蛋白质的生物合成

蛋白质的生物合成第一页，共六十二页，编辑于2023年，星期二以mRNA为模板合成蛋白质的过程即翻译（translation）基因的表达包括转录和翻译。基因表达的产物不一定都是蛋白质，也可以是rRNA、tRNA。第二页，共六十二页，编辑于2023年，星期二§1TheGeneticCode§2ProteinBiosynthesis第三页，共六十二页，编辑于2023年，星期二§1TheGeneticCode1944年，AveryOT的肺炎双球菌试验证明DNA是遗传物质。1954年GamovG首先对遗传密码进行探讨。

1961年，NirenbergMW和MatthaeiJH开始时用人工合成的mRNA在无细胞蛋白质合成系统（Cell-FreePolypeptideSynthesis）中寻找氨基酸与三联体密码子的对应关系。Nirenberg的三核苷酸技术（TripletBindingAssay）和Khorana的重复顺序技术（RepeatingCopolymers），终于在1966年将遗传密码完全破译。二人共同获得1968年的诺贝尔奖。第四页，共六十二页，编辑于2023年，星期二64种密码子，61种编码氨基酸（AUG也是起始密码），UAA、UAG、UGA是终止密码。第五页，共六十二页，编辑于2023年，星期二3.遗传密码的特点：（1）通用性（universal）

：动植物微生物都可使用线粒体DNA?（2）起始密码AUG（GUG、UUG）终止密码UAA、UAG、UGA。（3）读码的连续性：不重叠无间隔（少数病毒例外）。（4）方向性：密码子的阅读方向为5`-3`。（5）简并性(degeneracy)：同义密码子(synonymouscodon)（6）变偶性（摆动性）(wobble)：密码的简并性往往表现在密码子的第三位碱基上，密码子的前两位与反密码子精确配对，而第三位可以错配——变偶假说（wobblehypothesis）

（7）偏倚性：蛋白质生物合成时对简并密码子的使用频率不同。第六页，共六十二页，编辑于2023年，星期二However,wereportthatonecodoncancodefortwodifferentaminoacidswiththechoiceoftheinsertedaminoaciddeterminedbyaspecific3'untranslatedregionstructureandlocationofthedual-functioncodonwithinthemessengerRNA(mRNA).WefoundthatthecodonUGAspecifiesinsertionofselenocysteineandcysteine

intheciliate

Euplotescrassus,that……….Thus,thegeneticcodesupportstheuseofonecodontocodeformultipleaminoacids.纤毛虫

Science9January2009:

Vol.323.no.5911,pp.259-261

DOI:10.1126/science.1164748GeneticCodeSupportsTargetedInsertionofTwoAminoAcidsbyOneCodonSicence：颠覆经典遗传学理论

第七页，共六十二页，编辑于2023年，星期二§2ProteinBiosynthesis参与蛋白质生物合成的物质

原核生物蛋白质的生物合成

真核生物蛋白质的生物合成第八页，共六十二页，编辑于2023年，星期二核糖体、mRNA、tRNA。主要的酶：氨基酰-tRNA合成酶、转肽酶。20aminoacidProteinfactors：IF（eIF）、EF、RF。energy：ATP、GTP。Mg2+、K+。一、参与蛋白质生物合成的物质第九页，共六十二页，编辑于2023年，星期二在原核细胞中，它可以游离形式存在，2000个/细胞真核细胞中的核糖体位于胞浆内，可分为两类，一类与细胞内质网相结合，形成粗糙内质网，主要参与白蛋白、胰岛素等分泌性蛋白质的合成。另一类游离于胞浆，主要参与细胞固有蛋白质的合成。106~107个/细胞。线粒体、叶绿体也有自己的核糖体。

1.核糖体：肽链合成的场所第十页，共六十二页，编辑于2023年，星期二1950年放射性同位素标记氨基酸注射小鼠，微粒体→核糖体放射性强，证明核糖体是蛋白质合成的场所。第十一页，共六十二页，编辑于2023年，星期二第十二页，共六十二页，编辑于2023年，星期二70SribosomeP位：肽酰结合位

