生物化学课件：第九章 蛋白质生物合成辅导班

蛋白质生物合成翻译：RNA参与蛋白质生物合成，将核苷酸序列转变为氨基酸序列的过程。蛋白质合成的场所是：蛋白质合成的模板是：模板与氨基酸之间的接合体是：蛋白质合成的原料是：核糖体mRNAtRNA20种氨基酸蛋白质的生物合成（一）遗传密码（二）多肽链的合成体系（三）原核生物多肽链生物合成的过程（四）原核与真核生物多肽链合成的差异（五）肽链合成后的折叠、加工与转运第一节遗传密码第二节tRNA的功能第三节mRNA的特点第四节核糖体的结构第五节原核生物的翻译过程第六节真核生物的蛋白质翻译过程第七节蛋白质生物合成初始产物的后加工第一节遗传密码

一、遗传密码

mRNA是蛋白质合成过程中直接指令氨基酸参入的模板。那么mRNA上的遗传信息是如何传递给蛋白质的？即mRNA的核苷酸序列是如何对应于蛋白质中的氨基酸序列的？其对应关系来自遗传密码。

mRNA(或DNA)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。

mRNA(或DNA)中三个连续的核苷酸可编码一种氨基酸，这种核苷酸三联体称为密码子。

遗传密码为什么是三联体密码子？理论上推测实验证明如何解读的？

二遗传密码的特点

（1）起始码和终止码（2）密码无标点符号

（3）密码的简并性

（4）密码的通用性（5）反密码子的摆动性

（1）起始码与终止码：AUG是起始密码，多肽链合成的第一个氨基酸都是蛋氨酸；少数细菌也用GUG做为起始码。真核生物偶尔也用CUG作起始密码。UAA，UAG，UGA是终止密码，无意义密码子。翻译是沿着mRNA分子5′→3′方向进行的。（2）密码无标点符号：两个密码子之间没有任何核苷酸隔开。（3）简并性：

几组密码子代表一种氨基酸的现象。同义密码子。密码子的简并性主要是由于密码子的第三个碱基发生摆动现象形成的，也就是说密码子的专一性主要由前两个碱基决定。

除AUG(Met)和UGG(Try)外，每个氨基酸都有一个以上的密码子；简并密码子使用的频率并不相等。密码简并性的生物学意义（4）密码的通用性：密码表是生物界通用的。具有四大生物系统（病毒、细菌、动植物）的通用性和保守性（Mt除外）。Arg起始tRNA反密码子第一个碱基mRNA密码子第三个碱基（5）反密码子的摆动性反密码子：与mRNA相应的三联体密码子碱基互补。摆动性：mRNA密码子的前两位碱基和tRNA的反密码严格配对，而密码子第三位碱基与反密码子第一位碱基不严格遵守配对规则。第一节遗传密码第二节tRNA的功能第三节mRNA的特点第四节核糖体的结构第五节原核生物的翻译过程第六节真核生物的蛋白质翻译过程第七节蛋白质生物合成初始产物的后加工第二节tRNA的功能

1tRNA的结构

2tRNA对氨基酸的识别

3tRNA的种类

ThegeneralstructureoftRNAmoleculesRibbondiagramoftRNAtertiarystructure2

tRNA对氨基酸的识别氨酰-tRNA合成酶（AARS）

★模板mRNA只能识别特异的tRNA而不是AA。★氨基酸进入蛋白质合成途径是通过氨酰-tRNA合成酶(AARS)

