高中生物竞赛：蛋白质的生物合成课件

1蛋白质的生物合成pro的生物合成需要信息、能量、物质：◆mRNA,rRNAandtRNA◆Energy－ATP,GTP

◆Material－Aa（ActivatedRNAAa）

◆Cofactors－E、Proteinfactors、Metalions2

3Structuralgene－指DNA分子上决定蛋白质和RNA(rRNA,mRNAandtRNA)结构的gene。

GeneExpression－StructuralgenemRNAProtein的全过程。

CentralDogma－GeneticInformationinDNAmRNAProtein（GeneticInformationofProteinCanNotReverse

）

DNA

RNA

Protein

TranscriptionReverseTranscription（类病毒）Translation(翻译)RNADNARNAProteinBiologicalProperties

类病毒（反转录Virus）???ReplicationReplication遗传信息的表达方式第一节核糖体Ribosome是体内pro合成的场所，是pro合成总装配车间，有大量实验给予证实。4原核生物真核生物核蛋白体小亚基大亚基核蛋白体小亚基大亚基S70S30S50S80S40S60SrRNA16S-rRNA23S-rRNA5S-rRNA18S-rRNA28S-rRNA5S-rRNA5.8S-rRNA5原核生物核糖体组成真核生物核糖体组成rRNA60-65%Proteins30-35%rRNA55%Proteins45%位点30S 50SIF3（起始因子） A位（氨酰－tRNA结合位）IF1 P位（肽酰-tRNA结合位）IF2 GTP位（延伸水解GTP）mRNA 延伸因子EFTu，EFTs

释放因子RF1，2，3

mRNA是遗传信息的携带者遗传学将编码一个多肽的遗传单位称为顺反子(cistron)。原核细胞中数个结构基因常串联为一个转录单位，转录生成的mRNA可编码几种功能相关的蛋白质，为多顺反子(polycistron)。真核mRNA只编码一种蛋白质，为单顺反子(singlecistron)。7第二节密码子8原核生物的多顺反子真核生物的单顺反子非编码序列核蛋白体结合位点起始密码子终止密码子编码序列PPP53蛋白质PPPmG-53蛋白质Geneticcode遗传密码:

指DNA分子中特定的核苷酸排列顺序指定特定的氨基酸排列顺序

，这种相关关系或“翻译语言”称为…Codon密码子:mRNA分子中每3个连续相邻的核苷酸指令一个氨基酸的排列位置，这3个相邻的核苷酸

称“三联体,Triplet”或“密码子”。950年代，人们已经知道pro的Aa顺序与Nt顺序有关，但Nt4种，Aa20种，4种Nt怎样编排才能有效地指导Aa顺序呢？人们首先在数学上加以推导（择要介绍）1个Nt决定1个Aa， 41=4不能满足指导20Aa的需要2个 42＝16仍不能3个 43＝64最可能4个 44＝256太多1011遗传密码的特点

1、Commaless(无标点)FromAUG→••••toUAA，一个接一个阅读，其间无Nt隔开。插入或删去一个Nt，即造成移码突变，如：…UGUGUGUGUGUG…CysValCysVal…UGUGGUGUGUGU…CysGlyValCys

2、Currency(通用性,近乎）

Virus、Procaryote、Eucaryote…都用同一套GeneticCode，如用兔红血球核糖体（含mRNA）与E.ColitRNA及pr合成其它因子保温，合成了兔Hb，说明E.ColitRNA能正确阅读兔Hb的mRNA上的信息。但同一Aa的几组Codons，不同生物利用频率不同12

3、Degeneracy（简并性）大多数Aa,除Met,Trp外，都可具有好几组Codon，（64：20）。如UGU，UGC皆为Cys，几种密码子编码同一Aa的Codon叫简并Codon(同义密码子)

4、第三碱基的变偶性（Wobble）（第三碱基具较低专一性）Codon的专一性主要由头两个Nt决定，第三碱基不那么重要，这一性质称Codon的变偶性，一般规律是U＝C，A＝G互变，它与简并性不同，变偶性主要是描述tRNA反密码子对Codon第三位Nt某种程度的变异仍具阅读能力,特别是Anticodon中I的阅读能力(I与U、C、A配对)

