蛋白质的生物合成课件

蛋白质的生物合成第一节蛋白质合成体系的重要组成部分

第二节蛋白质的合成过程

第三节蛋白质合成后的运送（一）蛋白质生物合成体系的重要组分

蛋白质生物合成体系的重要组分主要包括mRNA

、tRNA

、rRNA、有关的酶以及几十种蛋白质因子。其中，mRNA是蛋白质生物合成的直接模板。tRNA的作用体现在三个方面：3ˊCCA接受氨基酸；反密码子识别mRNA链上的密码子；连接多肽链和核糖体。rRNA和几十种蛋白质组成合成蛋白质的场所棗核糖体。

遗传密码的特点：无标点性、无重叠性；通用性和例外；简并性；变偶性。知识要点（二）蛋白质白质生物合成的过程

蛋白质生物合成的过程分四个步骤：氨基酸活化、肽链合成的起始、延伸、终止和释放。其中，氨基酸活化即氨酰tRNA的合成，反应由特异的氨酰tRNA合成酶催化，在胞液中进行。氨酰tRNA合成酶既能识别特异的氨基酸，又能辩认携带该氨酰基的一组同功受体tRNA分子。肽链合成的起始对于大肠杆菌等原核细胞来说，是70S起始复合物的形成。它需要核糖体30S和50S亚基、带有起始密码子AUG的mRNA、fMet-tRNAf、起始因子IF1、IF2、IF3（分子量分别为10000、80000和21000的蛋白质）以及GTP和Mg2+的参加。肽链合成的延伸需要70S起始复合物、氨酰-tRNA、三种延伸因子：一种是热不稳定的EF-Tu，另一种是热稳定的EF-Ts，第三种是依赖GTP的EF-G以及GTP和Mg2+。肽链合成的终止和释放需要三个终止因子RF1、RF2、RF3蛋白的参与。比较真核细胞蛋白质生物合成与原核细胞的不同。（三）蛋白质合成后的修饰

蛋白质合成后的几种修饰方式：氨基末端的甲酰甲硫氨酸的切除、肽链的折叠、氨基酸残基的修饰、切去一段肽链。蛋白质合成的场所是核糖体,原料是20种L-氨基酸，反应所需能量由ATP、GTP提供，此外还有Mg2+、K+

等金属离子参与。蛋白质合成体系主要由mRNA、tRNA、rRNA、有关的酶以及几十种蛋白质因子组成。AGCCTGUCGGACSerAspSer一些概念、定义1，翻译（translation）：在蛋白质合成期间，将存在于mRNA上代表一个多肽的核苷酸残基序列转换为多肽链氨基酸残基序列的过程。

2，遗传密码（geneticcode）：核酸中的核苷酸残基序列与蛋白质中的氨基酸残基序列之间的对应关系。；连续的3个核苷酸残基序列为一个密码子，特指一个氨基酸。标准的遗传密码是由64个密码子组成的，几乎为所有生物通用。

3，起始密码子（iniationcodon）：指定蛋白质合成起始位点的密码子。最常见的起始密码子是蛋氨酸密码：AUG序列，该序列编码着一个指定的氨基酸

，tRNA的反密码子与mRNA的密码子互补。4，终止密码子（terminationcodon）：任何tRNA分子都不能正常识别的，但可被特殊的蛋白结合并引起新合成的肽链从翻译机器上释放的密码子。存在三个终止密码子：UAG,UAA和UGA。

5，密码子（condon）：mRNA（或DNA）上的三联体核苷酸残基

6，反密码子（anticodon）：tRNA分子的反密码子环上的三联体核苷酸残基序列。在翻译期间，反密码子与mRNA中的互补密码子结合。

7，简并密码子（degeneratecodon）：也称为同义密码子。是指编码相同的氨基酸的几个不同的密码子。8，氨基酸臂（aminoarm）：也称为接纳茎。tRNA分子中靠近3ˊ端的核苷酸序列和5ˊ端的序列碱基配对，形成的可接收氨基酸的臂（茎）。9，TψC臂（TψCarm）：tRNA中含有胸腺嘧啶核苷酸-假尿嘧啶核苷酸-胞嘧啶核苷酸残基序列的茎-环结构。

