《生物化學(xué)》課件

12蛋白質(zhì)的生物合成12.1參與蛋白質(zhì)生物合成的物質(zhì)12.2蛋白質(zhì)生物合成的過(guò)程12.3中心法則

1編輯ppt12蛋白質(zhì)的生物合成1編輯ppt12.1參與蛋白質(zhì)生物合成的物質(zhì)12.1.1翻譯的模板12.1.2肽鏈合成的場(chǎng)所12.1.3tRNA和氨基酰-tRNA2編輯ppt12.1參與蛋白質(zhì)生物合成的物質(zhì)2編輯ppt12.1.1翻譯的模板遺傳密碼：

mRNA中的三個(gè)堿基編碼一個(gè)氨基酸。此三聯(lián)堿基組稱(chēng)為一個(gè)密碼子（codon）。遺傳密碼的主要特征:

1.密碼子無(wú)標(biāo)點(diǎn)符號(hào)2.密碼子的不重疊性3.密碼子的簡(jiǎn)并性4.密碼子使用頻率不同5.密碼子與反密碼子配對(duì)的不嚴(yán)格性6.密碼子的通用性

7.密碼子的防錯(cuò)性3編輯ppt12.1.1翻譯的模板遺傳密碼：mRNA中的三

4編輯ppt

4編輯ppt12.1.2肽鏈合成的場(chǎng)所

核糖體（ribosome）是蛋白質(zhì)合成的主要場(chǎng)所。它含有蛋白質(zhì)合成中所需要的多種酶活性，能按適當(dāng)?shù)奈恢煤头较虬裮RNA分子和帶有氨基酸的tRNA分子結(jié)合在一起最終將mRNA分子的堿基順序翻譯成氨基酸順序。5編輯ppt12.1.2肽鏈合成的場(chǎng)所核糖體（（一）核糖體的化學(xué)組成（1）原核生物核糖體的化學(xué)組成（2）真核生物核糖體的化學(xué)組成6編輯ppt（一）核糖體的化學(xué)組成（1）原核生物核糖體的化學(xué)組成6編輯p（1）原核生物核糖體的化學(xué)組成

種不同的蛋白質(zhì)70S核糖體30S亞基50S16SrRNA23SrRNA5SrRNA3221種不同的蛋白質(zhì)亞基核糖體（大腸桿菌）結(jié)構(gòu)7編輯ppt（1）原核生物核糖體的化學(xué)組成種不同的（2）真核生物核糖體的化學(xué)組成

約50種不同的蛋白質(zhì)80S核糖體亞基40S60S18SrRNA23SrRNA5SrRNA約30種不同的蛋白質(zhì)亞基5.8SrRNA8編輯ppt（2）真核生物核糖體的化學(xué)組成約5（二）核糖體的結(jié)構(gòu)與功能

核糖體的結(jié)構(gòu)至少要滿(mǎn)足如下的部位：（1）容納mRNA的部位（2）結(jié)合氨基酰-tRNA的部位（稱(chēng)A-位點(diǎn)）（3）結(jié)合肽基-tRNA的部位（稱(chēng)P-位點(diǎn)）（4）形成肽鍵的部位（轉(zhuǎn)肽酶中心）9編輯ppt（二）核糖體的結(jié)構(gòu)與功能核糖體的結(jié)構(gòu)至少要滿(mǎn)足如下

3'大腸桿菌70S核糖體5'AA肽酰基位點(diǎn)氨?；稽c(diǎn)反密碼子大亞基小亞基密碼子結(jié)合位點(diǎn)mRNA（P位點(diǎn)）（A位點(diǎn)）10編輯ppt3'大腸桿菌70S核糖體5'AA肽?；稽c(diǎn)氨?；稽c(diǎn)反密碼（三）多核糖體

