王镜岩-生物化学(第三版)配套练习及详解第十章 蛋白质的生物合成

第十章  蛋白质的生物合成

I 主要内容

本章重点讲了蛋白质合成组成体系及蛋白质合成机制两方面问题。

    基因有两种功能，一个是复制的功能，一个是表达的功能。通过复制，亲代的遗传信息可以传递到子代，使子代获得和亲代完全相同的遗传信息，而传到子代的遗传信息只有通过基因的表达，才有可能使子代获得和亲代相同的遗传性状。蛋白质的生物合成涉及mRNA、tRNA、rRNA三种RNA分子及许多的蛋白质因子共同作用。

一、mRNA与遗传密码

    mRNA分子上特定的核苷酸顺序就是蛋白质合成所需全部信息的直接来源。通常人们将mRNA分子上核苷酸顺序与蛋白质分子中氨基酸排列顺序间的对应关系称为遗传密码，mRNA分子中顺序相连的三个核苷酸可以代表一个特定的氨基酸或其它的含义称密码子或三联体密码。遗传密码具有通用性、兼并性、方向性和无间隔性、专门的起始密码和终止密码等特性。

二、rRNA及核糖体

    核糖体是蛋白质合成的部位，它由约60% 蛋白质和40%的RNA组成；核糖体上有许多与蛋白质合成有关的功能部位，主要包括A-位（氨酰-tRNA结合部位）、P-位（起始氨酰-tRNA及正在延长中的肽酰 基的结合部位）、肽酰转移酶部位、EF-Tu等功能位点或部位。 

三、tRNA

tRNA在蛋白质的合成中起活化氨基酸的载体及遗传密码的解读功能。tRNA上的-CCA部位是氨基酸携带位点，D- 环是氨酰-tRNA 合成酶识别位点，TC- 环是核糖体附着位点，反密码环则是密码子的识别位点。

四、蛋白质生物合成的分子机制

蛋白质的合成过程可以分成AA活化、肽链合成的起始、延长、终止、肽链的合成后加工五个阶段。

（一）氨基酸的活化

（二）核糖体上肽链的合成

肽链合成的起始、延长和终止三个阶段均在核糖体上进行。

1．肽链合成的起始     

肽链合成的起始需要70S核糖体、甲酰甲硫氨酰-tRNAfMet、mRNA、起始因子及GTP参加。

2. 肽链的延长

肽链的延长涉及进位、转肽、移位三个不断重复的反应步骤：（1）进位  与A-位密码子对应的氨酰-tRNA进入A-位的作用；（2）转肽  位于P-位的甲酰甲硫氨酰基或正在延长之中的肽基会转移到A-位以其羧其和新进入的氨基酸的氨基形成肽键，催化这个反应的酶是肽基转移酶；（3）移位  原来位于P位的空载的tRNA从核糖体上释放出来，核糖体在延伸因子G（移位酶）作用下，沿mRNA的5′→3′方向相对移动一个密码子单位。

3．肽链合成的终止和释放

（1）终止密码进入A-位。（2）终止因子进入A位，识别终止密码，RF1识别UAA、UAG，RF2识别UAA、UGA，使肽基转移酶活力转变成酯酶活性，使肽链羧基与tRNA羟基间的酯键水解，释放出来。

   （三）多肽的合成后加工

    1.多肽合成后的定向运输

    蛋白质在核糖体上合成后要根据其需要被运输到相应的部位发挥作用，不同部位的蛋白质可以不同的方式进行合成及运输。

     2.蛋白质的合成后加工

许多蛋白在刚由核糖体合成时往往没有活性，还需要有一个合成后加工过程。

蛋白质空间结构的形成主要取决于蛋白质中氨基酸的排列顺序和蛋白质所外的环境条件。除此之外，某些生物体内蛋白质精确空间结构的形成，可能还需要某些蛋白质的辅助作用，这些蛋白质称为分子伴侣或监护蛋白。

   （四）GTP在蛋白质合成中的作用及能量消耗

    GTP在蛋白质合成中最主要的作用是能量的供应，在蛋白质的合成中，氨基酸活化、进位、移位、肽链合成的起始及终止均需要消耗能量，每加入一个氨基酸活化至少需要消耗4n个高能键。

