第四部分遗传信息的存.doc

第四部分遗传信息的存 ? 第十三章 蛋白质的生物合成13.1蛋白质合成体系?13.1.1mRNA与遗传密码?13.1.2tRNA的结构及功能?13.1.3核糖体?13.1.4翻译辅助因子13.2蛋白质的合成?13.2.1氨基酸的活化?13.2.2肽链合成的起始?13.2.3肽链的延伸?13.2.4肽链合成的终止与释放?13.2.5真核细胞蛋白质生物合成?13.2.6蛋白质的翻译后加工?13.2.7抑制翻译的抗菌素13.3蛋白质定位?13.3.1分泌蛋白?13.3.2线粒体与叶绿体蛋白　 第十三章 蛋白质的生物合成 本章提要:蛋白质生物合成是以mRNA为模板，按照每3个核苷酸(三联体密码)决定一种氨基酸，以tRNA为搬运工具，在核糖体上进行的。遗传密码具有方向性，简并性、通用性、连续性、变偶性和有起始密码子与终止密码子等特性。蛋白质合成过程包括氨基酸活化、起始、延伸和终止4个阶段，真核生物和原核生物的蛋白质合成过程大同小异，但合成过程所需的蛋白因子不同。肽链合成后往往还要经过一系列加工才能成为具有特定空间结构和生物学活性的功能蛋白质。许多抗菌素对蛋白质合成有明显抑制作用。蛋白质合成后通过定向运输和分拣过程，到达细胞的各个部位。 蛋白质生物合成在细胞代谢中占有十分重要的地位。分子遗传的中心法则指出：遗传信息的表达最终就是合成出具有特定氨基酸顺序的蛋白质。如果把核酸看作指导生命活动基本的信息分子，那么蛋白质就是主要的功能分子。以大肠杆菌为例，蛋白质约占细胞干重的50%，包括大约3 000种不同蛋白质分子，每种分子的数目保持在一定范围，而且以不同的速率不断更新。在最佳的培养条件下，大肠杆菌细胞的分裂周期约为20 min，可以设想蛋白质的生物合成是何等快速有效。 蛋白质生物合成机理研究的每一个进展几乎都与核酸代谢研究进展紧密地联系在一起。1952—1954年，PCZamecnik等发现了核糖体，并证明它们是蛋白质合成的部位。1955年，MBHoagland建立了无细胞蛋白质生物合成体系。1956—1957年Zamecnik等和Stephanson分离出tRNA，并对它们的功能提出假设。1961年，FJacob和JMonod提出了信使RNA的概念。1961—1965年MNirenberg和Khorana建立了64个碱基三联体遗传密码系统。 目前已经完全清楚，DNA中贮存的遗传信息通过转录传递给mRNA，mRNA中的核苷酸序列再翻译(translation)成多肽链中的氨基酸序列，这个特定的氨基酸序列中包含着使其正确地被加工、分拣、细胞内定位以及形成能履行其生物学功能的天然构象所需要的信息。翻译过程十分复杂，除了20种蛋白质氨基酸和为蛋白质合成提供能量的ATP、GTP外，几乎涉及到细胞内所有种类的RNA和几十种蛋白质因子，可以说是细胞内最复杂的生物合成系统。尽管蛋白质生物合成的早期研究都是用大肠杆菌无细胞体系进行的，但是后来的研究表明，真核细胞蛋白质合成的机理与大肠杆菌有许多相似之处。 13.1 蛋白质合成体系 1311mRNA与遗传密码 13111信使RNA FJacob和JMonod在1961年就已提出信使RNA(messengerRNA，mRNA)的概念。他们认为，既然蛋白质是在胞质中合成的，而编码蛋白质的信息载体DNA却在细胞核内，所以必定有一种中间物质用来传递DNA上的信息。于是他们提出，这样的信使可能是一种RNA。但是当时已经发现的两种RNA都不具备这种功能，于是提出第三种RNA——信使RNA的概念。这一假说随即在许多以细菌为材料的研究中得到了证实。mRNA是遗传信息的传递者，是蛋白质生物合成过程中直接指令氨基酸掺入的模板，因此得名信使RNA。它们大约只占细胞中RNA的5%，种类多，寿命短，更新快。例如，大肠杆菌中mRNA的平均寿命只有15～18 min(37℃)；而真核细胞内mRNA比较稳定，哺乳动物有些mRNA的半寿期可达数小时至24 h。 13112遗传密码的破译 据估计生物界拥有1010～1011种不同的蛋白质，这么多的蛋白质都是由20种氨基酸构成的，而指令氨基酸掺入的模板mRNA却只有4种碱基。若由一个碱基编码一种氨基酸，那么，四种碱基只能决定四种氨基酸；若由两个碱基编码一种氨基酸，也只能编码42=16种氨基酸。以上都不能满足编码20种氨基酸的需求。若由三个碱基作为一组，可以有43=64种排列，就满足了编码20种氨基酸的需要，所以这种编码方式的可能性最大。用生物化学和遗传学研究技术证明，是三个碱基编码一种氨基酸，因而称它为碱基三联体密码(triplet code)或密码子(codon)。 破译遗传密码的突破性工作主要包括三个方面：一