（peptidylsite，给位）大部分位于小亚基，结合起始tRNA并向A位提供肽酰基的位置。A位：氨酰接受位（aminoacylsite，受位）大部分位于大亚基，结合一个新进入的氨酰-tRNA的位置。E位：排出位，卸载tRNA(exitsite)核糖体结构特点：第十三页，共六十二页，编辑于2023年，星期二APE译码中心在小亚基上肽基转移酶中心在大亚基上P位：肽酰结合位

（peptidylsite，给位）

大部分位于小亚基，结合起始tRNA并向A位提供肽酰基的位置。A位：氨酰接受位（aminoacylsite，受位）大部分位于大亚基，结合一个新进入的氨酰-tRNA的位置。E位：排出位，卸载tRNA(exitsite)第十四页，共六十二页，编辑于2023年，星期二Nature：核糖体解码原理新发现法国斯特拉斯堡大学的GulnaraYusupova等

在蛋白合成期间，核糖体在解码中心依照信使RNA(mRNA)上的三联体密码精确的选择转移RNA(tRNAs)。tRNA的选择开始于延伸因子Tu，它可以传递tRNA到氨酰tRNA结合位点即A位点，还可以在解码中心水解GTP来建立密码子-反密码子之间的相互作用。在随后的校对阶段，核糖体重新检查tRNA，如果被发现不能正确配对于A位点，该tRNA便会被排除。Anewunderstandingofthedecodingprincipleontheribosome第十五页，共六十二页，编辑于2023年，星期二2.tRNA——翻译的接合体（adaptor）同功受体tRNA(isoacceptingtRNAs)：携带相同氨基酸而反密码子不同的一组tRNA。一种氨基酸可有2～6种特异tRNA。第十六页，共六十二页，编辑于2023年，星期二密码识别部位tRNA中与蛋白质合成有关的四个位点：氨基酸结合部位氨酰-tRNA合成酶识别部位核糖识别部位tRNA必须具备倒L型的三级结构才具有携带氨酰基的功能。第十七页，共六十二页，编辑于2023年，星期二SynthetaseiscomplexedwiththeircognatetRNAs(greenstickstructures).BoundATP(red)pinpointstheactivesiteneartheendoftheaminoacylarm.Aminoacyl-tRNAsynthetases胞液高度特异性校正活性secondgeneticcode?(在两步反应都可发生)20种第十八页，共六十二页，编辑于2023年，星期二1.AA+ATP→AA-AMP+ppi氨酰-tRNA合成酶催化tRNA氨酰化☆反应分步进行：2.AA-AMP+tRNA→AAcyl-tRNA+AMP酸酐键第十九页，共六十二页，编辑于2023年，星期二AA-AMP注意是AA的羧基端连接第二十页，共六十二页，编辑于2023年，星期二3.mRNA——翻译的模板原核生物多顺反子(polycistron)

；真核生物单顺反子(singlecistron)

。遗传密码与开放阅读框（openreadingframe,ORF）

...AUGCGUCCAUGCAUACAC....UAA...开放阅读框第二十一页，共六十二页，编辑于2023年，星期二原核生物mRNA在起始密码子上游有一SD序列SD序列：Shine-Dalgarno序列，又名核糖体结合位点（ribosomebindingsite，RBS）序列，AUG上游约8～13核苷酸处，4～6个核苷酸组成，富含嘌呤。第二十二页，共六十二页，编辑于2023年，星期二第二十三页，共六十二页，编辑于2023年，星期二二、原核生物蛋白质的生物合成氨基酸的激活（Aminoacyl-tRNAsynthetases）翻译的起始（initiation）翻译的延长（elongation）翻译的终止（termination）翻译后的折叠加工（foldingprocessing）第二十四页，共六十二页，编辑于2023年，星期二1.氨基酸的激活——氨酰-tRNA的合成AAcyl-tRNA+AMP+ppiAA+ATP+tRNA氨酰-tRNA合成酶Mg2+每个氨基酸的活化，净消耗2个高能磷酸键氨酰-tRNA的表示方法Gly-tRNAGlyArg-tRNAArg.....第二十五页，共六十二页，编辑于2023年，星期二装载形式：fMet-

tRNAfMet原核生物起始氨基酸（fMet）区别：内部甲硫氨酸Met由tRNAmMet携带2.肽链合成的起始

N-甲酰甲硫氨酸第二十六页，共六十二页，编辑于2023年，星期二fMet-

tRNAfMetMet-tRNAfMet转甲酰基酶N10-甲酰四氢叶酸第二十七页，共六十二页，编辑于2023年，星期二所需原料：30S小亚基50S大亚基mRNA起始氨酰tRNA(fMet-tRNAfMet)三种起始因子（IF1、IF2、IF3）

