CH10 蛋白质生物合成-改

1、、 蛋白质生物合成蛋白质生物合成张张 志志 勇勇河南科技学院生命科技学院 生理生化教研室蛋白质的生物合成蛋白质的生物合成 一、一、mRNAmRNA与遗传密码与遗传密码 二、二、rRNArRNA与核糖体与核糖体 三、三、tRNAtRNA 四、蛋白质的生物合成四、蛋白质的生物合成 五、真核生物与原核生物蛋白质合成的差异五、真核生物与原核生物蛋白质合成的差异教学基本要求教学基本要求 1. 1.什么是遗传密码？遗传密码有哪些重要特点？什么是遗传密码？遗传密码有哪些重要特点？ 2. 2.蛋白质的合成过程主要涉及哪些重要的核酸及蛋蛋白质的合成过程主要涉及哪些重要的核酸及蛋白质，这些核酸或蛋白质的主要功能是

2、什么？白质，这些核酸或蛋白质的主要功能是什么？ 3. 3.蛋白质的生物合成分为哪几个阶段？每个阶段的蛋白质的生物合成分为哪几个阶段？每个阶段的主要内容是什么？主要内容是什么？ 4. 4.什么是蛋白质的合成后加工？主要有哪些重要作什么是蛋白质的合成后加工？主要有哪些重要作用？用？ 5. 5.在蛋白质的合成过程中，主要是通过何种方式将在蛋白质的合成过程中，主要是通过何种方式将mRNAmRNA的核苷酸顺序解读为蛋白质中的氨基酸顺序的？的核苷酸顺序解读为蛋白质中的氨基酸顺序的？ 6. 6.密码子、兼并密码、移码突变、摆动假说、分子密码子、兼并密码、移码突变、摆动假说、分子伴侣、翻译等概念的意义？伴侣、

3、翻译等概念的意义？蛋白质的生物合成蛋白质的生物合成-概述概述DNA: ATGCATGCATGCRNA: AUGCAUGCAUGCPROTEIN: aa1 aa2 aa3 aa4？ l 基因有两种功能，一个复制的功能，一个表达的功能。基因有两种功能，一个复制的功能，一个表达的功能。通过复制，亲代的遗传信息可以传递到子代，使子代获通过复制，亲代的遗传信息可以传递到子代，使子代获得和亲代完全相同的遗传信息，而传到子代的遗传信息得和亲代完全相同的遗传信息，而传到子代的遗传信息只有通过基因的表达，才有可能使子代获得和亲代相同只有通过基因的表达，才有可能使子代获得和亲代相同的遗传性状。的遗传性状。l 蛋白

4、质的生物合成是一个非常精细的过程，是从蛋白质的生物合成是一个非常精细的过程，是从mRNAmRNA的的核苷酸语言（核苷酸顺序）到蛋白质中的氨基酸语言核苷酸语言（核苷酸顺序）到蛋白质中的氨基酸语言（氨基酸顺序）的一种转换过程。该过程涉及（氨基酸顺序）的一种转换过程。该过程涉及mRNAmRNA、tRNAtRNA、rRNArRNA三种三种RNARNA分子及许多蛋白质因子的共同作用。分子及许多蛋白质因子的共同作用。蛋白质的生物合成蛋白质的生物合成-概述概述l the second step of gene expressionltRNA as a adapter for codon & amino ac

5、id tRNA loading aa by aa-tRNA synthetase (AARS) & paracodon isoacceptor tRNA tRNA recognizing codon by anti-codonlin addition to tRNA, mRNA and rRNA in need蛋白质的生物合成蛋白质的生物合成-概述概述l CodonUniversal triplex codonFirst two of three matterCodon degeneracyWobble hypothesisCodon usage (codon bias)l Multiple

6、& complex assessmentExact translation:Initiation, loading, elongation, proofreading 蛋白质的生物合成蛋白质的生物合成-概述概述遗传密码遗传密码!lmRNAmRNA分子上特定的核苷酸顺序就是蛋白质合成所需分子上特定的核苷酸顺序就是蛋白质合成所需全部信息的直接来源。全部信息的直接来源。l通常人们将通常人们将mRNAmRNA上核苷酸顺序与蛋白质中氨基酸顺上核苷酸顺序与蛋白质中氨基酸顺序的对应关系称为序的对应关系称为遗传密码（遗传密码（genetic genetic codecode）。lmRNAmRNA分子中顺序相连

7、的三个核苷酸可以代表一个特分子中顺序相连的三个核苷酸可以代表一个特定的定的AAAA或其它的含义称或其它的含义称密码子（密码子（codoncodon）或三联体或三联体密码密码( (triplet triplet codoncodon) )。15.1.1 mRNA与遗传密码与遗传密码遗传密码表遗传密码表1954年年G.Gamov对破译密码首先提出了设想对破译密码首先提出了设想v若一种碱基对应与一种氨基酸，那么只可能产生若一种碱基对应与一种氨基酸，那么只可能产生4种种氨基酸；氨基酸；v若若2 个碱基编码一种氨基酸的话，个碱基编码一种氨基酸的话，4种碱基共有种碱基共有42=16种不同的排列组合；种不同

