蛋白質的生物合成 (2)

1、會計學1蛋白質的生物合成蛋白質的生物合成 (2)2DNA RNA 蛋白質蛋白質 反轉錄反轉錄DNA復制復制RNA復制復制轉錄轉錄翻譯翻譯3翻譯翻譯（translation）蛋白質生物合成即翻譯過程，蛋白質生物合成即翻譯過程，是以是以mRNA作為作為模板、由氨基酸通過肽鍵結合，形成特定多肽模板、由氨基酸通過肽鍵結合，形成特定多肽鏈的過程鏈的過程。這樣，這樣，mRNA分子中的遺傳信息被分子中的遺傳信息被具體地翻譯成為蛋白質的氨基酸排列順序具體地翻譯成為蛋白質的氨基酸排列順序4三種三種RNA： mRNA模板模板 tRNA 特異的特異的“搬運工具搬運工具” rRNA“裝配機裝配機”20種種氨基酸原料氨

2、基酸原料酶與蛋白質因子：如酶與蛋白質因子：如 IFeIF 、EF、 RF必要的無機離子及能量：必要的無機離子及能量：ATP、GTP5mRNAmRNA是遺傳信息的攜帶者是遺傳信息的攜帶者一、一、mRNAmRNA及遺傳密碼及遺傳密碼mRNA的作用：的作用：翻譯的直接模板翻譯的直接模板 遺傳密碼遺傳密碼 mRNA(4字符字符) 蛋白質蛋白質(20字符字符)?6在在mRNA分子上，分子上，從從5端端3端，端，每相鄰的每相鄰的3個個核苷酸核苷酸組組成一組，在蛋白質合成時，對應某一成一組，在蛋白質合成時，對應某一種氨基酸，這就是遺傳密碼。種氨基酸，這就是遺傳密碼。相鄰的三個核苷相鄰的三個核苷酸稱為密碼子酸

3、稱為密碼子(codon)。64個密碼子中只有個密碼子中只有61個密碼代表相應的氨基酸個密碼代表相應的氨基酸 遺傳密碼遺傳密碼 78起動信號與終止信號起動信號與終止信號 起動信號起動信號起動信號位于起動信號位于mRNA的的5端附近端附近起動信號最適上下文序列為：起動信號最適上下文序列為： CCCCAUGGAGAUG蛋氨酸（真核生物）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 終止信號終止信號終止信號不代表任何氨基酸密碼子終止信號不代表任何氨基酸密碼子9遺傳密碼的特點：遺傳密碼的特點：編碼蛋白質氨基酸序列的各個三聯(lián)體密編碼蛋白質氨基酸序列的各個三聯(lián)體密碼連續(xù)閱

4、讀，密碼間既無間斷也無交叉。碼連續(xù)閱讀，密碼間既無間斷也無交叉。 1. 1. 連續(xù)性連續(xù)性10密碼子閱讀框即無間隔也不重疊密碼子閱讀框即無間隔也不重疊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堿基丟失堿基丟失賴賴氨氨酸酸丙丙氨氨酸酸酪酪氨氨酸酸UU 一個堿基突變一個堿基突變第三個堿基改變第三個堿基改變 、具有一定的防突變功能、具有一定的防突變功能C112. 2. 簡并性簡并性遺傳密碼中，除色氨酸和蛋氨酸僅有遺傳密碼中，除色氨酸和蛋氨酸僅有一個密碼子外，其余氨基酸有一個密碼子外，其余氨基酸有2 2、3 3、4 4個個或多至或多至6 6個

