蛋白质合成课件

遗传信息传递的中心法则

蛋白质翻译转录逆转录复制复制DNARNA生物的遗传信息以密码的形式储存在DNA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，通过DNA复制把亲代细胞所含的遗传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，这些遗传信息通过转录传递给RNA，再由RNA通过翻译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。后来人们又发现，在宿主细胞中一些RNA病毒能以自己的RNA为模板复制出新的病毒RNA，还有一些RNA病毒能以其RNA为模板合成DNA，称为逆转录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。遗传信息流动示意图核糖体DNAmRNAtRNA目录第一节蛋白质合成体系第二节蛋白质合成的机理第三节肽链合成后的修饰与折叠第四节蛋白质定位二、tRNA蛋白质合成体系的组分三、核糖体蛋白质合成体系一、mRNA和遗传密码四、辅助因子mRNA

(messengerRNA)是蛋白质生物合成过程中直接指令氨基酸掺入的模板，是遗传信息的载体。mRNA原核生物和真核生物mRNA的比较遗传密码

遗传密码:DNA（或mRNA）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遗传密码。

密码子(codon)：mRNA上每3个相邻的核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。遗传密码字典三联体密码的破译遗传密码的性质三联体密码的破译2、以随机共聚合指导多肽的合成例：以随机共聚物A、C为模板，任意排列可出现8种三体，获得六种氨基酸组成的多肽。1、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4、核糖体结合技术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PolyphePolyA为模板，产生的多肽链为PolylysPolyC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

（1）以多聚二核苷酸作模板可合成由2个氨基酸组成的多肽、PolyUG的模板，合成产物为Lys和Val。（2）以多聚三核苷酸作为模板，可得三种氨基酸组成的多肽。核糖体结合技术技术要点：保温

硝酸纤维滤膜过滤分析留在滤膜上的核糖体-AAtRNA

确定与核糖体结合的AA以人工合成的三核苷酸为模板+核糖体+AA-tRNA遗传密码字典UACGUCAGUCAG第二位

第一位（5ˊ）

第三位（3ˊ）UCAGUCAGUCAG遗传密码的性质1、密码子是近于完全通用的。2、密码的简并性：由一种以上密码子编码同一个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(Synonymouscodon)。3、密码的变偶性：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，说明密码的专一性主要是由第一第二个碱基所决定。4、密码是无标点符号的且相邻密码子互不重叠。5、64组密码子中，AUG既是的密码，又是起始密码；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：UAG、UAA、UGA。1966年Crick根据立体化学原理提出：

（2）有些反密码子的第一个碱基（按5’-3’）决定了该tRNA识别密码子的数目。（3）当一种氨基酸有几个密码子时，只要他们的第一和第二个碱基中有一个不同，则需要不同的tRNA

来识别。（1）mRNA上的密码子的第一、第二个碱基与tRNA上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。原核细胞mRNA的结构特点5´3´顺反子顺反子顺反子插入顺序插入顺序先导区末端顺序AGGAGGUSD区原核生物mRNA的特点半衰期短许多原核生物mRNA以多顺反子形式存在AUG作为起始密码；AUG上游7～12个核苷酸处有一被称为SD序列的保守区，16SrRNA3’-端反向互补而使mRNA与核糖体结合。真核细胞mRNA的结构特点

5´

“帽子”PolyA

3´

顺反子m7G-5´ppp-N-3´p帽子结构功能使mRNA免遭核酸酶的破坏使mRNA能与核糖体小亚基结合并开始合成蛋白质被蛋白质合成的起始因子所识别，从而促进蛋白质的合成。Poly(A)尾巴的功能是mRNA由细胞核进入细胞质所必需的形式它大大提高了mRNA在细胞质中的稳定性