，这种酶将氨基酸和特异的tRNA连接起来，成为氨酰tRNA

。Prok中AARS有20种，对AA及tRNA高度专一，准确结合。氨酰-tRNA合成酶：此酶具有较高专一性，能有效识别tRNA和相应的氨基酸。此酶具有校对功能。活化一个氨基酸消耗2分子ATP。3tRNA的种类1起始tRNA和延伸tRNA2同工tRNA3

tRNA的种类起始tRNA和延伸tRNA

起始tRNA:Prok：tRNAfmet，fMet-tRNAfmetEuk：tRNAimet

，Met-tRNAimet

延伸tRNA：tRNAmmet，m可省略2

同工tRNA（isoaccepting

tRNAs）

携带AA相同而反密码子不同的一组tRNA；

不同的反密码子识别AA的同义密码；同功tRNA在细胞内合成量上有多和少的差别，分别称为主要tRNA和次要tRNA。主要tRNA中反密码子识别tRNA中的高频密码子，而次要tRNA中反密码子识别mRNA中的低频密码子。第一节遗传密码第二节tRNA的功能第三节mRNA的特点第四节核糖体的结构第五节原核生物的翻译过程第六节真核生物的蛋白质翻译过程第七节蛋白质生物合成初始产物的后加工第三节mRNA的特点

1

mRNA分子的组成

2原核生物mRNA的特征

2真核生物mRNA的特征

mRNA上能够编码一条多肽链合成的区段叫做编码区。原核生物mRNA：其一条mRNA链可编码多个多肽链，称为多顺反子的mRNA。

编码区的第一个密码子必定是AUG，最后一个密码子必定是UAA或UAG或UGA，从第一个密码子到最后一个密码子之间间隔3n个核苷酸。3'非编码区5'非编码区编码区非编码区编码区非编码区编码区

S–D序列

S–D序列（Shine-Dalgarnosequence）：位于

AUG上游4~13个NT处的富含嘌呤的3~9

个NT的共同序列，AGGAGG，

•

与核糖体小亚基内16SrRNA

的3’端富含嘧啶的序列

3’---UCCUCC---5’互补，使起始密码子正确定位。

真核生物mRNA：其一条mRNA链只能编码一个多肽链，称为单顺反子的mRNA。编码区5'非编码区帽子PolyA尾巴3'非编码区5’端的帽子对翻译有增强作用，且5’帽子和3’polyA尾对翻译效率的调节有协同作用。

mRNA

(messengerRNA)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。原核生物和真核生物mRNA的比较第一节遗传密码第二节tRNA的功能第三节mRNA的特点第四节核糖体的结构第五节原核生物的翻译过程第六节真核生物的蛋白质翻译过程第七节蛋白质生物合成初始产物的后加工第四节核糖体的结构三、

核糖体核糖体是合成蛋白质的场所。

真核生物的核糖体一部分在细胞质中呈游离状态，另一部分与内质网结合，形成粗面内质网。此外在其线粒体和叶绿体中也有核糖体。1.核糖体的存在部位原核生物的核糖体存在于细胞质中；2.核糖体的组成核糖体rRNA蛋白质原核生物70S30S16S21种50S23S、5S34种真核生物80S40S18S30-32种60S28S、5S、5.8S36-50种三、

核糖体2.核糖体的组成三、

核糖体Athree-dimensionalmodelfortheE.coliribosome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（结合或接受肽基的部位）A位（结合或接受AA-tRNA的部位）50S5

3

mRNAmRNA结合部位：大小亚基之间存在一条细沟，用于接纳mRNA；此外，小亚基的16SrRNA可以与mRNA相互作用，从而参与mRNA与核糖体的结合。

SD序列

3.核糖体上的活性部位(1)结合部位三、

核糖体3.核糖体上的活性部位

氨酰基部位（A位）——氨酰tRNA的结合部位；肽基部位（P位）——正在延长的多肽基tRNA的结合部位；

三、

核糖体催化肽键形成的部位：称为肽酰转移酶，又叫转肽酶。位于大亚基上。

1992年发现该活性是由23SrRNA提供的。

3.核糖体上的活性部位(2)催化部位催化GTP水解的部位：

位于大亚基上，在核糖体移位期间将GTP水解成GDP和Pi。(1)结合部位三、

核糖体第一节遗传密码第二节tRNA的功能第三节mRNA的特点第四节核糖体的结构第五节原核生物的翻译过程第六节真核生物的蛋白质翻译过程第七节蛋白质生物合成初始产物的后加工蛋白质生物合成的机制翻译过程可分为起始、延长、终止三个阶段。第五节原核生物的翻译过程一、氨基酸的活化

