第十四章 蛋白质的生物合成

第十四章蛋白质的生物合成第1页，共49页，2023年，2月20日，星期四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。第2页，共49页，2023年，2月20日，星期四遗传信息流动示意图核糖体DNAmRNAtRNA第3页，共49页，2023年，2月20日，星期四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第4页，共49页，2023年，2月20日，星期四二、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、辅助因子第5页，共49页，2023年，2月20日，星期四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的比较第6页，共49页，2023年，2月20日，星期四遗传密码

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。遗传密码字典第7页，共49页，2023年，2月20日，星期四三联体密码的破译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第8页，共49页，2023年，2月20日，星期四缺失或插入核苷酸引起三联体密码的改变CATCATCATCATCATCATCATCACATCATCATCATCCATCACAXTCATCATCATCAXTXCATXCATCATCAT-1-1,+1+3第9页，共49页，2023年，2月20日，星期四以均聚物为模板指导多肽的合成PolyU为模板，产生的多肽链为PolyPhePolyA为模板，产生的多肽链为PolyLysPolyC为模板，产生的多肽链为PolyPro第10页，共49页，2023年，2月20日，星期四以特定的共聚物为模板指导多肽的合成

（1）以多聚二核苷酸作模板可合成由2个氨基酸组成的多肽,如以PolyUG为模板，合成产物为PolyLys-Val。（2）以多聚三核苷酸作为模板，可得三种氨基酸组成的多肽。第11页，共49页，2023年，2月20日，星期四核糖体结合技术技术要点：保温

硝酸纤维滤膜过滤分析留在滤膜上的核糖体-AAtRNA

确定与核糖体结合的AA以人工合成的三核苷酸为模板+核糖体+AA-tRNA第12页，共49页，2023年，2月20日，星期四遗传密码字典UACGUCAGUCAG第二位第一位（5ˊ）第三位（3ˊ）UCAGUCAGUCAG第13页，共49页，2023年，2月20日，星期四遗传密码的性质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。

第14页，共49页，2023年，2月20日，星期四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第15页，共49页，2023年，2月20日，星期四1966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。第16页，共49页，2023年，2月20日，星期四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编码第17页，共49页，2023年，2月20日，星期四原核细胞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。第18页，共49页，2023年，2月20日，星期四真核细胞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第19页，共49页，2023年，2月20日，星期四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第20页，共49页，2023年，2月20日，星期四密码子与反密码子的配对关系反密码子tRNA53AUC5mRNA3密码子123第21页，共49页，2023年，2月20日，星期四基因间的校正突变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第22页，共49页，2023年，2月20日，星期四核糖体核糖体是由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第23页，共49页，2023年，2月20日，星期四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第24页，共49页，2023年，2月20日，星期四原核细胞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第25页，共49页，2023年，2月20日，星期四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IF1IF2eIF2参与起始复合物的形成IF3eIF3、eIF4C起始CBPI与mRNA帽子结合eIF4ABF参与寻找第一个AUGeIF5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-TueEF1协助氨酰-tRNA进入核糖体延长EF-TseEF1帮助EF-Tu、eEF1周转EF-GeEF2移位因子RF-1终止eRF释放完整的肽链RF-2第26页，共49页，2023年，2月20日，星期四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过程四、真核生物多肽链的合成三、多核糖体与核糖体循环第27页，共49页，2023年，2月20日，星期四氨基酸的活化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第28页，共49页，2023年，2月20日，星期四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转甲酰酶第29页，共49页，2023年，2月20日，星期四氨酰-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。第30页，共49页，2023年，2月20日，星期四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第31页，共49页，2023年，2月20日，星期四肽链合成的起始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起始复合物第32页，共49页，2023年，2月20日，星期四某些原核生物mRNA中蛋白质合成起始区的序列第33页，共49页，2023年，2月20日，星期四肽链的延长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）

第34页，共49页，2023年，2月20日，星期四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第35页，共49页，2023年，2月20日，星期四肽键的形成第36页，共49页，2023年，2月20日，星期四Tu\Ts循环TsTs-GDP第37页，共49页，2023年，2月20日，星期四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核糖体循环第38页，共49页，2023年，2月20日，星期四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。第39页，共49页，2023年，2月20日，星期四

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。第40页，共49页，2023年，2月20日，星期四1、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：胰岛素原的加工第41页，共49页，2023年，2月20日，星期四胰岛素原的加工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