1、第十四章 蛋白质的生物合成,中心法则指出，遗传信息的表达最终是合成出具有特定氨基酸顺序的蛋白质，这种以mRNA上所携带的遗传信息,到多肽链上所携带的遗传信息的传递，就好象以一种语言翻译成另一种语言时的情形相似，所以称以mRNA为模板的蛋白质合成过程为翻译(translation)。 翻译过程十分复杂，需要mRNA、tRNA、rRNA和多种蛋白因子参与。在此过程中mRNA为合成的模板，tRNA为运输氨基酸工具，rRNA和蛋白质构成核糖体，是合成蛋白质的场所，蛋白质合成的方向为NC端。,思考,返回,遗传信息传递的 中心法则,生物的遗传信息以密码的形式储存在DNA分子上，表现为特定的核苷酸排列顺序。
2、在细胞分裂的过程中，通过DNA复制把亲代细胞所含的遗传信息忠实地传递给两个子代细胞。在子代细胞的生长发育过程中，这些遗传信息通过转录传递给RNA，再由RNA通过翻译转变成相应的蛋白质多肽链上的氨基酸排列顺序，由蛋白质执行各种各样的生物学功能，使后代表现出与亲代相似的遗传特征。后来人们又发现，在宿主细胞中一些RNA病毒能以自己的RNA为模板复制出新的病毒RNA，还有一些RNA病毒能以其RNA为模板合成DNA，称为逆转录这是中心法则的补充。,中心法则总结了生物体内遗传信息的流动规律，揭示遗传的分子基础，不仅使人们对细胞的生长、发育、遗传、变异等生命现象有了更深刻的认识，而且以这方面的理论和技术为基
3、础发展了基因工程，给人类的生产和生活带来了深刻的革命。,遗传信息流动示意图,核糖体,DNA,mRNA,tRNA,目 录,第一节 蛋白质合成体系,第二节 蛋白质合成的机理,第三节 肽链合成后的折叠与加工,第四节 蛋白质定位,二、t RNA,蛋白质合成体系的组分,三、核糖体,第一节 蛋白质合成体系,一、mRNA和遗传密码,四、辅助因子,mRNA,(messenger RNA)是蛋白质生物合成过程中直接指令氨基酸掺入的模板，是遗传信息的载体。,原核生物和真核生物mRNA的比较,遗 传 密 码,三联体密码的破译,遗传密码的性质,遗传密码: DNA（或mRNA）中的核苷酸序列与蛋白质中氨基酸序列之间的对
4、应关系称为遗传密码。 密码子(codon)：mRNA上每3个相邻的核苷酸编码蛋白质多肽链中的一个氨基酸，这三个核苷酸就称为一个密码子或三联体密码。,遗传密码字典,三联体密码的破译,1954年Gamov确认核酸分子中三个碱基决定一个氨基酸 1961年Crick 等用遗传学方法也证实三联体密码子学说是正确的 Nirenberg以均聚物共聚物为模板指导多肽的合成,寻找到了破译遗传密码的途径 Khorana以共聚物指导多肽的合成，加快了破译遗传密码的步伐,缺失或插入核苷酸引起三联体密码的改变,CAT CAT CAT CAT CAT CAT CAT CAC ATC ATC ATC ATC CAT CAC
5、 AXT CAT CAT CAT CAX TXC ATX CAT CAT CAT,-1,-1,+1,+3,以均聚物为模板指导多肽的合成,Poly U 为模板，产生的多肽链为Poly Phe,Poly A 为模板，产生的多肽链为Poly Lys,Poly C 为模板，产生的多肽链为Poly Pro,以特定的共聚物为模板指导多肽的合成,（1）以多聚二核苷酸作模板可合成由2个氨基酸组成的多肽 ,如以Poly UG 为模板，合成产物为Poly Lys-Val。,（2）以多聚三核苷酸作为模板，可得三种氨 基酸组成的多肽。,核糖体结合技术,技术要点：,保温,硝酸纤维滤膜过滤,分析留在滤膜上的核糖体-AAt
6、RNA,确定与核糖体结合的AA,以人工合成的三核苷酸为模板+核糖体+AA-tRNA,遗传密码字典,U,A,C,G,UCAG,U,C,A,G,第二位,第一位（5）,第三位（3）,UCAG,UCAG,UCAG,遗传密码的性质,1、密码是无标点符号的且相邻密码子互不重叠。 2、密码的简并性：由一种以上密码子编码同一个 氨基酸的现象称为简并性（ dogeneracy），对应于同一氨基酸的密码子称为同义密码子(Synonymous codon)。密码的简并性可以减少有害突变 。 3、密码的摆动性（变偶性）：密码的专一性主要是由第一第二个碱基所决定，tRNA上的反密码子与mRNA密码子配对时，密码子的第一
