蛋白质的生物合成

1、蛋白质的生物合成蛋白质的生物合成中心法则中心法则指出，遗传信息的表达最终是合成出指出，遗传信息的表达最终是合成出具有特定氨基酸顺序的蛋白质，这种以具有特定氨基酸顺序的蛋白质，这种以mRNA上所上所携带的遗传信息携带的遗传信息,到多肽链上所携带的遗传信息的传到多肽链上所携带的遗传信息的传递，就好象以一种语言翻译成另一种语言时的情形递，就好象以一种语言翻译成另一种语言时的情形相似，所以称以相似，所以称以mRNA为模板的蛋白质合成过程为为模板的蛋白质合成过程为翻译翻译(translation)。 翻译过程十分复杂，需要翻译过程十分复杂，需要mRNA、tRNA、rRNA和多种蛋白因子参与。在此过程中和

2、多种蛋白因子参与。在此过程中mRNA为合为合成的模板，成的模板，tRNA为运输氨基酸工具，为运输氨基酸工具，rRNA和蛋白和蛋白质构成核糖体，是合成蛋白质的场所，蛋白质合成质构成核糖体，是合成蛋白质的场所，蛋白质合成的方向为的方向为NC端。端。思考思考遗传信息传递的遗传信息传递的 中心法则中心法则蛋白质蛋白质翻译翻译转录转录逆转录逆转录复制复制复制复制DNARNA生物的遗传信息以密码的形式储生物的遗传信息以密码的形式储存在存在DNA分子上，表现为特定的核苷分子上，表现为特定的核苷酸排列顺序。在细胞分裂的过程中，酸排列顺序。在细胞分裂的过程中，通过通过DNA复制复制把亲代细胞所含的遗传把亲代细胞

3、所含的遗传信息忠实地传递给两个子代细胞。在信息忠实地传递给两个子代细胞。在子代细胞的生长发育过程中，这些遗子代细胞的生长发育过程中，这些遗传信息通过传信息通过转录转录传递给传递给RNA，再由，再由RNA通过通过翻译翻译转变成相应的蛋白质多转变成相应的蛋白质多肽链上的氨基酸排列顺序，由蛋白质肽链上的氨基酸排列顺序，由蛋白质执行各种各样的生物学功能，使后代执行各种各样的生物学功能，使后代表现出与亲代相似的遗传特征。后来表现出与亲代相似的遗传特征。后来人们又发现，在宿主细胞中一些人们又发现，在宿主细胞中一些RNA病毒能以自己的病毒能以自己的RNA为模板为模板复制复制出新出新的病毒的病毒RNA，还有一

4、些，还有一些RNA病毒能以病毒能以其其RNA为模板合成为模板合成DNA，称为，称为逆转录逆转录这是中心法则的补充。这是中心法则的补充。 中心法则总结了生物体内遗传信息的流动规律，揭示遗传的分子基础，不仅使人中心法则总结了生物体内遗传信息的流动规律，揭示遗传的分子基础，不仅使人们对细胞的生长、发育、遗传、变异等生命现象有了更深刻的认识，而且以这方面们对细胞的生长、发育、遗传、变异等生命现象有了更深刻的认识，而且以这方面的理论和技术为基础发展了基因工程，给人类的生产和生活带来了深刻的革命。的理论和技术为基础发展了基因工程，给人类的生产和生活带来了深刻的革命。遗遗传传信信息息流流动动示示意意图图核糖

5、体核糖体DNAmRNAtRNA目目 录录第一节第一节 蛋白质合成体系蛋白质合成体系第二节第二节 蛋白质合成的过程蛋白质合成的过程第三节第三节 肽链合成后的折叠肽链合成后的折叠与与加工加工二、二、tRNA三、三、核糖体核糖体第一节第一节 蛋白质合成体系蛋白质合成体系一、一、mRNA和和遗传密码遗传密码四、四、辅助因子辅助因子 m RNA(messenger RNA)是蛋白质生物合成过是蛋白质生物合成过程中直接指令氨基酸掺入的模板，是遗传信息的载程中直接指令氨基酸掺入的模板，是遗传信息的载体。体。原核生物原核生物和和真核生物真核生物mRNAmRNA的比较的比较 遗传密码遗传密码: DNA（或（或m

