生物化学2015蛋白质合成2课件.ppt

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1、蛋白质蛋白质翻译翻译转录转录逆转录逆转录复制复制复制复制DNARNA第六节第六节 蛋白质的生物合成蛋白质的生物合成生生物物的的遗遗传传信信息息以以密密码码的的形形式式储储存存在在DNA分分子子上上，表表现现为为特特定定的的核核苷苷酸酸排排列列顺顺序序。在在细细胞胞分分裂裂的的过过程程中中，通通过过DNA复复制制把把亲亲代代细细胞胞所所含含的的遗遗传传信信息息忠忠实实地地传传递递给给两两个个子子代代细细胞胞。在在子子代代细细胞胞的的生生长长发发育育过过程程中中，这这些些遗遗传传信信息息通通过过转转录录传传递递给给RNA，再再由由RNA通通过过翻翻译译转转变变成成相相应应的的蛋蛋白白质质多多肽肽链

2、链上上的的氨氨基基酸酸排排列列顺顺序序，由由蛋蛋白白质质执执行行各各种种各各样样的的生生物物学学功功能能，使使后后代代表表现现出出与与亲亲代代相相似似的遗传特征的遗传特征。后后来来人人们们又又发发现现，在在宿宿主主细细胞胞中中一一些些RNA病病毒毒能能以以自自己己的的RNA为为模模板板复复制制出出新新的的病病毒毒RNA，还还有有一一些些RNA病病毒毒能能以以其其RNA为为模模板板合合成成DNA，称称为为逆逆转转录录这这是是中中心心法法则则的的补补充。充。翻译翻译 translation 中心法则指出，遗传信息的表达最终是中心法则指出，遗传信息的表达最终是合成出具有合成出具有特定特定氨基酸顺序的

3、蛋白质，这种氨基酸顺序的蛋白质，这种以以mRNA上所携带的遗传信息上所携带的遗传信息,到多肽链上所到多肽链上所携带的遗传信息的传递，就好象以一种语言携带的遗传信息的传递，就好象以一种语言翻译成另一种语言时的情形相似。翻译成另一种语言时的情形相似。以以mRNA为模板的蛋白质合成过程为为模板的蛋白质合成过程为 翻译。翻译。生命以蛋白质为基础，所有生物都含有生命以蛋白质为基础，所有生物都含有蛋白质。蛋白质。地球上的生物体含有地球上的生物体含有1010-1011种不同的种不同的蛋白质，各种生物都有其特殊的蛋白质。蛋白质，各种生物都有其特殊的蛋白质。一个高等生物的细胞内约有一个高等生物的细胞内约有300

4、0多种不多种不同的蛋白质，这些蛋白质分别担负着不同同的蛋白质，这些蛋白质分别担负着不同的生物功能。的生物功能。一个正常生长的细胞内，时刻都在进行一个正常生长的细胞内，时刻都在进行着蛋白质的生物合成。新的蛋白质分子不着蛋白质的生物合成。新的蛋白质分子不断地合成出来，旧的蛋白质分子不断地被断地合成出来，旧的蛋白质分子不断地被更新。更新。遗遗传传信信息息流流动动示示意意图图核糖体核糖体DNAmRNAtRNA原核生物:细菌中mRNA转录翻译降解同时进行。0分钟分钟，转录开始；，转录开始；0.5分钟分钟，核糖体开，核糖体开始翻译；始翻译；1.5分钟分钟，5端端mRNA开始降解；开始降解；2.0分钟分钟，

5、RNA聚聚合酶在合酶在3端终止端终止;3.0分钟，分钟，mRNA继继续降解，核糖体完续降解，核糖体完成翻译。成翻译。37OCmRNA转录速度转录速度45bp/s,蛋白质蛋白质15aa/s,转录和翻译转录和翻译 5000bp mRNA相当于相当于180KDa的蛋白质的蛋白质,整个过程需要整个过程需要2分钟分钟.真核生物真核生物动物细胞中转录速度同细菌动物细胞中转录速度同细菌,45个核苷酸个核苷酸/秒秒,真真核生物很多基因很大核生物很多基因很大,转录一个转录一个10000bp基因需基因需5分钟分钟,mRNA半衰期半衰期4-24小时小时.真核生物真核生物mRNA平均长度平均长度1500bp1分钟内分

6、钟内,转录起始转录起始,5端被修饰端被修饰;6分钟分钟,3端被切割释放端被切割释放;20分钟分钟,3端加端加poly(A);25分钟分钟,mRNA被转运到细胞质被转运到细胞质;4小时小时,核糖体翻译核糖体翻译mRNA一、一、蛋白质的生物合成体系蛋白质的生物合成体系 q 原料原料：20种氨基酸种氨基酸q 模板模板：mRNA（信使核糖核酸）q 场所场所：核蛋白体：核蛋白体q 氨基酸的氨基酸的“搬运工具搬运工具”：tRNAq 酶与蛋白质因子酶与蛋白质因子：启动、延长、终止因子：启动、延长、终止因子 q 能量能量：ATP、GTPq 无机离子无机离子 P4331、模板、模板mRNA mRNA(messe

