蛋白质翻译
蛋白质的生物合成??翻译
一切生命现象不能离开蛋白质，由于代谢更新，即使成人亦需不断合成蛋白质(约400g/日)。蛋白质具有高度特异性。不同生物，它们的蛋白质互不相同。所以食物蛋白质不能为人体直接利用，需经消化、分解成氨基酸，吸收后方可用来合成人体蛋白质。
mRNA含有来自DNA的遗传信息，是合成蛋白质的“模板”，各种蛋白质就是以其相应的mRNA为“模板”，用各种氨基酸为原料合成的。mRNA不同，所合成的蛋白质也就各异。所以蛋白质生物合成的过程，贯穿了从DNA分子到蛋白质分子之间遗传信息的传递和体现的过程。
mRNA生成后，遗传信息由mRNA传递给新合成的蛋白质，即由核苷酸序列转换为蛋白质的氨基酸序列。这一过程称为翻译（translation）。翻译的基本原理见图14-1。
由图14-1可见，mRNA穿过核膜进入胞质后，多个核糖体（亦称核蛋白体，图中为四个）附着其上，形成多核糖体。作为原料的各种氨基酸在其特异的搬运工具（tRNA）携带下，在多核糖体上以肽键互相结合，生成具有一定氨基酸序列的特定多肽链。
合成后从核糖体释下的多肽链，不一定具有生物学活性。有的需经一定处理，有的需与其他成分（别的多肽链或糖、脂等）结合才能形成活性蛋白质。
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与遗传密码
天然蛋白质有1010~1011种，组成蛋白质的氨基酸却只有20种。这20种氨基
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酸排列组合的不同，形成了形形色色的蛋白质。蛋白质中氨基酸的序列如何决定？（一）三联体密码与密码的简并
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词（synonyms）。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。总之，在DNA或mRNA分子内，每3个相邻核苷酸按其排列序列可体现一种氨基酸或体现蛋白质合成终止信号的，统称为遗传密码（genetic code）。密码子与各种氨基酸的对应关系如表14-1。（二）起始信号与终止信号
在表14-1的64个密码子中，61个代表氨基酸。每一种氨基酸少的只有一个密码子，多的可有6个，但以2个和4个的居多。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。例如真核生物起始信号AUG周围最合适的上下文顺序为
CC A
G
CC[AUG]G。这种上下文顺序如有改动，会使起始效率降低。非起始部位
的AUG不作为起始信号，只代表甲硫氨酸。
（三）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。mRN
mRNA A 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
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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 e）的蛋白质丧失功能。
（cod
（四）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。
UAG G 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，UA 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
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。
（一）密码子与反密码子的摆动配对
本书第3章已经介绍，DN
DNA A双股结构中的碱基配对原则很严格，必须A与T，或G与C相配。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。
（二）起始tRNA与普通tRNA
普通tRNA只在肽链延长阶段起作用。例如tRNA met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。
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起始tRNA（tRNA
i
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tRN
tRNA A 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
tRNA
i met是甲硫氨酰tRNA
i
m et在原核生物中经甲硫氨酰tRNA转甲酰基酶催化后的
产物。
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3030S S 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4000的多肽链。
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第二节蛋白质的合成过程
蛋白质生物合成的具体步骤包括：①氨基酸的活化与活化氨基酸的搬运；②活化氨基酸在核糖体上的缩合。前者是后者的准备阶段，后者是蛋白质合成的中心环节。
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t RNA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
首先，在酶促下ATP分解为焦磷酸与AMP；AMP、酶及氨基酸三者结合成为一种中间复合体。在复合体中，氨基酸的羧基与磷酸腺苷的磷酸以酐键相联，变为活化的氨基酸。进入
称为“核糖体循环”（ribosomal cycle）的氨基酸缩合成肽过程。
（二）氨基酰tRNA合成酶对氨基酸的高度专一性保证了翻译的准确性（fidelity）氨基酰tRNA合成酶在胞液中存在，具有高度专一性。它们既能识别特异的氨基酸，又能辨认该氨基酸的专一tRNA分子。氨基酰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。
