蛋白质的生物合成专题知识讲座

蛋白质的生物合成专题知识讲座蛋白质的生物合成专题知识讲座第1页一、遗传密码：1.遗传密码：DNA或mRNA中核苷酸序列与蛋白质中氨基酸序列对应关系。2.密码子：由三个相邻碱基编码一个氨基酸核苷酸三联体。3.遗传密码特点：（1）通用性：动植物微生物都可使用蛋白质的生物合成专题知识讲座第2页遗传密码简并性和通用性蛋白质的生物合成专题知识讲座第3页（2）简并性：一个氨基酸可有各种密码子编码现象。只有Met和Trp没有。同义密码：编码同一个氨基酸密码子。（3）读码连续性：不重合无间隔。（4）有起始密码AUG和终止密码

UAA、UAG、UGA。（5）方向性：密码子阅读方向为5`-3`。（6）变偶性（摆动性）：密码子前两个碱基相同，决定了其专一性，而第三个碱基能够发生改变。蛋白质的生物合成专题知识讲座第4页意义：1若突变发生在第三个碱基上翻译仍可进行。2利于mRNA上密码子与tRNA上反密码子配对时，使tRNA上稀有碱基可与反密码子配对。

IMP可与AMP、UMP、CMP配对。蛋白质的生物合成专题知识讲座第5页遗传密码连续性蛋白质的生物合成专题知识讲座第6页遗传密码摆动配对蛋白质的生物合成专题知识讲座第7页

二、参加蛋白质生物合成物质

生物体内各种蛋白质都是生物体内利用约20种氨基酸为原料自行合成。参加蛋白质生物合成各种原因组成了蛋白质合成体系，该体系包含：①

mRNA：作为蛋白质生物合成模板，决定多肽链中氨基酸排列次序；②

tRNA：搬运氨基酸工具；③

核糖体（又名核蛋白体）：蛋白体生物合成场所；④

酶及其它蛋白质因子；⑤

供能物质及无机离子。

蛋白质的生物合成专题知识讲座第8页（一）、mRNA作为指导蛋白质生物合成模板。mRNA中每三个相邻核苷酸组成三联体，代表一个氨基酸信息，此三联体就称为密码子(coden)。共有64种不一样密码。蛋白质的生物合成专题知识讲座第9页（二）tRNA：在氨基酸tRNA合成酶催化下，特定tRNA可与对应氨基酸结合，生成氨基酸tRNA，从而携带氨基酸参加蛋白质生物合成。tRNA反密码环中部三个核苷酸组成三联体，能够识别mRNA上对应密码，此三联体就称为反密码子(anticoden)。

蛋白质的生物合成专题知识讲座第10页反密码对密码识别，通常也是依据碱基互补标准，即A—U，G—C配对。但反密码第一个核苷酸与第三核苷酸之间配对，并不严格遵照碱基互补标准。如反密码第一个核苷酸为Ⅰ（次黄嘌呤），则可与A、U或C配对，如为U，则可与A或G配对，这种配对称为不稳定配对。

蛋白质的生物合成专题知识讲座第11页能够识别mRNA中5′端起始密码AUGtRNA是一个特殊tRNA，称为起始tRNA。在原核生物中，起始tRNA是一个携带甲酰蛋氨酸tRNA，即tRNAifmet；而在真核生物中，起始tRNA是一个携带蛋氨酸tRNA，即tRNAimet。在原核生物和真核生物中，均存在另一个携带蛋氨酸tRNA，识别非起始部位蛋氨酸密码，AUG。

蛋白质的生物合成专题知识讲座第12页（三）rRNA和核蛋白体原核生物中核糖体大小为70S，可分为30S小亚基和50S大亚基。小亚基由16SrRNA和21种蛋白质组成，大亚基由5SrRNA，23SRNA和35种蛋白质组成。真核生物中核糖体大小为80S，也分为40S小亚基和60S大亚基。小亚基由18SrRNA和30各种蛋白质组成，大亚基则由5SrRNA，28SrRNA和50各种蛋白质组成，在哺乳动物中还含有5.8SrRNA。

