《生物化学》课件

12蛋白质的生物合成12.1参与蛋白质生物合成的物质12.2蛋白质生物合成的过程12.3中心法则

1编辑ppt12蛋白质的生物合成1编辑ppt12.1参与蛋白质生物合成的物质12.1.1翻译的模板12.1.2肽链合成的场所12.1.3tRNA和氨基酰-tRNA2编辑ppt12.1参与蛋白质生物合成的物质2编辑ppt12.1.1翻译的模板遗传密码：

mRNA中的三个碱基编码一个氨基酸。此三联碱基组称为一个密码子（codon）。遗传密码的主要特征:

1.密码子无标点符号2.密码子的不重叠性3.密码子的简并性4.密码子使用频率不同5.密码子与反密码子配对的不严格性6.密码子的通用性

7.密码子的防错性3编辑ppt12.1.1翻译的模板遗传密码：mRNA中的三

4编辑ppt

4编辑ppt12.1.2肽链合成的场所

核糖体（ribosome）是蛋白质合成的主要场所。它含有蛋白质合成中所需要的多种酶活性，能按适当的位置和方向把mRNA分子和带有氨基酸的tRNA分子结合在一起最终将mRNA分子的碱基顺序翻译成氨基酸顺序。5编辑ppt12.1.2肽链合成的场所核糖体（（一）核糖体的化学组成（1）原核生物核糖体的化学组成（2）真核生物核糖体的化学组成6编辑ppt（一）核糖体的化学组成（1）原核生物核糖体的化学组成6编辑p（1）原核生物核糖体的化学组成

种不同的蛋白质70S核糖体30S亚基50S16SrRNA23SrRNA5SrRNA3221种不同的蛋白质亚基核糖体（大肠杆菌）结构7编辑ppt（1）原核生物核糖体的化学组成种不同的（2）真核生物核糖体的化学组成

约50种不同的蛋白质80S核糖体亚基40S60S18SrRNA23SrRNA5SrRNA约30种不同的蛋白质亚基5.8SrRNA8编辑ppt（2）真核生物核糖体的化学组成约5（二）核糖体的结构与功能

核糖体的结构至少要满足如下的部位：（1）容纳mRNA的部位（2）结合氨基酰-tRNA的部位（称A-位点）（3）结合肽基-tRNA的部位（称P-位点）（4）形成肽键的部位（转肽酶中心）9编辑ppt（二）核糖体的结构与功能核糖体的结构至少要满足如下

3'大肠杆菌70S核糖体5'AA肽酰基位点氨酰基位点反密码子大亚基小亚基密码子结合位点mRNA（P位点）（A位点）10编辑ppt3'大肠杆菌70S核糖体5'AA肽酰基位点氨酰基位点反密码（三）多核糖体

蛋白质合成过程中一个mRNA的分子上不止结合一个核糖体而是一群核糖体同时翻译一个mRNA分子，这群核糖体称为多核糖体（polysome）。

多个核糖体同时翻译一个mRNA分子，这显著提高了mRNA的利用率。一条mRNA的最大利用率可达每80个核苷酸结合一个核糖体。

11编辑ppt（三）多核糖体11编辑ppt12.1.3tRNA和氨基酰-tRNA解码系统：

tRNA具有能通过碱基互补的方式识别密码子的特异部位，又有能结合相应氨基酸的特异部位，并把氨基酸携带至蛋白质合成的部位。

tRNA结合相应氨基酸需一种酶来催化，这种酶称氨基酰合成酶（aminoacylSynthetase）。12编辑ppt12.1.3tRNA和氨基酰-tRNA解码系统：

（一）氨基酸与tRNA分子的连接tRNA结合氨基酸这个过程也称为氨基酸的活化。当氨基酸结合于tRNA以后，就称为氨酰化的tRNA或氨基酰tRNA。

氨基酰-tRNA合成酶氨基酸+tRNA+ATP→氨基酰-tRNA+AMP+PPi13编辑ppt（一）氨基酸与tRNA分子的连接tRNA结合氨基酸这个14编辑ppt14编辑ppt（二）密码子-反密码子的相互作用

mRNA上密码子的每个碱基与tRNA反密码环上的密码子碱基即互补形成碱基对：

反密码子3’-X’-Y’-Z’-5’密码子5’-X-Y-Z-3’15编辑ppt（二）密码子-反密码子的相互作用反密码子3’-X’-Y’

摆动假说:

1965年F.Crick提出摆动假说（Wobblehypothesis）

这个假说认为密码子-反密码子的相互作用，首先要求前两个碱基对是标准型的碱基互补，以保证结合有最大限度的稳定性，第三个碱基则要求不那么严格，可以允许结构上有小小的波动（即摆动）,并允许有某些特异的碱基参与。Ala的反密码子TGC，可以识别丙氨酸的同义密码子GCU、GCC、GCA。16编辑ppt摆动假说:16编辑ppt12.2蛋白质生物合成的过程12.2.1翻译的起始12.2.2肽链的延伸12.2.3肽链的终止12.2.6肽链的折叠、加工与转运17编辑ppt12.2蛋白质生物合成的过程12.2.1翻译的起始1712.2.1翻译的起始（原核）（一）fMet-tRNAfMet的形成：

