蛋白质的代谢

第十一章蛋白质的代谢蛋白质的分解代谢(一)蛋白质的生物合成代谢(二)蛋白质的分解代谢(一)

一、蛋白质的营养作用二、蛋白质的消化吸收三、氨基酸的一般代谢四、氨基酸合成代谢概况五、氨基酸代谢缺陷症1蛋白质的生理功能*是组织细胞的构件物质，维持细胞组织的生长、更新和修补*参与多种重要的生理活动(如酶、激素)*氧化供能（17.9KJ/g）*可转化为糖和脂肪等*氨基酸是各种含氮化合物的原料

一、蛋白质的营养作用生物合成蛋白质的原料和途径固氮生物：N2→NH4+(氨盐)→aa→pr植物、微生物：无机氮→pr高等动物：

aa→pr2、氮平衡：机体对蛋白质的摄入量等于排出量即为总氮平衡。正氮平衡：摄入量＞排出量；(儿童、孕妇、恢复期的病人）负氮平衡：摄入量＜排出量.（饥饿、消耗性疾病患者）我国营养学会推荐成人最少需要量：

80克/日3、蛋白质的营养价值

蛋白质的营养价值

取决于其含必需氨基酸数量及种类的多少必需氨基酸：人和动物不能合成，需从食物pro供给。包括：

Lys(赖);Trp(色);Thr(苏);Val(缬);Met(甲硫);Leu(亮);Ile(异亮);Phe(苯丙)半必需氨基酸：人体可合成，但婴幼儿期合成速度不快，仍需食物供给。包括：

His(组);Ary(精);非必需氨基酸:人和动物机体能够自身合成的氨基酸.ValLeuIleThrMetLysPheTrp

20种氨基酸的名称及缩写代号蛋白质营养效价的评价蛋白质的营养效价主要与氮素转化有关（1）蛋白质消化率食物蛋白质在人体内消化率的高底，是评价食物蛋白质营养价值的一个重要方面

食物氮-(粪氮-粪代谢氮)蛋白质消化率=————————————

食物氮氮的保留量BV=100%

氮的吸收量*蛋白质的互补作用：

指营养价值较低的蛋白质混合食用，必需氨基酸互相补充从而提高营养价值蛋白质的生理价值（BV）：指食物蛋白的利用率（2）蛋白质的利用率

蛋白来源重量%单食时BV混食时BV——————————————————————

豆腐干426577面筋5867——————————————————————小麦3967

小米135789

牛肉2669

大豆2264

—————————————————混合食物蛋白质的互补作用二、蛋白质的消化吸收消化：

在胃、主要在小肠进行。（一）胃内消化：

1、胃蛋白酶（pepsin):

胃蛋白酶元→胃酸(H+)→胃蛋白酶自身激活作用

2、胃酶作用：

蛋白质

小分子肽→肠道胃酶作用于：Phe(苯丙),Tyr(酪),Trp(色).(芳香族）

Glu(谷),Gln(谷氨酰胺).(酸性氨基酸)。胃蛋白酶（二）小肠消化：1、来自胰腺的酶：

1）内肽酶：水解pro内部肽键。

胰蛋白酶：Lys(赖)、Arg(精)羧基端肽键；(碱性）

糜蛋白酶：Phe(苯丙)、Tyr(酪)、Trp(色)肽键；

(芳香族）

弹性蛋白酶：Val(缬)、Leu(亮)、Ser(丝)、Ala(丙)肽键

（脂肪族）几种蛋白酶原的激活消化道蛋白酶作用位点2）外肽酶：

羧肽酶：从C端水解；

羧肽酶A：水解中性aa为C端的肽键；

羧肽酶B：水解碱性aa为C端的肽键；2、来自小肠粘膜细胞的寡肽酶：1）氨肽酶：从N端水解，形成二肽。2）二肽酶：作用于二肽。寡肽的水解主要在小肠粘膜细胞进行。3、小肠腔的消化：

肽

小肽

小肽

氨基酸至此：球蛋白几乎完全分解；纤维蛋白、角蛋白部分水解。胰蛋白酶、糜蛋白酶、弹性蛋白酶羧肽酶、氨肽酶吸收

aa→肠黏膜细胞→血液循环→肝脏这是一需能需氧的主动运输过程。由肠黏膜细胞上的需氧氨基酸载体来完成.不同氨基酸的吸收由不同的载体完成.1)中性氨基酸载体2)碱性氨基酸载体3)酸性氨基酸载体4)亚氨基酸及甘氨酸载体三、氨基酸的一般代谢氨基酸生物合成分解代谢蛋白质脱氨α-酮酸脱羧胺（碳骨架）三大代谢能源氨基酸代谢概况氨基酸代谢库其它含氮化合物(嘌呤、嘧啶等)体内合成氨基酸

(非必需aa)组织蛋白质食物蛋白质a-酮酸胺类氨酮体氧化供能糖尿素脱氨基脱羧基代谢转变消化吸收合成分解（一）脱氨基作用主要有氧化脱氨、转氨、联合脱氨1、氧化脱氨作用：

1）概念：

α-aa在酶催化下氧化成α-酮酸，反应需氧并产氨此为~。此作用普遍存在于动物细胞中，主要在肝中进行。实验依据：(1)α-aa灌入肝，流出液含少量α-酮酸；(2)用各种组织切片与α-aa

