第十二章 蛋白质的生物合成

第十二章 蛋白质的生物合成

一、知识要点

（一）蛋白质生物合成体系的重要组分

蛋白质生物合成体系的重要组分主要包括mRNA 、tRNA 、rRNA、有关的酶以及几十种蛋白质因子。其中，mRNA是蛋白质生物合成的直接模板。tRNA的作用体现在三个方面：3ˊCCA接受氨基酸；反密码子识别mRNA链上的密码子；连接多肽链和核糖体。rRNA和几十种蛋白质组成合成蛋白质的场所——核糖体。

遗传密码的特点：无标点性、无重叠性；通用性和例外；简并性；变偶性。

（二）蛋白质白质生物合成的过程

蛋白质生物合成的过程分四个步骤：氨基酸活化、肽链合成的起始、延伸、终止和释放。 其中，氨基酸活化即氨酰tRNA的合成，反应由特异的氨酰tRNA合成酶催化，在胞液中进行。氨酰tRNA合成酶既能识别特异的氨基酸，又能辩认携带该氨酰基的一组同功受体tRNA分子。

肽链合成的起始对于大肠杆菌等原核细胞来说，是70S起始复合物的形成。它需要核糖体30S和50S亚基、带有起始密码子AUG的mRNA、fMet-tRNAf 、起始因子IF1、IF2、IF3（分子量分别为10 000、80 000和21 000的蛋白质）以及GTP和Mg2+的参加。

肽链合成的延伸需要70S起始复合物、氨酰-tRNA、三种延伸因子：一种是热不稳定的EF-Tu，另一种是热稳定的EF-Ts，第三种是依赖GTP的EF-G以及GTP和Mg2+。 肽链合成的终止和释放需要三个终止因子RF1、RF2、RF3蛋白的参与。

比较真核细胞蛋白质生物合成与原核细胞的不同。

（三）蛋白质合成后的修饰

蛋白质合成后的几种修饰方式：氨基末端的甲酰甲硫氨酸的切除、肽链的折叠、氨基酸残基的修饰、切去一段肽链。

二、习 题

（一）（一）名词解释

1．密码子(codon)

2．反义密码子(synonymous codon)

3．反密码子(anticodon)

4．变偶假说(wobble hypothesis)

5．移码突变(frameshift mutant)

6．氨基酸同功受体(isoacceptor)

7．反义RNA(antisense RNA)

8．信号肽(signal peptide)

9．简并密码(degenerate code)

10．核糖体(ribosome)

11．多核糖体(poly some)

12．氨酰基部位(aminoacyl site)

13．肽酰基部位(peptidy site)

14．肽基转移酶(peptidyl transferase)

15．氨酰- tRNA合成酶(amino acy-tRNA synthetase)

16．蛋白质折叠(protein folding)

17．核蛋白体循环(polyribosome)

18．锌指(zine finger)

19．亮氨酸拉链(leucine zipper)

20．顺式作用元件(cis-acting element)

21．反式作用因子(trans-acting factor)

22．螺旋-环-螺旋(helix-loop-helix)