6、RNA）中的核苷酸序）中的核苷酸序列与蛋白质中氨基酸序列之间的对应关系称为列与蛋白质中氨基酸序列之间的对应关系称为遗传密码。遗传密码。 密码子密码子(codon)：mRNA上每上每3个相邻的核个相邻的核苷酸编码蛋白质多肽链中的一个氨基酸，这三苷酸编码蛋白质多肽链中的一个氨基酸，这三个核苷酸就称为一个密码子或三联体密码。个核苷酸就称为一个密码子或三联体密码。三联体密码的破译三联体密码的破译2、以随机共聚合指导多肽的合成、以随机共聚合指导多肽的合成例：以随机共聚物例：以随机共聚物A、C为模板，任意排列可为模板，任意排列可 出现出现8种三体，获得六种氨基酸组成的多肽。种三体，获得六种氨基酸组成的多肽

7、。1、以均聚物为模板指导多肽的合成以均聚物为模板指导多肽的合成3、以特定的共聚物为模板指导多肽的合成以特定的共聚物为模板指导多肽的合成4、核糖体结合技术核糖体结合技术遗传密码字典遗传密码字典UACGUCAGUCAG第二位第二位 第一位第一位（5） 第三位第三位（3）UCAGUCAGUCAG以均聚物为模板指导多肽的合成以均聚物为模板指导多肽的合成PolyU为模板，产生的多肽链为为模板，产生的多肽链为PolyPhePolyA为模板，产生的多肽链为为模板，产生的多肽链为PolyLysPolyC为模板，产生的多肽链为为模板，产生的多肽链为PolyPro以特定的共聚物为模板指导多肽的合成以特定的共聚物为

8、模板指导多肽的合成（1）以多聚二核苷酸作模板可合成由以多聚二核苷酸作模板可合成由2个氨基个氨基酸组成的多肽，酸组成的多肽，PolyUG的模板，合成产物为的模板，合成产物为Lys和和Val。（2）以多聚三核苷酸作为模板，可得三种氨以多聚三核苷酸作为模板，可得三种氨 基酸组成的多肽。基酸组成的多肽。核糖体结合技术核糖体结合技术技术要点：技术要点：保温保温 硝酸纤维滤膜过滤硝酸纤维滤膜过滤分析留在滤膜上的分析留在滤膜上的核糖体核糖体-AAtRNA 确定与核糖体结合的确定与核糖体结合的AA以人工合成的以人工合成的三核苷酸为模板三核苷酸为模板+ +核糖体核糖体+AA-tRNA+AA-tRNA遗传密码的性

9、质遗传密码的性质3、密码子的、密码子的简并性与简并性与变偶性变偶性：由一种以上密码子编码：由一种以上密码子编码同一个同一个 氨基酸的现象称为简并，对应于同一氨基酸的密氨基酸的现象称为简并，对应于同一氨基酸的密码子称为同义密码子码子称为同义密码子(Synonymous codon)。多数情况下。多数情况下同义密码子的第一第二个碱基相同，第三个碱基不同，同义密码子的第一第二个碱基相同，第三个碱基不同，说明密码的专一性主要是由第一第二个碱基所决定。说明密码的专一性主要是由第一第二个碱基所决定。4、64组密码子中，组密码子中，AUG既是蛋氨酸的密码，又是起始既是蛋氨酸的密码，又是起始密码；有三组密码不

10、编码任何氨基酸，而是多肽链合成密码；有三组密码不编码任何氨基酸，而是多肽链合成的终止密码子：的终止密码子：UAG、UAA、UGA。 1、密码子是近于完全、密码子是近于完全通用通用的。的。 2、密码子是、密码子是无标点符号无标点符号的且相邻密码子的且相邻密码子互不重叠互不重叠。 19661966年年CrickCrick根据立体化学原理提出：根据立体化学原理提出：（2 2）有些反密码子的第一个碱基（按）有些反密码子的第一个碱基（按5-35-3）决定了）决定了 tRNAtRNA识别密码子的数目。识别密码子的数目。（3 3）当一种氨基酸有几个密码子时，只要他们的第一）当一种氨基酸有几个密码子时，只要他

11、们的第一 和第二个碱基中有一个不同，则需要不同的和第二个碱基中有一个不同，则需要不同的tRNAtRNA 来识别来识别。（1 1）mRNAmRNA上的密码子的第一、第二个碱基上的密码子的第一、第二个碱基 与与tRNAtRNA上上 的反密码子相应的碱基形成强的配对；密码的专的反密码子相应的碱基形成强的配对；密码的专 一性主要是由这两个碱基对的作用。一性主要是由这两个碱基对的作用。原核细胞原核细胞mRNAmRNA的结构特点的结构特点5 3 顺反子顺反子顺反子顺反子顺反子顺反子插入顺序插入顺序插入顺序插入顺序先导区先导区末端顺序末端顺序SD区区结构特点结构特点 半衰期短半衰期短 许多原核生物许多原核生