在生理条件下保温1-2hr后，除去pro，利用酮酸与2，4，二硝基苯肼生成苯腙，证实有酮酸生成；(3)用肾提取液证明了氧化脱氨中的定量关系：氧气：氨：α-酮酸=1：2：22）反应：先脱氢再水解脱氨。3）类型：A、L-aa氧化酶：

有两类，分别以FAD、FMN（人和动物）为辅基。B、D-aa氧化酶：

以FAD为辅基，脊椎动物在肝肾细胞中，有些微生物也有。L-aa氧化酶的作用：生成的H202在过氧化氢酶作用下分解成水和氧气。C、氧化专一aa的酶：如：

Glu脱氢酶广泛分布在生物细胞质和线粒体中，以NAD+或NADP+为辅酶，可直接脱氨，活性最强。2、转氨作用：1）概念：将一种aa

的α-氨基转给另一α-酮酸，生成相应酮酸和1分子α-aa的作用。2）转氨酶：以谷丙转氨酶(GPT)和谷草转氨酶(GOT)分布最广、活性最大。临床以此判断肝功能是否正常。正常成人各组织中GOT及GPT活性1620血清19,00091,000肾70010,000肺4,80099,000骨骼肌1,20014,000脾44,000142,000肝2,00028,000胰腺7,100156,000心GPTGOT组织GPTGOT组织(单位/克湿组织)3）辅酶：

所有转氨酶辅酶为吡哆醛磷酸，

并作为:

脱羧作用、消旋作用及醇醛裂解反应的辅酶。转氨作用4）转氨作用的意义：是aa分解代谢与非必需aa合成代谢的重要步骤；沟通了糖代谢与蛋白质代谢。3、联合脱氨作用：1）概念：体内氨基酸的脱氨主要靠转氨和氧化脱氨联合进行，简称联合脱氨。2）反应：主要在肝、肾组织3）嘌呤核苷酸循环：主要发生在骨骼肌、心肌、脑等组织。（二）脱羧基作用1、概念：aa在aa脱羧酶作用下生成CO2和一个相应一级胺类化合物的作用。2、酶：专一性强，且只对L-氨基酸起作用。除组氨酸脱羧酶不需辅酶外，余均以

吡哆醛磷酸为辅酶。3、脱羧形成的胺有许多重要生化作用：谷氨酸—γ-氨基丁酸：重要的神经介质，抑制神经中枢；组氨酸—组胺：有降压、刺激胃液分泌的作用酪氨酸—酪胺：有升压作用4、胺的去向：

大多数胺类对动物有毒，去向：1）随尿排出；2）在胺氧化酶作用下可进一步氧化分解：胺氨醛脂肪酸合成尿素CO2H2O新氨基酸（三）氨基酸分解产物的代谢氨基酸分解脱氨脱羧氨α-酮酸胺CO21、氨的去路：

水生动物—直接排氨鸟类、爬行动物—尿酸形式排氨脊椎动物—尿素形式排氨以上生物依次称：排氨生物、排尿酸生物和排尿素生物。1）有关尿素形成的实验：尿素形成部位的实验：

a、蛋白质膳食：尿中尿素↑；

b、切除肝：血、尿中尿素↓

c、aa喂养切肝动物：aa多半在血中，少部分在尿中；

d、切肾：血中尿素↑；

e、同时切肝、肾：血中尿素恒定。证实肝为尿素形成部位。尿素形成实验依据：A、肝切片+铵盐混合保温：铵盐↓尿素↑B、肝切片+aa：脱下的氨几乎全成尿素；C、肝切片+aa+鸟aa（Orn)或瓜aa

（Cit）：

尿素合成量及速度↑D、肝切片+Orn或Cit：无尿素

↑

说明Orn或Cit起促进作用。氨是尿素合成的前体的实验：15N标记铵盐饲喂动物证明：15N出现在Ary（精）的胍基、及全部的尿素上。2）尿素的生成：A、氨的活化：在线粒体中进行，耗能。氨甲酰磷酸合成酶催化形成氨甲酰磷酸N-乙酰谷氨酸为别构激活剂。B、形成瓜氨酸：在线粒体内；鸟氨酸转氨甲酰酶将氨甲酰磷酸交给鸟氨酸，进入细胞质。C、精氨琥珀酸生成：在胞质；精氨琥珀酸合成酶催化瓜氨酸与Asp缩合；消耗2个高能键。D、形成精氨酸精氨琥珀酸酶催化精氨琥珀酸上Asp骨架以延胡索酸形式移去，E、尿素形成、鸟氨酸再生精氨酸酶作用于精氨酸。鸟氨酸循环的意义：A、有利于生物体的自身保护；B、防止过量氨积累于血液而引起神经中毒。尿素循环与TCA的关系2酰胺的合成：（在脑、肝、肌肉中）Gln（谷酰胺）和Asn（天冬酰胺）在许多合成（如蛋白质合成）代谢中起的作用：A、氨基供体；B、体内解毒方式；C、氨以酰胺形式储存，在脑、肝、肌肉等组织。肾谷酰胺酶将Gln分解成Glu和氨，氨随尿排出。3嘧啶环的合成：a-酮酸的代谢经氨基化生成非必需氨基酸转变成糖及脂类生糖氨基酸、生酮氨基酸生糖兼生酮氨基酸氧化供能氨基酸的三种类型生酮+生糖兼生酮=“一两色本来老”

