 GTP 提供。蛋 白质合成的早期研究工作都是用大肠杆菌的无细胞体系进行的，所以对大肠杆菌的蛋白质 合成机理了解最多。真核细胞蛋白质合成的机理与大肠杆菌的有许多相似之处。 第一节 遗传密码 任何一种天然多肽都有其特定的严格的氨基酸序列。有机界拥有 1010～1011 种不同的 蛋白质，构成数目这么庞大的不同的多肽的单体却只有 20种氨基酸。氨基酸在多肽中的不 同排列次序是蛋白质多样性的基础。目前已经清楚，多肽上氨基酸的排列次序最终是由 DNA 上核苷酸的排列次序决定的，而直接决定多肽上氨基酸次序的却是 mRNA。不论是 DNA 还是 mRNA，基本上都由 4 种核苷酸构成。这 4 种核苷酸如何编制成遗传密码，遗 传密码又如何被翻译成 20 种氨基酸组成的多肽，这就是蛋白质生物合成中的遗传密码的翻 译问题。 一、密码单位 用数学方法推算，如果 mRNA 分子中的一种碱基编码一种氨基酸，那么 4 种碱基只能 决定 4 种氨基酸，而蛋白质分子中的氨基酸有 20 种，所以显然是不行的。如果由 mRNA 分子中每 2 个相邻的碱基编码一种氨基酸，也只能编码 4 2=16 种氨基酸，仍然不够。如果 采用每 3 个相邻的碱基为一个氨基酸编码，则 4 3=64，可以满足 20种氨基酸编码的需要。 所以这种编码方式的可能性最大。应用生物化学和遗传学的研究技术，已经充分证明了是 mRNA 上三个相邻的碱基编码一个氨基酸。所以叫三联体密码或密码子(codon)。 首先介绍一下生物化学方面的证明。1961 年 Nirenberg 等用大肠杆菌无细胞体系，外 加 20 种标记氨基酸混合物及 Poly U，经保温反应后，发现只有苯丙氨酸的多聚体。显然 Poly U 起了信使 RNA 的作用。所以 UUU 是编码苯丙氨酸的密码子