【生物化学】遗传密码课件

第37章

遗传密码

第37章

遗传密码

蛋白质的生物合成是由核酸控制的。mRNA的核苷酸顺序决定了蛋白质的一级结构，被选择的氨基酸由tRNA携带到核糖体上，在核糖体上氨基酸加入到多肽链中。蛋白质的生物合成是由核酸控制的。一、遗传密码的破译作为指导蛋白质生物合成的模板，

RNA中蕴藏遗传信息的碱基顺序称为遗传密码（Geneticcode）遗传密码（geneticcode）指核苷酸三联体（triplet）决定氨基酸的对应关系。mRNA中每三个相邻的核苷酸组成三联体，代表一个氨基酸的信息。三个碱基编码一个氨基酸，此三联体就称为三联体密码(tripletcode)或密码子（codon)。一、遗传密码的破译作为指导蛋白质生物合成的模板，RNA中【生物化学】遗传密码课件tRNA反密码环中部的三个核苷酸构成三联体，可以识别mRNA上相应的密码，此三联体就称为反密码子(anticoden)。

【生物化学】遗传密码课件【生物化学】遗传密码课件三联体密码是遗传密码的基本单位

共有64个密码子

AUG：Met兼起始密码子

UAA、UAG和UGA：终止密码子，也称为无义密码子三联体密码是遗传密码的基本单位①连续性；②简并性；③通用性；④方向性；⑤变偶性（摆动性）。二、遗传密码的基本特性二、遗传密码的基本特性①遗传密码的连续性（commaless）开放读码框架（ORF,openreadingframe）①遗传密码的连续性（commaless）开放读码框架（OR两种密码子之间插入或删去一个碱基，就会使这以后的读码发生错误,这称为移码（frame-shift）。由于移码引起的突变称为移码突变（frame-shiftmutation）。两种密码子之间插入或删去一个碱基，就会使这以后的读码发生错误【生物化学】遗传密码课件②遗传密码的简并性

(degeneracy)

同一种氨基酸有两个或更多密码子的现象称为密码子的简并性。对应于同一种氨基酸的不同密码子称为同义密码子（synonymouscondon）只有Trp和Met仅有一个密码子②遗传密码的简并性

(degeneracy)同一种氨基酸意义：减少有害的突变

＊在基因工程中，考虑：密码的“偏爱性”意义：减少有害的突变＊在基因工程中，考虑：密码的③遗传密码的通用性（universal）

从病毒到人类，蛋白质的生物合成中都使用同一套遗传密码(但在线粒体或叶绿体中特殊)。③遗传密码的通用性（universal）从病毒到【生物化学】遗传密码课件AUC5’3’IleNCmRNA蛋白质④遗传密码的方向性:AUC5’3’IleNCmRNA蛋白质④遗传密码的方向性:反密码对密码的识别，通常也是根据碱基互补原则，即A—U，G—C配对。但反密码的第一个核苷酸与密码子的第三个核苷酸之间的配对，并不严格遵循碱基互补原则,称为遗传密码的变偶性（或摆动现象）。如反密码第一个核苷酸为Ⅰ，则可与A、U或C配对，如为U，则可与A或G配对，这种配对称为不稳定配对。

⑤遗传密码的变偶性（wobble）（或称摆动性）反密码对密码的识别，通常也是根据碱基互补原则，即A—U，G—【生物化学】遗传密码课件G-CG-UG-C反密码子第一位碱基密码子第三位碱基AUCGGU

IUCAGUCA反密码子与密码子之间的碱基配对意义：当第三位碱基发生突变时，仍能翻译出正确的氨基酸，使合成的多肽有生物学活力。反密码子第一位碱基密码子第三位碱基A密码的防错系统：

同义密码子在密码表中的分布十分有规则，而且密码子中碱基顺序与其相应的氨基酸物理化学性质之间存在巧妙的关系。

氨基酸的极性通常由密码子的第二位（中间）碱基决定，简并性由第三位碱基决定。中间是U，编码的氨基酸是非极性，疏水的和支链的，常在球蛋白的内部中间是C，编码的氨基酸是非极性的或不带电荷的极性侧链中间是A或G，相应氨基酸常在球蛋白外周，具有亲水性第一位是A或C，第二位是A或G，第三位任意碱基，相应氨基酸具有可解离的亲水性侧链并具有碱性故障－安全系统：密码子中碱基置换后，结果仍编码相同的氨基酸，或以理化性质最接近的氨基酸相取代，降低基因突变可能造成的危害程度。密码的防错系统：

同义密码子在密码表中的第38章

蛋白质合成及转运

第38章

蛋白质合成及转运

蛋白质的生物合成是细胞最大的生产活动蛋白质的生物合成是细胞最大的生产活动蛋白质的生物合成过程，就是将DNA传递给mRNA的遗传信息，再具体的解译为蛋白质中氨基酸排列顺序的过程，这一过程被称为翻译(translation)。蛋白质的生物合成过程，就是将DNA传递给mRNA的遗传信息，蛋白质代谢的三个问题1、氨基酸怎样被选择及掺入到多肽链中？2、多肽链在核糖体上合成完成后，其翻译后化学修饰是怎样进行的？3、合成加工好的蛋白质怎样被运送到其发挥功能的地方？蛋白质代谢的三个问题1、氨基酸怎样被选择及掺入到多肽链中？一、参与蛋白质生物合成的物质

