蛋白质代谢 (3)精选PPT.ppt

关于蛋白质代谢(3)第1页，讲稿共125张，创作于星期三 动物的蛋白水解酶，又称肽酶。肽酶有动物的蛋白水解酶，又称肽酶。肽酶有肽肽链内切酶链内切酶、肽链外切酶肽链外切酶和和二肽酶二肽酶3 3类。类。肽链内切酶能水解肽链内部的肽键，如胃肽链内切酶能水解肽链内部的肽键，如胃蛋白酶、胰蛋白酶和胰凝乳蛋白酶。蛋白酶、胰蛋白酶和胰凝乳蛋白酶。肽链外切酶只水解肽链两端氨基形成的肽肽链外切酶只水解肽链两端氨基形成的肽键，如羧肽酶、氨肽酶。键，如羧肽酶、氨肽酶。二肽酶只水解二肽。二肽酶只水解二肽。生物体内蛋白质均要水解生物体内蛋白质均要水解一、蛋白质的酶促降解一、蛋白质的酶促降解第2页，讲稿共125张，创作于星期三第3页，讲稿共125张，创作于星期三酶对酶对R R基团的要求及键作用部位基团的要求及键作用部位胃蛋白酶胃蛋白酶 R R1 1,R,R1 1：芳香族氨基酸（：芳香族氨基酸（NHNH2 2端）端）胰凝乳蛋白酶胰凝乳蛋白酶 R R1 1：芳香族氨基酸（：芳香族氨基酸（COOHCOOH端）端）弹性蛋白酶弹性蛋白酶 R R2 2：丙氨酸，甘氨酸，丝氨酸等短脂：丙氨酸，甘氨酸，丝氨酸等短脂 肪肪链的氨基酸（链的氨基酸（COOHCOOH端）端）胰蛋白酶胰蛋白酶,R,R3 3：碱性氨基酸（：碱性氨基酸（COOHCOOH端端)第4页，讲稿共125张，创作于星期三二、氨基酸的分解代谢二、氨基酸的分解代谢脱氨基作用脱氨基作用脱羧基作用脱羧基作用氨基酸分解产物的代谢氨基酸分解产物的代谢第5页，讲稿共125张，创作于星期三氨基酸的脱氨基作用主要有以下四种：氨基酸的脱氨基作用主要有以下四种：1 1、脱氨基作用、脱氨基作用（1）氧化脱氨基作用）氧化脱氨基作用（2）转氨基作用）转氨基作用（3）联合脱氨基作用）联合脱氨基作用（4）非氧化脱氨基作用）非氧化脱氨基作用第6页，讲稿共125张，创作于星期三 -氨基酸在氨基酸在氨基酸氧化酶（脱氢）氨基酸氧化酶（脱氢）的催的催化下氧化生成化下氧化生成 -酮酸，此时消耗氧并产生氨，酮酸，此时消耗氧并产生氨，此过程称氧化脱氨基作用。此过程称氧化脱氨基作用。（1 1）氧化脱氨基作用）氧化脱氨基作用第7页，讲稿共125张，创作于星期三催化氧化脱氨基作用的酶：催化氧化脱氨基作用的酶：A A、L-L-氨基酸氧化酶：氨基酸氧化酶：催化催化L-L-氨基酸氧化脱氨，其辅基为氨基酸氧化脱氨，其辅基为FMNFMN或或FADFAD。L-L-氨氨基基酸酸氧氧化化酶酶在在体体内内分分布布不不普普遍遍，其其最最适适pHpH为为1010左左右右，在在正正常常生生理理条条件件下下活活力力低低，所所以以该该酶酶不不起主要作用。起主要作用。第8页，讲稿共125张，创作于星期三B B、D-D-氨基酸氧化酶氨基酸氧化酶：催催化化D-D-氨氨基基酸酸氧氧化化脱脱氨氨，其其辅辅基基为为FADFAD。在在体体内内分分布布广广泛泛，活活力力强强，但但体体内内D-D-氨氨基基酸酸不不多多，因此这个酶的作用也不大。因此这个酶的作用也不大。第9页，讲稿共125张，创作于星期三 L-L-谷谷氨氨酸酸脱脱氢氢酶酶的的辅辅酶酶为为NAD+NAD+或或NADP+NADP+，能能催催化化L-L-谷谷氨氨酸酸氧氧化化脱脱氨氨基基，生生成成-酮酮戊戊二二酸酸及及氨氨。此此酶酶在在动动植植物物、微微生生物物中中普普遍遍存存在在，而而且且活活性性很很强强，特特别别在在肝肝及及肾肾组组织织中中活活力力更更强强，它它的的最最适适pHpH在在中中性性附附近近，其其所催化的反应如下：所催化的反应如下：C C、L-L-谷氨酸脱氢酶：谷氨酸脱氢酶：第10页，讲稿共125张，创作于星期三 该该反反应应可可以以全全部部逆逆转转，即即在在氨氨、-酮酮戊戊二二酸酸以以及及NADHNADH或或NADPHNADPH存存在在下下，L-L-谷谷氨氨酸酸脱脱氢氢酶酶可可催催化化合成合成L-L-谷氨酸。谷氨酸。从从L-L-谷谷氨氨酸酸脱脱氢氢酶酶所所催催化化的的反反应应平平衡衡常常数数偏偏向向于于L-L-谷谷氨氨酸酸的的合合成成看看，此此酶酶主主要要是是催催化化谷谷氨氨酸酸的的合合成成。但但是是如如果果该该酶酶催催化化谷谷氨氨酸酸产产生生的的NHNH3 3能能被被迅迅速速处处理理，反反应应趋趋向向于于脱脱氨氨基基作作用用，特特别别在在该该酶酶和和转转氨氨酶酶联联合合作作用用时时，几几乎乎所所有有氨氨基基酸酸都都可可以以脱脱去氨基，因此去氨基，因此该酶在氨基酸的代谢上占有重要地位该酶在氨基酸的代谢上占有重要地位。