III第十二章蛋白质生物合成

第十二章蛋白质的生物合成

中心法则指出，遗传信息的表达最终是合成出具有特定氨基酸顺序的蛋白质，这种以mRNA上所携带的遗传信息,到多肽链上所携带的遗传信息的传递，就好象以一种语言翻译成另一种语言时的情形相似，所以称以mRNA为模板的蛋白质合成过程为翻译(translation)。

翻译过程十分复杂，需要mRNA、tRNA、rRNA和多种蛋白因子参与。在此过程中mRNA为合成的模板，tRNA为运输氨基酸工具，rRNA和蛋白质构成核糖体，是合成蛋白质的场所，蛋白质合成的方向为N—C端。思考返回当前1页，总共49页。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。当前2页，总共49页。遗传信息流动示意图核糖体DNAmRNAtRNA当前3页，总共49页。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折叠与加工第四节蛋白质定位当前4页，总共49页。二、tRNA蛋白质合成体系的组分三、核糖体第一节蛋白质合成体系

一、mRNA和遗传密码四、辅助因子当前5页，总共49页。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的比较当前6页，总共49页。遗传密码

三联体密码的破译遗传密码的性质

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。遗传密码字典当前7页，总共49页。三联体密码的破译1954年Gamov确认核酸分子中三个碱基决定一个氨基酸

1961年Crick等用遗传学方法也证实三联体密码子学说是正确的Nirenberg以均聚物共聚物为模板指导多肽的合成,寻找到了破译遗传密码的途径

Khorana以共聚物指导多肽的合成，加快了破译遗传密码的步伐当前8页，总共49页。遗传密码字典UACGUCAGUCAG第二位

第一位（5ˊ）

第三位（3ˊ）UCAGUCAGUCAG当前9页，总共49页。遗传密码的性质1、密码是无标点符号的且相邻密码子互不重叠。

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性（dogeneracy），对应于同一氨基酸的密码子称为同义密码子(Synonymouscodon)。密码的简并性可以减少有害突变。

3、密码的摆动性（变偶性）：密码的专一性主要是由第一第二个碱基所决定，tRNA上的反密码子与mRNA密码子配对时，密码子的第一、二位碱基是严格的，第三位碱基可以有一定的变动。Crick称这一为变偶性（wobble）.4、密码的通用性和变异性

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。

当前10页，总共49页。反密码子与密码子之间的碱基配对AUCG反密码子第一位碱基密码子第三位碱基GUCUAGIUCA当前11页，总共49页。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。当前12页，总共49页。人线粒体中变异的密码子UGA终止信号TrpAUAIleMetAGAArg终止信号AGGArg终止信号密码子正常情况下编码线粒体DNA编码当前13页，总共49页。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。当前14页，总共49页。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当前15页，总共49页。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，还为准确无误地将活化的氨基酸运送到核糖体中mRNA模板上。1、tRNA的结构特征2、tRNA的功能（1）tRNA的接头(adaptor)作用

3´-端上的氨基酸接受位点

识别氨酰-tRNA合成酶的位点

核糖体识别位点

反密码子位点（2）tRNA的突变与校正基因

(回复突变，reversemutation)

tRNA当前16页，总共49页。密码子与反密码子的配对关系反密码子tRNA53AUC5mRNA3密码子123当前17页，总共49页。基因间的校正突变GluH2NCOOH

第一个突变：由于DNA突变使mRNA分子中GAG变为UAGGAG(Glu)UAG（终止密码）H2NCOOHTyrH2NCOOH

第二个突变：tRNATyr的反密码子GUA突变成CUA突变tRNATyr可以将终止密码UAG读作Tyr3-A-U-C-55-U-A-G-3突变tRNATyr

的反密码子（正常时应为3-A-U-G-5）此终止密码被读作Tyr当前18页，总共49页。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，蛋白质肽键的合成就是在这种核糖体上进行的。2、核糖体的功能1、核糖体的结构和组成当前19页，总共49页。核糖体的组成原核生物核糖体的组成34protein21protein23SRNA5SRNA16SRNA50Ssubunit70Sribosome30Ssubunit原核生物核糖体结构示意图30Ssubunit50Ssubunit当前20页，总共49页。原核细胞70S核糖体的A位、P位及mRNA结合部位示意图anticodoncodon30S与mRNA结合部位P位（结合或接受肽基的部位）A位（结合或接受AA-tRNA的部位）50S53mRNA当前21页，总共49页。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当前22页，总共49页。第二节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程四、真核生物多肽链的合成三、多核糖体与核糖体循环当前23页，总共49页。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-tRNA当前24页，总共49页。N-甲酰甲硫氨酰-tRNAiMet的形成CHO-HN-CH-COO-tRNACH2CH2SCOO-

+H2N-CH-COO-tRNACH2CH2SCOO-Met-tRNAiMetfMet-tRNAtMetN10-CHO-FH4FH4转甲酰酶当前25页，总共49页。氨酰-tRNA合成酶特点

a、专一性：

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。

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。当前26页，总共49页。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当前27页，总共49页。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-fMet-tRNAIF350S亚基IF2+IF1+GDP+PiIF-1IF170S起始复合物当前28页，总共49页。某些原核生物mRNA中蛋白质合成起始区的序列当前29页，总共49页。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）

当前30页，总共49页。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当前31页，总共49页。肽键的形成当前32页，总共49页。Tu\Ts循环TsTs-GDP当前33页，总共49页。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核糖体循环当前34页，总共49页。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。当前35页，总共49页。

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）分子伴侣肽链的折叠

Lasky于1978年首先提出分子伴侣（mulecularchaperone）的概念，这是一类在细胞内能帮助新生肽链正确折叠与装配组装成为成熟蛋白质，但其本身并不构成被介导的蛋白质组成部分的一类蛋白因子，在原核生物和真核生物中广泛存在。当前36页，总共49页。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5、个别氨基酸的修饰6、糖基侧链的添加7、辅基的加入蛋白质的加工修饰实例：胰岛素原的加工当前37页，总共49页。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当前38页，总共49页。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´当前39页，总共49页。第四节蛋白质定位1、分泌蛋白

●

信号肽假说简图

●分泌蛋白质的合成和胞吐作用2、线粒体与叶绿体蛋白

●蛋白质向线粒体的定位机制当前40页，总共49页。信号肽假说简图3ˊ5ˊSRP循环mRNA内质网膜内质网腔信号肽酶信号肽当前41页，总共49页。

一些真核细胞多肽链上N-端的信号肽的结构

当前42页，总共49页。分泌蛋白质的合成和胞吐作用内质网高尔基体泡泡泡融入质膜核糖体芽泡当前43页，总共49页。线粒体外膜线粒体内膜带有导肽的线粒体蛋白质前体跨膜运送过程示意图内外膜接触位点的蛋白质通道线粒体hsp70受体蛋白hsp70导肽蛋白酶切除导肽当前44页，总共49页。问答题1、试述遗传中心法则的主要内容。2、遗传密码如何编码？简述其基本特点。3、mRNA、tRNA、rRNA在蛋白质生物合成中各具什么作用？4、肽链合成后的加工处理主要有哪些方式？5、试比较下列生物分子结构单元的激活机制：蛋白质脂肪酸多糖

名词解释中心法则遗传密码