蛋白質(zhì)合成過(guò)程中一個(gè)mRNA的分子上不止結(jié)合一個(gè)核糖體而是一群核糖體同時(shí)翻譯一個(gè)mRNA分子，這群核糖體稱(chēng)為多核糖體（polysome）。

多個(gè)核糖體同時(shí)翻譯一個(gè)mRNA分子，這顯著提高了mRNA的利用率。一條mRNA的最大利用率可達(dá)每80個(gè)核苷酸結(jié)合一個(gè)核糖體。

11編輯ppt（三）多核糖體11編輯ppt12.1.3tRNA和氨基酰-tRNA解碼系統(tǒng)：

tRNA具有能通過(guò)堿基互補(bǔ)的方式識(shí)別密碼子的特異部位，又有能結(jié)合相應(yīng)氨基酸的特異部位，并把氨基酸攜帶至蛋白質(zhì)合成的部位。

tRNA結(jié)合相應(yīng)氨基酸需一種酶來(lái)催化，這種酶稱(chēng)氨基酰合成酶（aminoacylSynthetase）。12編輯ppt12.1.3tRNA和氨基酰-tRNA解碼系統(tǒng)：

（一）氨基酸與tRNA分子的連接tRNA結(jié)合氨基酸這個(gè)過(guò)程也稱(chēng)為氨基酸的活化。當(dāng)氨基酸結(jié)合于tRNA以后，就稱(chēng)為氨?；膖RNA或氨基酰tRNA。

氨基酰-tRNA合成酶氨基酸+tRNA+ATP→氨基酰-tRNA+AMP+PPi13編輯ppt（一）氨基酸與tRNA分子的連接tRNA結(jié)合氨基酸這個(gè)14編輯ppt14編輯ppt（二）密碼子-反密碼子的相互作用

mRNA上密碼子的每個(gè)堿基與tRNA反密碼環(huán)上的密碼子堿基即互補(bǔ)形成堿基對(duì)：

反密碼子3’-X’-Y’-Z’-5’密碼子5’-X-Y-Z-3’15編輯ppt（二）密碼子-反密碼子的相互作用反密碼子3’-X’-Y’

擺動(dòng)假說(shuō):

1965年F.Crick提出擺動(dòng)假說(shuō)（Wobblehypothesis）

這個(gè)假說(shuō)認(rèn)為密碼子-反密碼子的相互作用，首先要求前兩個(gè)堿基對(duì)是標(biāo)準(zhǔn)型的堿基互補(bǔ)，以保證結(jié)合有最大限度的穩(wěn)定性，第三個(gè)堿基則要求不那么嚴(yán)格，可以允許結(jié)構(gòu)上有小小的波動(dòng)（即擺動(dòng)）,并允許有某些特異的堿基參與。Ala的反密碼子TGC，可以識(shí)別丙氨酸的同義密碼子GCU、GCC、GCA。16編輯ppt擺動(dòng)假說(shuō):16編輯ppt12.2蛋白質(zhì)生物合成的過(guò)程12.2.1翻譯的起始12.2.2肽鏈的延伸12.2.3肽鏈的終止12.2.6肽鏈的折疊、加工與轉(zhuǎn)運(yùn)17編輯ppt12.2蛋白質(zhì)生物合成的過(guò)程12.2.1翻譯的起始1712.2.1翻譯的起始（原核）（一）fMet-tRNAfMet的形成：

氨基酰-tRNA合成酶催化大腸桿菌蛋白質(zhì)合成的第一個(gè)氨基酸都是甲?；募琢虬彼?，即N-甲酰甲硫氨酸（fMet）。Met的甲?；窃贛et-tRNAfMet

合成后，由轉(zhuǎn)甲?；复呋?，但轉(zhuǎn)甲酰酶不會(huì)催化組成肽鏈中的甲硫氨酸甲?；?。起始的tRNAfMet，能特異地識(shí)別起始密碼子AUG。18編輯ppt12.2.1翻譯的起始（原核）（一）fMet-tRN