蛋白质的生物合成专题知识讲座第13页核糖体组装蛋白质的生物合成专题知识讲座第14页大肠杆菌核糖体空间结构为一椭圆球体，其30S亚基呈哑铃状，50S亚基带有三角，中间凹陷形成空穴，将30S小亚基抱住，两亚基结合面为蛋白质生物合成场所。

蛋白质的生物合成专题知识讲座第15页核糖体大、小亚基分别有不一样功效：

1．小亚基：可与mRNA、GTP和起始tRNA结合。

2．大亚基：（1）含有两个不一样tRNA结合点。

A位（右）——氨酰基基位，可与新进入氨基酰tRNA结合；P位（左）——肽酰基部位，可与延伸中肽酰基tRNA结合。（2）含有转肽酶活性：将给位上肽酰基转移给受位上氨基酰tRNA，形成肽键。（3）含有GTPase活性，水解GTP，取得能量。

（4）含有起始因子、延长因子及释放因子结合部位。

蛋白质的生物合成专题知识讲座第16页在蛋白质生物合成过程中，经常由若干核糖体结合在同一mRNA分子上，同时进行翻译，但每两个相邻核蛋白之间存在一定间隔，形成念球状结构。由若干核糖体结合在一条mRNA上同时进行多肽链翻译所形成念球状结构称为多核糖体。

蛋白质的生物合成专题知识讲座第17页（四）起始因子（IF）：这是一些与多肽链合成起始相关蛋白因子。原核生物中存在3种起始因子，分别称为IF1-3。在真核生物中存在9种起始因子（eIF）。其作用主要是促进核糖体小亚基与起始tRNA及模板mRNA结合。

蛋白质的生物合成专题知识讲座第18页（五）延长因子（EF）原核生物中存在3种延长因子（EFTU，EFTS，EFG），真核生物中存在2种（EF1，EF2）。其作用主要促使氨基酰tRNA进入核糖体受体，并可促进移位。

蛋白质的生物合成专题知识讲座第19页（六）释放因子（RF）：原核生物中有4种，在真核生物中只有1种。其主要作用是识别终止密码，帮助多肽链释放。

蛋白质的生物合成专题知识讲座第20页（七）氨基酰tRNA合成酶：该酶存在于胞液中，与特异氨基酸活化以及氨基酰tRNA合成相关。每种氨基酰tRNA合成酶对对应氨基酸以及携带氨基酸数种tRNA含有高度特异性，这是确保tRNA能够携带正确氨基酸对号入座必要条件。当前认为，该酶对tRNA识别，是因为在tRNA氨基酸臂上存在特定识别密码，即第二套遗传密码。

蛋白质的生物合成专题知识讲座第21页（八）供能物质和无机离子：多肽链合成时，需ATP、GTP作为供能物质，并需Mg2+、K+参加。氨基酸活化时需消耗2分子高能磷酸键，肽键形成时又消耗2分子高能磷酸键，故缩合一分子氨基酸残基需消耗4分子高能磷酸键。

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第二节蛋白质生物合成过程

蛋白质生物合成过程包含三大步骤：①氨基酸活化与搬运；②活化氨基酸在核蛋白体上缩合；③多肽链合成后加工修饰。

蛋白质的生物合成专题知识讲座第23页一、氨基酸活化与搬运

氨基酸活化以及活化氨基酸与tRNA结合，均由氨基酰tRNA合成酶催化完成。其反应过程为：

蛋白质的生物合成专题知识讲座第24页在此反应中，特异tRNA3’端CCA上2’或3’位自由羟基与对应活化氨基酸以酯键相连接，形成氨基酸tRNA，从而使活化氨基酸能够被搬运至核糖体上参加多肽链合成。氨基酸tRNA合成，可使氨基酸

