遗传信息传递与蛋白质合成简

遗传信息传递与蛋白质合成简第三节蛋白质的生物合成一﹑遗传信息翻译的基本原理二﹑蛋白质合成的场所——核糖体三﹑蛋白质合成的一般过程四、肽链合成后的加工修饰五、蛋白质的降解TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首页第九章基因信息的传递与蛋白质合成第2页,共44页，2024年2月25日，星期天第三节蛋白质的生物合成生物体内蛋白质的合成称为翻译，是以mRNA为模板，指导特定的氨基酸序列合成的过程。

参与翻译的生物大分子包括核糖体、mRNA、tRNA及多种蛋白质因子。TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首页第九章基因信息的传递与蛋白质合成第3页,共44页，2024年2月25日，星期天(一)mRNA携带指导蛋白质合成的遗传密码遗传密码（geneticcode）：mRNA上的碱基排列顺序。在mRNA链上3个相邻的碱基可以决定一个特定的氨基酸，这种核苷酸三联体被称为密码子（codon）。一、遗传信息翻译的基本原理TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首页第九章基因信息的传递与蛋白质合成第4页,共44页，2024年2月25日，星期天(一)mRNA携带指导蛋白质合成的遗传密码遗传密码特点：一、遗传信息翻译的基本原理通用性（universal）：从原核生物到真核生物，几乎所有生物体中的遗传密码都是通用的。简并性（degeneracy）：多个密码子决定同一氨基酸。连续性（commaless）：在翻译过程中，遗传密码的阅读是连续的。方向性（direction）：mRNA中密码子的阅读方向为5’→3’。TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首页第九章基因信息的传递与蛋白质合成第5页,共44页，2024年2月25日，星期天遗传密码表TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首页第九章基因信息的传递与蛋白质合成第6页,共44页，2024年2月25日，星期天(二)tRNA既能识别mRNA上的密码子又能携带特定的氨基酸tRNA识别mRNA上的密码子：反密码子（anticodon）的碱基互补配对作用。tRNA携带特定氨基酸：氨酰-tRNA合成酶催化。氨基酸的活化：氨基酸与ATP在氨酰-tRNA合成酶作用下形成氨酰-AMP。氨基酸与tRNA的连接：活化氨基酸的氨酰基被转移至tRNA分子上形成氨酰-tRNA（aminoacyl-tRNA）并释放AMP。TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首页一、遗传信息翻译的基本原理第九章基因信息的传递与蛋白质合成第7页,共44页，2024年2月25日，星期天(二)tRNA既能识别mRNA上的密码子又能携带特定的氨基酸摆动性（wobble）：密码子的前两位碱基在和反密码子配对时，遵循正常的碱基互补配对原则，而第三位碱基的配对具有一定的灵活性。TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首页一、遗传信息翻译的基本原理第九章基因信息的传递与蛋白质合成第8页,共44页，2024年2月25日，星期天tRNA转运氨基酸机制示意图

TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首页第九章基因信息的传递与蛋白质合成第9页,共44页，2024年2月25日，星期天二﹑蛋白质合成的场所——核糖体核糖体是合成蛋白质的机器，其功能是按照mRNA的指令由氨基酸合成蛋白质。(一)核糖体是由rRNA和蛋白质组成的大分子复合物TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首页第九章基因信息的传递与蛋白质合成第10页,共44页，2024年2月25日，星期天核糖体立体结构模型

TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首页第九章基因信息的传递与蛋白质合成第11页,共44页，2024年2月25日，星期天(二)核糖体是蛋白质合成的场所1.mRNA结合位点位于核糖体小亚基。原核生物30S小亚基通过16SrRNA的3’端与mRNA5’端起始密码子上游SD序列（Shine-Dalgarnosequence）配对结合。真核生物中，核糖体40S小亚基识别mRNA的帽子结构，使mRNA与核糖体结合。TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首页二﹑蛋白质合成的场所——核糖体第九章基因信息的传递与蛋白质合成第12页,共44页，2024年2月25日，星期天(二)核糖体是蛋白质合成的场所2.P位（peptidyl-tRNAsite）起始氨酰-tRNA和肽酰-tRNA结合的位置。3.A位（aminoacylsite）氨酰tRNA结合的位置。4.E位点(exitsite)肽酰转移后与即将释放的tRNA结合位点。5.延伸因子EF-G位与肽酰-tRNA从A位点转移到P位点有关的转移酶的结合位点。6.转肽酶（transpeptidase）活性部位位于P位和A位的连接处，催化肽键的形成。7.参与蛋白质合成的因子的结合部位TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首页二﹑蛋白质合成的场所——核糖体第九章基因信息的传递与蛋白质合成第13页,共44页，2024年2月25日，星期天(a)第14页,共44页，2024年2月25日，星期天ImportantBindingSitesontheProkaryoticRibosomeThismodelofribosomestructureshowstheA(aminoacyl)andP(peptidyl)sitesascavitiesontheribosomewherecharged(aminoacid-carrying)tRNAmoleculesbindduringpolypeptidesynthesis.ThemorerecentlypostulatedE(exit)siteisthesitefromwhichdischargedtRNAsleavetheribosome.ThemRNA-bindingsitebindsaparticularnucleotidesequencenearthe5’endofthemRNA,placingthemRNAintheproperpositionforthetranslationofitsfirstcodon.(a)Thediagrammaticrepresentationofaribosome.ThepairofhorizontaldashedlinesindicatewherethemRNAmoleculelies.(b)Amorerealisticrepresentation.Thebindingsitesarealllocatedatorneartheinterfacebetweenthelargeandsmallsubunits.(b)第15页,共44页，2024年2月25日，星期天第16页,共44页，2024年2月25日，星期天核糖体上的主要功能位点TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首页第九章基因信息的传递与蛋白质合成第17页,共44页，2024年2月25日，星期天三﹑蛋白质合成的一般过程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。TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首页第九章基因信息的传递与蛋白质合成第18页,共44页，2024年2月25日，星期天

(一)氨基酸活化是蛋白质生物合成的预备阶段氨基酸+tRNA+ATP氨基酰tRNA+AMP+PPi氨基酰-tRNA合成酶TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首页三﹑蛋白质合成的一般过程第九章基因信息的传递与蛋白质合成第19页,共44页，2024年2月25日，星期天

(二)起始复合物是翻译起始阶段的“蛋白质装配机”起始阶段：指大亚基、小亚基、mRNA和具有启动作用的起始氨基酰-tRNA装配为起始复合物的过程。TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首页三﹑蛋白质合成的一般过程第九章基因信息的传递与蛋白质合成第20页,共44页，2024年2月25日，星期天

大肠杆菌细胞翻译起始复合物的形成大肠杆菌细胞翻译起始复合物形成的过程：核糖体30S小亚基附着于mRNA起始信号部位。30S前起始复合物的形成。70S起始复合物的形成。TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首页第九章基因信息的传递与蛋白质合成第21页,共44页，2024年2月25日，星期天(三)肽链延长是多因子参与的核糖体循环过程

核糖体循环（ribosomecirculation）：肽链延长在核蛋白体上连续循环进行，每经过一个循环肽链增加一个氨基酸。TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首页三﹑蛋白质合成的一般过程第九章基因信息的传递与蛋白质合成第22页,共44页，2024年2月25日，星期天(三)肽链延长是多因子参与的核糖体循环过程

核糖体循环包括三个步骤：进位（registration）：特异的氨酰-tRNA进入A位。成肽（peptideformation）：P位上的氨基酸连接到A位氨基酸的氨基，形成肽键。转位（translocation）：核糖体沿mRNA5’端向3’端移动一个密码子距离。TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首页三﹑蛋白质合成的一般过程第九章基因信息的传递与蛋白质合成第23页,共44页，2024年2月25日，星期天(三)肽链延长是多因子

