《蛋白质的合成》PPT课件.ppt

第十三章第十三章 蛋白质的生物合成蛋白质的生物合成目的与要求：目的与要求：1 1、掌握翻译及蛋白质合成体系中的基本概、掌握翻译及蛋白质合成体系中的基本概念，如密码子、简并性等。念，如密码子、简并性等。2 2、掌握蛋白质合成体系的组成及、掌握蛋白质合成体系的组成及mRNAmRNA、tRNAtRNA和核蛋白体的作用原理。和核蛋白体的作用原理。3 3、复述蛋白质合成的过程。、复述蛋白质合成的过程。4 4、掌握真核与原核蛋白质合成的异同及肽、掌握真核与原核蛋白质合成的异同及肽链合成后的加工过程。链合成后的加工过程。蛋蛋白白质质的的生生物物合合成成过过程程，就就是是将将DNADNA传传递递给给mRNAmRNA的的遗遗传传信信息息，再再具具体体转转译译为为蛋蛋白白质质中中氨氨基基酸酸排排 列列 顺顺 序序 的的 过过 程程，这这 一一 过过 程程 被被 称称 为为 翻翻 译译（translationtranslation）。蛋白质生物合成主要学习的内容：蛋白质生物合成主要学习的内容：1 1、蛋白质生物合成体系、蛋白质生物合成体系2 2、蛋白质生物合成机制、蛋白质生物合成机制 第一节第一节 蛋白质合成体系蛋白质合成体系一一、中心法则一、中心法则 即遗传信息通过即遗传信息通过DNADNA自我自我复制复制，传递到子代，传递到子代DNADNA分子上，在后代的个体发育过程中，遗传信息分子上，在后代的个体发育过程中，遗传信息又可以从又可以从DNADNA传递给传递给RNARNA，然后通过然后通过RNARNA指导合成特指导合成特异的蛋白质，使后代表现出与亲代相似的遗传特异的蛋白质，使后代表现出与亲代相似的遗传特征，征，DNADNA处于中心地位处于中心地位 。同时。同时RNARNA也可以作为一种也可以作为一种遗传物质进行自身复制，并通过遗传物质进行自身复制，并通过逆转录逆转录把信息传把信息传递给递给DNADNA，这就是中心法则。这就是中心法则。一 Reverse transcription 复制：复制：亲代亲代DNADNA或或RNARNA在一系列酶的作用下，生成与亲代相同的在一系列酶的作用下，生成与亲代相同的子代子代DNADNA或或RNARNA的过程。的过程。转录：转录：以以DNADNA为模板，按照碱基配对原则将其所含的遗传信息传为模板，按照碱基配对原则将其所含的遗传信息传给给RNARNA，形成一条与，形成一条与DNADNA链互补的链互补的RNARNA的过程。的过程。翻译：翻译：以以mRNAmRNA为模板，将为模板，将mRNAmRNA的密码解读成蛋白质的的密码解读成蛋白质的AAAA顺序的过顺序的过程。程。逆转录：逆转录：以以RNARNA为模板，在逆转录酶的作用下，生成为模板，在逆转录酶的作用下，生成DNADNA的过程。的过程。二、蛋白质合成体系二、蛋白质合成体系 1 1、mRNAmRNA与遗传密码与遗传密码 （1 1）mRNAmRNA的作用的作用 mRNA mRNA是蛋白质合成的是蛋白质合成的直接模板直接模板，由它，由它指导多肽链的合成。也就是说指导多肽链的合成。也就是说mRNAmRNA的结构的结构决定蛋白质的结构决定蛋白质的结构，mRNAmRNA分子上的核苷酸分子上的核苷酸顺序决定蛋白质分子中的氨基酸顺序。顺序决定蛋白质分子中的氨基酸顺序。遗遗传信息的转换通过遗传密码来实现。传信息的转换通过遗传密码来实现。（一）（一）RNARNA在蛋白质合成中的作用在蛋白质合成中的作用（2 2）遗传密码）遗传密码 遗传密码是由三个核苷酸组成的。即遗传密码是由三个核苷酸组成的。即3 3个个连续的核苷酸代表连续的核苷酸代表1 1个氨基酸，每个氨基酸，每3 3个连续的核个连续的核苷酸组成苷酸组成1 1个密码子，称为三联体密码。这就个密码子，称为三联体密码。这就是说在是说在mRNAmRNA分子中，三个连续的核苷酸翻译一分子中，三个连续的核苷酸翻译一个氨基酸，这三个连续的核苷酸被称为三联体个氨基酸，这三个连续的核苷酸被称为三联体密码或密码子。密码或密码子。遗传密码（三联体密码）的确立遗传密码（三联体密码）的确立遗传密码破译遗传密码破译（一个三联体代表一个氨基酸的证明）（一个三联体代表一个氨基酸的证明）生物化学方法生物化学方法 用人工合成一个简单的多核苷酸作为用人工合成一个简单的多核苷酸作为mRNAmRNA，观察这种观察这种RNARNA可以指导合成怎样的多肽，就可以推可以指导合成怎样的多肽，就可以推测出氨基酸的密码。