135、ReadingDirectionofGeneticCode

5′3′，不重叠性

6、密码字典中有三组Codon不编码Aa

UAA，UAG，UGA，它们是终止Codon；一组AUG，既编码Met，又是起始Codon。14密码子和反密码子是反向配对第三节原核的翻译过程翻译的起始(Initiation)翻译的延长(Elongation)翻译的终止(Termination)17整个翻译过程可分为：翻译开始前发生两个重要事件：18第一步翻译起始①氨酰tRNA的合成②核糖体解离为两个亚基19

核糖体只识别tRNA，而不能识别其携带的氨基酸。因此还存在氨酰-tRNA合成酶将正确的氨基酸加载到对应tRNA分子上，即氨酰-tRNA合成酶对tRNA和氨基酸的再识别。

tRNA在氨酰-tRNA合成酶的帮助下，能够识别相应的氨基酸，并通过tRNA氨基酸臂的3’-OH与氨基酸的羧基形成活化(酯)氨基酰-tRNA。氨基酰-tRNA的形成是一个两步反应过程：第一步是氨基酸与ATP作用,形成氨基酰腺嘌呤核苷酸（氨酰AMP）；第二步是氨酰基转移到tRNA的3’-OH端上,形成氨基酰-tRNA2021Step122Step2氨酰tRNA合成酶的特征

a.需Mg2+或Mn2+的巯基酶，共50多种。

b.至少有两个结合位

c.专一性特高，每一种氨基酰-tRNA合成酶只能识别一种相应的tRNA

d.Aminoacyl-tRNASynthetase有I类和2类(E.Coli)I类先将Aa-AMP上的氨基酸转到2´－OH，然后再转到3´－OH上；

2类可直接将Aa-AMP上的氨基酸转到3´－OH上。

e.tRNA合成酶的校对作用：

活化氨基酸以形成肽键将氨基酸连接到合适的tRNA上;

以保证准确携带氨基酸。

因为tRNA上的氨基酸的身份在Ribosome上不被检查。

以上合成的Aa-tRNA是所有掺入Aa的必由之路。而且对起始的Met还有特殊要求。

1、起始Aa-tRNA合成

甲酰化位置在Met-NH2（掩蔽NH2）

a.体内有两种能携带Met的tRNA它们碱基组成不同，但都识别AUG。

◆tRNAifMet—携带fMet到起始位，蛋白合成后切除。

◆

tRNAm—携带Met到肽链内部。

b.

甲酰化酶只催化Met-tRNAifMet甲酰化，对Met，Met-tRNA都无效。

最终形成氨甲酰甲硫氨酸tRNA.

24一种特殊的tRNA开始肽链的合成在细菌、线粒体、叶绿体中25Met+tRNAfMet+ATPMet-tRNAifMet+AMP+PPiMet-tRNA合成酶N10-甲酰THFA＋tRNAfMetTHFA+fMet-tRNAifMet真核生物：Met-tRNAiMet原核生物：fMet-tRNAifMeti表示Initiation①核蛋白体大小亚基分离；

②

mRNA与30S小亚基结合；

③起始氨基酰-tRNA与小亚基结合；④核蛋白体大亚基结合；一、原核生物的翻译起始①核蛋白体大小亚基分离；一、原核生物的翻译起始50S+

IF330S-IF350S+

IF330S30S-IF3+

mRNA+fMet-tRNAifMet+GTP+IF1，IF2AUGSecondCodon3´5´mRNAfMetIF330s小亚基上的16SrRNA和mRNA的SD序列（位于起始位点上游4－13个核苷酸）结合,辨认出mRNA链上的起始点（AUG），并且引入第一个氨酰tRNA。②30s起始复合物的形成一、原核生物的翻译起始SD序列：核糖体结合位点起始CodonmRNA-30S-IF2IF1-fMet-tRNAifMet-GTP+50S

mRNA-fMet-tRNAifMet-70S+GDP•Pi+IF2IF1a.70S形成后，fMet-tRNAifMet进到50S上的肽酰位点（P位）,50S上另有一氨酰位点（A位）空着，准备接受下一个Aa-tRNA

