第15章  蛋白质的合成

一、教学目的

学习蛋白质的合成，了解原核生物与真核生物翻译过程的主要区别、及蛋白质合成的干扰和抑制的医学意义。

二、教学要求

（一）掌握翻译的定义。

（二）掌握遗传密码概念、特点。

（三）掌握多聚核蛋白体概念。

（四）掌握氨酰-tRNA合成酶的作用及作用特点。

（五）熟悉氨酰-tRNA表示方法。

（六）熟悉参与蛋白质合成的其他物质。

（七）熟悉翻译的起始、肽链延长及肽链合成终止的全过程及参与因子。

（八）熟悉翻译后加工的概念及加工所包括的主要内容，熟悉信号肽、分泌性蛋白质、靶向输送概念。

（九）了解原核生物与真核生物翻译过程的主要区别。

（十）了解信号假说。

（十一）了解抗生素、白喉毒素、干扰素作用的机理。

三、教学内容

（一）蛋白质合成体系：翻译模板mRNA及遗传密码、核蛋白体是多肽链合成的装置、tRNA与氨基酸的活化。

（二）蛋白质的合成过程：肽链合成起始、肽链的延长、肽链合成的终止。

（三）蛋白质合成后加工和输送：多肽链折叠为天然功能构象的蛋白质、一级结构的修饰、空间结构的修饰、蛋白质合成后的靶向输送。

（四）蛋白质合成的干扰和抑制：抗生素类、其他干扰蛋白质合成的物质。

二、名词解释

1. translation

答案：翻译(translation):细胞内以mRNA为模板、按照遗传密码信息合成蛋白质的过程。

2. genetic codon

答案：遗传密码( genetic codon):在mRNA的开放阋读框架区,以每3个相邻的核苷酸为一组,代表一种氨基酸或其他信息,也称为三联体密码。共有64个密码子,密码子的阅读方向是5′→3′。

3. open reading frame( ORF)

答案：开放阅读框架( open reading frame,ORF):从mRNA序列5′-端的起始密码子AUG到3′-端终止密码子之间的核苷酸序列,称为开放阅读框架。

4. synonymous codon

答案：密码子简并性( synonymous codon):多个密码子编码同一种氨基酸,称为简并密码子或同义密码子。

5. ribosomal cycle

答案：核糖体循环( ribosomal cycle):在肽链合成的延长阶段,经过进位、成肽和转位3个步骤而使氨基酸依次进入核糖体并聚合成多肽链的过程称为核糖体循环。每经过一次核糖体循环,肽链中增加个氨基酸残基。

6. polysome

答案：多聚核糖体( polysome):由多个核糖体结合在一条mRNA链上同时进行多肽链的合成(翻译)所形成的聚合物称为多聚核蛋白体。

7. molecular chaperon

答案：分子伴侣( molecular chaperon):分子伴侣是细胞内一类可识别肽链的非天然构象、促进各功能域和整体蛋白质正确折叠的保守蛋白质。

8. signal sequence

答案：信号序列( signal sequence):所有靶向输送的蛋白质结构中存在分选信号,主要是存在于N-末端的可被细胞转运系统识别的特征性氨基酸序列,可引导蛋白质转移到细胞的适当靶部位,这类序列称为信号序列。

9.翻译起始复合物

答案：在翻译的起始阶段,由核糖体大小亚基、mRNA和起始的氨基酰一tRNA组成的复合物。

10.氨基酸的活化

答案：氨基酰tRNA合成酶催化氨基酸和相应tRNA结合成为氨基酰一tRNA的过程。

11.SD序列

答案：原核生物mRNA起始密码子上游约8～13个核苷酸处,有一段4～9个核苷酸组成的共有序列,富含嘌呤碱基。

12.信号识别颗粒

答案：是一种核糖核酸蛋白质复合体,能识别并结合从游离核糖体上的信号肽,暂时中止肽链的合成,同时与内质网上的受体结合,将新生肽链转移至内质网,避免蛋白水解酶的作用。

三、填空题

1.蛋白质生物合成需要做           为原料、       为模板、        作为氨基酸的搬运工具、          为合成场所、酶及蛋白质因子、Mg²⁺等,并且由        和        供能。

答案：氨基酸；mRNA；tRNA；核糖体；ATP；GTP；

2.在mRNA的开放阅读框架区,每三个相邻的核苷酸代表           或                 ，称为三联体密码子。共     个密码子:包括     个编码氨基酸的密码子和       个终止密码子。