7、nger RNA)是蛋白质生物合成过程中是蛋白质生物合成过程中直接直接指令指令氨基酸掺入的模板，是遗传信息的载体。氨基酸掺入的模板，是遗传信息的载体。原核生物和真核生物原核生物和真核生物mRNA的比较的比较每个mRNA分子带有多于一条多肽链的遗传信息分子带有多于一条多肽链的遗传信息原核细胞原核细胞mRNAmRNA的结构特点的结构特点53顺反子顺反子顺反子顺反子顺反子顺反子插入顺序插入顺序插入顺序插入顺序先导区先导区末端顺序末端顺序AGGAGGUAGGAGGUSD区区特点特点半衰期短半衰期短许多原核生物许多原核生物mRNAmRNA以多顺反子形式存在以多顺反子形式存在AUGAUG作为起始密码；作为

8、起始密码；AUGAUG上游上游7 71212个核苷酸处有一被称为个核苷酸处有一被称为SDSD序列的序列的保守区，保守区，16S rRNA316S rRNA3-端反向互补而使端反向互补而使mRNAmRNA与核糖体结合。与核糖体结合。（2）遗传密码的特点）遗传密码的特点 通用性通用性：对所有生物都适用，部分生物的线粒体、叶绿体对所有生物都适用，部分生物的线粒体、叶绿体密码子除外；密码子除外；方向性方向性：5端端3端；端；UAU、UAC酪氨酸、酪氨酸、CAU组氨酸组氨酸 连续性连续性：密码子与密码子之间是没有间隔的，阅读：密码子与密码子之间是没有间隔的，阅读密码子时从一个密码子时从一个特定的起点特定

9、的起点一直读下去，中间不能留一直读下去，中间不能留空，碱基的插入或缺失可导致移码。空，碱基的插入或缺失可导致移码。不重叠性：不重叠性：密码是无标点符号的且相邻密码子互不密码是无标点符号的且相邻密码子互不重叠；重叠；。起始密码起始密码：5端第一个端第一个AUG表示起动信号，表示起动信号，并代表并代表甲酰蛋氨酸甲酰蛋氨酸(细菌细菌)或蛋氨酸或蛋氨酸(高等动物高等动物)；终止密码终止密码：UAA、UAG或或UGA（不编码氨基酸）；（不编码氨基酸）；遗传密码字典遗传密码字典UACGUCAGUCAG第二位第二位 第一位第一位（5）第三位第三位（3）UCAGUCAGUCAG 简并性简并性(degenera

10、te)：一个以上密码子体现一个氨基：一个以上密码子体现一个氨基酸遗传信息（酸遗传信息（Trp和和Met除外，仅有除外，仅有1个密码子个密码子）。其）。其原因是由于密码子与反密码子之间存在不稳定配对原因是由于密码子与反密码子之间存在不稳定配对（摆动性或摇摆性）。（摆动性或摇摆性）。对应于同一氨基酸的密码子称为同义密码子对应于同一氨基酸的密码子称为同义密码子(Synonymous codon)密码的简并性可以减少有害突变密码的简并性可以减少有害突变。摇摆性摇摆性（wobble）：）：mRNA密码子的第三个核苷密码子的第三个核苷酸（酸（3端）端）与与tRNA反密码子第一个核苷酸（反密码子第一个核苷酸

11、（5端）端）配对时，有时不遵守严格的碱基配对原则，除配对时，有时不遵守严格的碱基配对原则，除A-U、G-C外，还可有其它配对方式。外，还可有其它配对方式。I（次黄嘌呤）（次黄嘌呤）是最常是最常见的摆动现象。见的摆动现象。反密码子与密码子之间的碱基配对反密码子与密码子之间的碱基配对A UC G反密码子第一位碱基反密码子第一位碱基 密码子第三位碱基密码子第三位碱基GUCUAGIUCA2、氨基酸的搬运工具、氨基酸的搬运工具tRNA v 一种一种tRNA可携带一种氨基酸；而一种氨基酸可由数可携带一种氨基酸；而一种氨基酸可由数种种tRNA携带携带（大肠杆菌（大肠杆菌60种，高等真核生物种，高等真核生物1

12、20-130种）种）（1）tRNA与蛋白质合成的功能区与蛋白质合成的功能区 氨基酸臂氨基酸臂与氨基酸结合与氨基酸结合 DHU环环与氨酰与氨酰-tRNA合成酶合成酶(忠实性和保守性忠实性和保守性)结合结合反密码环反密码环识别密码子识别密码子 TC环环.与核蛋白体结合与核蛋白体结合 （2）反密码子）反密码子（anticodon）tRNA反密码环中间的反密码环中间的3个核苷酸，可与个核苷酸，可与mRNA密密码子配对码子配对。反密码子的第一位核苷酸（反密码子的第一位核苷酸（5端）常为端）常为I。P21P299搬运工具搬运工具tRNA（核酸和氨基酸联系的适配器）（核酸和氨基酸联系的适配器）（核酸和氨基酸