GTP肽链合成的起始过程fMetfMet第二十八页，共六十二页，编辑于2023年，星期二原核起始因子IF及作用：IF3：亚基分离IF2：结合GTP，促进fMet-tRNAfMet就位。

IF1：辅助IF3、

IF2第二十九页，共六十二页，编辑于2023年，星期二TheShine-DalgarnosequenceofthemRNApairswithasequencenearthe3′endofthe16SrRNA.P位对准起始密码子AUG第三十页，共六十二页，编辑于2023年，星期二起始全过程注意mRNA与起始氨酰-tRNA进入的先后顺序!（1）起始因子IF3使70S亚基解离，与30S亚基结合形成30S•mRNA•IF3复合体，30S亚基上的部分P位对准起始密码子AUG。（2）起始氨酰tRNA(fmet-tRNAfMet)，和IF2、GTP结合，进入30S亚基P位，形成一大复合体。（3）70S起始复合物的形成第三十一页，共六十二页，编辑于2023年，星期二3.肽链的延长：进位→转肽→移位需要：70S的起始复合物氨酰-tRNA三种延伸因子：EF-Tu、EF-Ts、EF-G（转位因子）GTP、Mg2+、K+第三十二页，共六十二页，编辑于2023年，星期二进位Ts循环进入A位!第三十三页，共六十二页，编辑于2023年，星期二转肽肽基转移酶催化反应的实质是使一个酯键转变成了一个肽键第三十四页，共六十二页，编辑于2023年，星期二移位需要移位因子EF-G的参与和由一个GTP水解提供能量。第三十五页，共六十二页，编辑于2023年，星期二4.终止与释放：1）释放因子RF(releasefactor)进入A位，识别终止密码子。2）释放因子使肽基转移酶的催化作用转变为水解作用，使肽链从tRNA上分离出来，生成一条多肽链，即新合成的蛋白质分子。3）在RRF因子(ribosomerecyclingfactor)参与下，tRNA、mRNA离开核糖体。第三十六页，共六十二页，编辑于2023年，星期二释放因子（releasefactor,RF）RF1识别UAA、UAGRF2识别UAA、UGARF3是一种和GTP形成复合体的结合蛋白，能刺激RF1、RF2的活性？第三十七页，共六十二页，编辑于2023年，星期二蛋白质合成所需的能量4形成一个肽键需要：1GTP→GDP+Pi核糖体的移位1GTP→GDP+Pi肽链的延长1GTP→GDP+Pi肽链的起始2ATP→AMP+PiAA活化起始复合物形成后，多肽链中每形成一个肽键需要4个高能磷酸键第三十八页，共六十二页，编辑于2023年，星期二原核生物蛋白质合成的特点原核生物起始密码除AUG外，还有GUG，UUG合成起始需要起始密码子前的SD序列肽链的合成是在A位进行的肽链的合成方向是N端→C端mRNA的阅读方向是5`→3`转录与翻译是偶联的为提高效率，多个核糖体同时翻译一个mRNA分子每延长一个AA残基需要消耗4个高能磷酸第三十九页，共六十二页，编辑于2023年，星期二原核生物转录与翻译偶联第四十页，共六十二页，编辑于2023年，星期二多核糖体翻译过程中，在细胞内一条mRNA链上结合着多个核糖体，甚至可多到几百个，构成多核糖体(polyribosome)，形成念珠状。这种多核糖体可以在一条mRNA链上同时合成多条相同的多肽链，这就大大提高了翻译的效率。第四十一页，共六十二页，编辑于2023年，星期二真核生物与原核生物蛋白质合成的差异真核生物起始密码只有AUG，由Met-tRNAiMet识别；起始因子eIF约有9~10种；真核生物40S亚基与5’-Cap接触沿mRNA寻找AUG，无需SD序列信号；起始需GTP、ATP；起始复合物形成：Met-tRNAiMet先与

