級蛋白質的生物合成
生物中心法則 忠實復制 忠實轉錄 忠實翻譯 一、遺傳密碼和密碼單位 1. 遺傳密碼 ( genetic code ) 指mRNA中的核苷酸序列與多肽中氨基酸序 列之間的對應關系, 通常是指核苷酸三聯體決定 氨基酸的對應關系, 故也稱三聯體密碼或密碼子. 2. 密碼單位 1954年物理學家Gamov G 首先對遺傳密碼 進 行探討: 41=4; 42=16; 43=64, 足以編碼20種氨基酸, 密碼子 (codon) 應是三聯體（triplet）. 密碼子或稱三聯體密碼，即mRNA上決定一 個特定氨基酸的三個核苷酸 。 3. 密碼子的確定 ● 用各種人工合成模板在體外翻譯蛋白質的 方 法確定 ● 用核糖體結合技術測定密碼子中的核苷酸排 列順序 1961 ~ 1965年 4 年時間，完全確定了編碼20 種天然氨基酸的密碼子，編出了遺傳密碼字典。 12 1 密碼的第二個堿基 1212 U C 密 A 密 碼 G 碼 的 U 的 C 第 第 A 一 G 三 個 U 個 堿 C 堿 基 A 基 G ′ ′ 5 U 3 12 C 12 A G 二、遺傳密碼的基本特征 1. 遺傳密碼的連續性(commaless) 密碼子之間沒有任何起“標點”作用的空格, 閱 讀mRNA 時是連續的,一次閱讀3個核苷酸(堿基) 2. 遺傳密碼的不重疊性(nonoverlapping) 在絕大多數生物中,閱讀mRNA時是以密碼 子為單位，不重疊地閱讀。 少數大腸桿菌噬菌體的RNA基因組中部分 基因的遺傳密碼是重疊的。 不重疊密碼 重疊密碼 3.遺傳密碼具有簡并性（degeneracy） (1)除Met(AUG)和Trp(UGG)外,每個氨基酸 都有兩個或更多的密碼子,這種現象稱為密碼子 的簡并性（degenecy）。 (2)同義密碼：同一個氨基酸的不同密碼子稱 同義密碼子（synonyms）。 (3)簡并性的生物學意義: 減少有害突變, 對生物物種的穩定有一定意義 (4)密碼的簡并性往往表現在密碼子的第三位 堿基上。 4. 密碼的變偶性——擺動性(wobble) tRNA上的反密碼子與mRNA上的密碼子配對 時, 密碼子的第一位、第二位堿基配對是嚴格的, 第三位堿基可以有一定變動, Crick稱這種現象為 密碼的擺動性或變偶性( wobble )。如tRNA反密 碼 子第一位的I?A、U、C配對。 （在密碼子3′端的堿基和反密碼子5′端的互補堿基之間 形成的相對松散的堿基配對－－搖擺現象。） 顯然, 密碼子的專一性基本取決于前兩位堿基, 第三位堿基起的作用有限(有較大靈活性)。 所以幾乎所有氨基酸的密碼子都可以用 和 來表示。 切記： 在書寫或閱讀密碼子、 反密碼子的堿基順序時， 一定都按5′→ 3′方向 閱讀！ tRNA 反密碼子中除A、U、 G、 C 四種堿 基外, 還經常在第一位出現次黃嘌呤( I )。 I 可以 與A、 U 、C 三者之間形成堿基對, 使帶有次黃 嘌呤的反密碼子可以識別更多的簡并密碼子。 由于變偶性的存在, 細胞內只需要32種tRNA, 就能識別61個編碼氨基酸的密碼子。 原核和真核細胞都只合成約30種帶有反密碼 子的tRNA。 5.遺傳密碼的通用性和變異性 (1)通用性:指各種低等和高等生物,包括病 毒、細菌及真核生物,基本上共用一套遺傳密碼. (2)密碼的變異性:目前已知線粒體DNA(mtDNA) 的編碼方式與通用遺傳密碼子有所不同. 6.