蛋白質的生物合成

關于蛋白質的生物合成第2頁,共88頁，2024年2月25日，星期天第3頁,共88頁，2024年2月25日，星期天翻譯(translation)以mRNA為直接模板，tRNA為氨基酸運載體,核糖體為裝配場所，共同協調完成蛋白質生物合成的過程。也就是把mRNA的堿基排列順序轉譯成多肽鏈中氨基酸的排列順序。第4頁,共88頁，2024年2月25日，星期天

主要內容

掌握三種RNA在蛋白質生物合成中的作用（第一節(jié)）熟悉各種輔助因子的作用（第二節(jié)）熟悉蛋白質的生物合成過程（第二節(jié)）第5頁,共88頁，2024年2月25日，星期天第一節(jié)

RNA在蛋白質生物合成中的重要

功能

第6頁,共88頁，2024年2月25日，星期天一、mRNAmRNA上四種堿基→蛋白質組成20種aa堿基與氨基酸對應關系？

3個相鄰的堿基→1個aa，有43種排列→64種密碼子—UAAUAUUAGUAC—破譯了64種密碼子第7頁,共88頁，2024年2月25日，星期天密碼子（codon)mRNA中每三個相鄰的堿基決定一個AA，這三個相鄰的堿基稱為一個密碼子或者三聯體密碼。第8頁,共88頁，2024年2月25日，星期天第9頁,共88頁，2024年2月25日，星期天第10頁,共88頁，2024年2月25日，星期天第11頁,共88頁，2024年2月25日，星期天遺傳密碼子的主要特點連續(xù)性：密碼子是不重疊、無標點的、不間斷。第12頁,共88頁，2024年2月25日，星期天Insertionordeletion

Frameshift

Frameshiftmutation第13頁,共88頁，2024年2月25日，星期天2.簡并性：degeneracy

幾個不同密碼子表示同一種氨基酸。

61種密碼子→20種aa，同種aa可由2-6種密碼子編碼。同義密碼子(synonymouscodon)

編碼同一個氨基酸的一組密碼子稱為第14頁,共88頁，2024年2月25日，星期天第15頁,共88頁，2024年2月25日，星期天3.擺動性：密碼子與反密碼子配對時出現不遵從堿基配對規(guī)律的情況。第16頁,共88頁，2024年2月25日，星期天tRNA反密碼子堿基IUG（第一位）mRNA密碼子堿基

A,C,UA,GC,U

（第三位）

密碼子與反密碼子配對的搖擺現象第17頁,共88頁，2024年2月25日，星期天第18頁,共88頁，2024年2月25日，星期天密碼的簡并性有什么生物學意義第19頁,共88頁，2024年2月25日，星期天4.通用性:

病毒、原核細胞、真核細胞都用同一套遺傳密碼子表。終止密碼子UAA、UAG、UGA,起始密碼子AUG第20頁,共88頁，2024年2月25日，星期天二、tRNA和氨基酰-tRNAtRNA的結構tRNA應具備的功能氨基酸活化過程氨基酰-tRNA的表示方法第21頁,共88頁，2024年2月25日，星期天第22頁,共88頁，2024年2月25日，星期天第23頁,共88頁，2024年2月25日，星期天tRNA須具備的功能：

（1）與氨基酸結合（3′末端）

（2）識別特異的氨基酰-tRNA合成酶（3）識別mRNA鏈上密碼子

（4）與核糖體結合

根據tRNA在合成蛋白質中的作用，試推想tRNA須具備什么功能

第24頁,共88頁，2024年2月25日，星期天D環(huán)可被氨酰tRNA酶識別TψC環(huán)可與核糖體結合活化的CCA末端可連接AA反密碼環(huán)含反密碼子第25頁,共88頁，2024年2月25日，星期天同功受體tRNA:Isoacceptor