氨基酸的活化是指氨基酸与tRNA相连，形成氨酰-tRNA的过程。

氨基酸的活化在细胞质中进行。反应由氨酰-tRNA合成酶（又称氨基酸活化酶）催化。1.氨酰-tRNA的形成一、氨基酸的活化氨酰-tRNA合成酶：此酶具有较高专一性，能有效识别tRNA和相应的氨基酸。此酶具有校对功能。活化一个氨基酸消耗2分子ATP。1）识别mRNA的起始密码子为AUG，AUG对应的氨基酸为Met。2）有两种甲硫氨酸专一性的tRNA：tRNAf—只与起始密码子结合，以tRNAffmet表示tRNAm—只与肽链内部的AUG有关，以tRNAmmet表示

2.起始氨酰tRNA的形成一、氨基酸的活化在原核生物中，多肽链起始的氨基酸均为甲酰甲硫氨酸。在真核生物中，多肽链起始的氨基酸均为甲硫氨酸。

2.起始氨酰tRNA的形成一、氨基酸的活化原核生物中的fMet-tRNA的合成Met+ATP+tRNAffmet

Met–tRNAffmet

+AMP+PPi一、氨基酸的活化甲硫氨酰tRNA合成酶Met–tRNAffmet+N10-甲酰四氢叶酸fMet–tRNAffmet+四氢叶酸甲酰化酶

在翻译的起始阶段，还需有3种蛋白质因子——起始因子(IF)的参与，即IF1、IF2、IF3。

此时核糖体的P位被起始氨酰-tRNA占据，A位空着，等待能与第二个密码子匹配的氨酰-tRNA进位。

起始复合物的结构：

二、多肽链合成的过程1.起始指核糖体与mRNA及起始氨酰-tRNA结合成起始复合物。分为三步：(1)

核糖体的小亚基30S与mRNA结合

IF-3促使30S亚基与50S亚基分开，小亚基识别mRNA上翻译的起始信号，并结合在这个部位，它的P位正好落在起始密码子AUG处。形成“小亚基-mRNA”二元复合物。

二、多肽链合成的过程1.起始

IF-2促使起始氨酰-tRNA与mRNA上的起始密码子结合（通过反密码子与密码子之间的碱基互补配对），形成“小亚基—mRNA—fMet-tRNA”三元复合物(30S起始复合物，IF-3释放)(2)

起始氨酰-tRNA结合上去形成起始复合物，即“核糖体—mRNA—fMet-tRNA”三元复合物。IF-2水解GTP,IF-1起促使IF-2和IF-3的作用。(3)

大亚基结合上去形成70S起始复合物

二、多肽链合成的过程1.起始

这一阶段是在fMet（或肽链）的C末端逐个的添加aa，使肽链不断延伸。每延伸一个aa，需要经历三步：

1）进位与A位处的密码子相对应的aa-tRNA进入核糖体的A位。（EF-Tu,EF-Ts）(消耗一个GTP)

二、多肽链合成的过程2.肽链的延长肽链的延长12122323进位肽键形成移位进位(EF-Tu\Ts)GTPGTPN-端235´3´C-端肽键形成15´3´（EF-G）2.肽链的延长2）转肽P位tRNA上的甲酰甲硫氨基转移至A位tRNA上的aa的氨基上，形成肽键。

二、多肽链合成的过程肽键的形成肽链的延长12122323进位肽键形成移位进位(EF-Tu\Ts)GTPGTPN-端235´3´C-端肽键形成15´3´（EF-G）3）移位核糖体在mRNA上向3’端移动一个密码子的距离，这样，原P位空载的tRNA离开了核糖体，原A位的肽酰-tRNA落在P位，而A位空了出来。需要EF-G,同时消耗一个GTP。2.肽链的延长

