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第十三章 蛋白质的生物合成一、课后习题1.在蛋白质分子中，通常含量较高的是Ser和Leu，其次是His和Cys，含量最少的是Met和Trp。
一种氨基酸在蛋白质分子中出现的频率与它的密码子数量有什么关系？这种关系得选择其优点如何？2.AUG和UAG是蛋白合成中特定的起始和终止密码，序列同5’-UUAUGAAUGUACCGUGGUAGUU-3’的mRNA中什么样的开放阅读框才能编码一个短肽？写出该短肽的氨基酸序列。
3.细菌的基因组通常含有多少个rRNA基因拷贝，他们能迅速地转录以生产大量rRNA装配成核糖体相对对比而言，编码核糖体蛋白的基因只有一份拷贝，试解释rRNA基因和核糖体蛋白基因数量的差别。
4.DNA中的点突变（一个碱基被另一个碱基取代）可能导致一个氨基酸被另一个氨基酸替换。
但在某些情况下，由于密码子的简并性，基因编码的氨基酸序列也可能不会改变。
一种细菌生产的胞外蛋白酶在其活性位点上（—Gly-Leu-Cys-Arg—）有一个半胱氨酸残基。
紫外线照射过后，分离得到两个突变菌株。
菌株1生产以Ser取代活性部位Cys的无活性酶（—Gly-Leu-Ser-Arg—）；而在菌株2内，合成了一条C末端结束在活性部位内的以—Gly-Leu—COO-结尾的截断了的肽链，指出在每一种菌株中可能发生的突变。
5.一双螺旋DNA的模板链中一段序列如下：CTTAACACCCCTGACTTCGCGCCGTCG（1）写出转录出的mRNA核苷酸序列？（2）写出5’开始的该转录mRNA序列所对应得多肽的氨基酸序列？（3）假设此DNA的另一条链被转录和翻译，所得的氨基酸序列会与（2）中的一样吗？（2）与（3）得出的答案在生物学上有什么意义？6.假设反应从游离氨基酸、tRNA、氨酰tRNA合成酶、mRNA、80S核糖体以及翻译因子开始，那么翻译一分子牛胰核糖酸酶要用掉多少个高能磷酸键？翻译一分子肌红蛋白需要消耗多少个高能磷酸键？7.噬菌体T4 DNA的相对分子质量为1.3×108（双链），假定全部核苷酸均用于编码氨基酸，试问：（1）T4 DNA可为多少氨基酸编码？（2）T4 DNA可为多少相对分子质量等于35000的不同蛋白质编码？（核苷酸对的相对分子质量按618计，氨基酸平均相对分子质量按120计）8.核糖体的基本结构和功能有哪些？9.在蛋白质定向运输时，多肽本身有何作用？高尔基体的功能是什么？参考答案：1.在蛋白质分子中，一种氨基酸出现的频率与它密码子的数量具有一定的正向关系，如：亮氨酸，苏氨酸都有6个密码子，通常在蛋白质分子中出现的几率也最高；而甲硫氨酸和色氨酸只有一个密码子，在蛋白质中出现的频率相对小一些。
第一章蛋白质化学1、蛋白质的变性是其构象发生变化的结果。
T2、蛋白质构象的改变是由于分子共价键的断裂所致。
F3、组成蛋白质的20种氨基酸分子中都含有不对称的α-碳原子。
F4、蛋白质分子的亚基就是蛋白质的构造域。
F5、组成蛋白质的氨基酸都能与茚三酮生成紫色物质。
F6、Pro不能维持α-螺旋，凡有Pro的部位肽链都发生弯转。
T7、利用盐浓度的不同可提高或降低蛋白质的溶解度。
T8、蛋白质都有一、二、三、四级构造。
F9、在肽键平面中，只有与α-碳原子连接的单键能够自由旋转。
T10、处于等电点状态时，氨基酸的溶解度最小。
T11、蛋白质的四级构造可认为是亚基的聚合体。
T12、蛋白质中的肽键可以自由旋转。
F第二章核酸化学1、脱氧核糖核苷中的糖环3’位没有羟基。
F2、假设双链DNA中的一条链碱基顺序为CTGGAC，那么另一条链的碱基顺序为GACCTG。
F3、在一样条件下测定种属A和种属B的T m值，假设种属A的DNA T m 值低于种属B，那么种属A的DNA比种属B含有更多的A-T碱基对。
