生化-蛋白质合成与转运

    第一节 概述

    一、遗传密码

    （一）定义：密码子、遗传密码字典

    （二）基本特性

    1无标点：是连续阅读的，若插入或删除一个碱基，会使以后的读码发生错误，称为移码。

    2一般不重叠：只有少数基因的遗传密码是重叠的。

    3简并性：多数氨基酸有几个不同的密码子，只有色氨酸和甲硫氨酸仅一个密码子。编码相同氨基酸的密码子称为同义密码子。简并性可减少有害突变，也使dna的碱基组成有较大的变化余地，在物种的稳定性上起一定作用。

    4摆动性：密码子的专一性主要由头两位碱基决定，第三位不重要，称为摆动性。反密码子上的i可与u、a、c配对，g可与u配对。

    5uag,uaa,uga不编码氨基酸，作为终止密码子，只能被肽链释放因子识别。aug是起始密码子。

    6通用性：在各种生物中几乎完全通用，但发现线粒体有所不同，如人线粒体中uga编码色氨酸。

    二、核糖体

    （一）结构

    1核糖体rna：有很多双螺旋区，16s在识别起始位点中起重要作用。

    2核糖体蛋白：多数为纤维状，极少数球状。

    3结构模型：椭圆球状，两亚基结合面上有较大空隙，蛋白质的合成在此进行。大亚基上有两个转运rna位点：氨酰基位点(a)和肽酰基位点(p)，还有一个水解gtp的位点。两个亚基的接触面上有信使rna结合位点，核糖体上还有许多蛋白因子结合位点。

    （二）多核糖体：由一个信使rna与一些单个核糖体结合而成，呈念珠状。这样可以同时合成许多肽链，提高了翻译的效率。6个以上的多核糖体具有稳定的结构。

    第二节 翻译的过程

    一、准备

    （一）肽链的合成是由氨基端向羧基端进行的，速度很快，大肠杆菌每秒可聚合20个氨基酸。信使rna是从5’向3’翻译的。

    （二）氨基酸的活化：由氨酰trna合成酶催化，分两步：

    1 形成氨基酸－amp－酶复合物：氨基酸的羧基与5’磷酸形成高能酸酐键而活化。

    2转移：氨基酸转移到转运rna3’末端，与3’或2’羟基结合。总反应为：

    氨基酸＋trna＋atp=氨酰trna＋amp＋ppi

    此酶专一性很高，只作用于l-氨基酸，每种氨基酸都有一个专一的酶。酶有校对机制，一方面对转运rna有专一性，另一方面还有水解位点，可水解错误酰化的氨基酸。

    （三）转运rna的作用：起接头作用，根据密码子决定氨基酸的去向。转运rna反密码子的某些突变可抵销一些有害突变，称为校正突变。

    二、肽链合成的起始

    （一）起始信号：起始密码子是aug，其上游约10个核苷酸处有一段富含嘌呤的序列，可与16s rrna的3’端互补，与起始有关。

    （二）起始复合物的形成：

    1起始氨基酸：是n-甲酰甲硫氨酸，其转运rna也有所不同，称为trnaf，与甲硫氨酸结合后被甲酰化酶以甲酰四氢叶酸甲基化，生成fmet-trnaf。

    230s起始复合物：信使rna先与小亚基结合，在起始因子3(if3)的参与下形成mrna-30s-if3复合物，然后在if1和if2参与下与fmet-trnaf和gtp结合，并释放if3，形成30s起始复合物。

    330s起始复合物与大亚基结合，水解gtp，释放if1和if2，形成70s起始复合物。此时转运rna占据肽酰位点，空着的氨酰位点可接受另一个转运rna，为肽链延长作好了准备。