tRNA所携带的氨基酸，是通过“核糖体循环”在核糖体上缩合成肽，完成翻译过程的，现以原核生物中蛋白质生物合成为例，将核糖体循环人为地分为起始、肽链延长（elongation）和终止（termination）三个阶段进行介绍。
二、肽链合成的起始
在蛋白质生物合成的起始阶段，核糖体的大、小亚基，mRNA与甲酰甲硫氨酰
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met共同构成70S起始复合体。这一过程需要一些称为起始因子（initiation tRNA
i
factor，简称IF）的蛋白质以及GTP与镁离子的参与（图14—3）。
已知原核生物中的起始因子有3种。IF3可使核糖体30S亚基不与50S亚基结合，而与mRNA结合（表14—3），IF1起辅助作用。IF2特异识别甲酰甲硫氨酰tRNAi met，可促进30S亚基与甲酰甲硫氨酰tRNAi m et结合，在核糖体存在时有GTP 酶活性。
起始阶段可分两步：先形成30S起始复合体，再形成70S起始复合体。（一）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3030S S 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。
met结合，形成三元复合物，并IF2在GTP参与下可特异与甲酰甲硫氨酰tRNA
i
使此三元复合物中tRNA的反密码子与上述30S亚基上mRNA的起始密码子互补结合，形成30S起始复合体（图14-3）。
met及IF1、所以，30S起始复合体是由30S亚基、mRNA、甲酰甲硫氨酰tRNA
i
IF2、IF3与GTP共同构成。
（二）70S起始复合体的形成
30S起始复合体一旦形成，IF3也就脱落，50S亚基随即与其结合。此时复合体中的GTP水解释出GDP与无机磷酸，使IF2与IF1也都脱落，形成了70S起始复合体。70S起始复合体的形成，表明蛋白质生物合成的起始阶段已经完成，已可进入肽链延长阶段。
70S起始复合体由大、小亚基，mRNA与甲酰甲硫氨酰tRNA i met共同构成。其中甲酰甲硫氨酰tRNA i met的反密码子CAU恰好互补地与mRNA中的起动信号AUG相结合。由图14-3可见，复合体中mRNA的起始信号AUG位于核糖体的给位侧，所以与起始信号对应的甲酰甲硫氨酰tRNA i met也就定位在给位。应该指
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出，除起始tRNA与众不同外，所有氨基酰tRNA与核糖体结合时，都不在核糖体给位，而是在受位。
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tRN
tRNA A 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（图14-4-44）。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：
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EFG((又称转位酶，translocase)、M g2+与供给能量的GTP。近来要肽链延长因子EFG
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。
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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。
当肽链合成到一定长度时，在肽链脱甲酰基酶（peptide deformylase）和一种对蛋氨酸残基比较特异的氨基肽酶的依次作用下，氨基端的甲酰甲硫氨酸残基即从肽链上水解脱落（图14-4）。
四．肽链合成的终止
从图14-7可看到，多肽链合成已经完成，并且“受位”上已出现终止信号（UAA），此后即转入终止阶段。终止阶段包括已合成完毕的肽链被水解释放，以及核糖体与tRNA从mRNA上脱落的过程。这一阶段需要GTP与一种起终止作用的蛋白质因子—释放因子（release factor，RF，或称终止因子）的参与。
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。R F 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。从mRNA上脱落的核糖体，分解为大小两亚基，重新进入核糖体循环。核糖体大小亚基解离状态的维持需要IF IF33。
在一条mRNA上可以同时附着多个核糖体，合成多条同样的多肽链（图14-1），而脱落下来的亚基又可重新投入核糖体循环。可见，多核糖体合成肽链的效率甚高。
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，mRNA在细胞核内以前体形式合成，合成后需经加工修饰才成熟为mRNA，从细胞核内输往胞浆，投入蛋白质合成过程，转录和翻译的间隔约15分钟；而原核生物的mRNA常在其
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自身合成尚未结束时，已被用来翻译，因而转录与翻译几乎同时进行；②真核细胞蛋白质合成机构比原核生物复杂；③真核生物的合成起始过程与原核生物的蛋白质合成有所不同；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。择要具体说明如下：（一）翻译起始因子多
真核生物与原核生物的翻译相关的蛋白质因子有所不同。其中尤以起始因子的差别最大。原核生物的起始因子只有3种，真核生物的起始因子不下10种，如表14-4所示。
（二）mRNA戴“帽”，有“尾”，为单顺反子