测出氨基酸的密码。1961 1961年至年至19651965年由年由Marshall NirenbergMarshall Nirenberg（尼（尼伦伯格）和伦伯格）和KhoranaKhorana（霍拉纳）在大肠杆菌无细胞（霍拉纳）在大肠杆菌无细胞体系中加入蛋白质合成的必需条件，如体系中加入蛋白质合成的必需条件，如tRNAtRNA、氨、氨基酰基酰tRNAtRNA合成酶、合成酶、ATPATP和用同位素标记的氨基酸混和用同位素标记的氨基酸混合物，在加上由多核苷酸磷酸化酶催化合成的多合物，在加上由多核苷酸磷酸化酶催化合成的多核苷酸（作为人工核苷酸（作为人工mRNAmRNA）来分析所生成多肽的氨）来分析所生成多肽的氨基酸排序和种类。基酸排序和种类。方法一方法一 ：以：以均聚物均聚物为模板指导多肽的合成为模板指导多肽的合成19611961年，等人提出。年，等人提出。4 43 3=64=64大肠杆菌中，以多聚大肠杆菌中，以多聚U U做为做为mRNAmRNA，即，即polyU+20polyU+20种放种放射性同位素标记的氨基酸，大肠杆菌合成体系，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在外界环境合适下，合成了一条多聚苯丙氨酸（phephe）肽链。这个实验结果证明）肽链。这个实验结果证明UUUUUU为为phephe的三联的三联体密码体密码。用人工合成的多聚腺苷酸（用人工合成的多聚腺苷酸（polyApolyA）做模板，）做模板，结果有赖氨酸掺入，结果有赖氨酸掺入，证明赖氨酸的密码子为证明赖氨酸的密码子为AAAAAA。同样，用多聚同样，用多聚C C做实验，证明做实验，证明CCCCCC为脯氨酸的密码为脯氨酸的密码子。子。这样就很快解决了三个氨基酸的密码子。这样就很快解决了三个氨基酸的密码子。U UU UU UU UU UU UU UA AA AA AA AA AA AA A证明证明UUUUUU为苯丙氨酸的遗传密码为苯丙氨酸的遗传密码A AA AU UU U多聚尿苷酸多聚尿苷酸多聚苯丙氨酸多聚苯丙氨酸-phe-phe-phe-phe-phe-phe-多聚腺苷酸多聚腺苷酸-Lys-Lys-Lys-Lys-Lys-Lys-多聚赖氨酸多聚赖氨酸证明证明AAAAAA为赖氨酸的遗传密码为赖氨酸的遗传密码C CC CC CC CC CC CC C证明证明UUUUUU为脯氨酸的遗传密码为脯氨酸的遗传密码C C多聚胞苷酸多聚胞苷酸多聚脯氨酸多聚脯氨酸-pro-pro-pro-pro-pro-pro-CU U方法二方法二 ：以随机共聚物（两种或三种核苷酸随机结：以随机共聚物（两种或三种核苷酸随机结合）为模板指导多肽的合成合）为模板指导多肽的合成尼伦伯格和霍拉纳先后又作了以尼伦伯格和霍拉纳先后又作了以UAUA、UCUC、ACAC、AGAG、CGCG组成组成的共聚物及的共聚物及三种核苷酸三种核苷酸如如UGCUGC、AGCAGC、UAGUAG等组成的共聚物等组成的共聚物为模板合成多肽的试验。从而破译了一些遗传密码。为模板合成多肽的试验。从而破译了一些遗传密码。A A、C C 两种核苷酸两种核苷酸任意排列任意排列8 8种三联体种三联体CCCCCC、CCACCA、CACCAC、ACCACC、CAACAA、ACAACA、AACAAC、AAAAAAAsn-Asn-His-His-Pro -Pro -Gln-Gln-Thr-Thr-Lys Lys 天冬天冬酰胺酰胺组组氨氨酸酸脯脯氨氨酸酸谷氨谷氨酰胺酰胺苏苏氨氨酸酸赖赖氨氨酸酸方法三方法三：以特定核苷酸顺序的共聚物为以特定核苷酸顺序的共聚物为模板指导多肽的合成模板指导多肽的合成 反应液保温反应液保温人工合成的三核苷酸人工合成的三核苷酸 适当离子强度适当离子强度带有标记的氨酰带有标记的氨酰tRNAtRNA核糖体核糖体核糖体核糖体核糖体核糖体-氨酰氨酰tRNAtRNA游离的氨酰游离的氨酰tRNAtRNA醋酸纤维素滤膜醋酸纤维素滤膜反应液反应液构建的两个基本条件：构建的两个基本条件：1 1、三核甘酸作用：、三核甘酸作用：mRNAmRNA的模板作的模板作用，促进与其对应的氨酰用，促进与其对应的氨酰-tRNA-tRNA结合在核糖体上，而不生结合在核糖体上，而不生成蛋白质。成蛋白质。