12、物mRNAmRNA以多顺反子形式存在以多顺反子形式存在 AUGAUG作为起始密码；作为起始密码；AUGAUG上游上游7 71212个核苷酸处有一被称为个核苷酸处有一被称为SDSD序列的序列的保守区，保守区， 16S rRNA3- 16S rRNA3- 端反向互补而使端反向互补而使mRNAmRNA与核糖体结合与核糖体结合。真核细胞真核细胞mRNAmRNA的结构特点的结构特点5 “帽子帽子”PolyA 3 顺反子顺反子m7G-5 ppp-N-3 p帽子结构功能帽子结构功能 使使mRNAmRNA免遭核酸酶的破坏免遭核酸酶的破坏 使使mRNAmRNA能与核糖体小亚基结合并开始能与核糖体小亚基结合并开始

13、合成蛋白质合成蛋白质 被蛋白质合成的起始因子所识别，从被蛋白质合成的起始因子所识别，从而促进蛋白质的合成。而促进蛋白质的合成。 是是mRNAmRNA由细胞核进入细胞质由细胞核进入细胞质所必需的形式所必需的形式 它大大提高了它大大提高了mRNAmRNA在细胞质在细胞质中的稳定性中的稳定性AAAAAAA-OHtRNA （transfer ribonucleic asidtransfer ribonucleic asid）在蛋白质合成中处于关键地）在蛋白质合成中处于关键地位，它不但为每个三联体密码子译成氨基酸提供接合体，还为准确无误地位，它不但为每个三联体密码子译成氨基酸提供接合体，还为准确无误地将

14、所需氨基酸运送到核糖体上提供运送载体。将所需氨基酸运送到核糖体上提供运送载体。1、tRNA的结构特征的结构特征三叶草型二级结构三叶草型二级结构2、tRNA的功能的功能（1 1）被特定的氨酰）被特定的氨酰- - tRNA合成酶识别，使合成酶识别，使tRNA接受正确的活化氨基酸。接受正确的活化氨基酸。（2 2）识别识别mRNA链上的密码子。链上的密码子。（3 3）在蛋白质合成过程中，）在蛋白质合成过程中，tRNA起着连结生长起着连结生长的多肽链与核糖体的作用。的多肽链与核糖体的作用。 密密码码子子与与反反密密码码子子的的配配对对关关系系反密码子反密码子tRNA5 3 A U C5 mRNA3 密码

15、子密码子1 2 3 核核 糖糖 体体 核糖体核糖体是由是由rRNArRNA（ribosomal ribonucleic ribosomal ribonucleic asidasid）和多种蛋白质结合而成的一种大的核糖）和多种蛋白质结合而成的一种大的核糖核蛋白颗粒，蛋白质肽键的合成就是在这种核核蛋白颗粒，蛋白质肽键的合成就是在这种核糖体上进行的。糖体上进行的。2、核糖体的功能核糖体的功能1、核糖体的结构和组成核糖体的结构和组成核核糖糖体体的的组组成成原核生物核糖体结构示意图原核生物核糖体结构示意图原核生物核原核生物核糖体的组成糖体的组成原核细胞原核细胞70S核糖体的核糖体的A位、位、P位及位及m

16、RNA结合部位示意图结合部位示意图30S与与mRNA结合部位结合部位P P位位（结合（结合或接受肽基或接受肽基的部位）的部位）A A位位（结合或接（结合或接受受AA- tRNAAA- tRNA的的部位）部位）50SmRNA真核和原核细胞参与翻译的蛋白质因子真核和原核细胞参与翻译的蛋白质因子阶段阶段原核原核 真核真核 功功 能能IF1IF1IF2IF2 eIF2 eIF2 参与起始复合物的形成参与起始复合物的形成IF3IF3 eIF3eIF3、eIF4CeIF4C起始起始CBP I CBP I 与与mRNAmRNA帽子结合帽子结合 eIF4A B F eIF4A B F 参与寻找第一个参与寻找第

17、一个AUGAUGeIF5 eIF5 协助协助eIF2 eIF2 、 eIF3eIF3、eIF4CeIF4C的释放的释放eIF6 eIF6 协助协助60S60S亚基从无活性的核糖体上解离亚基从无活性的核糖体上解离EF-TuEF-Tu eEF1eEF1 协助氨酰协助氨酰-tRNA-tRNA进入核糖体进入核糖体延长延长EF-TsEF-Ts eEF1 eEF1 帮助帮助EF-TuEF-Tu 、 eEF1eEF1 周转周转 EF-GEF-G eEF2 eEF2 移位因子移位因子RF-1RF-1终止终止 eRFeRF 释放完整的肽链释放完整的肽链RF-2RF-2第二节第二节 蛋白质合成的过程蛋白质合成的过

