蛋白质生物合成

蛋白质生物合成第一页，共四十三页，编辑于2023年，星期一AGCCTGUCGGACSerAspSer第二页，共四十三页，编辑于2023年，星期一一蛋白质合成体系的重要组分mRNA和遗传密码tRNArRNA和核糖体参与合成的蛋白因子第三页，共四十三页，编辑于2023年，星期一（一）、mRNA和遗传密码子mRNA由DNA经转录合成，携带着DNA的遗传信息，然后作为模板通过翻译将遗传信息传递给蛋白质，即由它直接决定多肽链中AA的顺序。所以mRNA为模板的蛋白质合成过程被称为翻译或转译。mRNA分子中四种不同碱基（A、G、C和U）构成特定顺序决定蛋白质分子中20种AA所构成的序列。大量实验证明mRNA上相邻三个碱基编码一种AA，因而被称为碱基三联体或密码子。四种核苷酸，能有43=64组密码子1966年已经完全查清了20种基本氨基酸所对应的61个密码子。其中有一个密码子也作为肽链合成的起始密码子,另外还有三个终止密码子。第四页，共四十三页，编辑于2023年，星期一

遗传密码阅读方向为5‘-3’第五页，共四十三页，编辑于2023年，星期一

遗传密码的特点

⑴密码子的方向性

密码子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。

第六页，共四十三页，编辑于2023年，星期一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，只有一个例外：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\硒代半胱氨酸）3‘起始密码子5‘第七页，共四十三页，编辑于2023年，星期一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。第八页，共四十三页，编辑于2023年，星期一（二）、tRNA:在蛋白质合成中，起着运载氨基酸的作用，按照mRNA链上的密码子所决定的氨基酸顺序将氨基酸转运到核糖体的特定部位。反密码子

tRNA分子上三个特定的碱基组成一个反密码子，位于反密码子环上。

同功受体tRNA:一种氨基酸可以有一种以上tRNA作为运载工具。把携带相同氨基酸而反密码子不同的一组tRNA称为同功受体tRNA第九页，共四十三页，编辑于2023年，星期一tRNA有两个关键部位：

⑴3’端CCA：接受氨基酸，形成氨酰-tRNA。需ATP提供活化氨基酸所需的能量。

⑵与mRNA结合部位—反密码子部位（tRNA的接头作用）

3’5’ICCA-OH5’3’CCA-OHGGCCCG密码子与反密码子的阅读方向均为5‘3’，两者反向平行配对。tRNA凭借自身的反密码子与mRNA链上的密码子相识别，把所带氨基酸放到肽链的一定位置。第十页，共四十三页，编辑于2023年，星期一（三）、rRNA及核糖体

核糖体是由几十种蛋白质和几种rRNA组成的亚细胞颗粒,其中蛋白质与rRNA的重量比约为1:2。核糖体是蛋白质合成的场所。

第十一页，共四十三页，编辑于2023年，星期一1.不同来源核糖体的大小和RNA组成原核生物核糖体（S)亚基（S)rRNA(S)真核生物806040285.851850703023516第十二页，共四十三页，编辑于2023年，星期一

大肠杆菌中30S的亚基能单独与mRNA结合成30S核糖体-mRNA复合体，后者与tRNA可以专一性结合。50S亚基不能单独与mRNA结合，但可以非专一地与tRNA结合，50S亚基上有两个tRNA结合位点：氨酰基位点-A；肽酰基位点-P。还有一个GTP结合位点。第十三页，共四十三页，编辑于2023年，星期一2.核糖体存在两个重要的tRNA的结合部位（大肠杆菌）P位和A位，二者紧密连接，各占一个密码子的距离。P：结合起始的氨酰-tRNA和肽基-tRNA，A：结合新掺入的氨酰-tRNA。P位上肽酰-tRNA上的羧基与进入A位的氨酰-tRNA上的氨基形成新的肽键P位上tRNA卸下肽链成为无负载的tRNA核糖体移动一个密码子的距离，A位上的肽酰-tRNA又回到P位，A位又空，再进行下一次循环。PA5’3’第十四页，共四十三页，编辑于2023年，星期一（四）、参与蛋白质合成的辅助因子（大肠杆菌）1、需GTP、ATP、Mg2+等参与

