蛋白质的生物合成-专业知识讲解培训课件

蛋白质的生物合成专业知识讲解翻译过程2蛋白质的生物合成专业知识讲解第一节遗传密码mRNA分子上以5’→3’方向,从AUG开始每三个连续的核苷酸组成一个密码子,四种碱基可以组成43计64种密码子。这些密码不仅代表了20种氨基酸，还决定了翻译过程的起始与终止位置。每种氨基酸至少有一种密码子，最多的有6种密码子。这种代表遗传信息的三联体称为密码子，或三联体密码子。3蛋白质的生物合成专业知识讲解遗传密码4蛋白质的生物合成专业知识讲解遗传密码子的特点：

（1）起始码与终止码

mRNA5’末端的AUG（少数GUG）是起始密码，对应肽链的第一个氨基酸(蛋氨酸)的位置，因此原、真核生物合成的第一个氨基酸都是蛋氨酸；UAA，UAG，UGA是肽链成的终止密码，不代表任何氨基酸，它们单独或共同存在于mRNA3’末端。因此翻译是沿着mRNA分子5′→3′方向进行的。5蛋白质的生物合成专业知识讲解（2）密码的通用性与例外

生命世界从低等到高等，都使用一套密码，密码表在生物界是通用的。但不同的生物中，不同codon使用频率不同。例外：真核生物线粒体的密码子。如人线体中，UGA→色氨酸(非终止密码子），AGA、AGG→终止密码子（非Arg)。6蛋白质的生物合成专业知识讲解（3）简并性与防错一种氨基酸有几组密码子，或者几组密码子代表一种氨基酸的现象称为密码子的简并性。

--第三位碱基决定对应于同种氨基酸的不同密码子称为同义密码子。只有色氨酸和蛋氨酸只有一个密码子。7蛋白质的生物合成专业知识讲解（4）不重叠，无逗号

两个密码子之间没有任何核苷酸隔开，因此从起始码AUG开始，三个碱基代表一个氨基酸，这就构成了一个连续不断的读码框，直至终止码。如果在读码框中间插入或缺失一个碱基就会造成移码突变，引起突变位点下游氨基酸排列的错误。8蛋白质的生物合成专业知识讲解密码子的特点

从5’开始，三联体密码。有起始码与终止码之分，无标点，不重叠，简并性、摇摆性、通用性与防错系统。9蛋白质的生物合成专业知识讲解第二节蛋白质合成的主要物质

（一）合成原料－20种基本氨基酸；（二）mRNA是合成蛋白质的直接模板；（三）tRNA是氨基酸的运载工具;（四）核糖体是蛋白质的合成场所；（五）多种蛋白因子参与蛋白合成过程起始因子；延伸因子；释放因子10蛋白质的生物合成专业知识讲解二、tRNA转运氨基酸到mRNA模板

反密码子的摆动性11蛋白质的生物合成专业知识讲解反密码子与密码子配对时

的摇摆现象密码子的第3个碱基与反密码子的第1个碱基配对，两者配对并不严格，反密码的第1位碱基常出现次黄嘌呤I，与A、C、U结合，这是最常见的摆动现象。反密码第1位碱基

ACGUI密码第3位碱基

UGC,UA,GA,C,U12蛋白质的生物合成专业知识讲解四、核糖体

核糖体是蛋白质合成的场所，由大、小两个亚基组成，需结构完整才能发挥功能。在体内可游离或与mRNA以串状形式存在。真核生物的核糖体还可与细胞内质网结合，形成粗糙内质网。成份：rRNA和几十种蛋白质。13蛋白质的生物合成专业知识讲解原核生物核糖体组成真核生物核糖体组成14蛋白质的生物合成专业知识讲解核糖体的功能区mRNA、