二、多肽链合成的过程肽链的延长12122323进位肽键形成移位进位(EF-Tu\Ts)GTPGTPN-端235´3´C-端肽键形成15´3´（EF-G）通过以上三步，完成了氨基酸的一轮添加。每延伸一个氨基酸，需要消耗2分子GTP→GDP。（进位和移位）此过程还需要一些蛋白质因子的参与，称为延长因子（EF）

。随着核糖体在mRNA上从5'→3'

方向滑动，新生链从N端→C端延伸。mRNA上的核苷酸序列被“翻译”成多肽链上的氨基酸序列。2.肽链的延长

二、多肽链合成的过程三、肽链合成的终止与释放

当核糖体在mRNA上由5'→3'移动至终止密码子（UAA、UAG、UGA）时，由于没有与之相应的tRNA，终止因子RF进入A位。1

终止因子使肽基转移酶的活性转变为水解酶活性(肽基不再转移到氨酰tRNA上，而是转移给水分子)，从而将肽酰tRNA水解。这样肽链被释放。2

空载的tRNA也离开核糖体。3核糖体的大小亚基解离并离开mRNA。4四、多肽链合成的能量消耗蛋白质的生物合成是个高耗能过程。仅翻译过程，其能量消耗情况如下：NTP高能磷酸键氨基酸的活化ATP2/aa肽链合成的起始GTP1肽链的延伸GTP2/轮aa添加肽链合成的终止

不计例：以游离的氨基酸为原料，起始合成一个100肽，至少需要消耗多少ATP？（注：ATP→AMP折算成2个ATP，GTP折算成ATP）解法一：分阶段累计

2×100＋1＋2×99＝399四、多肽链合成的能量消耗解法二：以aa为单位累计∵每个游离的氨基酸参入到正在合成的多肽链中，至少需要消耗4个高能磷酸键（活化—2个；氨酰tRNA进入A位—1个；核糖体移位—1个）。但起始的氨基酸要少消耗1个GTP（可理解成它直接进入P位，不要移位）∴4n－1＝4×100－1四、多肽链合成的能量消耗

五、多肽链合成的速度

蛋白质的生物合成的速度极快。在最适条件下，合成一条含400个氨基酸残基的多肽链大约只要10秒钟。

多核糖体：在一条mRNA链上，可以有多个核糖体同时进行翻译，每个核糖体上都附着一条正在延长的多肽链，越靠近mRNA的3′端的核糖体上的肽链越长。这种结构叫做多核糖体。

mRNA上核糖体的多少，视mRNA链长而定。一般每隔40个核苷酸有一个核糖体。

多核糖体的结构可大大提高mRNA的翻译效率。

五、多肽链合成的速度多核糖体

第一个编码区第一个编码区第二个编码区第二个编码区终止\起始终止起始mRNAmRNA5´5´3´3´mRNA翻译的多肽链没有功能，称为新生蛋白质或蛋白质前体，需要经过加工改造才能成为有功能的蛋白质。mRNA的信息阅读：5’端向3’端，肽链延伸：从N端到C端。第一节遗传密码第二节tRNA的功能第三节mRNA的特点第四节核糖体的结构第五节原核生物的翻译过程第六节真核生物的蛋白质翻译过程第七节蛋白质生物合成初始产物的后加工第六节真核生物的蛋白质生物合成过程1合成起始Euk机制与Prok.基本相同

差异：1，起始因子种类多2，起始密码子上游没有SD序列3，Met–tRNAmet与40S亚基先结合，然后才与mRNA结合

2延伸

与Prok

相似，进位、转肽和移位三个步骤。

两者区别在于延伸因子体系的不同。延伸因子亚基GTP结合能力

生物学活性eEF-1至少αβγδ四个亚基+eEF-1α与GTP结合，结合氨基酰-tRNA（延伸tRNA）进入核糖体A位与mRNA结合eEF-2+依赖于GTP水解的移位酶,使肽基-tRNA从核糖体的A位向P位移动3终止释放因子eRF,识别三种终止密码子UAA、UAG、UGA。终止机制与Prok相同：识别终止密码子；肽基转移酶构象改变，发挥水解酶作用，使得肽基-tRNA水解，肽基转移，核糖体与mRNA解聚，肽链释放，tRNA逐出。