第11页，讲稿共125张，创作于星期三（2 2）转氨基作用）转氨基作用 一种一种 -氨基酸的氨基酸的氨基可以转移到氨基可以转移到 -酮酮酸上，从而生成相应酸上，从而生成相应的一分子的一分子 -酮酸和一酮酸和一分子分子 -氨基酸，这种氨基酸，这种作用称转氨基作用，作用称转氨基作用，也称氨基移换作用。也称氨基移换作用。转氨基作用的简式如转氨基作用的简式如右图：右图：第12页，讲稿共125张，创作于星期三GOTGPT用于心肌疾患（心肌梗塞等辅助诊断）用于心肌疾患（心肌梗塞等辅助诊断）丙氨酸转移酶（丙氨酸转移酶（ALTALT）天冬氨酸转移酶（天冬氨酸转移酶（AST）常用于肝疾患（肝炎等）辅助诊断常用于肝疾患（肝炎等）辅助诊断第13页，讲稿共125张，创作于星期三（3 3）联合脱氨基作用）联合脱氨基作用 生物体内L-氨基酸氧化酶活力不高，而L-谷氨酸脱氢酶的活力很强，转氨酶又普遍存在。但是，单靠转氨酶并不能使氨基酸脱去氨基。因此一般认为L-氨基酸在体内往往不是直接氧化脱去氨基，而是先与-酮戊二酸经转氨作用变为相应的酮酸及谷氨酸，谷氨酸经谷氨酸脱氢酶作用重新变成-酮戊二酸，同时放出氨，这种脱氨基作用是转氨基作用这种脱氨基作用是转氨基作用和氧化脱氨基作用配合进行的，所以叫联合脱氨基作用和氧化脱氨基作用配合进行的，所以叫联合脱氨基作用。动物体内大部分氨基酸是通过这种方式脱去氨基的，其反应式表示如下：-酮酸酮酸 转氨酶转氨酶与与谷氨酸脱氢酶谷氨酸脱氢酶的联合脱氨基作用的联合脱氨基作用第14页，讲稿共125张，创作于星期三(2)(2)嘌呤核苷酸循环嘌呤核苷酸循环 实验表明，骨骼肌、心肌、肝脏和脑组织主要的实验表明，骨骼肌、心肌、肝脏和脑组织主要的脱氨方式是以脱氨方式是以嘌呤核苷酸循环嘌呤核苷酸循环脱氨基作用为主。脱氨基作用为主。嘌呤核苷酸嘌呤核苷酸循环脱氨基作用循环脱氨基作用第15页，讲稿共125张，创作于星期三氨基酸的脱氨基作用，除上述氨基酸的脱氨基作用，除上述3 3种方式外，某些氨种方式外，某些氨基酸还可以进行非氧化脱氨基作用。这种脱氨基方式，基酸还可以进行非氧化脱氨基作用。这种脱氨基方式，主要在微生物体内进行。动物体内也有，但并不普遍。主要在微生物体内进行。动物体内也有，但并不普遍。脱水脱氨基脱水脱氨基脱硫化氢脱氨基脱硫化氢脱氨基直接脱氨基直接脱氨基水解脱氨基等水解脱氨基等（4 4）非氧化脱氨基作用）非氧化脱氨基作用第16页，讲稿共125张，创作于星期三氨基酸的脱羧作用在组织内和组织外氨基酸的脱羧作用在组织内和组织外(如动物肠道内如动物肠道内)皆有。组织内的脱羧作用是氨基酸分解代谢的正常过程，脱皆有。组织内的脱羧作用是氨基酸分解代谢的正常过程，脱羧酶的专一性很高。需要吡哆醛磷酸（羧酶的专一性很高。需要吡哆醛磷酸（VB6VB6）为辅酶。不是）为辅酶。不是氨基酸代谢的主要方式。氨基酸代谢的主要方式。RCH-COOH RCHRCH-COOH RCH2 2-NH-NH2 2+CO+CO2 2氨基酸脱羧酶氨基酸脱羧酶|NHNH2 22 2、脱羧基作用、脱羧基作用第17页，讲稿共125张，创作于星期三脑磷脂脑磷脂卵磷脂卵磷脂-氨基丁酸对氨基丁酸对中枢神经系统有中枢神经系统有抑制作用，临床抑制作用，临床已用作镇静剂。已用作镇静剂。降低血压降低血压第18页，讲稿共125张，创作于星期三增高血压增高血压第19页，讲稿共125张，创作于星期三但绝大多数胺类是对动物有毒的，如何解决？但绝大多数胺类是对动物有毒的，如何解决？胺氧化酶胺氧化酶第20页，讲稿共125张，创作于星期三3 3、氨基酸的分解产物代谢、氨基酸的分解产物代谢（1 1）氨的去路（五个途径）氨的去路（五个途径）（2 2）-酮酸的去路酮酸的去路（3 3）胺的去路）胺的去路（4 4）二氧化碳的去路）二氧化碳的去路第21页，讲稿共125张，创作于星期三（1 1）氨的去路）氨的去路 在兔体内，当血液中氨的含量达到在兔体内，当血液中氨的含量达到5mg5mg100mL100mL时，时，兔即死亡。兔即死亡。高等动物脑组织对氨相当敏感，血液中含高等动物脑组织对氨相当敏感，血液中含1 1氨便能氨便能引起中枢神经系统中毒。引起中枢神经系统中毒。高浓度的氨与三羧酸循环中间物高浓度的氨与三羧酸循环中间物-酮戊二酸结酮戊二酸结合成合成L-L-谷氨酸（谷氨酸（何种酶催化？