密碼子有起始密碼子和終止密碼子 (1) 起始密碼子: AUG(Met) 多數原核,真核生物 GUG 少數情況 (2) 終止密碼子: UAA、UAG、UGA 不編碼任何氨基酸, 又稱為無義密碼子 (nonsense codons)或終止密碼子(chain- terminating codons), 它們單個或串聯在一起用于 多肽鏈翻譯的結束，沒有相應的tRNA存在。 關于SD序列 許多原核生物在mRNA的起始密碼子上游約 10個核苷酸處(-10區), 通常有一段富含嘌呤核苷 酸的序列, 與16S rRNA的3′端部分互補, 有助于 mRNA與核糖體小亞基的結合。該序列最初是由 Shine-Dalgarno 發現的, 故稱之為SD序列(Shine- Dalgarno sequence)。 一、核糖體是蛋白質合成的工廠 用放射性同位素標記氨基酸，注射到小鼠體 內，經短時間后取出肝臟，制成勻漿，離心，分 離各細胞器，發現核糖體放射性最強，說明核糖 體是蛋白質合成部位。 二、核糖體的結構 原核生物 真核生物 三、核糖體的活性位點 四、核糖體的功能 參與多肽鏈的啟動、延長、終止，并“移動” 含有遺傳信息的模板mRNA Up-to-date Viewpoint: “核糖體是1種核酶, 它催化肽鍵的形成, 將蛋 白質生物合成牢牢地控制在RNA的手中。” 第三節 轉移RNA的功能 在蛋白質合成中，tRNA起著運載氨基酸的 作用，按照mRNA鏈上的密碼子所決定的氨基酸 順序將氨基酸轉運到核糖體的特定部位。 tRNA有兩個關鍵部位： ⑴ 3＇端CCA: 接受氨基酸, 形成氨酰-tRNA. 需ATP提供活化氨基酸所需的能量。 ⑵ 與mRNA結合部位—反密碼子部位(tRNA 的接頭作用) 此外, tRNA上尚有 (3)識別氨酰tRNA合成酶的 位點, (4)核糖體識別位點 密碼子與反密碼子的 CCA-OH 閱讀方向均為5′?3′ 3′ CC 兩者反向平行配對。 A-O 5′ H C C G I 5′ 3′ G G C 一、肽鏈延伸合成的方向和速度 1. 方向 N 端 → C 端 2. 速度 肽鏈延伸的速度極快，一個核糖體合成一 條完整的血紅蛋白α-鏈(146個AA)需3分鐘, 平 均0.8AA/秒；大腸桿菌 20個AA/秒。 二、mRNA 上翻譯的方向 1. 用人工合成的多核苷酸作模板證明： 2. 翻譯方向： 5′→3′ 三、原核生物蛋白質生物合成的分子機制 (一) 氨基酸的激活 l氨基酸在摻入肽鏈前必須被激活，這在胞液中 進行。 l氨基酸的激活是指各種參加蛋白質合成的AA 與攜帶它的相應的tRNA結合成氨酰-tRNA的 過程。激活反應在氨酰-tRNA 合成酶的催化下 進行。 氨基酸的激活 1. 部位: 細胞質 2. 酶: 氨酰-tRNA合成酶 3. 能量: 消耗2ATP 4. 產物: 氨酰-tRNA 甲酰化產物 f Met-tRNA(原核生物起始AA) 5. 激活過程: 1) 氨基酸-AMP-酶復合物的形成 2) 氨基酸從氨基酸-AMP-酶復合物轉移到相 應的tRNA上 Mg 2+ AA + ATP + E AA-AMP-E + PPi Mn 2+ AA-AMP-E + tRNA → 氨酰-tRNA + AMP + E v氨基酸激活的總反應式是： 氨酰-tRNA合成酶 氨基酸 + ATP + tRNA + H2O ? 氨酰-tRNA + AMP + PPi 20種氨基酸中, 每一種氨基酸都有各自特異 的氨酰-tRNA合成酶。 ●氨酰-tRNA合成酶具有高度的專一性: 它既 能識別相應的氨基酸（L-構型），又能識別與此 氨基酸相對應的一個或多個tRNA 分子； ● ●氨酰-tRNA合成酶具有校對功能：即使AA識 別出現錯誤，此酶具有水解功能，可以水解非正 確組合的氨基酸和tRNA之間形成的共價聯系。 ●這種高度專一性和校對作用, 保證了氨基酸 與特定的tRNA準確匹配, 從而使蛋白質的合成具 有一定的保真性 (翻譯過程的錯誤頻率＜10-4)。 (氨酰-tRNA合成酶與tRNA的相互作用被稱為“第二遺 傳密碼”) (二) 肽鏈合成的起始 1. 70S起始復合物的形成 (1) 起始氨基酸及起始tRNAi 原核：甲酰甲硫氨酸 f Met 起始氨基酸 真核：甲硫氨酸 Met 起始氨酰-tRNA : 甲硫氨酰-tRNA 甲酰化： i i ①甲酰化后才能與IF2 結合生成30S復合物 ②甲酰化防止起始氨基酸進入延伸中的肽鏈 ③使f Met-tRNAi 結合在核糖體P部位 ④延長因子EF-Tu識別未甲酰化的 Met-tRNA 原核：甲酰甲硫氨酸 ( fMet ) 翻譯起始需要有一 個接載fMet (原核生物) 或Met (真核生物)的起 始tRNA (tRNAi)。 但因tRNAi的TΨC 環沒有與核糖體的A位 處5S rRNA的一序列互 補的保守序列，所以起 始用的tRNAi只能進入 核糖體的P位。 (2) 70S起始復合物的形成 細菌中的起始因子: IF1: 結合在30S亞基上作為完全起始復合物 的一部分，起穩定此復合物的作用。 IF2: 結合到特異的起始tRNA(fMet-tRNAi ), 并將起始tRNA置于小亞基上。 IF3: 30S小亞基特異地與mRNA起始部位結 合需要IF3。IF3還作為70S核糖體的解離因素，產 生30S亞基。 (三) 肽鏈的延長 肽鏈的延長分為4個步 驟： 進位 轉肽 脫落 移位----核糖體循環 1. 進位： 1) 一個新的氨酰- tRNA進入A位 2) 延長因子參加 3) 消耗1個GTP 原核生物蛋白質合成的延伸因子 因子 基因 分子量 分子數/細 功能 抑制劑 胞 E F - Tuf A, 43,225 70,000 與氨基酰tRNA及GTP 黃 色 霉 Tu tuf B 結合 素 E F Tsr 74,000 10,000 結合EF-Tu，取代GDP Ts EF G 77,444 70,000 結合核糖體和GTP 梭 鏈 孢 酸 2. 轉肽： 1) 肽酰基從P位轉到A位, 肽鍵的形成。 2) 負責肽鍵合成的酶稱為肽酰轉移酶 (peptityl transferase)，簡稱轉肽酶。 3) 肽的轉移是核糖體大亞基 (50S或60S) 的功 能。 4) 抗菌素嘌呤霉素抑制蛋白質合成, 使新生的 肽鏈在合成未完成之前就釋放出來。 3. 脫落 轉肽后，P部位上空載的tRNA經出口位點 (E) 脫落 4. 移位： 1) 核糖體向mRNA 3′端移動一個密碼子，移 位導致肽酰-tRNA從A位點移出，進入P位點; 空著的A位點為下一個密碼子對應的氨酰-tRNA 的進入作好準備。 2) 需要1個GTP 3) 三位點模型: 1989年德國的Nierhaus 等提 出模型認為，細菌tRNA及mRNA相對于核糖體 發生移位后，空載tRNA并未立即從核糖體上解 離下來，而是移到了E位點（出口位點），當新 的氨酰-tRNA結合到A位點時，E位點的空載 tRNA才解離下來，此過程涉及到核糖體構象的 變化, 該變化有利于核糖體對正確氨酰-tRNA 的 識別作用，從而提供了蛋白質合成的精確性。 (四) 肽鏈合成的終止與釋放 1. 