第十章? 蛋白質的生物合成

I 主要內容

本章重點講了蛋白質合成組成體系及蛋白質合成機制兩方面問題。

? ? 基因有兩種功能，一個是復制的功能，一個是表達的功能。通過復制，親代的遺傳信息可以傳遞到子代，使子代獲得和親代完全相同的遺傳信息，而傳到子代的遺傳信息只有通過基因的表達，才有可能使子代獲得和親代相同的遺傳性狀。蛋白質的生物合成涉及mRNA、tRNA、rRNA三種RNA分子及許多的蛋白質因子共同作用。

一、mRNA與遺傳密碼

? ? mRNA分子上特定的核苷酸順序就是蛋白質合成所需全部信息的直接來源。通常人們將mRNA分子上核苷酸順序與蛋白質分子中氨基酸排列順序間的對應關系稱為遺傳密碼，mRNA分子中順序相連的三個核苷酸可以代表一個特定的氨基酸或其它的含義稱密碼子或三聯(lián)體密碼。遺傳密碼具有通用性、兼并性、方向性和無間隔性、專門的起始密碼和終止密碼等特性。

二、rRNA及核糖體

? ? 核糖體是蛋白質合成的部位，它由約60% 蛋白質和40%的RNA組成；核糖體上有許多與蛋白質合成有關的功能部位，主要包括A-位（氨酰-tRNA結合部位）、P-位（起始氨酰-tRNA及正在延長中的肽酰 基的結合部位）、肽酰轉移酶部位、EF-Tu等功能位點或部位。?

三、tRNA

tRNA在蛋白質的合成中起活化氨基酸的載體及遺傳密碼的解讀功能。tRNA上的-CCA部位是氨基酸攜帶位點，D- 環(huán)是氨酰-tRNA 合成酶識別位點，TC- 環(huán)是核糖體附著位點，反密碼環(huán)則是密碼子的識別位點。

四、蛋白質生物合成的分子機制

蛋白質的合成過程可以分成AA活化、肽鏈合成的起始、延長、終止、肽鏈的合成后加工五個階段。

（一）氨基酸的活化

（二）核糖體上肽鏈的合成

肽鏈合成的起始、延長和終止三個階段均在核糖體上進行。

1．肽鏈合成的起始? ? ?

肽鏈合成的起始需要70S核糖體、甲酰甲硫氨酰-tRNAfMet、mRNA、起始因子及GTP參加。

2. 肽鏈的延長

肽鏈的延長涉及進位、轉肽、移位三個不斷重復的反應步驟：（1）進位? 與A-位密碼子對應的氨酰-tRNA進入A-位的作用；（2）轉肽? 位于P-位的甲酰甲硫氨?；蛘谘娱L之中的肽基會轉移到A-位以其羧其和新進入的氨基酸的氨基形成肽鍵，催化這個反應的酶是肽基轉移酶；（3）移位? 原來位于P位的空載的tRNA從核糖體上釋放出來，核糖體在延伸因子G（移位酶）作用下，沿mRNA的5′→3′方向相對移動一個密碼子單位。

3．肽鏈合成的終止和釋放

（1）終止密碼進入A-位。（2）終止因子進入A位，識別終止密碼，RF1識別UAA、UAG，RF2識別UAA、UGA，使肽基轉移酶活力轉變成酯酶活性，使肽鏈羧基與tRNA羥基間的酯鍵水解，釋放出來。

? ?（三）多肽的合成后加工

? ? 1.多肽合成后的定向運輸

? ? 蛋白質在核糖體上合成后要根據(jù)其需要被運輸?shù)较鄳牟课话l(fā)揮作用，不同部位的蛋白質可以不同的方式進行合成及運輸。

? ? ?2.蛋白質的合成后加工

許多蛋白在剛由核糖體合成時往往沒有活性，還需要有一個合成后加工過程。

蛋白質空間結構的形成主要取決于蛋白質中氨基酸的排列順序和蛋白質所外的環(huán)境條件。除此之外，某些生物體內蛋白質精確空間結構的形成，可能還需要某些蛋白質的輔助作用，這些蛋白質稱為分子伴侶或監(jiān)護蛋白。

