蛋白质的生物合成

蛋白质的生物合成知识框架：遗传密码（DNA（或mRNA）中碱基排列顺序决定多肽链中氨基酸顺序的对应关系）、多肽链的合成体系、原核生物多肽链的生物合成等等

蛋白质的生物合成

• 遗传密码
  • DNA（或mRNA）中碱基排列顺序决定多肽链中氨基酸顺序的对应关系
  • 破译者
    • Nirenberg
    • Khorana
  • 64个密码子
    • 61个编码氨基酸
    • 3个作翻译终止信号——终止密码子
      • UAA、UAG、UGA
    • 起始密码子&编码甲硫氨酸
      • AUG
      • 有些生物是GUG
    • Trp、Met仅各自对应一个密码子
  • 密码子基本性质（4点）
    • 通用性
    • 连续性
      • mRNA核苷酸序列阅读的无标点现象
    • 简并性
      • 一个氨基酸有多个密码子编码
    • 变偶性
      • tRNA的反密码子在与mRNA上的密码子进行碱基配对时，前两对严格遵循A-U、G-C间的配对原则，但最后一对可以有一定变动（tRNA反密码子5'碱基与mRNA反密码子3'碱基）
      • C→G；G→C、G；A→U；I→A、U、C
• 多肽链的合成体系
  • 确定蛋白质生物合成过程的研究结果（3项）
    • 核糖体是蛋白质的合成场所
    • 蛋白质新生肽链合成的起始过程中存在氨酰tRNA与mRNA的相互作用
    • 蛋白质肽链延伸以及终止过程中核糖体组分的确定
  • 参与蛋白质生物合成的物质
    • mRNA是蛋白质合成的信息模板
    • tRNA是蛋白质合成原料氨基酸的运载工具
    • 核糖体（rRNA）是蛋白质合成的场所
    • 辅助因子（大肠杆菌为例）
      • 蛋白质合成起始因子
        • IF1、IF2、IF3
      • 蛋白质延伸因子
        • EFTu、EFTs、EFG
      • 蛋白质合成终止因子（释放因子）
        • RF1、RF2、RF3
    • 能量物质
      • ATP、GTP
      • 每掺入一个氨基酸需消耗4个高能磷酸键
  • SD序列及其作用
    • 发现者
      • Shine和Dalgamo
    • 概念
      • 位于mRNA起始密码子前10个核苷酸左右的富含嘌呤核苷酸的一段序列
    • 作用
      • 与原核生物核糖体小亚基16SrRNA结合，是mRNA与核糖体结合的识别位点（其后就是启动子）
  • tRNA的作用及功能位点
    • tRNA3′端具有CCA序列
      • 氨基酸的接受臂
    • 特定部位与氨酰tRNA合成酶识别
      • 与反密码子共同决定携带何种氨基酸
      • 结合氨基酸后名为氨酰-tRNA
        • 活化消耗2ATP
    • 与蛋白质合成相关的位点（4个）
      • 氨基酸的接受臂
      • 氨酰-tRNA合成酶识别位点
      • 核糖体识别位点
      • mRNA识别位点
  • 真核生物和原核生物核糖体差别
    • 细菌核糖体
      • 大亚基50S
        • 23SrRNA
        • 5SrRNA
      • 小亚基30S
        • 16SrRNA
    • 哺乳动物核糖体
      • 大亚基60S
        • 28SrRNA
        • 5SrRNA
        • 5.8SrRNA
      • 小亚基40S
        • 18SrRNA
• 原核生物多肽链的生物合成
  • 蛋白质合成方向
    • N端到C端
  • 合成过程（4步）
    • 氨基酸的激活
      • 氨酰-tRNA合成酶
        • AA+ATP→AA-AMP+PPi
        • AA-AMP+tRNA→AA-tRNA+AMP
    • 蛋白质合成的起始过程
      • 转运蛋氨酸的tRNA有两种
        • 原核生物下标f，真核生物无下标
        • 原核生物起始密码子只能识别携带甲酰化蛋氨酸的氨酰tRNA的反密码子
        • 原核生物存在甲基转移酶
      • IF3与小亚基E位结合，阻止大小亚基无效结合
      • IF2（GTP酶）与IF1、GTP结合，进入核糖体小亚基A位
      • fMet-tRNAf进入小亚基P位，30S起始复合物形成
      • mRNA在5′端的SD序列处与小亚基16SrRNA识别结合，AUG起始密码子与反密码子识别
      • IF3释放，核糖体大小亚基结合，70S起始复合物前体形成
      • 激活IF2活性，水解GTP产生IF2·GDP，与IF1相继离开核糖体，70S起始复合物组装完毕
    • 蛋白质合成的延伸过程
      • 进位
        • 氨酰-tRNA进入蛋白质合成复合物核糖体的A位点
        • EFTu、EFTs、GTP
          • EFTs参与EFTu的再生
      • 转肽
        • 核糖体大亚基具有肽基转移酶活性，催化肽键形成
      • 移位
        • 肽键形成后，核糖体沿mRNA链5′→3′方向移动一个密码子的距离
          • 移位酶EFG
          • GTP供能
        • 位于A位点的肽酰链在核糖体移位后位于核糖体P位点，A点空出等待下一个氨酰tRNA
    • 蛋白质合成的终止过程
      • A位点位于终止密码子UAA、UAG、UGA任何一个时，终止因子RF1、RF2与核糖体结合，肽基转移酶活性转变为水解活性，释放新生肽链
      • 核糖体解聚
• 真核生物多肽链的生物合成
  • 蛋白质合成的起始过程
    • eIF3与40S核糖体结合，之后eIF1和eIF1A分别于40S核糖体的E、A位点结合，eIF2-Met-tRNAi-GTP与40S核糖体P位点结合，当eIF5和eIF5B与核糖体结合后，43S核糖体起始复合物形成
    • eIF4F复合物与mRNA结合，进入43S核糖体起始复合物，产生48S起始复合物
    • eIF4A和eIF4B发挥作用，促48S起始复合物寻AUG起始密码子，AUG入P位点后，众多起始因子从核糖体中解离释放，之后60S核糖体大亚基加入，最终形成80S起始复合物
  • 蛋白质合成的延伸过程
    • 三个延伸因子eEF1A、eEF1B、eEF2参与，分别与原核生物延伸因子EFTs、EFTu、EFG的功能相似
  • 蛋白质合成的终止过程
    • 释放因子eRF1可识别所有终止密码子
    • eRF3为GTP水解蛋白
• 肽链合成后的加工和定向转运
  • 加工和修饰
    • 部分肽段的水解切除
    • 氨基酸的修饰
    • 二硫键的形成
    • 蛋白质辅助因子的加入
    • N端或C端的修饰
  • 定向转运
    • 信号肽
      • 某些蛋白质氨基末端有一个由15～36个氨基酸组成的序列，主要是疏水氨基酸，在蛋白质定向定位中起重要作用（结束作用后切除）
  • 折叠
    • 分子伴侣蛋白
      • 帮助新生肽折叠形成成熟蛋白质但并不参与该功能蛋白质组成，防新生肽错误折叠