終止信號 1) 終止密碼子: UAA、 UGA 、UAG 正常細胞不含能和終止密碼子互補的反密 碼子的tRNA，這些終止密碼子能被終止因子所 識別。 2) 釋放因子（release factor，RFs）： RF1 : 識別UAA 、 UAG RF2 : 識別UAA 、 UGA RF3 : 不識別終止密碼子, 但刺激另外兩個 因子的活性，協助肽鏈釋放 2. 終止機制: 1) 釋放因子與終止密碼子結合使轉肽酶活性 變成水解酶活性，水解了P位點上多肽與tRNA 之間的鍵，釋放出多肽和tRNA。 2) 在基因中，終止密碼子總是緊接在編碼最后 一個氨基酸的密碼子后面。任何一個三聯密碼發 生無義突變時都足以終止其基因的蛋白質合成。 3) 在原核生物的基因中，UAA是最常見的終止 密碼，其它依次為UGA和UAG，但閱讀UGA存 在更多的錯誤。（錯誤閱讀終止密碼就是一個氨 酰-tRNA對它產生錯誤反應，使蛋白質合成繼續 進行，直到另一個終止密碼出現）。 多核糖體 是一個mRNA分 子與一定數目的單個 核糖體結合而成的， 形成念珠狀 。每個 核糖體可以獨立完成 一條肽鏈的合成，提 高了翻譯的效率。 原核生物 轉錄與翻譯相偶聯 (五) 肽鏈的折疊和加工處理 前體蛋白是沒有活性的，常常要進行一系列 翻譯后加工，才能成為有功能的成熟蛋白。蛋白 質合成后的加工主要有以下幾種方式。 1. 氨基端和羧基端的修飾：在原核生物中幾 乎所有蛋白質都是從N-甲酰蛋氨酸開始，真核生 物從蛋氨酸開始。甲酰基經酶水解而除去，蛋氨 酸或者氨基端的一些氨基酸殘基常由氨肽酶催化 而水解除去。因此，成熟的蛋白質分子的N-端沒 有甲酰基，或沒有蛋氨酸。同時, 某些蛋白質分 子氨基端要進行乙酰化,在羧基端也要進行修飾 2. 除去信號肽：某些蛋白質氨基端有一段 15～30個氨基酸殘基的順序，這段順序稱作信號 肽，與蛋白質傳送到特定的細胞器、膜，或分泌 出細胞外有關。信號肽在運送過程中通常由專一 的酶催化而水解除去。 3. 羥基氨基酸的磷酸化：某些蛋白質分子中 的絲氨酸、蘇氨酸、酪氨酸殘基的羥基，在酶催 化下被ATP磷酸化。磷酸化在酶的活性調節中有 重要意義。 4. 羧化反應：某些蛋白質, 如凝血酶等凝血因 子, 含有多個γ-羧基Glu, 這一羧基是在需Vit K 的酶催化下進行的。 5. 羥基化反應: 膠原蛋白中的脯氨酸與賴氨 酸的羥基化，由相應的羥基化酶催化完成。 6. 甲基化反應：某些蛋白質中的賴氨酸殘基 需要甲基化，某些谷氨酸殘基的羧基也要甲基 化，以除去負電荷。 7. 加糖鏈：糖蛋白的糖鏈是蛋白質合成之后, 在通過高爾基體時，經過糖化而形成的。糖鏈或 加在天冬氨酸殘基上，或加在絲氨酸、蘇氨酸殘 基上。 8. 加輔基：蛋白質與輔基的結合也是在翻譯 之后進行的，如乙酰CoA羧化酶的輔基－生物素 和細胞色素C的血紅素。 9. 二硫鍵的形成：真核細胞合成的某些蛋白 質，往往能自發地折疊形成其天然構像，分子內 的半胱氨酸的巰基之間形成共價鍵－二硫鍵。二 硫鍵在穩定蛋白質空間構型中起著重要作用。例 如胰島素分子的成熟是借核糖體上釋放的前胰島 素原經自發折疊、形成二硫鍵，然后再切除C肽 而形成的。 10. 蛋白質前體的裂解：一種蛋白質前體能產 生多種多肽激素，如垂體產生的幾種小肽激素是 來源于同一個大的蛋白質前體。 11. 新生肽鏈折疊成有活性的構象：需要分子 伴侶(molecular chaperones)輔助。 12. 蛋白質自我剪接：1990年，Hirata等首次 報道一種新的蛋白質加工方式－蛋白質自我剪 接。