第十三蛋白质的生物合成

1、2021/3/171第第1212章章 蛋白质的生物合成蛋白质的生物合成Protein Biosynthesis,Translation(翻译)2021/3/172DNA RNA 蛋白质蛋白质 反转录反转录DNA复制复制RNA复制复制转录转录翻译翻译2021/3/173翻译翻译（translation）蛋白质生物合成即翻译过程蛋白质生物合成即翻译过程,是以是以mRNA作为作为模板、由氨基酸通过肽键结合模板、由氨基酸通过肽键结合,形成特定多肽形成特定多肽链的过程链的过程。这样这样, ,mRNA分子中的遗传信息被分子中的遗传信息被具体地翻译成为蛋白质的氨基酸排列顺序具体地翻译成为蛋白质的氨基酸排列顺

2、序2021/3/174第一节第一节 蛋白质合成体系蛋白质合成体系三种三种RNA: mRNA模板模板 tRNA 特异的特异的“搬运工具搬运工具” rRNA“装配机装配机”20种种氨基酸原料氨基酸原料酶与蛋白质因子酶与蛋白质因子:如如 IFeIF 、EF、 RF必要的无机离子及能量必要的无机离子及能量:ATP、GTP2021/3/175mRNAmRNA是遗传信息的携带者是遗传信息的携带者一、一、mRNAmRNA及遗传密码及遗传密码mRNA的作用的作用:翻译的直接模板翻译的直接模板 遗传密码遗传密码 mRNA(4字符字符) 蛋白质蛋白质(20字符字符)?2021/3/176在在mRNA分子上分子上,

3、从从5端端3端端,每相邻的每相邻的3个核个核苷酸组成一组苷酸组成一组,在蛋白质合成时，对应某一种氨在蛋白质合成时，对应某一种氨基酸，这就是遗传密码。基酸，这就是遗传密码。相邻的三个核苷酸称相邻的三个核苷酸称为密码子为密码子(codon)。64个密码子中只有个密码子中只有61个密码代表相应的氨基酸个密码代表相应的氨基酸 遗传密码遗传密码 2021/3/177遗遗传传密密码码表表2021/3/178起动信号与终止信号起动信号与终止信号 起动信号起动信号起动信号位于起动信号位于mRNA的的5端附近端附近起动信号最适上下文序列为：起动信号最适上下文序列为： CCCCAUGGAGAUG蛋氨酸（真核生物）

4、蛋氨酸（真核生物）甲酰蛋氨酸甲酰蛋氨酸（原核生物）（原核生物）UAAUAGUGA 终止信号终止信号终止信号不代表任何氨基酸密码子终止信号不代表任何氨基酸密码子2021/3/179遗传密码的特点遗传密码的特点:编码蛋白质氨基酸序列的各个三联体密编码蛋白质氨基酸序列的各个三联体密码连续阅读码连续阅读, ,密码间既无间断也无交叉。密码间既无间断也无交叉。 1. 1. 连续性连续性2021/3/1710密码子阅读框即无间隔也不重叠密码子阅读框即无间隔也不重叠蛋蛋氨氨酸酸天天冬冬酰酰胺胺精精氨氨酸酸谷谷氨氨酸酸甘甘氨氨酸酸AUG AAUAGAG AAGGCCG碱基丢失碱基丢失赖赖氨氨酸酸丙丙氨氨酸酸酪酪

5、氨氨酸酸UU 一个碱基突变一个碱基突变第三个碱基改变第三个碱基改变 、具有一定的防突变功能、具有一定的防突变功能C2021/3/17112. 2. 简并性简并性遗传密码中遗传密码中, ,除色氨酸和蛋氨酸仅有除色氨酸和蛋氨酸仅有一个密码子外一个密码子外, ,其余氨基酸有其余氨基酸有2 2、3 3、4 4个或个或多至多至6 6个三联体为其编码。个三联体为其编码。一种氨基酸对应多个密码子的现象称为一种氨基酸对应多个密码子的现象称为简并性简并性A,G,C,U 共可组成共可组成64（43）种密码子）种密码子 61 种密码子：代表不同的氨基酸种密码子：代表不同的氨基酸 3 种密码子：种密码子： 代表终止密

