生物化學(xué)蛋白質(zhì)的生物合成專家講座

生物化學(xué)蛋白質(zhì)的生物合成專家講座第1頁1．掌握原核生物蛋白質(zhì)合成體系組分、作用原理；2．熟悉“中心法則”基本內(nèi)容和蛋白質(zhì)生物合成詳細(xì)過程；3．了解真、原核生物蛋白質(zhì)合成差異。教學(xué)目標(biāo)教學(xué)重點：中心法則概念、遺傳密碼主要性質(zhì)及蛋白質(zhì)合成體系組分、作用原理和蛋白質(zhì)生物合成詳細(xì)過程。教學(xué)難點：蛋白質(zhì)生物合成詳細(xì)過程。生物化學(xué)蛋白質(zhì)的生物合成專家講座第2頁概述

14.1遺傳密碼

14.2核糖體

14.3轉(zhuǎn)移RNA

14.4蛋白質(zhì)生物合成過程

思索與練習(xí)教學(xué)綱要生物化學(xué)蛋白質(zhì)的生物合成專家講座第3頁中心法則

生物遺傳信息從DNA傳遞給DNA過程稱為復(fù)制

mRNA鏈上遺傳信息合成蛋白質(zhì)過程，被稱為翻譯

遺傳信息從DNA到RNA再到蛋白質(zhì)過程稱為基因表示

1958年Crick將生物遺傳信息這種傳遞方式稱為中心法則。

1972年Crick將中心法則作深入修改，補充了逆轉(zhuǎn)錄。Reversetranscription概述

生物遺傳信息從DNA傳遞給mRNA過程稱為轉(zhuǎn)錄生物化學(xué)蛋白質(zhì)的生物合成專家講座第4頁復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、翻譯概況圖概述生物化學(xué)蛋白質(zhì)的生物合成專家講座第5頁1.

mRNA模板上堿基次序是怎樣決定多肽鏈

上AA排列次序呢？翻譯中提出問題2.核糖體為何能作為蛋白質(zhì)合成場所？3.tRNA又是怎樣識別和運輸它AA呢？概述生物化學(xué)蛋白質(zhì)的生物合成專家講座第6頁14.1遺傳密碼密碼子概念：mRNA分子中為一個氨基酸編碼進入蛋白質(zhì)多肽鏈特定線性位置三個核苷酸單位稱為密碼子.（Coden）或三聯(lián)體密碼或遺傳密碼。密碼子確實立：數(shù)學(xué)推算方法41=4,42=16,43=64,44=256密碼子證實：移碼突變——遺傳學(xué)上把因為mRNA上鹼基增加或降低而使密碼改變，從而造成生物性狀突變現(xiàn)象。mRNA：AUGGUAGAACGA

若增加一個、兩個或丟失一個、兩個鹼基，都會成其后面全部密碼改變，AA誤譯，從而造成突變。若同時增加三個或丟失三個或三倍鹼基，只是局部發(fā)生差錯，后面不改變。生物化學(xué)蛋白質(zhì)的生物合成專家講座第7頁AA密碼子證實

生物化學(xué)方法首先人工合成簡單多聚核苷酸來代替天然mRNA，然后觀察這么mRNA可指導(dǎo)合成怎樣多肽，從而做出推斷（自1961年開始）。例1：人工合成：UUUUUUUUUUUU多聚尿苷酸結(jié)果：苯丙-苯丙-苯丙-苯丙多聚苯丙氨酸結(jié)論：苯丙氨酸密碼子——UUU

例2：人工合成：AAAAAAAAAAAA多聚腺苷酸結(jié)果：Lys-Lys-Lys-Lys多聚賴氨酸結(jié)論：Lys密碼——AAA例3：人工合成：CUCUCUCUCUCU多胞尿苷酸結(jié)果：Leu-Ser-Leu-Ser多亮絲氨酸結(jié)論：1.Leu密碼——CUC

2.Ser密碼——UCU用其它類似方法進行屢次重復(fù)試驗，化了4年時間于1965年搞清了20種AA中64組密碼子，從而排列成了一個表。14.1遺傳密碼生物化學(xué)蛋白質(zhì)的生物合成專家講座第8頁遺傳密碼表生物化學(xué)蛋白質(zhì)的生物合成專家講座第9頁遺傳密碼性質(zhì)1.通用性。指在生物界是公用，大家都同用一套密碼。但質(zhì)體（線粒體、葉綠體）中有所不一樣。2.方向性。從5端到3端閱讀。3.不重迭性。每個三聯(lián)體中三個核苷酸只編碼一個氨基酸。4.連續(xù)性。密碼子之間無標(biāo)點符號，不能停頓，不能加入一個或兩個。5.間并性。幾個密碼子對應(yīng)于相同一個氨基酸。這些密碼子為同義密碼子6.始起密碼和終止密碼。（1）始起密碼——