他們發現，釀酒酵母細胞基因TFP1表達生 成兩種蛋白，較大的（69×103）是液泡H＋－ ATPase的催化亞基，它來自TFP1基因5′編碼區 和3′編碼區，較小的（50×103）是由該基因中 央區編碼的。他們證明，這兩種蛋白是同一條多 肽鏈經過自我剪接產生的，較小的蛋白是被切割 下來的部分，較大的蛋白在切除較小蛋白后再連 接而成。 蛋白質自我剪接在原核生物和單細胞真核生 物中均已發現。迄今已在20多種生物的近30種蛋 白質分子中發現蛋白內含肽，這些蛋白質大約一 半參與核酸代謝。蛋白內含肽常具有一定的生物 活性，如核酸內切酶的活性。此外，許多蛋白內 含肽插入至蛋白質高度保守區（如活性中心附 近），這一方面迫使蛋白質前體必須經過剪接才 能成熟, 另一方面也有利于蛋白內含肽自我保護。 切除 連接 蛋白質的自我剪接 四、 蛋白質合成所需的能量 v 蛋白質的合成是一個高耗能過程 AA活化 2個高能磷酸鍵（ATP） 肽鏈起始 1個（70S復合物形成，GTP） 進位 1個（GTP） 移位 1個（GTP） 第一個氨基酸摻入需消耗3個(活化2 + 起始1), 以后每摻入一個AA需要消耗4個（活化2個 + 進 位 1個 + 移位1個）高能鍵。 從氨基酸開始合成一個含200個殘基的蛋白 質需要消耗多少高能磷酸鍵? ● 活化一個氨基酸 -2 200×2=400 ● 起始一次 ： -1 ● 形成一個肽鍵： - 2 199×2=398 ● 共消耗高能鍵 400＋398＋1=799 五、活性肽合成的特征 P.285--286 第五節 真核生物與原核生物 蛋白質合成的差異 1. 核糖體更大: 真核生物--80S , 原核生物--70S。 2. 起始氨酰tRNA： 真核--Met-tRNAmet mRNA識別是從5′端開始, 無SD序列, 起始因 子識別與mRNA 5′端帽子有關。以掃描機制識 別出一個AUG 從此開始形成閱讀框架。 3. 起始密碼子: 通常只有一個AUG起始密碼子。 4. 80S起始復合物： 9種起始因子----eIF-1, 2, 3, 4A, 4B, 4C, 4D, 4E, 5 5. 蛋白激酶參與真核細胞蛋白質合成的調節。 蛋白激酶可以催化eIF-2 磷酸化 6. 釋放因子: 真核--1種, 識別3種終止密碼; 原核-- 3種。－－與原核生物不同的是, 真核生物蛋白 質生物合成的終止和釋放，只需要一種RF， 并且它的作用要GTP供能。 7. 翻譯與轉錄: 真核--不偶聯; 原核--偶聯。 8. 合成速度: 真核: 慢，3個肽鍵/核糖體/秒 原核: 快，10-15個肽鍵/核糖體/秒 9. 順反子: 真核--單順反子; 原核--多順反子。 第六節 蛋白質合成的抑制劑 ● 抗菌素: 嘌呤霉素、氯霉素、四環素、 鏈霉素抑制 原核細胞翻譯，不作用于真核細胞； 鏈霉素、新霉素、卡那霉素與原核30S核糖 體結合, 引起密碼錯讀 ● 亞胺環己酮: 只作用于真核細胞80S核糖體 ● 白喉霉素: 與EF-2結合（真核延長因子催化部 位)，抑制真核細胞蛋白質合成 本章主要內容: 一、遺傳密碼 二、核糖體 三、轉移RNA的功能 四、蛋白質生物合成的分子機制 五、真核生物與原核生物蛋白質合成的差異 六、蛋白質合成的抑制劑 重點：蛋白質合成過程及分子機制; 蛋白質合成的忠實性; 氨酰-tRNA合成酶的作用及決定蛋白質 合成忠實性的分子機制。 生物中心法則 忠實復制 忠實轉錄 忠實翻譯 一、遺傳密碼和密碼單位 1. 