生物体内的各种蛋白质都是生物体内利用约20种氨基酸为原料自行合成的。参与蛋白质生物合成的各种因素构成了蛋白质合成体系.一、参与蛋白质生物合成的物质生物体内的各种蛋白质都是生物体蛋白质合成体系包括：①mRNA：作为蛋白质生物合成的模板，决定多肽链中氨基酸的排列顺序；②tRNA：搬运氨基酸的工具；③核糖体：蛋白体生物合成的场所；④酶及其他蛋白质因子；⑤供能物质及无机离子。

蛋白质合成体系包括：起始因子（initiaionfactors,IF）延长因子（elongationfactors,EF）释放因子（releasefactors,RF）核蛋白体释放因子（ribosomalreleasefactors,RR）蛋白质因子:起始因子（initiaionfactors,IF）蛋白质因1、mRNA是蛋白质合成的模板mRNA氨酰tRNA1、mRNA是蛋白质合成的模板mRNA氨酰tRNAA、原核生物蛋白质的合成A、原核生物蛋白质的合成多聚核糖体(多核蛋白体)

在蛋白质生物合成过程中，常常由若干核糖体结合在同一mRNA分子上，同时进行翻译，但每两个相邻核蛋白之间存在一定的间隔，形成念球状结构。多聚核糖体(多核蛋白体)在蛋白质生物合成过程中，常常由若【生物化学】遗传密码课件B、真核生物蛋白质的合成B、真核生物蛋白质的合成编码区，读码框架，三联体密码非编码区，与表达调控有关5’端，起始密码AUG开始（Met）3’端，一个或一个以上终止密码：UAA,UAG和UGA3’端polyA尾巴，增加mRNA的稳定性原核生物5’端有一段特殊的SD序列，使核糖体能识别正确的AUG；真核生物5’端帽子结构可能对核糖体进入部位的识别起到一定作用编码区，非编码区，与表达调控有关5’端，起始密码AUG开始（2、tRNA转运活化的氨基酸至mRNA模板上在氨酰tRNA合成酶催化下，特定的tRNA可与相应的氨基酸结合，生成氨酰tRNA，从而携带氨基酸参与蛋白质的生物合成。2、tRNA转运活化的氨基酸至mRNA模板上氨基酸结合部位mRNA结合部位（1）tRNA的两个关键部位：tRNA四茎四环结构3’端CCA结构7个配对碱基，形成受体端氨基酸mRNA（1）tRNA的两个关键部位：tRNA四茎四环（2）tRNA在识别mRNA分子上的密码子时，有接头（adaptor）的作用氨基酸一旦与tRNA形成氨酰-tRNA后，进一步的去向就由tRNA来决定（2）tRNA在识别mRNA分子上的密码子时，有接头（ada【生物化学】遗传密码课件①3’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；④反密码子位点。

tRNA分子上与多肽合成有关的位点：①3’端－CCA上的氨基酸接受位点；tRNA分子上与Ala-tRNAMet-

tRNAemetmet-tRNAimetfmet-

tRNAimet

(起始tRNA)氨酰－tRNA的表示方法代表tRNA的结合特异性已结合的氨基酸残基N－甲酰甲硫氨酸AUG：起始密码子

Met的密码子initiationelongationAla-tRNA氨酰－tRNA的表示方法代表tRNA的结能够识别mRNA中5′端起动密码AUG的tRNA是一种特殊的tRNA，称为起始tRNA。

①在原核生物中，多肽的合成只能以N－甲酰甲硫氨酸－tRNA(fMet－tRNAifmet)的形式起始:能够识别mRNA中5′端起动密码AUG的tRNA是一种特殊的【生物化学】遗传密码课件②而在真核生物中，起动tRNA是一种携带甲硫氨酸的tRNA，即tRNAimet。在原核生物和真核生物中，均存在另一种携带甲硫氨酸的tRNAe，识别非起动部位的甲硫氨酸密码AUG，携带正常的甲硫氨酸掺入肽链。②而在真核生物中，起动tRNA是一种携带甲硫氨酸的tRNA，错义突变（missensemutation）：基因突变造成密码子的改变。无义突变(nonsensemutation)：基因突变使有义密码子变成终止密码子。回复突变（reversemutation）校正tRNA校正tRNA（suppressortRNA）：某些能校正基因的有害突变，称为校正tRNA。引起的突变称为校正突变，其原因是tRNA反密码子发生改变，不按常规引入氨基酸，却起了校正功能。错义突变（missensemutation）：基因突变造成无义突变

(nonsensemutation)无义突变(nonsensemutation)校正tRNA（suppressortRNA）校正tRNA（suppressortRNA）校正突变校正突变3、核糖体是蛋白质合成的工厂

