简明生物化学原理 课件 第16章 蛋白质的生物合成

第16章蛋白质的生物合成简明生物化学原理1.遗传密码遗传密码我们知道了核酸中的碱基序列就是遗传信息，翻译实际上就是将mRNA中的碱基序列翻译为蛋白质的氨基酸序列，那么碱基序列与氨基酸序列是如何对应的呢？

遗传密码

1954年伽莫夫（G.Gamor）在《自然Nature》杂志首次发表了遗传密码的理论研究的文章，指出三个碱基编码一个氨基酸。

遗传密码的破译若一个碱基与一种氨基酸对应，可能产生4种氨基酸，不足以编码20种氨基酸若2个碱基编码一种氨基酸，共有42=16种排列组合，也不足以编码20种氨基酸3个碱基编码一种氨基酸，可产生43=64种不同形式，要比20种氨基酸大两倍多但若是四联密码，就会产生44=256种排列组合遗传密码

1961年,克里克（C.Crick）对T4噬菌体DNA上的一个基因进行处理，使DNA增加或减少碱基。

克里克的实验GGTTCGCACGCTTTGAGC插一个碱基GGTATCGCACGCTTTGAGC插二个碱基GGTAATCGCACGCTTTGAGC插三个碱基密码子是没有标点符号的GGTAAA

TCGCACGCTTTGAGC遗传密码密码子是不重叠的遗传密码遗传密码对应规则的发现

1961-1962年，尼伦伯格（M.W.Nirenberg，1927～）和马太（H.Matthaei）的实验：TyrSerPheCysTyrSerPheCys各管加入多聚尿嘧啶核苷酸Tyr:酪氨酸Ser：丝氨酸Phe：苯丙氨酸Cys：半胱氨酸

这一结果不仅证实了无细胞系统的成功，同时还表明UUU是苯丙氨酸的密码子。这是第一个遗传密码子被破译。尼伦伯格的实验巧妙之处在于利用无细胞系统进行体外合成蛋白质，他这富有创新的实验方法为他带来了重大的成功！遗传密码遗传密码表密码子的摇摆性遗传密码遗传密码的特性遗传密码的无标点性阅读框架(readingframe):从起点至终止信号之间所阅读的碱基对。遗传密码的不重叠性遗传密码的简并性

仅Trp和Met只有一个密码子。

密码子的摇摆性

即第三位碱基具有较小的专一性5.遗传密码的通用性2.蛋白质的合成tRNA核糖体20种氨基酸

酶和辅助因子及无机离子、ATP、GTP合成方向：N→C端mRNA和遗传密码蛋白质合成体系蛋白质的合成

氨基酸的活化与转运---翻译起始---肽链的延长---肽链合成终止蛋白质的合成蛋白质的合成氨基酰tRNA合成酶ATPPPiH2N-CH-C-OHR

OH2N-CH-C~O-ACC-tRNAR

O氨基酰tRNA合成酶tRNA氨基酰tRNAGlyGlyGly氨基酸的活化

氨基酸+ATP+tRNA氨基酰→氨基酰-tRNA+AMP+ppi

H2N-CH-C-AMP-ER

O蛋白质的合成翻译起始mRNA中的SD序列与30s的互补序列结合mRNA与30s形成复合物,IF1,IF3参与复合物的形成fmet-tRNA的结合：与以上过程同时发生，fmet-tRNA辨认并与mRNA模板中的AUG结合。反应需IF2,GTP,Mg2+参与;而IF3脱落

50s的结合：50s与30s复合物形成70s启动前复合体,同时伴有GTP水解；IF1IF2脱落,形成了启动复合体核蛋白体上含给位p与受位A，AUG信号与给位相对应结合。同时fmet-tRNA的反密码子CAU与mRNA的AUG互补结合70S启始复合物由大、小亚基,mRNA,fmet-tRNAfmet构成蛋白质的合成肽链的延长延长即核蛋白体自mRNA5‘端向3’端推进，反应需延长因子（elongationfacters-EF）EFTu、GTP和无机离子参与核蛋白体循环进位成肽转位蛋白质的合成进位蛋白质的合成氨基酰-tRNA进入A位反应需GTP,Mg2+，EF-Tu的延伸因子等成肽蛋白质的合成50s大亚基上的给位有转肽酶活性，催化给位的甲酰蛋氨酸与受位新进的氨基酸结合形成肽键，同时给位上的tRNA脱落转位蛋白质的合成核蛋白体向mRNA3’端移动一个密码子的距离，受位进入一个新密码子，带肽键的tRNA由受位移至给位

终止密码子的辨认

RF-1或RF-2UAAOCO=R-CHAUAAOCO=R-CHUAARFRF1和RF2识别终止密码，进入A位蛋白质的合成肽链的水解和脱落蛋白质的合成合成好的肽酰-tRNA中连接tRNA和C端氨基酸的酯键的切开，肽链自核蛋白体释出，核蛋白体分解为大、小亚基重新进入核蛋白体循环这一过程除了需要终止密码子外，还需要释放因子RF的参加3.蛋白质的翻译后加工新生肽链中非功能片段的切除蛋白质翻译后加工

合成后的多肽需经一定的加工，修饰或互相聚合，转变为天然构象的蛋白，才有活性。N端fMet或Met切除二硫键的形成特定氨基酸的化学修饰亚单位的聚合蛋白质的翻译后加工N端fMet或Met切除

原核生物脱甲酰基酶Met-fMet-氨基肽酶真核细胞所有多肽链合成最起始的残基都是甲酰甲硫氨酸（原核生物）或甲硫氨酸（真核生物）。在蛋白质合成后，甲酰基、氨基末端的甲硫氨酸残基，甚至多个氨基酸残基常被酶切除，因此它们并不出现在最后有功能的蛋白中。蛋白质的翻译后加工二硫键的形成多肽链的二硫键，是在肽链合成后，通过二个半胱氨酸的巯基氧化而形成的。二硫键的形成对于许多蛋白质的活性使必须的，同时与蛋白质的复性也有关联蛋白质的翻译后加工特定氨基酸的化学修饰氨基酸侧链的修饰包括:磷酸化(如核糖体蛋白质)糖基化(如各种糖蛋白)甲基化(如组蛋白,肌肉蛋白质)乙基化(如组蛋白)羟基化(如胶原蛋白)羧基化磷酸丝氨酸甲基赖氨酸糖苷键蛋白质的翻译后加工新生肽链中非功能片段的切除不少多肽类激素和酶的前体,需要经过去除非功能片段,才能变位活性分子蛋白质的翻译后加工亚单位的聚合许多蛋白质由两个以上亚基组成，需要多肽通过非共价键聚合成多聚体才能表现生物活性

链在多聚核糖体合成后自行释下，并与尚未从多聚核糖体上释下的

链相连，然后一并从多聚核糖体上脱下，变成，

二聚体。此二聚体再与线粒体内生成的两个血红素结合，最后形成一个由四条肽链和四个血红素构成的有功能的血红蛋白分子。如成人血红蛋白由两条

链，两条

链及四分子血红素组成：蛋白质的翻译后加工蛋白质的转运

将合成后的蛋白质,定向到达行使功能目标地的过程为蛋白质的跨膜转运

信号肽：使核蛋白体与内质网上的受体结合，合成的肽链进入内质网内腔运至靶器官，信号肽酶可切除信号肽，使成熟的蛋白质释放至胞外。（1）信号肽被信号肽识别粒子（SRP）结合，把核蛋白体带至胞膜的胞浆面与对接蛋白结