蛋白質(zhì)的生物合成

1、蛋白質(zhì)的生物合成蛋白質(zhì)的生物合成中心法則指出，遺傳信息的表達最終是合成出中心法則指出，遺傳信息的表達最終是合成出具有特定氨基酸順序的蛋白質(zhì)，這種以具有特定氨基酸順序的蛋白質(zhì)，這種以mRNA上所上所攜帶的遺傳信息攜帶的遺傳信息,到多肽鏈上所攜帶的遺傳信息的傳到多肽鏈上所攜帶的遺傳信息的傳遞，就好象以一種語言翻譯成另一種語言時的情形遞，就好象以一種語言翻譯成另一種語言時的情形相似，所以稱以相似，所以稱以mRNA為模板的蛋白質(zhì)合成過程為為模板的蛋白質(zhì)合成過程為翻譯翻譯(translation)。 翻譯過程十分復(fù)雜，需要翻譯過程十分復(fù)雜，需要mRNA、tRNA、rRNA和多種蛋白因子參與。在此過程中和

2、多種蛋白因子參與。在此過程中mRNA為合為合成的模板，成的模板，tRNA為運輸氨基酸工具，為運輸氨基酸工具，rRNA和蛋白和蛋白質(zhì)構(gòu)成核糖體，是合成蛋白質(zhì)的場所，蛋白質(zhì)合成質(zhì)構(gòu)成核糖體，是合成蛋白質(zhì)的場所，蛋白質(zhì)合成的方向為的方向為NC端。端。思考思考遺傳信息傳遞的遺傳信息傳遞的 中心法則中心法則蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)翻譯翻譯轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄逆轉(zhuǎn)錄逆轉(zhuǎn)錄復(fù)制復(fù)制復(fù)制復(fù)制DNARNA生物的遺傳信息以密碼的形式儲生物的遺傳信息以密碼的形式儲存在存在DNA分子上，表現(xiàn)為特定的核苷分子上，表現(xiàn)為特定的核苷酸排列順序。在細(xì)胞分裂的過程中，酸排列順序。在細(xì)胞分裂的過程中，通過通過DNA復(fù)制復(fù)制把親代細(xì)胞所含的遺傳把親代細(xì)胞

3、所含的遺傳信息忠實地傳遞給兩個子代細(xì)胞。在信息忠實地傳遞給兩個子代細(xì)胞。在子代細(xì)胞的生長發(fā)育過程中，這些遺子代細(xì)胞的生長發(fā)育過程中，這些遺傳信息通過傳信息通過轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄傳遞給傳遞給RNA，再由，再由RNA通過通過翻譯翻譯轉(zhuǎn)變成相應(yīng)的蛋白質(zhì)多轉(zhuǎn)變成相應(yīng)的蛋白質(zhì)多肽鏈上的氨基酸排列順序，由蛋白質(zhì)肽鏈上的氨基酸排列順序，由蛋白質(zhì)執(zhí)行各種各樣的生物學(xué)功能，使后代執(zhí)行各種各樣的生物學(xué)功能，使后代表現(xiàn)出與親代相似的遺傳特征。后來表現(xiàn)出與親代相似的遺傳特征。后來人們又發(fā)現(xiàn)，在宿主細(xì)胞中一些人們又發(fā)現(xiàn)，在宿主細(xì)胞中一些RNA病毒能以自己的病毒能以自己的RNA為模板為模板復(fù)制復(fù)制出新出新的病毒的病毒RNA，還有一

4、些，還有一些RNA病毒能以病毒能以其其RNA為模板合成為模板合成DNA，稱為，稱為逆轉(zhuǎn)錄逆轉(zhuǎn)錄這是中心法則的補充。這是中心法則的補充。 中心法則總結(jié)了生物體內(nèi)遺傳信息的流動規(guī)律，揭示遺傳的分子基礎(chǔ)，不僅使人中心法則總結(jié)了生物體內(nèi)遺傳信息的流動規(guī)律，揭示遺傳的分子基礎(chǔ)，不僅使人們對細(xì)胞的生長、發(fā)育、遺傳、變異等生命現(xiàn)象有了更深刻的認(rèn)識，而且以這方面?zhèn)儗?xì)胞的生長、發(fā)育、遺傳、變異等生命現(xiàn)象有了更深刻的認(rèn)識，而且以這方面的理論和技術(shù)為基礎(chǔ)發(fā)展了基因工程，給人類的生產(chǎn)和生活帶來了深刻的革命。的理論和技術(shù)為基礎(chǔ)發(fā)展了基因工程，給人類的生產(chǎn)和生活帶來了深刻的革命。遺遺傳傳信信息息流流動動示示意意圖圖核糖