10，氨酰-tRNA（aminoacyl-tRNA）：在氨基酸臂的3ˊ端的腺苷酸残基共价连接了氨基酸的tRNA分子。

11，同工tRNA（isoacceptortRNA）：结合相同氨基酸的不同的tRNA分子。12，摆动（wobble）：处于密码子3ˊ端的碱基与之互补的反密码子5ˊ端的碱基（也称为摆动位置），例如I可以与密码子上3ˊ端的U，C和A配对。由于存在摆动现象，所以使得一个tRNA反密码子可以和一个以上的mRAN密码子结合。

13，氨酰-tRNA合成酶（aminoacyl-tRNAsynthetase）：催化特定氨基酸激活并共介结合在相应的tRNA分子3ˊ端的酶。14，翻译起始复合物（translationinitiationcomplex）：由核糖体亚基，一个mRNA模板，一个起始的tRNA分子和起始因子组成并组装在蛋白质合成起始点的复合物。15，读码框（readingframe）：代表一个氨基酸序列的mRNA分子的非重叠密码序列。一个mRNA读码框是由转录起始位置（通常是AUG密码）确定的。16，SD序列（Shine-Dalgarnosequence）：mRNA中用于结合原核生物核糖体的序列。

17，肽酰转移酶（peptidytranseferace）：蛋白质合成期间负责转移肽酰基和催化肽键形成的酶。18，嘌吟毒素（puromycin）：通过整合到生长着的肽链，引起肽链合成提前终止来抵制多肽名链合成的一种抗生素。

19，开放读码框（openreadingframe）：DNA或RNA序列中一段不含终止密码的连续的非重叠核苷酸密码

20，信号肽（signalpeptide）：常指新合成多肽链中用于指导蛋白质夸膜转移（定位）的N-末端氨基酸序列（有时不一定在N端）。第一节蛋白质合成体系的重要组分一、mRNA和遗传密码二、tRNA三、rRNA和核糖体一、mRNA和遗传密码mRNA由DNA经转录合成，携带着DNA的遗传信息，然后作为模板通过翻译将遗传信息传递给蛋白质，即由它直接决定多肽链中AA的顺序。所以mRNA为模板的蛋白质合成过程被称为翻译或转译。mRNA分子中四种不同碱基（A、G、C和U）构成特定顺序决定蛋白质分子中20种AA所构成的序列。大量实验证明mRNA上相邻三个碱基编码一种AA，因而被称为碱基三联体或密码子。四种核苷酸，能有43=64组密码子1966年已经完全查清了20种基本氨基酸所对应的61个密码子。其中有一个密码子也作为肽链合成的起始密码子,另外还有三个终止密码子。遗传密码的发现1961年，M.Nirenberg等人提出。43=64大肠杆菌中，以多聚U做为mRNA，即polyU+20种放射性同位素标记的氨基酸，大肠杆菌合成体系，在外界环境合适下，合成了一条多聚苯丙氨酸（phe）肽链。UUU为phe的三联体密码。发现具有密码子功能的最短链为三个核苷酸，并且含3

-OH和5

-磷酸基的三核苷酸最有效。阅读方向为5

-3

。至1966年，20中氨基酸对应的61个密码子和三个终止密码子全部被查清。

遗传密码阅读方向为5‘-3’

遗传密码的特点

⑴密码子的方向性

密码子的阅读方向及它们在mRNA由起始信号到终止信号的排列方向均为5

-3’，与mRNA链合成时延伸方向相同。

⑵密码子的简并性

64-3=61个代表20种氨基酸，仅甲硫氨酸、色氨酸只有一个密码子。一个氨基酸可以有几个不同的密码子，编码同一个氨基酸的一组密码子称为同义密码子。这种现象称为密码子的简并性。