5、三聯(lián)體為其編碼。個三聯(lián)體為其編碼。一種氨基酸對應多個密碼子的現(xiàn)象稱為一種氨基酸對應多個密碼子的現(xiàn)象稱為簡并性簡并性A,G,C,U 共可組成共可組成64（43）種密碼子）種密碼子 61 種密碼子：代表不同的氨基酸種密碼子：代表不同的氨基酸 3 種密碼子：種密碼子： 代表終止密碼子代表終止密碼子12遺傳密碼舉例：遺傳密碼舉例：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蘇氨酸蘇氨酸(Thr)133 通用性通用性從病毒、細菌到人從病毒、細菌到人 ，所有生物均使用同一套密碼子，所

6、有生物均使用同一套密碼子說明各種生物在進化上具有同源性說明各種生物在進化上具有同源性通用性是相對的，哺乳動物通用性是相對的，哺乳動物線粒體除外線粒體除外 線粒體中：線粒體中：UAG不代表不代表終止信號終止信號而是代表而是代表色氨酸色氨酸 AGA、AGG：終止密碼子終止密碼子 AUA：起始密碼子；蛋氨酸起始密碼子；蛋氨酸 某些細菌：某些細菌：GUG也可作啟動信號也可作啟動信號14A U G G G C U C C A U C G G C G C A U A A startcodonmethionineglycineserineisoleucineglycinealanine stopcodonc

7、odon 2 codon 3 codon 4 codon 5 codon 6 codon 7codon 1534 密碼子的方向性密碼子的方向性從從mRNA 5mRNA 5 端起始密碼子端起始密碼子AUGAUG到到3 3 端終止密碼子端終止密碼子翻譯具有方向性的翻譯具有方向性的151.作為終止信號的密碼子有 (C) A. 1個 B. 2個 C. 3個 D. 4個 E. 5個 2.生物體編碼氨基酸的密碼子，為 (E) A.4 B.16 C.20 D.64 E.61 163.密碼子AUG可能的功能，是 (A，C) A.啟動密碼子 B.終止密碼子 C.蛋氨酸密碼子 D. Val密碼子4. 關于密碼子，

8、錯誤的敘述是 (A) A. AUG表示蛋白質生物合成的啟動 B.密碼子AUG代表甲酰蛋氨酸 C.除AUG外，有時GUG是原核生物的啟動信號 D.并非所有的AUG都是啟動信號 E. 密碼子AUG代表蛋氨酸 17二二 氨基酸的氨基酸的“搬運工具搬運工具”tRNA18tRNA功能區(qū)功能區(qū) 氨基酸臂：氨基酸臂： 反密碼環(huán)反密碼環(huán)：識別密碼子：識別密碼子1319tRNA轉運特點轉運特點tRNA轉運氨基酸具有特異性轉運氨基酸具有特異性 一種一種tRNA對應一種氨基酸對應一種氨基酸 一種氨基酸可有多種一種氨基酸可有多種 tRNA轉運轉運 氨基酸結合于氨基酸結合于tRNA的的3末端末端(CCA-OH)而活化而

9、活化20 tRNA上的反密碼子識別上的反密碼子識別mRNA上的密碼子上的密碼子, 使所攜帶的氨基酸準確對號入座使所攜帶的氨基酸準確對號入座反密碼子與密碼子的配對：反密碼子與密碼子的配對：（1）反向）反向 （2）不穩(wěn)定）不穩(wěn)定（擺動性）（擺動性）tRNA轉運特點轉運特點21擺動性擺動性tRNA反密碼子與反密碼子與mRNA上的遺傳密碼間不嚴格上的遺傳密碼間不嚴格遵守常見的堿基互補配對規(guī)律，稱為遵守常見的堿基互補配對規(guī)律，稱為擺動配對擺動配對常見于常見于mRNA密碼子的密碼子的第第3位位堿基與堿基與tRNA反密反密碼子碼子第第1位位堿基配對時堿基配對時I-CU-GI-A2213亮氨酸亮氨酸23（二）