7、、二位碱基是严格的，第三位碱基可以有一定的变动。Crick称这一为变偶性（wobble）. 4、密码的通用性和变异性 5、 64组密码子中，AUG既是的密码，又是起始密 码；有三组密码不编码任何氨基酸，而是多肽链合成的终止密码子：UAG、UAA、UGA。,反密码子与密码子之间的碱基配对,A U C G,反密码子第一位碱基 密码子第三位碱基,G,U C,U,A G,I,U C A,1966年Crick根据立体化学原理提出：,（2）有些反密码子的第一个碱基（按5-3 ）决定了 该tRNA识别密码子的数目。,（3）当一种氨基酸有几个密码子时，只要他们的第一 和第二个碱基中有一个不同，则需要不同的tR
8、NA 来识别。,（1）mRNA上的密码子的第一、第二个碱基 与tRNA上 的反密码子相应的碱基形成强的配对；密码的专一 性主要是由这两个碱基对的 作用。,人线粒体中变异的密码子,UGA 终止信号 Trp AUA Ile Met AGA Arg 终止信号 AGG Arg 终止信号,密码子 正常情况下编码 线粒体DNA编码,原核细胞mRNA的结构特点,5,3,先导区,AGGAGGU,SD区,特点 半衰期短 许多原核生物mRNA以多顺反子形式存在 AUG作为起始密码；AUG上游712个核苷酸处有一被称为SD序列的保守区， 16S rRNA3- 端反向互补而使mRNA与核糖体结合。,真核细胞mRNA的
9、结构特点,m7G-5ppp-N-3 p,帽子结构功能 使mRNA免遭核酸酶的破坏 使mRNA能与核糖体小亚基结合并开始合成蛋白质 被蛋白质合成的起始因子所识别，从而促进蛋白质的合成。,Poly(A)尾巴的功能 是mRNA由细胞核进入细胞质所必需的形式 它大大提高了mRNA在细胞质中的稳定性,AAAAAAA-OH,tRNA,（transfer ribonucleic asid）在蛋白质合成中处于关键地位，它不但为每个三联体密码子译成氨基酸提供接合体，还为准确无误地将活化的氨基酸运送到核糖体中mRNA模板上。,1、tRNA的结构特征 2、tRNA的功能 （1）tRNA的接头(adaptor)作用
10、3-端上的氨基酸接受位点 识别氨酰- tRNA合成酶的位点 核糖体识别位点 反密码子位点 （2）tRNA的突变与校正基因 (回复突变，reverse mutation),密码子与反密码子的配对关系,反密码子,tRNA,5,3,A U C,5,mRNA,3,密码子,1 2 3,基因间的校正突变,Glu,H2N,COOH,第一个突变：由于DNA突变使mRNA分子中GAG变为UAG,GAG(Glu) UAG（终止密码）,H2N,COOH,核糖体,核 糖 体,是由rRNA（ribosomal ribonucleic asid）和多种蛋白质结合而成的一种大的核糖核蛋白颗粒，蛋白质肽键的合成就是在这种核糖
11、体上进行的。,2、核糖体的功能,1、核糖体的结构和组成,核糖体的组成,原核细胞70S核糖体的A位、P位及mRNA结合部位示意图,真核和原核细胞参与翻译的蛋白质因子,阶段 原核 真核 功 能 IF1 IF2 eIF2 参与起始复合物的形成 IF3 eIF3、eIF4C 起始 CBP I 与mRNA帽子结合 eIF4A B F 参与寻找第一个AUG eIF5 协助eIF2 、 eIF3、eIF4C的释放 eIF6 协助60S亚基从无活性的核糖体上解离 EF-Tu eEF1 协助氨酰-tRNA进入核糖体 延长 EF-Ts eEF1 帮助EF-Tu 、 eEF1周转 EF-G eEF2 移位因子 RF