⑶密码子的连续性（读码）（无标点、无重叠）

从正确起点开始至终止信号，密码子的排列是连续的。既不存在间隔（无标点），也无重叠。在mRNA分子上插入或删去一个碱基，会使该点以后的读码发生错误，称为移码，由这种情况引起的突变称为移码突变。⑷密码子的基本通用性（近于完全通用）对于高等、低等生物都适用，只有一个例外：真核生物线粒体DNA。（P397）一些原核生物中利用终止密码翻译AA（UGA-Trp\硒代半胱氨酸）3‘起始密码子5‘⑸起始密码子和终止密码子64种密码子中，AUG为甲硫氨酸的密码子，又是肽链合成的起始密码子，UAA，UAG，UGA为终止密码子，不编码任何氨基酸，而成为肽链合成的终止部位（无义密码子）。⑹密码子的摆动性（变偶性）如丙氨酸：GCU，GCC，GCA，GCG，只第三位不同，显然密码子的专一性基本取决于前两位碱基，第三位碱基有较大灵活性。发现tRNA上的反密码子与mRNA上的密码子配对时，密码子的第一位、第二位碱基配对是严格的，第三位碱基可以有一定变动，这种现象称为密码的摆动性或变偶性（wobble）。IA、U、C配对。二、tRNA:在蛋白质合成中，起着运载氨基酸的作用，按照mRNA链上的密码子所决定的氨基酸顺序将氨基酸转运到核糖体的特定部位。同功受体tRNA:一种氨基酸可以有一种以上tRNA作为运载工具。把携带相同氨基酸而反密码子不同的一组tRNA称为同功受体tRNA反密码子

tRNA分子上三个特定的碱基组成一个反密码子，位于反密码子环上。tRNA有两个关键部位：

⑴3’端CCA：接受氨基酸，形成氨酰-tRNA。需ATP提供活化氨基酸所需的能量。

⑵与mRNA结合部位—反密码子部位（tRNA的接头作用）3’5’ICCA-OH5’3’CCA-OHGGCCCG密码子与反密码子的阅读方向均为5‘

3’，两者反向平行配对。tRNA凭借自身的反密码子与mRNA链上的密码子相识别，把所带氨基酸放到肽链的一定位置。tRNA分子的突变与校正基因GAG（Asn)UAGH3NGlnCOO-有活力H3NCOO-无活力基因突变H3NTyrCOO-有活力AUGUACAUCtRNA突变三、rRNA及核糖体

核糖体是由几十种蛋白质和几种rRNA组成的亚细胞颗粒,其中蛋白质与rRNA的重量比约为1:2。核糖体是蛋白质合成的场所。核糖体的存在形态有三种：单核糖体、核糖体亚基和多核糖体。

真核生物：游离核糖体或与内质网结合原核生物：游离核糖体或与mRNA结合成串状的多核糖体(提高翻译效率)。核糖体亚基的聚合（10mmol/L）与解聚(0.1mmol/L)与Mg2+浓度有关1.不同来源核糖体的大小和RNA组成原核生物核糖体（S)亚基（S)rRNA(S)真核生物806040285.851850703023516

大肠杆菌中30S的亚基能单独与mRNA结合成30S核糖体-mRNA复合体，后者与tRNA可以专一性结合。50S亚基不能单独与mRNA结合，但可以非专一地与tRNA结合，50S亚基上有两个tRNA结合位点：氨酰基位点-A；肽酰基位点-P。还有一个GTP结合位点。2.核糖体存在两个重要的tRNA的结合部位（大肠杆菌）P位和A位，二者紧密连接，各占一个密码子的距离。P：结合起始的氨酰-tRNA和肽基-tRNA，A：结合新掺入的氨酰-tRNA。P位上肽酰-tRNA上的羧基与进入A位的氨酰-tRNA上的氨基形成新的肽键

P位上tRNA卸下肽链成为无负载的tRNA

核糖体移动一个密码子的距离，A位上的肽酰-tRNA又回到P位，A位又空，再进行下一次循环。PA5’3’多核糖体大肠杆菌由一定数目的单个核糖体与一个mRNA分子结合而成的念珠状结构。每个核糖体可独立完成一条肽链的合成，所以在多核糖体上可以同时进行多条肽链的合成，提高了翻译的效率。第二节蛋白质的合成过程一、氨基酸的活化

二、肽链合成的起始

三、肽链的延伸

四、肽链合成的终止与释放

五、真核细胞蛋白质生物合成

六、肽链合成后加工和折叠一、氨基酸的活化氨基酸在掺入肽链前必须活化，在胞液中进行。氨基酸的活化是指各种参加蛋白质合成的AA与携带它的相应的tRNA结合成氨酰-tRNA的过程。活化反应在氨酰-tRNA合成酶的催化下进行。活化反应分两步进行：1、活化：AA-AMP-E复合物的形成E-CR1-C-O

