蛋白质的生物合成1

20种氨基酸(AA)作为原料酶及众多蛋白因子，如IF、eIFATP、GTP、无机离子参与蛋白质生物合成的物质包括

三种RNAmRNA（messengerRNA,信使RNA）rRNA（ribosomalRNA,核蛋白体RNA）tRNA（transferRNA,转移RNA）当前第1页\共有87页\编于星期六\10点一、翻译模板mRNA及遗传密码mRNA是遗传信息的携带者遗传学将编码一个多肽的遗传单位称为顺反子(cistron)。原核细胞中数个结构基因常串联为一个转录单位，转录生成的mRNA可编码几种功能相关的蛋白质，为多顺反子(polycistron)

。真核mRNA只编码一种蛋白质，为单顺反子(singlecistron)

。

当前第2页\共有87页\编于星期六\10点原核生物的多顺反子真核生物的单顺反子非编码序列核糖体结合位点起始密码子终止密码子编码序列PPP53蛋白质PPPmG-53蛋白质目录当前第3页\共有87页\编于星期六\10点遗传密码的破译遗传密码：DNA或mRNA中的核苷酸序列与多肽链中的氨基酸序列之间的对应关系。

遗传密码：指DNA或由其转录的mRNA中决定其编码的蛋白质氨基酸排列顺序的核苷酸排列信息。

当前第4页\共有87页\编于星期六\10点1968年诺贝尔生理学或医学奖

——解读了遗传密码及其在蛋白质合成方面的机能

霍利

RobertW．Holley

美国分子生物学家

康奈尔大学

1922～1993

科拉纳

HarGobindKhorana

美国生物化学家

威斯康星大学

1922～

尼伦伯格

MarshallW．Nirenberg

美国生化遗传学家

国立卫生研究院

1927～2010当前第5页\共有87页\编于星期六\10点mRNA上存在遗传密码mRNA分子上从5至3方向，由AUG开始，每3个核苷酸为一组，决定肽链上某一个氨基酸或蛋白质合成的起始、终止信号，称为三联体密码(tripletcoden)。起始密码(initiationcoden):AUG终止密码(terminationcoden):UAA，UAG，UGA当前第6页\共有87页\编于星期六\10点当前第7页\共有87页\编于星期六\10点当前第8页\共有87页\编于星期六\10点当前第9页\共有87页\编于星期六\10点从mRNA5端起始密码子AUG到3端终止密码子之间的核苷酸序列，各个三联体密码连续排列编码一个蛋白质多肽链，称为开放阅读框架(openreadingframe,ORF)。

当前第10页\共有87页\编于星期六\10点1.连续性(commaless)遗传密码的特点编码蛋白质氨基酸序列的各个三联体密码连续阅读，密码间既无间断也无交叉。2.偏爱性(preference)当前第11页\共有87页\编于星期六\10点3.简并性(degeneracy)遗传密码中，除色氨酸和甲硫氨酸仅有一个密码子外，其余氨基酸有2、3、4个或多至6个三联体为其编码。当前第12页\共有87页\编于星期六\10点4.通用性(universal)蛋白质生物合成的整套密码，从原核生物到人类都通用。已发现少数例外，如动物细胞的线粒体、植物细胞的叶绿体。密码的通用性进一步证明各种生物进化自同一祖先。

当前第13页\共有87页\编于星期六\10点5.摆动性(wobble)转运氨基酸的tRNA的反密码子需要通过碱基互补与mRNA上的遗传密码反向配对结合，但反密码子与密码子间不严格遵守常见的碱基配对规律，称为摆动配对。当前第14页\共有87页\编于星期六\10点当前第15页\共有87页\编于星期六\10点二、核糖体是多肽链合成的装置当前第16页\共有87页\编于星期六\10点当前第17页\共有87页\编于星期六\10点原核生物真核生物核糖体小亚基大亚基核糖体小亚基大亚基S70S30S50S80S40S60SrRNA16S-rRNA5S-rRNA23S-rRNA18S-rRNA28S-rRNA5S-rRNA5.8S-rRNA蛋白质rpS21种rpL34种rpS33种rpL49种

不同细胞核糖体的组成当前第18页\共有87页\编于星期六\10点核糖体的组成目录当前第19页\共有87页\编于星期六\10点原核生物翻译过程中核糖体结构模式:A位：氨基酰位(aminoacylsite)P位：肽酰位(peptidylsite)E位：排出位(exitsite)目录当前第20页\共有87页\编于星期六\10点

