第六讲 蛋白质的生蔚娘合成.docVIP

第蛋白质的生物合成 什么是蛋白质生物合成或翻译？ 蛋白质生物合成过程中的物质 1、mRNA是合成蛋白质的直接模板 在1956年-1961年期间，由Jacob等人领导的四个不同的实验室，通过用T4噬菌体感染大肠杆菌，发现了真正的模板。T4噬菌体感染后，宿主细胞E.coli的RNA合成停止，转录出的RNA仅来源于T4DNA，T4RNA的碱基组成不仅与T4DNA非常相似，而且能与tRNA和E.coli核糖结合。但并不是核糖体本身的构成成份。因为T4RNA携带T4DNA来的遗传信息，并在核糖体上指导合成蛋白质，所以称为信使RNA(messenger RNA)。 到目前为止，所发现的mRNA都有合成一种多肽链的信息。它们具有一些共同的结构特征。例如，成熟的卵清蛋白mRNA含1859个碱基。在5‘端有一个“帽子”(5’-Cap)，3‘端含多聚腺苷酸(polyA)序列。在5’端非翻译顺序(64个碱基)和3‘端非翻译顺序(637个碱基)之间是翻译区或编码区(长1158个碱基)。 2、遗传密码 1）定义： mRNA中蕴藏遗传信息的碱基顺序称为遗传密码（Genetic code）。mRNA中每个相邻的三个核苷酸，这个三联体称为一个密码子(codon)，因此，密码是密码子的总和。 2）遗传密码的破译 基因密码的破译是六十年代分子生物学最辉煌的成就。先后经历了五十年代的数学推理阶段和1961-1965年的实验研究阶段。 　　1954年，物理学家George Gamov根据在DNA中存在四种核苷酸，在蛋白质中存在二十种氨基酸的对应关系，做出如下数学推理：如果每一个核苷酸为一个氨基酸编码，只能决定四种氨基酸(41=4)；;如果每二个核苷酸为一个氨基酸编码，可决定16种氨基酸(42=16)。上述二种情况编码的氨基酸数小于20种氨基酸，显然是不可能的。那么如果三个核苷酸为一个氨基酸编码的，可编64种氨基酸(43=64)；若四个核苷酸编码一个氨基酸，可编码256种氨基酸(44=256)，以此类推。Gamov认为只有43=64这种关系是理想的，因为在有四种核苷酸条件下，64是能满足于20种氨基酸编码的最小数。而44=256以上。虽能保证20种氨基酸编码，但不符合生物体在亿万年进化过程中形成的和遵循的经济原则，因此认为四个以上核苷酸决定一个氨基酸也是不可能的。1961年，Brenner和Grick根据DNA链与蛋白质链的共线性(colinearity)，首先肯定了三个核苷酸的推理。随后的实验研究证明上述假想是正确的。 　　破译密码的实验研究先后由三个实验逐步发展了四种破译方法，于1965年完成。 　　1)在体外无细胞蛋白质合成体系中加入人工合成的polyＵ开创了破译遗传密码的先河。 　　自1961年发现mRNA后，许多实验室开始在无细胞蛋白质合成系统中加入mRNA，去研究蛋白质生物合成过程，并表明加入mRNA能刺激无细胞系统中蛋白质合成。1961年，美国NIH的Nirenberg和Mathaei，设想：即然mRNA有刺激无细胞系统中的蛋白质合成作用，加入人工合成的多聚核苷酸亦将会有这种促进作用。按此设想，他们合成了polyU作为模板，以观察无细胞系统中蛋白质合成速率。因为在反应体系中加入高Mg2+浓度，可有利于IF(起始因子)的作用和fMet-tRNANet的形成，从而保证肽链合成的起始不需mRNA的适当信号。当把翻译产物分离、纯化和做序列分析后，结果出乎意料，合成的肽链中的氨基酸残基全部是苯丙氨酸，即polyPhe。于是第一次确认了UUU是Phe的密码子。这样，就在一个偶然的机会开创了破译密码的工作。随后，他们又以polyA和polyC为模板，证明了分别可指导合成polyLys和polyPro，即确定了AAA是Lys的密码子，CCC是pro的密码子。但是类似的实验不能证明GGG是何种氨基酸的密码子，因为polyG产生牢固的氢键结合，形成三股螺旋，而不与核糖体结合。 　　2)混合共聚物(mixed copolymers)实验对密码子中碱基组成的测定： 　　1963年，Speyer和Ochoa等发展了用两个碱基的共聚物破译密码的方法。例如，以A和C原料，合成polyAC。polyAC含有8种不同的密码子:CCC、CCA、CAA、AAA、AAC、ACC、ACA和CAC。各种密码子占的比例随着A和C的不同而不同，例如当A和C的比例等于5:1时，AAA:AAC的比例=5× 5× 5:5× 5× 1=125:25。依次类推。实验显示AC共聚物作模板翻译出的肽链由六种氨基酸组成，它们是Asp，His，Thr，Pro，和Lys，其中Pro和Lys的密码子早先已证明分别是CCC和AAA。根据共聚物成份不同的比例和翻译产物中氨基酸比例亦不同的关系，Speyer等确定了A