13、联系的适配器）（核酸和氨基酸联系的适配器）二级结构：五臂四环三叶草型二级结构：五臂四环三叶草型（二氢尿嘧啶环）（二氢尿嘧啶环）反密码环反密码环反密码子位点反密码子位点氨基酸臂氨基酸臂3tRNA与氨基酸结与氨基酸结合位点合位点核蛋白体的结合位点与氨酰与氨酰-tRNA合成酶合成酶结合结合氨基酸接受位点搬运工具搬运工具tRNA实验表明，tRNAtRNA必须具备倒必须具备倒必须具备倒必须具备倒“L”L”型的三级结构才具型的三级结构才具型的三级结构才具型的三级结构才具有携带氨基酰的功能有携带氨基酰的功能有携带氨基酰的功能有携带氨基酰的功能T-CG与核糖体与核糖体结合位点结合位点与氨酰与氨酰-tRNA合合

14、成酶结合成酶结合 核糖体核糖体是由是由rRNA（ribosomal ribonucleic asid）和和多种蛋白质结合而成的一种大的核糖核蛋多种蛋白质结合而成的一种大的核糖核蛋白颗粒，蛋白质白颗粒，蛋白质肽键肽键的合成就是在这种核的合成就是在这种核糖体上进行的。糖体上进行的。3、多肽链的、多肽链的装配机装配机核蛋白体核蛋白体 两类核蛋白体两类核蛋白体:结合型结合型：位于粗面内质网，合成分泌蛋白（含信号肽）：位于粗面内质网，合成分泌蛋白（含信号肽）.游离型游离型：游离于胞质中：游离于胞质中,参与细胞固有蛋白的合成参与细胞固有蛋白的合成 （1）组成）组成：蛋白质蛋白质r RNA 真核生物核蛋白体

15、（真核生物核蛋白体（40S+60S=80S）原核生物核蛋白体（原核生物核蛋白体（30S+50S=70S）mRNA结合部位结合部位：位于小亚基，序列特异识别：位于小亚基，序列特异识别受受位位（A位位）：位位于于大大、小小亚亚基基结结合合处处，结结合合AA-tRNA；给给位位（P位位）：主主要要位位于于大大亚亚基基，结结合合肽肽酰酰-tRNA和和起始起始Met-tRNA，肽基转移部位肽基转移部位；转转肽肽酶酶中中心心、GTP：位位于于大大亚亚基基，形形成成肽肽键键的的部部位位。（2）功能区功能区核蛋白体核蛋白体16S rRNA5S rRNA23S rRNA30S subunit50S subuni

16、t70S prokaryoticribosome18S rRNA5S rRNA28S rRNA5.8S rRNA40S subunit60S subunit80S eukaryoticribosomeProkaryoticEukaryoticL2L3L32S1S2S3S21L132 proteins oflarge subunit(L1 L32)21 proteins ofsmall subunit(S1 S21)L2L3L50S1S2S3S33L150 proteins oflarge subunit(L1 L50)33 proteins ofsmall subunit(S1 S33)核糖体

17、的组成核糖体的组成 16SrRNA结构保守，全部压缩在全部压缩在30S小亚基小亚基内内，与小亚基中蛋白质结合成为小亚基的主要成分。16SrRNA 3端一段端一段ACCUCCUUA，与，与mRNA 5端翻译起始区富含嘌端翻译起始区富含嘌呤的序列互补，在呤的序列互补，在mRNA分子与小亚基结合时充当主要分子与小亚基结合时充当主要“接待者接待者”。在16SrRNA临近3端处还有一段与23SrRNA互补的序列，在30S与50S亚基的结合中起作用。一些细菌和病毒一些细菌和病毒mRNA5端的富含嘌呤碱基的端的富含嘌呤碱基的SD核苷酸序列核苷酸序列核核蛋蛋白白体体（原（原（原（原核生核生核生核生物）物）物）

18、物）与起始与起始tRNA配对的部位配对的部位与与16SrRNA配对部位配对部位R17噬菌体噬菌体A蛋白蛋白P440,301大肠杆菌大肠杆菌5S、16S、23S rRNA分别含有120、1542、2904个核苷酸。5S rRNA一个区域含有保守序列一个区域含有保守序列CGAAC，功能功能：与：与tRNA分子分子T C 环上的环上的GT CG序列相互序列相互作用的部位作用的部位另一个区域含有保守序列另一个区域含有保守序列GCGCCGAAUGGUAGU，与与 23SrRNA中一段序列互补，中一段序列互补，功能功能：5S rRNA与与50S核糖体大亚基相互作用的位点。核糖体大亚基相互作用的位点。23S

19、 rRNA50S大亚基34 protein有一段能与tRNA Met序列序列 互补的片段互补的片段23S rRNA靠近5端有一段12个核苷酸的序列与5S rRNA上的序列互补。上的序列互补。核蛋白体核蛋白体多核糖体多核糖体：在原核细胞和真核细胞合成蛋白质时一个：在原核细胞和真核细胞合成蛋白质时一个mRNA分子与一定数分子与一定数目的单个核糖体结合形成念珠状，每个核糖体可以独立完成一条肽链合成。目的单个核糖体结合形成念珠状，每个核糖体可以独立完成一条肽链合成。一旦一个核糖体通过了它在一旦一个核糖体通过了它在mRNA上的起点位点，第二个核糖体就可以在上的起点位点，第二个核糖体就可以在那个位点起始翻

