1、 第第 十三十三 章章 蛋白质的生物合成蛋白质的生物合成学习目的与要求：学习目的与要求：1.1.遗传信息遗传信息传递方式传递方式- -中心法则中心法则2. 2. 蛋白质合成中各蛋白质合成中各RNARNA及辅助因子的作用及辅助因子的作用3.3.遗传密码及其性质遗传密码及其性质4.4.蛋白质合成的机制及过程蛋白质合成的机制及过程5.5.蛋白质合成后的折叠与蛋白质合成后的折叠与重点：重点：1.1.中心法则中心法则2.2.核糖体的组成及功能核糖体的组成及功能3 3. .tRNAtRNA的功能及摆动性假说的功能及摆动性假说4.4.遗传密码及其性质遗传密码及其性质5.5.蛋白质合成的机制及过程蛋白质合成的
2、机制及过程难点：难点：1.1.遗传密码的性质遗传密码的性质2 2. .蛋白质合成的过程蛋白质合成的过程第一节、遗传信息的表达方式第一节、遗传信息的表达方式生物的遗传信息从生物的遗传信息从 DNADNA传递给传递给mRNAmRNA的过程称为转录的过程称为转录mRNAmRNA链上的遗传信息合成蛋白质的过程，被称为翻译链上的遗传信息合成蛋白质的过程，被称为翻译遗传信息从遗传信息从 DNADNA到到RNARNA再到蛋白质的过程再到蛋白质的过程称为称为基因表达基因表达19581958年年CrickCrick将生物将生物遗遗传信息的这种传递方式传信息的这种传递方式称称为中心法则。为中心法则。 197219
3、72年年CrickCrick将中心法将中心法则作进一步修改则作进一步修改，补充了，补充了逆转录。逆转录。Reverse Reverse transcriptiontranscriptionReplicationReplication存在形式存在形式: : 核糖体可游离存在，真核中，也核糖体可游离存在，真核中，也可同内质网结合，形成粗糙的内质网。可同内质网结合，形成粗糙的内质网。原核中，与原核中，与mRNAmRNA形成串状形成串状多核糖体多核糖体1.1.核糖体的基本功能核糖体的基本功能核糖体核糖体蛋白质合成蛋白质合成“工厂工厂”基本功能基本功能: : 结合结合mRNAmRNA，在，在mRNAmR
4、NA上选择适当的区上选择适当的区域开始翻译域开始翻译 密码子（密码子（mRNAmRNA）和反密码子（）和反密码子（tRNAtRNA）的正确配对的正确配对肽键的形成肽键的形成二、二、核糖体核糖体原核生原核生物核糖物核糖体组成体组成真核生真核生物核糖物核糖体组成体组成2.2.核糖体的组成及其成分核糖体的组成及其成分1. 1. tRNAtRNA的功能的功能三三. . tRNAtRNA结合携带氨基酸：结合携带氨基酸：一种氨基酸有一种氨基酸有几种几种tRNAtRNA携带，氨基酸结合在携带，氨基酸结合在tRNA3-CCAtRNA3-CCA的位置。的位置。 反密码子：反密码子：每种每种tRNAtRNA的反密
5、码子，的反密码子，决定了所带氨基酸能准确的在决定了所带氨基酸能准确的在mRNAmRNA上对号入座上对号入座 。核糖体的识别位点：核糖体的识别位点：将氨基酸准确将氨基酸准确地带到核糖体上。地带到核糖体上。氨基酰氨基酰- -tRNA tRNA 合成酶合成酶的识别位点：的识别位点：将氨基酸准确地与将氨基酸准确地与tRNAtRNA特异性结合。特异性结合。摆动性假说摆动性假说 反密码子与反密码子与mRNAmRNA的第的第1,21,2个核苷酸配对时，个核苷酸配对时，严格遵从碱基配对原则严格遵从碱基配对原则, ,但反密码子与但反密码子与mRNAmRNA的的第三个核苷酸配对时，不严格遵从碱基配对原第三个核苷酸