8、的排列组合；v3个碱基编码一种氨基酸，经排列组合可产生个碱基编码一种氨基酸，经排列组合可产生43=64种不同形式；种不同形式；v若是四联密码，就会产生若是四联密码，就会产生44=256种排列组合。种排列组合。问题与思考问题与思考 为什么数学推导结果和实际存在结果如此相符？为什么数学推导结果和实际存在结果如此相符？遗传密码的试拼遗传密码的试拼密码子破译密码子破译 实验基础：实验基础： 蛋白质体外合成的实验基础蛋白质体外合成的实验基础 1. E. coli 的无细胞体系（的无细胞体系（DNA、mRNA、tRNA、核、核糖体、糖体、AAtRNA合成酶）；合成酶）；2. 破坏掉破坏掉DNA、耗尽、耗尽

9、mRNA后后 ；3. 加入模板（外源加入模板（外源mRNA或人工合成的多聚或人工合成的多聚NT）加）加入入ATP、GTP、AA等成分合成新的肽链；等成分合成新的肽链；4. 推知编码某些推知编码某些AA的密码（比较的密码（比较） 1955 Grunberg-Mango 和和 Ochoa 从细菌中分离出从细菌中分离出多核苷酸多核苷酸磷酸化酶磷酸化酶 催化合成催化合成RNA而不需要模板而不需要模板DNA或或RNA 合成各异的多聚核苷酸合成各异的多聚核苷酸 poly(A)、poly(AU)（依据所（依据所加加核苷二磷酸核苷二磷酸的比例不同）的比例不同）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

10、的合成 （解决密码子的组成）（解决密码子的组成） 1961 Nirenberg 1961 Nirenberg 和和 Matthaei Matthaei poly U-Phepoly U-Phe；poly C -Propoly C -Pro；poly A -Lys poly A -Lys 按比例加入种核苷混合的多聚物按比例加入种核苷混合的多聚物由于当时还未分离由于当时还未分离RNA polRNA pol酶，无法按设计的模板来合成酶，无法按设计的模板来合成RNARNA，NirenbergNirenberg又想出了一种新的方法，就是按一定的碱基比例来又想出了一种新的方法，就是按一定的碱基比例来合成合

11、成RNARNA。 比如在底物中加比如在底物中加5 5份的份的UDPUDP和和1 1份的份的GDPGDP， 碱基比为碱基比为U:GU:G5:1,5:1,它们能组成它们能组成8 8种三联体：种三联体： UUUUUU，UUGUUG，UGUUGU，GUUGUU， GGGGGG，GGUGGU，GUGGUG，UGGUGG。 U U和和G G将随机地加入到三联体中，这样按比例各个位于上进入将随机地加入到三联体中，这样按比例各个位于上进入U U和和G G 的概率不同，如氨基酸测定结果：的概率不同，如氨基酸测定结果：如如 UUU:UGGUUU:UGG（5 5 5 5 5 5）: :（5 5 1 1 1 1） 2

12、5:125:1同理同理 UUU:UUGUUU:UUG5:15:1，根据检测结果推测根据检测结果推测: :苯丙氨酸（苯丙氨酸（UUUUUU）: :半胱氨酸（半胱氨酸（UGUUGU） 5:15:1苯丙氨酸（苯丙氨酸（UUUUUU）: :缬氨酸缬氨酸 （GUUGUU） 5:55:5苯丙氨酸（苯丙氨酸（UUUUUU）: :甘氨酸甘氨酸 （GUUGUU）24:124:1用用tRNA tRNA 结合法破译结合法破译 codoncodon（解决密码子的碱基顺序与方向）（解决密码子的碱基顺序与方向） 1964 Nirenberg 1964 Nirenberg 和和 LederLeder 1.1. tRNAtR

13、NA和氨基酸及三联体的结合是特异的；和氨基酸及三联体的结合是特异的；2.2. 没有蛋白质合成所需的全部因子存在时没有蛋白质合成所需的全部因子存在时, ,特异特异AAAAtRNAtRNA也能也能与核糖体与核糖体-mRNA-mRNA复合物结合复合物结合 ; ;3.3. 上述结合的复合体大分子是不能通过硝酸纤维滤膜的微孔，上述结合的复合体大分子是不能通过硝酸纤维滤膜的微孔，而而tRNA- tRNA- 氨基酸的复合体是可以通过的。氨基酸的复合体是可以通过的。1. 人工合成多种三核苷酸（人工合成多种三核苷酸（UUU、UCU、UGU等）为模板等）为模板; 2. 与含核糖体、与含核糖体、20种种 AA-tR

