第十三蛋白质的生物合成

第一页，共七十三页。第一节蛋白质的生物合成体系

原料：20种氨基酸模板：mRNA

场所：核蛋白体(核糖体)

氨基酸的“搬运工具”：tRNA

酶与蛋白质因子：启动、延长、终止因子能量：ATP、GTP

无机离子一、模板——mRNA

1、遗传密码（geneticcode）

第二页，共七十三页。

遗传密码实际上是指mRNA中的核苷酸排列序列与蛋白质中的氨基酸排列序列的关系。

一个三联体密码（密码子）决定着一个氨基酸。密码子（codon）：mRNA从5ˊ端→3ˊ端，每3个核苷酸组成一组，代表相应的氨基酸或翻译起始、终止信号，统称为遗传密码。其中的单个密码字，称为密码子。mRNA中共有64种密码子，AUG(少数原核为GUG)既Met的密码，也是“起始”密码,UAA、UAG、UGA是终止密码。在原核生物,在起始密码上游约10个核苷酸处，通常有一段富含嘌呤的序列，称为SD序列。SD序列使mRNA与小亚基结合。第三页，共七十三页。第四页，共七十三页。

起始密码：5ˊ端第一个AUG表示起动信号，并代表甲硫氨酸(细菌)

终止密码：UAA、UAG或UGA（不编码氨基酸）

2、遗传密码的特点

通用性：部分线粒体、叶绿体密码子除外方向性：5ˊ端→3ˊ端连续性：mRNA链上碱基的插入或缺失可导致移码不重叠性：相临密码子间不共用核苷酸

第五页，共七十三页。简并性(degenerate)：一个以上密码子体现一个氨基酸遗传信息（Trp和Met除外，仅有1个密码子）。其原因是由于密码子与反密码子之间存在不稳定配对（摆动性或摇摆性）。摇摆性（wobble）：mRNA密码子的第三个核苷酸（3ˊ端）与tRNA反密码子第一个核苷酸（5ˊ端）配对时，有时不遵守严格的碱基配对原则，除A-U、G-C外，还可有其它配对方式。

I(次黄苷酸)是最常见的摆动现象,如U-G、

I-U、

I-C、

I-A。第六页，共七十三页。遗传密码的特点密码子不重叠密码子的连续性与方向性第七页，共七十三页。遗传密码的简并性第八页，共七十三页。

1966年F.Crick提出的摆动假说（wobblehypothesis）

第九页，共七十三页。密码配对的摇摆性(摆动性)第十页，共七十三页。第十一页，共七十三页。反密码子5’端的碱基

密码子3’端的碱基

GC或UCGAUUA或GIA、U或C密码的特点第十二页，共七十三页。第二节核糖体（一）核糖体是蛋白质合成的部位（二）核糖体的组成和结构原核细胞的核糖体真核细胞的核糖体（三）核糖体的功能核糖体上有两个tRNA结合位点：肽链结合位（P位）和氨酰接受位（A位）。第十三页，共七十三页。核蛋白体第十四页，共七十三页。核蛋白体第十五页，共七十三页。核蛋白体第十六页，共七十三页。核蛋白体第十七页，共七十三页。核蛋白体第十八页，共七十三页。

原核生物核糖体

70S50S30S5SrRNA，23SrRNA34种蛋白质16SrRNA21种蛋白质第十九页，共七十三页。真核生物核糖体

80S60S40S5SrRNA，5.8SrRNA，28SrRNA49种蛋白质18SrRNA33种蛋白质第二十页，共七十三页。

核蛋白体两类核蛋白体:

结合型：位于粗面内质网，合成分泌蛋白（含信号肽）.

游离型：游离于胞质中,参与细胞固有蛋白的合成第二十一页，共七十三页。

第三节tRNA(转移RNA)

一.tRNA的结构二.tRNA的功能第二十二页，共七十三页。搬运工具—tRNA(酵母丙氨酸—tRNA的二级结构)第二十三页，共七十三页。第二十四页，共七十三页。搬运工具—tRNA(酵母丙氨酸—tRNA的三级结构)第二十五页，共七十三页。第二十六页，共七十三页。搬运工具—tRNA的反密码子与mRNA的密码子第二十七页，共七十三页。

(三)tRNA的功能tRNA分子上与蛋白质合成有关的位点：1.3′端-CCA上的氨基酸接受位点。2.识别氨酰-tRNA合成酶的位点。3.核糖体识别位点，使延长中的肽链附着于核糖体上。4.反密码子位点。第一套密码系统(mRNA):决定蛋白质肽链氨基酸排列顺序。第二套密码系统(tRNA):决定tRNA与哪种氨基酸结合。第二十八页，共七十三页。

第四节蛋白质生物合成的过程

(一).氨基酸活化

(二).肽链起始

(三).肽链延长

(四).肽链的终止和释放

(五).肽链合成后的加工（六).蛋白质的分拣（sorting）与定向输送

（七).蛋白质生物合成的抑制剂第二十九页，共七十三页。

蛋白质合成的基本过程多个核蛋白体DNA（遗传信息）核膜mRNA（模板）（装配机）多个tRNA（搬运工具）多核蛋白体多个氨基酸（原料）蛋白质（产品）mRNA第三十页，共七十三页。大肠杆菌蛋白质合成体系的重要组分见教材P278表13—3。第三十一页，共七十三页。