20、译。那个位点起始翻译。P439原核细胞原核细胞70S核糖体的核糖体的A位、位、P位及位及mRNA结合部位示意图结合部位示意图anticodonanticodonanticodonCodonCodonCodon密码子密码子密码子密码子密码子密码子30S30S与与mRNA结合部位结合部位P P P P位位位位（结结合或接受肽合或接受肽基的部位）基的部位）A A A A位位位位（结合或结合或接受接受AA-tRNA的部位）的部位）50S50S5 5 3 3 mRNAmRNA一个一个 核糖体中占有核糖体中占有2个个tRNA和和40bp长的长的mRNA4、辅助性蛋白、辅助性蛋白 在蛋白质的合成体系中，除了

21、在蛋白质的合成体系中，除了mRNA、tRNA、rRNA和核糖体外，还需要一系和核糖体外，还需要一系列辅助因子，这些因子都是蛋白质。列辅助因子，这些因子都是蛋白质。真核和原核细胞参与翻译的真核和原核细胞参与翻译的蛋白质因子蛋白质因子阶段阶段阶段阶段原核原核原核原核 真核真核真核真核 功功功功 能能能能IF1IF1IF2IF2 eIF2 eIF2 参与起始复合物的形成参与起始复合物的形成参与起始复合物的形成参与起始复合物的形成IF3IF3 eIF3eIF3、eIF4CeIF4C起始起始起始起始CBP I CBP I 与与mRNAmRNA帽子结合帽子结合 因子因子因子因子eIF4A B F eIF4

22、A B F 参与寻找第一个参与寻找第一个参与寻找第一个参与寻找第一个AUGAUGeIF5 eIF5 协助协助协助协助eIF2 eIF2、eIF3eIF3、eIF4CeIF4C的释放的释放的释放的释放eIF6 eIF6 协助协助协助协助60S60S亚基从无活性的核糖体上解离亚基从无活性的核糖体上解离亚基从无活性的核糖体上解离亚基从无活性的核糖体上解离EF-TuEF-Tu eEF1eEF1 协助氨酰协助氨酰协助氨酰协助氨酰-tRNA-tRNA进入核糖体进入核糖体进入核糖体进入核糖体延长延长延长延长EF-TsEF-Ts eEF1 eEF1 帮助帮助帮助帮助EF-Tu EF-Tu、eEF1eEF1 周

23、转周转周转周转 因子因子因子因子EF-GEF-G eEF2 eEF2 移位因子移位因子移位因子移位因子RF-1RF-1终止终止终止终止 eRF eRF 释放完整的肽链释放完整的肽链释放完整的肽链释放完整的肽链因子因子因子因子RF-2RF-2P441,303 IF3协助协助30S亚基通过其亚基通过其16SrRNA的的3端与端与mRNA起始密码子起始密码子的的5端的碱基配对结合端的碱基配对结合;IF2能正确能正确识别识别起始的起始的fMet-tRNAfMet；能结合；能结合GTP，将，将GTP引导到复合物上去；对于引导到复合物上去；对于30S起始复合物与起始复合物与50S亚基的亚基的连接连接是必需

24、的是必需的.IF1能能刺激刺激IF2和和IF3两种起始因子的活性；两种起始因子的活性；IF1催化催化GTP水解水解，在在70S起始复合物生成后促进起始复合物生成后促进IF2的的释放释放.IF(initiation factor)作为起始因子作为起始因子,为为非核糖体蛋白质非核糖体蛋白质,这这些因子不同于核糖体蛋白质些因子不同于核糖体蛋白质,它们仅是临时性地与核它们仅是临时性地与核糖体发生作用参与蛋白质的起始糖体发生作用参与蛋白质的起始,之后从核糖体复合之后从核糖体复合物上解离下来物上解离下来,而而核糖体蛋白质核糖体蛋白质则一直结合在同一核则一直结合在同一核糖体上糖体上.IF3、IF2、IF1结

25、合在30S的16SrRNA附近，在16SrRNA 周围还有核糖体蛋白质S7、S1、S11、S12、S18、S21等与mRNA 和30S亚基识别有关；50S亚基的核糖体蛋白质L7、L13、L11位于起始复合物上IF2附近，参与GTP水解反应，与蛋白质合成有关。二、蛋白质的生物合成过程二、蛋白质的生物合成过程 蛋白质的生物合成是最复杂的生物化学过程蛋白质的生物合成是最复杂的生物化学过程之一，它包括了上百种不同的蛋白质，以及之一，它包括了上百种不同的蛋白质，以及30多种多种RNA分子的参与，这一过程分子的参与，这一过程开始于开始于氨基酸氨基酸接在接在tRNA上，随后的步骤则在核糖体上进行，上，随后的