6、码子代表终止密码子2021/3/1712遗传密码举例遗传密码举例: :UUAUUGCUUCUCCUACUG亮氨酸亮氨酸(Leu)AUG蛋氨酸蛋氨酸甲酰蛋氨酸甲酰蛋氨酸(Met)UUUUUC苯丙氨酸苯丙氨酸(Phe)ACUACCACAACG苏氨酸苏氨酸(Thr)2021/3/17133 通用性通用性从病毒、细菌到人从病毒、细菌到人 ,所有生物均使用同一套密码子说所有生物均使用同一套密码子说明各种生物在进化上具有同源性明各种生物在进化上具有同源性通用性是相对的通用性是相对的,哺乳动物线粒体除外哺乳动物线粒体除外 线粒体中线粒体中:UAG不代表不代表终止信号终止信号而是代表而是代表色氨酸色氨酸 AG

7、A、AGG:终止密码子终止密码子 AUA:起始密码子起始密码子;蛋氨酸蛋氨酸 某些细菌某些细菌:GUG也可作启动信号也可作启动信号2021/3/1714A U G G G C U C C A U C G G C G C A U A A startcodonmethionineglycineserineisoleucineglycinealanine stopcodoncodon 2 codon 3 codon 4 codon 5 codon 6 codon 7codon 1534 密码子的方向性密码子的方向性从从mRNA 5mRNA 5 端起始密码子端起始密码子AUGAUG到到3 3 端终止密

8、码子端终止密码子翻译具有方向性的翻译具有方向性的2021/3/17151.作为终止信号的密码子有 (C) A. 1个 B. 2个 C. 3个 D. 4个 E. 5个 2.生物体编码氨基酸的密码子,为 (E) A.4 B.16 C.20 D.64 E.61 2021/3/17163.密码子AUG可能的功能,是 (A,C) A.启动密码子 B.终止密码子 C.蛋氨酸密码子 D. Val密码子4. 关于密码子,错误的叙述是 (A) A. AUG表示蛋白质生物合成的启动 B.密码子AUG代表甲酰蛋氨酸 C.除AUG外,有时GUG是原核生物的启动信号 D.并非所有的AUG都是启动信号 E. 密码子AUG

9、代表蛋氨酸 2021/3/1717二二 氨基酸的氨基酸的“搬运工具搬运工具”tRNA2021/3/1718tRNA功能区功能区 氨基酸臂氨基酸臂: 反密码环反密码环:识别密码子识别密码子132021/3/1719tRNA转运特点转运特点tRNA转运氨基酸具有特异性转运氨基酸具有特异性 一种一种tRNA对应一种氨基酸对应一种氨基酸 一种氨基酸可有多种一种氨基酸可有多种 tRNA转运转运 氨基酸结合于氨基酸结合于tRNA的的3末端末端(CCA-OH)而活化而活化2021/3/1720 tRNA上的反密码子识别上的反密码子识别mRNA上的密码子上的密码子, 使所携带的氨基酸准确对号入座使所携带的氨基

10、酸准确对号入座反密码子与密码子的配对反密码子与密码子的配对:（1）反向）反向 （2）不稳定）不稳定（摆动性）（摆动性）tRNA转运特点转运特点2021/3/1721摆动性摆动性tRNA反密码子与反密码子与mRNA上的遗传密码间不严格上的遗传密码间不严格遵守常见的碱基互补配对规律遵守常见的碱基互补配对规律,称为称为摆动配对摆动配对常见于常见于mRNA密码子的密码子的第第3位位碱基与碱基与tRNA反密反密码子码子第第1位位碱基配对时碱基配对时I-CU-GI-A2021/3/172213亮氨酸亮氨酸2021/3/1723（二）起始肽链合成的氨基酰（二）起始肽链合成的氨基酰-tRNA-tRNA下标下标

11、“f ”: formyl代表甲酰化代表甲酰化;有时下标有时下标“ i ”: initiate代表起动代表起动真核生物真核生物: : Met-tRNAMet-tRNAi iMetMet（蛋氨酰蛋氨酰tRNAtRNA）原核生物原核生物: : fMet-tRNAfMet-tRNAi if fMetMet（甲酰蛋氨酰甲酰蛋氨酰tRNAtRNA）2021/3/1724三三 肽链合成的肽链合成的“装配机装配机”核糖体核糖体2021/3/1725 核糖体组成核糖体组成大、小两个亚基主要大、小两个亚基主要成分是多种蛋白质成分是多种蛋白质rRNA2021/3/1726核糖体的组成核糖体的组成21种种原核原核真核