真核生物的mRNA前体在细胞核内合成，合成后需经加工，才成熟为mRNA，从细胞核内输入胞浆，投入蛋白质合成过程；而原核生物的mRNA常在其自身的合成尚未结束时，已被利用，开始翻译。真核生物的mRNA含有7甲基三磷酸鸟苷形成的“帽”，有聚腺苷酸（poly A）形成的“尾”，为单顺反子（monocistron），只含一条多肽链的遗传信息，合成蛋白质时只有一个合成的起始点，一个合成的终止点；而原核生物的mRNA为多顺反子（polycistron），含有蛋白质合成的多个起始点和终止点，且不带有类似“帽”与“尾”的结构。在5′端方向起始信号的上游存在SD区段。真核生物的mRNA无SD区段。真核生物的mRNA代谢慢，哺乳类动物mRNA的典型半衰期为4-6h，而细菌的mRNA半衰期仅为1-3min。此外真核生物的mRNA前体多含插入序列，相当于基因中的内含子，需要在加工时切除，已于RNA合成有关章节述及。
（三）核糖体大而复杂
真核生物的核糖体（80S）大于原核生物（70S）。小亚基为40S，含有一种rRNA （18S rRNA）；大亚基为为60S，含有3种rRNA（28S rRNA、5.8S rRNA和5S rRNA）。所含的核糖体蛋白质亦多于原核生物。原核生物小亚基1616S S rRNA的3′端有一富含嘧啶的区段，可与其mRNA起动部位富含嘌呤的SD区互补结合。真核生物相应的rRNA（18S rRNA）无此互补区，但有与帽结构作用区。
（四）起始tRNA不经过甲酰化
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met，不是甲酰甲硫氨酰真核生物中起着起始作用的氨基酰tRNA是甲硫氨酰tRNA
i
met。
tRNA
i
（五）合成过程需要ATP，起始因子多而肽链延长因子和释放因子种类少
1．起始：真核生物核糖体小亚基先与蛋氨酰tRNA i m et结合，然后与mRNA结合，形成40S起始复合体，此时需要一分子ATP，最后与60S亚基结合后形成80S 起始复合体。
2．肽链延长：真核生物中催化氨基酰tRN
tRNA A进入受位的延长因子只有一种（EFT1）。催化肽酰tRNA移位的因子称为EFT2，可为白喉毒素所抑制。
3．终止：真核生物只需一种释放因子（RF），此终止因子可识别3种终止密码子（UAA、UAG与UGA）。
（六）线粒体内存在独立的蛋白质合成体系
哺乳类动物等真核生物的线粒体中，存在着自DNA到RNA及各种有关因子的独立的蛋白质生物合成体系，以合成线粒体本身的某些多肽，真核生物的该体系与胞质中一般蛋白质合成体系不同，与原核生物的近似。因而可被抑制原核生物蛋白质生物合成的某些抗生素抑制。这可能是某些抗生素药物副作用的原因。
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）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
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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。
二硫键也可以在链间形成，使蛋白质分子的亚单位聚合。
（二）个别氨基酸残基的化学修饰
有些蛋白质前体需经一定的化学修饰才能成为成品而参与正常的生理活动。有些酶的活性中心含有磷酸化的丝氨酸、苏氨酸或酪氨酸残基。这些磷酸化的氨基酸残基都是在肽链合成后相应残基的-OH被磷酸化而形成的。除磷酸化外，有时蛋白质前体需要乙酰化（如组蛋白）、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。
（三）蛋白质前体中不必要肽段的切除
无活性的酶原转变为有活性的酶，常需要去掉一部分肽链。现知其它蛋白质也存在类似过程，虽然转变的场所不同；酶原多是在细胞外转变为酶，而蛋白质前体中不必要肽段的切除是在细胞内进行的。
分泌型蛋白质如白蛋白、免疫球蛋白与催乳素(pro1actin)等，在合成时都带有一段称为“信号肽(signal peptide)”的肽段。信号肽段约由15-30个氨基酸残基构成。信号肽在肽链合成结束前已被切除。有些蛋白质前体在合成结束后尚需切除其他肽段。
例如，胰岛素在合成结束时，并非是具有正常生理活性的胰岛素，而是其前体——胰岛素原（proinsulin）。胰岛素原变为胰岛素时，尚需去掉部分肽段。甲状旁腺素及生长素等多种蛋白类激素，由其前身物转变为具有正常生理活性的激素时，也需去掉部分肽段。除蛋白质类激素外，血浆蛋白质的主要成分清蛋白，在细胞中合成结束时，也只是其前体清蛋白原。清蛋白原需在氨基端去掉由5-6个氨基酸残基组成的肽段，才能成为清蛋白。因而此种合成后的加工，是分泌蛋白生成过程的一种普遍规律。
（四）多蛋白的加工
真核生物mRNA的翻译产物为单一多肽链，有时这一肽链经加工，可产生一个
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以上功能不同的蛋白质或多肽。此类原始肽链称作多蛋白（polyprotein）。例如，垂体促肾上腺皮质激素（corticotropin，ACTH），β、γ促脂素（lipotropin），β内啡肽（endorphin），α、β促黑色细胞素（melanocyte-stimulating hormone，MSH）均从一条由265个氨基酸残基组成，称为阿片促黑皮质激素原（pro-opio-melano-cortin，POMC）的多蛋白裂解而来。
二、亚单位的聚合和复合蛋白质形成
单纯蛋白质由一条多肽链或数条多肽链构成；结合蛋白质则除多肽链外，还含有辅基。
蛋白质的高级结构是由一级结构中各个氨基酸残基的侧链共同决定的。一级结构形成后，多肽链卷曲折叠形成α螺旋，β折叠等二级结构；并借副键（盐键、氢键、疏水键等）维持一定空间构象。由一条以上肽链构成的蛋白质和带有辅基的结合蛋白质，肽链之间或多肽链与辅基之间需要聚合。结合蛋白质如糖蛋白、脂蛋白和色素蛋白分别需加糖、加脂、加辅基等才成为活性蛋白质。
（一）亚单位的聚合
蛋白质的各个亚单位相互聚合时所需要的信息，蕴藏在肽链的氨基酸序列之中，而且这种聚合过程往往又有一定顺序，前一步骤常可促进后一聚合步骤的进行。以下为成人血红蛋白（HbA）的聚合过程（图14-8）
（二）结合蛋白质的合成
结合蛋白质的合成比较复杂，HbA的聚合过程即是一例。有些结合蛋白质的形成更复
杂，在肽链合成阶段就开始，在肽链合成结束后继续加工。现以糖蛋白的合成为例说明之。