2 2、不存在、不存在GTPGTP方法四方法四：核糖体结合技术：核糖体结合技术 经过上述一些方法，于经过上述一些方法，于19651965年完全查清了年完全查清了2020种氨基酸的全部密码，种氨基酸的全部密码，并编制出了并编制出了遗传密码字典遗传密码字典，如下表：，如下表：阅读方向为阅读方向为5-35-3苯丙氨酸亮氨酸亮氨酸异亮氨酸甲硫氨酸或甲酰甲硫氨酸缬氨酸丝氨酸脯氨酸苏氨酸丙氨酸酪氨酸终止组氨酸谷氨酰胺天冬酰胺赖氨酸天冬氨酸谷氨酸半胱氨酸终止色氨酸精氨酸丝氨酸精氨酸甘氨酸（3 3）遗传密码的特点）遗传密码的特点密码子的方向性密码子的方向性 密码子的阅读方向及它们在密码子的阅读方向及它们在mRNAmRNA由起始信号由起始信号到终止信号的排列方向均为到终止信号的排列方向均为5 5-3-3，与，与mRNAmRNA链链合成时延伸方向相同。合成时延伸方向相同。在在6161个代表个代表2020种氨基酸种氨基酸的密码子中，只有甲硫氨酸、的密码子中，只有甲硫氨酸、色氨酸具有一个密码子，其色氨酸具有一个密码子，其它氨基酸可以有几个不同的它氨基酸可以有几个不同的密码子密码子 。编码同一个氨基编码同一个氨基酸的一组密码子称为酸的一组密码子称为同义密同义密码子。这种现象称为码子。这种现象称为密码子密码子的简并性。的简并性。密码子的简并性密码子的简并性密码子的连续性（读码无标点、无重叠）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。是连续的。既不存在间隔（无标点），也无重叠。在在mRNAmRNA分子上插入或删去一个碱基，会使该点以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，称为后的读码发生错误，称为移码移码，由这种情况引起，由这种情况引起的突变称为移码突变。的突变称为移码突变。密码子的基本通用性密码子的基本通用性（近于完全通用）（近于完全通用）所有的生物使用同一套密码子，仅有少数例所有的生物使用同一套密码子，仅有少数例外，例如：线粒体外，例如：线粒体起始密码子为起始密码子为AUGAUG、AUU;AUU;终止密终止密码为码为AGAAGA，AGCAGC；色氨酸为；色氨酸为UGAUGA等。等。密码的通用性进密码的通用性进一步证明各种生物进化自同一祖先。一步证明各种生物进化自同一祖先。具有具有起始密码子和终止密码子起始密码子和终止密码子 64 64种密码子中，种密码子中，AUGAUG为甲硫氨酸的密码子，又为甲硫氨酸的密码子，又是肽链合成的起始密码子，少数原核生物起始密是肽链合成的起始密码子，少数原核生物起始密码子为码子为G GUGUG。UAAUAA，UAGUAG，UGAUGA为终止密码子，为终止密码子，不编码任何氨不编码任何氨基酸，而成为肽链合成的终止部位（无义密码子）。基酸，而成为肽链合成的终止部位（无义密码子）。密码子的摆动性（变偶性）密码子的摆动性（变偶性）如丙氨酸：如丙氨酸：GCGCU U，GCGCC C，GCGCA A，GCGCG G，只第三位不同只第三位不同 ，显然密码子的专一性基本取决于前两位碱基，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。发现第三位碱基有较大灵活性。发现tRNAtRNA上的反密码上的反密码子与子与mRNAmRNA上的密码子配对时，密码子的第一位、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，这种现象称为定变动，这种现象称为密码的摆动性或变偶性密码的摆动性或变偶性（wobblewobble）。）。U摆动配对现象示意图摆动配对现象示意图值得注意的问题：值得注意的问题：多肽合成的起始并不是从多肽合成的起始并不是从mRNAmRNA的的5-5-末端的第末端的第一个核苷酸开始，而是位于一个核苷酸开始，而是位于5-5-末端第末端第2525个核苷个核苷酸残基以后开始的。在起始密码上游约酸残基以后开始的。在起始密码上游约1010个核苷个核苷酸处（即酸处（即-10-10区）通常有一段富含嘌呤的序列。这区）通常有一段富含嘌呤的序列。这一叙列为一叙列为SDSD序列序列。SDSD序列可以与小亚基序列可以与小亚基16SrRNA3-16SrRNA3-末端的序列互补，使末端的序列互补，使mRNAmRNA与小亚基结与小亚基结合。合。532525个核苷酸个核苷酸SDSD序列序列起始密码子起始密码子(二二)tRNA)tRNA（转移（转移RNARNA）在蛋白质合成中的作用）在蛋白质合成中的作用在蛋白质合成中，在蛋白质合成中，tRNA tRNA起着运载氨基酸的作用，起着运载氨基酸的作用，按照按照mRNAmRNA链上的密码子所决定的氨基酸顺序将氨链上的密码子所决定的氨基酸顺序将氨基酸转运到基酸转运到核糖体的特定部位。