5、體核糖體DNAmRNAtRNA目目 錄錄第一節(jié)第一節(jié) 蛋白質(zhì)合成體系蛋白質(zhì)合成體系第二節(jié)第二節(jié) 蛋白質(zhì)合成的過程蛋白質(zhì)合成的過程第三節(jié)第三節(jié) 肽鏈合成后的折疊與加工肽鏈合成后的折疊與加工二、二、tRNA三、三、核糖體核糖體第一節(jié)第一節(jié) 蛋白質(zhì)合成體系蛋白質(zhì)合成體系一、一、mRNA和遺傳密碼和遺傳密碼四、四、輔助因子輔助因子 m RNA(messenger RNA)是蛋白質(zhì)生物合成過是蛋白質(zhì)生物合成過程中直接指令氨基酸摻入的模板，是遺傳信息的載程中直接指令氨基酸摻入的模板，是遺傳信息的載體。體。原核生物和真核生物原核生物和真核生物mRNAmRNA的比較的比較 遺傳密碼遺傳密碼: DNA（或（或m

6、RNA）中的核苷酸序）中的核苷酸序列與蛋白質(zhì)中氨基酸序列之間的對應(yīng)關(guān)系稱為列與蛋白質(zhì)中氨基酸序列之間的對應(yīng)關(guān)系稱為遺傳密碼。遺傳密碼。 密碼子密碼子(codon)：mRNA上每上每3個相鄰的核個相鄰的核苷酸編碼蛋白質(zhì)多肽鏈中的一個氨基酸，這三苷酸編碼蛋白質(zhì)多肽鏈中的一個氨基酸，這三個核苷酸就稱為一個密碼子或三聯(lián)體密碼。個核苷酸就稱為一個密碼子或三聯(lián)體密碼。三聯(lián)體密碼的破譯三聯(lián)體密碼的破譯2、以隨機共聚合指導(dǎo)多肽的合成、以隨機共聚合指導(dǎo)多肽的合成例：以隨機共聚物例：以隨機共聚物A、C為模板，任意排列可為模板，任意排列可 出現(xiàn)出現(xiàn)8種三體，獲得六種氨基酸組成的多肽。種三體，獲得六種氨基酸組成的多肽

7、。1、以均聚物為模板指導(dǎo)多肽的合成、以均聚物為模板指導(dǎo)多肽的合成3、以特定的共聚物為模板指導(dǎo)多肽的合成、以特定的共聚物為模板指導(dǎo)多肽的合成4、核糖體結(jié)合技術(shù)、核糖體結(jié)合技術(shù)遺傳密碼字典遺傳密碼字典UACGUCAGUCAG第二位第二位 第一位第一位（5） 第三位第三位（3）UCAGUCAGUCAG以均聚物為模板指導(dǎo)多肽的合成以均聚物為模板指導(dǎo)多肽的合成PolyU為模板，產(chǎn)生的多肽鏈為為模板，產(chǎn)生的多肽鏈為PolyPhePolyA為模板，產(chǎn)生的多肽鏈為為模板，產(chǎn)生的多肽鏈為PolyLysPolyC為模板，產(chǎn)生的多肽鏈為為模板，產(chǎn)生的多肽鏈為PolyPro以特定的共聚物為模板指導(dǎo)多肽的合成以特定的共

8、聚物為模板指導(dǎo)多肽的合成（1）以多聚二核苷酸作模板可合成由以多聚二核苷酸作模板可合成由2個氨基個氨基酸組成的多肽，酸組成的多肽，PolyUG的模板，合成產(chǎn)物為的模板，合成產(chǎn)物為Lys和和Val。（2）以多聚三核苷酸作為模板，可得三種氨以多聚三核苷酸作為模板，可得三種氨 基酸組成的多肽?；峤M成的多肽。核糖體結(jié)合技術(shù)核糖體結(jié)合技術(shù)技術(shù)要點：技術(shù)要點：保溫保溫 硝酸纖維濾膜過濾硝酸纖維濾膜過濾分析留在濾膜上的分析留在濾膜上的核糖體核糖體-AAtRNA 確定與核糖體結(jié)合的確定與核糖體結(jié)合的AA以人工合成的以人工合成的三核苷酸為模板三核苷酸為模板+ +核糖體核糖體+AA-tRNA+AA-tRNA遺傳密