遺傳密碼 ( genetic code ) 指mRNA中的核苷酸序列與多肽中氨基酸序 列之間的對應關系, 通常是指核苷酸三聯體決定 氨基酸的對應關系, 故也稱三聯體密碼或密碼子. 2. 密碼單位 1954年物理學家Gamov G 首先對遺傳密碼 進 行探討: 41=4; 42=16; 43=64, 足以編碼20種氨基酸, 密碼子 (codon) 應是三聯體（triplet）. 密碼子或稱三聯體密碼，即mRNA上決定一 個特定氨基酸的三個核苷酸 。 3. 密碼子的確定 ● 用各種人工合成模板在體外翻譯蛋白質的 方 法確定 ● 用核糖體結合技術測定密碼子中的核苷酸排 列順序 1961 ~ 1965年 4 年時間，完全確定了編碼20 種天然氨基酸的密碼子，編出了遺傳密碼字典。 12 1 密碼的第二個堿基 1212 U C 密 A 密 碼 G 碼 的 U 的 C 第 第 A 一 G 三 個 U 個 堿 C 堿 基 A 基 G ′ ′ 5 U 3 12 C 12 A G 二、遺傳密碼的基本特征 1. 遺傳密碼的連續性(commaless) 密碼子之間沒有任何起“標點”作用的空格, 閱 讀mRNA 時是連續的,一次閱讀3個核苷酸(堿基) 2. 遺傳密碼的不重疊性(nonoverlapping) 在絕大多數生物中,閱讀mRNA時是以密碼 子為單位，不重疊地閱讀。 少數大腸桿菌噬菌體的RNA基因組中部分 基因的遺傳密碼是重疊的。 不重疊密碼 重疊密碼 3.遺傳密碼具有簡并性（degeneracy） (1)除Met(AUG)和Trp(UGG)外,每個氨基酸 都有兩個或更多的密碼子,這種現象稱為密碼子 的簡并性（degenecy）。 (2)同義密碼：同一個氨基酸的不同密碼子稱 同義密碼子（synonyms）。 (3)簡并性的生物學意義: 減少有害突變, 對生物物種的穩定有一定意義 (4)密碼的簡并性往往表現在密碼子的第三位 堿基上。 4. 密碼的變偶性——擺動性(wobble) tRNA上的反密碼子與mRNA上的密碼子配對 時, 密碼子的第一位、第二位堿基配對是嚴格的, 第三位堿基可以有一定變動, Crick稱這種現象為 密碼的擺動性或變偶性( wobble )。如tRNA反密 碼 子第一位的I?A、U、C配對。 （在密碼子3′端的堿基和反密碼子5′端的互補堿基之間 形成的相對松散的堿基配對－－搖擺現象。） 顯然, 密碼子的專一性基本取決于前兩位堿基, 第三位堿基起的作用有限(有較大靈活性)。 所以幾乎所有氨基酸的密碼子都可以用 和 來表示。 切記： 在書寫或閱讀密碼子、 反密碼子的堿基順序時， 一定都按5′→ 3′方向 閱讀！ tRNA 反密碼子中除A、U、 G、 C 四種堿 基外, 還經常在第一位出現次黃嘌呤( I )。 I 可以 與A、 U 、C 三者之間形成堿基對, 使帶有次黃 嘌呤的反密碼子可以識別更多的簡并密碼子。 由于變偶性的存在, 細胞內只需要32種tRNA, 就能識別61個編碼氨基酸的密碼子。 原核和真核細胞都只合成約30種帶有反密碼 子的tRNA。 5.遺傳密碼的通用性和變異性 (1)通用性:指各種低等和高等生物,包括病 毒、細菌及真核生物,基本上共用一套遺傳密碼. (2)密碼的變異性:目前已知線粒體DNA(mtDNA) 的編碼方式與通用遺傳密碼子有所不同. 6.密碼子有起始密碼子和終止密碼子 (1) 起始密碼子: AUG(Met) 多數原核,真核生物 GUG 少數情況 (2) 終止密碼子: UAA、UAG、UGA 不編碼任何氨基酸, 又稱為無義密碼子 (nonsense codons)或終止密碼子(chain- terminating codons), 它們單個或串聯在一起用于 多肽鏈翻譯的結束，沒有相應的tRNA存在。 