T4、原核生物和真核生物的染色体均为DNA与组蛋白的复合体。
F5、核酸的紫外吸收与溶液的pH值无关。
F6、mRNA是细胞内种类最多，含量最丰富的RNA。
F7、基因表达的最终产物都是蛋白质。
F8、核酸变性或降解时，出现减色效应。
F9、酮式与烯醇式两种互变异构体碱基在细胞中同时存在。
T10、毫无例外，从构造基因中的DNA序列可以推出相应的蛋白质序列。
F11、目前为止发现的修饰核苷酸大多存在于tRNA中。
T12、核糖体不仅存在于细胞质中，也存在于线粒体和叶绿体中。
T13、核酸变性过程导致对580nm波长的光吸收增加。
F14、核酸分子中的含氮碱基都是嘌呤和嘧啶的衍生物。
T15、组成核酸的根本单位叫做核苷酸残基。
T16、RNA和DNA都易于被碱水解。
F17、核小体是DNA与组蛋白的复合物。
T第三章糖类化学1、单糖是多羟基醛或多羟基酮类。
一、判断题1．细胞中三种主要的多聚核苷酸tRNA、mRNA和rRNA都参与蛋白质生物合成。
2．蛋白质分子中的氨基酸顺序是由氨基酸与mRNA携带的密码子之间互补作用决定的。
3．fMet－tRNA fMet是由对fMet专一的氨酰tRNA合成酶催化形成的。
4．一条新链合成开始时，fMet－tRNA fMet与核糖体的A位结合。
5．每一个相应的氨酰tRNA与A位点结合。
都需要一个延伸因子参加并需要消耗一个GTP。
6．蛋白质合成时从mRNA的5′→3′端阅读密码子，肽链的合成从氨基端开始。
7．tRNA fMet反密码子既可以是pUpApC也可以是pCpApU。
8．人工合成一段多聚尿苷酸作模板进行多肽合成时，只有一种氨基酸参入。
9．氨酰tRNA上的反密码子与mRNA的密码子相互识别，以便把它所携带的氨基酸连接在正确位置上。
10．每个氨基酸都能直接与mRNA密码子相结合。
11．每个tRNA上的反密码子只能识别一个密码子。
12．多肽或蛋白质分子中一个氨基酸被另一个氨基酸取代是由于基因突变的结果。
13．蛋白质正确的生物合成取决于携带氨基酸的tRNA与mRNA上的密码子正确识别。
二、填空题1．原核细胞中新生肽链N端的第一个氨基酸是，必须由相应的酶切除。
2．当每个肽键形成终了时，增长的肽链以肽酰tRNA的形式留在核糖体的位3．在过程中水解ATP的两个高能磷酸酯键释放出的能量足以驱动肽键的合成。
4．多肽合成的起始氨基酸在原核细胞中是，在真核细胞中是。
5．在原核细胞中蛋白质合成的第一步是形成，而在真核细胞中是形成。
6．嘌呤霉素是蛋白质合成的抑制剂，抑制的机制是。
7．蛋白质生物合成的终止密码子有、和。
8．根据摆动假说一个带有IGC反密码子的tRNA可识别的密码子是、、和。
9．蛋白质生物合成的新生肽链从端开始，在mRNA上阅读。
密码子是从到端。
10．肽键的形成是由催化，该酶在合成终止时的作用是。
三、选择题1．用人工合成的多聚核苷酸作模板合成一条多肽：Ile-Tyr-Ile-Tyr-重复序列，人工模板的核苷酸序列应该是A、AUUAAUUAAUU…B、AUAUAUAUAUAU…C、UAUUAUUAUUAU…D、AUAAUAAUAAUA…2．下列氨基酸的变化中，由于密码子中一个碱基的改变产生的是：A、Met转变为ArgB、His转变为GluC、Gly转变为AlaD、Tyr变为Val3．利用基因工程的手段包括基因的定点突变改造蛋白质使其符合人的要求，这种技术和学科被称为A、遗传工程B、蛋白质工程C、细胞工程D、染色体工程4．引起人获得性免疫缺陷症的病毒（HIV）是A、单链DNAB、双链DNAC、单链RNAD、双链RNA5．用[α-32P]dA TP标记一个DNA片段需要用A、DNA聚合酶B、DNA连接酶C、逆转录酶D、多核苷酸激酶6．