蛋白質(zhì)的生物合成專題知識講座

蛋白質(zhì)的生物合成專題知識講座蛋白質(zhì)的生物合成專題知識講座第1頁一、遺傳密碼：1.遺傳密碼：DNA或mRNA中核苷酸序列與蛋白質(zhì)中氨基酸序列對應(yīng)關(guān)系。2.密碼子：由三個相鄰堿基編碼一個氨基酸核苷酸三聯(lián)體。3.遺傳密碼特點(diǎn)：（1）通用性：動植物微生物都可使用蛋白質(zhì)的生物合成專題知識講座第2頁遺傳密碼簡并性和通用性蛋白質(zhì)的生物合成專題知識講座第3頁（2）簡并性：一個氨基酸可有各種密碼子編碼現(xiàn)象。只有Met和Trp沒有。同義密碼：編碼同一個氨基酸密碼子。（3）讀碼連續(xù)性：不重合無間隔。（4）有起始密碼AUG和終止密碼

UAA、UAG、UGA。（5）方向性：密碼子閱讀方向為5`-3`。（6）變偶性（擺動性）：密碼子前兩個堿基相同，決定了其專一性，而第三個堿基能夠發(fā)生改變。蛋白質(zhì)的生物合成專題知識講座第4頁意義：1若突變發(fā)生在第三個堿基上翻譯仍可進(jìn)行。2利于mRNA上密碼子與tRNA上反密碼子配對時，使tRNA上稀有堿基可與反密碼子配對。

IMP可與AMP、UMP、CMP配對。蛋白質(zhì)的生物合成專題知識講座第5頁遺傳密碼連續(xù)性蛋白質(zhì)的生物合成專題知識講座第6頁遺傳密碼擺動配對蛋白質(zhì)的生物合成專題知識講座第7頁

二、參加蛋白質(zhì)生物合成物質(zhì)

生物體內(nèi)各種蛋白質(zhì)都是生物體內(nèi)利用約20種氨基酸為原料自行合成。參加蛋白質(zhì)生物合成各種原因組成了蛋白質(zhì)合成體系，該體系包含：①

mRNA：作為蛋白質(zhì)生物合成模板，決定多肽鏈中氨基酸排列次序；②

tRNA：搬運(yùn)氨基酸工具；③

核糖體（又名核蛋白體）：蛋白體生物合成場所；④

酶及其它蛋白質(zhì)因子；⑤

供能物質(zhì)及無機(jī)離子。

蛋白質(zhì)的生物合成專題知識講座第8頁（一）、mRNA作為指導(dǎo)蛋白質(zhì)生物合成模板。mRNA中每三個相鄰核苷酸組成三聯(lián)體，代表一個氨基酸信息，此三聯(lián)體就稱為密碼子(coden)。共有64種不一樣密碼。蛋白質(zhì)的生物合成專題知識講座第9頁（二）tRNA：在氨基酸t(yī)RNA合成酶催化下，特定tRNA可與對應(yīng)氨基酸結(jié)合，生成氨基酸t(yī)RNA，從而攜帶氨基酸參加蛋白質(zhì)生物合成。tRNA反密碼環(huán)中部三個核苷酸組成三聯(lián)體，能夠識別mRNA上對應(yīng)密碼，此三聯(lián)體就稱為反密碼子(anticoden)。

蛋白質(zhì)的生物合成專題知識講座第10頁反密碼對密碼識別，通常也是依據(jù)堿基互補(bǔ)標(biāo)準(zhǔn)，即A—U，G—C配對。但反密碼第一個核苷酸與第三核苷酸之間配對，并不嚴(yán)格遵照堿基互補(bǔ)標(biāo)準(zhǔn)。如反密碼第一個核苷酸為Ⅰ（次黃嘌呤），則可與A、U或C配對，如為U，則可與A或G配對，這種配對稱為不穩(wěn)定配對。

蛋白質(zhì)的生物合成專題知識講座第11頁能夠識別mRNA中5′端起始密碼AUGtRNA是一個特殊tRNA，稱為起始tRNA。在原核生物中，起始tRNA是一個攜帶甲酰蛋氨酸t(yī)RNA，即tRNAifmet；而在真核生物中，起始tRNA是一個攜帶蛋氨酸t(yī)RNA，即tRNAimet。在原核生物和真核生物中，均存在另一個攜帶蛋氨酸t(yī)RNA，識別非起始部位蛋氨酸密碼，AUG。

蛋白質(zhì)的生物合成專題知識講座第12頁（三）rRNA和核蛋白體原核生物中核糖體大小為70S，可分為30S小亞基和50S大亞基。小亞基由16SrRNA和21種蛋白質(zhì)組成，大亞基由5SrRNA，23SRNA和35種蛋白質(zhì)組成。真核生物中核糖體大小為80S，也分為40S小亞基和60S大亞基。小亞基由18SrRNA和30各種蛋白質(zhì)組成，大亞基則由5SrRNA，28SrRNA和50各種蛋白質(zhì)組成，在哺乳動物中還含有5.8SrRNA。