關于SD序列 許多原核生物在mRNA的起始密碼子上游約 10個核苷酸處(-10區), 通常有一段富含嘌呤核苷 酸的序列, 與16S rRNA的3′端部分互補, 有助于 mRNA與核糖體小亞基的結合。該序列最初是由 Shine-Dalgarno 發現的, 故稱之為SD序列(Shine- Dalgarno sequence)。 一、核糖體是蛋白質合成的工廠 用放射性同位素標記氨基酸，注射到小鼠體 內，經短時間后取出肝臟，制成勻漿，離心，分 離各細胞器，發現核糖體放射性最強，說明核糖 體是蛋白質合成部位。 二、核糖體的結構 原核生物 真核生物 三、核糖體的活性位點 四、核糖體的功能 參與多肽鏈的啟動、延長、終止，并“移動” 含有遺傳信息的模板mRNA Up-to-date Viewpoint: “核糖體是1種核酶, 它催化肽鍵的形成, 將蛋 白質生物合成牢牢地控制在RNA的手中。” 第三節 轉移RNA的功能 在蛋白質合成中，tRNA起著運載氨基酸的 作用，按照mRNA鏈上的密碼子所決定的氨基酸 順序將氨基酸轉運到核糖體的特定部位。 tRNA有兩個關鍵部位： ⑴ 3＇端CCA: 接受氨基酸, 形成氨酰-tRNA. 需ATP提供活化氨基酸所需的能量。 ⑵ 與mRNA結合部位—反密碼子部位(tRNA 的接頭作用) 此外, tRNA上尚有 (3)識別氨酰tRNA合成酶的 位點, (4)核糖體識別位點 密碼子與反密碼子的 CCA-OH 閱讀方向均為5′?3′ 3′ CC 兩者反向平行配對。 A-O 5′ H C C G I 5′ 3′ G G C 一、肽鏈延伸合成的方向和速度 1. 方向 N 端 → C 端 2. 速度 肽鏈延伸的速度極快，一個核糖體合成一 條完整的血紅蛋白α-鏈(146個AA)需3分鐘, 平 均0.8AA/秒；大腸桿菌 20個AA/秒。 二、mRNA 上翻譯的方向 1. 用人工合成的多核苷酸作模板證明： 2. 翻譯方向： 5′→3′ 三、原核生物蛋白質生物合成的分子機制 (一) 氨基酸的激活 l氨基酸在摻入肽鏈前必須被激活，這在胞液中 進行。 l氨基酸的激活是指各種參加蛋白質合成的AA 與攜帶它的相應的tRNA結合成氨酰-tRNA的 過程。激活反應在氨酰-tRNA 合成酶的催化下 進行。 氨基酸的激活 1. 部位: 細胞質 2. 酶: 氨酰-tRNA合成酶 3. 能量: 消耗2ATP 4. 產物: 氨酰-tRNA 甲酰化產物 f Met-tRNA(原核生物起始AA) 5. 激活過程: 1) 氨基酸-AMP-酶復合物的形成 2) 氨基酸從氨基酸-AMP-酶復合物轉移到相 應的tRNA上 Mg 2+ AA + ATP + E AA-AMP-E + PPi Mn 2+ AA-AMP-E + tRNA → 氨酰-tRNA + AMP + E v氨基酸激活的總反應式是： 氨酰-tRNA合成酶 氨基酸 + ATP + tRNA + H2O ? 氨酰-tRNA + AMP + PPi 20種氨基酸中, 每一種氨基酸都有各自特異 的氨酰-tRNA合成酶。 ●氨酰-tRNA合成酶具有高度的專一性: 它既 能識別相應的氨基酸（L-構型），又能識別與此 氨基酸相對應的一個或多個tRNA 分子； ● ●氨酰
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