下列哪种方式可以校正含一个单一碱基参加入的移码突变A、突变型氨酰合成酶B、带有能够识别链终止突变的反密码子tRNAC、带有由四个碱基组成反密码子的tRNAD、能够对特定氨基酸进行化学修饰的酶促系统7．在蛋白质的生物合成过程中，下列哪一步没有mRNA参与A、氨酰tRNA识别密码子B、翻译的模板与核糖体结合C、起始因子的释放D、催化肽键的形成8．氨酰tRNA合成酶可以A、识别密码子B、识别反密码子C、识别mRNAD、识别氨基酸9．下列除哪个外都是原核细胞中蛋白质生物合成的必要步骤：A、tRNA与核糖体的305亚基结合B、tRNA与核糖体的705亚基结合C、氨酰tRNA合成酶催化氨基酸与核糖体结合D、70S核糖体分离形成30S和50S亚基10．下列叙述正确的是：A、tRNA与氨基酸通过反密码子相互识别B、氨酰tRNA合成酶催化氨基酸与mRNA结合。
第十三章蛋白质的生物合成一、教学基本要求解释翻译的概念。
写出蛋白质生物合成体系的组成，论述mRNA,tRNA和核蛋白的作用原理。
复述蛋白质生物合成过程。
简要写出真核与原核生物蛋白质合成异同及肽链合成后的加工过程。
解释分子病，并举例说明。
简要叙述蛋白质合成阻断剂作用原理。
二、教材内容精要（一）蛋白质的生物合成:1.蛋白质的生物合成的概念在生物体细胞内，以mRNA为模板合成蛋白质多肽链的过程即蛋白质的生物合成。
在蛋白质的生物合成过程中，多肽链的氨基酸顺序是模板mRNA中的核苷酸排列顺序决定的，因此这一过程又称翻译（translation）。
2.蛋白质的生物合成体系除合成原料氨基酸外，蛋白质的生物合成体系还包括mRNA、tRNA核（糖核）蛋白体、有关的酶、蛋白质因子、ATP、GTP等功能物质及必要的无机离子。
(1)mRNA：它是蛋白质多肽链合成的模板。
mRNA5′至3′方向，若有AUG开始，可以称为一个开放读码框架（open reading），读码框架内每3个核苷酸组成一个密码子，如AAA 或AAG代表赖氨酸；5′端第一个AUG表示起动信号（initiator codon），并代表甲酰蛋氨酸（细菌）或蛋氨酸（高等动物）；UAA,UAG或UGA表示终止信号（terminator codon）。
为氨基酸编码的密码子具有如下特点：①简并性（degenerate），即一个以上密码子体现一个氨基酸遗传信息的现象。
②连续性（commaless），密码的三联体不间断，须3个一组连续读下去。
③通用性（universal)从病毒、植物到人类，所有生物在蛋白质生物合成中都使用一套遗传密码。
模板上的密码子可与tRNA的反密码子（anticodon）互补结合。
(2)tRNA及核（糖核）蛋白体：tRNA是氨基酸的运载体。
一种tRNA可携带一种氨基酸；而一种氨基酸可由数种tRNA携带。
tRNA反密码子与mRNA密码子第三个核苷酸配对时，除A-U,G-C外，还可有U-G,I-C,I-A等不稳定配对（wobble base pair）。
核（糖核）蛋白体是多肽链的“装配机”。
由大、小亚基组成，亚基又分别由不同的rRNA分子与多种蛋白质分子构成。
原核小亚基为30S，真核为40S；原核大亚基为50S，真核为60S。
整个原核核（糖核）蛋白体大小为70S，真核为80S。
在细胞内，一类核（糖核）蛋白体附着于内质网，参与分泌蛋白质的合成；另一类游离于胞质中。
(3)蛋白质因子：现以原核生物中蛋白质生物合成为例，介绍参与这一过程的蛋白质因子。
A1：启动因子（initiation factor）参与起动。
①IF1：促使携带氨基酰的起动tRNA与小亚基结合。
②IF2：功能同上，并有GTP酶活性。
③IF3：促进小亚基与mRNA特异结合；在终止阶段后促使脱落的核蛋白体解离为大、小亚基。
B1：延长因子（elongation factor）。
④EFTu和EFTs延长因子（elongation factor）作用于肽链延长阶段。
