第十三章 蛋白质的生物合成

第十三章 蛋白质的生物合成中心法则 指出，遗传信息的表达最终是合成出具有特定氨基酸顺序的蛋白质，这种以 mRNA上所携带的遗传信息 ,到多肽链上所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，所以称以 mRNA为模板的蛋白质合成过程为翻译 (translation)。翻译过程 十分复杂，需要 mRNA、 tRNA、 rRNA和多种蛋白因子参与。在此过程中 mRNA为合成的模板， tRNA为运输氨基酸工具， rRNA和蛋白质构成核糖体，是合成蛋白质的场所，蛋白质合成的方向为 NC 端。思考 遗传信息传递的 中心法则蛋白质翻译转录逆转录复制复制DNARNA生物的遗传信息以密码的形式储存在 DNA分子上，表现为特定的核苷酸排列顺序。在细胞分裂的过程中，通过 DNA复制 把亲代细胞所含的遗传信息忠实地传递给两个子代细胞。在子代细胞的生长发育过程中，这些遗传信息通过 转录 传递给 RNA， 再由RNA通过 翻译 转变成相应的蛋白质多肽链上的氨基酸排列顺序，由蛋白质执行各种各样的生物学功能，使后代表现出与亲代相似的遗传特征。后来人们又发现，在宿主细胞中一些 RNA病毒能以自己的 RNA为模板 复制 出新的病毒 RNA， 还有一些 RNA病毒能以其 RNA为模板合成 DNA， 称为 逆转录这是中心法则的补充。中心法则总结了生物体内遗传信息的流动规律，揭示遗传的分子基础，不仅使人们对细胞的生长、发育、遗传、变异等生命现象有了更深刻的认识，而且以这方面的理论和技术为基础发展了基因工程，给人类的生产和生活带来了深刻的革命。遗传信息流动示意图核糖体DNAmRNAtRNA目目 录录第一节 蛋白质合成体系第二节 蛋白质合成的机理第三节 肽链合成后的折叠 与 加工第四节 蛋白质定位二、 t RNA三、 核糖体蛋白质合成体系蛋白质合成体系一、 mRNA和 遗传密码四、 辅助因子mRNA (messenger RNA)是 蛋白质生物合成过程中直接指令氨基酸掺入的模板，是遗传信息的载体。m R N A原核生物 和 真核生物 mRNA的比较遗遗 传传 密密 码码三联体密码的破译遗传密码的性质遗传密码 : DNA（或 mRNA） 中的核苷酸序列与蛋白质中氨基酸序列之间的对应关系称为遗传密码。密码子 (codon)： mRNA上每 3个相邻的核苷酸编码蛋白质多肽链中的一个氨基酸，这三个核苷酸就称为一个密码子或三联体密码。遗传密码字典三联体密码的破译三联体密码的破译2、以随机共聚合指导多肽的合成例：以随机共聚物 A、 C为模板，任意排列可出现 8种三体，获得六种氨基酸组成的多肽。1、 以均聚物为模板指导多肽的合成3、 以特定的共聚物为模板指导多肽的合成4、 核糖体结合技术以均聚物为模板指导多肽的合成PolyU为模板，产生的多肽链为 PolyphePolyA为模板，产生的多肽链为 PolylysPolyC为模板，产生的多肽链为 Polypro以特定的共聚物为模板指导多肽的合成以特定的共聚物为模板指导多肽的合成（ 1） 以多聚二核苷酸作模板可合成由 2个氨基酸组成的多肽 、 PolyUG的模板，合成产物为Lys和 Val。（ 2） 以多聚三核苷酸作为模板，可得三种氨基酸组成的多肽。核糖体结合技术核糖体结合技术技术要点：保温硝酸纤维滤膜过滤硝酸纤维滤膜过滤分析留在滤膜上的 核糖体核糖体 -AAtRNA确定与核糖体结合的 AA以人工合成的 三核苷酸为模板三核苷酸为模板 +核糖体核糖体 +AA-tRNA遗传密码字典UACGUCAGU C A G第二位第一位（ 5）第三位（ 3）UCAGUCAGUCAG遗传密码的性质遗传密码的性质1）编码性 ： 3个终止密码， 61个为氨基酸编码AUG既是的密码，又是起始密码；有三组密码不编码任何氨基酸，而是多肽链合成的终止密码子： UAG、 UAA、 UGA。2）简并性 ： 同一氨基酸有多个密码子，除 Trp,Met外由一种以上密码子编码同一个 氨基酸的现象称为简并，对应于同一氨基酸的密码子称为同义密码子 (Synonymous codon)。3）摆动性 ：第三位碱基变化 ,多数情况下同义密码子的第一第二个碱基相同，第三个碱基不同4）通用性 ：真核还是原核生物都遵守一套遗传密码5）连续性 ：无逗点，非重叠、连续阅读1966年 Crick根据立体化学原理提出：（ 2）有些反密码子的第一个碱基（按 5-3）决定了该 tRNA识别密码子的数目。（ 3）当一种氨基酸有几个密码子时，只要他们的第一和第二个碱基中有一个不同，则需要不同的 tRNA来识别 。（ 1） mRNA上的密码子的第一、第二个碱基 与 tRNA上的反密码子相应的碱基形成强的配对；密码的专一性主要是由这两个碱基对的 作用。原核细胞 mRNA的结构特点5 3顺反子 顺反子 顺反子插入顺序 插入顺序先导区末端顺序AGGAGGUSD区 半衰期短 许多原核生物 mRNA以多顺反子形式存在 AUG作为起始密码； AUG上游 7 12个核苷酸处有一被称为 SD序列的保守区， 16S rRNA3- 端反向互补而使 mRNA与核糖体结合。