参与的核糖体循环过程

TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首页三﹑蛋白质合成的一般过程第九章基因信息的传递与蛋白质合成第24页,共44页，2024年2月25日，星期天

肽链合成的终止过程(四)肽链合成终止过程1.终止密码的辨认当A位上出现终止密码时，释放因子识别并结合到A位上。2.肽链和mRNA等从核糖体上释出3.核糖体大小亚基解聚TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首页三﹑蛋白质合成的一般过程第九章基因信息的传递与蛋白质合成第25页,共44页，2024年2月25日，星期天多聚核糖体（polyribosome）：

多个核糖体结合到一个mRNA分子上，成串排列，形成蛋白质合成的功能单位。多聚核糖体可以在一条mRNA链上同时合成多条相同的多肽链，大大提高了翻译的效率。TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首页第九章基因信息的传递与蛋白质合成第26页,共44页，2024年2月25日，星期天四、肽链合成后的加工修饰(一)一级结构的修饰改变了多肽链氨基酸的性质和组成肽链氨基端的修饰N-甲酰甲硫氨酸或甲硫氨酸的去除：甲酰基经脱甲酰基酶水解，甲硫氨酸或者氨基端的一些氨基酸残基由氨肽酶水解。新生多肽链不具有生物活性，需经过化学修饰和加工处理才能形成具有天然构象和生物学活性的功能蛋白。TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首页第九章基因信息的传递与蛋白质合成第27页,共44页，2024年2月25日，星期天四、肽链合成后的加工修饰(一)一级结构的修饰改变了多肽链氨基酸的性质和组成2.共价修饰：磷酸化、糖基化、羟基化、甲基化、乙

酰化和二硫键形成等。3.多肽链的水解修饰前体蛋白水解产生活性蛋白；多肽链经水解后产生几种不同的蛋白质或多肽。TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首页第九章基因信息的传递与蛋白质合成第28页,共44页，2024年2月25日，星期天(二)高级结构的修饰包括亚基聚合、多肽折叠和辅基

连接亚基聚合：许多蛋白质由两个以上亚基构成，需要各亚基通过非共价键聚合成多聚体才能表现出完整的生物活性，如人血红蛋白。TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首页四、肽链合成后的加工修饰第九章基因信息的传递与蛋白质合成第29页,共44页，2024年2月25日，星期天(二)高级结构的修饰包括亚基聚合、多肽折叠和辅基

连接多肽折叠：新生肽链必须逐步折叠成天然空间构象才能成为有活性的功能蛋白，折叠过程需要分子伴侣参与。分子伴侣蛋白有两类：

①蛋白因子

②

酶辅基连接：有些结合蛋白和带辅基的酶，合成后需要结合相应辅基，才能成为天然功能蛋白质。TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首页四、肽链合成后的加工修饰第九章基因信息的传递与蛋白质合成第30页,共44页，2024年2月25日，星期天细胞内的蛋白质不断地被降解和被新合成的蛋白质取代。蛋白的降解在细胞的生理活动中发挥着不可替代的作用。真核细胞内蛋白质的降解主要有两种途径：1.泛素-蛋白酶体（ubiquitin-proteasome）途径

特点：细胞内蛋白质选择性降解的重要途径。五、蛋白质的降解TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首页第九章基因信息的传递与蛋白质合成第31页,共44页，2024年2月25日，星期天1.泛素-蛋白酶体（ubiquitin-proteasome）途径过程：

五、蛋白质的降解E1激活泛素分子，需要ATP供能；E2将泛素结合在被降解的蛋白质上；E3识别并释放泛素化的蛋白质；蛋白酶体降解泛素化的蛋白质。TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首页第九章基因信息的传递与蛋白质合成第32页,共44页，2024年2月25日，星期天蛋白质降解的泛素化反应TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首页第九章基因信息的传递与蛋白质合成第33页,共44页，2024年2月25日，星期天2.