3、核糖体是蛋白质合成的工厂（1）核糖体的组成糖、氨基酸和核苷酸共价键大分子球状蛋白质和RNA非共价键核蛋白体大分子装配体（1）核糖体的组成糖、氨基酸和核苷酸共价键大分子球状蛋白质和【生物化学】遗传密码课件【生物化学】遗传密码课件（2）核糖体的结构模型（2）核糖体的结构模型【生物化学】遗传密码课件【生物化学】遗传密码课件小亚基：可与mRNA、GTP和起动tRNA结合。

核蛋白体的大、小亚基分别有不同的功能：小亚基：可与mRNA、GTP和起动tRNA结合。核大亚基：

（1）具有两个不同的tRNA结合点。

A位（右）——

受位或氨酰基位，可与新进入的氨基酰tRNA结合；

P位（左）——给位或肽酰基位，可与延伸中的肽酰基tRNA结合。大亚基：

（2）具有转肽酶活性：将给位上的肽酰基转移给受位上的氨基酰tRNA，形成肽键。

（3）具有GTPase活性，水解GTP，获得能量。

（4）具有起动因子、延长因子及释放因子的结合部位。

（2）具有转肽酶活性：将给位上的肽酰基转移给受位上的氨4、其他因子（1）起动因子（IF）是一些与多肽链合成起动有关的蛋白因子原核生物中存在3种起动因子，分别称为IF1-3在真核生物中存在9种起动因子（eIF）,其作用主要是促进核蛋白体小亚基与起动tRNA及模板mRNA结合。4、其他因子（2）延长因子（EF）

原核生物中存在3种延长因子（EFTU，EFTS，EFG），真核生物中存在2种（EF1，EF2）。其作用主要促使氨基酰tRNA进入核蛋白的受位，并可促进移位过程。

（2）延长因子（EF）（3）释放因子（RF）原核生物中有4种，在真核生物中只有1种其主要作用是识别终止密码，协助多肽链的释放（4）供能物质和无机离子

多肽链合成时，需ATP、GTP作为供能物质，并需Mg2+、K+参与。氨基酸活化、肽键形成均需消耗高能磷酸键。

（3）释放因子（RF）（4）供能物质和无机离子二、

蛋白质生物合成过程

蛋白质生物合成过程包括三大步骤：①氨基酸的活化与搬运；②活化氨基酸在核蛋白体上的缩合；③多肽链合成后的加工修饰。

二、蛋白质生物合成过程蛋白质生物合成过程包括三大步骤：肽链由Ｎ端向Ｃ端延伸，延长速度极快从mRNA的5’端向3’端进行翻译5’－pAAA－（AAA）－AAC－OH3’H2N－Lys－（Lys）n－Asn－COOH肽链由Ｎ端向Ｃ端延伸，延长速度极快5’－pAA氨酰tRNA合成酶存在于胞液中，帮助使氨基酸结合到特定的tRNA上，与氨基酸的活化以及氨基酰tRNA的合成有关。每种氨基酰tRNA合成酶对相应氨基酸以及携带氨基酸的数种tRNA具有高度特异性，这是保证tRNA能够携带正确的氨基酸对号入座的必要条件。目前认为，该酶对tRNA的识别，是因为在tRNA的氨基酸臂上存在特定的识别密码，即第二套遗传密码。

（一）氨酰-tRNA合成酶（aminoacyl-tRNAsynthetase）氨酰tRNA合成酶存在于胞液中，帮助使氨基酸结合到特定的tR氨酰tRNA合成酶催化氨基酸与tRNA结合，意义在于：

①活化氨基酸(能量问题)；②转运、定位：tRNA可携带氨基酸到mRNA的指定部位(专一性问题)。氨酰tRNA合成酶催化氨基酸与tRNA结合，意义在于：（1）氨基酸－AMP－酶复合物的形成（2）氨基酸从复合物转移到相应的tRNA上：（1）氨基酸－AMP－酶复合物的形成（2）氨基酸从复合物转移氨酰－tRNA氨酰－tRNA氨基酸－AMP－酶复合物氨酰－tRNA只有3’位形成的酯，才参与在核糖体催化下的转肽反应氨基酸－AMP－酶氨酰－tRNA只有3’位形成的酯，才参与在氨酰tRNA合成酶能纠正酰化的错误氨酰tRNA合成酶的校正部位：水解非正确组合的氨基酸和tRNA之间形成的共价联系异亮氨酰－tRNA合成酶氨基酰化部位和校正部位共同作用，可使翻译过程的错误频率小于万分之一氨酰tRNA合成酶能纠正酰化的错误氨酰tRNA合成酶的校正部（二）翻译的步骤活化氨基酸缩合生成多肽链的过程在核糖体上进行。活化氨基酸在核糖体上反复翻译mRNA上的密码并缩合生成多肽链的循环反应过程，称为核糖体循环。翻译的过程可分为起动、延长和终止三个阶段。

（二）翻译的步骤活化氨基酸缩合生成多肽链的过程在核糖体上进行1、起动阶段：

（1）30S起动复合物的形成：在起动因子的促进下，30S小亚基与mRNA的起动部位、起动tRNA（fmet-tRNAfmet）和GTP结合，形成复合体。

1、起动阶段：原核mRNA的起动部位由一段富含嘌呤的特殊核苷酸顺序组成，称为SD（Shine-Dalgarno）序列（核蛋白体结合位点，ribosomalbindingsite,RBS），可被核蛋白体小亚基辨认结合。原核mRNA的起动部位由一段富含嘌呤的特殊核苷酸顺序组成，称S－D序列特点：在AUG上游8-13个核苷酸处