氨基酰-tRNA合成酶催化大肠杆菌蛋白质合成的第一个氨基酸都是甲酰化的甲硫氨酸，即N-甲酰甲硫氨酸（fMet）。Met的甲酰化是在Met-tRNAfMet

合成后，由转甲酰基酶催化，但转甲酰酶不会催化组成肽链中的甲硫氨酸甲酰化。起始的tRNAfMet，能特异地识别起始密码子AUG。18编辑ppt12.2.1翻译的起始（原核）（一）fMet-tRN

（二）翻译起始信号

mRNA上起始密码子AUG通常离mRNA5’-末端约20-30个碱基，在这段前导顺序中，具有一段特殊顺序AGGAGGU，位于起始AUG之前的固定的位置上，称为S.D序列（Shine-Dalgano顺序）。核糖体小亚基30s内的16srRNA3’-末端有顺序5’-PyACCUCCUUA-3’，Py可以是任何嘧啶核苷酸。于是这段顺序即与mRNA前导顺序中的S.D序列能够形成稳定的碱基对。翻译的方向：沿mRNA的5’→3’方向进行。19编辑ppt（二）翻译起始信号19编辑ppt（三）起始复合物的形成

（1）30S起始复合物的形成

首先在辨认mRNA的S.D序列后，核糖体30s亚基和甲酰甲硫氨酰-tRNAfMet（fMet-tRNAfMet）与mRNA结合，形成30S起始复合物。

生成此复合物时需要GTP和三种蛋白起始因子（initiationfactor，IF）—IF-1，IF-2和IF-3。这3种起始因子都连接于30S上，GTP稳定这种结合。fMet-tRNAfMet结合在mRNA的AUG

上，最终形成30S起始复合物。

20编辑ppt（三）起始复合物的形成

（1）30S起始复合物的形成

（2）70S起始复合物的形成

当30S起始复合物形成后，IF-3即释放。50S亚基参加进来，引起GTP水解释放能量，IF-1和IF-2也释放，最后形成70S起始复合物。形成70S复合物后即可进入蛋白质的肽链延长阶段。

此时，fMet-tRNAfMet

占据的是核糖体的P位点（肽酰位），核糖体的A位点（氨基酰位）还空着，并正对着mRNA上的下一个密码子，为下-个氨基-tRNA的进入作好了准备。

21编辑ppt

（2）70S起始复合物的形成21编真核生物翻译起始的不同点（1）真核生物核糖体较大，是由60s大亚基和40s小亚基组成80s的核糖体。（2）起始的氨基酸是甲硫氨酸。（3）起始时起始复合物在mRNA的5’-帽子处或其附近与之结合，然后沿着mRNA滑动，直至遇上第一个AUG密码子。（4）真核生物含有的起始因子比原核生物多得多，相互关系也很复杂。以elF表示真核的起始因子。22编辑ppt真核生物翻译起始的不同点（1）真核生物核糖体较大，是由6

（二）肽链延长

蛋白质合成的肽链延长阶段包括以下三步，这三步反复循环完成肽链延长。整个循环过程需要三个延长因子（elongationfactorEF）：EF-Tu，EF-Ts和EF-G。

（1）进位（2）肽链形成（3）移位23编辑ppt

（二）肽链延长23编辑ppt（1）进位

进位PiGTPGDPGTP-EFTutRNA氨酰-..5'3'mRNAA位点空出新生多肽fMet-tRNA5'3'fMet-tRNA氨酰A位点P位点GTP-EFTu.-EFTs-EFTu.-EFTsGDPEF-Tu.-EFTs-tRNA氨酰24编辑ppt（1）进位进位PiGTPGDPGTP-EFTutRNA氨酰（2）肽链形成

5'3'fMet-tRNA氨酰A位点P位点转肽作用5'3'A位点P位点fMet空载tRNA-tRNA肽酰25编辑ppt（2）肽链形成5'3'fMet-tRNA氨酰A位点P位26编辑ppt26编辑ppt（3）移位