（二）英文缩写符号

1．IF（initiation factor）：

2．EF（elongation factor）：

3．RF（release factor）：

4．hnRNA（heterogeneous nuclear RNA）：

5．fMet-tRNAf ：

6．Met-tRNAi ：

（三） 填空题

1．蛋白质的生物合成是以______作为模板，______作为运输氨基酸的工具，_____作为合成的场所。

2．细胞内多肽链合成的方向是从_____端到______端，而阅读mRNA的方向是从____端到____端。

3．核糖体上能够结合tRNA的部位有_____部位，______部位。

4．蛋白质的生物合成通常以_______作为起始密码子，有时也以_____作为起始密码子，以______，______，和______作为终止密码子。

5．SD序列是指原核细胞mRNA的5ˊ端富含_____碱基的序列，它可以和16SrRNA的3ˊ端的_____

序列互补配对，而帮助起始密码子的识别。

6．原核生物蛋白质合成的起始因子（IF）有_____种，延伸因子（EF）有_____种，终止释放（RF）

有_____种；而真核生物细胞质蛋白质合成的延伸因子通常有_____种，真菌有_____种，终止释放因子有_____种。

7．原核生物蛋白质合成中第一个被掺入的氨基酸是_____。

8．无细胞翻译系统翻译出来的多肽链通常比在完整的细胞中翻译的产物要长，这是因为_____。

9．已发现体内大多数蛋白质正确的构象的形成需要_____的帮助。

10．分子伴侣通常具_____酶的活性。

11．蛋白质内含子通常具有_____酶的活性。

12．某一tRNA的反密码子是GGC，它可识别的密码子为_____和_____。

13．环状RNA不能有效地作为真核生物翻译系统的模板是因为_____。

14．在真核细胞中，mRNA是由_____经_____合成的，它携带着_____。它是由_____降解

成的，大多数真核细胞的mRNA只编码_____。

15．生物界总共有_____个密码子。其中_____个为氨基酸编码；起始密码子为_____；终止

密码子为_____，_____，_____。

16．氨酰- tRNA合成酶对_____和_____均有专一性，它至少有两个识别位点。

17．原核细胞内起始氨酰- tRNA为；真核细胞内起始氨酰- tRNA为_____。

18．原核生物核糖体50S亚基含有蛋白质合成的_____部位和_____部位，而mRNA结合部

位_____。

19．许多生物核糖体连接于一个mRNA形成的复合物称为_____。

20．肽基转移酶在蛋白质生物合成中的作用是催化_____和_____。

21．核糖体___亚基上的___协助识别起始密码子。

22．延长因子G又称___，它的功能是___，但需要___。

23．ORF是指___，已发现最小的ORF只编码___个氨基酸。

24．基因表达包括_____和_____。

25．遗传密码的特点有方向性、连续性_____和_____。

26．氨酰- tRNA合成酶利用_____供能，在氨基酸_____基上进行活化，形成氨基酸AMP中

间复合物。

27．原核生物肽链合成启始复合体由mRNA _____和_____组成。

28．真核生物肽链合成启始复合体由mRNA _____和_____组成。

29．肽链延伸包括进位_____和_____三个步骤周而复始的进行。

30．原核生物肽链合成后的加工包括_____和_____。

31．链霉素和卡那霉素能与核蛋白体_____亚基结合，改变其构象，引起_____导致合成的多

肽链一级结构改变。

32．氯霉素能与核蛋白体_____亚基结合，抑制_____酶活性，从而抑制蛋白质合成。

33．乳糖操纵子的控制区启动子上游有_____结合位点，当此位点与_____结合时，转录可增

强一千倍左右。

34．真核生物蛋白质因子与DNA相互作用的基元较常见的有_____和_____。

35．乳糖操纵子的诱导物是_____，色氨酸操纵子的辅阻遏物是_____。

36．分泌性蛋白质多肽链合成后的加工包括_____、剪裁和天然构象的形成。

37．Ras癌基因的产物是_____，src癌基因的产物是_____。

（四）选择题

1．预测一下哪一种氨酰- tRNA合成酶不需要有较对的功能：

A．甘氨酰- tRNA合成酶 B．丙氨酰- tRNA合成酶

C．精氨酰- tRNA合成酶 D．谷氨酰- tRNA合成酶

2．某一种tRNA的反密码子是5´UGA3´，它识别的密码子序列是：

A．UCA B．ACU C．UCG D．GCU

3．为蛋白质生物合成中肽链延伸提供能量的是：

A．ATP B．CTP C．GTP D．UTP

4．一个N端氨基酸为丙氨酸的20肽，其开放阅读框架至少应由多少核苷酸残基组成：

A．60 B．63 C．66 D．69