①活化；②搬运；③定位。

蛋白质的生物合成专题知识讲座第25页二、活化氨基酸缩合——核糖体循环

活化氨基酸缩合生成多肽链过程在核蛋白体上进行。活化氨基酸在核蛋白体上重复翻译mRNA上密码并缩合生成多肽链循环反应过程，称为核糖体循环。核蛋糖体循环过程可分为起始、延长和终止三个阶段，这三个阶段在原核生物和真核生物类似，现以原核生物中过程加以介绍。

蛋白质的生物合成专题知识讲座第26页

（一）起始阶段：

1．30S起始复合物形成：在起始因子促进下，30S小亚基与mRNA起始部位，起始tRNA（fmet-tRNAfmet），和GTP结合，形成复合体。

蛋白质的生物合成专题知识讲座第27页原核mRNA起始部位由一段富含嘌呤特殊核苷酸次序组成，称为SD序列（核糖体结合位点，RBS），可被核蛋白体小亚基识别结合2．70S起始前复合体形成：IF3从30S起始复合体上脱落，50S大亚基与复合体结合，形成70S起始前复合体。

蛋白质的生物合成专题知识讲座第28页

3．70S起始复合体形成：GTP被水解，IF1和IF2从复合物上脱落。此时，tRNAfmet反密码UAC与mRNA上起始密码AUG互补结合，tRNAfmet结合在核蛋白给位（P位）。

蛋白质的生物合成专题知识讲座第29页（二）肽链延长阶段：

1．进位：与mRNA下一个密码相对应氨基酰tRNA进入核糖体受位。此步骤需GTP，Mg2+，和EF参加。

蛋白质的生物合成专题知识讲座第30页

2．成肽：在转肽酶催化下，将给位上tRNA所携带甲酰蛋氨酰基或肽酰基转移到受位上氨基酰tRNA上，与其α-氨基缩合形成肽键。此步骤需Mg2+，K+。给位上已失去蛋氨酰基或肽酰基tRNA从核糖体上脱落。

3．移位：核糖体向mRNA3‘-端滑动相当于一个密码距离，同时使肽酰基tRNA从受体移到给位。此步骤需EF（EFG）、GTP和Mg2+参加。此时，核糖体受位留空，与下一个密码相对应氨基酰tRNA即可再进入，重复以上循环过程，使多肽链不停延长。

蛋白质的生物合成专题知识讲座第31页（三）肽链终止阶段：核糖体沿mRNA链滑动，不停使多肽链延长，直到终止信号进入受位。

1．识别：RF识别终止密码，进入核糖体受位。

2．水解：RF使转肽酶变为水解酶，多肽链与tRNA之间酯键被水解，多肽链释放。

3．解离：经过水解GTP，使核糖体与mRNA分离，tRNA、RF脱落，核糖体解离为大、小亚基。

蛋白质的生物合成专题知识讲座第32页多肽链合成能量消耗

多肽链合成是一个消耗能量过程，其能量主要由ATP和GTP提供。若n个氨基酸合成一条多肽链：

n个氨基酸分子活化2n个（ATP→AMP+2ADP）

70s起始复合物形成：1个（GTP→GDP+Pi)(n－1)个氨酰－tRNA进入核糖体A位点：n－1个（GTP→GDP+Pi)(n－1)次核糖体移位：(n－1)个

(GTP→GDP+Pi)共（4n－1）个蛋白质的生物合成专题知识讲座第33页三、多肽链合成后加工修饰

（一）一级结构加工修饰：1．N端甲酰蛋氨酸或蛋氨酸切除：N端甲酰蛋氨酸，必须在多肽链折迭成一定空间结构之前被切除。①去甲酰化：甲酰化酶甲酰蛋氨酸-肽甲酸+蛋氨酸-肽

②去蛋氨酰基：蛋氨酸氨基肽酶

蛋氨酰-肽

蛋氨酸

+肽

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2．氨基酸修饰：