10、起始肽鏈合成的氨基酰（二）起始肽鏈合成的氨基酰-tRNA-tRNA下標下標“f ”: formyl代表甲酰化；有時下標代表甲酰化；有時下標“ i ”: initiate代表起動代表起動真核生物：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）24三三 肽鏈合成的肽鏈合成的“裝配機裝配機”核糖體核糖體25 核糖體組成核糖體組成大、小兩個亞基主要大、小兩個亞基主要成分是多種蛋白質成分是多種蛋白質rRNA26核糖體的組成核糖體的組成2

11、1種種原核原核真核真核小亞基小亞基rRNA蛋白質蛋白質rRNA蛋白質蛋白質大亞基大亞基16S-rRNA 18S-rRNA33種種5S,23S-rRNA5S,5.8S,28S-rRNA49種種34種種大大 小小30 S40 S大大 小小50 S60 S核糖體核糖體大大 小小70 S80 S27 受位受位： 氨基酰位氨基酰位, A位位 結合結合氨基酰氨基酰-tRNA 給位給位(肽位肽位, P位位): 結合結合肽酰肽酰-tRNA和和fMet-tRNAfmet核糖體功能區(qū)核糖體功能區(qū)：28原核生物核糖體結構模式原核生物核糖體結構模式 A位：位：受位受位 P位：位：給位給位53292.原核生物在蛋白質生

12、物合成中的啟動tRNA是 (D) A.亮氨酸t(yī)RNA B.丙氨酸t(yī)RNA C.賴氨酸t(yī)RNA D.甲酰蛋氨酸t(yī)RNA E. 蛋氨酸t(yī)RNA1.多肽鏈的氨基酸順序直接取決于 (D) A. rRNA B. tRNA C. DNA D. mRNA E. 轉肽酶 3031 一一 氨基酸的活化與轉運氨基酸的活化與轉運（一）氨基酸的活化與轉運是酶促需能反應（一）氨基酸的活化與轉運是酶促需能反應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32二二 肽鏈合成的起始肽鏈合成的起始需要因子：需要因子：Mg2、GTP、AT

13、P、起始因子起始因子(IF)模板模板mRNA核糖體大小亞基核糖體大小亞基組成組成起動復合體起動復合體fMet-tRNAi f（一）原核起始復合物形成（一）原核起始復合物形成Met33起始復合體形成過程起始復合體形成過程34IF-3IF-11. 核糖體大小亞基分離核糖體大小亞基分離35A U G53IF-3IF-12. mRNA在小亞基定位結合在小亞基定位結合36IF-3IF-1IF-2GTP3. 起始氨基酰起始氨基酰tRNA結合到小亞基結合到小亞基 , 30S起起動復合體形成動復合體形成A U G5337IF-3IF-1IF-2GTP4. 核糖體大亞基結合核糖體大亞基結合, 70S起動復合體形

14、成起動復合體形成A U G53PiGDPA38循環(huán)進行循環(huán)進行肽鏈延長肽鏈延長肽鏈延長過程：肽鏈延長過程：1. 1. 進位進位2. 2. 成肽成肽3. 3. 脫落，移位脫落，移位三三 肽鏈延長肽鏈延長39蛋白質翻譯過程中，核糖體大小亞基聚合完蛋白質翻譯過程中，核糖體大小亞基聚合完成肽鏈起始、延長及終止過程后解離，它們成肽鏈起始、延長及終止過程后解離，它們還可以再聚合成完整的核糖體，開始新的肽還可以再聚合成完整的核糖體，開始新的肽鏈合成，循環(huán)往復鏈合成，循環(huán)往復核糖體循環(huán)核糖體循環(huán)401.進位進位 指根據指根據mRNA下一組下一組遺傳密碼指導，使相遺傳密碼指導，使相應應氨基酰氨基酰-tRNA進入