（二）翻譯起始信號(hào)

mRNA上起始密碼子AUG通常離mRNA5’-末端約20-30個(gè)堿基，在這段前導(dǎo)順序中，具有一段特殊順序AGGAGGU，位于起始AUG之前的固定的位置上，稱(chēng)為S.D序列（Shine-Dalgano順序）。核糖體小亞基30s內(nèi)的16srRNA3’-末端有順序5’-PyACCUCCUUA-3’，Py可以是任何嘧啶核苷酸。于是這段順序即與mRNA前導(dǎo)順序中的S.D序列能夠形成穩(wěn)定的堿基對(duì)。翻譯的方向：沿mRNA的5’→3’方向進(jìn)行。19編輯ppt（二）翻譯起始信號(hào)19編輯ppt（三）起始復(fù)合物的形成

（1）30S起始復(fù)合物的形成

首先在辨認(rèn)mRNA的S.D序列后，核糖體30s亞基和甲酰甲硫氨酰-tRNAfMet（fMet-tRNAfMet）與mRNA結(jié)合，形成30S起始復(fù)合物。

生成此復(fù)合物時(shí)需要GTP和三種蛋白起始因子（initiationfactor，IF）—IF-1，IF-2和IF-3。這3種起始因子都連接于30S上，GTP穩(wěn)定這種結(jié)合。fMet-tRNAfMet結(jié)合在mRNA的AUG

上，最終形成30S起始復(fù)合物。

20編輯ppt（三）起始復(fù)合物的形成

（1）30S起始復(fù)合物的形成

（2）70S起始復(fù)合物的形成

當(dāng)30S起始復(fù)合物形成后，IF-3即釋放。50S亞基參加進(jìn)來(lái)，引起GTP水解釋放能量，IF-1和IF-2也釋放，最后形成70S起始復(fù)合物。形成70S復(fù)合物后即可進(jìn)入蛋白質(zhì)的肽鏈延長(zhǎng)階段。

此時(shí)，fMet-tRNAfMet

占據(jù)的是核糖體的P位點(diǎn)（肽酰位），核糖體的A位點(diǎn)（氨基酰位）還空著，并正對(duì)著mRNA上的下一個(gè)密碼子，為下-個(gè)氨基-tRNA的進(jìn)入作好了準(zhǔn)備。

21編輯ppt

（2）70S起始復(fù)合物的形成21編真核生物翻譯起始的不同點(diǎn)（1）真核生物核糖體較大，是由60s大亞基和40s小亞基組成80s的核糖體。（2）起始的氨基酸是甲硫氨酸。（3）起始時(shí)起始復(fù)合物在mRNA的5’-帽子處或其附近與之結(jié)合，然后沿著mRNA滑動(dòng)，直至遇上第一個(gè)AUG密碼子。（4）真核生物含有的起始因子比原核生物多得多，相互關(guān)系也很復(fù)雜。以elF表示真核的起始因子。22編輯ppt真核生物翻譯起始的不同點(diǎn)（1）真核生物核糖體較大，是由6

（二）肽鏈延長(zhǎng)

蛋白質(zhì)合成的肽鏈延長(zhǎng)階段包括以下三步，這三步反復(fù)循環(huán)完成肽鏈延長(zhǎng)。整個(gè)循環(huán)過(guò)程需要三個(gè)延長(zhǎng)因子（elongationfactorEF）：EF-Tu，EF-Ts和EF-G。

（1）進(jìn)位（2）肽鏈形成（3）移位23編輯ppt

（二）肽鏈延長(zhǎng)23編輯ppt（1）進(jìn)位

進(jìn)位PiGTPGDPGTP-EFTutRNA氨酰-..5'3'mRNAA位點(diǎn)空出新生多肽fMet-tRNA5'3'fMet-tRNA氨酰A位點(diǎn)P位點(diǎn)GTP-EFTu.-EFTs-EFTu.-EFTsGDPEF-Tu.-EFTs-tRNA氨酰24編輯ppt（1）進(jìn)位進(jìn)位PiGTPGDPGTP-EFTutRNA氨酰（2）肽鏈形成