~P-O-CH2=

O

OH-O腺嘌呤

OH

OH

ONH2AA+ATP+EAA-AMP-E+PPiMg2+Mn

2+2、转移AA-AMP-E+tRNA

氨酰-tRNA+AMP+EPPPCCA高能酸苷键OC-C-ROHNH3+OH2-OH连接AA，影响下一步肽键形成氨基酸活化的总反应式是：

氨基酸+ATP+tRNA+H2O

氨酰-tRNA+AMP+PPi20种氨基酸中每一种都有各自特异的氨酰-tRNA合成酶。氨酰-tRNA合成酶具有高度的专一性，它既能识别相应的氨基酸（L-构型），又能识别与此氨基酸相对应的一个或多个tRNA分子；即使AA识别出现错误，此酶具有水解功能，可以将其水解掉。这种高度的专一性保证了氨基酸与其特定的tRNA准确匹配，从而使蛋白质的合成具有一定的保真性。氨酰-tRNA合成酶

tRNAIle——携带Ile的tRNA

Ile-tRNAIle——异亮氨酰-tRNAIle氨酰-tRNA合成酶和之相对应的tRNA分子被称为遗传密码第二tRNA与多肽合成的有关位点

3’端-CCA上AA接受位点识别氨酰-tRNA合成酶位点核糖体识别位点反密码子位点（识别mRNA上的密码子）5‘3‘AUGAUGAUG二、肽链合成的起始

起始密码子的识别：（30S复合物形成）

起始AUG一般位于距5‘端25个核苷酸以后，并在其上游（5’端）约10个核苷酸处有一段富含嘌呤的序列（SD序列），原核生物核糖体30S小亚基上的16SrRNA3’端富含嘧啶的序列能与之互补配对，这样30S亚基能与mRNA结合(IF3参加，识别起始密码子AUG），在IF1参与下，30S-mRNA-IF3进一步与fMet-tRNAf、GTP结合，并释放IF3，形成30S复合物：30S-mRNA-fMet-tRNAf

现在已经知道作为多肽合成起始信号的密码子有两个，即甲硫氨酸的密码子(AUG)和缬氨酸的密码子(GUG)(极少出现)。在大肠杆菌中,起始密码子AUG所编码的氨基酸并不是甲硫氨酸本身,而是甲酰甲硫氨酸。fMet-tRNAf的形成Met-tRNAf

+N10-甲酰FH4

fMet-tRNAf

+FH4甲酰化酶真核生物：Met-tRNAMet。真核生物无甲基化过程，起始氨基酸是Met,起始tRNA为Met-tRNAMetfMet-tRNAifMet30S复合物形成：AUGIF3IF3AUGIF3GTP、IF1、IF2fMet-tRNAf小亚基AUGGTP、IF1、IF2fMetUAC5

在肽链合成起始时，首先是核糖体小亚基与mRNA上的核糖体结合位点识别结合，然后，大亚基与小亚基结合，形成完整的核糖体(70S起始复合物)。

f

f70S复合物的形成：AUGGTP、IF1、IF2fMetUAC5

+50S核糖体AUGGTP、IF1、IF2fMetUAC5

P位点A位点GDP+Pi、IF1、IF2消炎药：链霉素、新霉素、卡那霉素与原核细胞30S核糖体结合，阻止50S核糖体亚基与之结合，从而抑制其蛋白质合成。蛋白质合成抑制剂三、肽链的延伸分为三步：1、进位新的氨酰-tRNA进入A位。需要消耗GTP，并需EF-Tu（热不稳定）,EF-Ts（热稳定）两种延伸因子。

