生物化学课件：蛋白质的生物合成

蛋白质的生物合成ProteinSynthesisPaulZamecnikProteinismadeofaminoacidsAmioacyl-tRNAsynthetaseMahlonHoaglandSolubleRNAisrequiredinproteinsynthesisFrancisCricktRNAconnecterhypothesis蛋白质生物合成过程中的三大发现蛋白质生物合成,即翻译：translation翻译过程就是将核酸中核苷酸序列编码的遗传信息，通过遗传密码破译的方式解读为蛋白质分子中20种氨基酸的排列顺序。蛋白质生物合成体系的组成ComponentsRequiredforProteinBiosynthesis参与蛋白质合成的物质各种RNA、核糖体、氨基酸、酶起始阶段：起始因子延长阶段：延长因子终止阶段：核糖体释放因子mRNArRNAtRNA蛋白质生物合成体系蛋白质生物合成需要氨基酸做原料、mRNA为模板、tRNA作为氨基酸的搬运工具、核糖体为合成场所、酶及蛋白质因子、Mg2+等，并且由ATP和GTP供能。（一）mRNA从mRNA的5

一端起始密码子AUG开始至3

一端中止密码子前的一段能编码并翻译出氨基酸序列的核苷酸序列（不含中止密码子），称为开放阅读框。开放阅读框通常代表某个基因的编码序列。（二）tRNA1.转运氨基酸的功能一种氨基酸通常可以与2~6种对应的tRNA特异性结合；但是一种tRNA只能转运一种特定的氨基酸。2.两种功能部位（1）反密码环中的反密码子与mRNA的密码子相互识别。（2）3

CCA末端的羟基特异性氨基酸的结合位点。（三）核糖体1.蛋白质合成的场所：核糖体是蛋白质生物合成的场所，它含有合成蛋白质所必需的多种酶活性，能按适当的位置和方向把mRNA分子和携带了氨基酸的tRNA分子结合在一起，最终将mRNA分子的碱基顺序翻译氨基酸顺序。2.原核生物的核糖体上有A位、P位和E位三个功能部位（1）A位（氨基酸位）氨基酰-tRNA的结合位点。（2）P位（肽酰位）肽酰-tRNA的结合位点。（3）E位（出口位）tRNA排除位。原核生物的核糖体上有A位、P位和E位；真核生物的核糖体上没有E位，空载的tRNA直接从P位脱落。（四）酶类以及蛋白质因子1.酶类氨基酰-tRNA合成酶、转位酶、转肽酶等。2.蛋白因子在蛋白质合成起始、延长、中止阶段发挥作用的蛋白质因子分别称为起始因子（IF）、延长因子（EF）、释放因子（RF）又称为中止因子。原核生物的蛋白因子直接用IF、EF、RF表示，真核生物则用eIF、eEF、eRF表示。一、mRNA是翻译的模板mRNA含有DNA转录的遗传信息，是蛋白质合成的模板。mRNA包括

5′非编码区开放阅读框架区

3′非编码区mRNA含有64个遗传密码子mRNA分子上的每三个核苷酸会构建一个密码子，编码某一特定的氨基酸或作为蛋白质合成的起始、中止信号，称之为三联体密码（tripletcodon）也称为遗传子（geneticcodon）。

起始密码（initiationcodon）：AUG中止密码（terminationcodon）：UAA，UAG，UGA遗传密码的翻译归功于三个经典的生物化学实验体外翻译系统的建立核苷酸结合技术核酸的人工合成Nirenberg体外翻译系统*体外翻译系统体外翻译系统碱基比率为U:G=5:1,三联体8种：UUU,

UUG,

UGU,

GUU,

GGG,

GGU,

GUG,

UGGUUU:UGG

=

(5′5′5′)

(5′1′1)=25:1UUU:UUG=5:1根据这样的推测，在无细胞系统中以这种比例合成的mRNA产生的氨基酸的比例也应是相应的，这样可以推测出密码子的组成。如氨基酸测定结果：苯丙氨酸（UUU）：半胱氨酸（UGU）=

5：1苯丙氨酸（UUU）：缬氨酸（GUU）=

5：1核苷酸结合技术人工合成核苷酸作为模板，加入dNTP，聚合成的多肽链的氨基酸组成，破译氨基酸的密码。遗传密码表（二）遗传密码具有的特点1，从原核生物到人类都使用同一套遗传密码