三、tRNA与氨基酸的活化反密码环氨基酸臂当前第21页\共有87页\编于星期六\10点tRNA的三级结构示意图当前第22页\共有87页\编于星期六\10点当前第23页\共有87页\编于星期六\10点氨基酸+tRNA氨基酰-tRNAATP

AMP＋PPi氨基酰-tRNA合成酶（一）氨基酰-tRNA合成酶(aminoacyl-tRNAsynthetase)

氨基酸的活化当前第24页\共有87页\编于星期六\10点第一步反应氨基酸＋ATP-E—→氨基酰-AMP-E

＋PPi

目录当前第25页\共有87页\编于星期六\10点第二步反应氨基酰-AMP-E＋

tRNA↓

氨基酰-tRNA＋AMP

＋

E目录当前第26页\共有87页\编于星期六\10点tRNA与酶结合的模型tRNA氨基酰-tRNA合成酶ATP当前第27页\共有87页\编于星期六\10点氨基酰-tRNA合成酶对底物氨基酸和tRNA都有高度特异性。氨基酰-tRNA合成酶具有校正活性(proofreadingactivity)。氨基酰-tRNA的表示方法：Ala-tRNAAla

Ser-tRNASerMet-tRNAMet

当前第28页\共有87页\编于星期六\10点真核生物：Met-tRNAiMet原核生物：fMet-tRNAifMet（二）起始肽链合成的氨基酰-tRNA当前第29页\共有87页\编于星期六\10点当前第30页\共有87页\编于星期六\10点翻译的起始(initiation)翻译的延长(elongation)翻译的终止(termination)整个翻译过程可分为：翻译过程从阅读框架的5´-AUG开始，按mRNA模板三联体密码的顺序延长肽链，直至终止密码子出现。四、蛋白质生物合成过程当前第31页\共有87页\编于星期六\10点(一）肽链合成起始指mRNA和起始氨基酰-tRNA分别与核糖体结合而形成翻译起始复合物(translationalinitiationcomplex)。当前第32页\共有87页\编于星期六\10点原核生物翻译起始复合物形成核糖体大小亚基分离；mRNA在小亚基定位结合；起始氨基酰-tRNA的结合；核糖体大亚基结合。当前第33页\共有87页\编于星期六\10点S-D序列

当前第34页\共有87页\编于星期六\10点因澳大利亚学者夏因(Shine)和达尔加诺(Dalgarno)两人发现该序列的功能而得名。信使核糖核酸(mRNA)翻译起点上游与原核16SrRNA3′端富含嘧啶的7核苷酸序列互补的富含嘌呤的3～7个核苷酸序列(AGGAGG)，是核糖体小亚基与mRNA结合并形成正确的前起始复合体的一段序列。

当前第35页\共有87页\编于星期六\10点IF-3IF-11.核糖体大小亚基分离目录当前第36页\共有87页\编于星期六\10点AUG5'3'IF-3IF-12.mRNA在小亚基定位结合目录当前第37页\共有87页\编于星期六\10点IF-3IF-1IF-2GTP3.起始氨基酰tRNA(fMet-tRNAimet)结合到小亚基AUG5'3'目录当前第38页\共有87页\编于星期六\10点IF-3IF-1IF-2GTPGDPPi4.核糖体大亚基结合，起始复合物形成AUG5'3'目录当前第39页\共有87页\编于星期六\10点IF-3IF-1AUG5'3'IF-2GTPIF-2-GTPGDPPi目录当前第40页\共有87页\编于星期六\10点真核生物翻译起始复合物形成核糖体大小亚基分离；起始氨基酰-tRNA结合；mRNA在核糖体小亚基就位；核糖体大亚基结合。当前第41页\共有87页\编于星期六\10点met40S60SMetMet40S60SmRNAeIF-2B、eIF-3、

eIF-6①elF-3②GDP+Pi各种elF释放elF-5④ATPADP+PielF4E,elF4G,elF4A,elF4B,PAB③MetMet-tRNAiMet-elF-2-GTP真核生物翻译起始复合物形成过程当前第42页\共有87页\编于星期六\10点（二）肽链合成延长指根据mRNA密码序列的指导，次序添加氨基酸从N端向C端延伸肽链，直到合成终止的过程。肽链延长在核糖体上连续性循环式进行，又称为核糖体循环(ribosomalcycle)，每次循环增加一个氨基酸，包括以下三步：进位(entrance)成肽(peptidebondformation)转位(translocation)当前第43页\共有87页\编于星期六\10点延伸过程所需蛋白因子称为延长因子(elongationfactor,EF)原核生物：EF-T(EF-Tu,EF-Ts)EF-G真核生物：EF-1、EF-2当前第44页\共有87页\编于星期六\10点原核延长因子生物功能对应真核延长因子EF-Tu促进氨基酰-tRNA进入A位，结合分解GTPEF-1-αEF-Ts调节亚基EF-1-βγEF-G有转位酶活性，促进mRNA-肽酰-tRNA由A位前移到P位，促进卸载tRNA释放EF-2肽链合成的延长因子当前第45页\共有87页\编于星期六\10点1进位指根据mRNA下一组遗传密码指导，使相应氨基酰-tRNA进入核糖体A位。