15、進入核糖體核糖體A位位Ts41甲酰蛋氨?；柞５鞍滨；被被?縮合成肽鍵（二肽酰）縮合成肽鍵（二肽酰）轉肽酶轉肽酶（給位）（給位） （受位）（受位）是由轉肽酶催化的肽鍵形成過程是由轉肽酶催化的肽鍵形成過程4243進進位位脫落，脫落，移位移位轉肽轉肽44每一循環(huán)生成一個肽鍵每一循環(huán)生成一個肽鍵 每生成一個肽鍵消耗每生成一個肽鍵消耗4個高能磷酸鍵（個高能磷酸鍵（活化活化: 2；進位；進位: 1；轉位；轉位: 1）密碼子閱讀方向：密碼子閱讀方向：5 3多肽鏈延長方向：多肽鏈延長方向：N端端C端端肽鏈延長過程特點：肽鏈延長過程特點：45當當mRNAmRNA上終止密碼出現(xiàn)后，多肽鏈合成停上終止密碼出現(xiàn)

16、后，多肽鏈合成停止，肽鏈從肽酰止，肽鏈從肽酰-tRNA-tRNA中釋出，中釋出，mRNAmRNA、核糖體、核糖體等分離，這些過程稱為肽鏈合成終止等分離，這些過程稱為肽鏈合成終止四四 肽鏈合成的終止肽鏈合成的終止46終止因子辨認終止密碼子（終止因子辨認終止密碼子（UAA、UGA、UAG）轉肽酶活性轉變：轉肽酶轉肽酶活性轉變：轉肽酶酯酶酯酶（水解酶（水解酶 ）肽鏈釋放肽鏈釋放mRNA釋放釋放大小亞基分離大小亞基分離終止過程：終止過程：47終止因子（終止因子（ RFRF）原核生物釋放因子：原核生物釋放因子：RF-1RF-1，RF-2RF-2，RF-3RF-3 真核生物釋放因子：真核生物釋放因子：eR

17、F eRF 一一 識別終止密碼，如識別終止密碼，如RF-1RF-1特異識別特異識別UAAUAA、UAGUAG；而而RF-2RF-2可識別可識別UAAUAA、UGAUGA。二二 誘導轉肽酶改變?yōu)轷ッ富钚裕喈斢诖呋恼T導轉肽酶改變?yōu)轷ッ富钚?，相當于催化肽酰基轉移到水分子?；D移到水分子-OH-OH上，使肽鏈從核蛋白體上，使肽鏈從核蛋白體上釋放。上釋放。 48原原核核肽肽鏈鏈合合成成終終止止過過程程 49505.在蛋白質合成中不消耗高能磷酸鍵的步驟是 (C) A.起動 B.移位 C.轉肽 D.氨基酰tRNA進位 E.氨基酸活化 6.多肽鏈是 (A) A.翻譯的產物 B.轉錄的產物 C.反轉錄的產物

18、 D.復制的產物 E.以上都不是517.肽鍵合成的場所是 (E) A. mRNA B. tRNA C. rRNA D.細胞核 E.核蛋白體 8.哺乳類動物核蛋白體大亞基的沉降常數 (E) A.40S B.70S C.30S D.80S E.60S 529.密碼子UAA的功能是 (A，C，D) A.終止信號 B.谷氨酸密碼子 C.可為RF因子所識別 D.不代表氨基酸10. 多核蛋白體指 (C) A.多個核蛋白體 B.多個核蛋白體小亞基 C. 多個核蛋白體附著在一條mRNA上合成多肽鏈的復合物 D.多個核蛋白體大亞基 E.多個攜有氨基酰tRNA的核蛋白體小亞基53真核與原核生物蛋白質合成的異同：真

19、核與原核生物蛋白質合成的異同： 相同點：相同點： 密碼相同；密碼相同； 組分相似：核糖體，組分相似：核糖體，tRNAtRNA，各種蛋白因子，各種蛋白因子 合成途徑相似合成途徑相似 不同點：不同點： （見下表）（見下表） 五五 真核生物與原核生物蛋白質合成的異同真核生物與原核生物蛋白質合成的異同54 原核原核 真核真核 mRNA 多順反子多順反子(polycistron) 單順反子單順反子(monocistron) 無無“帽、尾帽、尾”結構，結構， 有有“帽、尾帽、尾”結構結構 5起動信號上游有起動信號上游有SD序列序列 無無SD序列序列 核蛋白體核蛋白體 30S+50S=70S 40S+60S