6、配对时，不严格遵从碱基配对原则则, ,出现出现U-G,I-U.C.AU-G,I-U.C.A配对现象配对现象, ,表现出一定的表现出一定的灵活性灵活性, ,摆动性摆动性. .四四. . mRNAmRNA携带着携带着DNADNA的遗传信息，是多肽链的的遗传信息，是多肽链的合成模板在原核细胞内，存在时间短，合成模板在原核细胞内，存在时间短，在转录的同时翻译在转录的同时翻译 在真核细胞内，较稳定在真核细胞内，较稳定蛋白质合成时，蛋白质合成时，mRNAmRNA结合于核糖体结合于核糖体小亚基上，大亚小亚基上，大亚 基结合带氨基酸基结合带氨基酸的的tRNAtRNA，tRNAtRNA的反密码子与的反密码子与m
7、RNAmRNA密密码子配对，码子配对，ATPATP供能，合成蛋白质供能，合成蛋白质1. 1. 确立确立2.2.证明证明第二节、遗传密码第二节、遗传密码一一. .密码子的概念密码子的概念mRNAmRNA分子中为一个氨基酸编码进入蛋白质多肽链特定线性分子中为一个氨基酸编码进入蛋白质多肽链特定线性位置的三个核苷酸单位称为密码子（位置的三个核苷酸单位称为密码子（CodenCoden）或）或或或。二二. .密码子的确立及证明密码子的确立及证明核糖体结合试验证明核糖体结合试验证明:1960-1965:1960-1965年，年，NirenbergNirenberg用用polyUpolyU加入加入1414C
8、C标记的标记的2020种种aaaa, ,仅有苯丙氨酸的寡肽仅有苯丙氨酸的寡肽,UUU=,UUU=苯丙氨酸苯丙氨酸, ,用此法破译了用此法破译了全部密码，编出遗传密码表全部密码，编出遗传密码表。遗传密码遗传密码1.1.方向性方向性密码子是不重叠的，每个三联体中的三个核苷酸只编码一个氨基酸，密码子是不重叠的，每个三联体中的三个核苷酸只编码一个氨基酸，核苷酸不重叠使用噬菌体核苷酸不重叠使用噬菌体 x174x174中某些基因之间有重叠现象。中某些基因之间有重叠现象。mRNAmRNA上无不编码的核苷酸上无不编码的核苷酸, ,两个密码子之间没有标点符号。两个密码子之间没有标点符号。4.4.简并性简并性(
9、(degeneracy)degeneracy)三三. . 遗传密码子的特点遗传密码子的特点几种密码子对应于相同一种氨基酸。几种密码子对应于相同一种氨基酸。 这些密码子为同义密码子这些密码子为同义密码子3.3.连续性连续性2.2.不重叠不重叠从从 mRNA5mRNA533方向阅读。方向阅读。5.5.通用性通用性绝大多数密码子对各种生物都适用，某些线粒体中遗传密码有例外绝大多数密码子对各种生物都适用，某些线粒体中遗传密码有例外6.6.起始起始密码与密码与终止终止密码密码起始起始密码密码: :AUG -AUG -真核真核/ /原核原核, ,真核中起始为真核中起始为Met Met 、 原核中起始为原核
10、中起始为fMetfMet, ,翻译中间为翻译中间为Met.Met. GUG - GUG -原核原核 起始为起始为fMetfMet, ,翻译中间为翻译中间为Val.Val.终止终止密码密码: : UAGUAG、UAAUAA、UGAUGA氨基酸氨基酸+ + ATP + tRNAATP + tRNA + H + H2 2O O 氨基酰氨基酰- -tRNA + AMP + PPitRNA + AMP + PPi氨基酰氨基酰- -tRNAtRNA合成酶合成酶 第三节、蛋白质生物合成的机制第三节、蛋白质生物合成的机制合成体系：以合成体系：以mRNAmRNA为模板，为模板，2020种氨基酸经活化获得的氨酰种
11、氨基酸经活化获得的氨酰tRNAtRNA为原料，酶和因子为原料，酶和因子, ,以及无机离子，以及无机离子，ATP ATP 、GTPGTP供能等作用下在供能等作用下在核糖体中完成蛋白质的合成。核糖体中完成蛋白质的合成。合成方向：合成方向：NCNC端。端。 一一. .氨基酸的活化氨基酸的活化tRNAtRNA在氨基酰在氨基酰- -tRNA tRNA 合成酶的帮助下，能够识别相应的氨合成酶的帮助下，能够识别相应的氨基酸，并通过基酸，并通过tRNAtRNA氨基酸臂的氨基酸臂的 3-OH 3-OH 与氨基酸的羧基形成活化与氨基酸的羧基形成活化( (酯酯) )氨基酰氨基酰- -tRNAtRNA。 氨基酰氨基酰