? ?（四）GTP在蛋白質合成中的作用及能量消耗

? ? GTP在蛋白質合成中最主要的作用是能量的供應，在蛋白質的合成中，氨基酸活化、進位、移位、肽鏈合成的起始及終止均需要消耗能量，每加入一個氨基酸活化至少需要消耗4n個高能鍵。

? ?（五）蛋白質合成的抑制劑

? ? 五、真核生物與原核生物蛋白質合成的差異

II 習? 題

一、 名詞解釋

1．遺傳密碼：

? ? 2．變偶假說：

? ? 3.翻譯：

? ? 4.簡并密碼：

二、 是非題: 判斷下列每句話的意見正確與否，對的畫“√”，錯的畫“×”，并說明理由。

1．蛋白質中氨基酸的排列順序是在合成過程中由氨基酸與mRNA模板上的密碼之間的互補作用決定的。

2．mRNA只有當自身完成時，才能指導蛋白質合成，因為起始多肽合成的核糖體結合點總是靠近mRNA最后被合成的那一端。

3.活化一分子氨基酸參入多肽鏈，需要兩個高能鍵，因為一分子ATP轉變成AMP和PPi，PPi水解為2Pi時推動反應向右方進行。

4.密碼子AGA突變成CGA將導致錯義。

5.蛋氨酸t(yī)RNA的密碼子既可以是UAU，也可以是CAU。

6.在一個基因內，總是利用同樣的密碼子編碼一個給定的氨基酸。? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??