核糖体的特定部位。同功受体同功受体tRNAtRNA:一种氨基酸可以有一种以上一种氨基酸可以有一种以上tRNAtRNA作作为运载工具。把携带相同氨基酸而反密码子不同为运载工具。把携带相同氨基酸而反密码子不同的的一组一组tRNAtRNA称为同功受体称为同功受体tRNAtRNA1 1、tRNAtRNA是运载氨基酸的工具是运载氨基酸的工具 2 2、解读遗传密码、解读遗传密码 在蛋白质合成中，在蛋白质合成中，tRNAtRNA携带着携带着专一的专一的氨氨基酸，在核糖体上以基酸，在核糖体上以其反密码子与其反密码子与mRNAmRNA相相应的密码子进行碱基应的密码子进行碱基配对，将遗传密码转配对，将遗传密码转译成相应的氨基酸排译成相应的氨基酸排列顺序。列顺序。识别的密码子是识别的密码子是ACUACU，其翻译的氨基酸是亮氨酸其翻译的氨基酸是亮氨酸 实现实现tRNAtRNA功能的两个关键部位：功能的两个关键部位：3端端CCA-OH：反密码子部位反密码子部位（与（与mRNA结合部位）：结合部位）：接受氨基酸，形成氨酰接受氨基酸，形成氨酰-tRNA。需。需ATP提供提供活化氨基酸所需的能量。活化氨基酸所需的能量。tRNA的接头作用，的接头作用，tRNA凭借自身的反密凭借自身的反密码子与码子与mRNA链上的密码子相识别，把所带链上的密码子相识别，把所带氨基酸放到肽链的一定位置。氨基酸放到肽链的一定位置。5I ICCA-OH53CCA-OHCCA-OHG G CG G CC C GC C G密码子与反密码子的密码子与反密码子的阅读方向均为阅读方向均为55 3 3，两者反向平行配对。两者反向平行配对。3-3-端连接的是？端连接的是？甘氨酸甘氨酸(三三)rRNA)rRNA与核糖体与核糖体1 1、核糖体的组成与结构、核糖体的组成与结构 核糖体或称核糖核蛋白核糖体或称核糖核蛋白体。是蛋白质合成的场所，体。是蛋白质合成的场所，在细胞内数量相当多，如在细胞内数量相当多，如一个迅速生长的大肠杆菌一个迅速生长的大肠杆菌细胞内约细胞内约1500015000个核糖体。个核糖体。核糖体是由几十种蛋白核糖体是由几十种蛋白质和几种质和几种rRNArRNA组成的亚细组成的亚细胞颗粒胞颗粒,其中蛋白质与其中蛋白质与rRNArRNA的重量比约为的重量比约为1:21:2。核核蛋蛋白白体体的的组组成成2.2.核糖体的存在形态核糖体的存在形态 由若干核蛋白体结合在一条由若干核蛋白体结合在一条mRNAmRNA上同时进行上同时进行多肽链的翻译所形成的念球状结构称为多肽链的翻译所形成的念球状结构称为多聚核糖多聚核糖核蛋白体（核蛋白体（polysomepolysome）。真核生物：游离核糖体或与内质网结合真核生物：游离核糖体或与内质网结合原核生物：游离核糖体或与原核生物：游离核糖体或与mRNAmRNA结合成串状的结合成串状的核核糖体糖体(提高翻译效率提高翻译效率)。三种三种单核糖体单核糖体核糖体亚基核糖体亚基多聚核糖体多聚核糖体3.3.核糖体的功能位点核糖体的功能位点 核糖体可以看作是一个大分子的机构，它核糖体可以看作是一个大分子的机构，它具有许多精密配合的功能部位，以识别和管理具有许多精密配合的功能部位，以识别和管理参与蛋白质合成的各个组分。参与蛋白质合成的各个组分。核糖体参与蛋白质生物合成的核糖体参与蛋白质生物合成的启动、延长启动、延长和终止及和终止及“移动移动“含有遗传信息的模板含有遗传信息的模板mRNAmRNA的的全过程。全过程。（1 1）结合）结合tRNAtRNA的位点的位点氨酰基位点（氨酰基位点（A A位点）：位点）：位于大小亚基结合处。与新掺入的氨酰位于大小亚基结合处。与新掺入的氨酰 tRNA tRNA结合。结合。肽酰基位点（肽酰基位点（P P位点）：位点）：肽酰基位点可与延伸中的多肽酰肽酰基位点可与延伸中的多肽酰tRNAtRNA和起始和起始Met-tRNAMet-tRNA结合。大部分位于大亚基上。结合。大部分位于大亚基上。P P位和位和A A位，二者紧密连接，各占一个密码子的距离位，二者紧密连接，各占一个密码子的距离（2 2）结合）结合mRNAmRNA的位点的位点:位于位于30S30S亚基和亚基和50S50S亚基之间。亚基之间。