5．在蛋白质生物合成中tRNA的作用是：

A．将一个氨基酸连接到另一个氨基酸上

B．把氨基酸带到mRNA指定的位置上

C．增加氨基酸的有效浓度

D．将mRNA连接到核糖体上

6．下列对原核细胞mRNA的论述那些是正确的：

A．原核细胞的mRNA多数是单顺反子的产物

B．多顺反子mRNA在转录后加工中切割成单顺反子mRNA

C．多顺反子mRNA翻译成一个大的蛋白质前体，在翻译后加工中裂解成若干成熟的蛋

白质

D．多顺反子mRNA上每个顺反子都有自己的起始和终止密码子；分别翻译成各自的产

物

7．在蛋白质分子中下面所列举的氨基酸哪一种最不容易突变？

A．Arg B．Glu C．Val D．Asp

8．根据摆动学说，当一个tRNA分子上的反密码子的第一个碱基为次黄嘌呤时，它可以和

mRNA密码子的第三位的几种碱基配对：

A．1 B．2 C．3 D．4

9．以下有关核糖体的论述哪项是不正确的：

A．核糖体是蛋白质合成的场所

B．核糖体小亚基参与翻译起始复合物的形成，确定mRNA的解读框架

C．核糖体大亚基含有肽基转移酶活性

D．核糖体是储藏核糖核酸的细胞器

10．关于密码子的下列描述，其中错误的是：

A．每个密码子由三个碱基组成 B．每一密码子代表一种氨基酸

C．每种氨基酸只有一个密码子 D．有些密码子不代表任何氨基酸

11．如果遗传密码是四联体密码而不是三联体，而且tRNA反密码子前两个核苷酸处于摆动

的位置，那么蛋白质正常合成大概需要多少种tRNA：

A．约256种不同的tRNA B．150~250种不同的tRNA

C．与三联体密码差不多的数目 D．取决于氨酰-tRNA合成酶的种类

12．摆动配对是指下列哪个碱基之间配对不严格：

A．反密码子第一个碱基与密码子第三个碱基

B．反密码子第三个碱基与密码子第一个碱基

C．反密码子和密码子第一个碱基

D．反密码子和密码子第三个碱基

13．在蛋白质合成中，把一个游离氨基酸掺入到多肽链共须消耗多少高能磷酸键：

A．1 B．2 C．3 D．4

14．蛋白质的生物合成中肽链延伸的方向是：

A．C端到N端 B．从N端到C端

C．定点双向进行 D．C端和N端同时进行

15．核糖体上A位点的作用是：

A．接受新的氨基酰-tRNA到位 B．含有肽机转移酶活性，催化肽键的形成

C．可水解肽酰tRNA、释放多肽链 D．是合成多肽链的起始点

16．蛋白质的终止信号是由：

A．tRNA识别 B．转肽酶识别

C．延长因子识别 D．以上都不能识别

17．下列属于顺式作用元件的是：

A．启动子 B．结构基因 C． RNA聚合酶 D． 录因子Ⅰ

18．下列属于反式作用因子的是：

A．启动子 B．增强子 C．终止子 D．转录因子

19．下列有关癌基因的论述，哪一项是正确的：

A．癌基因只存在病毒中 B．细胞癌基因来源于病毒基因

C．癌基因是根据其功能命名的 D．细胞癌基因是正常基因的一部分

20．下列何者是抑癌基因

A．ras基因 B．sis基因 C．P53基因 D．src基因

（五）是非判断题

（ ）1．由于遗传密码的通用性真核细胞的mRNA可在原核翻译系统中得到正常的翻译。 （ ）2．核糖体蛋白不仅仅参与蛋白质的生物合成。

（ ）3．在翻译起始阶段，有完整的核糖体与mRNA的5´端结合，从而开始蛋白质的合成。 （ ）4．所有的氨酰-tRNA的合成都需要相应的氨酰-TRNA合成酶的催化。

（ ）5．EF-Tu的GTPase 活性越高，翻译的速度就越快，但翻译的忠实性越低。 （ ）6．在蛋白质生物合成中所有的氨酰-tRNA都是首先进入核糖体的A部位。 （ ）7．tRNA的个性即是其特有的三叶草结构。

（ ）8．从DNA分子的三联体密码可以毫不怀疑的推断出某一多肽的氨基酸序列，但氨基

酸序列并不能准确的推导出相应基因的核苷酸序列。

（ ）9．与核糖体蛋白相比，rRNA仅仅作为核糖体的结构骨架，在蛋白质合成中没有什么

直接的作用。

（ ）10．多肽链的折叠发生在蛋白质合成结束以后才开始。

（ ）11．人工合成多肽的方向也是从N端到C端。

（ ）12．核糖体活性中心的A位和P位均在大亚基上。

（ ）13．蛋白质合成过程中所需的能量都由ATP直接供给。

（ ）14．每个氨酰-tRNA进入核糖体的A位都需要延长因子的参与，并消耗一分子GTP。 （ ）15．每种氨基酸只能有一种特定的tRNA与之对应。

（ ）16．密码子与反密码子都是由AGCU 4种碱基构成的。

（ ）17．泛素是一种热激蛋白。

（ ）18．原核细胞新生肽链N端第一个残基为fMet；真核细胞新生肽链N端为Met。 （ ）19．蛋白质合成过程中，肽基转移酶起转肽作用核水解肽链作用。

（ ）20．色氨酸操纵子中存在衰减子，故此操纵系统有细调节功能。

（六）问答题

1．什么m7GTP 能够抑制真核细胞的蛋白质合成，但不抑制原核细胞的蛋白质合成？相反人工合成的SD序列能够抑制原核细胞的蛋白质合成，但不抑制真核细胞的蛋白质合成？