E.Coli蛋白质的生物合成

(一).氨基酸的活化：

由高度特异的氨酰-tRNA合成酶

(aminoacyl-tRNAsynthetase)催化，反应分两步

总反应式

(氨酰—AMP)(氨酰—AMP)(氨酰-tRNA)第三十二页，共七十三页。第三十三页，共七十三页。氨酰—tRNA的分子结构第三十四页，共七十三页。第三十五页，共七十三页。第三十六页，共七十三页。(二)．肽链的起始：

mRNA中的起始密码是AUG，少数是GUG。起始密码子的上游约10个核苷酸的地方往往有一段富含嘌呤的序列称SD序列（Shine-Dalgarno序列），一般为3～10个核苷酸，它与核糖体16srRNA3ˊ端的核苷酸序列互补，可促使核糖体与mRNA的结合。

第三十七页，共七十三页。在E.Coli和其它原核生物中与这起始密码（AUG）相对应的tRNA是甲酰甲硫氨酰—tRNA（fMet-tRNAf

Met），这是起始tRNA。

第三十八页，共七十三页。起始tRNA怎样形成？由甲硫氨酰-tRNA甲酰化

tRNAMetMet-tRNA甲酰基转移酶N10－甲酰FH4FH4（fMet－tRNAf）甲酰基①②甲酰甲硫氨酰－tRNAf第三十九页，共七十三页。甲酰基第四十页，共七十三页。StructureofN-formyl-methionyl-tRNA[Met]DifferenceswithothertRNAs第四十一页，共七十三页。细胞内有2种可携带Met的tRNA，它们都识别同样的AUG密码子，但它们的一级结构和功能不同。

2.tRNAmMet带上Met后不能甲酰化，用于肽链的内部，在肽链延伸中起作用。

1.tRNAf

Met

带上Met后能甲酰化，是起始tRNA，用于肽链合成的起始。

所以AUG和GUG是兼职密码子，它们既可以作为起始密码子，作为肽链合成的起始信号，这时与之对应的氨基酸是甲酰Met。另外也可作肽链内部相应氨基酸的密码，这时AUG编码Met(甲硫氨酸),GUG编码val(缬氨酸)。第四十二页，共七十三页。MetATP/Mg2++tRNAm

MettRNAf

MetMet-tRNAmMetMet-tRNAfMetfMet-tRNAfMetN10-FormyltetrahydrofolateTransformylaseAMP/Mg2+PPiThesameaaRSNowayAMP/Mg2+PPi第四十三页，共七十三页。

肽链合成的起始除了需要起始密码、SD序列、起始tRNA外还要三种起始因子。

（initiationfactor），即IF-1，IF-2和IF-3，还要消耗GTP，还需核糖体大小亚基参与，形成一个70S的真正起始复合物。

第四十四页，共七十三页。inactive70SribosomeSDsequence30Sinitiationcomplex第四十五页，共七十三页。70Sinitiationcomplex

GDP+Pi第四十六页，共七十三页。肽链的延长需要一些延长因子或称延伸因子（elongationfactor,EF）。

原核生物的EF有EF-T和EF-G两类:

EF-T：延伸因子“T”，开始误认为这类延伸因子有肽基转移酶的活性(peptidyltransferase)，所以取转移酶的第一个字母“T”。(三).肽链的延长：第四十七页，共七十三页。

EF-T是由Tu和Ts两个亚基组成的二聚体。

EF-Ts：s是stable的意思，是稳定蛋白质。

EF-Tu:u是unstable，不稳定蛋白质。EF-Tu直接参加了氨酰-tRNA与核糖体的结合。

EF-G：这类延伸因子与核糖体结合时需要GTP，当GTP水解时，这类延伸因子就从核糖体上解离下来，总之涉及GTP，所以用GTP的第一个字母“G”，EF-G。第四十八页，共七十三页。1.氨酰-tRNA进入核糖体的A位

2.肽键的形成

3.移位

肽链的延长包括3步:第四十九页，共七十三页。

这是个比较复杂的过程，需Ts、Tu，还要消耗GTP。EF-Tu与GTP和氨酰-tNRA首先形成三元复合物，才能进入A位。

1.氨酰-tRNA进入核糖体的A位第五十页，共七十三页。2.肽键的形成

通过一个转肽（transpeptidation），由肽酰转移酶（peptidyltransferase）催化，使一个酯键变成了肽键，肽基转移酶的活性由核糖体大亚基的23srRNA承担（肽基转移酶是一种ribozyme）。嘌呤霉素对蛋白质的抑制作用就发生在肽键形成这一步。

第五十一页，共七十三页。第五十二页，共七十三页。

3.移位（translocation）

移位包括三种运动:

(1).空载的tRNA离开P位。(2).二肽基tRNA由A位移到P位(3).核糖体沿mRNA的5ˊ→3ˊ方向移动一个密码子的距离。移位需要EF-G和GTP。第五十三页，共七十三页。(四)．肽链的终止与释放：

释放因子（releasefactorRF）能识别终止密码子与终止密码子结合。UAARF1orRF2终止密码子RF-1：识别UAA和UAGRF-2：识别UAA和UGARF-3：RF-3和GTP形成复合物，是一种GTP结合蛋白，可促进核糖体与RF-1和RF-2的结合。

第五十四页，共七十三页。转肽酶发挥着水解作用第五十五页，共七十三页。第五十六页，共七十三页。多聚核糖体（polyribosome,orpolysome）

第五十七页，共七十三页。真核生物与原核生物蛋白质合成的差异真核细胞蛋白质的生物合成与原核细胞相似，但过程更复杂，参加的因子更多。

第五十八页，共七十三页。1．核糖体：

真核细胞核糖体更大，为80S，可解离成60S和40S两个亚基。

2．起始tRNA：

真核生物也有二种携带Met的tRNA，一种携带Met的tRNA为起始tRNA，即tRNAiMet，起始tRNA携带Met后，并不甲酰化；另一种用于肽链内部的tRNAMet。

起始密码子：

真核起始密码子总是AUG，它的上游无SD序列，通常把mRNA

上最靠近5ˊ端的AUG定为起始部位,40S核糖体与mRNA5ˊ一端的帽子相结合，向3ˊ一方向移动，以便寻找AUG密码子，这过程要消耗ATP。

第五十九页，共七十三页。

真核细胞的起始因子很多，到目前为止发现的至少有10种，命名为eIF-n，“e”代表真核，有eIF-1，eIF-2，eIF-2A，eIF-3，eIF4A、4B、4C、4D，eIF-5，eIF-6，其中eIF-2是最重要的一种，它是一种帽结合蛋白质（cap-bindingprotein）它与GTP与起始tRNA结合形成三元复合物，起始翻译。

4.起始因子：第六十页，共七十三页。

真核细胞的延伸因子为EF-1α和EF-1βr，相当于原核细胞中的EF-Tu和EF-Ts。真核生物的EF-2相当于原核生物的EF-G（EF-2能催化GTP水解，供能，推动位移）。

真核细胞多肽合成的终止只有一种释放因子eRF，可识别3种终止密码子。

5．延伸因子和终止因子：第六十一页，共七十三页。蛋白质合成总结需很多酶和辅助因子参加需很多酶和辅助因子参加折叠和加工终止密码eRFGTP终止密码RF-1,RF-2,RF-3GTP肽链的终止和释放EF-1α，EF-1βr，GTP肽酰转移酶EF-2，GTPEF-Tu，EF-Ts,GTPK+,肽酰转移酶EF-G，GTP

·肽链的延长（1）氨酰—tRNA的结合（2）肽键的形成（3）位移

起始密码Met-tRNAiMet

eIF-1～eIF-6GTP,ATP起始密码，SD序列fMet-tRNAIF-1,IF-2,IF-3GTP肽链起始氨酰—tRNA合成酶，ATP，Mg2+氨酰—tRNA合成酶，ATP，Mg2+aa的活化

真核生物所需因子原核生物所需因子过程第六十二页，共七十三页。蛋白质生物合成所需的能量：

若要合成100个aa组成的肽链要消耗多少能量？

aa活化1ATP（2个～键）起始1GTP（1个～键）延长2GTP（2个～键）终止1GTP（1个～键）PPPP原核生物第六十三页，共七十三页。（五）肽链合成后的加工：

1．N端甲酰基或N端aa的除去：

原核生物

fMet-(aa)n

Met(aa)n

（aa）nor(aa)n-m

去甲酰基酶氨肽酶

多数情况下，在肽链合成中，即当肽链的N端游离出核糖体后，立即进行去甲酰化。

真核生物N端Met常常在肽链的其他部分还未完全合成时,就已经水解下来。第六十四页，共七十三页。2．信号肽(signalpeptide)的切除

第六十五页，共七十三页。3.二硫键的形成：

4.氨基酸的修饰：

乙酰化、甲基化、磷酸化、羟基化、泛酸化、糖基化等

5.切去新生肽链中非功能所需的肽段：如胰岛素原→胰岛素，胰蛋白酶原→胰蛋白酶，胰凝乳蛋白酶原→胰凝乳蛋白酶

6.高级结构的形成：蛋白质的一级结构决定高级结构，多肽链的折叠在肽链合成没有结束时就已经开始（1）不需要分子伴侣（molecularchaperone）（2）需要分子伴侣

第六十六页，共七十三页。（六）蛋白质的分拣（sorting）与定向输送

多肽或蛋白质合成后要送往细胞的各个部分，以行使各自的生物功能。

真核细胞质核糖体合成的蛋白质

胞浆内质网线粒体细胞核高尔基体溶酶体细胞膜分泌到胞外

原核生物如E.Coli合成的蛋白质胞浆、质膜、外膜、质膜与外膜之间的空隙。

第六十七页，共七十三页。蛋