AAAAAAA-OH

tRNA

（transferribonucleicasid）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——三叶草型二级结构2、tRNA的功能（1）被特定的氨酰-tRNA合成酶识别，使tRNA接受正确的活化氨基酸（同工受体tRNA）。（2）识别mRNA链上的密码子。（3）在蛋白质合成过程中，tRNA起着连结生长的多肽链与核糖体的作用。

tRNA密码子与反密码子的配对关系tRNAUAGAUC53密码子反密码子mRNA5’3’321123反密码子的碱基密码子的碱基

GU或CCGAUUA或GIA、U或C根据变偶学说的碱基配对核糖体核糖体

是由rRNA（ribosomalribonucleicasid）和多种蛋白质结合而成的一种大的核糖核蛋白颗粒，蛋白质的合成就是在这种核糖体上进行的。1、核糖体的结构和组成2、核糖体的活性位点3、核糖体的功能核糖体的组成原核生物核糖体的组成原核生物核糖体结构示意图

核糖体上具有一系列与蛋白质合成有关的结合位点与催化位点：（1）与mRNA的结合位点；（2）A位点：氨酰基位点，与新掺入的氨酰tRNA结合；（3）P位点：肽酰基位点，与延伸中的酰肽tRNA结合；（4）E位点：肽酰转移后与即将释放的tRNA结合；（5）与肽酰tRNA从A位点转移到P位点有关的转移酶的结合位点；（6）肽酰转移酶的催化位点：核糖体中最主要的活性部位是肽酰转移酶的催化位点。2.核糖体的活性位点核糖体的功能位点A位：氨基酰位位点(aminoacylsite)P位：肽酰基位点(peptidylsite)E位：排出位点(exitsite)2.核糖体的活性位点

过去一直认为在核糖体中一定有某种或某类蛋白质在催化蛋白质合成中起重要作用。但目前认为，在核糖体中rRNA是起主要作用的结构成分，主要功能为：（1）具有肽酰转移酶活性；（2）为tRNA提供结合位点（A位点、P位点和E位点）；（3）为多种蛋白质合成因子提供结合位点；（4）在蛋白质合成起始时参与同mRNA选择性地结合以及肽链延伸时与mRNA结合。对核糖体蛋白的功能有多种推测：（1）对rRNA折叠成有功能的三维结构十分重要；（2）对核糖体的构象变化起到微调作用；（3）在核糖体的结合位点及催化位点上与rRNA共同作用。3.核糖体的功能

2000年，原子水平的核糖体结构图诞生，并证实了RNA分子发生复杂的折叠，但有大量的蛋白质支持。亮点是蛋白质合成的活性位点。活性位点由RNA（白色链）构成，而不是蛋白质（桔色）。3.核糖体的功能真核和原核细胞参与翻译的蛋白质因子阶段原核真核功能

IF1

IF2

eIF2参与起始复合物的形成

IF3

eIF3、eIF4C起始CBPI与mRNA帽子结合

eIF4ABF参与寻找第一个AUG

eIF5协助eIF2、eIF3、eIF4C的释放

eIF6协助60S亚基从无活性的核糖体上解离

EF-Tu

eEF1协助氨酰-tRNA进入核糖体延长EF-Ts

eEF1帮助EF-Tu、eEF1周转

EF-G

eEF2移位因子

RF-1终止eRF释放完整的肽链

RF-2蛋白质合成的机理一、氨基酸的活化二、原核生物多肽链的合成过程四、真核生物多肽链的合成三、多核糖体与核糖体循环氨基酸的活化EEAAEAAtRNAAAEtRNAAAEtRNAAA氨基酸ATP+氨酰腺苷酸E-AMPPPi第一步AMP第二步E氨基酸的活化3-氨酰-tRNAN-甲酰甲硫氨酰-tRNAffMet的形成CHO-HN-CH-COO-tRNACH2CH2SCOO-

+H2N-CH-COO-tRNACH2CH2SCOO-Met-tRNAffMetfMet-tRNAffMetN10-甲酰FH4FH4转甲酰酶氨酰-tRNA合成酶特点

a、专一性：一是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L-氨基酸，不作用于D-氨基酸。二是对tRNA具有极高专一性。

b、校对作用：氨酰-tRNA合成酶的水解部位可以水解错误活化的氨基酸。原核生物多肽链的合成过程

原核生物多肽链的合成分为三个阶段：肽链合成的起始、肽链的延伸、肽链合成的终止和释放。1、肽链合成的起始2、肽链的延长3、肽链合成的终止及释放肽链合成的起始30S亚基•mRNAIF3-IF1复合物30S•mRNA•GTP-fMet–tRNA-IF2-IF1复合物70S起始复合物codonanticodonA位P位

