王镜岩生物化学讲义 蛋白质的合成

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1、第十五章 蛋白质的合成第一节 原核生物 结构二、 真核生物 结构第二节 遗传密码一、 遗传密码的破译二、 遗传密码的特点第三节 核糖体一、 核糖体的结构与组成二、 核糖体蛋白的结构与功能(一)、 结构与功能(二)、 核糖体蛋白的结构与功能第四节 蛋白质合成的机理一、 氨酰 成酶：氨基酸的活化和氨酰 合成(一)、 活化(二)、 连接二、 蛋白质合成的一般过程(一)、 翻译起始(二)、 延伸(三)、 终止(四)、 翻译后加工三、 原核生物的蛋白质合成(一)、 翻译起始(二)、 延伸1、 新氨酰 位2、 肽键形成（转肽）3、 核糖体移位。(三)、 终止(四)、 原核生物的翻译后加工1、 切除加工2、

2、 糖基化3、 甲基化4、 磷酸化(五)、 原核生物的翻译调控四、 真核生物的蛋白质合成(一)、 翻译起始(二)、 延伸1、 入位2、 肽键形成（转肽）3、 移位(三)、 终止(四)、 真核生物的翻译后加工1、 切除加工2、 糖基化3、 羟基化4、 磷酸化5、 亲脂修饰6、 甲基化7、 二硫键形成(五)、 真核生物的翻译调控1、 细胞质的运输2、 稳定性3、 翻译的负调控4、 起始因子磷酸化。5、 蛋白质合成后的定向转运(一)、 信号肽: 翻译转运同步机制(二)、 翻译后转运机制（、 蛋白质的折叠第十五章 蛋白质的合成2对于终产物为 基因，只要进行转录及转录后的处理，就完成了基因表达的全过程。而

3、对于终产物是蛋白质的基因，还必须将 译成蛋白质。因此，蛋白质是基因表达的最终产物（基因表达的最终产物还包括 其他 ，蛋白质的生物合成过程实质上也是基因表达的一个过程，它包括转录和翻译。从化学的角度讲，蛋白质的合成就是 20 种基酸按照特定地顺序聚合成多肽并按照一定的折叠机制折叠成最终的活性构象状态。那么，我们要问，在生物体内是谁直接决定着蛋白质合成的氨基酸顺序从而最终主宰了它的高级结构和功能的呢？根据中心法则，定的碱基次序 A、T、G、C 就象一串密码（称为遗传密码） ，首先经过转录作用， A、T、G、C 碱基序列严格按照碱基配对原则被复制成 、U、G、C 序列，于是 直接充当了蛋白质合成的模

4、板，A、U、G、C 序列被转变成蛋白质的氨基酸序列，这种转变是一个质的飞跃，称为翻译，就好象把一种语言（碱基序列）翻译成另一种语言（氨基酸序列） 。那么在翻译过程中就有两个关键性地问题：（1）遗传密码（碱基序列）到底是怎样决定氨基酸序列的呢？也就是说什么样的碱基序列决定什么样的氨基酸序列呢？（2）通过什么样的方式或机制实现碱基序列到氨基酸序列的转变？因为氨基酸不能与碱基配对，因此一个碱基序列显然不能象转录一样简单地直接转换成氨基酸序列，而必须通过一种中间分子（又称接头分子）的媒介作用来实现，而且这种接头分子要能同时识别碱基序列和它所决定的氨基酸序列。这种接头就是 子。需要指出的是蛋白质的合成是

5、一个复杂的过程，包括翻译、翻译后加工和定向输送以及正确折叠，而且到现在为止，其中的许多重要方面仍在研究之中。真核生物蛋白质的合成，需要 300 多种生物大分子协同工作：核糖体 结合蛋白、各种酶、各种 工修饰酶等。蛋白质合成的场所：标记各种 入大鼠体内，在不同时间取出肝脏，匀浆，离心分离各种亚细胞器，分析放射性蛋白的分布，证实蛋白质的合成是在核糖体上进行的。首先认识一下 传密码、和核糖体，然后再深入学习蛋白质合成的细节过程。第一节 概念首先是由 提出来的因为当时已经知道编码蛋白质的遗传信息载体是在细胞核中，而蛋白质的合成是在细胞质中，于是就推测，应该有一种中间信使在细胞核中合成后携带上遗传信息进

6、入细胞质中指导蛋白质的合成，后来经过众多科学家的实验，发现了除 外的第三种 起着这种遗传信息传送的功能, 称为信使 半衰期很短,很不稳定,一旦完成其使命后很第十五章 蛋白质的合成3快就被水解掉。原核生物和真核生物 结构差异教大，尤其是在 5端。一、 原核生物 结构（1） 5端 列游 9核苷酸处，有一段可与核糖体 16S 对结合的、富含嘌呤的 3核苷酸的共同序列，一般为 序列称 列。它与核糖体小亚基内 16S 3端一段富含嘧啶的序列 称反 列）互补，形成氢键。使得结合于 30S 亚基上的起始 正确地定位于 起始密码子2） 原核 子，许多是多顺反子。转译时，各个基因都有自己的 列、起始密码子、终止