5'3'fMet-tRNA氨酰A位點(diǎn)P位點(diǎn)轉(zhuǎn)肽作用5'3'A位點(diǎn)P位點(diǎn)fMet空載tRNA-tRNA肽酰25編輯ppt（2）肽鏈形成5'3'fMet-tRNA氨酰A位點(diǎn)P位26編輯ppt26編輯ppt（3）移位

5'3'mRNAfMetA位點(diǎn)空出新生多肽5'3'-tRNAA位點(diǎn)P位點(diǎn)肽?？蛰dtRNAG-EFPi+GDP+tRNAGTP移位-tRNA肽酰27編輯ppt（3）移位5'3'mRNAfMetA位點(diǎn)空出新生多肽5真核生物翻譯延長(zhǎng)的不同點(diǎn)真核生物肽鏈延長(zhǎng)的過(guò)程與原核相似。有多種因子參與，eEF表示真核的延長(zhǎng)因子。28編輯ppt真核生物翻譯延長(zhǎng)的不同點(diǎn)真核生物肽鏈延長(zhǎng)的過(guò)程與原核相似。有12.2.3肽鏈的終止當(dāng)70s核糖體A位出現(xiàn)mRNA終止密碼子時(shí)，就沒(méi)有氨基酰-tRNA再進(jìn)入A位點(diǎn)，肽鏈延長(zhǎng)停止。合成的多肽仍然接在占據(jù)P部位的tRNA上。終止過(guò)程是由釋放因子（releasefactor，RF）參與下完成的，使P位上的肽鏈轉(zhuǎn)移至水中，形成游離肽鏈，同時(shí)70s釋放出50s核糖體亞基。此時(shí)，另一個(gè)被稱(chēng)為核糖體釋放因子（ribosomereleasingfactor，RR）的成分參與使30s與mRNA分開(kāi)。脫去肽鏈的tRNA與終止因子也離開(kāi)。分離后的50s、30s又可為合成另一條肽鏈所用。29編輯ppt12.2.3肽鏈的終止當(dāng)70s核糖體A位出現(xiàn)mmRNA上肽鏈合成終止密碼子為：UAA、UAG、UGA。大腸桿菌有參與肽鏈合成的終止反應(yīng)的三個(gè)終止因子RF1、RF2、RF3。RFl用以識(shí)別密碼子UAA、UAG。RF2幫助識(shí)別UAA、UGA。RF3不識(shí)別任何終止密碼子，但能協(xié)助肽鏈釋放。30編輯pptmRNA上肽鏈合成終止密碼子為：UAA、UAG、UGA。30真核生物的翻譯終止不同：

eRF表示真核生物的釋放因子。真核生物僅eRF一個(gè)釋放因子辨認(rèn)終止信號(hào)，它可以識(shí)別3種終止密碼子UAA、UAG、UGA。

31編輯ppt真核生物的翻譯終止不同：31編輯ppt核糖體的跳躍式讀碼在真核和原核生物中，也有一些例外的情況，發(fā)生了翻譯位移（translationalframeshifting）。這種位移通常表現(xiàn)為一個(gè)堿基位移。也有核糖體跳過(guò)一大段mRNA（如50個(gè)堿基）后繼續(xù)翻譯，這一過(guò)程叫做翻譯跳躍（translationaljumping）。它們都發(fā)生在mRNA的特殊位置，這些位置通常會(huì)有特殊的序列和結(jié)構(gòu)。核糖體是怎樣進(jìn)行識(shí)別的尚不太清楚。

32編輯ppt核糖體的跳躍式讀碼在真核和原核生物中，也有一些例外的情況，發(fā)12.2.6肽鏈的折疊、加工與轉(zhuǎn)運(yùn)（一）蛋白質(zhì)的折疊