14、NA和适当离子强度的反应液保温和适当离子强度的反应液保温 ; 3. 使反应液通过硝酸纤维素滤膜，其中只有核糖体或结合使反应液通过硝酸纤维素滤膜，其中只有核糖体或结合AA-tRNA的核糖体能留在滤膜上。的核糖体能留在滤膜上。实验为实验为20组：组：SerC14 、Leu、Lys、Arg（20种）种）Ser 、LeuC14、Lys、ArgSer 、Leu、LysC14、Arg分析留在滤膜上的核糖体中的分析留在滤膜上的核糖体中的AAtRNA和其相应的模板和其相应的模板此方法未能破译全部的此方法未能破译全部的codon （结合效率）（结合效率） 于是作如下实验于是作如下实验 Ser-C14. Leu-

15、C14 . Lys-C14 . Gly-C14 . Khorana、Nirenberg和和Ochoa等又进一步确定和验证了等又进一步确定和验证了全部密码子全部密码子1968 Nirenberg 和和 Khorana 因破以遗传密码的贡献因破以遗传密码的贡献而获而获 Nobel 奖（奖（1966）遗传密码的证实遗传密码的证实v1966年年Sterisinger等等用噬菌体用噬菌体T4证实了遗传密码是完全证实了遗传密码是完全正确的。正确的。v他们采用的方法跟他们采用的方法跟Crick的原黄素诱发移码突变的方法的原黄素诱发移码突变的方法相同，使相同，使T4溶菌酶产生了移码突变，根据突变后的蛋白溶菌酶

16、产生了移码突变，根据突变后的蛋白质一级结构和野生型溶菌酶氨基酸顺序进行了比较。质一级结构和野生型溶菌酶氨基酸顺序进行了比较。v根据移码还可以推测出遗传信息是以根据移码还可以推测出遗传信息是以53方向阅读的方向阅读的，蛋白质则是从，蛋白质则是从N端向端向C端合成的。端合成的。遗传密码的特性遗传密码的特性! !1.1.方向性：阅读的方向是方向性：阅读的方向是5353。2.2.无逗点性：读码的连续性无逗点性：读码的连续性 蛋白质的翻译过程中是从特定的位置开始依次分成一个个蛋白质的翻译过程中是从特定的位置开始依次分成一个个密码子单位进行的，直至结束。同一个密码子单位进行的，直至结束。同一个mRNAmR

17、NA分子（相同的分子（相同的碱基排列顺序），起读的位置不同，含义亦有所不同。碱基排列顺序），起读的位置不同，含义亦有所不同。5-5-CAUCAUCAUCAUCAUCAUCAUCAU 3 3 CAU CAU Poly His Poly His AUC AUC Poly Poly IIeIIe UCA UCA PolyPoly Ser Ser3. 3. 兼并性兼并性在蛋白质合成中存在的有几种密码子均可以为同一种在蛋白质合成中存在的有几种密码子均可以为同一种AAAA编码的编码的现象。由一种以上密码子编码同一个氨基酸的现象称为现象。由一种以上密码子编码同一个氨基酸的现象称为简并简并（degenerac

18、ydegeneracy）! !，对应于同一氨基酸的密码子称为对应于同一氨基酸的密码子称为同义密码同义密码子（子（synonymous codonsynonymous codon）! !。不同简并密码之间的区别主要是不同简并密码之间的区别主要是体现在第三位碱基种类上。体现在第三位碱基种类上。4.4.专门的起始密码和终止密码专门的起始密码和终止密码 蛋白质的合成有专门的起始密码和终止密码蛋白质的合成有专门的起始密码和终止密码 ，AUGAUG和和GUGGUG是起是起始密码，始密码，UAAUAA、UAGUAG、UGAUGA在蛋白质的合成中没有任何一种氨基在蛋白质的合成中没有任何一种氨基酸与其对应，起终

19、止作用，是终止密码。酸与其对应，起终止作用，是终止密码。5.5.通用性与例外通用性与例外绝大多数的生物细胞都使用同一套遗传密码，同一种绝大多数的生物细胞都使用同一套遗传密码，同一种mRNAmRNA在在不同的生物细胞内可以读出相同的含义，这种现象称为遗传不同的生物细胞内可以读出相同的含义，这种现象称为遗传密码的通用性。密码的通用性。线粒体遗传密码特殊性线粒体遗传密码特殊性线粒体内的某些遗传密码与常见的不同功能有所不同。如线粒体内的某些遗传密码与常见的不同功能有所不同。如UGAUGA（终止密码）终止密码） 色氨酸色氨酸CUACUA（亮氨酸）亮氨酸） 苏氨酸苏氨酸AGA/GAGA/G（精氨酸）精氨酸