5'3'mRNAfMetA位点空出新生多肽5'3'-tRNAA位点P位点肽酰空载tRNAG-EFPi+GDP+tRNAGTP移位-tRNA肽酰27编辑ppt（3）移位5'3'mRNAfMetA位点空出新生多肽5真核生物翻译延长的不同点真核生物肽链延长的过程与原核相似。有多种因子参与，eEF表示真核的延长因子。28编辑ppt真核生物翻译延长的不同点真核生物肽链延长的过程与原核相似。有12.2.3肽链的终止当70s核糖体A位出现mRNA终止密码子时，就没有氨基酰-tRNA再进入A位点，肽链延长停止。合成的多肽仍然接在占据P部位的tRNA上。终止过程是由释放因子（releasefactor，RF）参与下完成的，使P位上的肽链转移至水中，形成游离肽链，同时70s释放出50s核糖体亚基。此时，另一个被称为核糖体释放因子（ribosomereleasingfactor，RR）的成分参与使30s与mRNA分开。脱去肽链的tRNA与终止因子也离开。分离后的50s、30s又可为合成另一条肽链所用。29编辑ppt12.2.3肽链的终止当70s核糖体A位出现mmRNA上肽链合成终止密码子为：UAA、UAG、UGA。大肠杆菌有参与肽链合成的终止反应的三个终止因子RF1、RF2、RF3。RFl用以识别密码子UAA、UAG。RF2帮助识别UAA、UGA。RF3不识别任何终止密码子，但能协助肽链释放。30编辑pptmRNA上肽链合成终止密码子为：UAA、UAG、UGA。30真核生物的翻译终止不同：

eRF表示真核生物的释放因子。真核生物仅eRF一个释放因子辨认终止信号，它可以识别3种终止密码子UAA、UAG、UGA。

31编辑ppt真核生物的翻译终止不同：31编辑ppt核糖体的跳跃式读码在真核和原核生物中，也有一些例外的情况，发生了翻译位移（translationalframeshifting）。这种位移通常表现为一个碱基位移。也有核糖体跳过一大段mRNA（如50个碱基）后继续翻译，这一过程叫做翻译跳跃（translationaljumping）。它们都发生在mRNA的特殊位置，这些位置通常会有特殊的序列和结构。核糖体是怎样进行识别的尚不太清楚。

32编辑ppt核糖体的跳跃式读码在真核和原核生物中，也有一些例外的情况，发12.2.6肽链的折叠、加工与转运（一）蛋白质的折叠

在体外只要具有完整的一级结构，即能形成天然的高级结构。氨基酸的一级结构序列是决定蛋白质空间构象的最基本因素。体内折叠的环境比较复杂，参与的蛋白质成分及因子比较多。目前证明，至少有两类蛋白质参与体内的折叠过程，统称为助折叠蛋白。33编辑ppt12.2.6肽链的折叠、加工与转运（一）蛋白质的折叠3助折叠蛋白（foldinghelper）

一类是酶，如蛋白质二硫键异构酶及肽酰脯酰顺反异构酶。前者通过加速蛋白质中形成正确的二硫键，后者催化肽脯氨酰之间肽键的旋转反应，从而加速蛋白质的折叠过程。

另一类是分子伴侣（chaperonin）。这是细胞内一类能帮助新生肽链正确组装，成熟，自身却不是终产物分子成分的蛋白质，类似酶的特征，所以称为分子伴侣。34编辑ppt助折叠蛋白（foldinghelper）34编辑ppt真核和原核生物中的分子伴侣：在真核和原核生物中研究得比较多的分子伴侣有：（a）胁迫-70家族：整个家庭成员的分子质量约为70KD，由两个结构域组成。不同来源的胁迫-70蛋白的N-端的结构域高度保守，具有ATP酶活性。

（b）热休克蛋白70（heatshockprotein70，Hsp70）：是研究得最多的家庭成员之一。现在已知，Hsp70除参与蛋白质的折叠外，还参与蛋白质的组装（assembly）、跨膜、分泌与降解。35编辑ppt真核和原核生物中的分子伴侣：35编辑ppt（二）蛋白质的加工主要有：

（1）N-端修饰（2）氨基酸侧链的修饰（3）水解修饰

（4）糖基化修饰36编辑ppt（二）蛋白质的加工主要有：36编辑ppt

（1）N-端修饰

新生蛋白质的N-末端都带有一个甲硫氨酸残基，原核中还是甲酰化的。原核生物多数情况甲硫氨酸也被氨肽酶除去。如大肠杆菌中约只有30％的蛋白质还保留甲硫氨酸。真核生物中甲硫氨酸则全部被切除。37编辑ppt

（1）N-端修饰37编辑ppt（2）氨基酸侧链的修饰

氨基酸侧链的修饰包括羟化、羧化、甲基化、二硫键的形成等。

如胶原蛋白合成后某些脯氨酸和赖氨酸需要羟化。肽链中的半胱氨酸在二硫键异构酶催化下形成二硫键等。

38编辑ppt（2）氨基酸侧链的修饰

氨基酸侧（3）水解修饰

许多新合成的酶和蛋白质是以酶原或其它无活性的“前体”形式存在。修饰时是水解切除多余的肽段，使之折叠成为有活性的酶或蛋白质。酶激活即是例子。

39编辑ppt（3）水解修饰

许多