mRNA

+30S亚基-IF3A位IF-353IF2GTPP位IF3IF2IF1IF2-GTP-fRNA-tRNAIF350S亚基IF2+IF1+GDP+PiIF-1IF11、30S核糖体小亚基与起始因子IF–1和IF-3相结合，诱发模板mRNA与小亚基结合。蛋白质合成的起始mRNA在小亚基定位结合(1)原核生物mRNA通过5’端SD序列配对结合到核蛋白体小亚基上的16SrRNA近3’-末端处（有一段短序列…UCCU…）。IF-3对此有固定作用。

(2)紧接SD序列的小段核苷酸，又可以被核蛋白体小亚基蛋白(rps-l)辨认结合。

SD序列：在翻译起始密码子AUG的上游，相距约8—13个核苷酸处，有一段由4-9个核苷酸组成的富含嘌呤的序列。这一序列以AGGA为核心，因其发现者是Shine-Dalgarno而得名。mRNA上的SD序列又称为核蛋白体结合位点(RBS)。mRNA在小亚基定位结合2、由30S小亚基、起始因子IF-1和IF-3及模板mRNA所组成的复合物立即与GTP-IF-2及fMet-tRNAfMet相结合。反密码子与密码子配对。蛋白质合成的起始3、上述六组分复合物再与50S大亚基结合，水解GTP生成并释放GDP和Pi。释放三个起始因子。蛋白质合成的起始肽链的延长12122323进位肽键形成移位进位(Tu\Ts)GTPGTPN-端235´3´C-端肽键形成15´3´（EF-G）

Tu\Ts循环肽键的形成肽基转移酶肽链合成的终止及释放

（1）释放因子RF1或RF2进入核糖体A位。（2）多肽链的释放（3）70S核糖体解离53UAG30S亚基50S亚基53UAGtRNARF多核糖体

第一个编码区第一个编码区第二个编码区第二个编码区终止\起始终止起始mRNAmRNA5´5´3´3´多多核糖体与核糖体循环合成完毕的肽链多核糖体3ˊmRNA延伸中的肽链5ˊ核糖体循环真核生物多肽链的合成（自学）1、真核细胞核糖体比原核细胞核糖体更大更复杂；2、起始氨基酸为Met，不是fMet；3、肽链合成的起始：由40S核糖体亚基首先识别mRNA的5’端-帽子，然后沿mRNA移动寻找AUG；4、起始因子有12种，但只有2种延长因子和1种终止因子；5、真核细胞种线粒体、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。一、肽链合成后的修饰1、肽链末端的修饰（N-端fMet或Met的切除）2、信号序列的切除3、二硫键的形成4、部分肽段的切除（内含肽）5、个别氨基酸的修饰6、糖基侧链的添加7、辅基的加入示例：酶原的激活第三节肽链合成后的修饰与折叠NC新生多肽链末端加工多蛋白加工(polyprotein)

去除的末端活性蛋白三个活性蛋白通过蛋白酶剪切进行加工NC内含肽NC剪接内含肽的剪接

内含肽是蛋白质的内部片段，翻译后很快被去除，从而使两个外部片段和外显肽连接到一起。

内含肽剪接位点的序列：第一个氨基酸通常是Cys，有时为Ser，最后两个氨基酸基本上是His后接Asn。下游外显肽的第一个氨基酸是Cys、Ser或Thr。胰岛素原的加工A链区B链区间插序列（C肽区）HSSHSHSHHSHS信号肽NC核糖体上合成出无规则卷曲的前胰岛素原切除C肽后，形成成熟的胰岛素分子切除信号肽后折叠成稳定构象的胰岛素原SSSSNNCCA链B链胰岛素CNS－SSS胰岛素原SS胰蛋白酶原胰蛋白酶六肽肠激酶活性中心胰蛋白酶原的激活示意图二、肽链合成后的折叠

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。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:（1）酶：蛋白质二硫键异构酶（PDI）；（2）分子伴侣Lasky于1978年首先提出分子伴侣（mule