P、A、E位点；转肽酶、各种因子位点15蛋白质的生物合成专业知识讲解（1）mRNA结合位点：在大、小亚基的接触面上。靠30s小亚基头部中的16SrRNA3’端与mRNAAUG之前的一段序列(SD序列）互补;（2）P位点：又叫肽酰基位点。结合延伸的多肽酰tRNA;（3）A位点也称氨酰基位点。结合新进入的氨酰tRNA。（4）E位点：结合空载的tRNA（5）转肽酶活性部位：位于P位和A位的连接处。（6）结合参与蛋白质合成的起始因子IF、延长因子EF和终止因子或释放因子RF。16蛋白质的生物合成专业知识讲解第三节蛋白质合成机制

蛋白质的合成亦称翻译，mRNA→氨基酸。方向：5’→3’，N端→C端。原核生物与真核生物的蛋白质合成过程中有很多的区别，真核生物过程更复杂。蛋白质生物合成可分为五个阶段，氨基酸的活化、多肽链合成的起始、肽链的延长、肽链的终止和释放、蛋白质合成后的加工修饰。17蛋白质的生物合成专业知识讲解一、氨基酸的活化→氨酰tRNA氨基酸在掺入多肽链之前必须先活化以获得额外能量。活化的氨基酸（氨酰AMP）再与其特异的tRNA结合形成氨酰tRNA。在氨酰－tRNA合成酶催化下进行。18蛋白质的生物合成专业知识讲解氨基酸活化成氨酰tRNA消耗两个ATP19蛋白质的生物合成专业知识讲解氨酰-tRNA合成酶的特性①催化反应的专一性。该酶至少有两个识别位点，既识别氨基酸，又能识别转运该氨基酸的一个或多个tRNA。对tRNA专一性极高。每种氨基酸都有2-6种各自特异的tRNA，它们之间的特异性是靠氨酰tRNA合成酶来识别的。

②校正功能。可水解错配的氨酰－tRNA。20蛋白质的生物合成专业知识讲解蛋氨酰tRNA启动蛋白质合成转运蛋氨酸的tRNA有两种：①tRNAiMet：特异识别mRNA上起始密码子AUG，掺入第一个氨基酸，启动蛋白合成；

②tRNA

Met：与mRNA中间的AUG配对，在肽链延伸中掺入Met。蛋氨酸的活化形式：①起始位置：Met－tRNAiMet（原核fMet-tRNAiMet）②中间位置：Met－tRNAMet21蛋白质的生物合成专业知识讲解22蛋白质的生物合成专业知识讲解原核细胞蛋氨酰tRNA甲酰化原核细胞中起始氨基酸活化后，还要甲酰化。真核细胞没有此过程。

FH4供给甲基Met-tRNAi

fMet-tRNAi

甲酰化酶

23蛋白质的生物合成专业知识讲解二、大肠杆菌中肽链合成的起始

(1)起始信号SD序列：位于起始AUG上游10个碱基处一段富含嘌呤的序列。这段序列正好与30S小亚基中的16SrRNA3’端一部分序列互补，因此SD序列也叫做核糖体结合序列。这种互补就意味着核糖体能选择mRNA上AUG的正确位置来起始肽链的合成。24蛋白质的生物合成专业知识讲解25蛋白质的生物合成专业知识讲解（2）起始复合物的形成：

30S起始复合物→70S起始复合物。在起始因子IF1，2，3和GTP参与下，fMet-tRNAf识别mRNA的起始密码子AUG，与30S结合成30S起始复合物；50S与30S起始复合物结合生成70S-mRNA-fMet-tRNAf复合物，并释放各种起始因子。此时fMet-tRNAf占据着P位点，A位则空着。26蛋白质的生物合成专业知识讲解70S起始复合物30S起始复合物27蛋白质的生物合成专业知识讲解三、多肽链的延长

在多肽链上每增加一个氨基酸都需要经过进位，转肽和移位三个步骤。（1）进位：为密码子所规定的氨酰tRNA结合到核糖体的A位，称为进位。需延伸因子EF-Tu、EF-Ts和GTP参与。28蛋白质的生物合成专业知识讲解（2）转肽（肽键的形成）：P位上的肽酰tRNA提供α-COOH基，和新进入的Aa的α-NH2形成肽键，从而使P位上的肽连接到A位氨基酸的氨基上。新合成的肽酰tRNA处于A位。23SRNA催化。