EF-Tu-GTP+下一个要进入的氨酰-tRNA

形成复合物，将这个氨酰-tRNA送入核糖体A位，同时GTP

GDP+Pi，EFTu-GDP释放。

EF-Tu-GDP+EF-TsEF-Tu-Ts+GDPEF-Tu-Ts+GTPEF-Tu-GTP+EF-Ts重新参与下一轮循环促进氨酰-tRNA进入A位与mRNA结合所有氨酰-tRNA必须与EF-Tu-GTP结合才可进入70S核糖体，除了fMet-tRNAf

f2、转肽

肽酰转移酶在肽酰转移酶的作用下P位点上fMet-tRNAf的甲酰甲硫氨酸从相应的tRNA上解离下来，其-COOH（高能酯键）与刚进入A位的氨酰-tRNA上的-NH2形成肽键（实质是A位点氨酰-tRNA氨基亲核攻击酯键羰基），无负荷的tRNA留在P位，此时A位点携带一个二肽。5’3’PAAA-fMetAAAPfMet5’3’嘌呤霉素（与AMP相似）与AA反应生成氨酰嘌呤霉素，中断蛋白质的合成反应。PA5’3’3、移位在EF-G（移位酶）的作用下，核糖体沿mRNA5’

3’方向移动，每次移动一个密码子的距离，结果使原来在A上的肽酰-tRNA移到了P位点，原来在P位点的无负载的tRNA离开核糖体，同时一个新的密码子进入空的A位，EF-G催化的移位过程需水解GTP提供能量。肽链合成从N-C。PA5’3’PAPPAA以上三步为一个延伸循环，肽链每掺入一个氨基酸就重复一次延伸循环。肽链合成从N-C

四、肽链合成的终止与释放当终止密码子出现在A位时，终止因子结合在A位，肽链合成终止。

RF1：识别终止密码子UAA和UAGRF2：识别终止密码子UAA和UGARF3：具GTP酶活性，激活RF1和RF2活性，协助肽链的释放终止因子的结合使肽酰转移酶活性变为水解酶活性，肽基不转移给A位tRNA，而转移给H2O，并把已合成的多肽链从核糖体和tRNA上释放出来，无负荷的tRNA随机从核糖体脱落，该核糖体立即离开

mRNA，在IF3存在下,消耗GTP而解离为30S和50S非功能性亚基。再重复下一轮过程。蛋白质的合成是一个高耗能过程

AA活化2个高能磷酸键（ATP）

肽链起始1个（70S复合物形成，GTP）

进位1个（GTP）

移位1个（GTP

第一个氨基酸参入需消耗3个（活化2+起始1）以后每掺入一个AA需要消耗4个（活化2+进位1个+移位1个）。五、真核生物蛋白质的生物合成核糖体更大，80S

40S+60S起始tRNA和氨基酸起始氨基酸为甲硫氨酸，而不是甲酰甲硫氨酸，起始tRNA表示为tRNAMet，起始氨酰-tRNA为Met-tRNAMet起始密码子为AUG，它的上游5‘端无富含嘌呤序列（SD），一般在mRNA5’-末端的AUG为起点。真核生物mRNA通常只有一个AUG密码子，每种mRNA只转译出一种多肽。对抑制剂敏感性不同，如亚胺环己酮只作用于80S核糖体，只抑制真核生物的翻译,白喉毒素与EF-2结合，抑制肽链移位。真核中涉及的蛋白因子较多，有约13种起始因子、两种延伸因子、一种终止因子——被称为信号释放因子（eRF）。蛋白质激酶参与真核生物蛋白质合成的调节。真核中线粒体、叶绿体能进行蛋白质合成，其抑制剂与原核相似。六、肽链合成后的加工和折叠1、水解N末端的(甲酰)甲硫氨酸的切除.在去甲酰酶催化下将肽链合成的起始氨基酸-甲酰甲硫氨酸水解脱掉甲酰基，以便肽链形成所需的构象.在氨肽酶催化下切去N末端一个或几个氨基酸。多肽链还未释放时，上两个过程已发生。而真核生物15-30氨基酸时，就已开始上过程。水解断裂如动物体中蛋白酶形成的是无活性的酶原，到消化道后，水解切下一部分肽链，使酶原变成有活性的酶。

2、氨基酸侧链的修饰脯氨酸、赖氨酸侧链发生羟基化作用。苏氨酸、丝氨酸、酪氨酸羟基磷酸化。如糖原磷酸化酶糖基化作用使蛋白质多肽链转变成糖蛋白（N-糖苷键和O-糖苷键）。3、加辅基结合上辅基（酶）才具生物活性，如乙酰辅酶A羧化酶与生物素的结合。4、二硫键的形成两个半胱氨酸-SH氧化七、蛋白质构象的形成