能夠運輸同一種氨基酸的多種tRNA分子稱為氨基酸的同功受體tRNA第26頁,共88頁，2024年2月25日，星期天氨基酸的活化和氨酰tRNA生成一個氨基酸的羧基與另一個氨基酸的氨基失水縮合成為肽鍵，從熱力學上是極端困難的。但是若將氨基酸轉移到tRNA分子上，則能使氨基酸的羧基活化，就能較容易地與氨基酸失水縮合了。第27頁,共88頁，2024年2月25日，星期天1.氨基酸的活化

AA+ATP+酶→[AA?AMP?酶]+ppi2.氨酰tRNA的形成

[AA?AMP?酶]+tRNA→AMP+

AA-tRNA+酶

氨酰tRNA合成酶對氨基酸、tRNA高度特異地識別；水解酯鍵的催化作用，發(fā)揮酶的校正活性。第28頁,共88頁，2024年2月25日，星期天第二套遺傳密碼氨酰tRNA合成酶既能識別相應的氨基酸，又能識別與此氨基酸相對應的一個或多個tRNA分子。因此把這種氨酰tRNA合成酶與tRNA分子間的相互作用稱為第二套遺傳密碼。副密碼子

tRNA分子上決定其攜帶氨基酸的區(qū)域稱為副密碼子第29頁,共88頁，2024年2月25日，星期天第30頁,共88頁，2024年2月25日，星期天第31頁,共88頁，2024年2月25日，星期天第32頁,共88頁，2024年2月25日，星期天氨基酰-tRNA的表示方法tRNAAla

；Ala-tRNA

;Ala-tRNAAla

Met-tRNAm;

fMet-tRNAf第33頁,共88頁，2024年2月25日，星期天三、rRNArRNA與蛋白質結合構成核蛋白體，分為大小亞基(50S,30S)原核生物70S真核生物80S小亞基rRNA蛋白質16S-rRNA18S-rRNA21種33種大亞基rRNA蛋白質5S-rRNA5S-rRNA23S-rRNA28S-rRNA5.8S-rRNA34種49種第34頁,共88頁，2024年2月25日，星期天核糖體第35頁,共88頁，2024年2月25日，星期天第36頁,共88頁，2024年2月25日，星期天第37頁,共88頁，2024年2月25日，星期天第38頁,共88頁，2024年2月25日，星期天核糖體特點

小亞基可與mRNA結合

大亞基在沒有小亞基存在時不能與

mRNA結合，但可與tRNA非特異結合第39頁,共88頁，2024年2月25日，星期天30S50S

第40頁,共88頁，2024年2月25日，星期天核糖體的活性位點在50S亞基上二位點模型三位點模型第41頁,共88頁，2024年2月25日，星期天A部位：氨?；课?，接受氨酰基tRNAP部位：肽?；课?，起始氨酰tRNA或延伸的肽基tRNA結合的部位，及

tRNA被釋放的部位E部位：出口位，特異結合無負載的

tRNA及無負載的tRNA離開的位點第42頁,共88頁，2024年2月25日，星期天第43頁,共88頁，2024年2月25日，星期天蛋白質的合成過程，就是以mRNA為模板，在輔助因子和GTP等的作用下，核糖體從mRNA的5’端向3’端移動，不同的氨酰-tRNA

按照mRNA上密碼子所決定的順序進入核糖體，對號入座，在不斷生長著的肽鏈上由氨基端逐個加上氨基酸的過程。第二節(jié)蛋白質的生物合成過程第44頁,共88頁，2024年2月25日，星期天原料：20種L-氨基酸

3種RNA酶：氨基酰tRNA合成酶、轉肽酶兩種高能核苷酸：ATP、GTP金屬離子：K+，Mg2+（促進肽鍵形成)第45頁,共88頁，2024年2月25日，星期天多種蛋白質因子:

起始因子:IF(initiationfactors)

延長因子：EF(elongationfactors)

