生物化学蛋白质的生物合成专家讲座

生物化学蛋白质的生物合成专家讲座第1页1．掌握原核生物蛋白质合成体系组分、作用原理；2．熟悉“中心法则”基本内容和蛋白质生物合成详细过程；3．了解真、原核生物蛋白质合成差异。教学目标教学重点：中心法则概念、遗传密码主要性质及蛋白质合成体系组分、作用原理和蛋白质生物合成详细过程。教学难点：蛋白质生物合成详细过程。生物化学蛋白质的生物合成专家讲座第2页概述

14.1遗传密码

14.2核糖体

14.3转移RNA

14.4蛋白质生物合成过程

思索与练习教学纲要生物化学蛋白质的生物合成专家讲座第3页中心法则

生物遗传信息从DNA传递给DNA过程称为复制

mRNA链上遗传信息合成蛋白质过程，被称为翻译

遗传信息从DNA到RNA再到蛋白质过程称为基因表示

1958年Crick将生物遗传信息这种传递方式称为中心法则。

1972年Crick将中心法则作深入修改，补充了逆转录。Reversetranscription概述

生物遗传信息从DNA传递给mRNA过程称为转录生物化学蛋白质的生物合成专家讲座第4页复制、转录、翻译概况图概述生物化学蛋白质的生物合成专家讲座第5页1.

mRNA模板上碱基次序是怎样决定多肽链

上AA排列次序呢？翻译中提出问题2.核糖体为何能作为蛋白质合成场所？3.tRNA又是怎样识别和运输它AA呢？概述生物化学蛋白质的生物合成专家讲座第6页14.1遗传密码密码子概念：mRNA分子中为一个氨基酸编码进入蛋白质多肽链特定线性位置三个核苷酸单位称为密码子.（Coden）或三联体密码或遗传密码。密码子确实立：数学推算方法41=4,42=16,43=64,44=256密码子证实：移码突变——遗传学上把因为mRNA上硷基增加或降低而使密码改变，从而造成生物性状突变现象。mRNA：AUGGUAGAACGA

若增加一个、两个或丢失一个、两个硷基，都会成其后面全部密码改变，AA误译，从而造成突变。若同时增加三个或丢失三个或三倍硷基，只是局部发生差错，后面不改变。生物化学蛋白质的生物合成专家讲座第7页AA密码子证实

生物化学方法首先人工合成简单多聚核苷酸来代替天然mRNA，然后观察这么mRNA可指导合成怎样多肽，从而做出推断（自1961年开始）。例1：人工合成：UUUUUUUUUUUU多聚尿苷酸结果：苯丙-苯丙-苯丙-苯丙多聚苯丙氨酸结论：苯丙氨酸密码子——UUU

例2：人工合成：AAAAAAAAAAAA多聚腺苷酸结果：Lys-Lys-Lys-Lys多聚赖氨酸结论：Lys密码——AAA例3：人工合成：CUCUCUCUCUCU多胞尿苷酸结果：Leu-Ser-Leu-Ser多亮丝氨酸结论：1.Leu密码——CUC

2.Ser密码——UCU用其它类似方法进行屡次重复试验，化了4年时间于1965年搞清了20种AA中64组密码子，从而排列成了一个表。14.1遗传密码生物化学蛋白质的生物合成专家讲座第8页遗传密码表生物化学蛋白质的生物合成专家讲座第9页遗传密码性质1.通用性。指在生物界是公用，大家都同用一套密码。但质体（线粒体、叶绿体）中有所不一样。2.方向性。从5端到3端阅读。3.不重迭性。每个三联体中三个核苷酸只编码一个氨基酸。4.连续性。密码子之间无标点符号，不能停顿，不能加入一个或两个。5.间并性。几个密码子对应于相同一个氨基酸。这些密码子为同义密码子6.始起密码和终止密码。（1）始起密码——

AUG：代表合成蛋白质时第一个密码，存在于mRNA5端。在真核生物中只有一个始起密码，而且也是Met密码（即在合成多肽中有AUG出现时指导合成蛋氨酸，把AUG叫Met实义密码。而在原核生物在中，有两个始起密码——AUG和GUG，它们在始起时，是fMet密码，但在合成多肽时，GUG不是fMet实义密码，而是Val实义密码。（2）终止密码——UAA、UAG、UGA14.1遗传密码生物化学蛋白质的生物合成专家讲座第10页核糖体是蛋白质合成部位：1950年用放射性同位素标识AA法证实基本功效:

结合mRNA，在mRNA上选择适当区域开始翻译密码子（mRNA）和反密码子（tRNA）正确配对肽键形成存在形式:核糖体可游离存在，真核中，也可同内质网结合，形成粗糙内质网。原核中，与mRNA形成串状——多聚核糖体14.2核糖体生物化学蛋白质的生物合成专家讲座第11页核糖体组成与结构rRNA60-65%Pro30-35%rRNA55%Pro45%原核真核14.2核糖体生物化学蛋白质的生物合成专家讲座第12页核糖体功效部位肽酰结合位点或P位或给位氨酰结合位点或A位或受位mRNA肽酰结合位点或P位或给位氨酰结合位点或A位或受位mRNA14.2核糖体生物化学蛋白质的生物合成专家讲座第13页tRNA在蛋白质合成中忙前忙后，非常辛劳，将氨基酸运到核糖体与密码子“对号入座”。四个非常主要功效部位：AA臂反密码子区氨酰—tRNA

合成酶位点核糖体结合位点氨基酸臂反密码环14.3转运核糖核酸生物化学蛋白质的生物合成专家讲座第14页tRNA三级结构示意图14.3转运核糖核酸生物化学蛋白质的生物合成专家讲座第15页摆动学说——1966年Crick提出：一个反密码子能够识别几个密码子，这种碱基配正确不严格性叫之。表现出一定灵活性和摆动性。反密码子第一位碱基密码子第三位碱基A，C，U