26、步骤则在核糖体上进行，氨基酸通过氨基酸通过tRNA转运到核糖体上，直到氨基酸转运到核糖体上，直到氨基酸掺入到多肽链中后，掺入到多肽链中后，tRNA才离开核糖体。才离开核糖体。*氨基酸的活化氨基酸的活化*肽链合成的起始肽链合成的起始*肽链的延长肽链的延长*肽链的终止和释放肽链的终止和释放氨酰氨酰-tRNA-tRNA合成酶的特点合成酶的特点 a a a a、专一性、专一性、专一性、专一性：对对氨氨基基酸酸有有极极高高的的专专一一性性，每每种种氨氨基基酸酸都都有有专专一的酶，只作用于一的酶，只作用于L-L-氨基酸，不作用于氨基酸，不作用于D-D-氨基酸。氨基酸。对对tRNAtRNA 具有极高专一性。

27、（遗传密码第二）具有极高专一性。（遗传密码第二）b b b b、校对作用、校对作用、校对作用、校对作用：氨酰：氨酰-tRNA-tRNA合成酶的合成酶的水解部位水解部位可可以水解错误活化的氨基酸。以水解错误活化的氨基酸。tRNA iMet(起始起始)、tRNA Met：既能被它们唯一的甲硫氨既能被它们唯一的甲硫氨酰酰-tRNA合成酶合成酶所识别，以区别于其他所识别，以区别于其他tRNA，同时这两，同时这两种甲硫氨酰种甲硫氨酰-tRNA又能被蛋白质又能被蛋白质合成因子合成因子所区分，所区分，起始起始因子因子识别识别tRNA iMet，延伸因子延伸因子识别识别tRNA Met。起始甲硫氨酰起始甲硫氨

28、酰-tRNA（tRNA iMet）:*在所有蛋白质合成中负责掺入在所有蛋白质合成中负责掺入起始氨基酸起始氨基酸-甲硫氨基酸；甲硫氨基酸；*对选择在对选择在mRNA什么位置上什么位置上开始翻译开始翻译起重要作用。起重要作用。tRNA Met：携带甲硫氨酸掺入到蛋白质内部的携带甲硫氨酸掺入到蛋白质内部的tRNA。甲酰甲硫氨酰甲酰甲硫氨酰-tRNAiMet的形成的形成CHOCHO-HN-CH-COO-HN-CH-COO-tRNAtRNA CH CH2 2 CH CH2 2 S S CH3 CH3 +H H2 2N-CH-COO-N-CH-COO-tRNAtRNA CH CH2 2 CH CH2 2

29、S S CH3 CH3Met-tRNAiMetfMet-tRNAfMetN N1010-CHO-FH-CHO-FH4 4FHFH4 4转甲酰酶转甲酰酶甲硫氨酰甲硫氨酰-tRNAN N1010-甲酰四氢叶酸甲酰甲硫氨酰甲酰甲硫氨酰-tRNA 在在原核生物原核生物中有一种特异的中有一种特异的甲酰化酶甲酰化酶，能使，能使tRNA iMet中的氨基发生中的氨基发生甲酰化甲酰化，这样使得参与起始的，这样使得参与起始的tRNA ifMet不不参与肽链的延伸过程。参与肽链的延伸过程。真核生物真核生物甲硫氨酸甲硫氨酸可以出现在可以出现在mRNA模板上的许多模板上的许多地方，多肽合成始终只从地方，多肽合成始终只

30、从靠近靠近核糖体结合位点的那一核糖体结合位点的那一个甲硫氨酸开始。个甲硫氨酸开始。一个真核生物一个真核生物mRNA上只有一个功能性上只有一个功能性AUG起始位点；起始位点；一个细菌一个细菌mRNA上可以有几个上可以有几个AUG起始位点；起始位点；一些低等生物中，密码子一些低等生物中，密码子GUG也是起始密码子，进也是起始密码子，进入此部位的氨基酸还是甲硫氨酸或入此部位的氨基酸还是甲硫氨酸或甲酰甲硫氨酸甲酰甲硫氨酸，不，不是是缬氨酸缬氨酸。方向：沿方向：沿mRNA模板模板5 -3读码翻译读码翻译密码子密码子AUG是蛋白质合成的起始位点是蛋白质合成的起始位点氨氨基基酸酸的的活活化化EEAAEAAt

31、RNAAAEtRNAAAEtRNAAA氨基酸氨基酸E+ATP+E+ATP+氨酰腺苷酸氨酰腺苷酸 复合物复合物E E-AMPAMPPPiPPi第一步第一步AMPAMP第二步第二步E E氨基酸的活化氨基酸的活化3-氨酰氨酰-tRNA氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶23有些氨基酸被转移到tRNA2位，有的转移到3位，有的两个位置均可。消消耗耗2个个高高能能磷磷酸酸键键肽链合成的起始肽链合成的起始（原核生物）（原核生物）（原核生物）（原核生物）30S亚基亚基 mRNA IF3-IF1复合物复合物I30S mRNA GTP-fMet tRNA-IF2-IF1复合物复合物II70S起始复合物起始复合物c