在體外只要具有完整的一級(jí)結(jié)構(gòu)，即能形成天然的高級(jí)結(jié)構(gòu)。氨基酸的一級(jí)結(jié)構(gòu)序列是決定蛋白質(zhì)空間構(gòu)象的最基本因素。體內(nèi)折疊的環(huán)境比較復(fù)雜，參與的蛋白質(zhì)成分及因子比較多。目前證明，至少有兩類(lèi)蛋白質(zhì)參與體內(nèi)的折疊過(guò)程，統(tǒng)稱(chēng)為助折疊蛋白。33編輯ppt12.2.6肽鏈的折疊、加工與轉(zhuǎn)運(yùn)（一）蛋白質(zhì)的折疊3助折疊蛋白（foldinghelper）

一類(lèi)是酶，如蛋白質(zhì)二硫鍵異構(gòu)酶及肽酰脯酰順?lè)串悩?gòu)酶。前者通過(guò)加速蛋白質(zhì)中形成正確的二硫鍵，后者催化肽脯氨酰之間肽鍵的旋轉(zhuǎn)反應(yīng)，從而加速蛋白質(zhì)的折疊過(guò)程。

另一類(lèi)是分子伴侶（chaperonin）。這是細(xì)胞內(nèi)一類(lèi)能幫助新生肽鏈正確組裝，成熟，自身卻不是終產(chǎn)物分子成分的蛋白質(zhì)，類(lèi)似酶的特征，所以稱(chēng)為分子伴侶。34編輯ppt助折疊蛋白（foldinghelper）34編輯ppt真核和原核生物中的分子伴侶：在真核和原核生物中研究得比較多的分子伴侶有：（a）脅迫-70家族：整個(gè)家庭成員的分子質(zhì)量約為70KD，由兩個(gè)結(jié)構(gòu)域組成。不同來(lái)源的脅迫-70蛋白的N-端的結(jié)構(gòu)域高度保守，具有ATP酶活性。

（b）熱休克蛋白70（heatshockprotein70，Hsp70）：是研究得最多的家庭成員之一?，F(xiàn)在已知，Hsp70除參與蛋白質(zhì)的折疊外，還參與蛋白質(zhì)的組裝（assembly）、跨膜、分泌與降解。35編輯ppt真核和原核生物中的分子伴侶：35編輯ppt（二）蛋白質(zhì)的加工主要有：

（1）N-端修飾（2）氨基酸側(cè)鏈的修飾（3）水解修飾

（4）糖基化修飾36編輯ppt（二）蛋白質(zhì)的加工主要有：36編輯ppt

（1）N-端修飾

新生蛋白質(zhì)的N-末端都帶有一個(gè)甲硫氨酸殘基，原核中還是甲?；?。原核生物多數(shù)情況甲硫氨酸也被氨肽酶除去。如大腸桿菌中約只有30％的蛋白質(zhì)還保留甲硫氨酸。真核生物中甲硫氨酸則全部被切除。37編輯ppt

（1）N-端修飾37編輯ppt（2）氨基酸側(cè)鏈的修飾

氨基酸側(cè)鏈的修飾包括羥化、羧化、甲基化、二硫鍵的形成等。

如膠原蛋白合成后某些脯氨酸和賴(lài)氨酸需要羥化。肽鏈中的半胱氨酸在二硫鍵異構(gòu)酶催化下形成二硫鍵等。

38編輯ppt（2）氨基酸側(cè)鏈的修飾

氨基酸側(cè)（3）水解修飾

許多新合成的酶和蛋白質(zhì)是以酶原或其它無(wú)活性的“前體”形式存在。修飾時(shí)是水解切除多余的肽段，使之折疊成為有活性的酶或蛋白質(zhì)。酶激活即是例子。

39編輯ppt（3）水解修飾

許多