第十五章蛋白质的生物合成

第十五章蛋白质的生物合成第1页，共38页，2023年，2月20日，星期二主要内容遗传密码核糖体蛋白质的生物合成第2页，共38页，2023年，2月20日，星期二15.0概述生物遗传信息以DNA碱基顺序形式储存在细胞之中，而最终以蛋白质的形式表现出来！转录：生物遗传信息从DNA传递给mRNA的过程；翻译：根据mRNA链上的遗传信息合成蛋白质的过程。遗传信息表达基因：DNA分子中含有特定遗传信息的核苷酸序列，是遗传物质的最小功能单位。人类所有的基因都排列在染色体上。第3页，共38页，2023年，2月20日，星期二15.1蛋白质合成体系蛋白质合成的原料是氨基酸合成过程需要多种酶、辅助因子、蛋白质、RNA等的参与。原核与真核生物翻译过程类似，翻译是耗能过程（ATP和GTP），速度很快。第4页，共38页，2023年，2月20日，星期二一、mRNA（遗传密码（geneticcode））遗传密码（geneticcode):是指mRNA中对应于氨基酸的核苷酸序列。密码子（codon）：mRNA上3个相邻的核苷酸序列作为一个密码单位，称密码子。1965年编写出了一张遗传密码表，密码子的阅读方向5ˊ→3ˊ第5页，共38页，2023年，2月20日，星期二第6页，共38页，2023年，2月20日，星期二第7页，共38页，2023年，2月20日，星期二密码子的推测方法：多核苷酸磷酸化酶法、核糖体结合技术。密码子：64种，其中AUG是Met的密码，也是“起始”密码。UAA、UAG、UGA是终止密码，其他61种编码Aa。第8页，共38页，2023年，2月20日，星期二遗传密码的基本特点1.密码无标点、不重叠2.密码具有简并性（degeneracy，意义？）[Trp和Met无兼并性]

3.密码具有摆动性（wobble）[密码子的第一、二位碱基严格按照碱基配对原则进行，而第三位不很严格]4.密码具有通用性(所有生物都用一套遗传密码，但也有意外，selenocystein（称硒代半胱氨酸（编码UGA）[第21种氨基酸]5.原核生物和真核生物的mRNA具有共性，但略有差别原核：可为功能相关的几种蛋白质编码；真核：通常只为一种多肽编码；无论谁，密码子的阅读都从5-3第9页，共38页，2023年，2月20日，星期二1966年Crick提出的摆动假说（wobblehypothesis）

I-次黄嘌呤第10页，共38页，2023年，2月20日，星期二二、核糖体（ribosome）（一）核糖体是蛋白质合成的部分研究方法：放射性标记的Aa放射性标记的Aa大部分集中在核糖体上。第11页，共38页，2023年，2月20日，星期二

（二）核糖体的组成和结构原核生物核糖体

70S50S30S5SrRNA，23SrRNA34种蛋白质16SrRNA21种蛋白质核糖体是细胞质里的一种球状小颗粒，原核生物直径约为18nm，颗粒相对分子质量2.8×106，沉降系数70S第12页，共38页，2023年，2月20日，星期二真核生物核糖体

80S60S40S5SrRNA，5.8SrRNA，28SrRNA49种蛋白质18SrRNA33种蛋白质第13页，共38页，2023年，2月20日，星期二（三）核糖体的功能参与多肽链合成的启动、延长、终止和“移动”。P位点(肽酰结合位)：大部分位于小亚基，用于接受新合成的肽链。A位点(氨酰接受位点)：大部分位于大亚基，用于接受新的氨基酸。第14页，共38页，2023年，2月20日，星期二三、转移RNA的功能tRNA上与蛋白质合成有关的位点（1）3′端Aa接受臂；（2）氨酰-tRNA合成酶识别位点；（3）核糖体识别位点；（4）反密码子位点。第15页，共38页，2023年，2月20日，星期二三叶型二级结构2）第16页，共38页，2023年，2月20日，星期二第17页，共38页，2023年，2月20日，星期二第二套密码系统第二套密码系统包括：tRNA中的某些碱基决定携带Aa的专一性。氨酰-tRNA合成酶对Aa和tRNA都有专一性的要求。tRNA携带专一性Aa并不需要完整的结构。第18页，共38页，2023年，2月20日，星期二四、蛋白质生物合成的分子机制蛋白质生物合成的方向：N端→C端mRNA的翻译方向：5ˊ→3ˊ