32、odoncodonanticodonanticodonA A位位位位P P位位位位 IF3-mRNA+30S亚基亚基IF2-GTP-fMet-tRNAIF350S50S亚基亚基IF2+IF1+GDP+PiIF170S起始复合物起始复合物16SrRNA16SrRNA-23SrRNA反密码子CAU与密码子AUG互补配对GTP水解功能是释放IF2和GDP，激活-fMet-tRNA空位空位P444肽链的延长（原核生物）（原核生物）（原核生物）（原核生物）（加入一个氨基酸需要加入一个氨基酸需要3 3个重复反应个重复反应）1 12 21 12 22 23 32 23 3进位进位进位进位肽键形成肽键形成肽键

33、形成肽键形成移位移位移位移位进位进位进位进位(延长因子延长因子延长因子延长因子EF-Tu/EF-Ts)EF-Tu/EF-Ts)EF-Tu/EF-Ts)EF-Tu/EF-Ts)GTPGTPGTPGTPN-N-N-N-端端端端2 23 35 5 3 3 C-C-C-C-端端端端肽键形成肽键形成肽键形成肽键形成1 15 5 3 3（EF-GEF-G移移移移位酶位酶位酶位酶）P AP AP AP AP AP A氨酰氨酰tRNA空位空位3 3 5 5 肽基tRNAEF-Tu/EF-Ts循环循环(延长因子延长因子)Ts延长因子延长因子（elongation factor）：为非核糖体蛋白延长复合物延长复合

34、物I70S起始复合物延长复合物延长复合物II释放能量用于肽键形成tRNA特定碱基顺序Tu蛋白特定氨基酸识别结合P445 与与GTP发生作用的发生作用的翻译因子翻译因子属于属于G蛋白蛋白家族家族,所有所有G 蛋白都能蛋白都能结合并水解结合并水解GTP,并遵从类似的机制并遵从类似的机制,当与当与GTP结合后结合后,这些蛋白这些蛋白被激活被激活,当结合上水解出来当结合上水解出来GDP后，就变成无活性的构象后，就变成无活性的构象.GTP水解过程可通过水解过程可通过EF-TU、EF-G的作用来理解的作用来理解,GTP的结的结合与水解都在这些因子上进行，这些因子和合与水解都在这些因子上进行，这些因子和 G

35、TP的复合物与核的复合物与核糖体作用，才激活了水解部位的活性，随着糖体作用，才激活了水解部位的活性，随着 GTP水解成水解成 GDP，这些因子的构象发生变化，与核糖体分离。，这些因子的构象发生变化，与核糖体分离。移位因子移位因子（translocation factor）:原核中为原核中为EF-G,真核中为真核中为EF-2.EF-G又称为移位酶又称为移位酶，EF-G携带携带GTP进入复合物，在进入复合物，在EF-G的的的的催化下，催化下，GTP水解，释放出能量使核糖体向水解，释放出能量使核糖体向mRNA3端移动一个端移动一个密码子位置。移位后，原来空着密码子位置。移位后，原来空着P位被肽基位被

36、肽基tRNA占据，占据，A空出空出。不不需要任何蛋白质因子的参与，靠核糖体需要任何蛋白质因子的参与，靠核糖体自身催化自身催化完成的，这完成的，这是蛋白质合成过程中，核糖体参与催化的唯一反应。是蛋白质合成过程中，核糖体参与催化的唯一反应。肽键的形成肽键的形成氨酰tRNA肽基转移酶肽基转移酶无负载tRNAf甲酰甲硫氨酰tRNA酯键肽键GTP水解能水解能量量肽链氨基末端肽链合成的终止及释放肽链合成的终止及释放（原核生物）（原核生物）（原核生物）（原核生物）（1 1）释释放放因因子子RFRF1 1或或RFRF2 2进入核糖体进入核糖体A A位。位。（2 2）多肽链的释放）多肽链的释放（3 3）70S7

37、0S核糖体解离核糖体解离5 5 3 3 UAGUAG30S30S亚基亚基亚基亚基50S50S亚基亚基亚基亚基5 5 3 3 UAGUAGtRNARFRFA位位终止密码子UAA、UAG、UGA终止因子催化终止因子催化GTP水解，水解，使mRNA、tRNA、核糖体大小亚基分离。终止（终止（termination）与释放因子）与释放因子（release）RF 因为没有相应tRNA识别终止密码子，延长终止。RF与A位结合，刺激肽基转移酶的活性由肽刺激肽基转移酶的活性由肽键形成转变为催化肽基水解键形成转变为催化肽基水解，使肽链脱离tRNA和核糖体，形成新肽链。终止因子催化终止因子催化GTP水解，水解，使