糖蛋白的多肽链在粗糙内质网上核糖体合成。合成时，其新生肽链伸入内质网腔。粗面内质网可合成寡糖链。此寡糖链经磷酸长萜醇介导，在内质网膜的糖转移酶催化下，即可转移给新生的多肽链。所以多肽链的糖苷化与肽链合成是同时进行的。在内质网腔中形成的这种糖蛋白，糖链连接在肽链中天冬酰胺的酰胺氮（N）上。
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糖蛋白从粗面内质网腔经光滑内质网腔，运至高尔基体后，在高尔基体中经进一步的改造，有的糖链可由与N（氮）相连，转变为与丝氨酸、酪氨酸或苏氨酸羟基上的O（氧）相连。糖链与肽的连结点亦可由与N相连的N乙酰葡萄糖，成为与O相连的N乙酰半乳糖。
第四节蛋白质合成与医学
一、分子病
蛋白质生物合成的信息系统主要包括DNA和mRNA。DNA分子可比作一卷遗传“设计书”。DNA分子如有缺陷，则细胞内RNA与蛋白质的合成将会出现异常，机体的某些结构与功能随之发生变异。DNA分子的此种异常，可以随着个体繁殖而传给后代。
DNA分子上基因的缺陷，造成人体结构与功能障碍的机理，对其了解得最多的是所谓分子病的一类，如镰刀形红细胞性贫血。分子病（molecular diseases）这一名词常用以称呼蛋白质分子氨基酸序列异常的遗传病。镰刀形红细胞性贫血是由于患者体内合成血红蛋白的基因异常所造成的贫血疾患。患者的血红蛋白在氧分压较低的情况下容易在红细胞中析出，而使红细胞呈镰刀形并极易破裂。这是因为在DNA分子相当于此基因的片段中出现了一个硷基的变异。DNA分子上的这一遗传信息的异常，最终造成蛋白质分子组成的改变。某一氨基酸的密码子突变为另一氨基酸的密码子的现象，称为误义突变（missense mutation）,镰刀形贫血的血红蛋白（HbS）即属于这一类。在我国人群中，已发现异常血红蛋白数十种，有的是我国特有的。除误义突变外，其它遗传变异也可造成分子病。二、蛋白质生物合成的阻断剂
蛋白质生物合成的阻断剂很多，其作用部位也各有不同，或作用于翻译过程，直接影响蛋白质生物合成（如多数抗生素），或作用于转录过程，对蛋白质的生物合成间接产生影响。此外也有作用于复制过程的（如多数抗肿瘤药物）。它们由于能影响细胞分裂而间接影响蛋白质的生物合成。其次，各种阻断剂的作用对象亦有所不同，如链霉素（streptomycin）、氯霉素（chloramphenicol）等阻断剂主要作用于细菌，故可用作抗菌药物；环己酰亚胺（cycloheximide,又
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名放线菌酮）作用于哺乳类动物，故对人体是一种毒物。多种细菌毒素与植物毒素也是通过抑制人体蛋白质合成而致病。
（一）抗生素类阻断剂
妨碍翻译的因素是蛋白质合成最直接的阻断剂；这类因素多是抗生素类化合物。某些抗生素能与核糖体结合，从而妨碍翻译过程。
（二）作为蛋白质合成阻断剂的毒素
抑制人体蛋白质合成的天然蛋白质，常见者为细菌毒素与植物毒蛋白。1．细菌毒素如白喉毒素。白喉毒素是白喉杆菌产生的毒蛋白，由A、B两条链组成。它可催化使EFT2失活反应，抑制真核生物蛋白质合成。A链有催化作用；B链可与细胞表面特异受体结合，帮助A链进入细胞。进入胞质的A链可使辅酶I（NAD+）与延长因子EFT2产生反应，造成EFT2失活。
EFT2在合成后经加工形成一种称为白喉酰胺（diphthamide）的组氨酸的衍生物。此白喉酰胺可与NAD+中核糖的1’C在白喉毒素A链催化下结合成EFT2-核糖-ADP。结合后的EFT2-核糖-ADP，仍可附着于核糖体，并与GTP结合，但不能促进移位。白喉毒素作为有催化活性的酶，毒性甚大，一只豚鼠注入0.05μg，足以致命。
2．植物毒蛋白某些植物毒蛋白（foxoprotein）也是肽链延长的抑
制剂。“红豆生南国”，红豆亦称“相思子”，它所含的红豆碱（abrin）与蓖麻籽所含的蓖麻蛋白（ricin）都可与真核生物核糖体60S亚基结合，抑制肽链延长。
蓖麻蛋白毒力很强，它的毒力为等重量氰化钾毒力的6000倍，曾被用作生化武器，对某些动物体每公斤仅0.1μg，即足以致死。该蛋白质亦由A、B两链组成。两者籍二硫键相联。B链是凝集素，可与细胞膜上含乳糖苷的糖蛋白（或糖脂）结合，帮助A链进入细胞。在细胞内二硫键还原，释下A链。A链具有核糖苷酶的活性，可与60S亚基结合，切除28S rRNA的4324位腺苷酸，间接抑制EFT2的作用，使肽链难以延长。A链在蛋白质合成的无细胞体系中可直
接作用，对完整细胞必须有B链同在，才能进入细胞，抑制蛋白质合成。
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（三）作为蛋白质合成阻断剂的其它蛋白质类物质
1．干扰素（interferon）
干扰素是细胞感染病毒后产生的一类蛋白质。干扰素可抑制病毒繁殖，保护宿主，现知其原理之一是它在双股RNA（如某些病毒RNA）存在时，可抑制细胞的蛋白质生物合成，使病毒无法繁殖，机理如下（图14-9）：
活化一种蛋白激酶这种激酶可使哺乳类动物的起动因子eIF2磷酸化，由此抑制蛋白质生物合成。
2．eIF2蛋白激酶
除干扰素可通过激活eIF2蛋白激酶抑制蛋白质合成外，缺铁性网织红细胞蛋白质合成障碍也与eIF2蛋白激酶的活化以及eIF2磷酸化有关。
缺铁时，血红素合成减少。血红素的不足，引起网织红细胞的蛋白质合成障碍。
哺乳动物起始因子eIF2与原核生物起始因子IF2相似，可与GTP以及甲硫氨酰起始tRNA共同形成三元复合物（参见表14-4，图14-3），从而使起始tRNA 与40S亚基结合。结合后的复合体在与60S亚基结合成80S起始复合体前，所带的GTP水解为GDP。GDP与eIF2两者一起，以非活性的结合状态由复合体释下。eIF2如需重新投入起始过程，所带的GDP必须为GTP所取代，成为eIF2-GTP，才具有活性。
eIF2上GDP与GTP的相互交换由鸟苷酸交换因子（guanyl nucleotide exchange factor,简称GEF，又称eIF2B）催化。网织红细胞中eIF2-GDP，可被eIF2蛋白激酶磷酸化（图14-10）。该酶平时无活性，缺乏血红素使其活化。eIF2磷酸化后与GEF的亲和力大为增强，两者粘着，互不分离，妨碍GEF作用，使eIF2-GDP难以转变成eIF2-GTP。网织红细胞所含GEF很少，eIF2只要30%被磷酸化，GEF就全部失活，使血红蛋白等所有蛋白质合成完全停止。