目录当前第46页\共有87页\编于星期六\10点延长因子EF-T催化进位（原核生物）

目录当前第47页\共有87页\编于星期六\10点当前第48页\共有87页\编于星期六\10点TuTsGTPGDPAUG5'3'TuTsGTP目录当前第49页\共有87页\编于星期六\10点2成肽是由转肽酶(transpeptidase)催化的肽键形成过程。当前第50页\共有87页\编于星期六\10点3转位延长因子EF-G有转位酶(translocase)活性，可结合并水解1分子GTP，促进核糖体向mRNA的3'侧移动。当前第51页\共有87页\编于星期六\10点fMetAUG5'3'fMetTuGTP目录当前第52页\共有87页\编于星期六\10点进位转位成肽当前第53页\共有87页\编于星期六\10点当前第54页\共有87页\编于星期六\10点当前第55页\共有87页\编于星期六\10点当前第56页\共有87页\编于星期六\10点真核生物肽链合成的延长过程与原核基本相似，但有不同的反应体系和延长因子。另外，真核细胞核糖体没有E位，转位时卸载的tRNA直接从P位脱落。真核生物延长过程当前第57页\共有87页\编于星期六\10点（三）肽链合成的终止当mRNA上终止密码出现后，多肽链合成停止，肽链从肽酰-tRNA中释出，mRNA、核糖体等分离，这些过程称为肽链合成终止。

当前第58页\共有87页\编于星期六\10点终止相关的蛋白因子称为释放因子(releasefactor,RF)识别终止密码，如RF-1特异识别UAA、UAG；而RF-2可识别UAA、UGA。释放因子的功能原核生物释放因子：RF-1，RF-2，RF-3

真核生物释放因子：eRF当前第59页\共有87页\编于星期六\10点原核肽链合成终止过程当前第60页\共有87页\编于星期六\10点UAG5'3'RFCOO-目录当前第61页\共有87页\编于星期六\10点多聚核糖体(polysome)——使蛋白质合成高速、高效进行。目录当前第62页\共有87页\编于星期六\10点当前第63页\共有87页\编于星期六\10点电镜下的多聚核糖体现象目录当前第64页\共有87页\编于星期六\10点（四）蛋白质的加工1蛋白质折叠新生肽链的折叠在肽链合成中、合成后完成，新生肽链N端在核糖体上一出现，肽链的折叠即开始。可能随着序列的不断延伸肽链逐步折叠，产生正确的二级结构、结构域到形成完整空间构象。一般认为，多肽链自身氨基酸顺序储存着蛋白质折叠的信息，即一级结构是空间构象的基础。细胞中大多数天然蛋白质折叠都不是自动完成，而需要其他酶、蛋白辅助。当前第65页\共有87页\编于星期六\10点几种有促进蛋白折叠功能的大分子1.分子伴侣(molecularchaperon)

热休克蛋白(heatshockprotein,HSP)HSP70、HSP40和GreE族伴侣素(chaperonins)GroEL和GroES家族2.酶类蛋白二硫键异构酶(proteindisulfideisomerase,PDI)

肽-脯氨酰顺反异构酶(peptideprolylcis-transisomerase,PPI)当前第66页\共有87页\编于星期六\10点蛋白质的修饰1）肽链N端的修饰2）氨基酸侧链的修饰3）多肽链的水解修饰4）糖基化修饰当前第67页\共有87页\编于星期六\10点当前第68页\共有87页\编于星期六\10点当前第69页\共有87页\编于星期六\10点蛋白质合成后需要经过复杂机制，定向输送到最终发挥生物功能的细胞靶部位，这一过程称为蛋白质的靶向输送。

四、蛋白质合成后的靶向输送•蛋白质的靶向输送(proteintargeting)(首先要进入内质网)当前第70页\共有87页\编于星期六\10点所有靶向输送的蛋白质结构中存在分选信号，主要为N末端特异氨基酸序列，可引导蛋白质转移到细胞的适当靶部位，这一序列称为信号序列。