20、） 终止密码终止密码 6. 6. 碱基配对的变偶性碱基配对的变偶性! !密码子与反密码子的反向补配对时，密码子第三位核苷酸密码子与反密码子的反向补配对时，密码子第三位核苷酸与反密码子相应位置上的碱基配对关系不太严格，可以在与反密码子相应位置上的碱基配对关系不太严格，可以在一定的范围内变动如一定的范围内变动如A A和和G G，C C和和U U。另外，在某些反密码中常有另外，在某些反密码中常有I I（次黄嘌呤核苷酸）的存在，次黄嘌呤核苷酸）的存在，这种核苷酸可以和这种核苷酸可以和U U、C C、或或A A三个碱基进行配对。三个碱基进行配对。碱基配对的变偶性碱基配对的变偶性Wobble hypoth

21、esisWobble hypothesis1.1. 任意一个密码子的前两位碱基都与任意一个密码子的前两位碱基都与tRNA anticodontRNA anticodon中的中的相应碱基形成相应碱基形成Watson-CrickWatson-Crick碱基配对。碱基配对。2.2. 反密码子第一位是反密码子第一位是A A或或C C时，只能识别一个密码子。当反时，只能识别一个密码子。当反密码子第一位是密码子第一位是U U或或G G时，能识别两个密码子。当时，能识别两个密码子。当InosineInosine（I I）作为反密码子第一位时，能识别三个密码子。）作为反密码子第一位时，能识别三个密码子。3.3

22、. 如果数个密码子同时编码一个氨基酸，凡是第一、二位如果数个密码子同时编码一个氨基酸，凡是第一、二位碱基不相同的密码子都对应于各自的碱基不相同的密码子都对应于各自的tRNAtRNA。4.4. 根据上述规则，至少需要根据上述规则，至少需要3232种不同的种不同的tRNAtRNA才能翻译才能翻译6161个个密码子。密码子。tRNAtRNA在蛋白质的合成中起在蛋白质的合成中起活化氨基酸的载体及遗传密码活化氨基酸的载体及遗传密码的解读功能。的解读功能。1.专一性的氨基酸携带位点，专一性的氨基酸携带位点，5-CCA-3。2.专一性的氨酰专一性的氨酰-tRNA合成酶识别位点，合成酶识别位点，D-环。环。3

23、.核糖体附着位点，核糖体附着位点，T C-环。环。4.密码子的识别位点，反密码环。密码子的识别位点，反密码环。 问题与思考问题与思考二级结构中不同部位在合成蛋白质当中的对应作用？二级结构中不同部位在合成蛋白质当中的对应作用？isoacceptor tRNA（同工（同工tRNA ）携带携带AA相同而反密码子不同的一组相同而反密码子不同的一组tRNA。同工。同工tRNA既要既要有不同的反密码子以识别该氨基酸的各种同义密码，又要有有不同的反密码子以识别该氨基酸的各种同义密码，又要有某种结构上的共同性，能被某种结构上的共同性，能被AA- tRNA合成酶识别。合成酶识别。校正校正tRNA对基因或密码子突

24、变可产生校正对基因或密码子突变可产生校正tRNA，这是经过其反密码，这是经过其反密码子上发生某种突变，以子上发生某种突变，以代偿代偿或校正原有突变所产生的不良或校正原有突变所产生的不良后果，这样的后果，这样的tRNA称为校正称为校正tRNA，这种，这种tRNA上反密码子上反密码子的突变称为校正突变。的突变称为校正突变。 Paracodon (副密码子副密码子)tRNA中决定负载特定氨基酸的空间密码。中决定负载特定氨基酸的空间密码。校正校正tRNA tRNAtRNA在核苷酸语言解读中的作用在核苷酸语言解读中的作用tRNAtRNA在核苷酸语言解读中的作用在核苷酸语言解读中的作用rRNA及核糖体及核

25、糖体核糖体是蛋白质合核糖体是蛋白质合成的部位成的部位电镜照片电镜照片粗糙内质网结构多核糖体结构 粗糙内质网结构粗糙内质网结构 电镜照片示电镜照片示粗糙内质网结构粗糙内质网结构核糖体的组成及结构核糖体的组成及结构核糖体由约核糖体由约40%40%蛋白质和蛋白质和60%60%的的RNARNA组成，组成，E.coliE.coli细胞的细胞的核糖体结构及组成已经阐明。核糖体结构及组成已经阐明。 核糖体的化学组成核糖体的化学组成!A（acceptor site）(aminoacyl-tRNA ):氨酰基基位，可与新氨酰基基位，可与新进入的氨基酰进入的氨基酰tRNAtRNA结合结合。!P(donor sit