12、真核小亚基小亚基rRNA蛋白质蛋白质rRNA蛋白质蛋白质大亚基大亚基16S-rRNA 18S-rRNA33种种5S,23S-rRNA5S,5.8S,28S-rRNA49种种34种种大大 小小30 S40 S大大 小小50 S60 S核糖体核糖体大大 小小70 S80 S2021/3/1727 受位受位: 氨基酰位氨基酰位, A位位 结合结合氨基酰氨基酰-tRNA 给位给位(肽位肽位, P位位): 结合结合肽酰肽酰-tRNA和和fMet-tRNAfmet核糖体功能区核糖体功能区:2021/3/1728原核生物核糖体结构模式原核生物核糖体结构模式 A位位:受位受位 P位位:给位给位532021/3

13、/17292.原核生物在蛋白质生物合成中的启动tRNA是 (D) A.亮氨酸tRNA B.丙氨酸tRNA C.赖氨酸tRNA D.甲酰蛋氨酸tRNA E. 蛋氨酸tRNA1.多肽链的氨基酸顺序直接取决于 (D) A. rRNA B. tRNA C. DNA D. mRNA E. 转肽酶 2021/3/1730第二节第二节 蛋白质的合成过程蛋白质的合成过程1 1 氨基酸的活化氨基酸的活化2 2 活化氨基酸的转运活化氨基酸的转运3 3 活化氨基酸在核糖体上的缩合（核糖体循环）活化氨基酸在核糖体上的缩合（核糖体循环） 肽链合成启动肽链合成启动 肽链延长肽链延长 肽链合成的终止肽链合成的终止 2021

14、/3/1731 一一 氨基酸的活化与转运氨基酸的活化与转运（一）氨基酸的活化与转运是酶促需能反应（一）氨基酸的活化与转运是酶促需能反应tRNA氨基酰氨基酰- tRNAMg2+ Mn2+Amino acidAmino acidATP +35氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶2021/3/1732二二 肽链合成的起始肽链合成的起始需要因子需要因子:Mg2、GTP、ATP、起始因子起始因子(IF)模板模板mRNA核糖体大小亚基核糖体大小亚基组成组成起动复合体起动复合体fMet-tRNAi f（一）原核起始复合物形成（一）原核起始复合物形成Met2021/3/17331 1 核糖体大小亚基分离核糖体大

15、小亚基分离2 mRNA2 mRNA在小亚基定位结合在小亚基定位结合3 3 起始氨基酰起始氨基酰-tRNA-tRNA的结合的结合 （30S30S起始复合物形起始复合物形成）成）4 4 核糖体大亚基结合（核糖体大亚基结合（70S70S起始复合物形成）起始复合物形成）起始复合体形成过程起始复合体形成过程2021/3/1734IF-3IF-11. 核糖体大小亚基分离核糖体大小亚基分离2021/3/1735A U G53IF-3IF-12. mRNA在小亚基定位结合在小亚基定位结合2021/3/1736IF-3IF-1IF-2GTP3. 起始氨基酰起始氨基酰tRNA结合到小亚基结合到小亚基 , 30S起

16、起动复合体形成动复合体形成A U G532021/3/1737IF-3IF-1IF-2GTP4. 核糖体大亚基结合核糖体大亚基结合, 70S起动复合体形成起动复合体形成A U G53PiGDPA2021/3/1738循环进行循环进行肽链延长肽链延长肽链延长过程肽链延长过程: :1. 1. 进位进位2. 2. 成肽成肽3. 3. 脱落脱落, ,移位移位三三 肽链延长肽链延长2021/3/1739蛋白质翻译过程中蛋白质翻译过程中,核糖体大小亚基聚合完成核糖体大小亚基聚合完成肽链起始、延长及终止过程后解离肽链起始、延长及终止过程后解离,它们还可它们还可以再聚合成完整的核糖体以再聚合成完整的核糖体,开

17、始新的肽链合成，开始新的肽链合成，循环往复循环往复核糖体循环核糖体循环2021/3/17401.进位进位 指根据指根据mRNA下一组下一组遗传密码指导遗传密码指导, ,使相使相应应氨基酰氨基酰-tRNA进入进入核糖体核糖体A位位Ts2021/3/17412. 2. 转肽转肽甲酰蛋氨酰基甲酰蛋氨酰基氨基氨基 缩合成肽键（二肽酰）缩合成肽键（二肽酰）转肽酶转肽酶（给位）（给位） （受位）（受位）是由转肽酶催化的肽键形成过程是由转肽酶催化的肽键形成过程2021/3/17423. 3. 脱落、移位脱落、移位延长因子延长因子EF-GEF-G有转位酶有转位酶( translocase )( translo