38、mRNA、tRNA、核糖体大小亚基分离。1、氨基酸的活化与转运、氨基酸的活化与转运（1）氨基酰氨基酰tRNA合成酶：高度特异识别氨基酸、合成酶：高度特异识别氨基酸、tRNA；校对活性；校对活性（2）能量：）能量：1个个ATP（2个高能键）个高能键）2、核蛋白体循环、核蛋白体循环（ribosomal cycle）：起始、延长、起始、延长、终止终止 （1）起始复合物的生成）起始复合物的生成起始因子起始因子 3种种IF（原核）：（原核）：IF1、IF2、IF3 多种多种eIF（真核）：（真核）：eIF2是合成调控的关键物质是合成调控的关键物质蛋白质合成过程小结蛋白质合成过程小结：GTP（真核体系还需

39、（真核体系还需ATP）起始起始AA-tRNA fMet-tRNAfmet（原核）（原核）Met-tRNAmet（真核）（真核）起始复合物组成起始复合物组成：大、小亚基、大、小亚基、mRNA、起始因子、起始、起始因子、起始AA-tRNA 起始复合物形成过程起始复合物形成过程：核蛋白体的拆离、：核蛋白体的拆离、mRNA就就位、起始位、起始tRNA结合、大亚基结合结合、大亚基结合小亚基先与小亚基先与mRNA结合（原核）结合（原核）小亚基先与起始小亚基先与起始AA-tRNA结合（真核）结合（真核）（2）肽链延长）肽链延长 延长因子延长因子EFT：真核为：真核为EFT1与与T2，原核为，原核为EFTu、

40、Ts与与EFG 能量能量：GTP 过程过程 成肽成肽：转肽酶；：转肽酶；P位酰基与位酰基与A位氨基反应位氨基反应 转位、脱落、移位转位、脱落、移位：EF-G（转位酶）或（转位酶）或T2、GTP；由；由A位移至位移至P位，位，A位留空位留空 进位进位：EF-Tu/Ts或或T1、GTP；进入；进入A位位 方向方向：N端端C端（肽链）；端（肽链）；5端端3端（端（mRNA）（3）终止终止 释放因子释放因子RF：2种（原核）或种（原核）或1种（真核）种（真核）能量能量：GTP 转肽酶活性转变转肽酶活性转变：转肽酶：转肽酶酯酶（水解酶酯酶（水解酶）3、真核与原核蛋白合成的不同点、真核与原核蛋白合成的不同

41、点（1）转录与翻译不偶联）转录与翻译不偶联（2）合成体系复杂）合成体系复杂（3）合成起始）合成起始AA-tRNA不同不同（4）通常需进行翻译后加工）通常需进行翻译后加工（5）合成的调控更为复杂）合成的调控更为复杂 一个氨基酸组入多肽消耗一个氨基酸组入多肽消耗3个个ATP等价物，等价物，使用四个高能磷酸键等价物。使用四个高能磷酸键等价物。真核生物多肽链的合成（自学）1、真核细胞核糖体比原核细胞核糖体更大更复杂；2、起始氨基酸为Met，不是fMet；3、肽链合成的起始：由40S核糖体亚基首先识别mRNA的5端-帽子，然后沿mRNA移动寻找AUG；4、起始因子有12种，但只有2种延长因子和1种终止因

42、子；5、真核细胞中线粒体、叶绿体的核糖体大小、组成及蛋白质合成过程都类似于原核细胞。机体自身合成蛋白质的必要性与可能性机体自身合成蛋白质的必要性与可能性q 蛋白质是生命活动的物质基础蛋白质是生命活动的物质基础q 蛋白质具有种属及个体特异性蛋白质具有种属及个体特异性 人体不能直接利用外源性蛋白质人体不能直接利用外源性蛋白质q 遗传信息决定蛋白质氨基酸序列遗传信息决定蛋白质氨基酸序列q 细胞具有蛋白质合成体系细胞具有蛋白质合成体系三、蛋白质合成与医学的关系三、蛋白质合成与医学的关系一、分子病一、分子病(molecular diseases)v 由由于于基基因因缺缺陷陷，导导致致蛋蛋白白质质合合成成

43、异异常常，最最终终引引起起机体某些结构与功能障碍，产生疾病，称分子病。机体某些结构与功能障碍，产生疾病，称分子病。1、误义突变误义突变（missense mutation）：某一氨基酸：某一氨基酸的密码突变为另一氨基酸的密码的现象的密码突变为另一氨基酸的密码的现象 2、移码突变移码突变（frame-shift）：插入或缺失）：插入或缺失1个或个或2个个核苷酸后，导致插入点后的所有密码子发生改变核苷酸后，导致插入点后的所有密码子发生改变【经典举例经典举例】1、镰刀状红细胞贫血、镰刀状红细胞贫血u血红蛋白血红蛋白链链N端第六个氨基酸残基由端第六个氨基酸残基由Glu变为变为Valu珠蛋白结构基因中第