4-6个核苷酸富含嘌呤，以AGGA为核心（可与16S－rRNA3’端UCCU互补）S－D序列特点：起始密码子－10富含嘌呤与16S－rRNA3’端富含嘧啶的尾部互补，形成氢键结合，有助于mRNA的翻译从起始密码子处开始。起始密码子－10富含嘌呤与16S－rRNA3’端富含嘧啶【生物化学】遗传密码课件＊真核生物翻译起始的特点80S核蛋白体eIF比IF种类多起始tRNA携带的Met不需甲酰化mRNA无S-D序列，但有5’帽子和3’尾巴帽子结合蛋白（cap-sitebindingprotein,CBP)

结合帽子结构，促使mRNA与40S核蛋白体亚基结合eIF2是生成起始复合物首先必需的蛋白质因子，是真核生物蛋白质合成调控的关键物质＊真核生物翻译起始的特点80S核蛋白体帽子结合蛋白（cap-

（2）70S起动前复合体的形成：

IF3从30S起动复合体上脱落，50S大亚基与复合体结合，形成70S起动前复合体。

（2）70S起动前复合体的形成：（3）70S起动复合体的形成：

GTP被水解，IF1和IF2从复合物上脱落。此时，tRNAfmet的反密码CAU与mRNA上的起动密码AUG互补结合，tRNAfmet结合在核蛋白的给位（P位）。

translation-init.swf（3）70S起动复合体的形成：translation-ini2、肽链延长阶段：

（1）进位：一个新进入的氨酰－tRNA结合到70S核糖体的A位点(受位)上。两类蛋白质因子：延伸因子EFTu和EFTsGTP

2、肽链延长阶段：延伸因子的作用

translation-elong.swf延伸因子的作用translation-elong.swf（2）肽链的形成：转肽酶（transpeptidase）：50S上的蛋白因子使一个酯键变成了一个肽键高浓度K＋

（2）肽链的形成：

是由白色链霉菌产生的一种抗菌素，结构与酪氨酰-tRNA相似，从而可取代一些氨基酰-tRNA进入翻译中的核蛋白体A位，与正在延伸的多肽链结合而抑制了蛋白质的合成。嘌呤霉素(puromycin)Tyr嘌呤霉素酰胺键酯键是由白色链霉菌产生的一种抗菌素，结构与酪氨酰-tRNA（3）移位(translocation)移位酶

(translocase):原核：延长因子G(EF-G),真核：EF-2GTPProtein_Synthesis.mov（3）移位(translocation)Protein_Sy3、肽链终止阶段：

核蛋白体沿mRNA链滑动，不断使多肽链延长，直到终止信号进入受位。（1）识别：释放因子（RF）识别终止密码，进入核蛋白体的受位。

（2）水解：RF使转肽酶变为水解酶，多肽链与tRNA之间的酯键被水解，多肽链释放。

（3）解离：通过水解GTP，使核蛋白体与mRNA分离，tRNA、RF脱落，核蛋白体解离为大、小亚基。

3、肽链终止阶段：进位肽链的形成移位肽链合成终止蛋白质合成过程Transc-Transl.swf进位肽链的形成移位肽链合成终止蛋白质Transc-Trans三、多肽链合成后的加工修饰

（一）一级结构的加工修饰：

1．N端甲酰蛋氨酸或蛋氨酸的切除：

N端甲酰蛋氨酸和N端蛋氨酸，必须在多肽链折迭成一定的空间结构之前被切除。

三、多肽链合成后的加工修饰（一）一级结构的加工修饰：2．氨基酸的修饰：

由专一性的酶催化进行修饰，包括糖基化、羟基化、磷酸化、甲酰化等3．二硫键的形成：

由专一性的氧化酶催化，将-SH氧化为-S-S-4．肽段的切除：

由专一性的蛋白酶催化，将部分肽段切除2．氨基酸的修饰：【生物化学】遗传密码课件（二）高级结构的形成：

1．构象的形成：

在分子内辅助酶及分子伴侣(chaperone)的协助下，形成特定的空间构象。

2．亚基的聚合3．辅基的连接：如糖蛋白的糖基化问题Chaperone-Mediated_Folding.mov（二）高级结构的形成：Chaperone-Mediated（三）靶向输送：

蛋白质合成后，定向地被输送到其执行功能的场所称为靶向输送。（三）靶向输送：Protein_Secretion.movProtein_Sorting.movProtein_Secretion.movProtein_S大多数情况下，被输送的蛋白质分子需穿过膜性结构，才能到达特定的地点。因此，在这些蛋白质分子的氨基端，一般都带有一段疏水的肽段。

