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1、中医药大学教案课程名称分子生物学教学对象中西医结合、针推 专业教材分子生物学、唐炳华 郑晓珂、中国中医药出版社、第3版授课内容蛋白质的生物合成课时2教学目的与要求掌握：参与翻译的物质，mRNA、tRNA、rRNA的作用，遗传密码的特性，氨基酰-tRNA合成酶的作用。遗传密码、SD序列、信号肽、分子伴侣的概念。熟悉：核蛋白体循环过程，蛋白质的靶向输送过程，几种促进蛋白质折叠的大分子。重点、 难点重点：原核生物的蛋白质合成过程；核蛋白体循环的概念及过程；3种RNA在蛋白质合成中的作用，以及密码子的概念和特点难点：原核生物mRNA准确定位于核糖体的机制；蛋白质翻译后加工与靶向输送。课型新授课教学方法
2、讲授法、互动法、演示法、讨论法教学过程设计第三节 蛋白质生物合成过程 蛋白质的生物合成是比复制或转录更为复杂的过程。除了核糖体是蛋白质合成的场所外，还需要各种tRNA分子、活化酶类、各种溶解的蛋白因子以及mRNA等大约300种生物大分子的共同协作才能完成。简单地说，蛋白质的生物合成过程是由肽链的氨基端到羧基端依次加上氨基酸的肽链生长过程。每次在已有肽链的羧基端加上一个氨基酸，氨基酸都需要先活化为氨酰 tRNA才能作为蛋白质合成的前体，并辨认mRNA上的密码子。然后经过起始、延长、终止及肽链折叠和加工处理等阶段，合成具有生物学功能的蛋白质。 一、氨基酸的激活 1氨基酸 AMP 酶复合物的形成 2
3、氨基酸从氨基酸 AMP 酶复合物转移到相应的tRNA上二、在核糖体上合成多肽 在核糖体上进行多肽的合成过程，可以人为地分成起始、肽链延长和终止三个阶段。 在真核生物中起始信号也是AUG，但译出来的是甲硫氨酸而不是甲酰甲硫氨酸。这种M e t tRNA在真核细胞内不能被甲酰化。 1大肠杆菌中肽链合成的起始 它需要核糖体30 s和50 s亚基，带有起始密码AUG的mRNA，fMet tRNAf（或Met tRNAf，N10 CHO FH4和甲酰化酶），起始因子IF1，IF2和IF3（分子量分别为100 000，80 000和21 000的蛋白质）以及GTP和Mg 2。其步骤是： 教学过程设计（1）
4、在IF3参加下，非功能性70 s核糖体大小亚基分开。（2）带有 IF3的30 s亚基与mRNA结合成mRNA 30 s亚基 IF3（111）复合物。（3）在IF1和IF2参加下，mRNA30 s亚基 IF3进一步与fMet tRNAf，GTP结合。这样就形成一个肽链合成起始复合物。（4）这个起始复合物再与50 s亚基结合，形成了一个具有起始功能的70 s起始复合物。同时释放出IF1，IF2和IF3，GTP水解成CDP + pi 。这时fMet tRNAf占据了核糖体的肽基位（P位），空着的氨酰 tRNA位点（A位）准备接受下一个氨酰 tRNA的进入。这样即可进入延长阶段。 2大肠杆菌中肽链的延
5、长 肽链的延长是由许多次循环组成的过程，每个循环包括： 新的氨酰tRNA的进入；肽键的形成； 移位。它需要带有mRNA的功能性70 s核糖体、氨酰 tRNA，肽酰基转移酶、延伸因子EFTu及EFTs（分别是分子量为190 000和40 000的蛋白质）和移位酶及GTP和Mg2 参与。其具体步骤是： （1）一个新的氨酰 tRNA在EF Tu CTP存在下，进入70 s核糖体的A位点上。 （2）肽键的形成 当氨酰 tRNA占据A位后，原来结合在P位的fMet tRNAf，便将其活化的甲酰甲硫氨酸部分转移到A位的氨酰 tRNA的氨基上，以肽键连接起来形成二肽酰 tRNA。催化此反应的酶是肽酰转移酶，
6、它是50 s亚基的一个组成部分。 （3）移位 移位是指核糖体沿mRNA（5 3）作相对运动，每次移动的距离为一个密码子单位。Ecoli在最适温度37 下合成多肽链延伸速度为17个氨基酸S。3大肠杆菌中肽链合成的终止与释放此步骤需要70 s核糖体，带有终止密码UAA，UAG，或UGA的mRNA，终止因子Rl，R2和R3。 R1分子量94 000，识别终止密码UAA，UAG并与之结合。R2分子量为47 000，识别终止密码UAA，UGA并与之结合。二者可能还具有使P位点上的肽酰基转移酶活性改变为水解酶活性，从而使肽酰基不再转移到氨酰 tRNA上，而转移到水相中，已合成的多肽链从核糖体及tRNA上释
7、放的功能。R3不具有协助肽链释放的活性，但有助于终止密码的识别，提高反应速度。 肽链合成的终止包括两步： （1）终止因子R1和R2识别mRNA的终止密码。 （2）完成肽链合成的肽酰 tRNA酯键在R1或R2协助下从70 s核糖体上脱落。这个核糖体立即离开mRNA，在IF3存在下50 s与30 s大小亚基分开，以重新投入另一条多肽链的合成。 三、肽链合成后的加工处理 肽链合成的结束，并不意味着具有正常生理功能的蛋白质分子已生成。很多新生蛋白质在肽链合成后，一般要经过各种方式的“加工修饰”才能转变为有一定生物学功能的蛋白质。 1. 水解 （1）N 端（甲酰）甲硫氨酸的去除 细菌蛋白质的N端为甲酰甲
8、硫氨酸，先由脱甲酰基酶催化水解除去N 端的甲酰基，然后在氨肽酶的作用下，再切去甲硫氨酸或几个N 端氨基酸。在真核细胞中，N 端的甲硫氨酸常常在肽链未完全合成时，就已经水解下来。这样肽链才能形成所需要的构象。反应如下：（2）信号肽的去除 大多数分泌蛋白与膜蛋白在N-端通常都有一小段称为信号肽的序列。这段肽由2030个氨基酸组成，中部有一段长为1015个强疏水性氨基酸组成的肽段，它们的作用是帮助主体蛋白穿过磷脂层，分泌到膜外。信号肽的存在能够引导合成的蛋白质前往细胞的固定部位。最后，这些信号序列被信号肽酶切除。（3）蛋白原和酶原激活 某些具有特定生理功能的蛋白质激素和酶通常以激素原和酶原的形式存在
9、，需要时通过水解除去部分肽段，才能变为有功能的蛋白质。复习思考题1. 原核生物蛋白质的生物合成过程什么？2. 核糖体循环是怎样的？3. 蛋白质加工的过程是怎样的？参考文献1. 唐炳华、王继峰主编的医学分子生物学（规划教材第九版，中国中医药出版社，2016年2. 查锡良主编. 医学分子生物学. 第1版. 出版地：人民卫生出版社，20053. 药立波主编. 医学分子生物学. 第3版. 出版地：人民卫生出版社，20084. Buchachenko A, Bukhvostov A, Ermakov K, et al. Nuclear spin selectivity in enzymatic catalysis: A caution for applied biophysics. Arch Biochem Biophys. 2019 Apr 25. pii: S0003-9861(18)30915-9.5. Ma H, Martin K, Dixon D 2nd, et al. Transcriptome analysis of egg viability in rainbow trout, Oncorhynchus mykiss. BMC Genomics. 2019 Apr 27;20(1):319.课后记