•信号序列(signalsequence)各种新生分泌蛋白的N端有保守的氨基酸序列称信号肽。当前第71页\共有87页\编于星期六\10点靶向输送蛋白信号序列或成分分泌蛋白信号肽内质网腔蛋白信号肽，C端-Lys-Asp-Glu-Leu-COO-(KDEL序列)线粒体蛋白N端靶向序列（20～35氨基酸残基）核蛋白核定位序列（-Pro-Pro-Lys-Lys-Lys-Arg-Lys-Val-，SV40T抗原）过氧化体蛋白-Ser-Lys-Leu-（PST序列）溶酶体蛋白Man-6-P（甘露糖-6-磷酸）靶向输送蛋白的信号序列或成分当前第72页\共有87页\编于星期六\10点信号肽的一级结构当前第73页\共有87页\编于星期六\10点当前第74页\共有87页\编于星期六\10点信号肽引导真核分泌蛋白进入内质网目录当前第75页\共有87页\编于星期六\10点抗生素作用点作用原理应用四环素族（金霉素、土霉素）氨基糖苷类（链霉素卡那、新霉素）氯霉素、林可霉素大环内酯类(红霉素）梭链孢酸

放线菌酮嘌呤霉素原核30S原核30S原核50S原核50S原核50S真核60S真核、原核核糖体抑制氨基酰-tRNA与小亚基结合改变构象引起读码错误、抑制起始抑制转肽酶、阻断延长抑制转肽酶、妨碍转位与EFG-GTP结合，抑制肽链延长抑制转肽酶、阻断延长氨基酰-tRNA类似物，进位后引起未成熟肽链脱落抗菌药抗菌药抗菌药抗菌药抗菌药医学研究抗肿瘤药抗生素抑制蛋白质生物合成的原理当前第76页\共有87页\编于星期六\10点四环素族氯霉素链霉素和卡那霉素嘌呤霉素红霉素目录当前第77页\共有87页\编于星期六\10点

嘌呤霉素作用示意图当前第78页\共有87页\编于星期六\10点1喹诺酮类（诺氟沙星、氧氟沙星、环丙沙星、氧氟沙星、沙拉沙星）：作用于拓扑异构酶2的A亚基，抑制其切口和封口功能，阻碍细菌蛋白质的合成2嘌呤和嘧啶的类似物（6-巯基嘌呤、5-F尿嘧啶、5-Br尿嘧啶）：抑制RNA或DNA的合成3DNA模板的抑制剂：

1）烷化剂（氮芥、磺酸酯）：鸟嘌呤的N7上

2）放线菌素D：与模板DNA非共价结合

3）嵌入染料（吖啶橙、吖啶黄、原黄素）：4RNA聚合酶抑制剂

1）利福霉素、利福平：原核生物

2）a-鹅膏蕈碱：真核生物其他抑菌物质：当前第79页\共有87页\编于星期六\10点真核细胞核糖体的沉降系数是A.50SB.60SC.70SD.80S(2008-34)下列含有与SD序列互补序列的rRNA是A.16srRNAB.18srRNAC.23srRNAD.28srRNA(2009-35)与氨基酸结合的tRNA部位是A.3′端B.5′端C.N-端D.C-端（2012-36）下列密码子中，不编码任何氨基酸的是A.AUGB.UAAC.GUAD.AAU（2012-36）

历年真题当前第80页\共有87页\编于星期六\10点下列氨基酸中，在遗传密码表中只有一个密码子的是A.ThrB.TrpC.TyrD.Phe（2011-35）下列化合物中，在大肠杆菌多肽链生物合成的延长阶段提供能量的是A.UTPB.CTPC.GTPD.TTP（2011-36）真核生物蛋白质生物合成的起始氨酰-tRNA是AfMet-tRNAfMetBfMet-tRNAmMet

CMet-tRNAiDMet-tRNAm

(2012-29）历年真题历年真题当前第81页\共有87页\编于星期六\10点

结合遗传密码，tRNA的结构和氨酰-tRNA合成酶的特点，简述mRNA的遗传密码在准确翻译蛋白质多肽链中的怎么保证准确性？（2008-42)

1）mRNA上三个相邻的核苷酸组成密码子，编码一个氨基酸，遗传密码具有简并性-5分2）tRNA上有反密码子，可按碱基互补配对原则反向识别mRNA上的密码子，但这种识别具有“摆动性”，tRNA的结构影响其结合氨基酸的特异性-4分3）氨酰tRNA合成酶具有专一性识别氨基酸和携带该tRNA的功能，氨酰tRNA合成酶还具有校对功能-4分82历年真题历年真题当前第82页\共有87页\编于星期六\10点

在体外蛋白质合成体系中，一条含有CAU重复序列的多聚核苷酸链，经翻译后发现其产物有三种，即组氨酸、异亮氨