新生肽连在细胞内特定的部位，在多种蛋白质的帮助下卷曲成正确构象，大多数蛋白质的折叠是边翻译边折叠的，至少有两类因子参与了折叠过程：酶：二硫键异构酶、脯氨酰顺反异构酶分子伴侣：由若干在结构上不相关的蛋白质家族组成，但它们具有共同的功能，在细胞内帮助其他多肽链的结构完成正确的组装，而且在组装完毕后与之分离，不构成这些蛋白质在执行功能时的结构组分。第三节蛋白质合成后的运送无论是原核生物还是真核生物，新合成的蛋白质必须转运到特定的亚细胞位置或运输到胞外才能发挥其相应活性。1、分选信号：信号肽：位于多肽链上的一段连续的氨基酸序列。信号斑块：位于多肽链不同部位的氨基酸序列2、运输类型：伴同转译运送：蛋白质合成与跨膜运送是同时进行的。转译后运送：蛋白质在核糖体上合成后释放到胞质中。当它们跨膜运送时，合成过程已完成，故称为“转译后运送”。(1)直接穿膜3、运输方式蛋白质从内质网到高尔基体(2)运输泡运输――→溶酶体

――→胞外

――→细胞表面

溶酶体的酶在高尔基体与溶酶体之间的运输(1)蛋白质从胞质到内质网的运输

-----分泌蛋白,溶酶体蛋白,膜蛋白(2)蛋白质从内质网到高尔基体的运输(3)高尔基体的分拣4运输过程(4)蛋白质从胞质到线粒体、叶绿体、过氧化物体和细胞核的运输

细胞质的蛋白质向核里运输蛋白质通过信号肽引导运输细胞质的蛋白质向线粒体运输填空题1．蛋白质的生物合成是以______作为模板，______作为运输氨基酸的工具，_____作为合成的场所。2．细胞内多肽链合成的方向是从_____端到______端，而阅读mRNA的方向是从____端到____端。3．核糖体上能够结合tRNA的部位有_____部位，______部位。4．蛋白质的生物合成通常以_______作为起始密码子，有时也以_____作为起始密码子，以______，______，和______作为终止密码子。5．SD序列是指原核细胞mRNA的5ˊ端富含_____碱基的序列，它可以和16SrRNA的3ˊ端的_____序列互补配对，而帮助起始密码子的识别。课后练习6．原核生物蛋白质合成的起始因子（IF）有_____种，延伸因子（EF）有_____种，终止释放（RF）有_____种；而真核生物细胞质蛋白质合成的延伸因子通常有_____种，真菌有_____种，终止释放因子有_____种。7．原核生物蛋白质合成中第一个被掺入的氨基酸是_____。8．无细胞翻译系统翻译出来的多肽链通常比在完整的细胞中翻译的产物要长，这是因为_____。9．已发现体内大多数蛋白质正确的构象的形成需要_____的帮助。10．分子伴侣通常具_____酶的活性。11．蛋白质内含子通常具有_____酶的活性。12．某一tRNA的反密码子是GGC，它可识别的密码子为_____和_____。13．环状RNA不能有效地作为真核生物翻译系统的模板是因为_____。14．在真核细胞中，mRNA是由_____经_____合成的，它携带着_____。它是由_____降解成的，大多数真核细胞的mRNA只编码_____。15．生物界总共有_____个密码子。其中_____个为氨基酸编码；起始密码子为_____；终止密码子为_____，_____，_____。16．氨酰-tRNA合成酶对_____和_____均有专一性，它至少有两个识别位点。17．原核细胞内起始氨酰-tRNA为_____；真核细胞内起始氨酰-tRNA为_____。18．原核生物核糖体50S亚基含有蛋白质合成的_____部位和_____部位，而mRNA结合部位_____。19．许多生物核糖体连接于一个mRNA形成的复合物称为_____。20．肽基转移酶在蛋白质生物合成中的作用是催化_____和_____。21．核糖体___亚基上的___协助识别起始密码子。22．延长因子G又称___，它的功能是___，但需要___。1282