真核细胞中，新生肽链上控制多肽合成后去向的一段肽段，称为信号肽。大多数情况下，被输送的蛋白质分子需穿过膜性结构，才能到达特定10－40个氨基酸残基N端有带正电荷的氨基酸（碱性氨基酸末端）；中部有一段长度为10－15aa的由中性氨基酸组成的疏水核心区；信号肽的C端有一个可被信号肽酶识别的位点。信号肽结构的共同特征：10－40个氨基酸残基信号肽结构的共同特征：分泌型蛋白质的定向输送，就是靠信号肽与胞浆中的信号肽识别颗粒（signalrecognitionparticle,SRP）识别并特异结合，然后再通过SRP与膜上的停泊蛋白（Dockingprotein，DP）识别并结合后，将所携带的蛋白质送出细胞。

信号肽由信号识别颗粒识别分泌型蛋白质的定向输送，就是靠信号肽与胞浆中的信号肽识别颗粒【生物化学】遗传密码课件RER上合成的蛋白质将定位在细胞膜、溶酶体和细胞外。其靶向定位使用特殊的分送系统，需要RER和高尔基体。RER上合成的蛋白质将定位在细胞膜、溶酶体和细胞外。其靶向定四、蛋白质生物合成的干扰和抑制1、抗生素（antibiotics）名称作用机制四环素类抑制氨酰－tRNA与原核生物核糖体结合，抑制细菌蛋白质合成氯霉素类结合原核生物核糖体大亚基，阻断翻译延长过。高浓度时，对真核生物线粒体内的蛋白质合成也有阻断作用链霉素类结合原核生物核糖体小亚基，改变其构象，引起读码错误嘌呤霉素结构与Tyr-tRNAtyr相似，阻止肽链正常合成放线菌酮抑制核糖体转肽酶。且只对真核生物有特异性作用四、蛋白质生物合成的干扰和抑制1、抗生素（antibioti【生物化学】遗传密码课件2、干扰蛋白质生物合成的生物活性物质名称作用机制白喉毒素（diphtheriatoxin）对真核生物有剧毒的毒素蛋白质修饰酶，共价修饰延长因子－2，使其失活干扰素（interferon,IF）真核生物细胞感染病毒后分泌的具有抗病毒作用的蛋白质1、诱导一种蛋白激酶，使eIF2磷酸化，从而抑制病毒蛋白质的生物合成。2、诱导生成一种寡核苷酸（2’-5’A），活化核酸内切酶RNaseL，可降解病毒RNA。2、干扰蛋白质生物合成的生物活性物质名称作用机制白喉毒【生物化学】遗传密码课件谢谢!谢谢!第37章

遗传密码

第37章

遗传密码

蛋白质的生物合成是由核酸控制的。mRNA的核苷酸顺序决定了蛋白质的一级结构，被选择的氨基酸由tRNA携带到核糖体上，在核糖体上氨基酸加入到多肽链中。蛋白质的生物合成是由核酸控制的。一、遗传密码的破译作为指导蛋白质生物合成的模板，

RNA中蕴藏遗传信息的碱基顺序称为遗传密码（Geneticcode）遗传密码（geneticcode）指核苷酸三联体（triplet）决定氨基酸的对应关系。mRNA中每三个相邻的核苷酸组成三联体，代表一个氨基酸的信息。三个碱基编码一个氨基酸，此三联体就称为三联体密码(tripletcode)或密码子（codon)。一、遗传密码的破译作为指导蛋白质生物合成的模板，RNA中【生物化学】遗传密码课件tRNA反密码环中部的三个核苷酸构成三联体，可以识别mRNA上相应的密码，此三联体就称为反密码子(anticoden)。

【生物化学】遗传密码课件【生物化学】遗传密码课件三联体密码是遗传密码的基本单位

共有64个密码子

AUG：Met兼起始密码子

UAA、UAG和UGA：终止密码子，也称为无义密码子三联体密码是遗传密码的基本单位①连续性；②简并性；③通用性；④方向性；⑤变偶性（摆动性）。二、遗传密码的基本特性二、遗传密码的基本特性①遗传密码的连续性（commaless）开放读码框架（ORF,openreadingframe）①遗传密码的连续性（commaless）开放读码框架（OR两种密码子之间插入或删去一个碱基，就会使这以后的读码发生错误,这称为移码（frame-shift）。由于移码引起的突变称为移码突变（frame-shiftmutation）。两种密码子之间插入或删去一个碱基，就会使这以后的读码发生错误【生物化学】遗传密码课件②遗传密码的简并性

(degeneracy)

同一种氨基酸有两个或更多密码子的现象称为密码子的简并性。对应于同一种氨基酸的不同密码子称为同义密码子（synonymouscondon）只有Trp和Met仅有一个密码子②遗传密码的简并性

(degeneracy)同一种氨基酸意义：减少有害的突变

＊在基因工程中，考虑：密码的“偏爱性”意义：减少有害的突变＊在基因工程中，考虑：密码的③遗传密码的通用性（universal）

从病毒到人类，蛋白质的生物合成中都使用同一套遗传密码(但在线粒体或叶绿体中特殊)。③遗传密码的通用性（universal）从病毒到【生物化学】遗传密码课件AUC5’3’IleNCmRNA蛋白质④遗传密码的方向性:AUC5’3’IleNCmRNA蛋白质④遗传密码的方向性:反密码对密码的识别，通常也是根据碱基互补原则，即A—U，G—C配对。但反密码的第一个核苷酸与密码子的第三个核苷酸之间的配对，并不严格遵循碱基互补原则,称为遗传密码的变偶性（或摆动现象）。如反密码第一个核苷酸为Ⅰ，则可与A、U或C配对，如为U，则可与A或G配对，这种配对称为不稳定配对。