IF1:协助IF2、IF3起作用2、起始因子IF2:促进氨酰-tRNA结合在起始密码子上IF3:促进小亚基与mRNA结合（起始因子协助起始复合物的形成）

真核生物为eIF(13种）

EF-Tu:热不稳定，将氨酰-tRNA结合在核糖体A位点3、延长因子EF-Ts:热稳定，重新生成EF-Tu-GTP

（促进肽链延长）EF-G:依赖于GTP，又称移位因子真核EF1、EF2两种第十五页，共四十三页，编辑于2023年，星期一RF1：识别终止密码子UAA和UAG4.终止释放因子

RF2：识别终止密码子UAA和UGARF3：刺激RF1和RF2活性，协助肽链的释放真核生物为eRF一种第十六页，共四十三页，编辑于2023年，星期一二蛋白质的合成过程

（大肠杆菌）氨基酸的活化肽链合成的起始肽链的延伸肽链合成的终止与释放第十七页，共四十三页，编辑于2023年，星期一(一)、氨基酸的活化氨基酸在掺入肽链前必须活化，在胞液中进行。氨基酸的活化是指各种参加蛋白质合成的AA与携带它的相应的tRNA结合成氨酰-tRNA的过程。活化反应在氨酰-tRNA合成酶的催化下进行。活化反应分两步进行：第十八页，共四十三页，编辑于2023年，星期一1、活化：AA-AMP-E复合物的形成E-CR1-C-O

~P-O-CH2=

O

OH-O腺嘌呤

OH

OH

ONH2AA+ATP+EAA-AMP-E+PPiMg2+Mn2+2、转移AA-AMP-E+tRNA氨酰-tRNA+AMP+EPPPCCA高能酸苷键OC-C-ROHNH3+OH2-OH连接AA，影响下一步肽键形成第十九页，共四十三页，编辑于2023年，星期一氨基酸活化的总反应式是：

氨基酸+ATP+tRNA+H2O氨酰-tRNA+AMP+PPi20种氨基酸中每一种都有各自特异的氨酰-tRNA合成酶。氨酰-tRNA合成酶具有高度的专一性，它既能识别相应的氨基酸（L-构型），又能识别与此氨基酸相对应的一个或多个tRNA分子；即使AA识别出现错误，此酶具有水解功能，可以将其水解掉。这种高度的专一性保证了氨基酸与其特定的tRNA准确匹配，从而使蛋白质的合成具有一定的保真性。(P525-527)氨酰-tRNA合成酶

tRNAIle——携带Ile的tRNA

Ile-tRNAIle——异亮氨酰-tRNAIle第二十页，共四十三页，编辑于2023年，星期一tRNA与多肽合成的有关位点

3’端-CCA上AA接受位点识别氨酰-tRNA合成酶位点核糖体识别位点反密码子位点（识别mRNA上的密码子）第二十一页，共四十三页，编辑于2023年，星期一(二)、肽链合成的起始起始密码子的识别：（30S复合物形成）

起始AUG一般位于距5‘端25个核苷酸以后，并在其上游（5’端）约10个核苷酸处有一段富含嘌呤的序列（SD序列），原核生物核糖体30S小亚基上的16SrRNA3’端富含嘧啶的序列能与之互补配对，这样30S亚基能与mRNA结合(IF3参加，识别起始密码子AUG），在IF1参与下，30S-mRNA-IF3进一步与fMet-tRNAf、GTP结合，并释放IF3，形成30S复合物：30S-mRNA-fMet-tRNAf