20、=80S起始起始AA fMet-tRNAfMet Met-tRNAiMetIF、EF IF 3種種 eIF 10多種多種及及RF EF-Tu、EF-Ts、EF-G eEF1、eEF2 RF1、RF2、RF3 eRF轉錄與翻譯轉錄與翻譯 轉錄翻譯耦聯(lián)轉錄翻譯耦聯(lián) 不耦聯(lián)（分隔進行）不耦聯(lián)（分隔進行）的關系的關系 （幾乎同時進行）（幾乎同時進行）抑制劑抑制劑 抗生素抗生素 白喉毒素、植物毒素等白喉毒素、植物毒素等翻譯后加工翻譯后加工 不需加工不需加工 通常需加工通常需加工55從核糖體釋放出的新生多肽鏈需經過各種從核糖體釋放出的新生多肽鏈需經過各種翻譯后加工過程才轉變?yōu)樘烊粯嬒蟮墓δ艿鞍追g后加工過

21、程才轉變?yōu)樘烊粯嬒蟮墓δ艿鞍琢?翻譯后加工翻譯后加工（一）（一） 肽鏈合成的加工和修飾肽鏈合成的加工和修飾56 個別氨基酸殘基的化學修飾個別氨基酸殘基的化學修飾磷酸化：磷酸化：SerSer、ThrThr、TyrTyr殘基等殘基等乙?；航M蛋白乙?；航M蛋白甲基化：甲基化：LysLys殘基殘基羥化：羥化：57前胰島素原前胰島素原胰島素原胰島素原胰島素胰島素58（二）（二） 亞單位的聚合亞單位的聚合鏈鏈鏈鏈Hb含多個亞基的蛋白質聚合成有生物活性的蛋白質含多個亞基的蛋白質聚合成有生物活性的蛋白質59第三節(jié)第三節(jié) 蛋白質合成與醫(yī)學蛋白質合成與醫(yī)學一一 分子病分子病由于由于DNADNA分子上的基因缺陷

22、，使分子上的基因缺陷，使RNARNA和蛋白和蛋白質合成異常，導致機體某些結構與功能的質合成異常，導致機體某些結構與功能的障礙而造成的疾病。此病可隨個體繁殖而障礙而造成的疾病。此病可隨個體繁殖而傳給后代傳給后代例：鐮刀形紅細胞貧血（例：鐮刀形紅細胞貧血（Hb 鏈鏈N端第端第6位位aa突變）突變）60CTCGAGGTGCACHb A基因基因肽鏈肽鏈 N-Val-His-Leu-Thr-Pro-Glu-Glu-C 1 2 3 4 5 6 7. 鐮刀型紅細胞貧血鐮刀型紅細胞貧血Hb SN-Val-His-Leu-Thr-Pro-Val-Glu-C 1 2 3 4 5 6 7 正常成人紅細胞正常成人紅細

23、胞61v臨床癥狀：臨床癥狀：v 骨嚴重受損；骨嚴重受損；v 內臟器官損傷：心臟、肺臟、腎臟損傷；內臟器官損傷：心臟、肺臟、腎臟損傷；v 腦血管意外；腦血管意外；v 嚴重的慢性溶血性貧血等嚴重的慢性溶血性貧血等 患者多在成年期死亡患者多在成年期死亡62二二 蛋白質合成的阻斷劑蛋白質合成的阻斷劑 作用于不同環(huán)節(jié)：作用于不同環(huán)節(jié)： 復制過程：多數抗腫瘤藥物復制過程：多數抗腫瘤藥物 轉錄過程：利福平等轉錄過程：利福平等 翻譯過程：多數抗生素翻譯過程：多數抗生素 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63與核糖體結合，直接作用于翻譯過程與核糖體結