⑤遗传密码的变偶性（wobble）（或称摆动性）反密码对密码的识别，通常也是根据碱基互补原则，即A—U，G—【生物化学】遗传密码课件G-CG-UG-C反密码子第一位碱基密码子第三位碱基AUCGGU

IUCAGUCA反密码子与密码子之间的碱基配对意义：当第三位碱基发生突变时，仍能翻译出正确的氨基酸，使合成的多肽有生物学活力。反密码子第一位碱基密码子第三位碱基A密码的防错系统：

同义密码子在密码表中的分布十分有规则，而且密码子中碱基顺序与其相应的氨基酸物理化学性质之间存在巧妙的关系。

氨基酸的极性通常由密码子的第二位（中间）碱基决定，简并性由第三位碱基决定。中间是U，编码的氨基酸是非极性，疏水的和支链的，常在球蛋白的内部中间是C，编码的氨基酸是非极性的或不带电荷的极性侧链中间是A或G，相应氨基酸常在球蛋白外周，具有亲水性第一位是A或C，第二位是A或G，第三位任意碱基，相应氨基酸具有可解离的亲水性侧链并具有碱性故障－安全系统：密码子中碱基置换后，结果仍编码相同的氨基酸，或以理化性质最接近的氨基酸相取代，降低基因突变可能造成的危害程度。密码的防错系统：

同义密码子在密码表中的第38章

蛋白质合成及转运

第38章

蛋白质合成及转运

蛋白质的生物合成是细胞最大的生产活动蛋白质的生物合成是细胞最大的生产活动蛋白质的生物合成过程，就是将DNA传递给mRNA的遗传信息，再具体的解译为蛋白质中氨基酸排列顺序的过程，这一过程被称为翻译(translation)。蛋白质的生物合成过程，就是将DNA传递给mRNA的遗传信息，蛋白质代谢的三个问题1、氨基酸怎样被选择及掺入到多肽链中？2、多肽链在核糖体上合成完成后，其翻译后化学修饰是怎样进行的？3、合成加工好的蛋白质怎样被运送到其发挥功能的地方？蛋白质代谢的三个问题1、氨基酸怎样被选择及掺入到多肽链中？一、参与蛋白质生物合成的物质

生物体内的各种蛋白质都是生物体内利用约20种氨基酸为原料自行合成的。参与蛋白质生物合成的各种因素构成了蛋白质合成体系.一、参与蛋白质生物合成的物质生物体内的各种蛋白质都是生物体蛋白质合成体系包括：①mRNA：作为蛋白质生物合成的模板，决定多肽链中氨基酸的排列顺序；②tRNA：搬运氨基酸的工具；③核糖体：蛋白体生物合成的场所；④酶及其他蛋白质因子；⑤供能物质及无机离子。

蛋白质合成体系包括：起始因子（initiaionfactors,IF）延长因子（elongationfactors,EF）释放因子（releasefactors,RF）核蛋白体释放因子（ribosomalreleasefactors,RR）蛋白质因子:起始因子（initiaionfactors,IF）蛋白质因1、mRNA是蛋白质合成的模板mRNA氨酰tRNA1、mRNA是蛋白质合成的模板mRNA氨酰tRNAA、原核生物蛋白质的合成A、原核生物蛋白质的合成多聚核糖体(多核蛋白体)

在蛋白质生物合成过程中，常常由若干核糖体结合在同一mRNA分子上，同时进行翻译，但每两个相邻核蛋白之间存在一定的间隔，形成念球状结构。多聚核糖体(多核蛋白体)在蛋白质生物合成过程中，常常由若【生物化学】遗传密码课件B、真核生物蛋白质的合成B、真核生物蛋白质的合成编码区，读码框架，三联体密码非编码区，与表达调控有关5’端，起始密码AUG开始（Met）3’端，一个或一个以上终止密码：UAA,UAG和UGA3’端polyA尾巴，增加mRNA的稳定性原核生物5’端有一段特殊的SD序列，使核糖体能识别正确的AUG；真核生物5’端帽子结构可能对核糖体进入部位的识别起到一定作用编码区，非编码区，与表达调控有关5’端，起始密码AUG开始（2、tRNA转运活化的氨基酸至mRNA模板上在氨酰tRNA合成酶催化下，特定的tRNA可与相应的氨基酸结合，生成氨酰tRNA，从而携带氨基酸参与蛋白质的生物合成。2、tRNA转运活化的氨基酸至mRNA模板上氨基酸结合部位mRNA结合部位（1）tRNA的两个关键部位：tRNA四茎四环结构3’端CCA结构7个配对碱基，形成受体端氨基酸mRNA（1）tRNA的两个关键部位：tRNA四茎四环（2）tRNA在识别mRNA分子上的密码子时，有接头（adaptor）的作用氨基酸一旦与tRNA形成氨酰-tRNA后，进一步的去向就由tRNA来决定（2）tRNA在识别mRNA分子上的密码子时，有接头（ada【生物化学】遗传密码课件①3’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；④反密码子位点。