通用性(universal)：全世界生物共用已发现少数例外，如动物细胞的线粒体、植物细胞的叶绿体。2，mRNA密码子的排列具有方向性的

方向性（direction）

mRNA分子上由起始密码AUG开始，从5′到3′方向阅读密码子，直至终止密码。3，三联体密码具有连续性

三联体密码连续性表现为中间无标点，连续阅读。

mRNA开放阅读框架内发生一个或者两个碱基的插入或者缺失，可引起移码突变。4，遗传密码具有简并性

简并性，多个密码子特异地破译同一个氨基酸。遗传密码中，除了色氨酸和甲硫氨酸仅对应一个密码子以外，其余的氨基酸均有一个以上密码子为其编码。遗传密码具有简并性，5，反密码子与密码子配对有摆动性

转运氨基酸的tRNA的反密码子需要通过碱基互补与mRNA上的遗传密码子反向配对结合，但反密码子与密码子之间会出现不遵守碱基配对规律的情况，称为摆动性。摆动现象遗传密码碱基配对配对摆动性完全是由tRNA反密码子的空间结构所决定的。反密码的第1位碱基常出现稀有碱基，如次黄嘌呤I(摆动现象anticodon：反密码子；codon：密码子），与A、C、U之间皆可形成氢键而结合，这是最常见的摆动现象。这种摆动现象使得一个tRNA所携带的氨基酸可排列在2-3个不同的密码子上，因此当密码子的第3位碱基发生一定程度的突变时，并不影响tRNA带入正确的氨基酸。氨基酸与tRNA的连接（一）氨基酸的活化

氨基酸+

tRNA

+

ATP氨基酰-tRNA

+

AMP+PPi

氨基酰-tRNA合成酶的催化下，氨基酸与特异性tRNA结合形成氨基酰-tRNA的过程称为氨基酸的活化。其本质是在氨基酸的a-羧基与tRNA的3´-CAA末端的腺苷酸核糖的羧基之间形成酯键。（二）氨基酰-tRNA合成酶的特点

1.高度专一性氨基酰-tRNA合成酶对氨基酸,

tRNA这两种底物高度特异,确保氨基酸与tRNA的正确结合。

2.校对活性氨基酰-tRNA合成酶能将错误的结合的氨基酸水解释放,再换上与密码子相对应的氨基酸.

翻译过程包括起始（initiation）、延长（elongation）和中止（termination）三个阶段。真核生物的肽链合成过程与原核生物的肽链合成过程基本相似，只是反应复杂，涉及的蛋白因子更多。翻译的起始是指mRNA、起始氨基酰-tRNA分别与核糖体结合而形成翻译起始复合物（translationinitiationcomplex）的过程。起始因子IF-1,IF-2,IF-3,和GTP参加。翻译过程包括起始（initiation）、延长（elongation）和中止（termination）三个阶段。真核生物的肽链合成过程与原核生物的肽链合成过程基本相似，只是反应复杂，涉及的蛋白因子更多。翻译的起始是指mRNA、起始氨基酰-tRNA分别与核糖体结合而形成翻译起始复合物（translationinitiationcomplex）的过程。起始因子IF-1,IF-2,IF-3,和GTP参加。在肽链的延长阶段，氨基酸不断地被特异的tRNA携带到mRNA相应的密码子位置上形成肽键，同时核糖体不断地由mRNA的5′端向3′端移位，以推动翻译过程的进行。这一阶段需要延伸因子（EF：EF-Tu、EF-Ts、EF-G）、GTP、Mg2+等因素。3.肽链每增加一个氨基酸残基，就需要经过依次进位，成肽和转位反应。如此反复，直到核糖体A位对应了mRNA的中止密码子上。中止密码子和释放因子导致肽链合成停止及肽链的释放。（1）进位（entrance），是指一个氨基酰-tRNA按照mRNA模板的指令进入并结合到核糖体A位的过程。（2）成肽是指肽基转移酶催化两个氨基酸间肽键形成的反应。（3）转位指的是核糖体沿着mRNA的移位。多肽链的加工：多肽链正确折叠形成三维空间结构，才具有生物学活性蛋白质的投递1．名词解释：密码子的简并性2．蛋白质生物合成需要（）做原料、（）为模板、（）

作为氨基酸的搬运工具、（）为合成场所、酶及蛋白质因子、Mg2+等、并且由（）和（）供能。3.遗传密码的主要特点是（）、（）、（）、（）和（）。.

4．蛋白质生物合成的起始密码子是（）

A.ＵＵＵ

B.ＡＵＧ

C.ＵＡＧD.ＧＡＵ

E.

ＡＵＧ5．蛋白质生物合成的终止密码子是（）

A.UAG

B.UCG

C.UGA

D.UAA6．遗传密码子ＡＵＧ是（）