何种酶催化？），使大脑中的），使大脑中的-酮酮戊二酸大量减少，导致三羧酸循环无法正常运转，戊二酸大量减少，导致三羧酸循环无法正常运转，ATPATP生生成受到严重阻碍，从而引起脑功能受损。成受到严重阻碍，从而引起脑功能受损。因此，氨不能因此，氨不能大量积累，必须外排。大量积累，必须外排。第22页，讲稿共125张，创作于星期三水生动物主要是水生动物主要是排氨排氨的，也有部分氨转变成氧的，也有部分氨转变成氧化三甲胺再排泄的。化三甲胺再排泄的。鸟类及生活在比较干燥环境中的爬虫类主要鸟类及生活在比较干燥环境中的爬虫类主要排尿酸排尿酸的。的。两栖类是两栖类是排尿素排尿素的。的。人和哺乳类动物几乎都是人和哺乳类动物几乎都是排尿素排尿素的。的。第23页，讲稿共125张，创作于星期三尿素的合成尿素的合成-鸟氨酸循环鸟氨酸循环第一阶段为鸟氨酸与二氧化碳和氨作用，合第一阶段为鸟氨酸与二氧化碳和氨作用，合成瓜氨酸。成瓜氨酸。第二阶段为瓜氨酸与氨作用，合成精氨酸。第二阶段为瓜氨酸与氨作用，合成精氨酸。第三阶段精氨酸被肝脏中精氨酸酶水解第三阶段精氨酸被肝脏中精氨酸酶水解产生尿素和重新放出鸟氨酸。产生尿素和重新放出鸟氨酸。第24页，讲稿共125张，创作于星期三该循环中，二该循环中，二分子分子NHNH3 3和一和一分子分子C0C02 2结合结合成一分子尿成一分子尿素。素。第25页，讲稿共125张，创作于星期三重新合成氨基酸重新合成氨基酸 当生物体中含有足够的碳水化合物时，氨能与碳水化当生物体中含有足够的碳水化合物时，氨能与碳水化合物代谢中生成的各种合物代谢中生成的各种a-a-酮酸进行氨基化反应，重新合酮酸进行氨基化反应，重新合成氨基酸成氨基酸。氨基酸脱氨基作用生成的氨虽然通过这条。氨基酸脱氨基作用生成的氨虽然通过这条途径生成了新的氨基酸，但只是使氨基酸的种类发生途径生成了新的氨基酸，但只是使氨基酸的种类发生了改变，并没有增加氨基酸的总量。了改变，并没有增加氨基酸的总量。-酮酸酮酸 第26页，讲稿共125张，创作于星期三生成铵盐生成铵盐 某些植物组织中含较多的有机酸，如苹果酸、某些植物组织中含较多的有机酸，如苹果酸、柠檬酸、异柠檬酸、酒石酸、草酰乙酸等，这些柠檬酸、异柠檬酸、酒石酸、草酰乙酸等，这些有机酸能与氨反应生成铵盐，使细胞中的有机酸能与氨反应生成铵盐，使细胞中的pHpH保保持在正常的范围内。持在正常的范围内。第27页，讲稿共125张，创作于星期三生成酰胺：生成酰胺：NH4+第28页，讲稿共125张，创作于星期三合成嘧啶环合成嘧啶环 上面谈到鸟氨酸循环的氨甲酰磷酸是由上面谈到鸟氨酸循环的氨甲酰磷酸是由NHNH3 3和和COCO2 2在在ATPATP供能条件下经供能条件下经氨甲酰磷酸合成酶催化合成的。这种酶分布在线粒体内，又称氨甲酰磷氨甲酰磷酸合成酶催化合成的。这种酶分布在线粒体内，又称氨甲酰磷酸合成酶酸合成酶I I。它是别构酶，。它是别构酶，N-N-乙酰谷氨酸为正别构剂。它利用转氨基作用乙酰谷氨酸为正别构剂。它利用转氨基作用和和LL谷氨酸脱氢酶的催化作用谷氨酸脱氢酶的催化作用,谷氨酸氧化产生的氨作为氮源。氨谷氨酸氧化产生的氨作为氮源。氨甲酰磷酸合成酶甲酰磷酸合成酶，分布于胞浆，一般存在于生长迅速的组织细，分布于胞浆，一般存在于生长迅速的组织细胞内，包括肿瘤细胞中。它利用谷氨酰胺作为氮源，不需要胞内，包括肿瘤细胞中。它利用谷氨酰胺作为氮源，不需要N-N-乙乙酰谷氨酸参加就可催化合成氨甲酰磷酸。生成的氨甲酰磷酸再与天冬氨酰谷氨酸参加就可催化合成氨甲酰磷酸。生成的氨甲酰磷酸再与天冬氨酸缩合成氨甲酰天冬氨酸，然后经环化，形成二氢乳清酸，最后合成尿酸缩合成氨甲酰天冬氨酸，然后经环化，形成二氢乳清酸，最后合成尿苷酸。所以，氨基酸脱下的氨经谷氨酰胺就可转化成嘧啶类化合物，这苷酸。所以，氨基酸脱下的氨经谷氨酰胺就可转化成嘧啶类化合物，这是氨的去路之一。是氨的去路之一。第29页，讲稿共125张，创作于星期三(2)(2)-酮酸的去路酮酸的去路再合成氨基酸再合成氨基酸 体内氨基酸的脱氨作用与体内氨基酸的脱氨作用与 -酮酸的还原氨基化作用可以酮酸的还原氨基化作用可以看作一对可逆反应，并处于动态平衡中。当体内氨基酸过看作一对可逆反应，并处于动态平衡中。当体内氨基酸过剩时，脱氨作用相应地加强，相反，在需要氨基酸时，氨剩时，脱氨作用相应地加强，相反，在需要氨基酸时，氨基化作用又会加强，从而合成某些氨基酸。基化作用又会加强，从而合成某些氨基酸。