第十一章 蛋白质的生物合成教材

第11章蛋白质的生物合成P110ProteinBiosynthesis逆转录DNARNA蛋白质复制转录翻译复制遗传的中心法则：逆转录DNARNA蛋白质复制转录翻译复制中心法则基因的表达:基因的转录与翻译DNA---生命的主宰者蛋白质---生命活动的体现者蛋白质生物合成的概念：蛋白质生物合成也称翻译，是指将mRNA的核苷酸排列顺序（遗传信息）转变为蛋白质中氨基酸排列顺序的过程。核酸语言蛋白质语言第一节

蛋白质生物合成体系1.原料：20种氨基酸2.模板：mRNA3.场所：核糖体4.氨基酸搬运工具：tRNA5.主要酶和蛋白质因子：氨基酰-tRNA合成酶、转肽酶、起始因子、延长因子、释放因子等6.供能物质：ATP、GTP7.无机离子：Mg2+、K+蛋白质生物合成体系：一、mRNA在蛋白质合成中的作用mRNA是蛋白质生物合成的直接模板从mRNA5-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)。StartofgeneticmessageCapEndTail5’-端非翻译区5

3

3’-端非翻译区开放阅读框架（一）遗传密码的概念和种类在mRNA的开放阅读框架内，从5’端起始密码开始，每3个相邻的核苷酸（或碱基）为一组，编码一种氨基酸或其它信息，这种三联体形式的核苷酸序列称为一个遗传密码（密码子）。概念：氨基酸密码（61种）起始密码（1种）：AUG终止密码（3种）：UAA、UAG、UGA分类：遗传密码表1.通用性从低等生物到高等生物都使用同一套遗传密码。除少数例外，遗传密码表几乎适用于生物界的所有物种，具有通用性。遗传密码的通用性进一步证明各种生物进化自同一祖先。（二）遗传密码的特点2.方向性翻译时遗传密码的阅读方向是5’→3’，即读码从mRNA

5’端的起始密码AUG开始到3’端的终止密码结束。肽链的合成方向为N→C。NC肽链合成方向5′3′遗传密码阅读方向3.连续性翻译从mRNA

5’端起始密码开始到3’端终止密码结束，各密码子之间既无碱基隔开也无重叠。5’…….AUG

GCA

GUA

CAU……UAA3’AlaValHisMet终止密码如果mRNA的开放阅读框架内插入或缺失非3的整数倍个核苷酸，就会造成框移突变。缬脯苏天冬缬丙酪甘缬丙丝精4.简并性一种氨基酸可具有2个或2个以上的密码子为其编码，此现象称为遗传密码的简并性。除甲硫氨酸（Met）和色氨酸（Trp）仅有1个密码子外，其它氨基酸的密码子均在1个以上。同一种氨基酸的不同密码子称为同义密码子，也称简并性密码子。同义密码子往往只有第三位的碱基不同，这对减少基因的有害突变有重要意义。各种氨基酸的密码子数目5.摆动性反密码子的第1位碱基与密码子的第3位碱基配对时，不严格遵循碱基互补规律，此现象称为摆动配对。

tRNA反密码子第1位碱基IUGmRNA密码子第3位碱基A,U,CA,GC,UU321123摆动配对二、tRNA在蛋白质合成中的作用tRNA在蛋白质合成中起活化和转运氨基酸的作用三级结构氨基酸臂二级结构tRNA的功能：tRNA的反密码环上的反密码子能与mRNA的密码子反向互补结合，从而使它所携带的氨基酸可以准确地在mRNA序列上“对号入座”。因此tRNA既是氨基酸的搬运工具，也是氨基酸与密码子之间的适配器或译码员。tRNA的分类：起始tRNA（tRNAi）：识别起始密码AUG的tRNA真核生物携带甲硫氨酸的起始tRNA（Met-tRNAiMet）原核生物携带甲酰甲硫氨酸的起始tRNA（fMet-tRNAfMet）延伸tRNA（tRNAAA三字符）：识别出起始密码和终止密码以外的密码子携带氨基酸的延伸tRNA（AA三字符-tRNAAA三字符）校正tRNA：校正突变密码子的tRNA按照mRNA上密码子的排列顺序，携带特定氨基酸的tRNA依次进入核糖体，参与形成肽链后，tRNA即从核糖体释放出来，整个过程叫做tRNA循环。三、核糖体在蛋白质合成中的作用核糖体又称核蛋白体，是由rRNA和核糖体蛋白质组成的复合体，是蛋白质生物合成的场所。原核生物真核生物核蛋白体小亚基大亚基核蛋白体小亚基大亚基S值70S30S50S80S40S60SrRNA16S-rRNA23S-rRNA5S-rRNA18S-rRNA28S-rRNA5.8S-rRNA5S-rRNA蛋白质rpS21种rpL36种rpS33种rpL49种

不同细胞核糖体的组成核糖体的活性位点：A位：结合氨基酰-tRNAP位：结合肽酰基-tRNAE位：排出卸载tRNA转肽酶位点：催化肽键形成其它位点：结合IF、EF等转肽酶位点60S结构大亚基小亚基柄中心突起嵴平台头部裂沟基部50S30SmRNA40SmRNAtRNA多肽中央管5，3，mRNAA部位P部位核糖体活性部位