促进氨基酰-tRNA 进人核蛋白体的“受位”（acceptorsate)，具有GTP酶活性。
⑤EFG作用于肽链延长阶段。
具有GTP酶活性，使转肽后失去肽链或蛋氨酰-tRNA从“给位”(donor site）上脱落，并促进移动。
C:释放因子。
⑥)RF：识别终止信号，使大亚基转肽酶（transpeptidase）将“给位”上已合成的肽链水解释放。
3.蛋白质多肽链的生物合成过程蛋白质的翻译过程包括氨基酸的活化与转运，以及核蛋白体循环（ribosome cycle）。
核蛋白体循环是本章重点内容。
(1）氨基酸的活化与转运—即参加蛋白质合成的氨基酸在特异的氨基酰-tRNA合成酶(aminoacyl-tRNA synthetase)催化下由ATP供能并与相应得tRNA结合。
氨基酰-tRNA合成酶具有绝对的专一性，酶对氨基酸、tRNA两种底物都能高度特异的识别。
氨基酰-tRNA合成酶还有校对活性，当tRNA携带了错误的氨基酸时，氨基酰-tRNA合成酶具有水解错误氨基酸酯键的功能，换上与密码子相对应的氨基酸。
(2）核蛋白体循环可分为启动(initiation）、肽链延长（elongation）及终止（termination)3个阶段。
1)启动过程中形成启动复合体，此时需要GTP,真核体系中还需ATP.具体步骤：mRNA与小亚基结合，并有IF1和IF3辅助，与此同时fmet-RNA辨认结合于mRNA的起始密码子AUG上，此时IF3脱落，而IF2与GTP参与反应；50S的大亚基与小亚基结合，启动因子IF1、IF2脱落。
fmet-RNA携带的第一个蛋氨酸位于核蛋白体的给位（donor site)又叫肽位(peptidyl site)，它位于核蛋白体的左半部分，给位的右侧称受位(acceptor site)，在核蛋白体的右侧。
2)肽链延长阶段，每增加一个氨基酸，就按进位、转肽、脱落和移位这四个步骤重复进行。
具体步骤：进位：第二个氨基酸进人受位，此步需要延长因子EFTu和EFTs及GTP、Mg2十参加。
转肽：50S大亚基给位有转肽酶的存在，可催化肽键形成。
经转肽酶催化，给位上的甲酰蛋氨酸被转移到受位上，与受位的氨基酸的氨基形成肽键，此步需要Mg2十和K+。
脱落：在给位上的RNA fmet脱落。
移位：核蛋白体向mRNA的3′端移动一个密码子，下一个密码子进人受位，同时携有肽链的tRNA由受位移至给位，反应需要延长因子EFG、GTP与tRNA由受位移至给位，反应需要延长因子EFG\GTP与Mg2十3)终止阶段，需终止因子RF参与,RF使给位的转肽酶变为水解作用，合成好的肽链被水解并从核蛋白体上释放。
从mRNA上脱落的核蛋白体，分解为大、小两个亚基，核蛋白体的解缔过程需要启动因子3(IF3)。
蛋白质合成是需能反应，每生成一个肽键，共需消耗四个高能磷酸键。
4)真核生物的蛋白质合成与原核大同小异，它的核蛋白体为80S；有启动作用的氨基酰-tRNA不需要甲酰化，而原核生物需要甲酰化；真核生物的延长因子为EFT1和EFT2；其终止因子为RF，它可以识别3种终止密码子，而原核生物的终止因子有3种，即RF1,RF2和RF3。
蛋白质合成具有方向性，即由N端向C端延伸。
4.肽链合成后的加工（processing）某些蛋白质经此过程方能形成有生物学活性的分子。
该过程包括：多肽链的切除修饰、C端氨基酸酰胺化修饰、N末端乙酰化修饰，以及加糖、加脂、磷酸化、羟化、甲基化与羟甲基化等。
单纯蛋白质是由多条肽链组成，多个亚单位构成的蛋白质需经亚基聚合过程，复合蛋白尚有辅助成分参与组成。
5.蛋白质合成与医学的关系(1)分子病(molecular diseases)的概念：由于基因缺陷，则可出现RNA与蛋白质合成异常，最终导致机体某些结构与功能变异引起的疾病，称为分子病，例如镰刀状红细胞贫血。
