生物化学课件：第十七章蛋白质的生物合成1

ProteinBiosynthesis(Translation)蛋白质的生物合成（翻译）第十七章12蛋白质生物合成（翻译）以mRNA为模板，将mRNA上来自DNA基因编码的核苷酸序列信息转换为蛋白质中的氨基酸序列，也称翻译。3本章主要内容第一节：蛋白质生物合成体系第二节：氨基酸与tRNA的连接第三节：肽链的生物合成过程第四节：肽链生物合成后的加工和靶向输送第五节：蛋白质生物合成的干扰和抑制4第一节

蛋白质生物合成体系5蛋白质翻译系统示意图6基本原料：20种编码氨基酸模板：mRNA氨基酸转运体：tRNA装配机：核糖体（rRNA)主要酶和蛋白质因子：氨基酰-tRNA合成酶、转肽酶、转位酶、起始因子、延长因子、释放因子等能源物质：ATP、GTP无机离子：Mg2+、K+蛋白质生物合成体系7一、mRNA是蛋白质合成的信息模板mRNA的基本结构StartofgeneticmessageCapEndTail5’-端非翻译区

5

3

3’-端非翻译区

开放阅读框架

从mRNA

5-端起始密码子AUG到3-端终止密码子之间的核苷酸序列，称为开放阅读框架(openreadingframe,ORF)。8遗传密码在mRNA的开放阅读框架区，以每3个相邻的核苷酸为一组，代表一种氨基酸或其他信息，这种三联体形式的核苷酸序列称为密码子。起始密码子：AUG终止密码子：UAA、UAG、UGA密码子（codon）原核：甲酰甲硫氨酸真核：甲硫氨酸64（61）9遗传密码表10

方向性连续性

简并性摆动性通用性遗传密码的特点111.方向性(directional)翻译时遗传密码的阅读方向是5’→3’，即读码从mRNA的起始密码子AUG开始，按5’→3’的方向逐一阅读，直至终止密码子。

NC读码方向

肽链延伸方向122.连续性(non-punctuated)编码蛋白质氨基酸序列的各个三联体密码连续阅读，密码子及密码子的各碱基之间既无间隔也无交叉。5’…….AUG

GCA

GUA

CAU……UAA3’AlaValHisMet

终止密码13缬脯苏天冬缬丙酪甘缬丙丝精移码突变:在开放阅读框架中发生插入或缺失1个或2个碱基的基因突变，都会引起mRNA阅读框架发生移动，使后续的氨基酸序列大部分被改变，其编码的蛋白质彻底丧失功能。143.简并性(degenerate)一种氨基酸可具有2个或2个以上的密码子为其编码,这一特性称为遗传密码的简并性。

除Met和Trp只对应一个密码子外，其他氨基酸都有2、3、4或6个密码子为之编码；简并性密码子:为同一种氨基酸编码的各密码子，

也称同义密码子。154.摆动性(wobble)

反密码子与密码子之间的配对有时并不严格遵守常见的碱基配对规律，这种现象称为摆动配对。tRNA反密码子第1位碱基IUGACmRNA密码子第3位碱基U,C,AA,GU,CUG

I:次黄嘌呤摆动配对在反密码子的第1位碱基与密码子的第3位碱基之间最为常见。16U321123摆动配对摆动配对可以使一种tRNA识别mRNA分子上的1～3种简并性密码子。U175.通用性(universal)从简单的细菌到高等的人类，几乎使用同一套遗传密码，因此，遗传密码表中的这套“通用密码”基本上适用于生物界的所有物种，具有通用性。密码的通用性进一步证明各种生物进化自同一祖先。18已发现少数例外，如动物细胞的线粒体、植物细胞的叶绿体。

通用密码线粒体密码AUA异亮氨酸蛋氨酸、起始AGA精氨酸终止AGG精氨酸终止UAG终止色氨酸19二、tRNA是氨基酸的运载工具1、tRNA的作用：tRNATyr运载氨基酸：一种tRNA只能转运一种特定的氨基酸；一种氨基酸通常可与2-6种对应的tRNA特异性结合。2、tRNA具有两个关键部位氨基酸结合部位:氨基酸的α-羧基与tRNA的3’CCA-OH末端的羟基之间形成酯键；mRNA结合部位：tRNA的反密码子可以与mRNA上相应的密码子互补结合。20三、核糖体是肽链生物合成的场所核糖体

(核蛋白体)的组成rRNA:骨架蛋白质:多种大亚基小亚基21P位A位原核生物核糖体上的功能部位5′3′

mRNA小亚基大亚基1、A位：氨基酰位

结合氨基酰-tRNA

2、P位:肽酰位

结合肽酰-tRNA

3、E位：排出位卸载tRNA（真核无E位）E位22四、肽链生物合成需要酶类和蛋白质因子（一）重要的酶类

氨基酰-tRNA合成酶：胞液中，催化氨基酸的活化。转肽酶：（核酶：RNA)核糖体大亚基的组成成分；合成肽键；具有酯酶活性。

转位酶:

其活性存在于延长因子G中；催化核糖体向mRNA的3’端移动一个密码子的距离。

23（二）蛋白质因子起始因子（initiationfactor，IF/eIF

）延长因子（elongationfactor，EF/eEF

）释放因子（releasefactor，RF/eRF

）能源物质:ATP和GTP;无机离子：Mg2+、K+（三）能源物质及离子24第二节

氨基酸与tRNA的连接25

氨基酸的活化:

氨基酸与特异的tRNA结合形成氨基酰-tRNA的过程。

参与氨基酸的活化的酶:

氨基酰-tRNA合成酶活化部位：

tRNA3’-CCA-OH261.反应过程一、氨基酰-tRNA合成酶识别特定氨基酸和tRNAATP

AMP＋PPi氨基酰-tRNA合成酶氨基酸+tRNA氨基酰-tRNA氨基酸的羧基与tRNA

的3’端CCA-OH以酯键相连27氨基酸＋ATP-E氨基酰-AMP-E＋PPi

第一步反应28第二步反应氨基酰-AMP-E＋tRNA氨基酰-tRNA

＋AMP＋E29

高度特异性校对活性2、氨基酰-tRNA合成酶特性AUG5'3'3、氨基酰-tRNA的表示方法

丙氨酰-tRNA：Ala-tRNAAla

精氨酰-tRNA：Arg-tRNAArg

甲硫氨酰-tRNA：Met-tRNAMet30

二、肽链合成起始需要特殊的起始氨基酰-tRNA起始氨基酰-tRNA:Met-tRNAiMet

参与肽链延长的甲硫氨酰-tRNA：Met-tRNAMet真核生物原核生物起始氨基酰-tRNA:fMet-tRNAfMet31起始氨基酰-tRNA（fMet-tRNAfMet）的生成：N10甲酰四氢叶酸32第三节

肽链的生物合成过程33肽链的生物合成过程

1、起始:从起始密码子AUG开始

2、延长：按5’→3’方向逐一读码肽链从N-端→C-端延长

3、终止：终止密码子（UAA、UAG、UGA)34mRNA

起始氨基酰-tRNA核糖体大小亚基

起始因子一、翻译起始复合物的装配启动肽链合成35（一）原核生物翻译起始复合物的形成

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的过程。P位A位5′3′mRNA小亚基大亚基E位N-甲酰甲硫氨酸30S、50SmRNAfMet-tRNAfMetIF1、IF2、IF3GTPMg2+361.核糖体大小亚基分离；2.核糖体小亚基结合于mRNA的起始密码子附近；3.fMet-tRNAfMet

结合在核糖体P位；4.核糖体大亚基结合形成起始复合物。起始过程37IF-3IF-11.核糖体大小亚基分离IF-1、IF-3与小亚基结合，促进大小亚基的分离。38AUG5'3'IF-3IF-12.

核糖体小亚基结合于mRNA的起始密码子附近小亚基与mRNA结合时必须准确识别阅读框的起始AUG。39mRNA与核糖体小亚基结合的分子机制：1、S-D序列/核糖体结合位点:

在各种mRNA起始AUG上游约8-13个核苷酸部位，存在一段由4～9个核苷酸组成的一致序列，富含嘌呤碱基。16SrRNA:3’端

–UCCUCC–

2、小核苷酸序列:

mRNA序列上紧接S-D序列后的小核苷酸序列，可被小亚基蛋白rpS-1识别并结合。mRNA：起始AUG上游–AGGAGG–互补40S-D序列、小核苷酸序列RNA-RNA、RNA-蛋白质41IF-3IF-1IF-2GTP3.fMet-tRNAfMet结合在核糖体P位AUG5'3'A位：IF-1P位：fMet-tRNAfMet

+IF-2/GTP42IF-3IF-1IF-2GTPGDPPi4.核糖体大亚基结合形成起始复合物AUG5'3'翻译起始复合物：完整核糖体+mRNA+fMet-tRNAfMetGTP水解3种IF释放43IF-3IF-1AUG5'3'IF-2GTPIF-2-GTPGDPPi翻译起始复合物形成过程44(二)真核生物翻译起始复合物的形成1.核糖体大小亚基分离；2.Met-tRNAiMet定位结合于小亚基P位；3.mRNA与核糖体小亚基定位结合；4.核糖体大亚基结合。45真核起始与原核起始的差别1、核糖体：40S小亚基+60S大亚基=80S2、起始因子(eIF)：种类多，10个3、起始氨基酰-tRNA：Met-tRNAiMet4、起始密码子