40S亚基形成43S，再与mRNA结合成48S，最后与60S亚基结合成80S；延长因子：EF-T1、EF-T2；释放因子：eRF，对三个终止密码子都能识别。eucaryote第四十二页，共六十二页，编辑于2023年，星期二5.多肽链的折叠与加工1）新生多肽链的折叠分子伴侣折叠酶

分子伴侣与处在不稳定、非天然构象状态的蛋白质结合，主要是通过保护暴露到溶剂中的蛋白质疏水表面，以及通过一种可控的方式释放出被其结合的多肽链，从而促进多肽链正确地折叠。折叠酶的作用是加快折叠过程中特异性的步骤。第四十三页，共六十二页，编辑于2023年，星期二2）蛋白质翻译后的修饰加工

N末端的甲酰甲硫氨酸（fMet）或甲硫氨酸（Met）的去除蛋白质前体中不必要肽段的切除对多肽链中特定氨基酸侧链基团的修饰磷酸化、糖基化、羟基化、酰基化等二硫键的形成亚基的聚合第四十四页，共六十二页，编辑于2023年，星期二三、蛋白质合成的忠实性P613消耗能量氨酰-tRNA合成酶的校对功能核糖体对忠实性的影响第四十五页，共六十二页，编辑于2023年，星期二四、蛋白质合成后的靶向输送核蛋白体合成的蛋白质有三个去向：①保留在胞浆②进入细胞核、线粒体或其他细胞器③分泌出细胞经体液运输到达靶细胞、靶器官。

第四十六页，共六十二页，编辑于2023年，星期二两类核糖体

游离核糖体：翻译后定位于胞内（胞浆、线粒体、叶绿体）。

膜结合型核糖体：翻译同步分泌的蛋白质在附着于内质网膜上的核蛋白体合成。此类蛋白质通过内质网、高尔基体并随后通过细胞膜分泌出细胞。主要合成溶酶体蛋白、分泌蛋白、质膜骨架蛋白。第四十七页，共六十二页，编辑于2023年，星期二蛋白质合成后定向到达其执行功能的目标地称靶向输送（proteintargeting）蛋白质合成后透过膜性结构的三个条件：①信号肽②自身结构特点③转运机构信号肽(signalpeptide)

：靶向输送蛋白质前身中可被转运系统识别的特征性氨基酸序列。在蛋白质的靶向输送中起决定性作用。第四十八页，共六十二页，编辑于2023年，星期二N——————————————分泌蛋白MALWRLLPLLALLALWGPDPAAAFV....MMAAGPRTSLLLLAFALLCLPWTQVVGAFMKFLVNVALVFMVVYISTTTAAPMKLLVVAVIACMLIGFADPASGCK信号肽被切除的位点人前胰岛素原牛生长激素蜂毒肽果蝇粘液蛋白碱性氨基末端疏水核心区加工区☆信号肽的结构第四十九页，共六十二页，编辑于2023年，星期二分泌性蛋白质的转运：信号假说☆signalrecognitionparticles（SRP）信号识别颗粒：SRP由6种蛋白质和7SRNA构成。

信号肽一出现既可被SRP辨认结合。SRP还有暂停蛋白质合成的作用。※

scRNA参与蛋白质的合成和运输。如SRP颗粒就是一种由一个7SRNA和蛋白质组成的核糖核蛋白体颗粒，主要功能是识别信号肽,并将核糖体引导到内质网。

第五十页，共六十二页，编辑于2023年，星期二END第五十一页，共六十二页，编辑于2023年，星期二能力自测题生物合成蛋白质不需要：A.DNAB.mRNAC.tRNAD.rRNAE.GTP第五十二页，共六十二页，编辑于2023年，星期二关于遗传密码正确的是：A.遗传密码都代表氨基酸B.一个密码仅代表一种氨基酸C.一种氨基酸只有一个密码D.不同生物遗传密码不同E.遗传密码无方向性第五十三页，共六十二页，编辑于2023年，星期二关于tRNA和氨基酸的结合错误的是：A.由氨基酰-tRNA合成酶催化B.反应消耗ATPC.氨基酰-tRNA合成酶有校正活性D.氨基酰-tRNA合成酶专一性低E.一种氨基酸有2～6种特异tRNA第五十四页，共六十二页，编辑于2023年，星期二与原核细胞翻译起始无关的结构是：A.