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蛋白质翻译总结
氨基酸的活化a.起始信号（AUG-甲硫氨酸密码子）和缬氨酸（GUG）极少出现i.真核生物起始氨基酸—甲硫氨酸，原核生物-甲酰甲硫氨酸 ii.SD序列：存在于原核生物起始密码子AUG上游7~12个核苷酸处的一种4~7个核苷酸的保 守片段，与16srRNA3’端反向互补。功能将mRNA的AUG起始密码子置于核糖体的适当位置以便起始翻译作用。 1)原核生物的SD序列：原核mRNA起始密码子上一段可与核糖体结合的序列。30s小亚基首先与 翻译因子IF-1（与30s结合）和IF-3（稳定小亚基，帮助其与mRNA结合位点的识别）结合，通过SD序列与mRNA模板相结合。 iii.真核生物依赖于结合5'帽，核糖体小亚基沿mRNA5'端帽子结构扫描到RBS iv.在IF2起始因子和GTP的帮助下，fMet-tRNA进入小亚基的P位，tRNA上的反密码子与mRNA密码子配对。 v.小亚基复合物与50s大亚基结合，GTP水解，释放翻译起始因子vi.翻译的起始 b.后续氨基酸与核糖体的集合：第二个氨酰-tRNA与EF-Tu.GTP形成复合物，进入核糖体的A位，水解产生GDP并在EF-Ts的作用下释放GDP并使EF-Tu结合另一分子GTP形成新的循环。i.肽键的生成：AA-tRNA占据A位，fMet-tRNA占据P位，在肽基转移酶的催化下，A位上的AA-tRNA转移到P位，P位上的起始tRNA转移至E位，与fMet-tRNA上的氨基酸生产肽键。起始RNA随后离开。 ii.移位：核糖体通过EF-G介导的GTP水解所提供的能量向mRNA模板3'末端移动一个密码子，二 肽基-tRNA完全进入P位点 iii.肽链的延申 c.当终止密码子UAA,UAG，UGA出现在核糖体的A位时，没有相应的AA-tRNA能与其结合，而释放因子能识别密码子并与之结合，水解P位上的多肽链与tRNA之间的二酯键，然后新生的肽链释放，核糖体大小亚基解体 i.肽链的终止 d.N端fMet或Met的切除i.二硫键的形成ii.特定氨基酸的修饰iii.新生肽段非功能片段的切除iv.蛋白质前体的加工 e.无义突变：DNA序列中任何导致编码氨基酸的三联密码子突变转变为终止密码子 UAA,UGA,UAG中的突变，使得蛋白质合成提前终止，合成无功能或无意义的多肽。1)错义突变：由于结构基因中某种核苷酸的变化使一种氨基酸的密码变成另一种密码。2)同工tRNA：识别携带相同氨基酸的tRNA i.校正tRNA： ii.tRNA种类 f.蛋白质的生物合成 1.翻译 2019年6月19日 19:50
蛋白翻译后修饰(研究生高级生化)
蛋白翻译后修饰(齐以涛老师) 上课老师没说重点 1.蛋白的概念:由许多氨基酸通过肽键相连形成的高分子含氮化合 物。 2.蛋白后修饰概念和意义（ＰＰT4-5） 3.蛋白后修饰种类 1．切除加工 2. 糖基化 3.羟基化 4.甲基化 5．磷酸化?６．乙酰化?7．泛素化 200. … ８.类泛素化?９.…? 磷酸化修饰 １.概念: 磷酸化是通过蛋白质磷酸化激酶将ATP的磷酸基转移到蛋 白的特定位点上的过程。大部分细胞过程实际上是被可逆 的蛋白磷酸化所调控的,至少有3０%的蛋白被磷酸化修饰 2.作用位点： 丝氨酸、苏氨酸和酪氨酸是主要的磷酸化氨基酸,大多数 磷酸化蛋白质都有多个磷酸化位点，并且其磷酸化位点是 可变的。
３.实例(MＡＰK途径): 分裂原活化的蛋白激酶（MAPK)、分裂原活化的蛋白激酶的激酶（MＡＰＫK)、分裂原活化的蛋白激酶的激酶之激酶(MAＰKＫK)。在真核细胞中，这3种类型的激酶构成一个MAPＫ级联系统(MAＰK casｃade），通过ＭAPＫＫK-MAPＫK－ＭAＰＫ逐级磷酸化，将外来信号级联放大并传递下去。 具体过程如下： ?MＡPKKＫ位于级联系统的最上游,能够通过胁迫信号感受器或者信号分子的受体，或者其本身就直接感受胞外信号刺激而发生磷酸化?ＭAPKKK磷酸化后变为活化状态,可以使MAＰKK磷酸化 ?ＭAPKＫ始终存在于细胞质中，MAPKK磷酸化以后通过双重磷酸化作用将ＭAＰK激活 ?MAＰK被磷酸化后有3种可能的去向: (1）停留在细胞质中,激活一系列其它的蛋白激酶 (2)在细胞质中使细胞骨架成分磷酸化 (3)进入细胞核,通过磷酸化转录因子，调控基因的表达
组蛋白翻译后修饰的类型
组蛋白翻译后修饰的类型 组蛋白和组蛋白翻译后修饰通过影响染色质的结构来调控基因的表达，目前已成为表观遗传学研究的焦点之一。 染色质是一系列核小体相互连接成的念珠状结构。核小体的核心是由组蛋白H2A 、H2B、H3 、H4各两个分子构成的八聚体, 在八聚体的表面缠绕有圈的双螺旋DNA。相邻的两个核小体之间由DNA连接, 称为纤丝(fiber), 在纤丝部位结合有组蛋白分子H1。在组蛋白H1存在时,核小体之间紧密接触,形成直径为10nm的纤维状结构。这就是染色体构型变化的一级结构。在染色质中, DNA 和组蛋白是染色质的稳定成分,组蛋白与DNA的含量之比接近 1∶1 。组蛋白是染色质的主要蛋白质成分,通过带正电荷的氨基末端区域与带负电荷的DNA骨架相互作用, 对基因的表达有重要调控作用。 染色体活性调控的一个重要的机制是组蛋白的可逆共价修饰，通常容易发生在组蛋白 H3和H4的N端尾部，组蛋白H2A和H2B的N和C末端，包括甲基化，乙酰化，磷酸化，ADP-核糖基化，泛素化和小分子类泛素化修饰，这些翻译后修饰可改变组蛋白与DNA之间的相互作用，影响调控复合物与染色质结合的能力及染色质重塑，进而影响着细胞的多种功能。 ⒈甲基化 组蛋白甲基化是由组蛋白甲基化转移酶（histonemethyltransferase，HMT）完成的。甲基化可发生在组蛋白的赖氨酸和精氨酸残基上，而且赖氨酸残基能够发生单、双、三甲基化，而精氨酸残基能够单、双甲基化，这些不同程度的甲基化极大地增加了组蛋白修饰和调节基因表达的复杂性。甲基化的作用位点在赖氨酸（Lys）、精氨酸（Arg）的侧链N原子上。组蛋白H3的第4、9、27和36位，H4的第20位Lys，H3的第2、l7、26位及H4的第3位Arg都是甲基化的常见位点。研究表明·，组蛋白精氨酸甲基化是一种相对动态的标记，精氨酸甲基化与基因激活相关，而H3和H4精氨酸的甲基化丢失与基因沉默相关。相反，赖氨酸甲基化似乎是基因表达调控中一种较为稳定的标记。