四、氨基酸合成代谢概况（一）氨基酸生物合成途径的类型1、酸性氨基酸家族的合成途径：2、脂肪酸家族氨基酸的合成途径：3、芳香族氨基酸合成途径1）赤藓糖-4-磷酸和烯醇式丙酮酸磷酸衍生类型2）组氨酸生物合成4、氨基酸生物合成的调节二种途径：1、由终产物对途径第一酶的别构或反馈抑制作用2、通过同工酶进行调控同工酶(isoenzyme)——能催化相同的化学反应，但在蛋白质分子的结构、理化性质和免疫性能等方面都存在明显差异的一组酶。(二)一碳单位与氨基酸代谢1.概念：氨基酸在分解过程中产生的含一个碳原子的基团（不包括CO2）。2.种类：甲基（-CH3）亚甲基（-CH2-甲烯基）次甲革（=CH-甲炔基）甲酰基（-CHO）亚氨甲基（-CH=NH）3.特点：不能游离存在，一般以四氢叶酸为载体参与反应章首四氢叶酸（FH4）

的结构与合成蝶呤+对氨基苯甲酸+L-谷氨酸二氢叶酸四氢叶酸二氢叶酸合成酶二氢叶酸还原酶章首一碳基团的来源与转变S-腺苷蛋氨酸（SAM）参与

甲基化反应N5-CH2-FH4NAD+NDAH+H+N5，

N10-CH2-FH4还原酶N5N10-

CH2-FH4为胸腺嘧啶合成提供甲基FH4

丝氨酸NAD+NDAH+H+N5，

N10-CH2-FH4脱氢酶

组氨酸甘氨酸FH4N5，N10=CH-FH4参与嘌呤合成H2OH+环水化酶

N10-CHO-FH4FH4

HCOOH参与嘌呤合成章首节首参与嘌呤、嘧啶核苷酸及蛋氨酸等的合成。将氨基酸与核苷酸代谢密切相连。一碳单位代谢障碍会影响DNA、蛋白质的合成，引起巨幼红细胞性贫血。磺胺类药及氨甲喋呤等是通过影响一碳单位代谢及核苷酸合成而发挥药理作用。参与许多物质的甲基化过程。一碳单位的生理功用章首节首（三）氨基酸与生物活性物质1、苯丙氨酸代谢：2、酪氨酸代谢

多巴胺羟化3、半胱氨酸与牛磺酸

五、氨基酸代谢缺陷症1、酪氨酸代谢异常：白化病、尿黑酸症、帕金森氏病。2、苯丙氨酸代谢异常：苯丙酮尿症（PKU）白化鳄第十三章

蛋白质代谢(二)蛋白质的生物合成主要内容遗传密码核糖体转移RNA的功能蛋白质生物合成的机制真核生物与原核生物蛋白质合成的差异蛋白质合成后加工蛋白质生物合成下一页上一页DNA将其遗传信息转移到mRNA，再由mRNA将这种遗传信息表达为蛋白质中氨基酸顺序的过程叫做翻译。蛋白质合成的必要条件：

20种氨基酸,mRNA、tRNA、核蛋白体、酶和蛋白因子、无机离子、ATP、GTP合成方向：N→C端一、信使RNA和遗传密码mRNA与遗传信息的传递遗传密码的破译遗传密码的特性

(一）mRNA与遗传信息的传递

蛋白质合成的信息来自于DNA，合成的模板是mRNA上一页

蛋白质的合成是在核糖体上进行的，而遗传信息载体DNA存在于核中，必然有一种中间物来传递DNA上的信息。推测这种中间物极不稳定，在蛋白质合成时产生，合成结束后又分解，半寿期很短。后来科学家用实验证明这种中间物就是mRNA。节首章首

(一）mRNA与遗传信息的传递

上一页

1954年,物理学家GamouvG首先对遗传密码进行探讨。他认为核酸分子中只有四种碱基，显然碱基与氨基酸的关系不是一对一的关系。若两个碱基决定一个氨基酸只能编码16种氨基酸，也是不够的；而三个碱基对一个氨基酸，四个碱基可产生64个密码，足以编码20种氨基酸，所以编码氨基酸的最低碱基数是3，即密码子可能是三联体。mRNA上的三个核苷酸决定一个氨基酸节首

(一）mRNA与遗传信息的传递

上一页

1961年，CrickFHC等人用遗传学的方法证明了三联密码子的学说是正确的。

遗传学上把由于密码移位而造成的突变称为移码突变在E.coli的T4DNA上的一个基因缺失（或增加）一个或二个核苷酸会造成缺失（或增加）部位以后的全部氨基酸误译。若同时缺失（或增加）三个核苷酸，前后核苷酸表达仍和正常一样。必须假设密码子是三联体才能完满地解释以上这些实验结果。节首