b.真核起始复合物形成复杂得多，用到：AUG、tRNAi、Met-tRNAi、ATP、GTP、eIF1-5③70S起始复合物的合成一、原核生物的翻译起始5′

3′mRNAfMetP位A位AUG＋50SmRNA-fMet-tRNAf-70S肽酰位点氨酰位点AUGSecondCodon3´5´mRNAfMettRNA的氨酰末端位于大亚基上，反密码子与结合小亚基的mRNA相互识别32原核生物翻译过程中核蛋白体结构模式A位：氨基酰位(aminoacylsite)P位：肽酰位(peptidylsite)E位：排出位(exitsite)从mRNA5端起始密码子AUG到3端终止密码子之间的核苷酸序列，各个三联体密码连续排列编码一个蛋白质多肽链。

33

开放阅读框架

(openreadingframe,ORF)

(开读框)34LacpromoterandoperatorTemplateDNAstrandTranscriptionstartORFTranscriptionstopLactranscription起始因子的功能35IF3：多重功能，稳定30S亚基必需的；抑制50S亚基成熟前的结合；辅助30S亚基与mRNA上起始位点特异性结合；IF1：只与30S亚基结合，作为完整复合体的一部分。结合在A位点，阻止氨酰tRNA的进入，还可以阻止30S和50S亚基的结合；IF2：结合一个特定的起始tRNA，并控制他进入核糖体。作为30S-mRNA复合体的一部分，检验第一个氨酰tRNA的准确性。肽链延伸分3步，“进位”、“转肽”、“移位”。37二、原核生物的翻译延伸1）Aa－tRNA进位

70S上有P位，由fMet-tRNAf占据，A位空着，新进入的第二个Aa-tRNA则来占据A位，叫进位，进位也需两步反应。Aa-tRNA+GTP-EFTu Aa-tRNA-GTP-EFTuAa-tRNA-GTP-EFTu+

70SComplex

Aa-tRNA-70S

+GDP-EFTu+Pi其中：EFTu为肽链延伸因子，进位：38fMetAa2Aa2fMetP位A位AUG5'3'mRNA

2）转肽

P位上的肽链（此时还只有一个fMet）转移到A位上的Aa上，形成一种连接在tRNA上的n+1肽（此时还只是1+1肽）同时P位上tRNAf

成为空载。

a.

二Aa连接方式是fMet的－COOH与第二Aa的－NH2间的肽键。肽链延伸方向“头向生长”即N端Aa最先合成。

b.

需肽基转移酶、K+。肽酰转移酶是50S上固有蛋白质位点，需高浓度K+。39在大亚基的催化下，位于P为肽基tRNA上的肽链转移到A位的氨酰tRNA末端，加上一个新的氨基酸，形成一个新的肽基tRNA。此时P位为一个不携带任何氨基酸的脱氨酰化的tRNA。核糖体向前滑动，将脱氨酰化的tRNA挤出P位点，导致肽基tRNA重新位于P位点，暴露出下一个三联体密码子空载tRNA在被挤出核糖体会在E位点短暂停留，实际顺序是A到P再到E。

40转肽：肽基转移酶，K+Aa2-NH2Aa2-NH-C-fMet-NHOO=CHA位O-C-fMet-NHOO=CH生长方向NC

嘌呤霉素作用：嘌呤核苷酸衍生物－3′N-CO-Tyr(衍生物-NH－CO-Aa)，其结构与tRNA-CCA-OH－CO-Aa相似。不同在NH－CO键和酯键嘌呤霉素与核糖体无连接部位，形成的肽酰－嘌呤霉素易脱落，pr合成中断。故：嘌呤霉素抑制在于转肽步骤。同时从结构上也证明是头向生长（NC生长）糖1′4′尾向脂CH3COO头向NA5′3′尾向prNC（tRNA）头向41

3）核糖体移位

移位是指核糖体在mRNA上沿5′3′方向移动一个Codon的距离，它需要GTP和另一种延伸因子EFG。

EFG也叫“移位酶”，移位机理至今不清，移位后：原在A位的二肽，实际位置到了70S的P位，原在P位的空载tRNA离开核糖体。接着，第三个Aa－tRNA进入新的A位，开始下轮的进位，转肽，移位，从而使肽链不断延长为2肽，3肽，4肽…最后合成pr原。42移位43Aa2-fMetEFG GTPAa2-fMetAa3-tRNAA位A位1、当核糖体在mRNA上沿5′3′方向不断移动中，如遇mRNA上出现终止Codon（UAA，UAG，UGA），则不再接受Aa－tRNA而由释放因子RF占据。2、被肽酰转移酶水解下来的肽链释放入水相中3、tRNA脱离核糖体脱离并解体为30S+50S4、30S再与IF3结合（此可阻止与50S结合）44三、原核生物的翻译终止