这类患者血红蛋白β链N端的第六个氨基酸残基由谷氨酸转变为缬氨酸，这是因结构基因中相应得核苷酸的密码子由来的CTT转变为CAT所致。
（2）蛋白质生物合成的阻断剂：某些抗生素、细菌毒素、植物毒素、以及干扰素(interferon)等对蛋白质合成阻断作用，可用于对细菌和肿瘤细胞的治疗（表12-1）。
1)抗生素2)白喉毒素：在哺乳动物体内特异的抑制肽链延长因子2(EFT-2）的活性，从而抑制蛋白质合成。
3)干扰素：干扰素抑制病毒蛋白质合成的途径有两方面，一是在双链RNA存在下可以诱导一种蛋白激酶，由蛋白激酶使eIF-2磷酸化失活，进而抑制病毒蛋白质合成；二是干扰素可诱导生成一种寡核苷酸，称为2′-5′A,2′-5′A则活化一种核酸内切酶——RNaseL，RNaseL通过降解病毒RNA，实现对病毒蛋白合成的抑制。
【记忆方法】蛋白质生物合成包括几方面的内容，一是概念定义，例如：翻译、分子病等，这需要在理解的基础上加以记忆。
二是掌握合成的体系都含有哪些成分，他们的结构和功能是什么？三是合成过程与机制以及真核与原核合成的差异，这需要了解每一步合成的具体反应，催化的酶及其他的辅助因子，合成的差异用比较方法来记忆，找出真核与原核合成的共同点与不同之处即可。
三、典型试题分析A型题1.遗传密码的简并性指的是（1995年生化试题）A.一些三联体密码可缺少一个嘌呤碱或嘧啶碱B.密码中有许多稀有碱基C.大多数氨基酸有一组以上的密码D.一些密码适用于一种以上的氨基酸E.以上都不是【答案】C【评析】本题考点：密码子的特性。
在mRNA的编码区，每三个前后相联的核苷酸组成一个密码子，每个密码子只为一个氨基酸编码，共有64个密码子，密码子不重叠使用核苷酸，也无核苷酸间隔。
所有生物使用同一套密码子仅有极少数例外，此为密码子的通用性。
一种氨基酸可有多个密码子，此特点称为密码子的简幷性。
2.原核生物蛋白质生物合成中肽链延长所需的能量来源于（1996年生化试题）A.ATPB.GTPC.GDPD.UTPE.CTP【答案】B【评析】本题考点：合成过程中不同阶段的能量来源。
蛋白质合成为二个具体步骤：（1）氨基酸的活化与活化氨基酸的搬运（2）活化氨基酸在核蛋白体上的缩合。
第一个步骤需要ATP供能。
第二个步骤又称核蛋白体循环。
具体分为三个阶段：（1）启动阶段（2）肽链延长阶段（3）终止阶段。
肽链延长阶段是由进位、转肽、脱落、移位四个具体步骤组成，其中进位和移位都需要GTP供能。
3.下列关于氨基酸密码的叙述哪一项是正确的（1996年生化试题）A.由DNA链中相邻的三个核苷酸组成B.由tRNA链相邻的三个核苷酸组成C.由mRNA链中相邻的三个核苷酸组成D.由rRNA链中相邻的三个核苷酸组成E.由多肽链中相邻的三个氨基酸组成【答案】C【评析】本题考点：哪种物质具有编码氨基酸的功能。
核酸是遗传物质，它由DNA和RNA组成，DNA是遗传物质的携带者，它以碱基互补配对原则将信息传递给RNA分子。
RNA分为三种，tRNA具有携带氨基酸的功能，rRNA是合成蛋白质的场所，mRNA将从DNA转录得遗传信息，以三个核苷酸组成一个氨基酸密码子的形式，编码了全部20种氨基酸的密码子。
4.氯霉素的抗菌作用事由于抑制了细菌的（1997年生化试题）A.细胞色素氧化酶B.核蛋白体上的转肽酶C.基因表达D.二氢叶酸还原酶【答案】B【评析】本题考点:抗生素阻断蛋白质合成的作用。
抗生素对人体的许多代谢过程都有干扰作用，例如磺胺类药物对细菌四氢酸还原酶的竞争性抑制，嘌呤核苷酸代谢物是嘌呤氨基酸或叶酸的类似物，而不同的抗生素阻断蛋白质合成的机制不同。
例如：链霉素的作用事抑制蛋白质的合成的启动，金霉素的作用阻碍氨基酰tRNA与小亚基结合等，氯霉素红霉素等的作用事抑制核蛋白体上的转录酶。