(一）mRNA与遗传信息的传递

上一页

生物化学上的证据烟草坏死卫星病毒中有一分子RNA可编码外壳蛋白的一个亚基，此RNA由1200个核苷酸组成，而此亚基由400个氨基酸组成，也由此证明三个核苷酸决定一个氨基酸节首上一页(二)遗传密码的破译

遗传密码的概念：mRNA上的核苷酸顺序与蛋白质中的氨基酸之间的对应关系称为遗传密码。mRNA上每三个连续核苷酸对应一个氨基酸，这三个核苷酸就称为一个密码子，或三联体密码（tripletcodons）。以下是三个不同的证明遗传密码是mRNA上3个连续的核苷酸残基构成的实验。

1961年，Nirenberg

等人用大肠杆菌的无细胞体系在各种RNA的人工模板下合成多肽，从而推断出各氨基酸的密码子，后来他与Khorana以及霍利分享了1968年诺贝尔生理学奖。节首上一页(二)遗传密码破译的三个实验第一个实验是1961年由美国的M.Nirenberg等人完成的。他首先利用多核苷酸磷酸化酶合成了一条由相同核苷酸组成的多核苷酸链,用它作模板,利用大肠杆菌蛋白提取液和GTP在体外合成蛋白质。发现多聚(U)导致多聚Phe的合成,表明多聚(U)编码多聚Phe；类似的实验表明,多聚(A)编码多聚Lys；多聚(C)编码多聚Pro(下图A)。第二个实验（核糖体结合技术）是1964年也是由美国的M.Nirenberg等人完成的。他们首先合成一个已知序列的核苷酸三聚体，然后与大肠杆菌核糖体和氨酰tRNA一起温育。由此确定与已知核苷酸三聚体结合的tRNA上连接的是那一种氨基酸。该实验对于几种密码编码同一个氨基酸提供了直接的、最好的证据（下图B）。节首上一页第三个实验是由Jones,Khorana等人完成的。他们利用有机化学和酶法制备了已知的核苷酸重复序列，以此多聚核苷酸作模板，在体外进行蛋白质合成，发现可以生成三种重复的多肽链（下图C）。若从A翻译，则合成出多聚Ile，即AUC对应Ile；若从U翻译，则合成出多聚Ser，即UCA对应Ser；若从C翻译，则合成出多聚His，即CAU对应His。这是因为体外合成是无调控的合成，可以随机地从A、或U、或C翻译，所以有三种重复的多肽链生成。(二)遗传密码破译的三个实验节首上一页(二)遗传密码破译的三个实验节首1966年，Nirenberg和Khorana

全部遗传密码字典64个密码子61个负责20种氨基酸翻译，1个起始密码子(AUG和GUG)3个终止密码子Nirenberg

和Khorana

1968年诺贝尔奖

(三)遗传密码的特点

⑴密码子的方向性

密码子(mRNA上由三个相邻的核苷酸组成一个密码子，代表肽链合成中的某种氨基酸或合成的起始与终止信号)

。的阅读方向及它们在mRNA由起始信号到终止信号的排列方向均为5-3’，与mRNA链合成时延伸方向相同。

⑵密码子的简并性

64-3=61个代表20种氨基酸，仅甲硫氨酸、色氨酸只有一个密码子。一个氨基酸可以有几个不同的密码子，编码同一个氨基酸的一组密码子称为同义密码子。这种现象称为密码子的简并性。

⑶密码子的连续性（读码）（无标点、无重叠）

从正确起点开始至终止信号，密码子的排列是连续的。既不存在间隔（无标点），也无重叠。在mRNA分子上插入或删去一个碱基，会使该点以后的读码发生错误，称为移码，由这种情况引起的突变称为移码突变。

⑷密码子的基本通用性（近于完全通用）对于高等、低等生物都适用.有例外：真核生物线粒体DNA。一些原核生物中利用终止密码翻译AA（UGA-Trp(色)\硒代半胱氨酸）3‘起始密码子5‘⑸起始密码子和终止密码子64种密码子中，AUG为甲硫氨酸的密码子，又是肽链合成的起始密码子，UAA，UAG，UGA为终止密码子，不编码任何氨基酸，而成为肽链合成的终止部位（无义密码子）。⑹密码子的摆动性（变偶性）如丙氨酸：GCU，GCC，GCA，GCG，只第三位不同，显然密码子的专一性基本取决于前两位碱基，第三位碱基有较大灵活性。发现tRNA上的反密码子与mRNA上的密码子配对时，密码子的第一位、第二位碱基配对是严格的，第三位碱基可以有一定变动，这种现象称为密码的摆动性或变偶性（wobble）。IA、U、C配对。二、核糖体核糖体是蛋白质合成的工厂。（一）核糖体的组成和结构：1、组成：

60-65%rRNA，

30-35%蛋白质。2、结构：

球形颗粒，由大小二个亚基组成。

电镜下的核糖体大小亚基原核与真核核糖体的主要区别原核真核直径大小18nm,70S20-22nm,80S细胞质中部位与mRNA结合

与内质网结合、线粒体、叶绿体数量/细胞

15000106-107（二）核糖体的功能：1、16SrRNA对识别mRNA上肽链起始位点起重要作用。2、参与肽链的启动、延长、终止、移动等核糖体大亚基X-衍射图3、功能位点：1）mRNA结合位点：大小亚基的结合面上，为蛋白质合成处。2）P位点：肽酰-tRNA结合位点，起始-tRNA和肽酰基-tRNA结合位点。3）A位点：氨酰-tRNA结合位点。三、转移RNA的

