医学联络官 Medical Liaison officer Club 蛋白质生物合成 蛋白质生物合成的概念 蛋白质生物合成也称为翻译,是遗传信息表达的最终阶段,而蛋白质是遗传信息表现的功能形式。 翻译:将mRNA分子中的4种核苷酸序列编码的遗传信息,解读为蛋白质一级结构中20种氨基酸的排列顺序。 蛋白质的生物合成体系 反应体系: 原料:20种氨基酸;模板:mRNA;场所:核糖体;氨基酸的“搬运工具”:tRNA;酶与蛋白质因子:氨基酰tRNA合成酶、转肽酶;起始因子、延长因子、终止因子;能量:ATP、GTP;无机离子:K+、Mg2+ (一)翻译模板mRNA及遗传密码 1.mRNA是遗传信息的携带者,是蛋白质合成的直接模板。 基本概念: (1)顺反子:遗传学将编码一个多肽的遗传单位称顺反子。 (2)多顺反子:原核细胞中数个结构基因常串连为一个转录单位,转录生成的mRNA可编码几种功能相关的蛋白质。转录后一般不需特别加工。 (3)单顺反子:真核结构基因的遗传信息是不连续的,mRNA转录后需要加工,成熟才成为翻译的模板,一个mRNA只编码一种蛋白质。 2.mRNA上存在遗传密码。 (1)概念: 密码子:mRNA中每3个核苷酸组成一组,代表相应的氨基酸或翻译起始、终止信号。 起始密码:5’端AUG,编码甲酰甲硫氨酸(细菌)或甲硫氨酸(高等动物)。 终止密码:UAA,UAG或UGA(不编码相应的氨基酸)。 (2)密码数量:64个,表示氨基酸的密码有61个。 (3)遗传密码的特点 ①连续性: 编码蛋白质氨基酸序列的各个三联体密码连续阅读,密码间既无间断也无交叉。 ②简并性: 多个密码可编码同一种氨基酸,即一种氨基酸可由多个密码表示 编码同一种氨基酸的多个密码称同义密码。 其原因是由于密码子与反密码子之间存在不稳定配对(摆动性或摇摆性)。 ③通用性: 蛋白质生物合成的整套密码,从原核生物到人类都通用。 ④摆动性 反密码与密码间不严格遵守常见的碱基配对规律,称为摆动配对。 主要发生在密码子的第3位(3’端)与反密码子的第1位之间(5’端)。tRNA反密码子第一个核苷酸(5’端)与mRNA密码子的第三个核苷酸(3’端)配对时,除A—U、G—C外,还可有U—G、I—C、I—A、I—U等。 (二)核糖体是多肽链合成的装置 1.构成 (1)原核生物中的核糖体大小为70S,可分为30S小亚基和50S大亚基。由16S rRNA, 5S rRNA,23S rRNA和蛋白质组成。 (2)真核生物中的核糖体大小为80S,也分为40S小亚基和60S大亚基。由18S rRNA, 5S rRNA,28S rRNA,5.8S rRNA和蛋白质组成。 2.功能 核糖体的大、小亚基分别有不同的功能。 (1)小亚基可与mRNA、GTP和起始氨基酰tRNA结合。 (2)大亚基具有转肽酶活性;具有两个不同的tRNA结合点 A位——受位或氨酰基位,可与新进入的氨基酰tRNA结合; P位——给位或肽酰基位,可与延伸中的肽酰基tRNA结合。 (三)tRNA与氨基酸的活化 tRNA在蛋白质合成中携带氨基酸并保证氨基酸准确就位。 一种tRNA可携带一种氨基酸;而一种氨基酸可有数种tRNA携带,参与蛋白质的合成。 1.氨基酸的活化:氨基酸的羧基与特异tRNA结合形成氨基酰一tRNA,连接位置是tRNA的3’-C-C-A-OH,此过程由氨基酰一tRNA合成酶(特异识别氨基酸、tRNA)催化。 2.起始肽链合成的氨基酰一tRNA 原核生物:起始密码只能辨认甲酰化的甲硫氨酸。 真核生物:与甲硫氨酸结合的tRNA至少有两种。 3.通过密码和反密码的不稳定配对使氨基酸运到准确的位置。 (四)蛋白质因子 包括启动因子、延长因子、终止因子。 蛋白质生物合成过程 翻译过程从阅读框架的5’一AUG开始,按mRNA模板三联体密码的顺序延长肽链,直至终止密码出现。整个翻译过程可分为起始,延长,终止。 (一)肽链的合成起始 指mRNA和起始氨基酰一tRNA分别与核糖体结合而形成翻译起始复合物。 该过程需要多种起始因子和GTP参加。(参与该过程的多种蛋白质因子称为起始因子) 1.原核生物翻译起始复合物形成 (1)核糖体大小亚基分离。 (2)mRNA在小亚基就位。 S—D序列AGGA与16S—rRNA 3’端UCCU互补。 S—D序列:原核生物mRNA起始密码AUG上游约8—13个核苷酸部位,存在4—9个核苷酸的一致序列,富含嘌呤碱基,如一AGGAGG一,为核糖体结合位点。 (3)起始氨基酰一tRNA的结合(甲酰蛋氨酰-tRNA)。 (4)核糖体大亚基结合。 2.真核生物翻译起始复合物形成 (1)核糖体大小亚基分离。 (2)起始氨基酰一tRNA与小亚基结合 (蛋氨酰tRNA)。 (3)mRNA在核蛋白体小亚基就位。 (4)核糖体大亚基结合。 (二)肽链的延长 根据mRNA密码序列的指导,依次添加氨基酸从N端向C端延伸肽链,直到合成终止的过程。 肽链的延长也称为核蛋白体循环。 核蛋白体循环: 肽链延长在核蛋白体上连续性循环式进行,每次循环增加一个氨基酸,包括以下三步:进位、成肽、转位。 1.进位 指根据mRNA下一组遗传密码指导,使相应氨基酰-tRNA进入核蛋白体A位。 该过程消耗GTP. 碱基配对 除A—u、G—c外,还可有u—G、I—c、I—A、I—u等。 2.成肽 是由转肽酶催化的肽键形成过程。 肽链合成方向N端 → C端。 3.移位 需要消耗GTP 核糖体沿mRNA从5’ →3’移动一个密码的距离 肽链长度预测:起始密码AUG到终止密码之间的密码子数目。 (三)肽链合成的终止 1.当核糖体A位出现mRNA的终止密码后,终止因子(释放因子) 与其结合,多肽链合成停止。 2.转肽酶起水解作用使肽链从肽酰一tRNA中释放 3.mRNA、核蛋白体大、小亚基等分离等分离,重新利用。 释放因子RF功能:识别终止密码和诱导转肽酶改变为酯酶活性起水解作用。 进而使合成的肽链脱落并促进mRNA与核糖体分离。 在体内合成多肽链时是多核蛋白体循环。 多肽链合成后还需要剪切、侧链修饰、亚基聚合等加工修饰才能成为有功能的蛋白质。 蛋白质生物合成与医学的关系 蛋白质生物合成是很多抗生素和某些毒素的作用靶点。它们通过阻断真核、原核生物蛋白质翻译体系某组分功能,干扰和抑制蛋白质生物合成过程而起作用。 抑制剂:抗生素、干扰素、毒素。 抗生素类(表1—1—10—1)。 表1-1-10-1 抑制蛋白质生物合成的抗生素类
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