蛋白质合成除需要Aa外，还需要ATP、GTP，一系列酶和许多辅助因子。翻译比DNA复制和转录更为复杂。第19页，共38页，2023年，2月20日，星期二蛋白质生物合成的过程

（原核生物为例）

氨基酸活化肽链合成的起始肽链延长肽链的终止和释放肽链合成后的折叠和加工第20页，共38页，2023年，2月20日，星期二蛋白质合成过程中的主要问题：（1）tRNA对氨基酸的识别、结合和活化（合成前准备）

氨基酸在氨基酰-tRNA合成酶的作用下，活化成氨基酰-tRNA(氨基酸是以高能酯键与tRNA氨基酸壁的3´-OH相连)氨基酰-AMP+tRNA氨基酰-tRNA+AMP氨基酰-tRNA合成酶氨基酸+ATP+H2O氨基酰-AMP+PPi氨基酰-tRNA合成酶每一种氨基酸至少有一种对应的氨基酰-tRNA合成酶，每一种酶只能识别一种相应的tRNA两步（活化羧基）第21页，共38页，2023年，2月20日，星期二氨基酰-tRNA活性酯键第22页，共38页，2023年，2月20日，星期二（2）氨基酰-tRNA在mRNA模板指导下组装成蛋白质起始氨基酸和起始tRNA

肽链的延伸肽链合成的终止肽链合成后的加工类似于多肽的固相合成第23页，共38页，2023年，2月20日，星期二起始信号密码子：甲硫氨酸的密码子（AUG）和缬氨酸的密码子（GUU）（极少出现）

与甲硫氨酸结合的tRNA，在真核生物中至少有两种：tRNAimet和tRNAemet；原核生物的起始密码只能辨认甲酰化的甲硫氨酸，即N-甲酰甲硫氨酸（fMet）。①起始氨基酸和起始tRNA第24页，共38页，2023年，2月20日，星期二第25页，共38页，2023年，2月20日，星期二fMet-tRNAfAA～tRNA起始复合物的形成∶第26页，共38页，2023年，2月20日，星期二细胞内有2种可携带Met的tRNA，它们都识别同样的AUG密码子，但它们的一级结构和功能不同。（1）tRNAfMet带上Met后能甲酰化，是起始tRNA，用于肽链合成的起始。（2）tRNAmMet带上Met后不能甲酰化，用于肽链的内部，在肽链延伸中起作用。第27页，共38页，2023年，2月20日，星期二

②

肽链的延伸∶ 此阶段包括氨基酰-tRNA的进入、肽键的形成和核糖体的移位三个步骤。

这三步每重复一次，肽链上就增加一个氨基酸，直到mRNA上的终止密码出现在核糖体的A位时为止。第28页，共38页，2023年，2月20日，星期二多肽的合成过程2.新的合适的氨基酸-tRNA插入A位1.识别起始符，P位安插甲硫氨酸-tRNA第29页，共38页，2023年，2月20日，星期二3.P位上的氨基酸以肽键连接至A位氨基酸上；4.核糖体延mRNA

5`→3`移动，空tRNA从P位脱落，肽-tRNA被动至P位；5`→3`肽键PA第30页，共38页，2023年，2月20日，星期二5.重复2、3、4步5`→3`PA第31页，共38页，2023年，2月20日，星期二6.识别终止码，各自分离。第32页，共38页，2023年，2月20日，星期二第33页，共38页，2023年，2月20日，星期二③

肽链合成的终止∶

肽链的合成过程同时也是核糖体沿mRNA5´→3´方向移动，并翻译mRNA上密码子的过程。当核糖体移到终止密码时，没有相应终止密码的氨基酰-tRNA可以进入A位，肽链合成停止。 有三种终止因子(RF1、RF2、RF3)参与终止步骤。

RF1∶识别终止密码UAG、UAA；

RF2∶识别UAA、UGA；

RF3∶促进RF1、RF2的识别。

第34页，共38页，2023年，2月20日，星期二肽链的终止与释放释放因子（releasefactorRF）能识别终止密码子与终止密码子结合。UAARF1orRF2RF-1：识别UAA和UAGRF-2：识别UAA和UGARF-3：RF-3和GTP形成复合物，是一种GTP结合蛋白，可促进核糖体与RF-1和RF-2的结合。

第35页，共38页，2023年，2月20日，星期二第36页，共38页，2023年，2月20日，星期二三、肽链合成后的“加工处理”1.N末端的加