生化学习笔记 第十一章 蛋白质的生物合成(翻译)

第十一章 蛋白质的生物合成(翻译)

第一节蛋白质合成体系

一、mRNA与遗传密码

1. mRNA是蛋白质合成的直接模板

2. 遗传密码是三联体密码

编码20种氨基酸所需的碱基最低数是3（43=64），密码子（codon）应是三联体（triplet），即mRNA的序列以三个核苷酸为一组。

3. 遗传密码特点：①连续性,②简并性③通用性。

4核糖体的组成和结构

有70S和80S两种，均由大小不同的两个亚基组成。70S核糖体存在于原核细胞和真核细胞的线粒体和叶绿体中，其30S小亚基含有一个16SrRNA和21种不同的蛋白质（称S蛋白），50S大亚基含有一个23SrRNA、5S rRNA和34种蛋白质（L蛋白）。80S核糖体存在于真核细胞，其40S小亚基含有一个18SrRNA和34种S蛋白，60S大亚基含有28SrRNA、5S rRNA、5.8S rRNA各一分子和49种L蛋白。在通常情况下，核糖体的大小亚基游离于细胞质基质中，只有当小亚基与mRNA结合后，大亚基才与小亚基结合形成完整的核糖体。

二、有关的酶和蛋白因子

除了以上提到的氨酰-tRNA合成酶和L蛋白、S蛋白外，重要的酶还有转肽酶、转位酶等；在肽链合成的起始、延伸和终止过程有许多蛋白因子参与。起始因子（initiation factors，IF），包括IF1、IF2、IF3；延伸因子（elongationfactors，EF），有EF-T，EF-G；释放因子（releasefactors，RF），包括RF1、RF2。

第二节蛋白质生物合成的分子机制

蛋白质的生物合成要比DNA复制和转录复杂的多，有约300种生物大分子协同作用，全过程大致有5个阶段：氨基酸的活化、翻译起始、肽链延长、肽链合成的终止和释放、翻译后加工。真核生物与原核生物蛋白质合成非常相似，但有差异。

一、氨基酸的激活

1. 每一种氨基酸由专一的氨酰-tRNA合成酶激活。

2. 原核生物起始氨基酸是甲酰甲硫氨酸（fMet），起始tRNA是 tRNAfMet。甲酰基转移酶催化fMet-tRNAfMet的形成。

真核生物起始氨基酸是甲硫氨酸，有两种tRNAMet，只有tRNAiMet才能与小亚基结合，起始肽链合成，普通tRNAMet携带Met只能被渗入正在延伸的肽链中。

二、在核糖体上合成多肽

此过程分为翻译起始、肽链延长、肽链的终止三个阶段。

1. 翻译起始

原核细胞肽链合成的起始需要7种成分：30S小亚基、mRNA、fMet-tRNAfMet、起始因子、GTP、50S大亚基、Mg2+。起始分成3步。

① 30S小亚基和起始因子结合，通过SD序列与mRNA结合。

② fMet-tRNAfMet进入小亚基P位，tRNA上的反密码子与mRNA上的起始密码配对。

③带有tRNA、mRNA和IF的小亚基复合物与50S大亚基结合，形成起始复合物。GTP水解，释放IF。

IF3的功能是协助30S小亚基选择mRNA起始位点；IF2具有GTP酶的活性，起始过程需要一分子GTP水解成GDP及磷酸以提供能量，它对30S起始复合物与50S亚基的结合是必需的；IF1则在70S起始复合物生成后促进IF2释放，从而完成起始过程。

2. 肽链的延长

当与起始密码子紧邻的密码子被其氨酰-tRNA上的反密码子识别并结合后，延长反应也就开始。一个氨基酸的掺入是由进位—成肽—转位3个重复的反应完成的。其中肽键的形成靠核糖体自身催化，其它两个反应需要延长因子（elongation factor，EF）的参与。

①第二个aa-tRNA在 EF-Tu及GTP作用下，生成复合物，并结合到核糖体的A位。 EF-Tu结合GDP离开核糖体。

②肽酰转移酶（转肽酶）催化P位fMet-tRNA携带的fMet转向A位与进入的aa-tRNA形成第一个肽键，催化的实质是使一个酯键转变成肽键。

③移位（translocation），移位因子EF-G催化，GTP和EF-Ts、EF-Tu参与，P位的tRNA脱落，核糖体沿mRNA移动，原A位带有肽链的tRNA转到P位，下一个密码子进入A位，以供继续翻译。

3. 翻译的终止

终止反应由释放因子RF识别进入核糖体A位的终止密码UAA、UAG、UGA开始，大亚基上肽酰转移酶变构，表现水解酶的活性，使P位上tRNA所携带的多肽链与tRNA之间的酯键水解。RR因子使tRNA从P位脱落，70S核糖体随即也从mRNA上脱落，解离为30S和50S亚基，投入下一轮核糖体循环，合成另一新的蛋白质分子。