真核与原核蛋白质合成的异同

真核

原核核糖体

80S

70S含蛋白数量

多于80

少于60起始tRNA

tRNAimet

tRNAfmet

启动

eIF十多种IF三种

小亚基先与tRNA结合先与mRNA结合延长

eEF1,eEF2,

EF-TuEF-TsEF-G终止

eRF

RF1，RF2，RF3第一节遗传密码第二节tRNA的功能第三节mRNA的特点第四节核糖体的结构第五节原核生物的翻译过程第六节真核生物的蛋白质翻译过程第七节蛋白质生物合成初始产物的后加工第七节蛋白质生物合成初始

产物的后加工肽链折叠是指从多肽链的氨基酸序列形成具有正确三维空间结构的蛋白质的过程。体内多肽链的折叠目前认为至少有两类蛋白质参与，称为助折叠蛋白:（1）酶：蛋白质二硫键异构酶（PDI）；（2）分子伴侣一、肽链合成后的折叠与加工

Lasky于1978年首先提出分子伴侣（molecularchaperone）的概念，这是一类在细胞内能帮助新生肽链正确折叠与装配组装成为成熟蛋白质，但其本身并不构成被介导的蛋白质组成部分的一类蛋白因子，在原核生物和真核生物中广泛存在。肽链的折叠1、肽链末端的修饰：

N-端fMet或Met的切除2、信号序列的切除3、二硫键的形成4、部分肽段的切除5、个别氨基酸的修饰6、糖基侧链的添加7、辅基的加入二.蛋白质的加工修饰实例：胰岛素原的加工1、

水解剪切（N-端序列与信号肽）脱甲酰酶fMet-肽甲酸+Met-肽（原核大多）氨肽酶Met-肽Met+肽（真核、部分原核）（1-多个氨基酸）2、氧化作用形成-S-S-3、化学修饰、某些氨基酸的侧链需进行特殊修饰如：胶原蛋白中Pro→Ho-Pro

Lys→Ho-Lys

还有氨基酸残基的甲基化、乙酰化等其它修饰．4、糖基化糖蛋白中Asn、Ser、Thr侧链糖苷化（以共价键接上糖，这一过程在细胞内质网（N-糖苷键）及高尔基体中（O-糖苷键）完成．5、激活有些多肽合成后，要经过专一性蛋白酶水解，断裂出一部分肽链，才能成为有功能的蛋白质（例如：酶原激活）。实例：胰岛素原的加工胰岛素原的加工A链区B链区间插序列（C肽区）HSSHSHSHHSHS信号肽NC核糖体上合成出无规则卷曲的前胰岛素原切除C肽后，形成成熟的胰岛素分子切除信号肽后折叠成稳定构象的胰岛素原SSSSNNCCA链B链胰岛素CNS－SSS胰岛素原SS酶原激活概念:

酶原在一定条件下经适当物质作用可转变成有活性的酶的过程。活性中心形成或暴露的过程。

H+或胃蛋白酶胃蛋白酶原胃蛋白酶

胰蛋白酶胰凝乳蛋白酶原胰凝乳蛋白酶

胰凝乳蛋白酶

肠激酶胰蛋白酶原胰蛋白酶三蛋白质定位(一)、共翻译转移●信号肽假说简图

(二)、翻译后转移●蛋白质向线粒体定位的机制1、信号肽（signalpeptide）及信号肽的识别信号肽：由编码分泌蛋白的mRNA在翻译时首先合成的N端一段带有疏水氨基酸的多肽，它的主要作用是引导新生的多肽进入内质网腔，随后被信号肽酶水解。1)N端侧碱性区含一个或几个带正电荷的碱性氨基酸，如Lys和Arg.2)中间较长为疏水核心区，约10-15残基，主要含疏水中性氨基酸，如Leu

、