密码子GUG和亮氨酸密码子UUC也可被用作起始密码子，当其位于特殊mRNA翻译的起始位置时，可被起始tRNA所识别。

第38章 蛋白质合成及转运

⒈mRNA的概念是如何形成的？如何证实的？ 答：（一）信使RNA概念的提出

信使RNA(messenger RNA, mRNA)的发现在分子生物学的发展中是一重大事件。由于其在细胞总RNA中所占比例很小，很难把它分离出来。mRNA的概念首先是从理论上提出来的，然后再用实验得到证实。F. Jacob和J. Monod早在1961年就提出mRNA的概念。他们认为，既然蛋白质是在胞质中合成的，而编码蛋白质的信息载体DNA却在胞核内，那么必定有一种中间物质用来传递DNA上的信息。他们在研究大肠杆菌中与乳糖代谢有关酶类的生物合成时发现，诱导物如异丙基硫代半乳糖苷(β-isopropylthiogalaotoside， IPTG)的加入，可以立刻使酶蛋白的合成速度增加上千倍。而诱导物一旦消失，又可使酶蛋白的合成立刻停止。这个实验结果给人的启示是：蛋白质合成的模板是一种不稳定的物质，其半衰期很短。他们对这种信使物质的性质作了如下的预言： a．信使是一种多核苷酸；

b．信使的碱基组成应与相应的DNA的碱基组成相一致；

c．信使的长度应是不同的，因为由它们所编码的多肽链的长度是不同的； d．在多肽合成时信使应与核糖体作短暂的结合；

e.信使的半衰期很短，所以信使的合成速度应该是很快的。

所以，这样的信使可能是一种RNA。但是当时已发现的两种RNA（rRNA、tRNA）都不具备这些特性。各种生物的核糖体RNA的大小差异不大，碱基组成的变化也不大。tRNA除了有与rRNA相同的问题以外，它们的分子也太小。所以这两种RNA都不能胜任信使的功能。可喜的是当时已有人提出过，细胞内有可能存在第三种RNA。在被噬菌体T2感染后的大肠杆菌中，有人发现有一种新的RNA，它的代谢速度极快，分子大小也参差不齐，碱基组成又与T2DNA相一致。这些特征都符合信使分子的要求。 (二)信使RNA的实验证明 信使RNA的概念提出后，还必须要用实验来证明这种概念是否正确。为此，S.Brenner，F. Jacob和M. Monocl等人设计了一组实验。用噬菌体T2感染大肠杆菌后，发现几乎所有在细胞内合成的蛋白质都不再是细胞本身的蛋白质，而是噬菌体所编码的蛋白质；这些蛋白质的合成速度与细胞总RNA的合成速度无关；T2感染后不久，细胞中出现了少量半衰期很短的RNA，它们的碱基组成与DNA是一致的。上述这些特性都与他们预言的信使分子特性十分符合。 那么噬菌体的感染又是怎样将细胞内蛋白质合成的方向改变了呢?当时曾提出了两种假设。一种认为T2的感染引起了一类新的核糖体的合成，不同的核糖体控制不同的蛋白质的合成；另一种假设认为核糖体并不具有这种特异性，它的功能只不过是从mRNA接受遗传信息而已。Brenner，Jacob，Meselson等人支持后一种看法。于是他们又设计了一组实验来解决这个问题。

他们将大肠杆菌接种在含有重标记(15N和13C)的培养基上，再用T2感染。感染后立刻将细菌转移到含有轻同位素(14N和12 C)的培养基上。再将T2感染前与感染后的细菌破碎，分离出核糖体，用密度梯度超离心技术将带有重同位素的核糖体与带有轻同位素的核糖体分开。他们还用32P或用14C-尿苷去标记RNA，并用35S-甲硫氨酸去标记新合成的蛋白质。这些实验表明：

a．T2感染后并无轻标记核糖体出现，说明在T2感染后并未引起新核糖体的合成。

b．T2感染后，诱发了新的RNA的合成。大多数放射性标记的RNA出现在重标记核糖体中。这种新合成的RNA代谢速度极快。

c．35S标记的蛋白质只暂时出现在重标记核糖体中，说明新合成的蛋白质是在早就存在的核糖体中合成的。

以后，S. spiegelman又用分子杂交技术证明：经T2感染后的新合成的RNA可以与T2DNA相杂交，但细胞内的其他RNA则不能与T2DNA杂交。

⒉核糖体的基本结构与功能有哪些？

答：核糖体有的游离在胞质中,称为游离核糖体(free ribosome)。 有的附着在内质网表面,参与构成RER,称为固着核糖体或膜旁核糖体（fixed Ribosome）。