答案：一种氨基酸；肽链合成的起始/终止信息；64；61；3；

3.遗传密码的主要特点是            、            、            、            、和             。

答案：方向性；连续性；简并性；摆动性；通用性；

4.摆动现象常发生在             的第1位碱基与           的第3位碱基之间。

答案：反密码子；密码子；

5.肽链延伸由           、          和          3个步骤循环进行。每完成1次循环,肽链可延长       个氨基酸残基。

答案：进位；成肽；转位；1；

6.RF能识别             而进入     位,这一识别过程需要        供能。RF的结合可触发         构象改变,将肽酰转移酶活性转变为         活性,水解肽链和       之间的酯键,释放出肽链。

答案：终止密码子；A ；GTP；核糖体；酯酶；tRNA；

四、简答题

1.简述蛋白质合成体系的组成。

答案：答：(1)mRNA—蛋白质合成的模板。(2)tRNA—蛋白质合成的氨基酸运载工具。(3)核糖体—蛋白质合成的场所。(4)辅助因子,包括:①起始因子—参与蛋白质合成起始复合物的形成;②延长因子—延伸肽链;③释放因子—终止肽链合成并使之从核蛋白体上释放出来。

2.简述蛋白质合成后的修饰方式。

答：多肽链的正确折叠;氨基酸侧链基团的修饰,如甲基化、磷酸化、羧基化和乙酰化等;多肽链末端水解;亚基的聚合或辅助连接。

3.简述3种RNA(mRNA,tRNA,rRNA)在蛋白质生物合成过程中各有什么功能。

答：①mRNA是合成蛋白质多肽链的直接模板,开放阅读框架中每相邻的3个核苷酸组成密码子,它们代表氨基酸或肽链合成的起始、终止等信号;②rRNA与多种蛋白质分子构成核蛋白体(包括大亚基和小亚基),是蛋白质合成的场所;③tRNA是氨基酸的运载体,tRNA既可通过其反密码子与mRNA、序列中的密码子结合,又可借助其氨基酸臂与氨基酸结合,因而能够按mRNA的遗传密码指令将特定的氨基酸运载到核蛋白体上合成多肽链。

4.简述氨基酸的活化及相关酶的作用特点。

答：(1)在氨基酰-tRNA合成酶催化下,氨基酸与特异的tRNA结合形成氨基酰-tRNA的过程称为氨基酸的活化。每个氨基酸活化消耗来自ATP的2个高能磷酸键。
(2)氨基酰tRNA合成酶的特点是高度专一性:此酶对氨基酸、tRNA这两种底物高度特异,确保氨基酸与tRNA的正确结合。校对活性:能将错误结合的氨基酸水解释放,再换上与密码子相对应的氨基酸。

五、论述题

1.试述蛋白质生物合成过程中产物的正确性如何保证。

答案：答:(1)氨基酰-tRNA合成酶一方面对底物氨基酸和tRNA都有高度特异性,另一方面具有校读功能,可将任何错误的氨基酰-AMP-E或氨基酰-tRNA的酯键水解,再催化形成正确产物,保证了tRNA携带正确的氨基酸。(2)携带氨基酸的tRNA对mRNA的识别,mRNA序列上的密码子与tRNA序列上的反密码子相互识别,保证了遗传信息被准确无误地转译。(3)起始因子保证了只有起始氨基酰-tRNA能进入核糖体P位与起始密码子结合。(4)延长因子EF-Tu在促进氨基酰-tRNA进位时有校读作用,可以正确的氨基酰-tRNA取代错者,保证了起始氨基酰一tRNA不参与肽链延长。(5)部分能量消耗用于翻译的保真性。

2.试比较原核生物和真核生物的翻译起始复合物组装过程的不同

答案：答：相同点:①翻译模板均是mRNA;②均需起始因子;③需要形成起始复合物;④能量均由GTP提供。

不同点:①两者的mRNA结构稍有差异,原核生物mRNA上有SD序列,真核生物mRNA5′端有帽子结构;②起始复合物组装顺序不同,核糖体大小亚基分离后,原核生物mRNA以SD序列识别核糖体小亚基16S rRNA,再结合上甲酰化的甲硫氨酰一tRNA,核糖体大亚基重新结合小亚基形成起始复合物,而真核生物mRNA无SD序列,是先由起始的tRNA甲硫氨酰-tRNA结合核糖体小亚基,再借助CBP(帽子结合蛋白)及其他起始因子,mRNA才能与已结合甲硫氨酰-tRNA的核糖体小亚基结合,释放起始因子,大亚基与小亚基结合形成起始复合物;③起始因子不同,原核生物需要3种起始因子,真核生物则需5种。