2．遗传密码如何编码？有哪些基本特性？

3．简述tRNA在蛋白质的生物合成中是如何起作用的？

4．mRNA遗传密码排列顺序翻译成多肽链的氨基酸排列顺序，保证准确翻译的关键是什么？

5．述真核生物反式作用因子与DNA靶区和RNA聚合酶相互作用的基本方式。

6．癌基因异常激活有哪些方式？

7．简述抑癌基因与癌变的关系。

三、参考答案

（一） （一） 名词解释

1．1．密码子（codon）：存在于信使RNA中的三个相邻的核苷酸顺序，是蛋白质合成中某

一特定氨基酸的密码单位。密码子确定哪一种氨基酸叁入蛋白质多肽链的特定位置上；共有64个密码子,其中61个是氨基酸的密码，3个是作为终止密码子。

2．2．同义密码子（synonym codon）：为同一种氨基酸编码的几个密码子之一，例如密码子

UUU和UUC 二者都为苯丙氨酸编码。

3．3．反密码子（anticodon）：在转移RNA反密码子环中的三个核苷酸的序列，在蛋白质

合成中通过互补的碱基配对，这部分结合到信使RNA的特殊密码上。

4．4．变偶假说（Wobble hypothesis）：克里克为解释tRNA分子如何去识别不止一个密码子

而提出的一种假说。据此假说，反密码子的前两个碱基（3ˊ端）按照碱基配对的一般规律与密码子的前两个（5ˊ端）碱基配对，然而tRNA反密码子中的第三个碱基，在与密码子上3ˊ端的碱基形成氢键时，则可有某种程度的变动，使其有可能与几种不同的碱基配对。

5．5．移码突变（frame-shift mutation）：一种突变，其结果为导致核酸的核苷酸顺序之间的

正常关系发生改变。移码突变是由删去或插入一个核苷酸的点突变构成的，在这种情况下，突变点以前的密码子并不改变，并将决定正确的氨基酸顺序；但突变点以后的所有密码子都将改变。且将决定错误的氨基酸顺序。

6．氨基酸同功受体（isoacceptor）：每一个氨基酸可以有多过一个tRNA作为运载工具，这些tRNA称为该氨基酸同功受体。

7．反义RNA（antisense RNA）：具有互补序列的RNA。反义RNA可以通过互补序列与特定的mRNA相结合，结合位置包括mRNA 结合核糖体的序列（SD序列）和起始密码子AUG，从而抑制mRNA 的翻译。又称干扰mRNA 的互补RNA。

8．8．信号肽（signal peptide）: 信号肽假说认为，编码分泌蛋白的mRNA在翻译时首先合

成的是N 末端带有疏水氨基酸残基的信号肽，它被内质网膜上的受体识别并与之相结合。信号肽经由膜中蛋白质形成的孔道到达内质网内腔，随即被位于腔表面的信号肽酶水解，由于它的引导，新生的多肽就能够通过内质网膜进入腔内，最终被分泌到胞外。翻译结束后，核糖体亚基解聚、孔道消失，内质网膜又恢复原先的脂双层结构。

9. 简并密码（degenerate codon）：或称同义密码子（synonym codon），为同一种氨基酸编

码几个密码子之一，例如密码子UUU和UUC二者都为苯丙氨酸编码。

10.核糖体（ribosome）: 核糖体是很多亚细胞核蛋白颗粒中的一个，由大约等量的RNA 和蛋白质所组成，是细胞内蛋白质合成的场所。每个核糖核蛋白体在外形上近似圆形，直径约为20nm。由两个不相同的亚基组成，这两个亚基通过镁离子和其它非共价键地结合在一起。已证实有四类核糖核蛋白体（细菌、植物、动物和线粒体）它们以其单体的、亚单位的和核糖核蛋白体RNA的沉降系数相区别。细菌核蛋白体含有约50个不同的蛋白质分子和3

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