第 11 章 蛋白質合成作用：遺傳訊息的轉譯 Protein Synthesis: Translation of the Genetic Message CATLOG Chemical Formula Figure Table 生化關聯 重要訊息 11.1 遺傳訊息轉譯的過程 11.2 遺傳密碼 11.3 胺基酸的活化：胺醯-tRNA 合成酶的角色 11.4 原核生物的轉譯作用 11.5 真核生物的轉譯作用 11.6 蛋白質的後轉譯修飾作用 11.7 蛋白質的降解作用 11.8 病毒、癌症及愛滋病

11.1遺傳訊息轉譯的過程 蛋白質在核糖體被合成；合成過程中需要mRNA、tRNA及數種蛋白質因子參與 胺基酸在加入合成中之蛋白鏈前必須被活化，即與tRNA反應轉化為胺醯-tRNA(aminoacyl-tRNA)，此反應由胺醯-tRNA合成酶主導

聚胜肽鏈之合成依三個步驟進行： 1.鏈起始 2.鏈增長 3.鏈終止 →Fig.11.1

11.2遺傳密碼 遺傳密碼之特徵： 1.三字組(triplet)：由三個鹼基序列決定一個胺基酸，此三個鹼基序列稱為密碼子(codon) 2.不重疊(nonoverlapping)：連續密碼子間沒有鹼基被重複使用，即核糖體延mRNA每次移動三個鹼基→Fig.11.2

3.無逗號連續的(commaless):兩組相鄰之密碼子間無介入鹼基存在 4.退化性的(degenerate)：一個胺基酸可以有一個以上之密碼子 5.普遍性的(universal)：密碼在每種生物體都是一樣 64個密碼子有其特定意義，其中61個可編碼胺基酸，3個是轉譯終止訊號→Table11.1

色胺酸與甲硫胺酸各只有一個密碼子，白胺酸、絲胺酸與精胺酸有六個密碼子 表中單一胺基酸之多重密碼子並非隨機分佈，通常是第一及第二個鹼基相同，第三個鹼基相異，此鹼基稱為擺動(wobble)鹼基 密碼子之退化特性可以成為對抗有害突變之緩衝劑

密碼子之決定主要利用合成聚核苷酸當作mRNA 使用同質聚核苷酸可產生同質聚胜肽，例如：poly U→polyphenylalanine，poly A→ polylysine，poly C →polyproline，poly G→polyglycine 交替的共聚合體→交替的共聚胜肽 -ACACACACACAC- →poly(thr-his)

濾膜結合試驗→Fig.11.3

※密碼子-反密碼子的配對與擺動 蛋白質合成時密碼子與tRNA上互補的反密碼子配對 大多數的tRNA能在允許氫鍵結合型式改變下辨認一種以上的密碼子，此種改變稱為“擺動性”(wobble)→Fig.11.4

擺動性只適用於反密碼子5’端的第一個鹼基，其配對方式→Table11.2

次黃嘌呤(hypoxanthine)之配對方式→Fig.11.5

擺動假說可說明密碼退化性之觀點，擺動鹼基存在之優點： 1.減少tRNA之合成 2.減少因密碼子錯讀所引起之傷害

11.3胺基酸之活化：胺醯-tRNA合成酶之角色 胺基酸之活化及胺醯-tRNA之形成分兩步驟進行：→Fig.11.6

胺醯-tRNA合成酶對胺基酸與tRNA之反應具高度專一性，此稱為第二遺傳密碼 兩階段的反應也考慮到兩種相同程度的選擇性： 1.第一階段的專一性利用胺醯-AMP殘基與酵素之鍵結 2.第二階段的專一性依據胺醯-tRNA合成酶對tRNA之辨認→Fig.11.7

11.4原核生物之轉錄作用 ※核糖體的構造→Fig.11.8

※鏈合成起始 所有生物之聚胜肽鏈之合成方向為由N-末端往C-末端 原核生物所有蛋白質之起始N-末端胺基酸為N-甲醯甲硫胺酸→Fig.11.9

大腸桿菌具有兩種不同的tRNA攜帶甲硫胺酸，一種針對未修飾過的甲硫胺酸，稱為tRNAmet，一種針對N-甲醯甲硫胺酸，稱為tRNAfmet 與甲硫胺酸形成的胺醯-tRNA稱為met- tRNAmet 及fmet- tRNAfmet fmet- tRNAfmet之形成為在甲硫胺酸與tRNA結合後發生甲醯化反應

tRNAmet與tRNAfmet之反密碼均為3’-UAC-5’ tRNAfmet之認識部位位於SD序列後之轉譯起始訊號 tRNAmet之認識部位位於mRNA內部 聚胜肽鏈合成之起使必須先形成起始複合體；起始複合體含mRNA,、30S 及50S核糖體次單位、 fmet- tRNAfmet 、GTP、IF-1 IF-2、IF-3三種蛋白質起始因子等八種成份 →Fig.11.10

IF-3可促進mRNA與30S核糖體次單位之結合 IF2與GTP結合幫助由所有胺醯-tRNA選擇fmet- tRNAfmet IF1功能不詳

核糖體所辨識之轉譯起始位置─Shine-Dalgarno序列(富嘌呤領導者片段)→Fig.11.11

※鏈之增長 原核細胞蛋白質合成之增長期主要利用在70S核糖體之50S次單位存在三個tRNA結合位置：P(胜肽基,peptidyl)、A(胺醯基, aminoacyl)、E(退出,exit) 鏈增長步驟→Fig.11.12

在步驟3 中50S次單位中之胜肽基轉移酶催化胜肽鍵的形成→Fig.11.13

許多蛋白質合成鏈增長時期的資料由抑制劑的作用得到→Fig.11.14

※鏈合成之終止 蛋白質合成之終止訊息： UAA ochre(赭石) UAG amber(琥珀) UGA opal(蛋白石) 終止訊息之密碼子不被任何tRNA辨認，可被釋出因子辨認→Fig.11.15

p.374

※多体(polysome) →Fig11.17,11.18

11.5真核生物之轉譯 真核生物mRNA之結構→Fig.11.19

※鏈合成起始 真核之鏈合成起始超過13種起始因子參與 →Table11.4

真核生物轉譯起始之三個步驟→Fig.11.20

正確AUG位置之尋找→Fig.11.21

※鏈之增長 類似原核生物，但只有A、P位置無E位置

※鏈合成之終止 真核生物只有一種釋放因子

11.6蛋白質之後轉譯修飾 以胰島素為例→Fig.11.22

p.383-1

p.383-2

11.7蛋白質之降解 蛋白酶體 真核生物泛素化作用之機制→Fig.11.23

含酸性N-末端蛋白質之降解→Fig.11.24

p.386

11.8病毒、癌症及愛滋病 SV-40及HIV之構造

P.388

p.389 兩種病毒的故事：SV40 及HIV

SV40病毒之繁殖方式隨感染動物種類而異→Fig.11.25

反轉錄病毒之基因體→Fig.11.26

人類腫瘤之原致癌基因→Table 11.5

腫瘤壓抑者基因→Table 11.6

HIV之感染→Fig.11.27

P.392

癌症的遺傳關鍵：腫瘤壓抑者與致癌基因 p.393