tRNA分子上与多肽合成有关的位点：①3’端－CCA上的氨基酸接受位点；tRNA分子上与Ala-tRNAMet-

tRNAemetmet-tRNAimetfmet-

tRNAimet

(起始tRNA)氨酰－tRNA的表示方法代表tRNA的结合特异性已结合的氨基酸残基N－甲酰甲硫氨酸AUG：起始密码子

Met的密码子initiationelongationAla-tRNA氨酰－tRNA的表示方法代表tRNA的结能够识别mRNA中5′端起动密码AUG的tRNA是一种特殊的tRNA，称为起始tRNA。

①在原核生物中，多肽的合成只能以N－甲酰甲硫氨酸－tRNA(fMet－tRNAifmet)的形式起始:能够识别mRNA中5′端起动密码AUG的tRNA是一种特殊的【生物化学】遗传密码课件②而在真核生物中，起动tRNA是一种携带甲硫氨酸的tRNA，即tRNAimet。在原核生物和真核生物中，均存在另一种携带甲硫氨酸的tRNAe，识别非起动部位的甲硫氨酸密码AUG，携带正常的甲硫氨酸掺入肽链。②而在真核生物中，起动tRNA是一种携带甲硫氨酸的tRNA，错义突变（missensemutation）：基因突变造成密码子的改变。无义突变(nonsensemutation)：基因突变使有义密码子变成终止密码子。回复突变（reversemutation）校正tRNA校正tRNA（suppressortRNA）：某些能校正基因的有害突变，称为校正tRNA。引起的突变称为校正突变，其原因是tRNA反密码子发生改变，不按常规引入氨基酸，却起了校正功能。错义突变（missensemutation）：基因突变造成无义突变

(nonsensemutation)无义突变(nonsensemutation)校正tRNA（suppressortRNA）校正tRNA（suppressortRNA）校正突变校正突变3、核糖体是蛋白质合成的工厂

3、核糖体是蛋白质合成的工厂（1）核糖体的组成糖、氨基酸和核苷酸共价键大分子球状蛋白质和RNA非共价键核蛋白体大分子装配体（1）核糖体的组成糖、氨基酸和核苷酸共价键大分子球状蛋白质和【生物化学】遗传密码课件【生物化学】遗传密码课件（2）核糖体的结构模型（2）核糖体的结构模型【生物化学】遗传密码课件【生物化学】遗传密码课件小亚基：可与mRNA、GTP和起动tRNA结合。

核蛋白体的大、小亚基分别有不同的功能：小亚基：可与mRNA、GTP和起动tRNA结合。核大亚基：

（1）具有两个不同的tRNA结合点。

A位（右）——

受位或氨酰基位，可与新进入的氨基酰tRNA结合；

P位（左）——给位或肽酰基位，可与延伸中的肽酰基tRNA结合。大亚基：

（2）具有转肽酶活性：将给位上的肽酰基转移给受位上的氨基酰tRNA，形成肽键。

（3）具有GTPase活性，水解GTP，获得能量。

（4）具有起动因子、延长因子及释放因子的结合部位。

（2）具有转肽酶活性：将给位上的肽酰基转移给受位上的氨4、其他因子（1）起动因子（IF）是一些与多肽链合成起动有关的蛋白因子原核生物中存在3种起动因子，分别称为IF1-3在真核生物中存在9种起动因子（eIF）,其作用主要是促进核蛋白体小亚基与起动tRNA及模板mRNA结合。4、其他因子（2）延长因子（EF）

原核生物中存在3种延长因子（EFTU，EFTS，EFG），真核生物中存在2种（EF1，EF2）。其作用主要促使氨基酰tRNA进入核蛋白的受位，并可促进移位过程。

（2）延长因子（EF）（3）释放因子（RF）原核生物中有4种，在真核生物中只有1种其主要作用是识别终止密码，协助多肽链的释放（4）供能物质和无机离子

多肽链合成时，需ATP、GTP作为供能物质，并需Mg2+、K+参与。氨基酸活化、肽键形成均需消耗高能磷酸键。

（3）释放因子（RF）（4）供能物质和无机离子二、

蛋白质生物合成过程

蛋白质生物合成过程包括三大步骤：①氨基酸的活化与搬运；②活化氨基酸在核蛋白体上的缩合；③多肽链合成后的加工修饰。

二、蛋白质生物合成过程蛋白质生物合成过程包括三大步骤：肽链由Ｎ端向Ｃ端延伸，延长速度极快从mRNA的5’端向3’端进行翻译5’－pAAA－（AAA）－AAC－OH3’H2N－Lys－（Lys）n－Asn－COOH肽链由Ｎ端向Ｃ端延伸，延长速度极快5’－pAA氨酰tRNA合成酶存在于胞液中，帮助使氨基酸结合到特定的tRNA上，与氨基酸的活化以及氨基酰tRNA的合成有关。每种氨基酰tRNA合成酶对相应氨基酸以及携带氨基酸的数种tRNA具有高度特异性，这是保证tRNA能够携带正确的氨基酸对号入座的必要条件。目前认为，该酶对tRNA的识别，是因为在tRNA的氨基酸臂上存在特定的识别密码，即第二套遗传密码。