无论哪种核糖体,在执行功能时,即进行蛋白质合成时,常3-5个或几十个甚至更多聚集并与mRNA结合在一起,由mRNA分子与小亚基凹沟处结合,再与大亚基结合,形成一串,称为多聚核糖体(游离多聚核糖体及固着多聚核糖体),Polyribosome或Polysome。

核糖体是由大、小二个亚基组成的不规则颗粒。大亚基侧面观是低面向上的倒圆锥形,底面不是平的,边缘有三个突起,中央为一凹陷,似沙发的靠背和扶手。 小亚基是略带弧形的长条,一面稍凹陷,一面稍外突,约1/3处有一细缢痕,将其分成大小两个不等部份。 小亚基趴在大亚基上,似沙发上趴了一只小猴。大小亚基凹陷部位彼此对应相结合,就形成了一个内部空间。此部位可容纳mRNA、tRNA及进行氨基酸结合等反应。

此外,在大亚基内有一垂直的通道为中央管,所合成的多肽链由此排放,以免受蛋白酶的分解。 一般真核细胞中,106-107个/细胞,原核细胞中15-18× 103个/细胞,蛋白质合成旺盛的细胞可达1×1012个/细胞。

核糖体是蛋白质合成的场所。单个核糖体上存在四个活性部位,在蛋白质合成中各有专一的识别作用：A部位，氨基酸部位或受位:主要在大亚基上,是接受氨酰基-tRNA的部位；P部位，肽基部位或供位:主要在小亚基上,是释放tRNA的部位；肽基转移酶部位(肽合成酶),简称T因子，位于大亚基上,催化氨基酸间形成肽键,使肽链延长；GTP酶部位，即转位酶,简称G因子,对GTP具有活性,催化肽键从供体部位→受体部位。

另外,核糖体上还有许多与起始因子、延长因子、释放因子以及各种酶相结合的位点。

⒊假定以下列mRNA片断为模板，合成的多肽有何氨基酸序列: 5'GGUUUCAUGGACGAAUAAGUGAUAAUAU3'

答：根据不同的阅读框，该mRNA片断合成的多肽氨基酸序列有: 1 GGU UUC AUG GAC GAA UAA GUG AUA AUA 27 1 Gly Phe Met Asp Glu End Val Ile Ile

2 GUU UCA UGG ACG AAU AAG UGA UAA UAU 28 1 Val Ser Trp Thr Asn Lys End End Tyr

3 UUU CAU GGA CGA AUA AGU GAU AAU 26 0 Phe His Gly Arg Ile Ser Asp Asn 7

⒋按下列单链：

5'TCGTCGACGATGATCATCGGCTACTCG3' 试写出

① DNA复制时，另一种单链的序列；

② 转录成的mRNA序列； ③合成的多肽序列。

答：① DNA复制时，另一种单链的序列：CGAGTAGCCGATGATCATCGTCGACGA ② 转录成的mRNA序列：UCGUCGACGAUGAUCAUCGGCUACUCG ③合成的多肽序列：

1 UCG UCG ACG AUG AUC AUC GGC UAC UCG 27 1 S S T M I I G Y S

若按第2阅读框翻译，中间有终止密码子，故不可能按这种方式合成多肽。 3 GUC GAC GAU GAU CAU CGG CUA CUC 26 0 V D D D H R L L 7

⒌试设想一下，在转译过程中，在哪些环节上保证了所合成的多肽的正确无误？ 答：转译又称“翻译”。即以信使RNA为模板，合成具有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程。转译的过程是：细胞核中DNA的某一区段转录出来的mRNA从核孔穿出来进入细胞质中，与核糖体结合起来进行蛋白质的合成。

在转译过程中，在这些环节上保证了所合成的多肽的正确无误：每一氨酰-tRNA合成酶识别一个特定的氨基酸和与此氨基酸对应的tRNA；氨酰-tRNA合成酶纠正酰化的错误；起始tRNA 识别翻译的起始点；tRNA上的反密码子与mRNA上的密码子配对，确保合成氨基酸顺序的正确性。

⒍氨酰-tRNA合成酶有何功能？

答：氨酰-tRNA合成酶的功能是将正确的氨基酸装载到相应的tRNA分子上。

⒎tRNA有何功能？

答：在蛋白质生物合成过程中，tRNA主要起转运氨基酸的作用。

⒏嘌呤霉素如何抑制蛋白质合成？

答：嘌呤霉素(puromycin;PM ) 是一种蛋白质合成抑制剂,它具有与tRNA分子末端类似的结构, 能够同氨基酸结合，代替氨酰化的tRNA同核糖体的A位点结合，并掺入到生长的肽链中。虽然嘌呤霉素能够同A位点结合,但是不能参与随后的任何反应, 因而导致蛋白质合成的终止并释放出C-末端含有嘌呤霉素的不成熟的多肽。