例如，H3第4位的赖氨酸残基甲基化与基因激活相关，而第9位和第27位赖氨酸甲基化与基因沉默相关。此外，H4—K20的甲基化与基因沉默相关，H3—K36和H3—K79的甲基化与基因激活有关。但应当注意的是，甲基化个数与基因沉默和激活的程度相关。 ⒉乙酰化 组蛋白乙酰化主要发生在H3、H4的N端比较保守的赖氨酸位置上，是由组蛋白乙酰转移酶和组蛋白去乙酰化酶协调进行。组蛋白乙酰化呈多样性，核小体上有多个位点可提供乙酰化位点，但特定基因部位的组蛋白乙酰化和去乙酰化是以一种非随机的、位置特异的方式进行。乙酰化可能通过对组蛋白电荷以及相互作用蛋白的影响，来调节基因转录。早期对染色质及其特征性组分进行归类划分时就有人总结指出：异染色质结构域组蛋白呈低乙酰化，常染色质结构域组蛋白呈高乙酰化。最近有研究发现，某些HAT复合物含有一些常见的转录因子，某些HDAC复合物含有已被证实的阻遏蛋白。这些发现支持了高乙酰化与激活基因表达、低乙酰化与抑制基因表达有关的看法。 3.磷酸化 组蛋白H3在有丝分裂过程中，两个丝氨酸残基Ser10和Ser28发生了磷酸化作用。Ser10磷酸化组蛋白H3首先出现在G2晚期的核周缘，Ser28磷酸化组蛋白H3紧随其后出现，两个位点的磷酸化在中期到达高峰，并扩展到染色体的所有部分。当细胞有丝分裂进入后期和末期，组蛋白H3Ser28的磷酸化逐渐消退，而组蛋白H3Ser10磷酸化的荧光信号也逐渐从染色体上消失，此时在纺锤体中央部位出现Ser10磷酸化H3.研究结果表明，组蛋白H3Ser10和Ser28的磷酸化与细胞有丝分裂染色体的凝集和解凝集过程有着时间和空间上的相关性。Ser10和Ser28这两个位点发生磷酸化作用，可使组蛋白H3氨基末端的正电荷数降低，改变了组蛋白一DNA间的相互作用，这可能是导致染色质变构凝集的原因之一。根据激光共聚
蛋白质的翻译
Proteins Lu Linrong （鲁林荣）PhD Laboratory of Immune Regulation Institute of Immunology Zhejiang University ，School of Medicine Medical Research Building B815-819Email: Lu.Linrong@https://www.wendangku.net/doc/9512090621.html, Website: https://www.wendangku.net/doc/9512090621.html,/llr Molecular Biology
Why study proteins? ?Part of the central dogma ?Proteins are coded by genes ?They play crucial functional roles in almost every biological process
The life cycle of a protein ?Where does a protein come from? ?How is a protein processed, modified, translocated to the proper place and degraded? ?How to describe the are the functions? ??Protein synthesis (Translation) 蛋白质翻译 ?Protein maturation (folding, modification) and degradation 蛋白质成熟,降解 Structure and function of protein 蛋白质的结构与功能?Methods: protein-protein interaction et al 蛋白-蛋白相 互作用
蛋白翻译后修饰(研究生高级生化)
蛋白翻译后修饰（齐以涛老师） 上课老师没说重点 1.蛋白的概念：由许多氨基酸通过肽键相连形成的高分子含氮化合 物。 2.蛋白后修饰概念和意义（PPT4-5） 3.蛋白后修饰种类 1. 切除加工 2. 糖基化 3. 羟基化 4. 甲基化 5. 磷酸化 6. 乙酰化 7. 泛素化 8. 类泛素化 9. … 200. … 磷酸化修饰 1.概念： 磷酸化是通过蛋白质磷酸化激酶将ATP的磷酸基转移到蛋 白的特定位点上的过程。大部分细胞过程实际上是被可逆 的蛋白磷酸化所调控的，至少有30%的蛋白被磷酸化修饰
2.作用位点： 丝氨酸、苏氨酸和酪氨酸是主要的磷酸化氨基酸，大多数 磷酸化蛋白质都有多个磷酸化位点，并且其磷酸化位点是 可变的。 3.实例(MAPK途径)： 分裂原活化的蛋白激酶（MAPK）、分裂原活化的蛋白激酶的激酶（MAPKK）、分裂原活化的蛋白激酶的激酶之激酶（MAPKKK）。 在真核细胞中，这3种类型的激酶构成一个MAPK级联系统（MAPK cascade），通过MAPKKK-MAPKK-MAPK逐级磷酸化，将外来信号级联放大并传递下去。 具体过程如下： ?MAPKKK位于级联系统的最上游，能够通过胁迫信号感受器或者信号分子的受体，或者其本身就直接感受胞外信号刺激而发生磷酸化?MAPKKK磷酸化后变为活化状态，可以使MAPKK磷酸化?MAPKK始终存在于细胞质中，MAPKK磷酸化以后通过双重磷酸化作用将MAPK激活
?MAPK被磷酸化后有3种可能的去向： （1）停留在细胞质中，激活一系列其它的蛋白激酶 （2）在细胞质中使细胞骨架成分磷酸化 （3）进入细胞核，通过磷酸化转录因子，调控基因的表达 4.功能和意义: 一：调节酶蛋白及生理代谢 ①糖分解代谢中糖原磷酸化酶活性的调节，被磷酸化的酶具有活 性，去磷酸化的酶无活性 ②磷酸化或去磷酸化使胞内已存在酶的活性被激活或失活，调节 胞内活性酶的含量 二:调节转录因子活性 转录因子通常包含DNA结合结构域和转录激活结构域.转录因子在转录激活结构域或调控结构域发生磷酸化，直接影响其转录活性. c-Jun转录激活结构域的两个丝氨酸残基磷酸化，正调控c-Jun的转录活性. 三：调节转录因子核转位 ?TGF-b与其I型、II型受体结合，结合后的TGF-b I型受体识别R-Smad包括Smad2和Smad3，作用于C末端的丝氨酸使其磷酸化而被激活，激活后的R-Smad与Smad4结合转入细胞核内，发挥转录调节活性 ?NF-kB与其抑制因子IkB形成复合体时存在于胞质。当IkB磷酸化、