功能(一）结构：二级结构：三叶草；三级结构：倒“L”。（二）与蛋白质合成有关的位点：1、反密码子位点：由密码子环下方的3个碱基组成，与mRNA上密码子的碱基互补。2、3’末端的CCA序列：为aa接受位点，aa共价结合到A残基上。3、识别aa-tRNA合成酶的位点：4、核糖体识别位点。反密码子反密码子环合成酶aa位点可变环D臂Tψ环Tψ臂（三）功能1、有携带aa的功能；具倒L型三级结构的tRNA在ATP和酶作用下，可与特定aa结合。2、有接头作用：

氨酰-tRNA凭借自身的反密码子，依靠核糖体的特定位点识别mRNA的密码子并以碱基配对方式与之结合的作用。

将aa带到肽链的一定位置。3、近年的研究1）第二遗传密码系统的破译：

第二遗传密码系统：

①将tRNA分子上的某个碱基或bp可决定tRNA携带专一aa的作用；②aa-tRNA合成酶和tRNA之间的相互作用称为~。由此认为：tRNA也储存遗传密码，

如：Lys-tRNA的aa接受臂上的

G3·G70→G3·U70取代时，可接受Ala(丙)tRNA中的识别碱基2、人工合成的小螺旋结构可携带aa由此说明：

tRNA携带aa

并不一定需要完整的分子结构。四、蛋白质生物合成的分子机制概念：mRNA解读方向：

5’→3’肽链延伸方向：

从N端向C端进行。5’3’N端C端过程：(1)aa的激活；(2)肽链合成的启动；(3)肽链延长；(4)肽链合成终止释放；(5)肽链折叠和加工。（一）氨基酸的活化（氨酰-tRNA的合成）aa-tRNA合成酶：具高度专一性，表现在：

1）对aa；

2）对tRNA，从而保证了pr合成的忠实性。aa-tRNA合成酶反应过程：分两步，在细胞质中完成：

1）aa-AMP-E复合物形成：需Mg2+、Mn2+

；

2）aa从aa-AMP-E转移到相应的tRNA上：E+E--E表示：如：用于起始的第一个aa为N-甲酰甲硫氨酸（fMet），

起始用的氨酰-tRNA表示为：

fMet-tRNAfMet

也可简写成：

fMet-tRNA氨酰-tRNA的合成（二）在核糖体上合成肽链以E.coil为例1、肽链合成的起始（initiation)：1)起始所需材料：

核糖体30S亚基、50S亚基；带起始密码的mRNA；

fMet-tRNAfMet

；

起始因子（IF1、IF2、IF3）；

2个GTP；

Mg2+

。通常在起始密码上游有SD序列（富含嘌呤），有利于与16SrRNA互补，有利于mRNA与rRNA的结合。故又称核蛋白结合位点（ribosomalbindingsiteRBS)

①SD序列：②原核细胞合成pr都从fMet开始；

由细胞内甲酰化酶催化Metα-NH2甲酰化，③起始因子（initiationfactors,IF)：IF3

：阻止30S亚基与50S亚基结合；IF2

：具GTP水解酶的作用；IF1

：协调IF2、IF3离开小亚基。2）起始过程：①大小亚基分开；②形成复合物；30S·mRNA·IF3③形成30S起始复合物④形成有生物学功能的70S起始复合物。此时空着的A位点准备接受下一个aa-tRNA。2、肽链延伸（elongation)：所需组分：

70S起始复合物

aa2-tRNA2

转肽酶（肽酰转移酶peptidyl

transferase）

延伸因子：EF-Tu、EF-Ts

移位因子（移位酶，G因子）

2个GTPMg2+反应分三步：1）进入A位点：

Tu-GTP与aa2-tRNA2结合成复合物，aa2-tRNA2与A位点上mRNA密码子结合，重新生成Tu-GTP。除fMet-tRNAfMet外，所有aa-tRNA进入A位点都需先与Tu-GTP结合。延长因子(elongationfactor,EF-T）的循环2）肽键形成：P位点上fMet与

tRNA脱离，在转肽酶作用下，其羧基与A位上的aa2-tRNA2的氨基形成肽键，成2肽。此时，P位空出。3）移位：在移位酶(G)作用下，肽酰-tRNA从A→P，消耗GTP。核糖体沿mRNA5’→3’移动了1个密码子的距离，使原来A位上的肽酰-tRNA到P位，原来P位上无负载的tRNA离开核糖体。重复至肽链必需长度。延长过程：3、肽链合成的终止与释放1）所需材料：

70S核糖体、带终止密码的mRNA、

释放因子（RF1、RF2、RF3）。2）释放因子（releasefactor,RF)的功能：

RF1：识别终止密码UAA、UAG；

RF2：帮助识别终止密码UAA、UGA；

RF1和RF2还可使P位上的转肽酶活性转变成水解酶活性，使肽酰-tRNA

进入水相而不去A位。

RF3：协助肽链从P位点释放。3)终止(termination)包括两步：A、RF与mRNA终止信号结合，激活转肽酶；B、水解肽链和tRNA间的键，新合成肽链、tRNA、mRNA离开核糖体，后者即解离成大、小亚基，进入下一轮反应。蛋白质的合成过程五、真核生物与原核生物蛋白质合成的差异合成机理类似，但真核生物的某些步骤更为复杂，涉及更多的蛋白因子。（一）mRNA：

