生物化学——第十章蛋白质的生物合成

第十章 蛋白质的生物合成蛋白质的生物合成翻译过程 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 N C端。遗传信息流动示意图核糖体DNAmRNAtRNA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mRNAmRNA (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第一节第一节 遗传密码遗传密码遗传密码 : 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3、密码的 简并性 与 摆动性 ：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)。 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，说明密码的专一性主要是由第一、第二个碱基所决定。1、密码子是近于完全通用的。2、密码是无标点符号的且相邻密码子互不重叠。 4、 64组密码子中， AUG既是甲硫氨酸的密码，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。核糖体第二节核 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多 多核糖体与核糖体循环合成完毕的肽链多核糖体 3mRNA延伸中的肽链5核糖体循环原核细胞 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 AA- tRNA的部位）50S5 3mRNA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 eIF4 A 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-2t RNA （ 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 三叶草型二级结构第三节第三节 t RNA的功能的功能（ 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。2、 tRNA的功能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 3第四节第四节 蛋白质生物合成的分子机制蛋白质生物合成的分子机制一、一、 氨基酸的活化氨基酸的活化二、二、 原核生物多肽链的合成过程原核生物多肽链的合成过程四、四、 真核生物多肽链的合成真核生物多肽链的合成三、三、 多核糖体与核糖体循环多核糖体与核糖体循环氨基酸的活化EE AAE AAtRNAAAEtRNAAAEtRNAAA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 -tRNAN-甲酰甲硫氨酰 -tRNAfMet的形成CHO-HN-CH-COO-tRNACH2CH2SCOO-+H2N-CH-COO-tRNACH2CH2SCOO-Met-tRNAfMet fMet-tRNAfMetN10-甲酰甲酰 FH4 FH4转甲酰酶氨酰氨酰 - 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 t RNA 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。 1、 肽链合成的起始 2、 肽链的延长 3、 肽链合成的终止及释放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。一、 肽链合成 的起始翻译的起始是指携带有起始甲硫氨酸的 tRNA和 mRNA结合到核糖体上形成起始复合物的过程。大肠杆菌中翻译的起始过程是：1、 mRNA在 核糖体小亚基上就位 mRNA靠 S-D序列 同 16S rRNA的互补及 IF-3的固定作用和 IF-1 的帮助，首先进入核糖体小亚基，这时候 AUG的位置正好对应于大亚基的 P位。 fMet- tRNA fMet在核糖体小亚基上就位在 IF-2和 GTP帮助下， fMet- tRNA fMet进入小亚基上与起始密码相应的位置 ，整个过程对 fMet- tRNA fMet是特异和严格的，其余的氨基酰 - tRNA都不能进入到这个位置上。这步还包括 IF-1的脱落。 50S大亚基结合到 30S小亚基上形成 70S起始复合物， 同时释放出 IF-2、 IF-3， GTP水解成 GDP和 Pi，完成起始过程。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 codonanticodonA位位P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起始复合物在起始复合物中，核糖体的 P位被 mRNA上AUG及其对应的 fMet- tRNA fMet占据，而 A位则空着，有待于对应 mRNA上第二个密码的相应AA- tRNAAA进入，这时进入肽链的延长阶段。 二、 肽链的延长肽链的延长1 21 22 32 3进位进位 肽键形成肽键形成移位移位进位进位(TuTs)GTPGTPN-端端2 35 3C-端端肽键形成肽键形成15 3（ EF-G） 二、 肽链的延长肽链的延长也称为核糖体循环，每循环一次，肽链延长一个氨基酸，如此不断重复，直至肽链合成终止。每次核糖体循环又可分为三个步骤： 进位、成肽和移位 。真核生物的肽链延长与此类似， eEF-1中的eEF-1、 eEF-1相当于 EF-Tu和 EF-Ts， eEF-2相当于 EF-G。 进位即新进入的氨基酰 -tRNA根据 mRNA上密码的指引，结合到 70S核糖体的 A位。这一步反应需