26、e) (peptidyl-tRNA ) :肽酰基部位，可与延伸中的肽酰基部位，可与延伸中的肽酰基肽酰基tRNAtRNA结合结合或起始氨酰或起始氨酰tRNAtRNA结合。结合。!E(Exit site) (deacylated- tRNA )：脱酰脱酰tRNA短暂地占据。短暂地占据。转肽酶活性：转肽酶活性：将给位将给位(P(P位位) )上的肽酰基转移给受位上的肽酰基转移给受位(A(A位位) )上的上的氨基酰氨基酰tRNAtRNA，形成肽键。，形成肽键。GTPaseGTPase活性：活性：水解水解GTPGTP，获得能量。，获得能量。结合起始因子、延长因子及释放因子。结合起始因子、延长因子及释放因子

27、。结合结合mRNAmRNA、GTPGTP。核糖体的功能核糖体的功能核糖体的功能部位核糖体的功能部位核糖体的功能部位核糖体的功能部位核糖体的功能部位核糖体的功能部位一条一条mRNAmRNA分子与一定数分子与一定数目的单个核糖体结合而目的单个核糖体结合而形成的念珠状结构。形成的念珠状结构。多核糖体多核糖体! !多核糖体上蛋白质的生物合成多核糖体上蛋白质的生物合成多核糖体上蛋白质的生物合成多核糖体上蛋白质的生物合成蛋白质生物合成蛋白质生物合成蛋白质生物合成过程包括三大步骤：蛋白质生物合成过程包括三大步骤：氨基酸的活化与搬运；氨基酸的活化与搬运；活化氨基酸在核蛋白体上的缩合；活化氨基酸在核蛋白体上的缩

28、合； 肽链合成的起始、延长、终止肽链合成的起始、延长、终止多肽链合成后的加工修饰。多肽链合成后的加工修饰。 （一）氨基酸的活化（一）氨基酸的活化氨基酸的活化是在氨酰氨基酸的活化是在氨酰- -tRNAtRNA合成酶的催化下完成的，反应合成酶的催化下完成的，反应分为两步：分为两步：1.1.氨酰氨酰- -AMPAMP的合成；的合成；2. 2. 氨酰氨酰- -tRNAtRNA的合成。的合成。ATP + ATP + 氨基酸氨基酸 氨酰氨酰 AMP AMP 酶酶 + + PPiPPi氨酰氨酰- -tRNAtRNA合成酶合成酶MgMg2+2+PPiPPi + H + H2 2O O2 2H H3 3POPO

29、4 4 + + 热量热量tRNAtRNA + + 氨酰氨酰AMP AMP 酶酶氨酰氨酰tRNAtRNA + AMP + + AMP + 酶酶特异的特异的tRNA3tRNA3端端CCACCA上的上的22或或33位自由羟基与相应的位自由羟基与相应的活化氨基酸以酯键相连接，形成氨基酰活化氨基酸以酯键相连接，形成氨基酰tRNAtRNA。（一）氨基酸的活化（一）氨基酸的活化氨基酰氨基酰tRNA的合成，可使氨基酸的合成，可使氨基酸 活化；搬运；定位。活化；搬运；定位。氨酰氨酰- -tRNAtRNA合成酶具有高度的专一性，合成酶具有高度的专一性，它既能识别相应的氨基它既能识别相应的氨基酸（酸（L-L-构型）

30、，又能识别与此氨基酸相对应的一个或多个构型），又能识别与此氨基酸相对应的一个或多个tRNA tRNA 分子；即使分子；即使AAAA识别出现错误，此酶具有水解功能，可以识别出现错误，此酶具有水解功能，可以将其水解掉。将其水解掉。这种高度的专一性保证了氨基酸与其特定的这种高度的专一性保证了氨基酸与其特定的tRNAtRNA准确匹配，从而使蛋白质的合成具有一定的保真性。准确匹配，从而使蛋白质的合成具有一定的保真性。（二）核糖体上肽链的合成（二）核糖体上肽链的合成起始氨基酸：起始氨基酸：原核生物中为甲酰甲硫氨酸；真核生物中为甲原核生物中为甲酰甲硫氨酸；真核生物中为甲硫氨基酸。！硫氨基酸。！起始因子：起始

31、因子：原核生物中存在原核生物中存在3种起始因子，分别称为种起始因子，分别称为IF1-3。在。在真核生物中存在真核生物中存在9种起始因子（种起始因子（eIF）。）。其作用主要是促进核其作用主要是促进核糖体小亚基与起始糖体小亚基与起始tRNA及模板及模板mRNA结合。结合。 （二）核糖体上肽链的合成（二）核糖体上肽链的合成1.肽链合成的起始肽链合成的起始 （1）mRNA.30S.IF3复合物生成复合物生成：在起始因子：在起始因子1, 3的促进下，的促进下，30S小亚基小亚基(依赖本身的依赖本身的16S rRNA)与与mRNA的起始部位结合。的起始部位结合。 （2）30S起始复合物生成：起始复合物生