    三、肽链的延伸

    （一）转运rna进入氨酰位点：需atp和两种延伸因子参加。eftu与gtp结合，再与转运rna形成复合物，才能与起始复合物结合。然后释放出eftu-gdp，与efts和gtp反应，重新生成eftu-gtp，参加下一轮反应。eftu水解gtp前后构象不同，错误的转运rna会离去，而正确的则与两种状态都有强相互作用。eftu-gdp离去之前不能形成肽键，它停留的时间越长，错误的转运rna被排除的几率越大。这是翻译的限速步骤。

    （二）肽键的形成：肽酰基转移到氨酰位点，同时形成肽键。需大亚基上的肽酰转移酶和钾离子参加。肽酰位点的转运rna成为空的。嘌呤霉素的结构与氨酰trna类似，可形成肽酰嘌呤霉素，易脱落，使合成中断。

    （三）移位：指核糖体沿信使rna移动一个密码子。原肽酰位点的转运rna离开，肽酰trna进入肽酰位点。需gtp和延伸因子g(efg)，也叫移位酶。gtp的水解使efg释放出来。延伸与移位是两个分离的独立过程。

    四、终止

    （一）终止信号的识别：

    有三种蛋白因子：rf1识别uaa、uag，rf2识别uaa、uga。rf3协助肽链释放。

    （二）肽链释放：释放因子使肽酰转移酶水解并释放转运rna，然后核糖体离开，if3使核糖体解离，并与小亚基结合，以防重新聚合。

    五、真核生物的合成

    （一）核糖体：更大，为60s和40s。

    （二）起始氨基酸：是甲硫氨酸，但其转运rna无tΨc序列。

    （三）起始信号：密码子为aug，无富含嘌呤的序列。因为是单顺反子，只有一个起点，所以小亚基先与帽子结合，向3’端移动寻找即可。

    （四）起始复合物：80s，起始因子(eif)有多种。需gtp和atp。

    （五）延伸因子和终止因子：ef1a相当于eftu，ef1bg相当于efts。终止因子(erf)称为信号释放因子。

    （六）蛋白激酶参与调节：可使eif2磷酸化，抑制下一轮起始，小亚基不能与转运rna结合，翻译受抑制。只有脱磷酸后才能重新起作用。缺乏血红素时即激活蛋白激酶，抑制血红蛋白合成。

    六、抑制剂

    白喉毒素可使移位酶(ef2)adp-核糖化，抑制真核生物的移位作用。亚胺环己酮只作用于80s核糖体，抑制真核生物的翻译。氯霉素、链霉素、四环素、新霉素、卡那霉素只作用于原核生物，链霉素、新霉素、卡那霉素与小亚基结合，引起错读。

    第三节 多肽的运输和加工

    一、信号肽

    （一）特点：长度为13－26个残基，氨基端至少有一个碱性残基，中部有10－15个残基的疏水肽段，羧基端有信号肽酶酶切位点。一般位于新生肽的氨基端，某些位于多肽的中部。

    （二）功能：信号肽合成后被信号识别体(srp)识别。信号识别体与核糖体结合，使肽链延伸暂停，将核糖体带到内质网，形成粗糙内质网。这里合成溶酶体蛋白、分泌蛋白和构成质膜骨架的蛋白。信号识别体与内质网上的停泊蛋白结合，将核糖体送入多肽移位装置，信号识别体被释放，肽链继续延伸。合成的肽链进入内质网小腔。

    二、在内质网的修饰

    多肽在内质网的修饰包括信号肽的切除、二硫键的形成、高级结构的折叠及核心糖化。在内质网中以长萜醇磷酸酯为载体合成核心糖链，然后转移到蛋白质的天冬酰胺或丝氨酸、苏氨酸上。

    三、高尔基体的作用

    高尔基体可对核心糖链进行修饰和调整，称为末端糖化。多肽在此根据各自的结构进行分类，被运往溶酶体、分泌粒和质膜等目的地。

    四、线粒体和叶绿体蛋白的合成

    他们可编码全部rna，但所需的蛋白多数由核基因组编码，在游离核糖体中合成。这些蛋白含有线粒体定向肽或叶绿体转移肽，起信号肽的作用。