9、碼的性質(zhì)遺傳密碼的性質(zhì)3、密碼子的、密碼子的簡并性與簡并性與變偶性變偶性：由一種以上密碼子編碼：由一種以上密碼子編碼同一個同一個 氨基酸的現(xiàn)象稱為簡并，對應(yīng)于同一氨基酸的密氨基酸的現(xiàn)象稱為簡并，對應(yīng)于同一氨基酸的密碼子稱為同義密碼子碼子稱為同義密碼子(Synonymous codon)。多數(shù)情況下。多數(shù)情況下同義密碼子的第一第二個堿基相同，第三個堿基不同，同義密碼子的第一第二個堿基相同，第三個堿基不同，說明密碼的專一性主要是由第一第二個堿基所決定。說明密碼的專一性主要是由第一第二個堿基所決定。4、64組密碼子中，組密碼子中，AUG既是蛋氨酸的密碼，又是起始既是蛋氨酸的密碼，又是起始密碼；有三組

10、密碼不編碼任何氨基酸，而是多肽鏈合成密碼；有三組密碼不編碼任何氨基酸，而是多肽鏈合成的終止密碼子：的終止密碼子：UAG、UAA、UGA。 1、密碼子是近于完全、密碼子是近于完全通用通用的。的。 2、密碼子是、密碼子是無標(biāo)點符號無標(biāo)點符號的且相鄰密碼子的且相鄰密碼子互不重疊互不重疊。 19661966年年CrickCrick根據(jù)立體化學(xué)原理提出：根據(jù)立體化學(xué)原理提出：（2 2）有些反密碼子的第一個堿基（按）有些反密碼子的第一個堿基（按5-35-3）決定了）決定了 tRNAtRNA識別密碼子的數(shù)目。識別密碼子的數(shù)目。（3 3）當(dāng)一種氨基酸有幾個密碼子時，只要他們的第一）當(dāng)一種氨基酸有幾個密碼子時，

11、只要他們的第一 和第二個堿基中有一個不同，則需要不同的和第二個堿基中有一個不同，則需要不同的tRNAtRNA 來識別。來識別。（1 1）mRNAmRNA上的密碼子的第一、第二個堿基上的密碼子的第一、第二個堿基 與與tRNAtRNA上上 的反密碼子相應(yīng)的堿基形成強的配對；密碼的專的反密碼子相應(yīng)的堿基形成強的配對；密碼的專 一性主要是由這兩個堿基對的作用。一性主要是由這兩個堿基對的作用。原核細(xì)胞原核細(xì)胞mRNAmRNA的結(jié)構(gòu)特點的結(jié)構(gòu)特點5 3 順反子順反子順反子順反子順反子順反子插入順序插入順序插入順序插入順序先導(dǎo)區(qū)先導(dǎo)區(qū)末端順序末端順序SD區(qū)區(qū)結(jié)構(gòu)特點結(jié)構(gòu)特點半衰期短半衰期短許多原核生物許多原

12、核生物mRNAmRNA以多順反子形式存在以多順反子形式存在 AUGAUG作為起始密碼；作為起始密碼；AUGAUG上游上游7 71212個核苷酸處有一被稱為個核苷酸處有一被稱為SDSD序列的序列的保守區(qū)，保守區(qū)， 16S rRNA3- 16S rRNA3- 端反向互補而使端反向互補而使mRNAmRNA與核糖體結(jié)合與核糖體結(jié)合。真核細(xì)胞真核細(xì)胞mRNAmRNA的結(jié)構(gòu)特點的結(jié)構(gòu)特點5 “帽子帽子”PolyA 3 順反子順反子m7G-5 ppp-N-3 p帽子結(jié)構(gòu)功能帽子結(jié)構(gòu)功能使使mRNAmRNA免遭核酸酶的破壞免遭核酸酶的破壞使使mRNAmRNA能與核糖體小亞基結(jié)合并開始能與核糖體小亞基結(jié)合并開始

13、合成蛋白質(zhì)合成蛋白質(zhì) 被蛋白質(zhì)合成的起始因子所識別，從被蛋白質(zhì)合成的起始因子所識別，從而促進蛋白質(zhì)的合成。而促進蛋白質(zhì)的合成。是是mRNAmRNA由細(xì)胞核進入細(xì)胞質(zhì)由細(xì)胞核進入細(xì)胞質(zhì)所必需的形式所必需的形式 它大大提高了它大大提高了mRNAmRNA在細(xì)胞質(zhì)在細(xì)胞質(zhì)中的穩(wěn)定性中的穩(wěn)定性AAAAAAA-OHtRNA （transfer ribonucleic asidtransfer ribonucleic asid）在蛋白質(zhì)合成中處于關(guān)鍵地）在蛋白質(zhì)合成中處于關(guān)鍵地位，它不但為每個三聯(lián)體密碼子譯成氨基酸提供接合體，還為準(zhǔn)確無誤地位，它不但為每個三聯(lián)體密碼子譯成氨基酸提供接合體，還為準(zhǔn)確無誤地將所