-酮酸酮酸 第30页，讲稿共125张，创作于星期三转变成糖及脂肪转变成糖及脂肪 当体内不需要将当体内不需要将 -酮酸再合成氨基酸，并且体酮酸再合成氨基酸，并且体内的能量供给又极充足时，内的能量供给又极充足时，-酮酸可以转变为糖及酮酸可以转变为糖及脂肪脂肪.大多数氨基酸可使尿中大多数氨基酸可使尿中葡萄糖的含量增加葡萄糖的含量增加，少数，少数几种可使尿中几种可使尿中葡萄糖及酮体的含量同时增加葡萄糖及酮体的含量同时增加，而亮氨酸，而亮氨酸等只能使等只能使酮体的含量增加酮体的含量增加。A A、生糖氨基酸、生糖氨基酸;B;B、生酮氨基酸、生酮氨基酸C C、生糖兼生酮氨基酸：、生糖兼生酮氨基酸：第31页，讲稿共125张，创作于星期三A A、生糖氨基酸：、生糖氨基酸：在体内可以转变为糖的氨基酸称为生糖氨基在体内可以转变为糖的氨基酸称为生糖氨基酸，按糖代谢途径进行代谢，其分解中间产物大酸，按糖代谢途径进行代谢，其分解中间产物大都是糖代谢的过程中的丙酮酸、草酰乙酸、都是糖代谢的过程中的丙酮酸、草酰乙酸、-酮戊二酸、琥珀酰酮戊二酸、琥珀酰CoACoA或者与这几种有关的化合物。或者与这几种有关的化合物。第32页，讲稿共125张，创作于星期三B B、生酮氨基酸：、生酮氨基酸：在体内能转变酮体的氨基酸称为生酮氨基酸，在体内能转变酮体的氨基酸称为生酮氨基酸，按脂肪酸代谢途径进行，其分解代谢中间产物为按脂肪酸代谢途径进行，其分解代谢中间产物为乙酰乙酰CoACoA或乙酰乙酸。或乙酰乙酸。C C、生糖兼生酮氨基酸：、生糖兼生酮氨基酸：二者兼而有之。二者兼而有之。第33页，讲稿共125张，创作于星期三第34页，讲稿共125张，创作于星期三彻底氧化成二氧化碳和水，产彻底氧化成二氧化碳和水，产ATPATP。氨基酸脱氨基后剩下的氨基酸脱氨基后剩下的-酮酸可以彻底酮酸可以彻底氧化成二氧化碳和水，产氧化成二氧化碳和水，产ATPATP。第35页，讲稿共125张，创作于星期三(3)(3)胺的去路胺的去路 氨基酸经脱羧基作用，生成大量的胺类，体内积氨基酸经脱羧基作用，生成大量的胺类，体内积累大量的胺是有害的，能引起神经或心血管与系统的累大量的胺是有害的，能引起神经或心血管与系统的功能紊乱。胺可随尿直接排出体外，也可在胺氧化酶功能紊乱。胺可随尿直接排出体外，也可在胺氧化酶的催化下，氧化成醛，继而氧化成脂肪酸，再分解成的催化下，氧化成醛，继而氧化成脂肪酸，再分解成COCO2 2和和H H2 2O O。(4)(4)二氧化碳的去路二氧化碳的去路胺氧化酶胺氧化酶第36页，讲稿共125张，创作于星期三三三 氨基酸氨基酸合成代谢概合成代谢概述述第37页，讲稿共125张，创作于星期三第38页，讲稿共125张，创作于星期三四、蛋白质的生物合成四、蛋白质的生物合成1 1、蛋白质生物合成的原料组分、蛋白质生物合成的原料组分 (1)(1)mRNAmRNA (2)tRNA (2)tRNA (3)rRNA (3)rRNA与核糖体与核糖体2 2、蛋白质生物合成的过程、蛋白质生物合成的过程 (4)(4)肽链合成的起始肽链合成的起始 (5)(5)肽链延伸肽链延伸 (6)(6)肽链合成的终止肽链合成的终止 (7)(7)多聚核糖体多聚核糖体 (8)(8)真、原核生物蛋白质合成差别真、原核生物蛋白质合成差别 (9)(9)肽链合成后的加工修饰肽链合成后的加工修饰3 3、中心法则的演变、中心法则的演变第39页，讲稿共125张，创作于星期三图图 原核生物的和真核生物原核生物的和真核生物的蛋白质合成的区别的蛋白质合成的区别第40页，讲稿共125张，创作于星期三第41页，讲稿共125张，创作于星期三 蛋蛋白白质质是是由由2020种种氨氨基基酸酸组组成成的的，而而DNADNA只只是是由由A,T,CA,T,C和和G G四四种种核核苷苷酸酸构构成成的的，但但核核苷苷酸酸残残基基序序列列决决定定了了氨氨基基酸的顺序，这是一种密码（酸的顺序，这是一种密码（codonscodons）的关系。）的关系。（1 1）证明遗传密码是）证明遗传密码是三联体密码三联体密码实验实验：（2 2）遗传密码的特点：）遗传密码的特点：1 1、mRNAmRNA第42页，讲稿共125张，创作于星期三证明三联体密码的三个著名实验的示意图证明三联体密码的三个著名实验的示意图 第43页，讲稿共125张，创作于星期三 第第一一个个实实验验是是19611961年年由由美美国国的的M.M.NirenbergNirenberg等等人人完完成成的的。