44、六个密码子由珠蛋白结构基因中第六个密码子由CTT变为变为CAT 2、小儿麻痹症与翻译起动因子有关、小儿麻痹症与翻译起动因子有关*蛋白质合成抑制剂蛋白质合成抑制剂：抗生素、干扰素、毒素：抗生素、干扰素、毒素四、四、蛋白质合成的调节蛋白质合成的调节 1、抗生素、抗生素 氯霉素氯霉素原核生物原核生物50S大亚基大亚基抑制转肽酶抑制转肽酶四四环环素素(金金霉霉素素等等)原核生物原核生物30S小亚基小亚基阻阻 碍碍 氨氨 基基 酰酰tRNA与与 小小 亚亚基结合基结合红霉素红霉素原核生物原核生物50S大亚基大亚基抑抑制制转转肽肽酶酶，防碍移位防碍移位 链链霉霉素素、新新霉霉素素(卡那霉素卡那霉素)原核生

45、物原核生物30S小亚基小亚基抑抑制制起起动动,造造成成误译误译抗生素抗生素抑制对象抑制对象作用环节作用环节作用原理作用原理放线菌酮放线菌酮真核生物真核生物60S大亚基大亚基嘌嘌 呤呤 霉霉 素素（AA-tRNA类似物）类似物）原原、真真核核生生物物竞争结合竞争结合A位位促使肽链提前终止促使肽链提前终止抑制转肽酶抑制转肽酶 2、干扰素、干扰素（interferoninterferon，IF IF）：抗病毒抗病毒IF 降解模板降解模板RNA：干扰素与双链：干扰素与双链RNA（病毒）共（病毒）共同活化同活化2,5-A合成酶，促使多聚合成酶，促使多聚2,5-A生成；生成；2,5-A活化核酸内切酶，活化

46、核酸内切酶，使使mRNA降解降解 磷酸化起始因子磷酸化起始因子eIF2，抑制蛋白合成的起始，抑制蛋白合成的起始 3、毒素、毒素：抑制真核生物抑制真核生物 （1）白喉毒素白喉毒素：共价修饰（：共价修饰（ADP核糖化）延长核糖化）延长因子因子EFT2，抑制肽链延长，抑制肽链延长。*其它调节方式其它调节方式1 1、肽链末端的修饰：、肽链末端的修饰：N-N-端端fMetfMet或或MetMet的切除的切除2 2、信号序列的切除、信号序列的切除3 3、二硫键的形成、二硫键的形成4 4、部分肽段的切除、部分肽段的切除5 5、个别氨基酸的修饰、个别氨基酸的修饰6 6、糖基侧链的添加、糖基侧链的添加7 7、辅

47、基的加入、辅基的加入五、蛋白质的加工修饰实例：胰岛素原的加工实例：胰岛素原的加工胰岛素原的加工胰岛素原的加工A链区链区B链区链区间插序列（间插序列（C肽区）肽区）HSSHSHSHHSHS信号肽信号肽NC核糖体上合成出无规核糖体上合成出无规则卷曲的则卷曲的前胰岛素原前胰岛素原切除切除C肽后，形成肽后，形成成熟的胰岛素分子成熟的胰岛素分子切除信号肽后切除信号肽后折叠成稳定构折叠成稳定构象的胰岛素原象的胰岛素原SSSSNNCCA链链B链链胰岛素胰岛素CNSSSS胰岛素原胰岛素原SS六、蛋白质定位六、蛋白质定位1 1、分泌蛋白、分泌蛋白 信号肽假说简图信号肽假说简图 分泌蛋白的合成和胞吐作用分泌蛋白的

48、合成和胞吐作用2 2、线粒体与叶绿体蛋白、线粒体与叶绿体蛋白 蛋白质向线粒体的定向机制蛋白质向线粒体的定向机制信号肽假说简图信号肽假说简图35SRP循环循环mRNA内质网膜内质网膜内质网腔内质网腔信号肽酶信号肽酶信号肽信号肽P451 一些真核细胞多肽链上一些真核细胞多肽链上N-端的信号肽的结构端的信号肽的结构分泌蛋白质的合成和胞吐作用分泌蛋白质的合成和胞吐作用内质网内质网高尔基体高尔基体泡泡泡泡泡融入泡融入质膜质膜核糖体核糖体芽泡芽泡P452线粒体外膜线粒体外膜线粒体外膜线粒体外膜线粒体内膜线粒体内膜线粒体内膜线粒体内膜带有导肽的线粒体蛋白质带有导肽的线粒体蛋白质前体跨膜运送过程示意图前体跨膜

49、运送过程示意图内外膜接触位点的内外膜接触位点的内外膜接触位点的内外膜接触位点的蛋白质通道蛋白质通道蛋白质通道蛋白质通道线粒体线粒体线粒体线粒体hsp70hsp70受体蛋白受体蛋白受体蛋白受体蛋白hsp70hsp70导肽导肽导肽导肽蛋白酶切蛋白酶切蛋白酶切蛋白酶切除导肽除导肽除导肽除导肽问答题问答题1、试述遗传中心法则的主要内容。、试述遗传中心法则的主要内容。2、遗传密码如何编码？简述其基本特点。、遗传密码如何编码？简述其基本特点。3、mRNA、tRNA、rRNA在蛋白质生物合成中各具什么作用？在蛋白质生物合成中各具什么作用？名词解释名词解释中心法则遗传密码密码子简并性中心法则遗传密码密码子简并性 翻译翻译冈崎片段冈崎片段 多核糖体多核糖体