14、需氨基酸運送到核糖體上提供運送載體。將所需氨基酸運送到核糖體上提供運送載體。1、tRNA的結(jié)構(gòu)特征的結(jié)構(gòu)特征三葉草型二級結(jié)構(gòu)三葉草型二級結(jié)構(gòu)2、tRNA的功能的功能（1 1）被特定的氨酰）被特定的氨酰- - tRNA合成酶識別，使合成酶識別，使tRNA接受正確的活化氨基酸。接受正確的活化氨基酸。（2 2）識別識別mRNA鏈上的密碼子。鏈上的密碼子。（3 3）在蛋白質(zhì)合成過程中，）在蛋白質(zhì)合成過程中，tRNA起著連結(jié)生長起著連結(jié)生長的多肽鏈與核糖體的作用。的多肽鏈與核糖體的作用。 密密碼碼子子與與反反密密碼碼子子的的配配對對關(guān)關(guān)系系反密碼子反密碼子tRNA5 3 A U C5 mRNA3 密碼子

15、密碼子1 2 3 核核 糖糖 體體 核糖體是由核糖體是由rRNArRNA（ribosomal ribonucleic ribosomal ribonucleic asidasid）和多種蛋白質(zhì)結(jié)合而成的一種大的核糖）和多種蛋白質(zhì)結(jié)合而成的一種大的核糖核蛋白顆粒，蛋白質(zhì)肽鍵的合成就是在這種核核蛋白顆粒，蛋白質(zhì)肽鍵的合成就是在這種核糖體上進行的。糖體上進行的。2、核糖體的功能核糖體的功能1、核糖體的結(jié)構(gòu)和組成核糖體的結(jié)構(gòu)和組成核核糖糖體體的的組組成成原核生物核糖體結(jié)構(gòu)示意圖原核生物核糖體結(jié)構(gòu)示意圖原核生物核原核生物核糖體的組成糖體的組成原核細(xì)胞原核細(xì)胞70S核糖體的核糖體的A位、位、P位及位及mR

16、NA結(jié)合部位示意圖結(jié)合部位示意圖30S與與mRNA結(jié)合部位結(jié)合部位P P位位（結(jié)合（結(jié)合或接受肽基或接受肽基的部位）的部位）A A位位（結(jié)合或接（結(jié)合或接受受AA- tRNAAA- tRNA的的部位）部位）50SmRNA真核和原核細(xì)胞參與翻譯的蛋白質(zhì)因子真核和原核細(xì)胞參與翻譯的蛋白質(zhì)因子階段階段原核原核 真核真核 功功 能能IF1IF1IF2IF2 eIF2 eIF2 參與起始復(fù)合物的形成參與起始復(fù)合物的形成IF3IF3 eIF3eIF3、eIF4CeIF4C起始起始CBP I CBP I 與與mRNAmRNA帽子結(jié)合帽子結(jié)合 eIF4A B F eIF4A B F 參與尋找第一個參與尋找第一

17、個AUGAUGeIF5 eIF5 協(xié)助協(xié)助eIF2 eIF2 、 eIF3eIF3、eIF4CeIF4C的釋放的釋放eIF6 eIF6 協(xié)助協(xié)助60S60S亞基從無活性的核糖體上解離亞基從無活性的核糖體上解離EF-TuEF-Tu eEF1eEF1 協(xié)助氨酰協(xié)助氨酰-tRNA-tRNA進入核糖體進入核糖體延長延長EF-TsEF-Ts eEF1 eEF1 幫助幫助EF-Tu EF-Tu 、 eEF1eEF1 周轉(zhuǎn)周轉(zhuǎn) EF-GEF-G eEF2 eEF2 移位因子移位因子RF-1RF-1終止終止 eRF eRF 釋放完整的肽鏈釋放完整的肽鏈RF-2RF-2第二節(jié)第二節(jié) 蛋白質(zhì)合成的過程蛋白質(zhì)合成的

18、過程一、一、氨基酸的活化氨基酸的活化二、二、原核生物多肽鏈的合成過程原核生物多肽鏈的合成過程三、三、真核生物多肽鏈的合成真核生物多肽鏈的合成氨氨基基酸酸的的活活化化EEAAEAAtRNAAAEtRNAAAEtRNAAA氨基酸氨基酸氨酰腺苷酸氨酰腺苷酸第一步第一步第二步第二步氨氨基基酸酸的的活活化化3-氨酰氨酰-tRNAN-甲酰甲硫氨酰甲酰甲硫氨酰-tRNAiMet的形成的形成CHOCHO-HN-CH-COO-tRNA-HN-CH-COO-tRNA CH CH2 2 CH CH2 2 S S COO- COO- + +H H2 2N-CH-COO-tRNAN-CH-COO-tRNA CH CH2