原核；多顺反子（为二条或多条多肽链编码的mRNA）；

真核：单顺反子（为一条多肽链编码的mRNA），无富含嘌呤的起始序列。（二）起始复合物形成所需蛋白因子

的差异：

原核；3种（IF1、2、3）；

真核：9种；（三）核糖体：原核：70S；

真核：80S（60S、40S）：（四）起始复合物形成过程的差异1、起始的tRNA：

原核：

fMet-tRNAfMet

真核：

Met-tRNAMet2、起始密码：

原核：多种；

真核：AUG3、起始复合物形成所需能量：原核：GTP；

真核：ATP

：4、形成过程的不同：真核起始过程如下：43S起始复合物48S起始复合物80S起始复合物（五）肽链延长和终止过程：1、肽链延伸因子不同；

原核：Tu、Ts；

真核：EF1αEF1βγ2、移位因子不同：

原核：G因子；

真核：EF23、释放因子不同：

原核：RF1.RF2；

真核：释放因子RF识别终止密码，终止消耗GTP。六、肽链合成后处理肽链合成后，经若干加工后，才能使合成的肽链具一定的空间结构和生物学活性。真核生物的加工部位在高尔基体。蛋白质的合成、分拣和成熟粗面内质网高尔基体细胞膜后处理类型如下：1、切除氨基末端的fMet：去甲酰化酶、氨肽酶催化下，切去1或几个aa。2、个别aa的修饰：羟基化、磷酸化、甲基化、乙酰化、糖化、酯化等。3、二硫键的形成——胰岛素：。4、在肽酶作用下，切除N端信号肽：

信号肽：13-26个aa组成，中间有高度疏水

aa组成的肽链。

功能：引导pr前往细胞固定位置。受体蛋白循环核糖体循环5、切除一段肽链：

酶原激活。6、肽链与辅助成分的缔合：胶原蛋白的形成7、在辅助蛋白参与下，新生肽折叠成有活性的构象。分子伴侣、监护蛋白：参与生物体内多肽链折叠组装的辅助蛋白。功能：通过与新生肽或部分折叠的pr结合，加速折叠和组装成天然构象的进程。基质引导信号hsp70胞质溶胶线粒体外膜线粒体内膜受体蛋白蛋白酶切除信号肽线粒体hsp70接触位点跨双层膜的蛋白质通道（四）蛋白质合成所需能量：在合成1个肽键的过程中：氨基酸活化：2个GTP肽链延长：

1个GTP肽链移位：

1个GTP

共计：4个GTP×7.3=29.2Kcal/mol而1mol肽键水解，释放-5Kcal/mol;∴肽键合成标准自由能变化-24.2Kcal/mol。反应不可逆。能量的消耗保证了翻译的准确性。（五）活性肽合成的特征：活性肽：在生物体内具特殊生物学功能的多肽。如：许多激素、催产素、加压素、舒缓激肽等。合成：是从非活性的pr前体经特殊酶加工而成。步骤：1、在内质网合成：由信号肽引入内质网腔，信号肽由信号肽酶水解，有特殊位点。2、在高尔基体上进行选择性酶促加工：修饰或调整，将无活性的激素原前体加工成活性肽。作业1.能直接生成游离氨的氨基酸脱氨基方式有哪些?2.什么是密码子?遗传密码的特点?3.总结原核生物的蛋白质合成第十三章

蛋白质代谢(二)蛋白质的生物合成主要内容遗传密码核糖体转移RNA的功能蛋白质生物合成的机制真核生物与原核生物蛋白质合成的差异蛋白质合成后加工蛋白质生物合成下一页上一页DNA将其遗传信息转移到mRNA，再由mRNA将这种遗传信息表达为蛋白质中氨基酸顺序的过程叫做翻译。蛋白质合成的必要条件：

20种氨基酸,mRNA、tRNA、核蛋白体、酶和蛋白因子、无机离子、ATP、GTP合成方向：N→C端一、信使RNA和遗传密码mRNA与遗传信息的传递遗传密码的破译遗传密码的特性

(一）mRNA与遗传信息的传递

蛋白质合成的信息来自于DNA，合成的模板是mRNA上一页

蛋白质的合成是在核糖体上进行的，而遗传信息载体DNA存在于核中，必然有一种中间物来传递DNA上的信息。推测这种中间物极不稳定，在蛋白质合成时产生，合成结束后又分解，半寿期很短。后来科学家用实验证明这种中间物就是mRNA。节首章首

(一）mRNA与遗传信息的传递

上一页

1954年,物理学家GamouvG首先对遗传密码进行探讨。他认为核酸分子中只有四种碱基，显然碱基与氨基酸的关系不是一对一的关系。若两个碱基决定一个氨基酸只能编码16种氨基酸，也是不够的；而三个碱基对一个氨基酸，四个碱基可产生64个密码，足以编码20种氨基酸，所以编码氨基酸的最低碱基数是3，即密码子可能是三联体。mRNA上的三个核苷酸决定一个氨基酸节首