12、- -tRNAtRNA的形成是一个两步反应过程：的形成是一个两步反应过程：第一步是氨基酸与第一步是氨基酸与 ATP ATP 作用作用, , 形成氨基酰腺嘌呤核苷酸；形成氨基酰腺嘌呤核苷酸；第二步是氨基酰基转移到第二步是氨基酰基转移到tRNAtRNA的的3-OH3-OH端上端上, ,形成氨基酰形成氨基酰- -tRNAtRNA。氨基酰氨基酰- -tRNA tRNA 合成酶合成酶氨基酰氨基酰- -tRNA tRNA 合成酶合成酶( (一一).).氨基酸活化过程氨基酸活化过程( (二二).).氨基酸活化机制氨基酸活化机制1.1.每一种氨基酸至少有一种对应的氨基酰每一种氨基酸至少有一种对应的氨基酰-tR
13、NA-tRNA 合成酶。它既催合成酶。它既催化氨基酸与化氨基酸与 ATP ATP 的作用的作用, , 也催化氨基酰基转移到也催化氨基酰基转移到 tRNAtRNA。2.2.氨基酰氨基酰-tRNA-tRNA 合成酶具有高度的专一性。合成酶具有高度的专一性。 每一种氨基酰每一种氨基酰-tRNA-tRNA 合成酶只能识别一种相应的合成酶只能识别一种相应的 tRNAtRNA。 3.tRNA3.tRNA 分子能接受相应的氨基酸分子能接受相应的氨基酸, , 决定于它特有的碱基顺序决定于它特有的碱基顺序, , 而这种碱基顺序能够被氨基酰而这种碱基顺序能够被氨基酰-tRNA-tRNA 合成酶所识别。合成酶所识别
14、。( (三三).).氨基酰氨基酰- -tRNA tRNA 合成酶的特点：合成酶的特点：二二. .原核生物多肽链的合成原核生物多肽链的合成进位进位肽链的形成肽链的形成（二）（二）. . 肽链的延长肽链的延长肽基转移酶肽基转移酶核糖体移位核糖体移位核糖体移动方向核糖体移动方向P位点位点A位点位点 活化每个氨基酸活化每个氨基酸1ATP1ATP肽链的起始要肽链的起始要1GTP1GTP，延长时只需，延长时只需2GTP2GTP，终止释放，终止释放1 1GTPGTP，合成一个，合成一个n n肽所需能量肽所需能量3 3n ATPn ATP，真核生物中，肽链合成的起始需真核生物中，肽链合成的起始需GTPGTP外
15、，外，还需还需ATPATP，则合成，则合成n n肽所需能量肽所需能量3 3n+1n+1( (四）四）. .合成过程是一个耗能过程合成过程是一个耗能过程1. 1. 核糖体为核糖体为80S80S，由，由60S60S的大亚基和的大亚基和40S40S的小亚基组成的小亚基组成2. 2. 起始密码起始密码AUGAUG3. 3. 起始起始tRNAtRNA为为MetMettRNAtRNA4. 4. 起始复合物起始复合物结合在结合在mRNA 5mRNA 5端端AUGAUG上游的帽子结构，真核上游的帽子结构，真核mRNAmRNA无富无富含嘌呤的含嘌呤的SDSD序列（除某些病毒序列（除某些病毒mRNAmRNA外）外
16、） 5. 5. 已发现的真核起始因子有近已发现的真核起始因子有近9 9种（种（eukaryote Initiation eukaryote Initiation factor,eIFfactor,eIF） eIF4A.eIF4E.P220eIF4A.eIF4E.P220复合物称为帽子结构结合蛋白复复合物称为帽子结构结合蛋白复合物（合物（CBPCCBPC）6. 6. 肽链终止因子及释放因子（肽链终止因子及释放因子（RFRF）, ,只有一种只有一种, ,无特异性无特异性. .四四. .多核糖体与核糖体循环多核糖体与核糖体循环 五五. .蛋白质合成的抑制剂蛋白质合成的抑制剂( (三三).).亚胺环己酮（放线菌酮）亚胺环己酮（放线菌酮）折叠与折叠与