⒐在蛋白质定向输送时，多肽本身有何作用？

答：在蛋白质定向输送时，每一需要运输的多肽都含有一段氨基酸序列，称为信号肽序列，引导多肽至不同的转动系统。

⒑蛋白质的糖基化如何完成？

答：蛋白质的糖基化是使多肽链变成糖蛋白。糖基一般连接在4种氨基酸上，分为2种： a，O-连接的糖基化（O-linked glycosylation）：与Ser、Thr和Hyp的OH连接，连接的糖为半乳糖或N-乙酰半乳糖胺，在高尔基体上进行O-连接的糖基化。 B，N-连接的糖基化（N-linked glycosylation）：与天冬酰胺残基的NH2连接，糖为N-乙酰葡糖胺。内质网上进行的为N-连接的糖基化。糖的供体为核苷糖(nucleotide sugar)，如CMP-唾液酸、GDP-甘露糖、UDP-N-乙酰葡糖胺等。

糖分子首先被糖基转移酶转移到膜上的磷酸长醇（dolichol phosphate）分子上，装配成寡糖

链。再被寡糖转移酶转到新合成肽链特定序列（Asn-X-Ser或Asn-X-Thr）的天冬酰胺残基上。

⒒高尔基体的功能是什么？ 答：高尔基体普遍存在于植物细胞和动物细胞中，细胞中的高尔基体与细胞分泌物形成有关，高尔基体本身没有合成蛋白质的功能，但可以对蛋白质进行加工和转运，因此有人把它比喻成蛋白质的 \加工厂\。植物细胞分裂是，高尔基体与细胞壁的形成有关。

第39章 细胞代谢与基因表达调控

⒈构成生命活动基础的物质代谢、能量代谢和信息代谢三者之间有何关系？

答：细胞代谢是一切生命活动的基础。细胞代谢包括物质代谢、能量代谢和信息代谢三个方面。任何物质变化总有能量变化，而能量变化又总伴随着它们组成成分相对无序和有序的变更。信息可以作为系统组织程度的量度，信息就是负熵。活细胞不断与环境交换物质，摄取能量，输入负熵，从而得以构建和维持其复杂的组织结构，一旦这种关系破坏，细胞就解体了。

⒉哪些化合物可以认为是联系糖、脂类、蛋白质和核酸代谢的重要环节？为什么？

答：葡萄糖-6-磷酸、丙酮酸和乙酰辅酶A是联系糖、脂类、蛋白质和核酸代谢的重要环节。 因为它们是糖、脂类、蛋白质和核酸代谢交叉点上关键的中间代谢产物。

⒊细胞代谢的基本要略是什么？

答：细胞代谢途径是由一系列的酶促反应驱动；代谢的总轮廓特征为：分解代谢汇聚到少数几个终产物，各成代谢分叉产生许多产物；细胞代谢的基本要略在于形成 ATP 、还原力和构造单元，以用于生物合成。分解代谢产生能量和构造材料，再由 ATP 、 NADPH 和构造单元合成各类生物分子，并进而装配成生物不同层次的结构。

⒋什么叫前馈？什么叫反馈？举例说明代谢的前馈调解和反馈调节。

答：前馈是指干扰信号在作用于受控部分，引起输出变量改变的同时，还可直接通过感受装置作用于控制部分；即在未引起负反馈调节之前，同时又经另一快捷途径发出干扰信号直接作用于控制部分，及时调控受控部分的活动。例如，在一定条件下，机体的某些活动发生得特别快，以致神经系统来不及将外周得反馈信号传送至大脑，或大脑发出的信息不能及时地返回外周以控制运动。在这种情况下，大脑可通过前馈机制经另一快捷途径向受控部分发出前馈信号，引起必需的肌肉收缩，而后将来自收缩部分的感觉神经信号传递至大脑，并对收缩是否合理做出判断。 反馈（feedback）：是指由受控部分发出的反馈信息返回到控制部分，不断纠正和调整控制部分对受控制部分的影响，这种调控模式称为反馈。血液中某些代谢产物浓度升高（或降低）作用于内分泌细胞的相应受体，导致激素分泌水平的上升（或下降），靶细胞受体识别激素后发生的变化作为反馈信息使代谢产物的浓度降低（或升高），以重新建立“稳态”。例如，血糖浓度与胰岛素分泌水平之间的关系就属于简单负反馈。

⒌什么是级联反应？有何意义?以宁雪机制为例说明其调剂作用。

答：级联反应是指第一级反应中被激活的蛋白质,本身就是催化下一级反应的蛋白酶,这样就起着逐级放大的作用。 例如在凝血级联系统中，血管损伤可刺激激肽原转化为激肽释放酶，然后依次激活凝血因子