(一）mRNA与遗传信息的传递

上一页

1961年，CrickFHC等人用遗传学的方法证明了三联密码子的学说是正确的。

遗传学上把由于密码移位而造成的突变称为移码突变在E.coli的T4DNA上的一个基因缺失（或增加）一个或二个核苷酸会造成缺失（或增加）部位以后的全部氨基酸误译。若同时缺失（或增加）三个核苷酸，前后核苷酸表达仍和正常一样。必须假设密码子是三联体才能完满地解释以上这些实验结果。节首

(一）mRNA与遗传信息的传递

上一页

生物化学上的证据烟草坏死卫星病毒中有一分子RNA可编码外壳蛋白的一个亚基，此RNA由1200个核苷酸组成，而此亚基由400个氨基酸组成，也由此证明三个核苷酸决定一个氨基酸节首上一页(二)遗传密码的破译

遗传密码的概念：mRNA上的核苷酸顺序与蛋白质中的氨基酸之间的对应关系称为遗传密码。mRNA上每三个连续核苷酸对应一个氨基酸，这三个核苷酸就称为一个密码子，或三联体密码（tripletcodons）。以下是三个不同的证明遗传密码是mRNA上3个连续的核苷酸残基构成的实验。

1961年，Nirenberg

等人用大肠杆菌的无细胞体系在各种RNA的人工模板下合成多肽，从而推断出各氨基酸的密码子，后来他与Khorana以及霍利分享了1968年诺贝尔生理学奖。节首上一页(二)遗传密码破译的三个实验第一个实验是1961年由美国的M.Nirenberg等人完成的。他首先利用多核苷酸磷酸化酶合成了一条由相同核苷酸组成的多核苷酸链,用它作模板,利用大肠杆菌细胞提取液和GTP在体外合成蛋白质。发现多聚(U)导致多聚Phe的合成,表明多聚(U)编码多聚Phe；类似的实验表明,多聚(A)编码多聚Lys；多聚(C)编码多聚Pro(下图A)。第二个实验（核糖体结合技术）是1964年也是由美国的M.Nirenberg等人完成的。他们首先合成一个已知序列的核苷酸三聚体，然后与大肠杆菌核糖体和氨酰tRNA一起温育。由此确定与已知核苷酸三聚体结合的tRNA上连接的是那一种氨基酸。该实验对于几种密码编码同一个氨基酸提供了直接的、最好的证据（下图B）。节首上一页第三个实验是由Jones,Khorana等人完成的。他们利用有机化学和酶法制备了已知的核苷酸重复序列，以此多聚核苷酸作模板，在体外进行蛋白质合成，发现可以生成三种重复的多肽链（下图C）。若从A翻译，则合成出多聚Ile，即AUC对应Ile；若从U翻译，则合成出多聚Ser，即UCA对应Ser；若从C翻译，则合成出多聚His，即CAU对应His。这是因为体外合成是无调控的合成，可以随机地从A、或U、或C翻译，所以有三种重复的多肽链生成。(二)遗传密码破译的三个实验节首上一页(二)遗传密码破译的三个实验节首1966年，Nirenberg和Khorana

全部遗传密码字典64个密码子61个负责20种氨基酸翻译，1个起始密码子(AUG和GUG)3个终止密码子Nirenberg

和Khorana

1968年诺贝尔奖

(三)遗传密码的特点

⑴密码子的方向性

密码子(mRNA上由三个相邻的核苷酸组成一个密码子，代表肽链合成中的某种氨基酸或合成的起始与终止信号。)

的阅读方向及它们在mRNA由起始信号到终止信号的排列方向均为5-3’，与mRNA链合成时延伸方向相同。

⑵密码子的简并性

64-3=61个代表20种氨基酸，仅甲硫氨酸、色氨酸只有一个密码子。一个氨基酸可以有几个不同的密码子，编码同一个氨基酸的一组密码子称为同义密码子。这种现象称为密码子的简并性。

⑶密码子的连续性（读码）（无标点、无重叠）

从正确起点开始至终止信号，密码子的排列是连续的。既不存在间隔（无标点），也无重叠。在mRNA分子上插入或删去一个碱基，会使该点以后的读码发生错误，称为移码，由这种情况引起的突变称为移码突变。

⑷密码子的基本通用性（近于完全通用）对于高等、低等生物都适用.有例外：真核生物线粒体DNA。一些原核生物中利用终止密码翻译AA（UGA-Trp(色)\硒代半胱氨酸）3‘起始密码子5‘⑸起始密码子和终止密码子64种密码子中，AUG为甲硫氨酸的密码子，又是肽链合成的起始密码子，UAA，UAG，UGA为终止密码子，不编码任何氨基酸，而成为肽链合成的终止部位（无义密码子）。⑹密码子的摆动性（变偶性）如丙氨酸：GCU，GCC，GCA，GCG，只第三位不同，显然密码子的专一性基本取决于前两位碱基，第三位碱基有较大灵活性。发现tRNA上的反密码子与mRNA上的密码子配对时，密码子的第一位、第二位碱基配对是严格的，第三位碱基可以有一定变动，这种现象称为密码的摆动性或变偶性（wobble）。IA、U、C配对。二、核糖体核糖体是蛋白质合成的工厂。（一）核糖体的组成和结构：1、组成：