（一）氨酰-tRNA合成酶（aminoacyl-tRNAsynthetase）氨酰tRNA合成酶存在于胞液中，帮助使氨基酸结合到特定的tR氨酰tRNA合成酶催化氨基酸与tRNA结合，意义在于：

①活化氨基酸(能量问题)；②转运、定位：tRNA可携带氨基酸到mRNA的指定部位(专一性问题)。氨酰tRNA合成酶催化氨基酸与tRNA结合，意义在于：（1）氨基酸－AMP－酶复合物的形成（2）氨基酸从复合物转移到相应的tRNA上：（1）氨基酸－AMP－酶复合物的形成（2）氨基酸从复合物转移氨酰－tRNA氨酰－tRNA氨基酸－AMP－酶复合物氨酰－tRNA只有3’位形成的酯，才参与在核糖体催化下的转肽反应氨基酸－AMP－酶氨酰－tRNA只有3’位形成的酯，才参与在氨酰tRNA合成酶能纠正酰化的错误氨酰tRNA合成酶的校正部位：水解非正确组合的氨基酸和tRNA之间形成的共价联系异亮氨酰－tRNA合成酶氨基酰化部位和校正部位共同作用，可使翻译过程的错误频率小于万分之一氨酰tRNA合成酶能纠正酰化的错误氨酰tRNA合成酶的校正部（二）翻译的步骤活化氨基酸缩合生成多肽链的过程在核糖体上进行。活化氨基酸在核糖体上反复翻译mRNA上的密码并缩合生成多肽链的循环反应过程，称为核糖体循环。翻译的过程可分为起动、延长和终止三个阶段。

（二）翻译的步骤活化氨基酸缩合生成多肽链的过程在核糖体上进行1、起动阶段：

（1）30S起动复合物的形成：在起动因子的促进下，30S小亚基与mRNA的起动部位、起动tRNA（fmet-tRNAfmet）和GTP结合，形成复合体。

1、起动阶段：原核mRNA的起动部位由一段富含嘌呤的特殊核苷酸顺序组成，称为SD（Shine-Dalgarno）序列（核蛋白体结合位点，ribosomalbindingsite,RBS），可被核蛋白体小亚基辨认结合。原核mRNA的起动部位由一段富含嘌呤的特殊核苷酸顺序组成，称S－D序列特点：在AUG上游8-13个核苷酸处

4-6个核苷酸富含嘌呤，以AGGA为核心（可与16S－rRNA3’端UCCU互补）S－D序列特点：起始密码子－10富含嘌呤与16S－rRNA3’端富含嘧啶的尾部互补，形成氢键结合，有助于mRNA的翻译从起始密码子处开始。起始密码子－10富含嘌呤与16S－rRNA3’端富含嘧啶【生物化学】遗传密码课件＊真核生物翻译起始的特点80S核蛋白体eIF比IF种类多起始tRNA携带的Met不需甲酰化mRNA无S-D序列，但有5’帽子和3’尾巴帽子结合蛋白（cap-sitebindingprotein,CBP)

结合帽子结构，促使mRNA与40S核蛋白体亚基结合eIF2是生成起始复合物首先必需的蛋白质因子，是真核生物蛋白质合成调控的关键物质＊真核生物翻译起始的特点80S核蛋白体帽子结合蛋白（cap-

（2）70S起动前复合体的形成：

IF3从30S起动复合体上脱落，50S大亚基与复合体结合，形成70S起动前复合体。

（2）70S起动前复合体的形成：（3）70S起动复合体的形成：

GTP被水解，IF1和IF2从复合物上脱落。此时，tRNAfmet的反密码CAU与mRNA上的起动密码AUG互补结合，tRNAfmet结合在核蛋白的给位（P位）。

translation-init.swf（3）70S起动复合体的形成：translation-ini2、肽链延长阶段：

（1）进位：一个新进入的氨酰－tRNA结合到70S核糖体的A位点(受位)上。两类蛋白质因子：延伸因子EFTu和EFTsGTP

2、肽链延长阶段：延伸因子的作用

translation-elong.swf延伸因子的作用translation-elong.swf（2）肽链的形成：转肽酶（transpeptidase）：50S上的蛋白因子使一个酯键变成了一个肽键高浓度K＋

（2）肽链的形成：

是由白色链霉菌产生的一种抗菌素，结构与酪氨酰-tRNA相似，从而可取代一些氨基酰-tRNA进入翻译中的核蛋白体A位，与正在延伸的多肽链结合而抑制了蛋白质的合成。嘌呤霉素(puromycin)Tyr嘌呤霉素酰胺键酯键是由白色链霉菌产生的一种抗菌素，结构与酪氨酰-tRNA（3）移位(translocation)移位酶

(translocase):