蛋白質(zhì)的生物合成專題知識講座第13頁核糖體組裝蛋白質(zhì)的生物合成專題知識講座第14頁大腸桿菌核糖體空間結(jié)構(gòu)為一橢圓球體，其30S亞基呈啞鈴狀，50S亞基帶有三角，中間凹陷形成空穴，將30S小亞基抱住，兩亞基結(jié)合面為蛋白質(zhì)生物合成場所。

蛋白質(zhì)的生物合成專題知識講座第15頁核糖體大、小亞基分別有不一樣功效：

1．小亞基：可與mRNA、GTP和起始tRNA結(jié)合。

2．大亞基：（1）含有兩個不一樣tRNA結(jié)合點(diǎn)。

A位（右）——氨?；?，可與新進(jìn)入氨基酰tRNA結(jié)合；P位（左）——肽?；课?，可與延伸中肽?；鵷RNA結(jié)合。（2）含有轉(zhuǎn)肽酶活性：將給位上肽?；D(zhuǎn)移給受位上氨基酰tRNA，形成肽鍵。（3）含有GTPase活性，水解GTP，取得能量。

（4）含有起始因子、延長因子及釋放因子結(jié)合部位。

蛋白質(zhì)的生物合成專題知識講座第16頁在蛋白質(zhì)生物合成過程中，經(jīng)常由若干核糖體結(jié)合在同一mRNA分子上，同時進(jìn)行翻譯，但每兩個相鄰核蛋白之間存在一定間隔，形成念球狀結(jié)構(gòu)。由若干核糖體結(jié)合在一條mRNA上同時進(jìn)行多肽鏈翻譯所形成念球狀結(jié)構(gòu)稱為多核糖體。

蛋白質(zhì)的生物合成專題知識講座第17頁（四）起始因子（IF）：這是一些與多肽鏈合成起始相關(guān)蛋白因子。原核生物中存在3種起始因子，分別稱為IF1-3。在真核生物中存在9種起始因子（eIF）。其作用主要是促進(jìn)核糖體小亞基與起始tRNA及模板mRNA結(jié)合。

蛋白質(zhì)的生物合成專題知識講座第18頁（五）延長因子（EF）原核生物中存在3種延長因子（EFTU，EFTS，EFG），真核生物中存在2種（EF1，EF2）。其作用主要促使氨基酰tRNA進(jìn)入核糖體受體，并可促進(jìn)移位。

蛋白質(zhì)的生物合成專題知識講座第19頁（六）釋放因子（RF）：原核生物中有4種，在真核生物中只有1種。其主要作用是識別終止密碼，幫助多肽鏈釋放。

蛋白質(zhì)的生物合成專題知識講座第20頁（七）氨基酰tRNA合成酶：該酶存在于胞液中，與特異氨基酸活化以及氨基酰tRNA合成相關(guān)。每種氨基酰tRNA合成酶對對應(yīng)氨基酸以及攜帶氨基酸數(shù)種tRNA含有高度特異性，這是確保tRNA能夠攜帶正確氨基酸對號入座必要條件。當(dāng)前認(rèn)為，該酶對tRNA識別，是因為在tRNA氨基酸臂上存在特定識別密碼，即第二套遺傳密碼。

蛋白質(zhì)的生物合成專題知識講座第21頁（八）供能物質(zhì)和無機(jī)離子：多肽鏈合成時，需ATP、GTP作為供能物質(zhì)，并需Mg2+、K+參加。氨基酸活化時需消耗2分子高能磷酸鍵，肽鍵形成時又消耗2分子高能磷酸鍵，故縮合一分子氨基酸殘基需消耗4分子高能磷酸鍵。

蛋白質(zhì)的生物合成專題知識講座第22頁

第二節(jié)蛋白質(zhì)生物合成過程

蛋白質(zhì)生物合成過程包含三大步驟：①氨基酸活化與搬運(yùn)；②活化氨基酸在核蛋白體上縮合；③多肽鏈合成后加工修飾。

蛋白質(zhì)的生物合成專題知識講座第23頁一、氨基酸活化與搬運(yùn)

氨基酸活化以及活化氨基酸與tRNA結(jié)合，均由氨基酰tRNA合成酶催化完成。其反應(yīng)過程為：

蛋白質(zhì)的生物合成專題知識講座第24頁在此反應(yīng)中，特異tRNA3’端CCA上2’或3’位自由羥基與對應(yīng)活化氨基酸以酯鍵相連接，形成氨基酸t(yī)RNA，從而使活化氨基酸能夠被搬運(yùn)至核糖體上參加多肽鏈合成。氨基酸t(yī)RNA合成，可使氨基酸