溶酶体降解途径特点：是非特异性蛋白质降解途径，蛋白质在溶酶体通过ATP非依赖途径被降解。过程：蛋白质经自噬形成自噬体，或内吞作用进入细胞。经溶酶体消化、分解为小分子氨基酸。TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首页五、蛋白质的降解第九章基因信息的传递与蛋白质合成第34页,共44页，2024年2月25日，星期天第五节基因的信息传递与医学一、基因表达调控异常与疾病二、蛋白质降解异常与疾病三、基于原核生物和真核生物蛋白质合成体

系差异的药物研制TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首页第九章基因信息的传递与蛋白质合成第35页,共44页，2024年2月25日，星期天一、基因表达调控异常与疾病基因表达调控是高度有序的多级调控过程，在基因表达的过程中任何环节出现错误都可能影响基因的正常表达，从而引发疾病。转录因子突变与疾病的发生密切相关：

转录因子TBX5显性突变——心手综合征（HoltOramsyndrome，HOS）；

转录因子PAX3显性突变——

Waardenburg综合征І型（WS1）；TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首页第九章基因信息的传递与蛋白质合成第36页,共44页，2024年2月25日，星期天一、基因表达调控异常与疾病转录因子突变与疾病的发生密切相关：转录因子NKX2-1突变——中枢神经、甲状腺及肺机能等多方面的复杂症状；

锌指类转录因子GATA3突变——血内甲状旁腺素水平降低、感神经性耳聋和肾脏发育不良。TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首页第九章基因信息的传递与蛋白质合成第37页,共44页，2024年2月25日，星期天二、蛋白质降解异常与疾病在正常代谢条件下，蛋白质的合成和降解有精确的调节而处于动态平衡。如果蛋白质的降解出现异常，就会影响细胞的多种功能，从而引起疾病的发生。蛋白质降解异常与肿瘤：当泛素介导的蛋白质降解途径出现异常时，则有可能导致肿瘤的发生。TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首页第九章基因信息的传递与蛋白质合成第38页,共44页，2024年2月25日，星期天二、蛋白质降解异常与疾病蛋白质降解异常与神经退行性疾病：大多数神经退行性疾病与细胞内或细胞外错误折叠蛋白不能被有效降解和清除有关。老年性痴呆症(Alzheimer’sdisease，AD)；人纹状体脊髓变性病；亨廷顿（huntington）舞蹈病。TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首页第九章基因信息的传递与蛋白质合成第39页,共44页，2024年2月25日，星期天三、基于原核生物和真核生物蛋白质合

成体系差异的药物研制原核生物和真核生物翻译过程中的差别在医学上有重要的价值，利用原核生物和真核生物蛋白质合成的体系差异，设计出对病原微生物有特效，而对人体没有损害的药物。这类药物主要以抗生素(antibiotics)为代表。TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首页第九章基因信息的传递与蛋白质合成第40页,共44页，2024年2月25日，星期天三、基于原核生物和真核生物蛋白质合

成体系差异的药物研制特点：来源于微生物，杀灭或抑制细菌。作用机制：

干扰原核生物的蛋白质合成，作用于起始因子，延长

因子及核糖核蛋白体。

不影响（或较少影响）真核生物的蛋白质合成。种类：链霉素、卡那霉素、氯霉素、四环素、土霉素等。TransmissionofGeneticInformationandProteinSynthesis退出首页第九章基因信息的传递与蛋白质合成第41页,共44页，2024年2月25日，星期天activatingdomainadaptiveexpressionalternativesplicingaminoacylsiteaminoacyl-tRNAantibioticsanticodonantisensestrandCAATboxcentraldogmachaperoninschromatinremoldingcis-actingelementcodingregioncodingstrandcodon转录激活域适应性表达可变剪