E部位四、参与蛋白质生物合成的酶类及蛋白因子（一）重要的酶类氨基酰-tRNA合成酶：催化氨基酸的活化。转肽酶：催化核糖体P位上的肽酰基转移至A位氨基酰-tRNA的氨基上，形成肽键。受释放因子的作用后发生变构，表现为酯酶的活性，能够使肽链与tRNA分离。转位酶：活性存在于EF-G中，催化核糖体向mRNA3’-端移动一个密码子的距离，使下一个密码子定位于A位。（二）蛋白质因子（原核生物）起始因子（initiationfactor，IF）延长因子（elongationfactor，EF）释放因子（releasefactor，RF）参与原核生物翻译过程的蛋白质因子因子名称生物学功能IF-1协助IF-3作用；阻止tRNA与A位提前结合IF-2具有GTP酶的活性，促使fMet-tRNAfMet与小亚基结合IF-3促进核糖体大小亚基解离EF-TuEF-Ts具有GTP酶的活性，促使氨基酰-tRNA进入核糖体A位EF-G具有GTP酶的活性，促进核糖体转位RF-1RF-2RF-3识别终止信号，终止翻译过程；促使转肽酶显现酯酶活性第二节

蛋白质的生物合成过程一、原核生物蛋白质生物合成过程氨基酸的活化与转运翻译起始肽链延长翻译终止（一）氨基酸的活化与转运氨基酸+tRNA氨基酰-tRNAATP

AMP＋PPi氨基酰-tRNA合成酶在氨基酰-tRNA合成酶的催化下，由ATP提供能量，氨基酸与tRNA结合形成氨基酰-tRNA的过程，称为氨基酸的活化。第一步反应:氨基酸＋ATP氨基酰-AMP＋PPi

氨基酰-tRNA合成酶第二步反应:氨基酰-AMP＋tRNA氨基酰-tRNA＋AMP氨基酰-tRNA合成酶酯键氨基酸是通过以下哪种化学键与tRNA结合？

A．糖苷键B．磷酸二酯键C．氢键D．酯键E．肽键答案：D氨基酰-tRNA合成酶对底物有严格的选择性，即每种氨基酰-tRNA合成酶能特异性选择一种氨基酸与相应的tRNA结合，因此每一种氨基酸应有一种或一种以上的特异性氨基酰-tRNA合成酶。原核生物fMet-tRNAfMet的生成：

（二）翻译起始指mRNA、fMet-tRNAfMet（真核生物是Met-tRNAiMet）和核糖体结合形成翻译起始复合物的过程。1.核糖体大小亚基的分离；2.mRNA与核糖体小亚基的结合；3.fMet-tRNAfMet的结合；4.核糖体大小亚基的结合。IF-3IF-11.核糖体大小亚基的分离AUG5'3'IF-3IF-12.mRNA与核糖体小亚基的结合原核生物mRNA在核糖体小亚基上的准确定位和结合涉及两种机制在mRNA起始密码AUG上游约8～13核苷酸部位，都有一段由4～9个核苷酸组成的特殊序列，富含嘌呤碱基（如5’AGGAGG3’），称为Shine-Dalgarno序列(简称S-D序列)，又称核糖体结合位点。30S小亚基中16S-rRNA3’-端富含嘧啶碱基的一段序列（如3’UCCUCC5’），通过与S-D序列碱基互补而使30S亚基定位于mRNA分子ORF的翻译起始部位。机制一：30S亚基的rpS-1识别并结合S-D序列后的小核苷酸序列。机制二：通过RNA-RNA和RNA-蛋白质相互作用，mRNA起始密码AUG准确定位在核糖体30S亚基的P位上。IF-3IF-1IF-2GTP3.

fMet-tRNAfMet

的结合AUG5'3'IF-3IF-1IF-2GTPGDPPi4.核糖体大小亚基的结合（起始复合物形成）AUG5'3'IF-3IF-1AUG5'3'IF-2GTPIF-2-GTPGDPPi起始复合物形成过程：是指按照mRNA的密码子排列顺序，氨基酸由tRNA携带依次进入核糖体，在转肽酶的作用下，逐步聚合成肽链的过程（三）肽链延长肽链每延长一个氨基酸单位，需要进位、成肽和转位三个步骤，此过程称为核糖体循环mRNA阅读方向为5’→3’，肽链延伸方向N→C1.进位/注册是指按照mRNA密码子的指令，一个特定氨基酰-tRNA进入并结合到核糖体A位的过程。TuTsGTPGDPAUG5'3'TuTs进位过程：