18、case )活性活性, ,可结合并水解可结合并水解1 1分子分子GTP,GTP,促进核糖体促进核糖体向向mRNAmRNA的的33侧移动侧移动 2021/3/1743进进位位脱落，脱落，移位移位转肽转肽2021/3/1744每一循环生成一个肽键每一循环生成一个肽键 每生成一个肽键消耗每生成一个肽键消耗4个高能磷酸键个高能磷酸键（活化（活化: 2;进位进位: 1;转位转位: 1）密码子阅读方向密码子阅读方向:5 3多肽链延长方向多肽链延长方向:N端端C端端肽链延长过程特点肽链延长过程特点:2021/3/1745当当mRNAmRNA上终止密码出现后上终止密码出现后, ,多肽链合成停多肽链合成停止止,

19、 ,肽链从肽酰肽链从肽酰-tRNA-tRNA中释出中释出,mRNA,mRNA、核糖体等、核糖体等分离，这些过程称为肽链合成终止分离，这些过程称为肽链合成终止四四 肽链合成的终止肽链合成的终止2021/3/1746终止因子辨认终止密码子（终止因子辨认终止密码子（UAA、UGA、UAG）转肽酶活性转变转肽酶活性转变:转肽酶转肽酶酯酶酯酶（水解酶（水解酶 ）肽链释放肽链释放mRNA释放释放大小亚基分离大小亚基分离终止过程终止过程:2021/3/1747终止因子（终止因子（ RFRF）原核生物释放因子原核生物释放因子:RF-1,RF-2,RF-3:RF-1,RF-2,RF-3 真核生物释放因子真核生物

20、释放因子:eRF :eRF 一一 识别终止密码识别终止密码, ,如如RF-1RF-1特异识别特异识别UAAUAA、UAG;UAG;而而RF-2RF-2可识别可识别UAAUAA、UGAUGA。二二 诱导转肽酶改变为酯酶活性诱导转肽酶改变为酯酶活性, ,相当于催化肽相当于催化肽酰基转移到水分子酰基转移到水分子-OH-OH上上, ,使肽链从核蛋白体使肽链从核蛋白体上释放。上释放。 2021/3/1748原原核核肽肽链链合合成成终终止止过过程程 2021/3/1749蛋白质合成动画2021/3/17505.在蛋白质合成中不消耗高能磷酸键的步骤是 (C) A.起动 B.移位 C.转肽 D.氨基酰tRNA

21、进位 E.氨基酸活化 6.多肽链是 (A) A.翻译的产物 B.转录的产物 C.反转录的产物 D.复制的产物 E.以上都不是2021/3/17517.肽键合成的场所是 (E) A. mRNA B. tRNA C. rRNA D.细胞核 E.核蛋白体 8.哺乳类动物核蛋白体大亚基的沉降常数 (E) A.40S B.70S C.30S D.80S E.60S 2021/3/17529.密码子UAA的功能是 (A,C,D) A.终止信号 B.谷氨酸密码子 C.可为RF因子所识别 D.不代表氨基酸10. 多核蛋白体指 (C) A.多个核蛋白体 B.多个核蛋白体小亚基 C. 多个核蛋白体附着在一条mRN

22、A上合成多肽链的复合物 D.多个核蛋白体大亚基 E.多个携有氨基酰tRNA的核蛋白体小亚基2021/3/1753真核与原核生物蛋白质合成的异同真核与原核生物蛋白质合成的异同: : 相同点相同点: : 密码相同密码相同; ; 组分相似组分相似: :核糖体核糖体,tRNA,tRNA,各种蛋白因子各种蛋白因子 合成途径相似合成途径相似 不同点不同点: : （见下表）（见下表） 五五 真核生物与原核生物蛋白质合成的异同真核生物与原核生物蛋白质合成的异同2021/3/1754 原核原核 真核真核 mRNA 多顺反子多顺反子(polycistron) 单顺反子单顺反子(monocistron) 无无“帽、

23、尾帽、尾”结构，结构， 有有“帽、尾帽、尾”结构结构 5起动信号上游有起动信号上游有SD序列序列 无无SD序列序列 核蛋白体核蛋白体 30S+50S=70S 40S+60S=80S起始起始AA fMet-tRNAfMet Met-tRNAiMetIF、EF IF 3种种 eIF 10多种多种及及RF EF-Tu、EF-Ts、EF-G eEF1、eEF2 RF1、RF2、RF3 eRF转录与翻译转录与翻译 转录翻译耦联转录翻译耦联 不耦联（分隔进行）不耦联（分隔进行）的关系的关系 （几乎同时进行）（几乎同时进行）抑制剂抑制剂 抗生素抗生素 白喉毒素、植物毒素等白喉毒素、植物毒素等翻译后加工翻译后