32、成：在在 IF2（携带（携带GTP）作用下，起始）作用下，起始tRNA（fmet-tRNAfmet）与）与30S小亚基结合。此时，小亚基结合。此时，tRNAfmet的的反密码反密码UAC与与mRNA上的起始密码上的起始密码AUG互补结合，互补结合，tRNAfmet结结合在核蛋白的给位（合在核蛋白的给位（P位）。位）。 （3）70S起始复合物的合成：起始复合物的合成： GTP被水解，被水解，IF1,IF2, IF3从复从复合物上脱落合物上脱落, 50S大亚基与复合体结合。大亚基与复合体结合。mRNA.30S.IF3mRNA.30S.IF3复合物生成复合物生成3030S S起始复合物生成起始复合物

33、生成7070S S起始复合物的合成起始复合物的合成mRNA 5mRNA 5- -端一段富有含嘌呤的序列端一段富有含嘌呤的序列SDSD序列。序列。原核生物：起始时准确识别原核生物：起始时准确识别AUGAUG的机理的机理2.肽链的延长（进位、转肽、移位）肽链的延长（进位、转肽、移位） （1）进位：）进位：与与A-位密码子对应的氨酰位密码子对应的氨酰-tRNA进入进入A-位的作用。位的作用。需需GTP，Mg2+，和，和EF参与。参与。（2）转肽：）转肽：位于位于P-位的甲酰甲硫氨酰基或正在延长之中的肽基位的甲酰甲硫氨酰基或正在延长之中的肽基转移到转移到A-位以其羧其和新进入的氨基酸的氨基形成肽键，催

34、化位以其羧其和新进入的氨基酸的氨基形成肽键，催化这个反应的酶是肽基转移酶。这个反应的酶是肽基转移酶。需需Mg2+，K+的参与的参与。（3）移位：）移位：转肽作用完成之后，原来位于转肽作用完成之后，原来位于P位的空载的位的空载的tRNA从从核糖体上释放出来，核糖体在延伸因子核糖体上释放出来，核糖体在延伸因子G（移位酶）作用下，沿移位酶）作用下，沿mRNA的的53方向相对移动一个密码子单位。方向相对移动一个密码子单位。需需EF（EFG）、）、GTP和和Mg2+参与。参与。进进 位位成成 肽肽移移 位位进位和移位分别需要的进位和移位分别需要的EFEF是什么？是什么？3.肽链合成的终止和释放肽链合成的

35、终止和释放（1）终止密码进入）终止密码进入A-位。位。（2）终止因子进入）终止因子进入A位位：识别终止密码：识别终止密码：RF1识别识别UAA、UAG，RF2识别识别UAA、UGA;水解：水解：RF使肽基转移酶活力转变成酯酶活性，使使肽基转移酶活力转变成酯酶活性，使肽链羧基与肽链羧基与tRNA间的酯键间的酯键水解水解，释放出来。，释放出来。 解离：解离：通过水解通过水解GTP，使核糖体与，使核糖体与mRNA分离，分离，tRNA、RF脱落，核糖体解离为大、小亚基。脱落，核糖体解离为大、小亚基。 识识 别别水水 解解解解 离离图图10-16 10-16 蛋白质的生物合成蛋白质的生物合成GTPGTP

36、在蛋白质合成中的作用及能量消耗在蛋白质合成中的作用及能量消耗GTPGTP是蛋白质合成中所需能量的主要供应形式，在蛋白质的是蛋白质合成中所需能量的主要供应形式，在蛋白质的合成中有四个反应需要由合成中有四个反应需要由GTPGTP或或ATPATP提供能量。提供能量。1.1.AAAA活化（活化（ATPATP）2.2.进位（进位（GTPGTP）（）（A A位）位）（n-1n-1）3.3.移位（移位（GTPGTP）（）（A A位变位变P P位）位）（n-1n-1）4.4.合成的起始（合成的起始（P P位）位）及终止（及终止（ A A位空，水解，解离位空，水解，解离）（）（且且解离时消耗解离时消耗GTPGT

37、P）。）。每合成一条由每合成一条由n n个氨基酸构成的多肽链需要：个氨基酸构成的多肽链需要：2 2n + 2n + 2（n-1n-1）+2 = 4n (+2 = 4n (高能键高能键) )原核细胞原核细胞核糖体沿核糖体沿mRNAmRNA移动以及多肽合成的方向移动以及多肽合成的方向问题与思考问题与思考GTPGTP在蛋白质合成的那几步参与反应？在蛋白质合成的那几步参与反应？一分子氨基酸变成蛋白质中的一分子氨基酸残基，需消耗几一分子氨基酸变成蛋白质中的一分子氨基酸残基，需消耗几分子高能磷酸键？分子高能磷酸键？合成一分子含合成一分子含2020个氨基酸残基的多肽，至少需要消耗几分子个氨基酸残基的多肽，至