AUG：代表合成蛋白質(zhì)時第一個密碼，存在于mRNA5端。在真核生物中只有一個始起密碼，而且也是Met密碼（即在合成多肽中有AUG出現(xiàn)時指導(dǎo)合成蛋氨酸，把AUG叫Met實義密碼。而在原核生物在中，有兩個始起密碼——AUG和GUG，它們在始起時，是fMet密碼，但在合成多肽時，GUG不是fMet實義密碼，而是Val實義密碼。（2）終止密碼——UAA、UAG、UGA14.1遺傳密碼生物化學(xué)蛋白質(zhì)的生物合成專家講座第10頁核糖體是蛋白質(zhì)合成部位：1950年用放射性同位素標(biāo)識AA法證實基本功效:

結(jié)合mRNA，在mRNA上選擇適當(dāng)區(qū)域開始翻譯密碼子（mRNA）和反密碼子（tRNA）正確配對肽鍵形成存在形式:核糖體可游離存在，真核中，也可同內(nèi)質(zhì)網(wǎng)結(jié)合，形成粗糙內(nèi)質(zhì)網(wǎng)。原核中，與mRNA形成串狀——多聚核糖體14.2核糖體生物化學(xué)蛋白質(zhì)的生物合成專家講座第11頁核糖體組成與結(jié)構(gòu)rRNA60-65%Pro30-35%rRNA55%Pro45%原核真核14.2核糖體生物化學(xué)蛋白質(zhì)的生物合成專家講座第12頁核糖體功效部位肽酰結(jié)合位點或P位或給位氨酰結(jié)合位點或A位或受位mRNA肽酰結(jié)合位點或P位或給位氨酰結(jié)合位點或A位或受位mRNA14.2核糖體生物化學(xué)蛋白質(zhì)的生物合成專家講座第13頁tRNA在蛋白質(zhì)合成中忙前忙后，非常辛勞，將氨基酸運到核糖體與密碼子“對號入座”。四個非常主要功效部位：AA臂反密碼子區(qū)氨?！猼RNA

合成酶位點核糖體結(jié)合位點氨基酸臂反密碼環(huán)14.3轉(zhuǎn)運核糖核酸生物化學(xué)蛋白質(zhì)的生物合成專家講座第14頁tRNA三級結(jié)構(gòu)示意圖14.3轉(zhuǎn)運核糖核酸生物化學(xué)蛋白質(zhì)的生物合成專家講座第15頁擺動學(xué)說——1966年Crick提出：一個反密碼子能夠識別幾個密碼子，這種堿基配正確不嚴(yán)格性叫之。表現(xiàn)出一定靈活性和擺動性。反密碼子第一位堿基密碼子第三位堿基A，C，U

A，G

C，G，U

I

U

C反密碼密碼子第三位堿基

I

U

C密碼子、反密碼子配正確擺動現(xiàn)象

I

U

C

I

U

CA，C，U

A，G

C，G，U14.3轉(zhuǎn)運核糖核酸生物化學(xué)蛋白質(zhì)的生物合成專家講座第16頁以mRNA為模板，20種氨基酸經(jīng)活化取得氨酰tRNA為原料，酶和因子,以及無機離子，ATP、GTP供能等作用下在核糖體中完成蛋白質(zhì)合成。14.4蛋白質(zhì)生物合成過程生物化學(xué)蛋白質(zhì)的生物合成專家講座第17頁包含三方面內(nèi)容1.氨基酸激活：在可溶性細(xì)胞質(zhì)中進行2.多肽鏈合成

3.新生肽鏈加工處理：在可溶性細(xì)胞質(zhì)中進行肽鏈合成起始肽鏈合成延伸肽鏈合成終止（在核糖體中進行）14.4蛋白質(zhì)生物合成過程以mRNA為模板，20種氨基酸經(jīng)活化取得氨酰tRNA為原料，酶和因子,以及無機離子，ATP、GTP供能等作用下在核糖體中完成蛋白質(zhì)合成。生物化學(xué)蛋白質(zhì)的生物合成專家講座第18頁14.4.1氨基酸激活

tRNA在氨基酰-tRNA合成酶幫助下，能夠識別對應(yīng)氨基酸，并經(jīng)過tRNA氨基酸臂3‘-OH與氨基酸羧基形成活化(酯)氨基酰-tRNA。氨基酰-tRNA形成是一個兩步反應(yīng)過程：第一步是氨基酸與ATP作用,形成氨基酰腺嘌呤核苷酸（氨酰－AMP）第二步是氨基?；D(zhuǎn)移到tRNA3‘-OH端上,形成氨酰-tRNA（氨酰－tRNA）14.4蛋白質(zhì)生物合成過程生物化學(xué)蛋白質(zhì)的生物合成專家講座第19頁肽鏈合成起始：是核糖體大小亞基，mRNA以及一個含有起譯作用fMet—tRNA共同結(jié)合成起始復(fù)合體過程，需起動因子（IF）、GTP和Mg2+參加，分三小步進行：①30S亞基在IF3作用下，識別mRNA上起始密碼AUG,與mRNA結(jié)合產(chǎn)生30S?mRNA?IF3復(fù)合物②含有起譯作用fMet—tRNA進入與起始密碼“對號入座”，形成30S?fMet—tRNA?GTP復(fù)合物③