5‘3‘AUGAUGAUG第二十二页，共四十三页，编辑于2023年，星期一现在已经知道作为多肽合成起始信号的密码子有两个，即甲硫氨酸的密码子(AUG)和缬氨酸的密码子(GUG)(极少出现)。在大肠杆菌中,起始密码子AUG所编码的氨基酸并不是甲硫氨酸本身,而是甲酰甲硫氨酸。fMet-tRNAf的形成Met-tRNAf+N10-甲酰FH4fMet-tRNAf+FH4甲酰化酶真核生物：Met-tRNAMet。真核生物无甲基化过程，起始氨基酸是Met,起始tRNA为Met-tRNAMetfMet-tRNAifMet第二十三页，共四十三页，编辑于2023年，星期一30S复合物形成：AUGIF3IF3AUGIF3GTP、IF1、IF2fMet-tRNAf小亚基AUGGTP、IF1、IF2fMetUAC5第二十四页，共四十三页，编辑于2023年，星期一在肽链合成起始时，首先是核糖体小亚基与mRNA上的核糖体结合位点识别结合，然后，大亚基与小亚基结合，形成完整的核糖体(70S起始复合物)。

f

f第二十五页，共四十三页，编辑于2023年，星期一(三)、肽链的延伸分为三步：1、进位注册新的氨酰-tRNA进入A位。需要消耗GTP，并需EF-Tu（热不稳定）,EF-Ts（热稳定）两种延伸因子。

EF-Tu-GTP+下一个要进入的氨酰-tRNA

形成复合物，将这个氨酰-tRNA送入核糖体A位，同时GTPGDP+Pi，EFTu-GDP释放。

EF-Tu-GDP+EF-TsEF-Tu-Ts+GDPEF-Tu-Ts+GTPEF-Tu-GTP+EF-Ts重新参与下一轮循环促进氨酰-tRNA进入A位与mRNA结合所有氨酰-tRNA必须与EF-Tu-GTP结合才可进入70S核糖体，除了fMet-tRNAf

f第二十六页，共四十三页，编辑于2023年，星期一2、转肽

肽酰转移酶在肽酰转移酶的作用下P位点上fMet-tRNAf的甲酰甲硫氨酸从相应的tRNA上解离下来，其-COOH（高能酯键）与刚进入A位的氨酰-tRNA上的-NH2形成肽键（实质是A位点氨酰-tRNA氨基亲核攻击酯键羰基），无负荷的tRNA留在P位，此时A位点携带一个二肽。5’3’PAAA-fMetAAAPfMet5’3’嘌呤霉素（与AMP相似）与AA反应生成氨酰嘌呤霉素，中断蛋白质的合成反应。第二十七页，共四十三页，编辑于2023年，星期一PA5’3’3、转位在EF-G（移位酶）的作用下，核糖体沿mRNA5’3’方向移动，每次移动一个密码子的距离，结果使原来在A上的肽酰-tRNA移到了P位点，原来在P位点的无负载的tRNA离开核糖体，同时一个新的密码子进入空的A位，EF-G催化的移位过程需水解GTP提供能量。肽链合成从N-C。PA5’3’PAPPAA第二十八页，共四十三页，编辑于2023年，星期一以上三步为一个延伸循环，肽链每掺入一个氨基酸就重复一次延伸循环，称为核蛋白体循环。肽链合成从N-C第二十九页，共四十三页，编辑于2023年，星期一

第三十页，共四十三页，编辑于2023年，星期一第三十一页，共四十三页，编辑于2023年，星期一(四)、肽链合成的终止与释放当终止密码子出现在A位时，终止因子结合在A位，肽链合成终止。