38、少需要消耗几分子的高能磷酸键？多少个的高能磷酸键？多少个氨酰氨酰tRNAtRNA进入核糖体进入核糖体A A位点？多少位点？多少次核糖体移位？次核糖体移位？核糖体沿核糖体沿mRNAmRNA移动的方向？多肽合成的方向？移动的方向？多肽合成的方向？真核生物与原核生物蛋白质合成的差异真核生物与原核生物蛋白质合成的差异蛋白质合成过程的差异蛋白质合成过程的差异！起始氨基酸！起始氨基酸: :真核生物为甲硫氨酸；原核生物为甲酰甲硫氨酸真核生物为甲硫氨酸；原核生物为甲酰甲硫氨酸！识别！识别AUGAUG的机制的机制蛋白质合成因子的差异蛋白质合成因子的差异核糖体核糖体起始、延长、终止因子起始、延长、终止因子起始因子

39、起始因子Prok.的三种起始因子（的三种起始因子（initiation factor IF）IF1-加强加强IF2、IF3的酶活。的酶活。IF3-促使促使30S亚基结合于亚基结合于 mRNA 起始部位，阻止起始部位，阻止30S亚基与亚基与50S亚基的过早结合，促进亚基的过早结合，促进fMet-tRNAMETf 向向P位点移动。位点移动。IF2-促使促使fMet-tRNAMETf选择性的结合在选择性的结合在30S亚基上。亚基上。真核因子真核因子 功能功能（了解）（了解）eIF2促进促进Met-tRNAMet与核糖体与核糖体40S小亚基结合。小亚基结合。 eIF2B eIF3 是最早与核糖体是最早

40、与核糖体40S小亚基结合的促进因子，蛋白质小亚基结合的促进因子，蛋白质合成反应的正常进行。合成反应的正常进行。 eIF4A具有具有RNA解旋酶活性，解除解旋酶活性，解除mRNA模板的次级结构模板的次级结构并使之与并使之与40S小亚基结合，形成小亚基结合，形成eIF4F复合物。复合物。 eIF4B与与mRNA模板相结合，协助核糖体扫描模板序列，模板相结合，协助核糖体扫描模板序列，定位定位AUG。 eIF4E与与mRNA 5的帽子结构相结合，形成的帽子结构相结合，形成eIF4F复合物。复合物。eIF4G与与eIF4E和和poly（A）结合蛋白（）结合蛋白（PAB）相结合，形）相结合，形成成eIF4

41、F复合物。复合物。 eIF5促使多个蛋白因子与促使多个蛋白因子与40S小亚基解体，以此帮助大小小亚基解体，以此帮助大小亚基结合形成亚基结合形成80核糖体，形成翻译起始复合物。核糖体，形成翻译起始复合物。 eIF6促进没有蛋白质合成活性的促进没有蛋白质合成活性的80S核糖体解离成核糖体解离成40S和和60S两个亚基。两个亚基。 延长因子（延长因子（EF）l原核生物中存在原核生物中存在3种延长因子（种延长因子（EFTU，EFTS，EFG），），真真核生物中存在核生物中存在2种（种（EF1，EF2）。）。其作用主要促使氨基酰其作用主要促使氨基酰tRNA进入核糖体的受体，并可促进移位。进入核糖体的受体

42、，并可促进移位。 EFTU（GTPase） （GTPase） EFT EF1 原核原核 EFTS 真核真核 EFG（转位酶）（转位酶） EF2（转位酶）（转位酶） 释放因子（释放因子（RF）l原核生物中有原核生物中有4种，在真核生物中只有种，在真核生物中只有1种。其主要作种。其主要作用是识别终止密码，协助多肽链的释放。用是识别终止密码，协助多肽链的释放。 许多蛋白刚由核糖体合成时往往没有活性，还需要有一个合许多蛋白刚由核糖体合成时往往没有活性，还需要有一个合成后加工过程。成后加工过程。蛋白质蛋白质一级结构的加工修饰一级结构的加工修饰1.1. N-N-端氨基酸切除：端氨基酸切除：脱去脱去N-N-

43、末端的甲酰基或少数几个末端的甲酰基或少数几个AAAA； 2.2. 氨基酸修饰：氨基酸修饰：羟基化、糖基化、磷酸化、甲酰化；羟基化、糖基化、磷酸化、甲酰化；3.3. 肽段切除：肽段切除：进行专一性切割，激活形成有活性的酶或蛋进行专一性切割，激活形成有活性的酶或蛋白质等；白质等；4.4. 二硫键形成二硫键形成。蛋白质的合成后加工蛋白质的合成后加工蛋白质高级结构的形成蛋白质高级结构的形成构象的形成构象的形成蛋白质中蛋白质中AAAA的排列顺序。的排列顺序。蛋白质所外的环境条件。蛋白质所外的环境条件。助折叠蛋白：助折叠蛋白：酶；分子伴侣酶；分子伴侣亚基的聚合亚基的聚合辅基的连接辅基的连接蛋白质的合成后加