24、合，直接作用于翻譯過程抗生素抗生素作用點作用點作用原理作用原理四環(huán)素族（金霉素、四環(huán)素族（金霉素、新霉素、土霉素）新霉素、土霉素）核糖體小亞基核糖體小亞基（30S、40S）阻礙氨基酰阻礙氨基酰tRNA與小亞基結合。與小亞基結合。易透入菌體，但不易透入哺乳易透入菌體，但不易透入哺乳類動物細胞類動物細胞鏈霉素、卡那霉素鏈霉素、卡那霉素30S亞基亞基抑制啟動，造成誤譯抑制啟動，造成誤譯氯霉素、林可霉素氯霉素、林可霉素 紅霉素紅霉素50S亞基亞基50S亞基亞基抑制轉肽酶，干擾抑制轉肽酶，干擾mRNA與與核糖體結合核糖體結合抑制轉肽酶，妨礙移位等抑制轉肽酶，妨礙移位等嘌呤霉素嘌呤霉素50S、60S亞基亞

25、基使核糖體上肽鏈過早脫落使核糖體上肽鏈過早脫落（一）抗生素類阻斷劑（一）抗生素類阻斷劑64四四環(huán)環(huán)素素族族氯霉素氯霉素鏈霉素和卡那霉素鏈霉素和卡那霉素嘌呤霉素嘌呤霉素放線菌酮放線菌酮65作用于哺乳動物作用于哺乳動物 細菌毒素：細菌毒素： 白喉毒素：作用于白喉毒素：作用于eEF2，使之失活，使之失活 植物毒素：植物毒素： 蓖麻蛋白：與真核蓖麻蛋白：與真核60S 大亞基結合，間接抑制大亞基結合，間接抑制eEF2（二）作為蛋白質合成阻斷劑的毒素（二）作為蛋白質合成阻斷劑的毒素66（三）其他蛋白質類阻斷劑（三）其他蛋白質類阻斷劑 干擾素干擾素由真核生物細胞感染病毒后分泌，具有抗病毒作用由真核生物細胞感

26、染病毒后分泌，具有抗病毒作用 作用機制：作用機制：1 活化一種蛋白激酶，使哺乳類動物的啟動因子活化一種蛋白激酶，使哺乳類動物的啟動因子eIF2 磷酸化，由此抑制蛋白質生物合成磷酸化，由此抑制蛋白質生物合成2 通過活化一種核酸內切酶，形成通過活化一種核酸內切酶，形成25A，使，使mRNA降降解解宿主細胞蛋白質合成受限，抑制病毒繁殖宿主細胞蛋白質合成受限，抑制病毒繁殖67復制復制轉錄轉錄翻譯翻譯原料原料dNTPNTP20種種 氨基酸氨基酸主要酶和因主要酶和因子子DNA聚合酶、拓聚合酶、拓撲異構酶、引物酶、撲異構酶、引物酶、解鏈酶、解鏈酶、DNA連連接酶、接酶、DNA結合結合蛋白蛋白RNA聚合酶聚合酶 因子等因子等氨基酰氨基酰tRNA合成酶、合成酶、轉肽酶、起始因子、轉肽酶、起始因子、延長因子等延長因子等模板模板DNADNAmRNA鏈延長方向鏈延長方向5353N端端C端端方式方式半保留復制半保留復制不對稱轉錄不對稱轉錄核蛋白體循環(huán)核蛋白體循環(huán)配對方式配對方式A=T G=CA=U G=C三聯(lián)體密碼子三聯(lián)體密碼子相應氨基酸相應氨基酸產物產物DNARNA蛋白質蛋白質加工過程加工過程一般不需復制后一般不需復制后加工