（3 3）其其它它位位点点:结结合合起起始始因因子子、延延伸伸因因子子、释释放放因因子子和和各各种酶的位点。种酶的位点。原核生物翻译过程中核蛋白体结构模式原核生物翻译过程中核蛋白体结构模式 核糖体的功能核糖体的功能（1 1）识别）识别mRNAmRNA上的起始位点并开始翻译；上的起始位点并开始翻译；（2 2）使密码子与）使密码子与tRNAtRNA上的反密码子正确配对；上的反密码子正确配对；（3 3）合成肽键。）合成肽键。（四）参与蛋白质合成的因子（大肠杆菌）（四）参与蛋白质合成的因子（大肠杆菌）1.1.氨基酰氨基酰tRNAtRNA合成酶：合成酶：2.2.转肽酶：转肽酶：使氨基酸活化；特异性强，每种氨基酸使氨基酸活化；特异性强，每种氨基酸都有特定的氨基酰都有特定的氨基酰tRNAtRNA合成酶合成酶 催化催化P P位上的肽酰基转移到位上的肽酰基转移到A A位上的氨基酰位上的氨基酰tRNAtRNA的氨基上，结合成肽键，使肽键延长。的氨基上，结合成肽键，使肽键延长。3.3.需需GTPGTP、ATPATP、Mg2+Mg2+等参与等参与4.4.起始因子（起始因子协助起始复合物的形成）起始因子（起始因子协助起始复合物的形成）IF1:IF1:IF2:IF2:IF3:IF3:协助协助IF2IF2、IF3IF3起作用起作用促进氨酰促进氨酰-tRNA-tRNA结合在起始密码子上结合在起始密码子上促进小亚基与促进小亚基与mRNAmRNA结合结合真核生物为真核生物为eIF(13eIF(13种）种）5.5.延长因子延长因子EF-Tu:EF-Tu:EF-Ts:EF-Ts:EF-G:EF-G:热不稳定，将氨酰热不稳定，将氨酰-tRNA-tRNA结合在核糖体结合在核糖体A A位点位点热稳定，重新生成热稳定，重新生成EF-Tu-GTPEF-Tu-GTP（促进肽链延长）（促进肽链延长）依赖于依赖于GTPGTP，又称移位因子，又称移位因子真核真核EF1EF1、EF2EF2两种两种6.6.终止释放因子终止释放因子RF1RF1：识别终止密码子识别终止密码子UAAUAA和和UAGUAGRF2RF2：识别终止密码子识别终止密码子UAAUAA和和UGAUGARF3RF3：刺激刺激RF1RF1和和RF2RF2活性，协助肽链的释放活性，协助肽链的释放真核生物为真核生物为eRFeRF一种一种思考：思考：蛋白质合成需要哪些基本条件？或者说蛋白质合成需要哪些基本条件？或者说蛋白质合成的体系包括哪些？蛋白质合成的体系包括哪些？第二节第二节 蛋白质的合成机制蛋白质的合成机制一、蛋白质的合成方向：一、蛋白质的合成方向：一 用同位素标记合成的多肽可以证实用同位素标记合成的多肽可以证实合成是合成是从氨基端向羧基端合成。从氨基端向羧基端合成。一二、蛋白质合成的步骤（以大肠杆菌为例）二、蛋白质合成的步骤（以大肠杆菌为例）a.a.氨基酸的活化氨基酸的活化b.b.肽链合成的起始肽链合成的起始c.c.肽链的延伸肽链的延伸d.d.肽链合成的终止与释放肽链合成的终止与释放e.e.多肽链合成后的加工修饰多肽链合成后的加工修饰（一）氨基酸的活化（一）氨基酸的活化 氨基酸的活化是指各种参加蛋白质氨基酸的活化是指各种参加蛋白质合成的合成的AAAA与携带它的相应的与携带它的相应的tRNAtRNA结合结合成成氨酰氨酰-tRNA-tRNA的过程。活化过程是在的过程。活化过程是在细胞的胞浆中通过细胞的胞浆中通过氨酰氨酰-tRNA-tRNA 合成酶合成酶的催化实现的。的催化实现的。活化反应分两步进行：活化反应分两步进行：1 1、AA-AMP-E AA-AMP-E复合物的形成（获得能量）复合物的形成（获得能量）E-CR1-C-O P-O-CH2=O OH-O腺嘌呤 OH OH ONH2AA+ATP+EAA+ATP+EMg 2+Mn 2+高能酸苷键2 2、转移（活化的氨基酸与转移（活化的氨基酸与tRNAtRNA结合）结合）AA-AMP-E+tRNAAA-AMP-EAA-AMP-E+PPi+PPi氨酰氨酰-tRNA+AMP+E-tRNA+AMP+E氨基酰氨基酰-tRNA-tRNA的表示方法：的表示方法：Ala-tRNAAla-tRNAAla Ala Ser-tRNASer-tRNASerSerMet-tRNAMet-tRNAMetMet 苯丙氨酸苯丙氨酸氨基酸活化的总反应式是：氨基酸活化的总反应式是：20 20种氨基酸中每一种都有各自特异的氨酰种氨基酸中每一种都有各自特异的氨酰-tRNA-tRNA合成酶合成酶（2020种氨酰种氨酰-tRNA-tRNA合成酶）。