60-65%rRNA，

30-35%蛋白质。2、结构：

球形颗粒，由大小二个亚基组成。

电镜下的核糖体大小亚基原核与真核核糖体的主要区别原核真核直径大小18nm,70S20-22nm,80S细胞质中部位与mRNA结合

与内质网结合、线粒体、叶绿体数量/细胞

15000106-107（二）核糖体的功能：1、16SrRNA对识别mRNA上肽链起始位点起重要作用。2、参与肽链的启动、延长、终止、移动等核糖体大亚基X-衍射图3、功能位点：1）mRNA结合位点：大小亚基的结合面上，为蛋白质合成处。2）P位点：肽酰-tRNA结合位点，起始-tRNA和肽酰基-tRNA结合位点。3）A位点：氨酰-tRNA结合位点。三、转移RNA的

功能(一）结构：二级结构：三叶草；三级结构：倒“L”。（二）与蛋白质合成有关的位点：1、反密码子位点：由密码子环下方的3个碱基组成，与mRNA上密码子的碱基互补。2、3’末端的CCA序列：为aa接受位点，aa共价结合到A残基上。3、识别aa-tRNA合成酶的位点：4、核糖体识别位点。反密码子反密码子环合成酶aa位点可变环D臂Tψ环Tψ臂（三）功能1、有携带aa的功能；具倒L型三级结构的tRNA在ATP和酶作用下，可与特定aa结合。2、有接头作用：

氨酰-tRNA凭借自身的反密码子，依靠核糖体的特定位点识别mRNA的密码子并以碱基配对方式与之结合的作用。

将aa带到肽链的一定位置。3、近年的研究1）第二遗传密码系统的破译：

第二遗传密码系统：

①将tRNA分子上的某个碱基或bp可决定tRNA携带专一aa的作用；②aa-tRNA合成酶和tRNA之间的相互作用称为~。由此认为：tRNA也储存遗传密码，

如：Lys-tRNA的aa接受臂上的

G3·G70→G3·U70取代时，可接受Ala(丙)tRNA中的识别碱基2、人工合成的小螺旋结构可携带aa由此说明：

tRNA携带aa

并不一定需要完整的分子结构。四、蛋白质生物合成的分子机制概念：mRNA解读方向：

5’→3’肽链延伸方向：

从N端向C端进行。5’3’N端C端过程：(1)aa的激活；(2)肽链合成的启动；(3)肽链延长；(4)肽链合成终止释放；(5)肽链折叠和加工。（一）氨基酸的活化（氨酰-tRNA的合成）aa-tRNA合成酶：具高度专一性，表现在：

1）对aa；

2）对tRNA，从而保证了pr合成的忠实性。aa-tRNA合成酶反应过程：分两步，在细胞质中完成：

1）aa-AMP-E复合物形成：需Mg2+、Mn2+

；

2）aa从aa-AMP-E转移到相应的tRNA上：E+E--E表示：如：用于起始的第一个aa为N-甲酰甲硫氨酸（fMet），

起始用的氨酰-tRNA表示为：

fMet-tRNAfMet

也可简写成：

fMet-tRNA氨酰-tRNA的合成（二）在核糖体上合成肽链以E.coil为例1、肽链合成的起始（initiation)：1)起始所需材料：

核糖体30S亚基、50S亚基；带起始密码的mRNA；

fMet-tRNAfMet

；

起始因子（IF1、IF2、IF3）；

2个GTP；

Mg2+

。通常在起始密码上游有SD序列（富含嘌呤），有利于与16SrRNA互补，有利于mRNA与rRNA的结合。故又称核蛋白结合位点（ribosomalbindingsiteRBS)

①SD序列：②原核细胞合成pr都从fMet开始；

由细胞内甲酰化酶催化Metα-NH2甲酰化，③起始因子（initiationfactors,IF)：IF3

：阻止30S亚基与50S亚基结合；IF2

：具GTP水解酶的作用；IF1

：协调IF2、IF3离开小亚基。2）起始过程：①大小亚基分开；②形成复合物；30S·mRNA·IF3③形成30S起始复合物④形成有生物学功能的70S起始复合物。此时空着的A位点准备接受下一个aa-tRNA。2、肽链延伸（elongation)：所需组分：

70S起始复合物

aa2-tRNA2

转肽酶（肽酰转移酶peptidyl

transferase）

延伸因子：EF-Tu、EF-Ts

移位因子（移位酶，G因子）

2个GTPMg2+反应分三步：1）进入A位点：

Tu-GTP与aa2-tRNA2结合成复合物，aa2-tRNA2与A位点上mRNA密码子结合，重新生成Tu-GTP。除fMet-tRNAfMet外，所有aa-tRNA进入A位点都需先与Tu-GTP结合。延长因子(elongationfactor,EF-T）的循环2）肽键形成：P位点上fMet与

tRNA脱离，在转肽酶作用下，其羧基与A位上的aa2-tRNA2的氨基形