翻译后功能蛋白质的形成和降解
翻译后功能蛋白质的形成和降解 一、新生肽链经折叠形成特定空间构象 1蛋白质折叠：多肽链自我组装成为功能蛋白质的过程。 2蛋白质折叠需要分子伴侣 分子伴侣：分子伴侣是细胞中的一类保守蛋白质，可识别肽链的非天然构象，促进各功能域和整体蛋白质的正确折叠。细胞中至少有两类分子伴侣家族：热休克蛋白和伴侣素。前者能与肽链结合防止其错误折叠；后者能为非自发性蛋白质折叠提供必要的微环境。分子伴侣不能加快蛋白质折叠的速度，但能提高其产率。 二、蛋白质组装 三、蛋白质翻译后需进行不同形式的共价修饰 1新生肽链N端的甲硫氨酸在翻译后被切除 2蛋白质前体经酶切修饰成为功能蛋白质 3磷酸化-去磷酸化决定磷蛋白质的活性状态 4许多真核蛋白质需要糖基化修饰 翻译后蛋白质与糖链共价结合成糖蛋白，称糖基化修饰。包括N-糖基化和O-糖基化两类。5有些蛋白质通过脂酰化修饰定位于膜的周边 6乙酰化与去乙酰化修饰可调节蛋白质的活性 7二硫键的形成能使蛋白质的立体结构更稳定 蛋白质翻译后由两个半胱氨酸残基上的巯基氧化形成二硫键。 8有些功能蛋白质需要与金属离子结合 四、翻译后蛋白质通过靶向运输到特定部位才能发挥特定的生物学功能 蛋白质的靶向运输是将蛋白质前体跨膜输送到特定细胞部位的复杂过程。蛋白质前体分子内含有特定信号序列，能指导蛋白质的靶向运输和细胞内定位。 分泌蛋白前体的N末端的一段能被细胞转运系统识别的保守序列，称为信号肽。在信号肽识别颗粒（SRP）和SRP受体的协助下，信号肽引导新生肽链跨膜进入内质网，信号肽被切除，新生肽链被加工成成熟蛋白质。 膜蛋白前体则是在信号肽和停止转运信号的共同作用下，进行膜插入和定位。 五、蛋白质分子在细胞内由蛋白酶体降解 细胞内功能蛋白质处于合成与降解动态平衡状态。 蛋白质降解决定于其末端和内部序列。根据位于蛋白质N末端的氨基酸残基对蛋白质稳定性的影响，将其分为去稳定残基和稳定残基两大类。有些蛋白质的降解信号可能是肽链内的一段保守序列。 细胞内蛋白质通过泛素-蛋白酶复合体途径被降解。即在泛素活化酶（E1）、泛素偶联酶（E2）和泛素-蛋白连接酶（E3）连续催化下，使蛋白质泛素化标记，再被26S蛋白酶体降解。 内质网也具有蛋白质质量监控功能，它能区别正确折叠和错误折叠的蛋白质，并在易位子协助下，将错误折叠的蛋白质逆向转运到细胞浆，再被泛素-蛋白酶体系降解。蛋白质的这种降解途径被称为内质网相关蛋白降解途径（ERAD）。
蛋白质翻译
蛋白质的生物合成??翻译 一切生命现象不能离开蛋白质，由于代谢更新，即使成人亦需不断合成蛋白质(约400g/日)。蛋白质具有高度特异性。不同生物，它们的蛋白质互不相同。所以食物蛋白质不能为人体直接利用，需经消化、分解成氨基酸，吸收后方可用来合成人体蛋白质。 mRNA含有来自DNA的遗传信息，是合成蛋白质的“模板”，各种蛋白质就是以其相应的mRNA为“模板”，用各种氨基酸为原料合成的。mRNA不同，所合成的蛋白质也就各异。所以蛋白质生物合成的过程，贯穿了从DNA分子到蛋白质分子之间遗传信息的传递和体现的过程。 mRNA生成后，遗传信息由mRNA传递给新合成的蛋白质，即由核苷酸序列转换为蛋白质的氨基酸序列。这一过程称为翻译（translation）。翻译的基本原理见图14-1。 由图14-1可见，mRNA穿过核膜进入胞质后，多个核糖体（亦称核蛋白体，图中为四个）附着其上，形成多核糖体。作为原料的各种氨基酸在其特异的搬运工具（tRNA）携带下，在多核糖体上以肽键互相结合，生成具有一定氨基酸序列的特定多肽链。 合成后从核糖体释下的多肽链，不一定具有生物学活性。有的需经一定处理，有的需与其他成分（别的多肽链或糖、脂等）结合才能形成活性蛋白质。 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与遗传密码 天然蛋白质有1010~1011种，组成蛋白质的氨基酸却只有20种。这20种氨基 1
蛋白质翻译
蛋白质合成——翻译 1、核糖体（ribosome）组成： 2、核糖体RNA（rRNA）： 3、合成机制： *在蛋白质生物合成时，tRNA活化成携带有相应氨基酸的氨基酰 -tRNA是翻译过程启动的先决条件。 *细胞内共有20余种氨酰-tRNA合成酶分别参与合成不同的氨酰 -tRNA的合成。氨酰-tRNA合成酶具有底物的绝对专一性，对氨 基酸，tRNA两种底物都能高度特异性的识别。 *tRNA分为起始tRNA（特性的识别起始密码子）和延伸tRNA，真 核生物的起始tRNA携带甲硫氨酸（Met），书写为Met-tRNAi Met； 原核生物起始tRNA携带甲酰甲硫氨酸（fMet），由于甲硫氨酸 -NH2被甲酰化，书写为fMet-tRNAi fMet。（i表示起始initiation） *同工tRNA，一种氨基酸有多种密码子，所以就有多种tRNA， 这几种代表相同氨基酸的rRNA称为同工tRNA。 *活化过程需要ATP消耗： 第一步形成氨酰腺苷酸-酶复合体。 AA+ATP+酶（E）——>AA-AMP-E+PPi （E指氨酰-tRNA合成酶） 第二步是氨酰基转移到3’端 AA-AMP-E+tRNA——>AA-tRNA+E+AMP
4、具体过程： （1）氨基酸活化（同上） （2）翻译的起始：真核生物中，任何一个多肽的合成都是从生成甲硫氨酸-tRNAi Met开始的，因为甲硫氨酸的特殊性，体内存在两种tRNA Met，只有甲硫氨酸-tRNAi Met才能与核糖体小亚基40S结合，起始肽链合成，普通的tRNA Met中携带的甲硫氨酸只能在延伸过程中插入到A位点参与肽链合成。 真核生物中，40S小亚基首先与Met-tRNAi Met结合，再与模版mRNA结合，最后与60S大亚基结合生成80S*mRNA*Met-tRNAi Met复合物。起始复合物的生成需要GTP供能，还需要Mg2+，NH4+和3个起始因子（IF1，IF2，IF3）。 原核生物翻过起始过程： 第一步：30S小亚基首先与起始因子IF1，IF3结合，通过SD序列与mRNA模版结合。 第二步：在IF2和GTP帮助下，fMet-tRNAi fMet进入小亚基的P位置，tRNA上的反密码子与mRNA上的起始密码子配对。 第三步：带有tRNA，mRNA，三个起始因子的小亚基复合物与50S大亚基结合，GTP水解，释放起始因子。 *30S亚基具有专一性的识别和选择mRNA起始位点的特性。