   （五）蛋白质合成的抑制剂

    五、真核生物与原核生物蛋白质合成的差异

II 习  题

一、 名词解释

1．遗传密码：

    2．变偶假说：

    3.翻译：

    4.简并密码：

二、 是非题: 判断下列每句话的意见正确与否，对的画“√”，错的画“×”，并说明理由。

1．蛋白质中氨基酸的排列顺序是在合成过程中由氨基酸与mRNA模板上的密码之间的互补作用决定的。

2．mRNA只有当自身完成时，才能指导蛋白质合成，因为起始多肽合成的核糖体结合点总是靠近mRNA最后被合成的那一端。

3.活化一分子氨基酸参入多肽链，需要两个高能键，因为一分子ATP转变成AMP和PPi，PPi水解为2Pi时推动反应向右方进行。

4.密码子AGA突变成CGA将导致错义。

5.蛋氨酸tRNA的密码子既可以是UAU，也可以是CAU。

6.在一个基因内，总是利用同样的密码子编码一个给定的氨基酸。                                                  

7．fMet-tRNAtfMet是由对fMet专一的氨酰tRNA合成酶催化形成的。

8．一条新链合成开始时，fMet-tRNAtfMet与核糖体的A位结合。

9．每一个相应的氨酰-tRNA与A位点结合，都需要一个延伸因子参加并需要消耗GTP。

10．蛋白质合成时从mRNA的5′-3′端阅读密码于，肽链的合成从氨基端开始。

11．tRNAtMet反密码子即可以是pApUpG也可以是pGpUpA。    、

12．人工合成一段多聚尿苷酸作模板进行多肽合成时，只有一种氨基酸参入。

13．氨酰-tRNA上的反密码子与mRNA的密码子相互识别，以便把它所携带的氨基酸连接在正确位置上。

14．每个tRNA上的反密码子只能识别一个密码子。

15．蛋白质正确的生物合成取决于携带氨基酸的tRNA与mRNA上的密码子之间的正确识别。

三、填空题

1．在原核细胞中新生肽链N端的第一个氨基酸是          ，必须由相应的酶切除。

2．当每个肽键形成终了时，增长的肽链以肽酰-tRNA的形式留在核糖体的        位。

3．在           过程中水解ATP的两个高能磷酸酯键释放出的能量足以驱动肽键的合成。

4．多肽合成的起始氨基酸在原核细胞中是           ，在真核细胞中是           。

5．嘌呤霉素是蛋白质合成的抑制剂，抑制的机制是                        。

6．蛋白质生物合成的终止密码于有           、          和             。

7．根据摆动假说，一个带有IGC反密码子的tRNA可识别的密码子是       、        和

         。

8．蛋白质生物合成的新生肽链从        端开始，在mRNA上阅读，密码子从      端至           。

9．肽键的形成是由          催化，该酶在合成终止时的作用是           。

    10．氨基酸活化为氨基酰tRNA时，氨基酸的__________与tRNA3'-端OH的__________形成酯键。

四、选择题

  1．用人工合成的多聚核苷酸作模板合成一条多肽：Ile-Tyr-11e-Tyr-重复序列，人工模板的核昔酸序列应该是：

     A  AUUAAUUAAUU…    B  AUAUAUAUAUAU…

     C  UAUUAUUAUUAU…     D  AUAAUAAUAAUA…

2．下列氨基酸的变化中，由于密码子中一个碱基的改变产生的是：

     A  Met转变为Arg     B  His转变为G1u

     C  G1y转变为A1a    D  Tyr转变为Val

3．利用基因工程的手段包括基因的定点突变改造蛋白质使其符合人的要求，这种技术和学科被称为：

     A  遗传工程     B  蛋白质工程

     C  细胞工程    D  染色体工程

4．引起人获得性免疫缺陷症的病毒(HIV)是：

     A  单链DNA     B  双链DNA

       C  单链RNA     D  双链RNA

5．用[α-32P]dATP标记一个DNA片段需要用：

     A  DNA聚合酶     B  DNA连接酶

       C  逆转录酶    D  多核苷酸激酶

6．在蛋白质的生物合成过程中，下列哪一步没有mRNA参与

        A  氨酰tRNA识别密码子    B  翻译的模板与核糖体结合

        C  起始因子的释放     D  催化肽键的形成

7．氨酰tRNA合成酶可以：

      A  识别密码子 B  识别反密码子

        C  识别mRNA       D  识别氨基酸

8．下列除哪个外都是原核细胞中蛋白质生物合成的必要步骤：

        A  氨酰-tRNA与核糖体的30S亚基结合

        B  氨酰-tRNA与核糖体的70S亚基结合

  C  氨酰-tRNA合成酶催化氨基酸与核糖体结合

  D  70S的核糖体分离形成30S和50S两个亚基

9．下列叙述正确的是：

    A  tRNA与氨基酸通过反密码子相互识别。

    B  氨酰-tRNA合成酶催化氨基酸与mRNA结合。

    C  tRNA的作用是携带相应的氨基酸到核糖体上，参与蛋白质的合成

    D  蛋白质的生物合成发生在线粒体内。

五、问答与计算

1．双链DNA的一条单链的顺序如下：

      (5')TCGTCGACGATGATCGGCTACTCGA(3')试写出:

      ⑴另一条DNA单链的碱基顺序；

      ⑵从DNA第一条链转录出来的mRNA的碱基顺序；

      ⑶由此mRNA编码的肽链的氨基酸顺序；

⑷如果DNA的3'端的第二个T缺失，此时氨基酸顺序有何改变？

2．蛋白质的生物合成需要哪些重要物质的参与？这此重要物质在蛋白质合成中的作用是什么？细胞是通过什么方式实现将mRNA分子中的核苷酸顺序转变为蛋白质中的氨基酸顺序的？ 

3．为什么某种氨基酸的变化，不影响蛋白质的活性，而另一种氨基酸的变化影响其活  性?    

4． 基因内点突变引起该基因编码的蛋白质功能丧失必须具备哪两个条件?

5．假设反应游离氨基酸、tRNA、氨酰-tRNA合成酶、GTP、ATP、核糖体开始，每翻译一次具有104个氨基酸残基的核糖核酸酶的mRNA要用掉多少个高能磷酸键