7、密码子，分别控制其合成的起始与终止，也就是说，每个基因的翻译都是相对独立的。如 个 7000b 的 种与 成有关的酶二、 真核生物 结构（1） 真核生物 均具有 子结构，无 列。帽子结构具有增强翻译效率的作用。若起始 帽子结构间的距离太近（小于 12个核苷酸） ，就不能有效利用这个 从下游适当的 始翻译。当距离在 17体翻译效率与距离成正比。（2） 真核生物 常是单顺反子。真核 有“第一 律” ，即当 5端具有数个 ，其中只有一个 始 有二个特点：（1）游的 常是嘌呤，尤其是 A。（2）紧跟 +4 常常是 G。起始 近序列中，以 频率最高。若是 A，则+4 必须是 G。无此规律的 无起始功能。

8、有关 现及其证实的细节看书 蛋白质的合成4第二节 遗传密码我们已经知道,多肽上氨基酸的排列次序最终是由 核苷酸的排列次序决定的，而直接决定多肽上氨基酸次序的是 的核苷酸的排列次序 ,不论是 是 是由 4 种核苷酸构成，而组成多肽的氨基酸有 20 种,显然,果每 2 个核苷酸编码 1 个氨基酸,那么 4 种核苷酸只有 16 中编码方式，显然不行,如果每 3 个核苷酸编码 1 个氨基酸,则有 64 种编码方式,很理想,如果 4 对 1 则有 256 种,太没必要也太复杂了, 个碱基编码 1 个氨基酸,称为三联体密码或密码子。那么让我们看一下遗传密码是如何破译的。一、 遗传密码的破译在遗传密码的破译

9、中,美国科学家 人做出了重要贡献 ,并于 1968 961 年，人在大肠杆菌的无细胞体系中外加 )模板、20 种标记的氨基酸，经保温后得到了多聚 是推测 码 用同样的方法得到 码 码 码 果利用 C） ，则得到多聚 测 码 码为 C ）有两种读码方式： 1965 年就全部破译了 64 组密码子，见表 、 遗传密码的特点在 64 个密码子中有 61 个编码氨基酸，3 个不编码任何氨基酸而起肽链合成的终止作用，称为终止密码子，它们是 码子 码 称起始密码子。密码子：由三个相邻的核苷酸组成一个密码子，代表肽链合成中的某种氨基酸或合成的起始与终止信号。（1）方向性：从 5到 3（2）连读性编码一个肽链

10、的所有密码子是一个接着一个地线形排列，密码子之间既不重叠也不间隔，从起始密码子到终止密码子构成一个完整的读码框架（不包括终止子） ，又称开放阅读框架（ 。那么如果在阅读框中插入或删除一个碱基就会使其后的读码发生移位性错误（称为移码） 。第十五章 蛋白质的合成5需要指出的是，两个基因之间或两个 间可能会互相部分重叠（共用部分序列） 。（3）简并性几种密码子编码一种氨基酸的现象称为密码子的简并性。如编码 么这 4 种密码子就称为 简并密码。只有 有简并密码。一般情况下密码子的简并性只涉及第三位碱基。 问题：简并性的生物学意义？A、可以降低由于遗传密码突变造成的灾难性后果试想，如果每种氨基酸只有一个

11、密码子，那么剩下的 44 个密码子都了终止子，如果一旦哪个氨基酸的密码子发生了单碱基的点突变，那么极有可能造成肽链合成的过早终止。如码 于简并性的存在，不论第三位的 U 变成什么，都仍然编码 以使 的碱基组成有较达的变化余地，而仍然保持多肽上氨基酸序列不变（意思基本同上） 。（4）摇摆性密码子中第三位碱基与反密码子第一位碱基的配对有时不一定完全遵循 就是说密码子的碱基配对只有第一、二位是严谨的，第三位严谨度低，这种情况称为摇摆性，有人也称摆动配对或不稳定配对。显然，密码子的第三位和反密码子的第一位是摇摆位点。具体说来，反密码子第一位的 G 可以与密码子第三位的 C、U 配对，U 可以与 A、G

12、 配对，另外反密码子中还经常出现罕见的 I，可以和密码子的 U、C、A 配对，这使得该类反密码子的阅读能力更强。见表 问题：细胞内有几种 遗传密码破译后，由于有 61 个密码子编码氨基酸，于是人们预测细胞内有 61 种，但事实上绝大多数细胞内只有 50 种左右，正是在这种情况下提出了摇摆假说并合理解释了这种情况。根据摇摆性和 61 个密码子，经过仔细计算，要翻译 61 个密码子至少需要 31 种 加 1 个起始 需 32 种。但是，在叶绿体和线粒体内，由于基因组很小用到的密码子少，那么，叶绿体内就有 30 种左右 粒体只有 24 种。（5）通用性：密码子在不同物种间几乎是完全通用的。目前只发现

13、线粒体和叶绿体内有列外情况，这也是如火如荼的转基因的前提。但要注意的是不同生物往往偏爱某一种密码子。 第十五章 蛋白质的合成6第三节 核糖体核糖体又称核蛋白体，它是蛋白质合成的场所：标记各种 入大鼠体内，在不同时间取出肝脏，匀浆，离心分离各种亚细胞器，分析放射性蛋白的分布，证实蛋白质的合成是在核糖体上进行的。对于真核细胞来说，核糖体按其在细胞质中的位置分为游离核糖体（合成细胞质蛋白）和内质网核糖体（合成分泌蛋白和细胞器蛋白） 。不论原核细胞还是真核细胞，一条 以被同时几个核糖体阅读，把同时结合并翻译同一条 多个核糖体称为多核糖体。一、 核糖体的结构与组成核糖体是由核糖核酸（称为核糖体核酸, 几十种蛋白质分子（核糖体蛋