他他首首先先利利用用多多核核苷苷酸酸磷磷酸酸化化酶酶合合成成了了一一条条由由相相同同核核苷苷酸酸组组成成的的多多核核苷苷酸酸链链，用用它它作作模模板板，利利用用大大肠肠杆杆菌菌蛋蛋白白提提取取液液和和GTPGTP在在体体外外合合成成蛋蛋白白质质。发发现现多多聚聚（U U）导导致致多多聚聚PhePhe的的合合成成，表表明明多多聚聚（U U）编编码码多多聚聚PhePhe；类类似似的的实实验验表表明明，多多聚聚（A A）编编码码多多聚聚LysLys；多多聚聚（C C）编编码码多多聚聚ProPro（图（图a a）。）。第44页，讲稿共125张，创作于星期三 第第 二二 个个 实实 验验 是是19641964年年 也也 是是 由由 美美 国国 的的M.M.NirenbergNirenberg等等人人完完成成的的。他他们们首首先先合合成成一一个个已已知知序序列列的的核核苷苷酸酸三三聚聚体体，然然后后与与大大肠肠杆杆菌菌核核糖糖体体和和氨氨酰酰tRNAtRNA一一起起温温育育。由由此此确确定定与与已已知知核核苷苷酸酸三三聚聚体体结结合合的的tRNAtRNA上上连连接接的的是是那那一一种种氨氨基基酸酸。该该实实验验对对于于几几种种密密码码编编码码同同一一个个氨氨基基酸酸提提供供了了直直接接的的、最最好好的的证证据据（图（图b b）。）。第45页，讲稿共125张，创作于星期三 第第三三个个实实验验是是由由Jones,KhoranaJones,Khorana等等人人完完成成的的。他他们们制制备备了了已已知知的的核核苷苷酸酸重重复复序序列列，以以此此多多聚聚核核苷苷酸酸作作模模板板，在在体体外外进进行行蛋蛋白白质质合合成，发现可以生成三种重复的多肽链（图成，发现可以生成三种重复的多肽链（图C C）。）。若若从从A A翻翻译译，则则合合成成出出多多聚聚IleIle，即即AUCAUC对对应应IleIle；若若从从U U翻翻译译，则则合合成成出出多多聚聚SerSer，即即UCAUCA对对应应SerSer；若若从从C C翻翻译译，则则合合成成出出多多聚聚HisHis，即即CAUCAU对对应应HisHis。这这是是因因为为体体外外合合成成是是无无调调控控的的合合成成，可可以以随随机机地地从从A A、或或U U、或或C C翻翻译译，所所以以有有三三种种重重复的多肽链生成。复的多肽链生成。第46页，讲稿共125张，创作于星期三第47页，讲稿共125张，创作于星期三第48页，讲稿共125张，创作于星期三 遗传密码具有遗传密码具有简并性简并性-大多数氨基酸都存在大多数氨基酸都存在几个不同的密码子。几个不同的密码子。例如例如SerSer就有就有6 6个密码，个密码，GlyGly有有4 4个密码，而个密码，而LysLys有有2 2个密码。个密码。确定同一个氨基确定同一个氨基酸的不同密码被称之酸的不同密码被称之同义密码同义密码。（2 2）密码子特点：）密码子特点：第49页，讲稿共125张，创作于星期三 密码的简并性还体现在密码的简并性还体现在一个密码的头两个一个密码的头两个核苷酸残基足可以确定一个给定的氨基酸。核苷酸残基足可以确定一个给定的氨基酸。例例如编码如编码GlyGly的密码有的密码有4 4个，都开始于个，都开始于GGGG：GGUGGU，GGCGGC，GGAGGA，和，和GGGGGG。所以，即使。所以，即使33位的核苷酸残基突位的核苷酸残基突变，通常仍会导致同一个氨基酸整合到蛋白质中。变，通常仍会导致同一个氨基酸整合到蛋白质中。第50页，讲稿共125张，创作于星期三 密码的简并性生物学意义：可以密码的简并性生物学意义：可以减少碱基突减少碱基突变造成的有害效应变造成的有害效应，因为单个核苷酸残基的变，因为单个核苷酸残基的变化常常会导致仍然编码同一个氨基酸的密码。化常常会导致仍然编码同一个氨基酸的密码。在标准遗传密码表中，在标准遗传密码表中，只有一个密码子的氨基只有一个密码子的氨基酸是酸是TrpTrp和和MetMet。第51页，讲稿共125张，创作于星期三具有类似序列的密码往往指定化学性质类具有类似序列的密码往往指定化学性质类似的氨基酸。似的氨基酸。例如苏氨酸密码与例如苏氨酸密码与4 4个丝氨酸个丝氨酸密码的差别只是处于密码的差别只是处于55位的核苷酸不同；天位的核苷酸不同；天冬氨酸和谷氨酸的密码都开始于冬氨酸和谷氨酸的密码都开始于GAGA，只是，只是33位位的核苷酸不同。的核苷酸不同。第52页，讲稿共125张，创作于星期三6464个密码中有个密码中有6161个编码氨基酸。