（3)移位（Translocation)：肽酰tRNA又进入P位，空载tRNA进入E位。重复进位、转肽、移位，肽链沿N→C方向延伸。29蛋白质的生物合成专业知识讲解30蛋白质的生物合成专业知识讲解31蛋白质的生物合成专业知识讲解四、翻译的终止及肽链的释放

当肽链延伸到终止密码子时，没有任何tRNA与之对应，故A位空出，释放因子RF识别终止密码子，进入A位，使肽酰转移酶变为水解酶活性，释放出肽链和tRNA。生物体为了加强终止，通常设置了两个以上并排的终止密码。所以要合成含n个AA残基的肽链，mRNA至少含有3n+6个核苷酸。

32蛋白质的生物合成专业知识讲解34蛋白质的生物合成专业知识讲解多聚核糖体上述只是单个核糖体的翻译过程，事实上在细胞内一条mRNA链上结合着多个核糖体，甚至可多到几百个。第一个核糖体翻译移动一定距离后，第二个核糖体又在mRNA的起始部位结合。两个核糖体之间有一定的长度间隔，每个核糖体都独立完成一条多肽链的合成，所以这种多核糖体可以在一条mRNA链上同时合成多条相同的多肽链，这就大大提高了翻译的效率。35蛋白质的生物合成专业知识讲解系列核糖体同时翻译同一条mRNA36蛋白质的生物合成专业知识讲解37蛋白质的生物合成专业知识讲解真核生物蛋白质的合成核糖体不同：原核70S（50+30），真核80S（60+40）起始Aa不同：原核是fMet，真核是Met起始机制不同：原核SD序列，真核5’端帽子。起始复合物的形成过程不同。真核生物过程更复杂，需要的因子更多。38蛋白质的生物合成专业知识讲解五、蛋白质合成的抑制剂抗生素直接抑制蛋白质合成：原核：氯霉素、四环素、链霉素、新霉素、卡拉霉素、红霉素、真核：亚胺环己酮、白喉毒素嘌呤霉素（628）对原核、真核均有抑制作用。39蛋白质的生物合成专业知识讲解与DNA模板作用与RNA聚合酶作用原核生物真核生物放线菌素D--插入dG*dC间低浓度--(-)RNA延长高浓度--(-)RNA起始

(-)DNA复制利福平/利福霉素和RNA聚合酶β亚基结合--(-)转录起始/延伸α鹅膏蕈碱--(-)RNA聚合酶Ⅱ间接抑制40蛋白质的生物合成专业知识讲解第四节蛋白的运输蛋白质的合成部位在核糖体，合成后去向有三个：①保留在胞浆；②进入细胞核、线粒体或其它细胞器；③分泌到细胞外。跨膜运输：②③去向需越过不同的膜结构。信号肽决定了肽的走向。靶向运输：蛋白质合成后，定向到达其执行功能的目的地点。41蛋白质的生物合成专业知识讲解信号肽：绝大多数越膜蛋白的N端约有15-30个以疏水氨基酸为主的N端信号序列。共有特征：①N端碱性Aa；②中间15～30个疏水氨基酸；③C端有信号肽酶切位点。42蛋白质的生物合成专业知识讲解第五节加工修饰多肽移位到内质网后，在内质网的小腔上被修饰。修饰作用包括切去信号肽，形成二硫键，使线性多肽呈献一定空间结构及糖基化作用。在高尔基体中，糖蛋白的寡糖核进一步修饰，并将多肽分类输送到各处。43蛋白质的生物合成专业知识讲解加工修饰切除信号肽糖基化44蛋白质的生物合成专业知识讲解蛋白质翻译后的折叠

大多数蛋白质翻译后要进行不同形式的加工修饰，并折叠成一定形状才有活性。蛋白质分子的氨基酸序列没有改变，只是其高级结构或者说构象改变引起的疾病，那就是所谓“构象病”，或称“折叠病”，如疯牛病、老年性痴呆症、家族性高胆固醇症、家族性淀粉样蛋白症、某些肿瘤、白内障等等。对蛋白质折叠机