①活化；②搬運(yùn)；③定位。

蛋白質(zhì)的生物合成專題知識講座第25頁二、活化氨基酸縮合——核糖體循環(huán)

活化氨基酸縮合生成多肽鏈過程在核蛋白體上進(jìn)行。活化氨基酸在核蛋白體上重復(fù)翻譯mRNA上密碼并縮合生成多肽鏈循環(huán)反應(yīng)過程，稱為核糖體循環(huán)。核蛋糖體循環(huán)過程可分為起始、延長和終止三個階段，這三個階段在原核生物和真核生物類似，現(xiàn)以原核生物中過程加以介紹。

蛋白質(zhì)的生物合成專題知識講座第26頁

（一）起始階段：

1．30S起始復(fù)合物形成：在起始因子促進(jìn)下，30S小亞基與mRNA起始部位，起始tRNA（fmet-tRNAfmet），和GTP結(jié)合，形成復(fù)合體。

蛋白質(zhì)的生物合成專題知識講座第27頁原核mRNA起始部位由一段富含嘌呤特殊核苷酸次序組成，稱為SD序列（核糖體結(jié)合位點(diǎn)，RBS），可被核蛋白體小亞基識別結(jié)合2．70S起始前復(fù)合體形成：IF3從30S起始復(fù)合體上脫落，50S大亞基與復(fù)合體結(jié)合，形成70S起始前復(fù)合體。

蛋白質(zhì)的生物合成專題知識講座第28頁

3．70S起始復(fù)合體形成：GTP被水解，IF1和IF2從復(fù)合物上脫落。此時，tRNAfmet反密碼UAC與mRNA上起始密碼AUG互補(bǔ)結(jié)合，tRNAfmet結(jié)合在核蛋白給位（P位）。

蛋白質(zhì)的生物合成專題知識講座第29頁（二）肽鏈延長階段：

1．進(jìn)位：與mRNA下一個密碼相對應(yīng)氨基酰tRNA進(jìn)入核糖體受位。此步驟需GTP，Mg2+，和EF參加。

蛋白質(zhì)的生物合成專題知識講座第30頁

2．成肽：在轉(zhuǎn)肽酶催化下，將給位上tRNA所攜帶甲酰蛋氨?；螂孽；D(zhuǎn)移到受位上氨基酰tRNA上，與其α-氨基縮合形成肽鍵。此步驟需Mg2+，K+。給位上已失去蛋氨酰基或肽?；鵷RNA從核糖體上脫落。

3．移位：核糖體向mRNA3‘-端滑動相當(dāng)于一個密碼距離，同時使肽?；鵷RNA從受體移到給位。此步驟需EF（EFG）、GTP和Mg2+參加。此時，核糖體受位留空，與下一個密碼相對應(yīng)氨基酰tRNA即可再進(jìn)入，重復(fù)以上循環(huán)過程，使多肽鏈不停延長。

蛋白質(zhì)的生物合成專題知識講座第31頁（三）肽鏈終止階段：核糖體沿mRNA鏈滑動，不停使多肽鏈延長，直到終止信號進(jìn)入受位。

1．識別：RF識別終止密碼，進(jìn)入核糖體受位。

2．水解：RF使轉(zhuǎn)肽酶變?yōu)樗饷?，多肽鏈與tRNA之間酯鍵被水解，多肽鏈釋放。

3．解離：經(jīng)過水解GTP，使核糖體與mRNA分離，tRNA、RF脫落，核糖體解離為大、小亞基。

蛋白質(zhì)的生物合成專題知識講座第32頁多肽鏈合成能量消耗

多肽鏈合成是一個消耗能量過程，其能量主要由ATP和GTP提供。若n個氨基酸合成一條多肽鏈：

n個氨基酸分子活化2n個（ATP→AMP+2ADP）

70s起始復(fù)合物形成：1個（GTP→GDP+Pi)(n－1)個氨酰－tRNA進(jìn)入核糖體A位點(diǎn)：n－1個（GTP→GDP+Pi)(n－1)次核糖體移位：(n－1)個

(GTP→GDP+Pi)共（4n－1）個蛋白質(zhì)的生物合成專題知識講座第33頁三、多肽鏈合成后加工修飾

（一）一級結(jié)構(gòu)加工修飾：1．N端甲酰蛋氨酸或蛋氨酸切除：N端甲酰蛋氨酸，必須在多肽鏈折迭成一定空間結(jié)構(gòu)之前被切除。①去甲酰化：甲?；讣柞５鞍彼?肽甲酸+蛋氨酸-肽

②去蛋氨酰基：蛋氨酸氨基肽酶

蛋氨酰-肽

蛋氨酸

+肽

蛋白質(zhì)的生物合成專題知識講座第34頁

2．氨基酸修飾：