余下的个编码氨基酸。余下的3 3个密码（个密码（UAAUAA，UGAUGA，和，和UAGUAG）为）为终止密码终止密码-编码性编码性 终止密码一般不能被任何的终止密码一般不能被任何的tRNAtRNA分子识别，但能被分子识别，但能被特殊的蛋白质识别，引起新合成的肽链从翻译机器特殊的蛋白质识别，引起新合成的肽链从翻译机器上脱落。蛋氨酸密码上脱落。蛋氨酸密码AUGAUG也常常充当蛋白质合成的也常常充当蛋白质合成的起起始密码始密码，所以常称，所以常称AUGAUG为起始密码。为起始密码。第53页，讲稿共125张，创作于星期三密码子按密码子按5 35 3方向阅读，在方向阅读，在mRNAmRNA中是没有标点符中是没有标点符号的号的-连续性连续性 mRNA mRNA核苷酸序列中的两个密码之间没有任何起标点核苷酸序列中的两个密码之间没有任何起标点符号的核苷酸残基加以隔离，所以必须按正确的读码框符号的核苷酸残基加以隔离，所以必须按正确的读码框架从一个正确的起点开始，一个不漏地读下去，直至碰架从一个正确的起点开始，一个不漏地读下去，直至碰到终止密码。如果插入或删除一个核苷酸残基，就会使到终止密码。如果插入或删除一个核苷酸残基，就会使该残基以后的读码发生错误，称之该残基以后的读码发生错误，称之移码移码。由于移码引。由于移码引起的突变称起的突变称移码突变移码突变.第54页，讲稿共125张，创作于星期三遗传密码一般具有遗传密码一般具有不重叠性不重叠性。例如对于给出的是一段例如对于给出的是一段mRNAmRNA上的核苷酸序列：上的核苷酸序列：mRNAmRNA AUGCAUGCAUGC AUGCAUGCAUGC 如果按不重叠读码，在没有给定读码框时，可如果按不重叠读码，在没有给定读码框时，可有三种读码方式。有三种读码方式。第55页，讲稿共125张，创作于星期三第56页，讲稿共125张，创作于星期三如果按重叠读码，则变成了：如果按重叠读码，则变成了：这种重叠是不可能发生的！这种重叠是不可能发生的！第57页，讲稿共125张，创作于星期三密码是近于完全通用的密码是近于完全通用的-通用性：通用性：指各种高等和低指各种高等和低等的生物（包括病毒、细菌及真核生物等）在多大程等的生物（包括病毒、细菌及真核生物等）在多大程度上可用共用同一套密码。较早时，曾认为密码是完度上可用共用同一套密码。较早时，曾认为密码是完全通用的。全通用的。但是后来的一些发现对密码的通用性提出了挑战。但是后来的一些发现对密码的通用性提出了挑战。线粒体线粒体DNADNA中的编码情形显然违背了遗传密码的通用性。中的编码情形显然违背了遗传密码的通用性。如人线粒体中如人线粒体中UGAUGA不再是终止密码子，而编码色氨酸。不再是终止密码子，而编码色氨酸。遗传密码并非是绝对通用，而是近于完全通用遗传密码并非是绝对通用，而是近于完全通用第58页，讲稿共125张，创作于星期三 tRNAtRNA分分子子是是mRNAmRNA的的核核苷苷酸酸序序列列和和多多肽肽链链中中氨氨基基酸酸序序列列之之间间的的桥桥梁梁，每每个个细细胞胞内内至至少含有少含有2020种种tRNAtRNA。（1 1）tRNAtRNA的三维结构的三维结构（2 2）tRNAtRNA反密码子的反密码子的“摆动性摆动性”（3 3）氨酰）氨酰-tRNA-tRNA的合成的合成2 2、tRNAtRNA第59页，讲稿共125张，创作于星期三三叶草式的二级结构三叶草式的二级结构（1 1）tRNAtRNA的三维结构的三维结构第60页，讲稿共125张，创作于星期三tRNAtRNA三级结三级结构构倒倒L L形形图图 tRNA的倒的倒L型三级结构型三级结构第61页，讲稿共125张，创作于星期三反密码子的反密码子的反密码子的反密码子的5555位位有时有时也称之摆动位置也称之摆动位置ACGUIUGUCGAUCA（2 2）tRNAtRNA反密码子的反密码子的“摆动性摆动性”第62页，讲稿共125张，创作于星期三第63页，讲稿共125张，创作于星期三 氨氨酰酰-tRNA-tRNA合合成成酶酶催催化化氨氨基基酸酸连连接接到到相相应应的的tRNAtRNA分分子子的的33端端上上，形形成成氨氨酰酰-tRNA-tRNA。氨氨基基酸酸与与tRNAtRNA之之间间形形成成的的键键是高能键，是高能键，称之氨酰称之氨酰-tRNA-tRNA键键。蛋蛋白白质质合合成成的的精精确确度度依依赖赖于于氨氨酰酰-tRNA-tRNA合合成成酶酶催催化化正正确确的的氨基酸连接到相应的氨基酸连接到相应的tRNAtRNA分子上。