19、 2 CH CH2 2 S S COO- COO-Met-tRNAiMetfMet-tRNAiMetN10-甲酰甲酰FH4轉(zhuǎn)甲酰酶轉(zhuǎn)甲酰酶氨酰氨酰- tRNA合成酶特點合成酶特點a、專一性：、專一性： 對氨基酸有極高的專一性，每種氨基酸都對氨基酸有極高的專一性，每種氨基酸都有專一的酶，只作用于有專一的酶，只作用于L-氨基酸，不作用于氨基酸，不作用于D-氨基酸。氨基酸。 對對tRNA具有極高專一性。具有極高專一性。b、校對作用：、校對作用： 氨酰氨酰- tRNA合成酶的水解部位可以水解錯誤合成酶的水解部位可以水解錯誤活化的氨基酸?；罨陌被?。原核生物多肽鏈的合成過程原核生物多肽鏈的合成過程 原

20、核生物多肽鏈的合成分為三個階段：肽原核生物多肽鏈的合成分為三個階段：肽鏈合成的起始、肽鏈的延伸、肽鏈合成的終鏈合成的起始、肽鏈的延伸、肽鏈合成的終止和釋放。止和釋放。1、肽鏈合成的起始肽鏈合成的起始2、肽鏈的延長肽鏈的延長3、肽鏈合成的終止及釋放肽鏈合成的終止及釋放30S亞基亞基 mRNA IF3復(fù)合物復(fù)合物30S mRNA GTP- fMet tRNA- IF2- IF1復(fù)合物復(fù)合物70S起始復(fù)合物起始復(fù)合物 mRNA +30S亞基亞基-IF3IF-3IF2GTPIF3 IF2 IF1IF1-IF2-GTP-fMet-tRNAIF350S50S亞基亞基IF2+ IF1+GDP+PiIF-17

21、0S起始起始復(fù)合物復(fù)合物肽鏈的延長肽鏈合成的肽鏈合成的終止及釋放終止及釋放（1 1）釋放因子）釋放因子RFRF1 1或或RFRF2 2進入核糖體進入核糖體A A位。位。 （2 2）多肽鏈的釋放）多肽鏈的釋放（3 3）70S70S核糖體解離核糖體解離30S亞基亞基50S亞基亞基tRNARFRF肽鍵的形成肽鍵的形成真核生物多肽鏈的合成（自學(xué)）真核生物多肽鏈的合成（自學(xué)）1 1、真核細(xì)胞核糖體比原核細(xì)胞核糖體更大更復(fù)雜；真核細(xì)胞核糖體比原核細(xì)胞核糖體更大更復(fù)雜；2 2、起始氨基酸為起始氨基酸為MetMet，不是，不是fMetfMet；3 3、肽鏈合成的起始：由肽鏈合成的起始：由40S40S核糖體亞基

22、首先識別核糖體亞基首先識別mRNA 5mRNA 5端帽子結(jié)構(gòu)，然后沿端帽子結(jié)構(gòu)，然后沿mRNAmRNA移動尋找移動尋找AUGAUG；4 4、起始因子有起始因子有1212種，但只有種，但只有2 2種延長因子和種延長因子和1 1種終種終止因子；止因子；5 5、真核細(xì)胞中線粒體、葉綠體的核糖體大小、組成真核細(xì)胞中線粒體、葉綠體的核糖體大小、組成及蛋白質(zhì)合成過程都類似于原核細(xì)胞。及蛋白質(zhì)合成過程都類似于原核細(xì)胞。 肽鏈折疊是指從多肽鏈的氨基酸序列形成具肽鏈折疊是指從多肽鏈的氨基酸序列形成具有正確三維空間結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)的過程。有正確三維空間結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)的過程。 體內(nèi)多肽鏈的折疊目前認(rèn)為至少有兩類蛋白體內(nèi)多肽鏈的折疊目前認(rèn)為至少有兩類蛋白質(zhì)參與，稱為助折疊蛋白質(zhì)參與，稱為助折疊蛋白: （1）酶：蛋白質(zhì)二硫酶：蛋白質(zhì)二硫鍵異構(gòu)酶鍵異構(gòu)酶（PDI）； （2）分子伴侶分子伴侶肽肽 鏈鏈 的的 折折 疊疊 Lasky于于1978年首先提出分子伴侶（年首先提出分子伴侶（mulecular ch