合成酶）。氨酰氨酰-tRNA-tRNA合成酶合成酶具有高度的具有高度的专一性，它既能识别相应的氨基酸（专一性，它既能识别相应的氨基酸（L-L-构型），又能识别构型），又能识别与此氨基酸相对应的一个或多个与此氨基酸相对应的一个或多个tRNA tRNA 分子；即使分子；即使AAAA识别识别出现错误，此酶具有水解功能，可以将其水解掉出现错误，此酶具有水解功能，可以将其水解掉(作用：作用：合成和水解）。合成和水解）。所需能量：所需能量：1 1个个ATPATP（2 2个高能键）个高能键）氨酰氨酰-tRNA-tRNA合成酶合成酶氨基酸氨基酸+ATP+tRNA+H+ATP+tRNA+H2 2O O氨酰氨酰-tRNA+AMP+PPi-tRNA+AMP+PPi（二）在核糖体上合成多肽（二）在核糖体上合成多肽 以氨酰以氨酰-tRNA-tRNA形式存在的活化氨基酸再形式存在的活化氨基酸再进入氨基酸缩合成肽的过程，该过程是在进入氨基酸缩合成肽的过程，该过程是在核糖体上进行的，包括核糖体上进行的，包括肽链起始、肽链的肽链起始、肽链的延长和终止延长和终止三个阶段。三个阶段。1 1、起始复合物的生成、起始复合物的生成（1 1）起始因子）起始因子 3 3种种IFIF（原核）：原核）：IFIF1 1、IFIF2 2、IFIF3 3 多种多种eIFeIF（真核）：真核）：eIFeIF2 2是合成调控的关键物质是合成调控的关键物质（3 3）起始起始AA-tRNAAA-tRNA fMet-tRNAfMet-tRNAfmetfmet （原核）原核）Met-Met-tRNAtRNAmetmet （真核）真核）（4 4）起始复合物组成：大、小亚基、起始复合物组成：大、小亚基、mRNAmRNA、起始因子、起始、起始因子、起始AA-tRNA AA-tRNA（2 2）能量：能量：GTPGTP（真核体系还需（真核体系还需ATPATP）（5 5）起始复合物形成过程：核蛋白体的拆离、）起始复合物形成过程：核蛋白体的拆离、mRNAmRNA就位、起始就位、起始tRNAtRNA结合、大亚基结合结合、大亚基结合小亚基先与小亚基先与mRNAmRNA结合（原核）结合（原核）小亚基先与起始小亚基先与起始AA-AA-tRNAtRNA结合（真核）结合（真核）包括以下几个步骤：包括以下几个步骤：IF-1IF-1和和IF-3IF-3与小亚基结合，阻止小亚基与小亚基结合，阻止小亚基与大亚基的重新结合。与大亚基的重新结合。mRNAmRNA在小亚基定位结合；在小亚基定位结合；起始氨基酰起始氨基酰-tRNA-tRNA的结合；的结合；核蛋白体大亚基结合。核蛋白体大亚基结合。（5 5）起始复合物形成过程：）起始复合物形成过程：小亚基先与小亚基先与mRNAmRNA结合（原核）结合（原核）小亚基先与起始小亚基先与起始AA-tRNAAA-tRNA结合（真核）结合（真核）IF-3IF-3IF-1IF-1 IF-1 IF-1和和IF-3IF-3与小亚基结合，阻止小亚基与大亚与小亚基结合，阻止小亚基与大亚基的重新结合。基的重新结合。A A U U G G5533IF-3IF-3IF-1IF-1mRNAmRNA在小亚基的精确定位结合：在小亚基的精确定位结合：起始密码子起始密码子AUGAUG一般位于距一般位于距55端端2525个核苷酸个核苷酸以后，并在其上游（以后，并在其上游（55端）约端）约1010个核苷酸处有个核苷酸处有一段富含一段富含嘌呤的序列嘌呤的序列（SDSD序列序列），原核生物核糖），原核生物核糖体体30S30S小亚基上的小亚基上的16SrRNA16SrRNA33端富含端富含嘧啶的序列嘧啶的序列能与之能与之互补配对互补配对，这样，这样30S30S亚基能与亚基能与mRNAmRNA结合结合(IF3(IF3参加，识别起始密码子参加，识别起始密码子AUGAUG），IF-3IF-3IF-1IF-1fMet-tRNAfMet-tRNAf f的形成的形成Met-tRNAf+N10-甲酰FH4 fMet-tRNAf+FH4甲酰化酶真核生物：真核生物：Met-tRNAMet-tRNAMetMet。真核生物无甲基化过。