釋放因子：RF/TF(releasefactors)方向:氨基端-------羧基端

第46頁,共88頁，2024年2月25日，星期天第47頁,共88頁，2024年2月25日，星期天mRNA是一條長鏈分子。因此，在進行蛋白質合成時，可同時被多個核糖體翻譯。這樣，在顯微鏡下便可見到多個核糖體排列成一串。這種結構就稱為多聚核糖體（polyribosome或polysome）。第48頁,共88頁，2024年2月25日，星期天翻譯過程mRNA5′3′5′AUG…………3′UAA肽鏈延長方向NC

氨基酸活化起始階段進入/進位過程成肽延長階段轉位終止階段

第49頁,共88頁，2024年2月25日，星期天

一、

氨基酸的活化

AA+ATP+酶[氨酰~AMP?酶]+ppi [氨酰~AMP?酶]+tRNAAMP+

氨酰~tRNA+酶

氨酰tRNA合成酶，

合成部位，水解部位-----保證準確性第50頁,共88頁，2024年2月25日，星期天氨酰~AMP氨酰~tRNA第51頁,共88頁，2024年2月25日，星期天二、翻譯的起始PA5’3’MetAUG

fMet-tRNAfMet-tRNAmfMet第52頁,共88頁，2024年2月25日，星期天S-D序列（Shine-Dalgarno序列）：又稱核糖體結合位點（RBS）,在翻譯起始密碼AUG的上游，相距8-13個核苷酸處，有一段富含嘌呤的核苷酸序列，可以與核蛋白體小亞基16S-rRNA互補配對，使核糖體與mRNA在特定位置上結合。這種結合能協助辨認起始密碼子，這一段1.mRNA鏈上起始信號的辨認第53頁,共88頁，2024年2月25日，星期天幾種基因mRNA上的S-D序列第54頁,共88頁，2024年2月25日，星期天Met-tRNAf+N10甲酰四氫葉酸

fMet-tRNAf+四氫葉酸Met-tRNAm只能用于延伸2.起始氨?！猼RNA的形成轉甲酰酶第55頁,共88頁，2024年2月25日，星期天3.起始因子(IF)

：參與蛋白質生物合成起始的可溶性蛋白質因子IF-1:無專一功能，增加IF-2,IF-3活性IF-2:使fMet-tRNAf選擇性地與30S亞基結合。結合并水解GTPIF-3:具有解離活性，使亞基保持為解離態(tài)；使30S與mRNA起始部位連接第56頁,共88頁，2024年2月25日，星期天

翻譯的起始第57頁,共88頁，2024年2月25日，星期天4.起始復合物的生成過程mRNA.IF-3.30sIF-2.GTP.fMet-tRNAfmRNA.30s.fMet-tRNAf

.IF-3.GTP.IF-1.IF-2IF-3mRNA.70s.fMet-tRNAf50SIF-1IF-2.GDPIF-1第58頁,共88頁，2024年2月25日，星期天第59頁,共88頁，2024年2月25日，星期天第60頁,共88頁，2024年2月25日，星期天三、肽鏈的延長翻譯過程中的肽鏈延長,又稱核糖體循環(huán)（ribosomalcycle）。分三步驟：

進入(進位） 核糖體循環(huán) 轉肽（轉肽酶）

移位第61頁,共88頁，2024年2月25日，星期天

肽鏈的延伸第62頁,共88頁，2024年2月25日，星期天延伸因子（EF):

參與肽鏈延伸的蛋白質因子EF-TU,EF-TS:

共同促使氨酰-tRNA進入核糖體的A位具有GTP酶活性EF-G:

具有GTP酶活性促使肽酰-tRNA位移至P位及空的tRNA

離開核糖體第63頁,共88頁，2024年2月25日，星期天（1）進入EF-Tu.GTP.氨酰-tRNA進入A位消耗1個GTPEF-Ts功能是保護EF-Tu，并使EF-Tu.GDP再生為EF-Tu.GTP,繼續(xù)參與肽鏈延伸EF-Tu能不能與fMet-tRNAf結合？第64頁,共88頁，2024年2月25日，星期天第65頁,共88頁，2024年2月25日，星期天（2）轉肽（形成肽鍵）肽酰轉移酶：轉肽酶，P位點A位點形成肽鍵：P位點的fMet-tRNAf（或肽酰-tRNA）的羧基與A位點的AA-tRNA的氨基結合形成肽鍵不消耗GTP，可能來自AA~tRNA（或肽酰~tRNA）間的酯鍵水解第66頁,共88頁，2024年2月25日，星期天（3）移位肽酰基-tRNA從核糖體的A位移到P位的過程核糖體沿mRNA的5’----3’方向移動與移位過程相偶聯（每次移動距離是1個密碼子）移位酶，EF-G（G因子）消耗1個GTP第67頁,共88頁，2024年2月25日，星期天3’PA5’fMetAUG23’PA5’MetAUG2進入ffMetfMet第68頁,共88頁，2024年2月25日，星期天轉肽移位f3’PA5’metAUG23PA3’5’AUG2fMetfMet第69頁,共88頁，2024年2月25日，星期天PA3’5’AUGMet23PA3’5’AUGMet234

進位轉肽fffMetfMet第70頁,共88頁，2024年2月25日，星期天PA3’5’AUGMet234PA3’5’AUGMet234fffMetfMet第71頁,共88頁，2024年2月25日，星期天第72頁,共88頁，2024年2月25日，星期天釋放因子(RF)：終止肽鏈合成并將其從核糖體上釋放出來的一類蛋白質因子終止密碼子：UAA、UAG、UGARF-1:UAA,UAGRF-2:UAA,UGARF-3:本身無識別密碼子性質，但可增強RF-1，RF-2的活性。四、肽鏈合成的終止第73頁,共88頁，2024年2月25日，星期天（1）終止密碼子（UAA、UAG、UGA）出現在核糖體A位時，釋放因子（RF）就與之結合，（2）肽基轉移酶變?yōu)樗饷?，使新生的肽鏈與tRNA分離，并從核糖體上脫落下來，（3）mRNA釋出，大小亞基分離（GTP)第74頁,共88頁，2024年2月25日，星期天肽鏈合成的終止第75頁,共88頁，2024年2月25日，星期天PA3’5’AUGfMet234nUGARF第76頁,共88頁，2024年2月25日，星期天PA3’5’AUGMet234nUGA第77頁,共88頁，2024年2月25日，星期天PA3’5’AUGMet234nUGAH2NCOOH第78頁,共88頁，2024年2月25日，星期天PA3’5’AUGUGA第79頁,共88頁，2024年2月25日，星期天肽鏈合成的全過程第80頁,共88頁，2024年2月25日，星期天耗能氨基酸活化1ATP(兩個高能鍵）起始1GTP延長2GTP終止1GTP第81頁,共88頁，2024年2月25日，星期天思考題：合成100個氨基酸需要消耗多少個高能磷酸鍵？1)100個氨基酸活化成AA-tRNA消耗數：100X2=200（ATP----AMP）2）起始的fMet-tRNA進入A位點及起始復合物形成消耗GTP數：1GTP3）99個AA-tRNA進入A位點消耗GTP數：

99X1=99GTP第82頁,共88頁，2024年2月25日，星期天4）肽鍵形成不消耗GTP5）99個氨基酸移位消耗消耗GTP數：

99X1=99GTP6）肽鏈釋放消耗GTP數：1GTP總數：200+1+99+99+1=400第83頁,共88頁，2024年2月25日，星期天第84頁,共88頁，2024年2月25日，星期天考試試卷

一、名詞解釋（每題2分，共20分）1、蛋白質等電點2、電子傳遞鏈3、酶活性中心二、填空題（每空1分，共20分）1、大腸桿菌蛋白質合成過程的起始密碼子為

，對應翻譯的氨基酸為

，肽鏈的延伸過程可以分為

、