50S亞基參加反應(yīng)形成fMet—tRNA?mRNA?70S起始復(fù)合體。.此時fMet—tRNA占據(jù)了P位，A位空出14.4.2原核生物多肽鏈合成14.4蛋白質(zhì)生物合成過程生物化學(xué)蛋白質(zhì)的生物合成專家講座第20頁肽鏈合成延伸：是新氨?！猼RNA進入核糖體與mRNA上密碼子“對號入座”，即占據(jù)A位，然后P位上氨酰（或肽酰）脫落與A位上氨酰形成肽鍵，核糖體不停沿著mRNA從5/3/滑動，從而推進肽鏈不停延伸過程。需要延長因子（EF）、GTP、轉(zhuǎn)肽酶、移位酶參加，分四小步進行：14.4.2原核生物多肽鏈合成14.4蛋白質(zhì)生物合成過程①進位②轉(zhuǎn)肽③移位④脫落生物化學(xué)蛋白質(zhì)的生物合成專家講座第21頁①進位：在EF和GTP參加下，一個新氨酰—tRNA識別mRNA上對應(yīng)密碼子進入A位。②轉(zhuǎn)肽：在轉(zhuǎn)肽酶作用下，肽?；鶑腜位點轉(zhuǎn)移到A位點，形成新肽鏈。進位轉(zhuǎn)肽肽鏈形成肽鏈合成延伸：生物化學(xué)蛋白質(zhì)的生物合成專家講座第22頁③移位：在移位酶和GTP作用下，核糖體沿mRNA從5端向3端作相對滑動，每次滑動一個密碼子距離。結(jié)果是：原來A位上肽鏈—tRNA隨即轉(zhuǎn)到P位，mRNA下一個密碼進入A位，A位空出，又準(zhǔn)備接收下一個氨酰—tRNA。④脫落：P位上tRNA脫離核糖體P位點A位點核糖體移動方向肽鏈合成延伸：生物化學(xué)蛋白質(zhì)的生物合成專家講座第23頁肽鏈延伸過程生物化學(xué)蛋白質(zhì)的生物合成專家講座第24頁肽鏈合成終止：是A位上出現(xiàn)了終止密碼，肽鏈延長停頓，新合成肽鏈被水解釋放，核糖體與mRNA，大小亞基分離過程，需終止因子（RF）參加，分三小步完成14.4.2原核生物多肽鏈合成14.4蛋白質(zhì)生物合成過程①A位上出現(xiàn)終止密碼（UAA或UAG或UGA），RF與終止密碼結(jié)合，肽鏈延長即自行終止。②P位上肽鏈被水解釋放形成新生肽鏈。③最終一個tRNA脫落，mRNA離開核糖體，大小亞基分開。投入下一個核糖體循環(huán)。生物化學(xué)蛋白質(zhì)的生物合成專家講座第25頁多聚核糖體高速、高效生物化學(xué)蛋白質(zhì)的生物合成專家講座第26頁新生肽鏈蛋白質(zhì)加工處理（1）N端改造：

fMet/Met切除（2）信號肽（能透膜，進行蛋白質(zhì)錨定）切除（3）氨基酸修飾/改造肽鏈內(nèi)或肽鏈間二硫鍵形成、乙酰化、甲基化氨基酸殘基修飾（Pro-OH/Lys-0H）（4）一些多肽要經(jīng)特殊酶切一段肽鏈后才有生物活性(如：胰島素)（5）高級結(jié)構(gòu)形成

(在分子伴侶幫助下形成正確結(jié)構(gòu))（6）締合（輔酶之間連接或亞基之間聚合）14.4.5肽鏈合成后“加工處理”生物化學(xué)蛋白質(zhì)的生物合成專家講座第27頁蛋白質(zhì)生物合成包含氨基酸激活：在可溶性細(xì)胞質(zhì)中進行多肽合成

新生肽鏈加工處理：在可溶性細(xì)胞質(zhì)中進行肽鏈合成起始肽鏈合成延伸：進位、轉(zhuǎn)肽、脫落、移位肽鏈合成終止真核和原核區(qū)分：核糖體大小不一樣；起譯氨酰-tRNA不一樣（在核糖體中進行）蛋白質(zhì)生物合成小結(jié)生物化學(xué)蛋白質(zhì)的生物合成專家講座第28頁14.5蛋白質(zhì)合成中能量問題按ATP摩爾數(shù)計算呢？活化每個氨基酸