真核生物无甲基化过程，起始氨基酸是程，起始氨基酸是Met,Met,起始起始tRNAtRNA为为Met-tRNAMet-tRNAMetMetIF-2IF-2GTPGTP起始氨基酰起始氨基酰tRNA(fMet-tRNAtRNA(fMet-tRNAi imetmet)与小亚基结合与小亚基结合IF-3IF-3IF-1IF-1A A U U G G5533起始起始 fMet-tRNA fMet-tRNAi imetmet以及以及IFIF2 2-GTP-GTP一起，识别结合一起，识别结合小亚基小亚基P P位，并对应模板位，并对应模板mRNAmRNA的起始密码的起始密码AUGAUG。IF-2IF-2GTPGTPIF-3IF-3IF-1IF-1IF-2IF-2-GTP-GTP核蛋白体大亚基结合，起始复合体形成：核蛋白体大亚基结合，起始复合体形成：A A U U G G5533IFIF2 2结合的结合的GTPGTP被水解，三种被水解，三种IFIF脱离，脱离，50S50S大亚基大亚基与与30S30S小亚基、模板小亚基、模板mRNAmRNA以及起始以及起始fMet-tRNAfMet-tRNAi ifMetfMet构成起始复合体。构成起始复合体。GDP+PiGDP+PiA A U U G G5533IF-3IF-3IF-1IF-1IF-2IF-2GTPGTPGDP PiGDP Pi 现现在在已已经经知知道道作作为为多多肽肽合合成成起起始始信信号号的的密密码码子子有有两两个个，即即甲甲硫硫氨氨酸酸的的密密码码子子(AUG)(AUG)和缬氨酸的密码子和缬氨酸的密码子(GUG)(GUG)(极少出现极少出现)。在在大大肠肠杆杆菌菌中中,起起始始密密码码子子AUG AUG 所所编编码码的的氨氨基基酸酸并并不不是是甲甲硫硫氨氨酸酸本本身身,而而是是甲甲酰甲硫氨酸。酰甲硫氨酸。metmet40S40S60S60SMeMet tMetMet40S40S60S60SmRNAeIF-2BeIF-2B、eIF-3eIF-3、eIF-6 elF-3elF-3GDP+Pi各种各种各种各种elFelF释放释放释放释放elF-5ATPADP+PielF4E,elF4G,elF4A,elF4B,PABMetMet-tRNAiMet-elF-2-GTP真核生物翻译起始真核生物翻译起始复合物形成过程复合物形成过程原核、真核生物各种起始因子的生物功能原核、真核生物各种起始因子的生物功能 2 2、肽链的延伸、肽链的延伸所需的组分（反应条件）所需的组分（反应条件）有功能的核糖体，氨酰有功能的核糖体，氨酰-tRNA-tRNA，延伸因子、，延伸因子、GTPGTP、Mg2+Mg2+、肽基转移酶。、肽基转移酶。肽链延伸的过程（核蛋白体循环）肽链延伸的过程（核蛋白体循环）活化氨基酸在核蛋白体上反复翻译活化氨基酸在核蛋白体上反复翻译mRNAmRNA上的密码并缩合上的密码并缩合生成多肽链的循环反应过程，称为生成多肽链的循环反应过程，称为核蛋白体循环。核蛋白体循环。每个循环包括每个循环包括氨酰氨酰-tRNA-tRNA与核糖体连接与核糖体连接，进入进入A A位；位；肽键的形成；肽键的形成；移位。移位。原核延长原核延长因子因子生物功能生物功能对应真核延对应真核延长因子长因子EF-TuEF-Tu促进氨基酰促进氨基酰-tRNA-tRNA进入进入A A位，结位，结合分解合分解GTPGTPEF-1-EF-1-EF-TsEF-Ts调节亚基调节亚基EF-1-EF-1-EFGEFG有转位酶活性，促进有转位酶活性，促进mRNA-mRNA-肽肽酰酰-tRNA-tRNA由由A A位前移到位前移到P P位，促位，促进卸载进卸载tRNAtRNA释放释放EF-2EF-2肽链合成的延长因子肽链合成的延长因子 （1 1）进）进A A位位 新的氨酰新的氨酰-tRNA-tRNA进入进入A A位。需要消耗位。需要消耗GTPGTP，并需，并需EF-TuEF-Tu（热不稳定）（热不稳定）,EF-,EF-TsTs（热稳定）两种延伸因（热稳定）两种延伸因子。子。EF-Tu-GTP+EF-Tu-GTP+下一个要下一个要进入的氨酰进入的氨酰-tRNA-tRNA 形成形成复合物复合物，将这个氨酰，将这个氨酰-tRNA-tRNA 送入核糖体送入核糖体A A位，同位，同 时时GTPGTP GDP+Pi GDP+Pi，EF-EF-Tu-GDPTu-GDP释放。释放。所有氨酰所有氨酰-tRNA-tRNA必须与必须与EF-EF-Tu-GTPTu-GTP结合才可进入结合才可进入70S70S核核糖体，糖体，fMet-tRNAfMet-tRNAf f 除外。除外。