7．fMet-tRNAtfMet是由對fMet專一的氨酰tRNA合成酶催化形成的。

8．一條新鏈合成開始時，fMet-tRNAtfMet與核糖體的A位結合。

9．每一個相應的氨酰-tRNA與A位點結合，都需要一個延伸因子參加并需要消耗GTP。

10．蛋白質合成時從mRNA的5′-3′端閱讀密碼于，肽鏈的合成從氨基端開始。

11．tRNAtMet反密碼子即可以是pApUpG也可以是pGpUpA。? ? 、

12．人工合成一段多聚尿苷酸作模板進行多肽合成時，只有一種氨基酸參入。

13．氨酰-tRNA上的反密碼子與mRNA的密碼子相互識別，以便把它所攜帶的氨基酸連接在正確位置上。

14．每個tRNA上的反密碼子只能識別一個密碼子。

15．蛋白質正確的生物合成取決于攜帶氨基酸的tRNA與mRNA上的密碼子之間的正確識別。

三、填空題

1．在原核細胞中新生肽鏈N端的第一個氨基酸是? ? ? ? ? ，必須由相應的酶切除。

2．當每個肽鍵形成終了時，增長的肽鏈以肽酰-tRNA的形式留在核糖體的? ? ? ? 位。

3．在? ? ? ? ? ?過程中水解ATP的兩個高能磷酸酯鍵釋放出的能量足以驅動肽鍵的合成。

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

5．嘌呤霉素是蛋白質合成的抑制劑，抑制的機制是? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 。

6．蛋白質生物合成的終止密碼于有? ? ? ? ? ?、? ? ? ? ? 和? ? ? ? ? ? ?。

7．根據(jù)擺動假說，一個帶有IGC反密碼子的tRNA可識別的密碼子是? ? ? ?、? ? ? ? 和

? ? ? ? ?。

8．蛋白質生物合成的新生肽鏈從? ? ? ? 端開始，在mRNA上閱讀，密碼子從? ? ? 端至? ? ? ? ? ?。

9．肽鍵的形成是由? ? ? ? ? 催化，該酶在合成終止時的作用是? ? ? ? ? ?。

? ? 10．氨基酸活化為氨基酰tRNA時，氨基酸的__________與tRNA3'-端OH的__________形成酯鍵。

四、選擇題

? 1．用人工合成的多聚核苷酸作模板合成一條多肽：Ile-Tyr-11e-Tyr-重復序列，人工模板的核昔酸序列應該是：

? ? ?A? AUUAAUUAAUU…? ? B? AUAUAUAUAUAU…

? ? ?C? UAUUAUUAUUAU… ? ? D? AUAAUAAUAAUA…

2．下列氨基酸的變化中，由于密碼子中一個堿基的改變產(chǎn)生的是：

? ? ?A? Met轉變?yōu)锳rg ? ? B? His轉變?yōu)镚1u

? ? ?C? G1y轉變?yōu)锳1a? ? D? Tyr轉變?yōu)閂al

3．利用基因工程的手段包括基因的定點突變改造蛋白質使其符合人的要求，這種技術和學科被稱為：

? ? ?A? 遺傳工程 ? ? B? 蛋白質工程

? ? ?C? 細胞工程? ? D? 染色體工程

4．引起人獲得性免疫缺陷癥的病毒(HIV)是：

? ? ?A? 單鏈DNA ? ? B? 雙鏈DNA

? ? ? ?C? 單鏈RNA ? ? D? 雙鏈RNA

5．用[α-32P]dATP標記一個DNA片段需要用：

? ? ?A? DNA聚合酶 ? ? B? DNA連接酶

? ? ? ?C? 逆轉錄酶? ? D? 多核苷酸激酶

6．在蛋白質的生物合成過程中，下列哪一步?jīng)]有mRNA參與

? ? ? ? A? 氨酰tRNA識別密碼子? ? B? 翻譯的模板與核糖體結合

? ? ? ? C? 起始因子的釋放 ? ? D? 催化肽鍵的形成

7．氨酰tRNA合成酶可以：

? ? ? A? 識別密碼子 B? 識別反密碼子

? ? ? ? C? 識別mRNA ? ? ? D? 識別氨基酸

8．下列除哪個外都是原核細胞中蛋白質生物合成的必要步驟：

? ? ? ? A? 氨酰-tRNA與核糖體的30S亞基結合

? ? ? ? B? 氨酰-tRNA與核糖體的70S亞基結合

? C? 氨酰-tRNA合成酶催化氨基酸與核糖體結合

? D? 70S的核糖體分離形成30S和50S兩個亞基

9．下列敘述正確的是：

? ? A? tRNA與氨基酸通過反密碼子相互識別。

? ? B? 氨酰-tRNA合成酶催化氨基酸與mRNA結合。

? ? C? tRNA的作用是攜帶相應的氨基酸到核糖體上，參與蛋白質的合成

? ? D? 蛋白質的生物合成發(fā)生在線粒體內。

五、問答與計算

1．雙鏈DNA的一條單鏈的順序如下：

? ? ? (5')TCGTCGACGATGATCGGCTACTCGA(3')試寫出:

? ? ? ⑴另一條DNA單鏈的堿基順序；

? ? ? ⑵從DNA第一條鏈轉錄出來的mRNA的堿基順序；

? ? ? ⑶由此mRNA編碼的肽鏈的氨基酸順序；

⑷如果DNA的3'端的第二個T缺失，此時氨基酸順序有何改變？

2．蛋白質的生物合成需要哪些重要物質的參與？這此重要物質在蛋白質合成中的作用是什么？細胞是通過什么方式實現(xiàn)將mRNA分子中的核苷酸順序轉變?yōu)榈鞍踪|中的氨基酸順序的？?

3．為什么某種氨基酸的變化，不影響蛋白質的活性，而另一種氨基酸的變化影響其活? 性?? ??

4． 基因內點突變引起該基因編碼的蛋白質功能喪失必須具備哪兩個條件?

5．假設反應游離氨基酸、tRNA、氨酰-tRNA合成酶、GTP、ATP、核糖體開始，每翻譯一次具有104個氨基酸殘基的核糖核酸酶的mRNA要用掉多少個高能磷酸鍵