分子上。（3 3）氨酰）氨酰-tRNA-tRNA的合成（氨基酸的活化）的合成（氨基酸的活化）第64页，讲稿共125张，创作于星期三氨氨基基酸酸被被氨氨酰酰-tRNA-tRNA合合成成酶酶激激活活在在原原理理上上类类似似于于脂脂肪肪酸酸的的激激活活，总总反应为：反应为：氨基酸氨基酸tRNA ATP 氨酰氨酰-tRNAAMPPPi第65页，讲稿共125张，创作于星期三第66页，讲稿共125张，创作于星期三 蛋蛋白白质质的的合合成成可可以以说说是是开开始始于于氨氨基基酸酸的的激激活活，聚聚合合的的起起始始涉涉及及翻翻译译复复合合体体在在mRNAmRNA分分子子上上第第一一个个密密码码处处的的组组装装，在在肽肽链链延延伸伸过过程程中中，核核糖糖体体和和有有关关的的辅辅助助因因子子沿沿着着模模板板mRNAmRNA的的5 5 33方方向向移移动动，而而蛋蛋白白质质合合成成的的方方向向是是从从N N端端向向C C端端。当当蛋蛋白白质质合合成成完完成成时时，即即在在终终止止阶阶段段，翻翻译译复复合合体体解解体，脱离体，脱离mRNAmRNA。核核糖糖体体RNARNA（rRNArRNA）是是核核糖糖体体中中的的“心心脏脏”，它它参参与许多蛋白质合成的过程与许多蛋白质合成的过程。3 3、rRNArRNA与核糖体与核糖体第67页，讲稿共125张，创作于星期三核糖体组成核糖体组成第68页，讲稿共125张，创作于星期三 核糖体中结合两个核糖体中结合两个tRNAtRNA的部位的部位第69页，讲稿共125张，创作于星期三第70页，讲稿共125张，创作于星期三 核糖体是复合体，要结合核糖体是复合体，要结合mRNAmRNA、生长的、生长的肽链肽链、两个两个比较大的比较大的氨酰氨酰-tRNA-tRNA分子，以及一些因子。在分子，以及一些因子。在蛋白质合成过程中，核糖体将两个负载的蛋白质合成过程中，核糖体将两个负载的tRNAtRNA（氨酰、肽酰（氨酰、肽酰-tRNA-tRNA）排在一起，以便其反密码子能）排在一起，以便其反密码子能与与mRNAmRNA的密码子相互作用，正确地定位在肽键形成部的密码子相互作用，正确地定位在肽键形成部位。位。连接着生长肽链的连接着生长肽链的tRNAtRNA结合于核糖体的结合于核糖体的肽酰部肽酰部位（位（P P位），位），而第二个氨酰而第二个氨酰-tRNA-tRNA结合于核糖体的结合于核糖体的氨氨酰部位（酰部位（A A位）。位）。第71页，讲稿共125张，创作于星期三 蛋白质肽链的合成起始涉及到在蛋白质肽链的合成起始涉及到在mRNAmRNA上上的的阅读框架处阅读框架处形成一个形成一个起始复合体起始复合体。由由核糖体亚基核糖体亚基、模板模板mRNAmRNA、一个特殊的、一个特殊的起起始始tRNAtRNA和和几个起始因子几个起始因子组成。组成。4 4、肽链合成的起始、肽链合成的起始第72页，讲稿共125张，创作于星期三 几乎所有几乎所有mRNAmRNA中翻译的第一个密码都是中翻译的第一个密码都是AUGAUG。但是这个起始密码不一定就是相应的但是这个起始密码不一定就是相应的mRNAmRNA的头的头3 3个核个核苷酸，它可以位于苷酸，它可以位于mRNAmRNA模板的任何部位，而且模板的任何部位，而且mRNAmRNA中也存在多个编码甲硫氨酸的密码中也存在多个编码甲硫氨酸的密码AUGAUG，也就，也就是说是说核糖体不是在每一个核糖体不是在每一个AUGAUG密码处都可以启动密码处都可以启动翻译，翻译，核糖体是核糖体是如何区别起始如何区别起始AUGAUG和内部蛋氨酸密码和内部蛋氨酸密码AUGAUG的？的？（1 1）起始复合体组装位置的确定）起始复合体组装位置的确定第73页，讲稿共125张，创作于星期三 在原核生物在原核生物，起始密码的确定有，起始密码的确定有2 2因素：因素：、tRNAtRNA的反密码子和的反密码子和mRNAmRNA密码子的相互作用，密码子的相互作用，、核糖体的、核糖体的30S30S小亚基与小亚基与mRNAmRNA模板的相互作用模板的相互作用-30S30S小亚基的小亚基的16S rRNA16S rRNA的的33端有一个端有一个富含富含嘧啶片段，嘧啶片段，与与mRNAmRNA起始起始密码上游的一个密码上游的一个富含富含AGAG序列序列（SDSD序列）序列）互补而结合。互补而结合。