延长因子延长因子EF-TEF-T催化催化进位（原核生物）进位（原核生物）Tu TsGTPGDPA U G53TuTsGTP（1 1）进）进A A位位（2 2）转肽（肽键的形成）转肽（肽键的形成）肽酰转移酶肽酰转移酶 在肽酰转移酶的作用下在肽酰转移酶的作用下P P位点上位点上fMet-tRNAfMet-tRNAf f的的甲酰甲硫氨酸从相应的甲酰甲硫氨酸从相应的tRNAtRNA上解离下来，其上解离下来，其-COOHCOOH（高能酯键）（高能酯键）与刚进入与刚进入A A位的氨酰位的氨酰-tRNA-tRNA上的上的-NHNH2 2形成形成肽键肽键（实质是（实质是A A位点氨酰位点氨酰-tRNA-tRNA氨基亲核攻氨基亲核攻击击酯键羰基酯键羰基），无负荷的），无负荷的tRNAtRNA留在留在P P位，此时位，此时A A位位点携带一个二肽。点携带一个二肽。成肽反应过程成肽反应过程肽酰转移酶肽酰转移酶 （3 3）移位）移位 在在EF-GEF-G（移位酶）的作用下，核糖体沿（移位酶）的作用下，核糖体沿mRNA5mRNA5 3 3方向移动，每次移动一个密码子的方向移动，每次移动一个密码子的距离，结果使原来在距离，结果使原来在A A上的肽酰上的肽酰-tRNA-tRNA移到了移到了P P位点，位点，原来在原来在P P位点的无负载的位点的无负载的tRNAtRNA离开核糖体，同时一离开核糖体，同时一个新的密码子进入空的个新的密码子进入空的A A位，位，EF-G EF-G 催化的催化的移位过移位过程需水解程需水解GTPGTP提供能量提供能量。以上三步为一个以上三步为一个延伸循环延伸循环，肽链每加入一个氨基酸就重复一次延伸循环。肽链每加入一个氨基酸就重复一次延伸循环。肽链合成肽链合成从从N-CN-C移位反应过程移位反应过程fMetA U G53fMetTuGTP进进位位转转位位成肽成肽核蛋白体循环的反应过程核蛋白体循环的反应过程真真核核生生物物肽肽链链合合成成的的延延长长过过程程与与原原核核基基本本相相似，但有不同的反应体系和延长因子。似，但有不同的反应体系和延长因子。另另外外，真真核核细细胞胞核核蛋蛋白白体体没没有有E E位位，转转位位时时卸载的卸载的tRNAtRNA直接从直接从P P位脱落。位脱落。真核生物延长过程真核生物延长过程 核核蛋蛋白白体体沿沿mRNAmRNA链链滑滑动动，不不断断使使多多肽肽链链延延长长，直直到终止信号进入到终止信号进入A A位。位。1 1识别：识别：RFRF识别终止密码，进入核蛋白体的识别终止密码，进入核蛋白体的A A位。位。2 2水水解解：RFRF使使转转肽肽酶酶变变为为酯酯酶酶，多多肽肽链链与与tRNAtRNA之之间间的的酯键被水解，多肽链释放。酯键被水解，多肽链释放。3.3.脱脱离离：模模板板mRNAmRNA、RFRF以以及及空空载载tRNAtRNA与与核核蛋蛋白白体体脱脱离离。3 3、肽链合成的终止阶段、肽链合成的终止阶段多多肽肽链链合合成成的的终终止止过过程程 多肽链合成终止演示多肽链合成终止演示U A G53RFCOO-5 5 3 3 DNADNA原核生物转录过程中的羽毛状现象原核生物转录过程中的羽毛状现象核糖体核糖体RNARNARNARNA聚合酶聚合酶多聚核蛋白体多聚核蛋白体使蛋白质合成高速、使蛋白质合成高速、高效进行。高效进行。电镜下的多聚核蛋白体现象电镜下的多聚核蛋白体现象从核蛋白体释放出的新生多肽链不具备蛋从核蛋白体释放出的新生多肽链不具备蛋白质生物活性，必需经过不同的翻译后复杂加白质生物活性，必需经过不同的翻译后复杂加工过程才转变为天然构象的功能蛋白。工过程才转变为天然构象的功能蛋白。主要包括主要包括肽链一级结构的修饰肽链一级结构的修饰多肽链折叠为天然的三维结构多肽链折叠为天然的三维结构 高级结构修饰高级结构修饰 第三节肽链合成后的加工修饰与运输第三节肽链合成后的加工修饰与运输一、肽链合成后的加工修饰肽链合成后的加工修饰 1 1、N-N-端（甲酰）甲硫氨酸的切除端（甲酰）甲硫氨酸的切除脱甲酰酶：脱甲酰酶：水解掉甲酰甲硫氨酸的甲酰基。水解掉甲酰甲硫氨酸的甲酰基。氨基肽酶：氨基肽酶：自自NN末端逐个切去一个或几个氨基酸末端逐个切去一个或几个氨基酸残基。残基。这种修饰作用可在肽链合成终止后进行，也可这种修饰作用可在肽链合成终止后进行，也可边合成边修饰。如真核生物中，边合成边修饰。如真核生物中，N-N-端的甲硫氨酸常端的甲硫氨酸常常在肽链没完成合成时就已经被水解掉。常在肽链没完成合成时就已经被水解掉。N N末端经过酶的修饰后可形成以不同氨基酸末端经过酶的修饰后可形成以不同氨基酸为为NN末端的肽链。末端的肽链。（一）肽链一级结构的修饰（