24、加工 不需加工不需加工 通常需加工通常需加工2021/3/1755从核糖体释放出的新生多肽链需经过各种从核糖体释放出的新生多肽链需经过各种翻译后加工过程才转变为天然构象的功能蛋白翻译后加工过程才转变为天然构象的功能蛋白六六 翻译后加工翻译后加工（一）（一） 肽链合成的加工和修饰肽链合成的加工和修饰2021/3/1756 个别氨基酸残基的化学修饰个别氨基酸残基的化学修饰磷酸化磷酸化:Ser:Ser、ThrThr、TyrTyr残基等残基等乙酰化乙酰化: :组蛋白组蛋白甲基化甲基化:Lys:Lys残基残基羟化羟化: :2021/3/1757 在核糖体合成的肽链大多数是蛋白质前体在核糖体合成的肽链大多

25、数是蛋白质前体, ,需水解切除部分肽段需水解切除部分肽段, ,才能形成有活性功能的才能形成有活性功能的蛋白质蛋白质前胰岛素原前胰岛素原胰岛素原胰岛素原胰岛素胰岛素2021/3/1758（二）（二） 亚单位的聚合亚单位的聚合链链链链Hb含多个亚基的蛋白质聚合成有生物活性的蛋白质含多个亚基的蛋白质聚合成有生物活性的蛋白质2021/3/1759第三节第三节 蛋白质合成与医学蛋白质合成与医学一一 分子病分子病由于由于DNADNA分子上的基因缺陷分子上的基因缺陷, ,使使RNARNA和蛋白和蛋白质合成异常质合成异常, ,导致机体某些结构与功能的导致机体某些结构与功能的障碍而造成的疾病。此病可随个体繁殖而

26、障碍而造成的疾病。此病可随个体繁殖而传给后代传给后代例例:镰刀形红细胞贫血（镰刀形红细胞贫血（Hb 链链N端第端第6位位aa突变）突变）2021/3/1760CTCGAGGTGCACHb A基因基因肽链肽链 N-Val-His-Leu-Thr-Pro-Glu-Glu-C 1 2 3 4 5 6 7. 镰刀型红细胞贫血镰刀型红细胞贫血Hb SN-Val-His-Leu-Thr-Pro-Val-Glu-C 1 2 3 4 5 6 7 正常成人红细胞正常成人红细胞2021/3/1761v临床症状临床症状: :v 骨严重受损骨严重受损; ;v 内脏器官损伤内脏器官损伤: :心脏、肺脏、肾脏损伤心脏、肺

27、脏、肾脏损伤; ;v 脑血管意外脑血管意外; ;v 严重的慢性溶血性贫血等严重的慢性溶血性贫血等 患者多在成年期死亡患者多在成年期死亡2021/3/1762二二 蛋白质合成的阻断剂蛋白质合成的阻断剂 作用于不同环节作用于不同环节: : 复制过程复制过程: :多数抗肿瘤药物多数抗肿瘤药物 转录过程转录过程: :利福平等利福平等 翻译过程翻译过程: :多数抗生素多数抗生素 作用于不同生物：作用于不同生物： 原核生物：抗生素原核生物：抗生素 真核生物：毒素真核生物：毒素2021/3/1763与核糖体结合与核糖体结合,直接作用于翻译过程直接作用于翻译过程抗生素抗生素作用点作用点作用原理作用原理四环素族（金霉素、四环素族（金霉素、新霉素、土霉素）新霉素、土霉素）核糖体小亚基核糖体小亚基（30S、40S）阻碍氨基酰阻碍氨基酰tRNA与小亚基结合。与小亚基结合。易透入菌体，但不易透入哺乳易透入菌体，但不易透入哺乳类动物细胞类动物细胞链霉素、卡那霉素链霉素、卡那霉素30S亚基亚基抑制启动，造成误译抑制启动，造成误译氯霉素、林可霉素氯霉素、林可霉素 红霉素红霉素50S亚基亚基50S亚基亚基抑制转肽酶，干扰抑制转肽酶，干扰mRNA与与核糖体结合核糖体结合抑制转肽酶，妨碍移位等抑制转肽酶，妨碍移位等嘌呤霉素嘌呤霉素50S、60