12、-1 终止 eRF 释放完整的肽链 RF-2,第二节 蛋白质合成的机理,一、氨基酸的活化,二、原核生物多肽链的合成过程,四、真核生物多肽链的合成,三、多核糖体与核糖体循环,氨基酸的活化,E,氨基酸,ATP +,氨酰腺苷酸,E-AMP,PPi,第一步,AMP,第二步,E,氨基酸的活化,3-氨酰-tRNA,N-甲酰甲硫氨酰-tRNAiMet的形成,Met-tRNAiMet,fMet-tRNAtMet,N10-CHO-FH4,FH4,转甲酰酶,氨酰- tRNA合成酶特点,a、专一性： 对氨基酸有极高的专一性，每种氨基酸都有专一的酶，只作用于L-氨基酸，不作用于D-氨基酸。 对tRNA 具有极高专一性
13、。,b、校对作用：氨酰- tRNA合成酶的水解 部位可以水解错误活化的氨基酸。,原核生物多肽链的合成过程,原核生物多肽链的合成分为三个阶段：肽链合成的起始、肽链的延伸、肽链合成的终止和释放。,1、肽链合成的起始,2、肽链的延长,3、肽链合成的终止及释放,肽链合成的起始,30S亚基 mRNA IF3- IF1复合物,30S mRNA GTP- fMet tRNA- IF2- IF1复合物,70S起始复合物,mRNA +30S亚基-IF3,IF-1,70S起始复合物,某些原核生物mRNA中蛋白质合成起始区的序列,肽链的延长,进位,肽键形成,移位,进位,(TuTs),肽键形成,3,（EF-G）,肽链
14、合成的终止及释放,（1）释放因子RF1或RF2进入核糖体A位。 （2）多肽链的释放 （3）70S核糖体解离,RF,肽键的形成,TuTs循环,Ts,Ts-GDP,多多核糖体与核糖体循环,合成完毕的肽链,核糖体循环,真核生物多肽链的合成（自学）,1、真核细胞核糖体比原核细胞核糖体更大更复杂； 2、起始氨基酸为Met，不是fMet； 3、肽链合成的起始：由40S核糖体亚基首 先识别mRNA的5端-帽子，然后沿mRNA移动寻找AUG； 4、起始因子有12种，但只有2种延长因子和1种终止因子； 5、真核细胞种线粒体、叶绿体的核糖体大小、组成及蛋白质合成过程都类似于原核细胞。,肽链折叠是指从多肽链的氨基酸
15、序列形成具有正确三维空间结构的蛋白质的过程。 体内多肽链的折叠目前认为至少有两类蛋白质参与，称为助折叠蛋白: （1）酶：蛋白质二硫键异构酶（PDI）； （2）分子伴侣,肽 链 的 折 叠,Lasky于1978年首先提出分子伴侣（mulecular chaperone）的概念，这是一类在细胞内能帮助新生肽链正确折叠与装配组装成为成熟蛋白质，但其本身并不构成被介导的蛋白质组成部分的一类蛋白因子，在原核生物和真核生物中广泛存在。,1、肽链末端的修饰： N-端fMet或Met的切除 2、信号序列的切除 3、二硫键的形成 4、部分肽段的切除 5、个别氨基酸的修饰 6、糖基侧链的添加 7、辅基的加入,蛋白
16、质的加工修饰,实例：胰岛素原的加工,胰岛素原的加工,切除C肽后，形成成熟的胰岛素分子,切除信号肽后折叠成稳定构象的胰岛素原,多核糖体,第一个编码区,第一个编码区,第二个编码区,第二个编码区,终止起始,终止,起始,mRNA,mRNA,5,5,3,3,第四节 蛋白质定位,1、分泌蛋白 信号肽假说简图 分泌蛋白质的合成和胞吐作用 2、线粒体与叶绿体蛋白 蛋白质向线粒体的定位机制,信号肽假说简图,3,5,SRP循环,mRNA,内质网膜,内质网腔,信号肽酶,信号肽,一些真核细胞多肽链上N-端的信号肽的结构,分泌蛋白质的合成和胞吐作用,内质网,高尔基体,泡,泡,泡融入质膜,核糖体,芽泡,线粒体外膜,线粒体内膜,带有导肽的线粒体蛋白质前体跨膜运送过程示意图,内外膜接触位点的蛋白质通道,线粒体hsp70,受体蛋白,hsp70,导肽,蛋白酶切除导肽,问答题,1、试述遗传中心法则的主要内容。 2、遗传密码如何编码？简述其基本特点。 3、mRNA、tRNA、rRNA在蛋白质生物合成中各具什么作用？ 4、肽链合成后的加工处理主要有哪些方式？ 5、试比较下列生物分子结构单元的激活机制： 蛋白质 脂肪酸 多糖 名词解释 中心法则 遗传密码 密码子 简并性 翻译 冈崎片段 多核糖体,