进位需要延长因子EF-T(Tu/Ts)参与。

进位需要延长因子EF-T(Tu/Ts)参与。TuTsGTPGDPAUG5'3'TuTs进位过程：

进位需要延长因子EF-T(Tu/Ts)参与。2.成肽

成肽是在转肽酶的催化下，核糖体P位tRNA携带的甲酰甲硫氨酸或肽酰基转移到A位上，并与A位上tRNA所携带的氨基酸的α-氨基以肽键结合。成肽过程：3.转位

是指转位酶（EF-G）通过水解GTP释放的能量，推动核糖体沿mRNA从5’端向3’端移动一个密码子的距离，使得下一个密码子准确定位在A位，而原来占据A位的肽酰-tRNA移至P位，此前P位上卸载的tRNA则进入E位，随后从E位脱落。fMetAUG5'3'fMetTuGTP成肽→转位→下一轮进位进位转位成肽核糖体循环的整个过程：（四）翻译终止当mRNA的终止密码子出现在核糖体A位时，由于没有相应的氨基酰-tRNA与之对应，肽链无法继续延伸，翻译即进入终止阶段。终止阶段需要释放因子(RF)参与。释放因子的功能：RF-1特异识别UAA、UAGRF-2特异识别UAA、UGARF-3具有GTP酶活性，能够促使RF-1或RF-2与核糖体结合诱导转肽酶变构显现酯酶（作用：水解酯键）活性，水解肽酰基与tRNA之间的酯键，从而使新合成的肽链从核糖体上脱落识别终止密码并结合到核糖体上UAG5'3'RFCOO-目录原核生物翻译终止过程原核生物翻译终止过程

蛋白质的生物合成------小结翻译mRNA→蛋白质合成的过程。模板mRNA运输工具tRNA场所核糖体原料20种氨基酸能量ATP、GTP多肽链延长方向N→C酶氨基酰tRNA合成酶转肽酶蛋白质合成的一般过程（一）氨基酸活化——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（二）起始复合物形成——翻译起始阶段的“蛋白质装配机”（三）肽链延长——多因子参与的核糖体循环进位/成肽/移位（三）肽链合成终止——三个步骤终止密码的辨认肽链和mRNA释放核糖体大小亚基解聚AUG5'3'IF-3IF-1

mRNA在小亚基定位结合目录IF-3IF-1IF-2GTP

起始氨基酰tRNA(fMet-tRNAifmet)结合到小亚基AUG5'3'目录IF-3IF-1IF-2GTPGDPPi核蛋白体大亚基结合，起始复合物形成AUG5'3'目录IF-3IF-1AUG5'3'IF-2GTPIF-2-GTPGDPPiTuTsGTPGDPAUG5'3'TuTs目录进位fMetAUG5'3'fMetTuGTP目录成肽移位进位UAG5'3'RFCOO-目录IF3IF2IF3-mRNA-30S三元复合物IF2-30S-mRNA-fMet-tRNAf30S-mRNA-50S-fMet-tRNAf大亚基IF2GTPUACfMet大亚基小亚基IF3IF2IF3小亚基A位UACfMetGTPGDP+PiACUUAG3,AUGGCCUCUGGAACG5,CGG丙CGG丙肽基转移酶形成肽键fMetP位A位CGG丙3,AUGGCCUCUGGAACG5,EF-G易位酶G因子GTPGDP+PiP位A位fMetCGG丙ACUUAG3,AUGGCCUCUGGAACG5,AGA丝EF-TGTP氨酰基-tRNA进入A位肽键的形成移位(由A位转移至P位）P位A位ACUUAG3,AUGGCCUCUGGAACG5,AGA丝fMet丙P位A位UGA释放因子RF丝fMet丙甘苏RF30S50SCGGUAC肽链合成的终止与释放ACUUAG3,AUGGCCUCUGGAACG5,UACfMetCGG丙UGAIF3A位A位P位A位UGA丝fMet丙甘苏ACUUAG3,AUGGCCUCUGGAACG5,RFUACfMetCGG丙UGC苏丝fMet丙甘丝fMet丙甘苏多肽链的合成多聚核蛋白体(polysome)——使蛋白质合成高速、高效进行。

蛋白质合成后修饰加工第三节

蛋白质修饰加工方式包括四方面

：

1.新生肽链折叠

2.一级结构修饰

3.高级结构的修饰

4.蛋白质合成后定向分送一、新生肽链的折叠

从核糖体释放出的多肽链主要按照一级结构中氨基酸侧链的性质自主卷曲折叠形成特定的空间结构。还需要分子伴侣帮助才能正确装配成蛋白质。

二、一级结构的修饰1.氨基端修饰加工2.部分氨基酸的共价修饰3.水解加工糖基化修饰三、空间结构的修饰蛋白质空间结构的修饰方式主要有：亚基聚合辅基连接

蛋白质合成后定向输送到其发挥作用的特定细胞部位的现象称为蛋白质合成后靶向分送，或称蛋白质靶向输送。四、蛋白质合成后定向分送细菌蛋白质的跨膜分泌真核生物蛋白质的分泌

第四节蛋白质生物合成与医学一、抗生素类蛋白质合成阻断剂二、其他干扰蛋白质合成的物质

1．干扰素对病毒蛋白合成的抑制

2.毒素一、常用抗生素对翻译过程的影响二、其他干扰蛋白质合成的物质干扰素的作用结构毒素----白喉毒素的致病机