RF1：识别终止密码子UAA和UAGRF2：识别终止密码子UAA和UGARF3：具GTP酶活性，激活RF1和RF2活性，协助肽链的释放终止因子的结合使肽酰转移酶活性变为水解酶活性，肽基不转移给A位tRNA，而转移给H2O，并把已合成的多肽链从核糖体和tRNA上释放出来，无负荷的tRNA随机从核糖体脱落，该核糖体立即离开mRNA，在IF3存在下,消耗GTP而解离为30S和50S非功能性亚基。再重复下一轮过程。第三十二页，共四十三页，编辑于2023年，星期一蛋白质的合成是一个高耗能过程

AA活化2个高能磷酸键（ATP）肽链起始1个（70S复合物形成，GTP）进位1个（GTP）移位1个（GTP）

第一个氨基酸参入需消耗3个（活化2+起始1）以后每掺入一个AA需要消耗4个（活化2+进位1个+移位1个）。第三十三页，共四十三页，编辑于2023年，星期一三、真核生物蛋白质的生物合成核糖体更大，80S40S+60S起始tRNA和氨基酸起始氨基酸为甲硫氨酸，而不是甲酰甲硫氨酸，起始tRNA表示为tRNAMet，起始氨酰-tRNA为Met-tRNAMet起始密码子为AUG，它的上游5‘端无富含嘌呤序列（SD），一般在mRNA5’-末端的AUG为起点。真核生物mRNA通常只有一个AUG密码子，每种mRNA只转译出一种多肽。真核中涉及的蛋白因子较多，有约13种起始因子、两种延伸因子、一种终止因子——被称为信号释放因子（eRF）。蛋白质激酶参与真核生物蛋白质合成的调节。真核中线粒体、叶绿体能进行蛋白质合成，其抑制剂与原核相似。第三十四页，共四十三页，编辑于2023年，星期一四、肽链合成后的加工和折叠1、水解N末端的(甲酰)甲硫氨酸的切除.在去甲酰酶催化下将肽链合成的起始氨基酸-甲酰甲硫氨酸水解脱掉甲酰基，以便肽链形成所需的构象.在氨肽酶催化下切去N末端一个或几个氨基酸。多肽链还未释放时，上两个过程已发生。而真核生物15-30氨基酸时，就已开始上过程。水解断裂如动物体中蛋白酶形成的是无活性的酶原，到消化道后，水解切下一部分肽链，使酶原变成有活性的酶。

第三十五页，共四十三页，编辑于2023年，星期一2、氨基酸侧链的修饰脯氨酸、赖氨酸侧链发生羟基化作用。苏氨酸、丝氨酸、酪氨酸羟基磷酸化。如糖原磷酸化酶糖基化作用使蛋白质多肽链转变成糖蛋白（N-糖苷键和O-糖苷键）。3、加辅基结合上辅基（酶）才具生物活性，如乙酰辅酶A羧化酶与生物素的结合。4、二硫键的形成两个半胱氨酸-SH氧化第三十六页，共四十三页，编辑于2023年，星期一五、蛋白质构象的形成，合成后的折叠

新生肽连在细胞内特定的部位，在多种蛋白质的帮助下卷曲成正确构象，大多数蛋白质的折叠是边翻译边折叠的，至少有两类因子参与了折叠过程：酶：二硫键异构酶、脯氨酰顺反异构酶分子伴侣：由若干在结构上不相关的蛋白质家族组成，但它们具有共同的功能，在细胞内帮助其他多肽链的结构完成正确的组装，而且在组装完毕后与之分离，不构成这些蛋白质在执行功能时的结构组分。第三十七页，共四十三页，编辑于2023年，星期一六蛋白质合成后的运送无论是原核生物还是真核生物，新合成的蛋白质必须转运到特定的亚细胞位置或运输到胞外才能发挥其相应活性。第三十八页，共四十三页，编辑于2023年，星期一

糖代谢为蛋白质的合成提供碳源和能源：如糖分解过程中可产生丙酮酸，丙酮酸经TCA循环产生—酮戊二酸和草酰乙酸，它们均可经加氨基或氨基移换作用形成相应的氨基酸。另外，糖分解过程中产生