第十四章蛋白质的生物合成

第十四章 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、 核糖体第一节第一节 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1954年 Gamov确认核酸分子中三个碱基决定一个氨基酸 1961年 Crick 等用遗传学方法也证实三联体密码子学说是正确的 Nirenberg以均聚物 共聚物 为模板指导多肽的合成 ,寻找到了破译遗传密码的途径 Khorana以 共聚物 指导多肽的合成，加快了 破译遗传密码的 步伐缺失或插入核苷酸引起三联体密码的改变CAT CAT CAT CAT CAT CATCAT CA C ATC ATC ATC ATCCAT CA C AXT CAT CAT CAT CAX TXC ATX CAT CAT CAT-1-1,+1+3以均聚物为模板指导多肽的合成Poly U 为模板，产生的多肽链为 Poly PhePoly A 为模板，产生的多肽链为 Poly LysPoly C 为模板，产生的多肽链为 Poly Pro 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 ,如以 Poly UG 为模板，合成产物为 Poly Lys-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、密码是 无标点符号 的且相邻密码子 互不重叠 。2、密码的 简并性 ：由一种以上密码子编码同一个 氨基酸的现象称为简并性（ dogeneracy）， 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 。3、密码的 摆动性（变偶性）： 密码的专一性主要是由第一第二个碱基所决定， tRNA上的 反密码子与 mRNA密码子配对时，密码子的第一、二位碱基是严格的，第三位碱基可以有一定的变动。 Crick称这一为 变偶性 （ wobble） .4、 密码的通用性和 变异性5、 64组密码子中， 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。 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 密码子第三位碱基G UCU AGIUCA1966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。人线粒体中变异的密码子UGA 终止信号 TrpAUA Ile MetAGA Arg 终止信号AGG Arg 终止信号密码子 正常情况下编码 线粒体 DNA编码原核细胞 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区特点 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，还为准确无误地将活化的氨基酸运送到核糖体中 mRNA模板上。1、 tRNA的结构特征2、 tRNA的功能（ 1） tRNA的接头 (adaptor)作用3-端上的氨基酸接受位点 识别氨酰 - tRNA合成酶的位点核糖体识别位点 反密码子位点（ 2） tRNA的 突变与校正基因(回复突变， reverse mutation)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 3基因间的校正突变GluH2N COOH第一个突变：由于DNA突变使 mRNA分子中 GAG变为 UAGGAG(Glu) UAG（ 终止密码）H2N COOHTyrH2N COOH第二个突变： tRNA Tyr的 反密码子 GUA突变成CUA突变 tRNATyr可以将终止密码 UAG读作 Tyr3-A-U-C- 5 5-U-A-G- 3突变 tRNA Tyr 的反密码子（正常时应为 3-A-U-G- 5）此终止密码被读作 Tyr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34 protein21 protein23S RNA 5S RNA16S RNA50S subunit70S ribosome30S subunit原核生物核糖体结构示意图30S subunit50S subunit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 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 -tRNAiMet的形成CHO-HN-CH-COO-tRNACH2CH2SCOO