18、程一、一、氨基酸的活化氨基酸的活化二、二、原核生物多肽链的合成过程原核生物多肽链的合成过程三、三、真核生物多肽链的合成真核生物多肽链的合成氨氨基基酸酸的的活活化化EEAAEAAtRNAAAEtRNAAAEtRNAAA氨基酸氨基酸氨酰腺苷酸氨酰腺苷酸第一步第一步第二步第二步氨氨基基酸酸的的活活化化3-氨酰氨酰-tRNAN-甲酰甲硫氨酰甲酰甲硫氨酰-tRNAiMet的形成的形成CHOCHO-HN-CH-COO-tRNA-HN-CH-COO-tRNA CH CH2 2 CH CH2 2 S S COO- COO- + +H H2 2N-CH-COO-tRNAN-CH-COO-tRNA CH CH2

19、2 CH CH2 2 S S COO- COO-Met-tRNAiMetfMet-tRNAiMetN10-甲酰甲酰FH4转甲酰酶转甲酰酶氨酰氨酰- tRNA合成酶特点合成酶特点a、专一性：、专一性： 对氨基酸有极高的专一性，每种氨基酸都对氨基酸有极高的专一性，每种氨基酸都有专一的酶，只作用于有专一的酶，只作用于L-氨基酸，不作用于氨基酸，不作用于D-氨基酸。氨基酸。 对对tRNA具有极高专一性。具有极高专一性。b、校对作用：、校对作用： 氨酰氨酰- tRNA合成酶的水解部位可以水解错误合成酶的水解部位可以水解错误活化的氨基酸。活化的氨基酸。原核生物多肽链的合成过程原核生物多肽链的合成过程 原核

20、生物多肽链的合成分为三个阶段：肽原核生物多肽链的合成分为三个阶段：肽链合成的起始、肽链的延伸、肽链合成的终链合成的起始、肽链的延伸、肽链合成的终止和释放。止和释放。1、肽链合成的起始肽链合成的起始2、肽链的延长肽链的延长3、肽链合成的终止及释放肽链合成的终止及释放30S亚基亚基 mRNA IF3复合复合物物30S mRNA GTP- fMet tRNA- IF2- IF1复合物复合物70S起始复合物起始复合物 mRNA +30S亚基亚基-IF3IF-3IF2GTPIF3 IF2 IF1IF1-IF2-GTP-fMet-tRNAIF350S50S亚基亚基IF2+ IF1+GDP+PiIF-170

21、S起始起始复合物复合物肽链的延长肽链合成的肽链合成的终止及释放终止及释放（1 1）释放因子）释放因子RFRF1 1或或RFRF2 2进入核糖体进入核糖体A A位。位。 （2 2）多肽链的释放）多肽链的释放（3 3）70S70S核糖体解离核糖体解离30S亚基亚基50S亚基亚基tRNARFRF肽键的形成肽键的形成真核生物多肽链的合成（自学）真核生物多肽链的合成（自学）1 1、真核细胞核糖体比原核细胞核糖体更大更复杂；真核细胞核糖体比原核细胞核糖体更大更复杂；2 2、起始氨基酸为起始氨基酸为MetMet，不是，不是fMetfMet；3 3、肽链合成的起始：由肽链合成的起始：由40S40S核糖体亚基首

22、先识别核糖体亚基首先识别mRNA 5mRNA 5端帽子结构，然后沿端帽子结构，然后沿mRNAmRNA移动寻找移动寻找AUGAUG；4 4、起始因子有起始因子有1212种，但只有种，但只有2 2种延长因子和种延长因子和1 1种终种终止因子；止因子；5 5、真核细胞中线粒体、叶绿体的核糖体大小、组成真核细胞中线粒体、叶绿体的核糖体大小、组成及蛋白质合成过程都类似于原核细胞。及蛋白质合成过程都类似于原核细胞。 肽链折叠是指从多肽链的氨基酸序列形成具肽链折叠是指从多肽链的氨基酸序列形成具有正确三维空间结构的蛋白质的过程。有正确三维空间结构的蛋白质的过程。 体内多肽链的折叠目前认为至少有两类蛋白体内多肽链的折叠目前认为至少有两类蛋白质参与，称为助折叠蛋白质参与，称为助折叠蛋白: （1）酶：蛋白质二硫酶：蛋白质二硫键异构酶键异构酶（PDI）； （2）分子伴侣分子伴侣肽肽 链链 的的 折折 叠叠 Lasky于于1978年首先提出分子伴侣（年首先提出分子伴侣（mulecular cha