释放因子有三种：

RF1，识别UAA,UAG，占据A位，促进肽酰转移E变水解ERF2，识别UAA,UGA，占据A位，促进肽酰转移E变水解ERF3，协助肽链释放

45终止RFAan……fMetRF肽脱落遗传信息的翻译AGUCCAUAAGGUUAC甲硫氨酸GUG组氨酸ACC色氨酸遗传信息的翻译AGUCCAUAAGGUUAC甲硫氨酸GUG组氨酸ACC色氨酸遗传信息的翻译AGUCCAUAAGGUUAC甲硫氨酸GUG组氨酸ACC色氨酸遗传信息的翻译AGUCCAUAAGGUUAC甲硫氨酸GUG组氨酸ACC色氨酸遗传信息的翻译AGUCCAUAAGGUUAC甲硫氨酸GUG组氨酸ACC色氨酸肽键遗传信息的翻译AGUCCAUAAGGU甲硫氨酸GUG组氨酸ACC色氨酸遗传信息的翻译AGUCCAUAAGGU甲硫氨酸组氨酸色氨酸XXXXXXX遗传信息的翻译AGUCCAUAAGGU甲硫氨酸组氨酸色氨酸XXXX54Ribosomecycle活化每个氨基酸2个高能键，进位需要1个高能键，移位需要1个高能键。合成一个n肽所需能量：4n个高能键。

原核生物中，肽链的终止不需GTP，合成过程是一个耗能过程第四节真核细胞蛋白质合成的特点真核生物mRNA的结构581.核糖体为80S，由60S的大亚基和40S的小亚基组成2.起始密码AUG3.起始tRNA为Met－tRNA，且没有被甲酰化，称为tRNAiMet4.起始复合物结合在mRNA

5’端AUG上游的帽子结构，真核mRNA无富含嘌呤的SD序列（除某些病毒mRNA外）5.已发现的真核起始因子有近12种（eukaryoteInitiationfactor,eIF）肽链终止因子及释放因子（RF）,只有一种,无特异性。线粒体、叶绿体内蛋白质的合成同于原核细胞59eIF4G是结合eIF4E帽子复合物的多功能接头polyA结合蛋白eIF-2活性的调节

在真核生物中，促进氨酰-tRNA进位的延伸因子只有一种EFT1，促进移位的为EFT2，真核生物的肽链合成终止只需要一种终止因子RF。不可用1、40S小亚基识别mRNA的5’端（标志是5’端的帽子结构），扫描查找真核生物mRNA起始位点；真核生物的起始位点由一个包含AUG密码子的10核苷酸序列构成。在起始位点，核糖体60s亚基加入到复合体。另外还需要起始因子，包括那些识别5’帽子的蛋白质。2、绝大多数真核生物起始事件包括对5’端的帽子结构的识别，但也存在另外一种起始方式。40S亚基直接结合一个位点，内部核糖体插入位点（IRES），这样就允许核糖体不从mRNA的5’到3’端阅读而直接在此序列处结合mRNA并起始翻译。IRES原件能允许当大部分mRNA的翻译受到抑制时能够继续进行翻译。该方式包括一些病毒。(一).抗生素类阻断剂2.四环素和土霉素:抑制氨基酰tRNA与核糖体A位结合，也抑制fMet-tRNAfMet与核糖体结合3.氯霉素：作用于30S亚基蛋白质合成的抑制剂链霉素、卡那霉素、新霉素等（氨基糖苷类抗生素）主要抑制革兰氏阴性细菌蛋白质合成的三个阶段：①起始复合物的形成，使氨基酰tRNA从复合物中脱落；②在肽链延伸阶段，使氨基酰tRNA与mRNA错配；③在终止阶段，阻碍终止因了与核蛋白体结合，使