真核细胞 mRNA的结构特点5 “帽子 ” PolyA 3 顺反子m7G-5ppp-N-3 p帽子结构功能 使 mRNA免遭核酸酶的破坏 使 mRNA能与核糖体小亚基结合并开始合成蛋白质 被蛋白质合成的起始因子所识别，从而促进蛋白质的合成。Poly(A)尾巴的功能尾巴的功能 是 mRNA由细胞核进入细胞质所必需的形式 它大大提高了 mRNA在细胞质中的稳定性AAAAAAA-OHtRNA （ transfer ribonucleic asid） 在蛋白质合成中处于关键地位，它不但为每个三联体密码子译成氨基酸提供接合体，还为准确无误地将所需氨基酸运送到核糖体上提供运送载体。1、 tRNA的结构特征 三叶草型二级结构2、 tRNA的功能（ 1）被特定的氨酰 - tRNA合成酶识别，使 tRNA接受正确的活化氨基酸。（ 2） 识别 mRNA链上的密码子。（ 3）在蛋白质合成过程中， tRNA起着连结生长的多肽链与核 糖体的作用。t RNA密码子与反密码子的配对关系反密码子tRNA53A U C5 mRNA 3密码子1 2 3v反密码子：tRNA分子上的识别 mRNA密码子三个核糖核苷酸 。核糖体核 糖 体是由 rRNA（ ribosomal ribonucleic asid） 和多种蛋白质结合而成的一种大的核糖核蛋白颗粒，蛋白质肽键的合成就是在这种核糖体上进行的。2、 核糖体的功能1、 核糖体的结构 和 组成核糖体的组成原核生物核糖体的组成原核生物核糖体结构示意图原核细胞 70S核糖体的 A位、 P位及mRNA结合部位示意图anticodoncodon30S与 mRNA结合部位P位位 （ 结合或接受肽基的部位）A位位 （ 结合或接受氨基 酰 - tRNA的部位 ）50S5 3mRNA转肽酶活性， 催化肽键的形成 (转肽酶中心 )核糖体具有哪些结构特性因而可以成为翻译蛋白质多肽链的“装配机 ”？真核和原核细胞参与翻译的蛋白质因子阶段 原核 真核 功 能IF1IF2 eIF2 参与起始复合物的形成 IF3 eIF3、 eIF4C起始 CBP I 与 mRNA帽子结合 eIF4A B F 参与寻找第一个 AUGeIF5 协助 eIF2 、 eIF3、 eIF4C的 释放eIF6 协助 60S亚基从无活性的核糖体上解离EF-Tu eEF1 协助氨酰 -tRNA进入核糖体延长 EF-Ts eEF1 帮助 EF-Tu 、 eEF1周转 EF-G eEF2 移位因子RF-1终止 eRF 释放完整的肽链RF-2第二节第二节 蛋白质合成的机理蛋白质合成的机理一、一、 氨基酸的活化二、二、 原核生物多肽链的合成过程四、四、 真核生物多肽链的合成三、三、 多核糖体与核糖体循环氨基酸的活化E氨基酸ATP +氨酰腺苷酸E-AMPPPi第一步AMP第二步E氨基酸的活化3-氨酰 -tRNA氨基酸的活化 :把 AA装载到 - tRNA上的过程上的过程 .氨酰 - tRNA合成酶N-甲酰甲硫氨酰 -tRNAfMet的形成直接进入核糖体的 P位CHO-HN-CH-COO-tRNACH2CH2SCOO-+H2N-CH-COO-tRNACH2CH2SCOO-Met-tRNAtMet fMet-tRNAtMetN10-甲酰甲酰 FH4 FH4转甲酰酶tRNAfMet负责识别起始密码的 tRNA，只能装载 fMet氨酰氨酰 - tRNA合成酶特点合成酶特点a、 专一性专一性 ：对氨基酸有极高的专一性，每种氨基酸都有专一的酶，只作用于 L-氨基酸，不作用于 D-氨基酸。 对 tRNA 具有极高专一性。b、 校对作用校对作用 ：氨酰 - tRNA合成酶的水解 部位可以水解错误活化的氨基酸。原核生物多肽链的合成过程原核生物多肽链的合成过程原核生物多肽链的合成分为三个阶段：肽链合成的起始、肽链的延伸、肽链合成的终止和释放。1.肽链合成的起始大肠杆菌蛋白质合成的第一个 AA都是甲酰甲硫氨 fMet。真核生物合成的第一个 AA都是甲硫氨mRNA与甲酰甲硫氨酰 tRNAfMet共同构成 70S起始复合体。 2、 肽链的延长 ： 进位 肽键形成 移位 大肠杆菌多肽链生物合成进位和延长阶段提供能量的是 GTP3、 肽链 合成 的终止及释放肽链合成的起始肽链合成的起始30S亚基 mRNA IF3- IF1复合 物30S mRNA GTP- fMet tRNA- IF2- IF1复合物70S起始复合物 codonanticodonP位位A位位mRNA +30S亚基 -IF3 A位位IF-35 3IF2GTPP位位IF3 IF2 IF1IF2-GTP-fMet-tRNAIF350S亚基IF2+ IF1+GDP+PiIF-1IF170S起始复合物肽链的延长 N-甲酰甲硫氨酰 - tRNAfMet的形成直接进入核糖体的 P位 进位 :氨基酰