mRNA mRNA的的SDSD序列与序列与16SrRNA16SrRNA的这一非翻译片段之间的配对，的这一非翻译片段之间的配对，将起始密码定位在将起始密码定位在P P部位而不在部位而不在mRNAmRNA内部，确立了正确的阅读内部，确立了正确的阅读框架框架。第74页，讲稿共125张，创作于星期三E.coliE.coli mRNA mRNA中中的的SDSD序列序列第75页，讲稿共125张，创作于星期三 真核细胞真核细胞中，核糖体的中，核糖体的40S40S亚基与亚基与mRNA5mRNA5端的帽端的帽子相结合，逐渐向子相结合，逐渐向33端移动，以便寻找起始密码子端移动，以便寻找起始密码子AUGAUG，因此，因此，mRNAmRNA上最靠近上最靠近55端的端的AUGAUG作为蛋白质合成的起作为蛋白质合成的起始点，这过程需要消耗始点，这过程需要消耗ATPATP。第76页，讲稿共125张，创作于星期三（2 2）识别不同位置）识别不同位置AUGAUG的的tRNAtRNA不同不同 识识别别起起始始AUGAUG密密码码的的tRNAtRNA称称之之起起始始tRNAtRNA，形形成成N-N-甲甲酰酰蛋蛋氨氨酰酰-tRNA-tRNAf fMetMet（fMet-tRNAfMet-tRNAf fMetMet）；）；识识别别内内部部AUGAUG的的tRNAtRNA称称tRNAtRNA，形形成成蛋蛋氨氨酰酰-tRNA-tRNAMetMet，（Met-tRNAMet-tRNAMetMet）由同一个蛋氨酰由同一个蛋氨酰-tRNA-tRNA合成酶催化的。合成酶催化的。几几乎乎所所有有细细菌菌蛋蛋白白质质的的第第一一个个氨氨基基酸酸都都是是N-N-甲甲酰酰蛋蛋氨氨酸，而在其它生物中是蛋氨酸。酸，而在其它生物中是蛋氨酸。第77页，讲稿共125张，创作于星期三fMet-tRNAfMet的结构的结构第78页，讲稿共125张，创作于星期三（3 3）起始复合体的形成的三个步骤）起始复合体的形成的三个步骤IFIF1 1结合在结合在30S30S核糖体亚基上核糖体亚基上，促进，促进IFIF2 2和和IFIF3 3发挥作用。发挥作用。IFIF3 3的一个作用是通过结合在的一个作用是通过结合在30S30S小亚基上，使小亚基维持在游离的状态，防止小亚基上，使小亚基维持在游离的状态，防止30S30S和和50S50S亚基形成排斥亚基形成排斥mRNAmRNA的不成熟的的不成熟的70S70S复合体。复合体。IF3对对mRNAmRNA上的转录起始位置具有很高的亲和上的转录起始位置具有很高的亲和性。性。第79页，讲稿共125张，创作于星期三结合了结合了GTPGTP的的IF-2-GTPIF-2-GTP复合体可以特异识别起始复合体可以特异识别起始tRNAtRNA，能够从细胞中的氨酰化的，能够从细胞中的氨酰化的tRNAtRNA分子库中挑选出分子库中挑选出fMet-tRNAfMet-tRNAf fMetMet。IF-2-GTPIF-2-GTP结合在结合在30S30S亚基上，通过形成的亚基上，通过形成的30S30S复合复合体识别体识别mRNAmRNA模板上的模板上的SDSD序列和起始密码，与序列和起始密码，与mRNAmRNA相相互作用，形成了一个由互作用，形成了一个由fMet-tRNAfMet-tRNAf fMetMet、IF-2-GTPIF-2-GTP以及以及mRNAmRNA组成的组成的前起始复合体前起始复合体。第80页，讲稿共125张，创作于星期三一旦形成前起始复合体，一旦形成前起始复合体，50S50S亚基就与亚基就与30S30S亚基结合亚基结合，同时结合在同时结合在IFIF2 2上的上的GTPGTP水解生成水解生成IF-2-GDPIF-2-GDP和和PiPi，然后结合在前起始复合体上的起始因子，然后结合在前起始复合体上的起始因子IFIF1 1和和IFIF3 3解离，解离，最后形成由最后形成由30S30S与与50S50S组成的起始复合组成的起始复合体，体，fMet-tRNAfMet-tRNAf fMetMet被定位在被定位在P P位位。IF-2-GDP IF-2-GDP中中GDPGDP与与GTPGTP交换再生成交换再生成IF-2-GTPIF-2-GTP第81页，讲稿共125张，创作于星期三第82页，讲稿共125张，创作于星期三 在在肽肽链链延延伸伸阶阶段段，需需要要将将每每一一个个按按照照密密码码要要求求的的氨氨基基酸酸接接到到生生长长着着的的肽肽链链上上，每每连连接接一一个个氨氨基基酸酸都都要要重重复复进进行行一一轮轮延延伸伸循循环环反反应应。