A，G

C，G，U

I

U

C反密码密码子第三位碱基

I

U

C密码子、反密码子配正确摆动现象

I

U

C

I

U

CA，C，U

A，G

C，G，U14.3转运核糖核酸生物化学蛋白质的生物合成专家讲座第16页以mRNA为模板，20种氨基酸经活化取得氨酰tRNA为原料，酶和因子,以及无机离子，ATP、GTP供能等作用下在核糖体中完成蛋白质合成。14.4蛋白质生物合成过程生物化学蛋白质的生物合成专家讲座第17页包含三方面内容1.氨基酸激活：在可溶性细胞质中进行2.多肽链合成

3.新生肽链加工处理：在可溶性细胞质中进行肽链合成起始肽链合成延伸肽链合成终止（在核糖体中进行）14.4蛋白质生物合成过程以mRNA为模板，20种氨基酸经活化取得氨酰tRNA为原料，酶和因子,以及无机离子，ATP、GTP供能等作用下在核糖体中完成蛋白质合成。生物化学蛋白质的生物合成专家讲座第18页14.4.1氨基酸激活

tRNA在氨基酰-tRNA合成酶帮助下，能够识别对应氨基酸，并经过tRNA氨基酸臂3‘-OH与氨基酸羧基形成活化(酯)氨基酰-tRNA。氨基酰-tRNA形成是一个两步反应过程：第一步是氨基酸与ATP作用,形成氨基酰腺嘌呤核苷酸（氨酰－AMP）第二步是氨基酰基转移到tRNA3‘-OH端上,形成氨酰-tRNA（氨酰－tRNA）14.4蛋白质生物合成过程生物化学蛋白质的生物合成专家讲座第19页肽链合成起始：是核糖体大小亚基，mRNA以及一个含有起译作用fMet—tRNA共同结合成起始复合体过程，需起动因子（IF）、GTP和Mg2+参加，分三小步进行：①30S亚基在IF3作用下，识别mRNA上起始密码AUG,与mRNA结合产生30S•mRNA•IF3复合物②含有起译作用fMet—tRNA进入与起始密码“对号入座”，形成30S•fMet—tRNA•GTP复合物③

50S亚基参加反应形成fMet—tRNA•mRNA•70S起始复合体。.此时fMet—tRNA占据了P位，A位空出14.4.2原核生物多肽链合成14.4蛋白质生物合成过程生物化学蛋白质的生物合成专家讲座第20页肽链合成延伸：是新氨酰—tRNA进入核糖体与mRNA上密码子“对号入座”，即占据A位，然后P位上氨酰（或肽酰）脱落与A位上氨酰形成肽键，核糖体不停沿着mRNA从5/3/滑动，从而推进肽链不停延伸过程。需要延长因子（EF）、GTP、转肽酶、移位酶参加，分四小步进行：14.4.2原核生物多肽链合成14.4蛋白质生物合成过程①进位②转肽③移位④脱落生物化学蛋白质的生物合成专家讲座第21页①进位：在EF和GTP参加下，一个新氨酰—tRNA识别mRNA上对应密码子进入A位。②转肽：在转肽酶作用下，肽酰基从P位点转移到A位点，形成新肽链。进位转肽肽链形成肽链合成延伸：生物化学蛋白质的生物合成专家讲座第22页③移位：在移位酶和GTP作用下，核糖体沿mRNA从5端向3端作相对滑动，每次滑动一个密码子距离。结果是：原来A位上肽链—tRNA随即转到P位，mRNA下一个密码进入A位，A位空出，又准备接收下一个氨酰—tRNA。④脱落：P位上tRNA脱离核糖体P位点A位点核糖体移动方向肽链合成延伸：生物化学蛋白质的生物合成专家讲座第23页肽链延伸过程生物化学蛋白质的生物合成专家讲座第24页肽链合成终止：是A位上出现了终止密码，肽链延长停顿，新合成肽链被水解释放，核糖体与mRNA，大小亚基分离过程，需终止因子（RF）参加，分三小步完成14.4.2原核生物多肽链合成14.4蛋白质生物合成过程①A位上出现终止密码（UAA或UAG或UGA），RF与终止密码结合，肽链延长即自行终止。②P位上肽链被水解释放形成新生肽链。③最终一个tRNA脱落，mRNA离开核糖体，大小亚基分开。投入下一个核糖体循环。生物化学蛋白质的生物合成专家讲座第25页多聚核糖体高速、高效生物化学蛋白质的生物合成专家讲座第26页新生肽链蛋白质加工处理（1）N端改造：

fMet/Met切除（2）信号肽（能透膜，进行蛋白质锚定）切除（3）氨基酸修饰/改造肽链内或肽链间二硫键形成、乙酰化、甲基化氨基酸残基修饰（Pro-OH/Lys-0H）（4）一些多肽要经特殊酶切一段肽链后才有生物活性(如：胰岛素)（5）高级结构形成

(在分子伴侣帮助下形成正确结构)（6）缔合（辅酶之间连接或亚基之间聚合）14.4.5肽链合成后“加工处理”生物化学蛋白质的生物合成专家讲座第27页蛋白质生物合成包含氨基酸激活：在可溶性细胞质中进行多肽合成

新生肽链加工处理：在可溶性细胞质中进行肽链合成起始肽链合成延伸：进位、转肽、脱落、移位肽链合成终止真核和原核区分：核糖体大小不一样；起译氨酰-tRNA不一样（在核糖体中进行）蛋白质生物合成小结生物化学蛋白质的生物合成专家讲座第28页14.5蛋白质合成中能量问题按ATP摩尔数计算呢？活化每个氨基酸