30S小亚基通过其16SrRNA的3'端与mRNA的5'端起始密码子上游的碱基序列（SD序列5'-AGGAGGU-3'）配对结合。 *细菌核糖体上一般存在三个与氨酰-tRNA结合的位点，A位点（aminoacyl site，第二个密码子对应位点），P位点（peptidyl site）和E位点（exit site），只有fMet-tRNAi fMet能与第一个P位点相结合，其他所有的tRNA都必须通过A位点到达P位点，再由E位点离开核糖体。 真核生物的起始阶段基本相同，只是核糖体较大，有较多的起始因子（eIF）参与，其mRNA具有m7GpppNp 帽子结构（帽子与核糖体小亚基的18SrRNA的3'端序列之间存在不同于SD序列的碱基配对型相互作用。且有一种蛋白因子（eIF-4E）——帽子结合蛋白，能专一的识别mRNA的帽子结构，与mRNA的5'端结合生成蛋白质-mRNA复合物，并利用该复合物对eIF-3的亲和力与含有eIF-3的40S亚基结合。），Met-tRNAi Met
第5章-蛋白质翻译后修饰
Chapter V Chapter V Post‐translational Modification Of Proteins
One gene more proteins One gene, more proteins https://www.wendangku.net/doc/9512090621.html,
?蛋白质翻译后修饰（PTM）是指蛋白质在翻译中或翻译后经历的个共价加工过程，即通过1个或几个氨基酸残基加上修饰的一个 基团或通过蛋白质水解剪去基团而改变蛋白质的性质。 ?从定义的角度，可以如下理解蛋白质翻译后修饰： 1. 对某氨基酸的修饰包括共价连接简单的官能团（如乙酰基或磷酸基） 1对某一氨基酸的修饰包括 和引入一些复杂结构，如脂类和糖类。 2. 将已经结束翻译的转录本产物切割成成熟的形式，如信号肽或活性肽的 加 工等。 3. 氨基酸的交联，如丝氨酸和酪氨酸。
?可以说，蛋白质组中任一蛋白质都能在翻译时或翻译后进行修饰。不同类型的修饰都会影响蛋白质的电荷状态、疏水性、构饰不同类型的修饰都会影响蛋白质的 象和（或）稳定性，最终影响其功能。 ?诸多实例表明蛋白质的修饰都采取一种可逆模式‐“开”或“关” 的状态行或者调节蛋白质的功能或者作为个真实的分的状态进行，或者调节蛋白质的功能，或者作为一个真实的分子开关。 ?目前已发现300多种不同的翻译后修饰，主要形式包括磷酸化、糖基化、乙酰化、泛素化、羧基化、核糖基化以及二硫键的配对等。 等
?加入官能团 乙酰化—通常于蛋白质的N末端加入乙酰。 磷酸化—加入磷酸根至Ser、Tyr、Thr或His。 糖化—将糖基加入Asn、羟离氨酸、Ser或Thr，形成糖蛋白。 烷基化加入如甲基或乙基等烷基。 — 甲基化—烷基化中常见的一种，在Lys、Arg等的侧链氨基上加入甲基。 生物素化—主要有组蛋白的生物素酰化修饰，由羧化全酶合成酶与组蛋白直接相互作用完成，以及生物素附加物令赖氨酸残基酰化。 以及生物素附加物令赖氨酸残基酰化 谷氨酸化—谷氨酸与导管素及其他蛋白质之间建立共价键。 甘氨酸化—一个至超过40种甘氨酸与导管素的C末端建立共价键。 异戊二烯化—加入如法呢醇及四异戊二烯等异戊二烯。 硫辛酸化—附着硫辛酸的功能性。 磷酸泛酰巯基乙胺基化—像在脂肪酸、聚酮、非核糖体肽链及白氨酸的生物合 聚酮 成中，从乙酰辅酶A加入4‘磷酸泛酰巯基乙胺基。 硫酸化—将硫酸根加入至酪氨酸。 硒化 C末端酰胺化 ‐‐‐‐‐‐‐‐
蛋白质翻译习题
一、选择题 【单选题】 1．下列氨基酸活化的叙述哪项是错误的 A．活化的部位是氨基酸的α-羧基 B．活化的部位是氨基酸的α-氨基 C．活化后的形式是氨基酰-tRNA D．活化的酶是氨基酰-tRNA合成酶 E．氨基酰tRNA既是活化形式又是运输形式 2．氨基酰tRNA的3’末端腺苷酸与氨基酸相连的基团是 A．1’-OH B．2’-磷酸 C．2’-OH D．3’-OH E．3’-磷酸3．哺乳动物的分泌蛋白在合成时含有的序列是 A．N末端具有亲水信号肽段 B．在C末端具有聚腺苷酸末端 C．N末端具有疏水信号肽段 D．N末端具有“帽结构” E．C末端具有疏水信号肽段 4．氨基酸是通过下列哪种化学键与tRNA结合的 A．糖苷键 B．磷酸酯键 C．氢键 D．酯键 E．酰胺键 5．代表氨基酸的密码子是 A．UGA B．UAG C．UAA D．UGG E．UGA和UAG 6．蛋白质生物合成中多肽链的氨基酸排列顺序取决于 A．相应tRNA专一性 B．相应氨基酰tRNA合成酶的专一性 C．相应mRNA中核苷酸排列顺序 D．相应tRNA上的反密码子 E．相应rRNA的专一性 7．与mRNA中密码5’ACG3’相对应的tRNA反密码子是 A．5’UGC3’ B．5’TGC3’ C．5’GCA3’ D．5’CGT3’ E．5’CGU3’8．不参与肽链延长的因素是 A．mRNA B．水解酶 C．转肽酶 D．GTP E．Mg2+ 9．能出现在蛋白质分子中的下列氨基酸哪一种没有遗传密码 A．色氨酸 B．甲硫氨酸 C．羟脯氨酸 D．谷氨酰胺 E．组氨酸10．多肽链的延长与下列何种物质无关 A．转肽酶 B．甲酰甲硫氨酰-tRNA C．GTP D．mRNA E．EFTu、EFTs和EFG 11．下述原核生物蛋白质生物合成特点错误的是 A．原核生物的翻译与转录偶联进行，边转录、边翻译、边降解(从5’端) B．各种RNA中mRNA半寿期最短 C．起始阶段需ATP D．有三种释放因子分别起作用 E．合成场所为70S核糖体 12．可引起合成中的肽链过早脱落的是 A．氯霉素 B．链霉素 C．嘌呤霉素 D．四环素 E．放线菌酮13．肽键形成部位是 A．核糖体大亚基 P位 B．核糖体大亚基A位 C．两者都是 D．两者都不是 E．核糖体大亚基E位14．关于核糖体叙述正确的是 A．多核糖体在一条mRNA上串珠样排列 B．多核糖体在一条DNA上串珠样排列 C．由多个核糖体大小亚基聚合而成 D．在转录过程中出现 E．在复制过程中出现 15．翻译过程中哪个过程不消耗GTP A．起始因子的释放 B．进位 C．转肽 D．移位 E．肽链的释放16．下列哪一种过程需要信号肽 A．多核糖体的合成 B．核糖体与内质网附着 C．核糖体与mRNA附着 D．分泌性蛋白质合成 E．线粒体蛋白质的合成 17．哺乳动物细胞中蛋白质合成的重要部位是 A．核仁 B．细胞核 C．粗面内质网 D．高尔基体 E．溶酶体