44、工蛋白质的合成后加工胰岛素蛋白的合成后加工胰岛素蛋白的合成后加工蛋白质的合成后加工（例子）蛋白质的合成后加工（例子）有不少抗生素可以专一性地抑制蛋白质的合成，使细胞的正有不少抗生素可以专一性地抑制蛋白质的合成，使细胞的正常生命活动不得延续。常生命活动不得延续。由于线粒体蛋白质合成与原核细胞相似，因此能够抑制原核由于线粒体蛋白质合成与原核细胞相似，因此能够抑制原核细胞蛋白质合成的抗生素对真核细胞的线粒体蛋白质合成也细胞蛋白质合成的抗生素对真核细胞的线粒体蛋白质合成也有一定的影响，如氯霉素对人体的副作用。有一定的影响，如氯霉素对人体的副作用。常见抗生素对蛋白质合成的抑制作用见下表。常见抗生素对蛋白

45、质合成的抑制作用见下表。蛋白质合成的抑制剂蛋白质合成的抑制剂某些抗生素对原核生物蛋白质合成的抑制作用某些抗生素对原核生物蛋白质合成的抑制作用抗生素抗生素作用点作用点作用原理作用原理四环素族（金霉素、四环素族（金霉素、四环素、土霉素）四环素、土霉素）核糖体小亚核糖体小亚基）（基）（30S、40S）阻碍氨酰阻碍氨酰-tRNA与核糖体结与核糖体结合，易透入原核细胞、不易合，易透入原核细胞、不易透入真核细胞透入真核细胞链霉素、新霉素、链霉素、新霉素、卡那霉素卡那霉素30S小亚基小亚基抑制起始作用、造成误译抑制起始作用、造成误译氯霉素、林可霉素、氯霉素、林可霉素、红霉素红霉素50S亚基亚基抑制转肽酶，阻

46、止肽键形成抑制转肽酶，阻止肽键形成寡聚霉素寡聚霉素氨酰基部位氨酰基部位使肽链合成提前结束使肽链合成提前结束 蛋白质合成的抑制剂蛋白质合成的抑制剂在蛋白质的合成过程中，细胞必须保证新合成的蛋白质被运在蛋白质的合成过程中，细胞必须保证新合成的蛋白质被运送到相应的部位发挥作用，这个过程称为送到相应的部位发挥作用，这个过程称为蛋白质定位蛋白质定位。不同。不同部位的蛋白质以不同的方式进行合成及运输。部位的蛋白质以不同的方式进行合成及运输。在胞质溶胶中发挥作用的蛋白质如糖酵解过程中需要的酶，在胞质溶胶中发挥作用的蛋白质如糖酵解过程中需要的酶，必须被定位于溶胶中，这些酶或蛋白质是由必须被定位于溶胶中，这些酶

47、或蛋白质是由游离的核糖体进游离的核糖体进行合成行合成，并被直接释放到溶胶中。，并被直接释放到溶胶中。 线粒体、溶酶体、质膜、细胞核形成中所需要蛋白质的合成线粒体、溶酶体、质膜、细胞核形成中所需要蛋白质的合成则一般是在则一般是在粗面内质网上合成粗面内质网上合成，合成后通过特定信号序列的，合成后通过特定信号序列的作用被导向到不同的功能部位。作用被导向到不同的功能部位。 多肽合成后的定向运输多肽合成后的定向运输分泌蛋白质的合成及运输分泌蛋白质的合成及运输分泌蛋白质是由粗面内质网上的核糖体合成的，分泌蛋白分泌蛋白质是由粗面内质网上的核糖体合成的，分泌蛋白质的质的氨基端氨基端都有一段由都有一段由13-3

48、513-35个疏水性氨基酸构成的个疏水性氨基酸构成的信号序信号序列（信号肽）。列（信号肽）。在信号序列、信号识别颗粒蛋白（在信号序列、信号识别颗粒蛋白（SRPSRP：siganl recongnition particlesiganl recongnition particle）、）、SRPSRP受体蛋白等的联合受体蛋白等的联合作用下，分泌蛋白质进入作用下，分泌蛋白质进入内质网腔内质网腔，折叠成最终的构象，折叠成最终的构象，内质网通过出芽，形成囊泡，将蛋白质运输到内质网通过出芽，形成囊泡，将蛋白质运输到高尔基体高尔基体，在此糖基化，再通过出芽，及质膜的在此糖基化，再通过出芽，及质膜的胞吐作用胞吐作用将其释放到将其释放到细胞外。细胞外。信号假说（示意粗糙内质网上蛋白质合成过程）信号假说（示意粗糙内质网上蛋白质合成过程）分泌蛋白质进入分泌蛋