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1、第十章 蛋白质的生物合成,蛋白质的生物合成,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。,遗传信息流动示意图,核糖体,DNA,mRNA,tRNA,二、t RNA,蛋白质合成体系的组分,三、核糖体,蛋白质合成体系,一、mRNA和遗传密码,四、辅助因子,mRNA,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。,第一节 遗传密码,遗传密码: DNA（或mRNA）中的核苷酸序列与蛋白质中
2、氨基酸序列之间的对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,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,3、密码的简并性与摆动性：由一种以上密码子编码同一个 氨基酸的现象称为简并，对应于同一氨基酸的密码子称为同义密码子(Synonymous codon)。多数情况下同义密码子的第一、第二个碱基相同，第三个碱基不同，说明密码的专一性主要是由第一、第二个碱基所决定。,1、密码子是近于完全通用的。 2、
3、密码是无标点符号的且相邻密码子互不重叠。,4、64组密码子中，AUG既是甲硫氨酸的密码，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。,核糖体,第二节核 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,原核生物核糖体的组成,多多核糖体与核糖体循环,合成完毕的肽链,核糖体循环,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
4、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 eIF4 A 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-1 终止 eRF 释放完整的肽链 RF-2,t RNA （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
5、译成氨基酸提供接合体，还为准确无误地将所需氨基酸运送到核糖体上提供运送载体。,1、tRNA的结构特征三叶草型二级结构,（1）被特定的氨酰- tRNA合成酶识别，使tRNA接受 正确的活化氨基酸。,（2）识别mRNA链上的密码子。,（3）在蛋白质合成过程中，tRNA起着连结生长的多 肽链与核 糖体的作用。,2、tRNA的功能,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,第四节 蛋白质生物合成的分子机制,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
6、+,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-tRNAfMet的形成,Met-tRNAfMet,fMet-tRNAfMet,N10-甲酰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t RNA 具有极高专一性。,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。,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,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
7、成的起始、肽链的延伸、肽链合成的终止和释放。,一、肽链合成的起始 翻译的起始是指携带有起始甲硫氨酸的tRNA和mRNA结合到核糖体上形成起始复合物的过程。大肠杆菌中翻译的起始过程是： 1、mRNA在核糖体小亚基上就位 mRNA靠S-D序列同16S rRNA的互补及IF-3的固定作用和IF-1 的帮助，首先进入核糖体小亚基，这时候AUG的位置正好对应于大亚基的P位。, fMet- tRNA fMet在核糖体小亚基上就位 在IF-2和GTP帮助下， fMet- tRNA fMet进入小亚基上与起始密码相应的位置 ，整个过程对fMet- tRNA fMet是特异和严格的，其余的氨基酰- tRNA都不
8、能进入到这个位置上。这步还包括IF-1的脱落。 50S大亚基结合到30S小亚基上形成70S起始复合物，同时释放出IF-2、IF-3，GTP水解成GDP和Pi，完成起始过程。,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,在起始复合物中，核糖体的P位被mRNA上AUG及其对应的fMet- tRNA fMet占据，而A位则空着，有待于对应mRNA上第二个密码的相应AA- tRNAAA进入，这时进入肽链的延长阶段。,二、肽链的延长,肽
9、链的延长,进位,肽键形成,移位,进位,(TuTs),肽键形成,3,（EF-G）,二、 肽链的延长 肽链的延长也称为核糖体循环，每循环一次，肽链延长一个氨基酸，如此不断重复，直至肽链合成终止。每次核糖体循环又可分为三个步骤：进位、成肽和移位。 真核生物的肽链延长与此类似，eEF-1中的eEF-1、 eEF-1相当于EF-Tu和EF-Ts， eEF-2相当于EF-G。 进位 即新进入的氨基酰-tRNA根据mRNA上密码的指引，结合到70S核糖体的A位。这一步反应需要GTP和延伸因子EF-Tu和EF-Ts的参与。,TuTs循环, 成肽 即P位上的N-甲酰甲硫氨酸的C=O在肽酰转移酶催化下与A位上的A
10、A-tRNA的NH2发生反应，这样N-甲酰甲硫氨酸在 A位 成为二肽，P位留下一个无负载的tRNA。在成肽反应结束后，这个无负载的tRNA从核糖体上脱落，使P位留空。,肽键的形成, 移位 指在移位酶(又称为延伸因子G，EF-G)催化及GTP存在下，整个核糖体相对于mRNA从5向3方向的移动，移动的长度为一个密码子的距离，这时A位的二肽从A位进入P位。,移位的结果使二肽-tRNA占据了P位，A位留空，并对应mRNA上第三号密码子，为第三号氨基酸按密码的指引进入A位进位作好了准备。 在整个肽链延长过程中，起始的fMet可保留至翻译终止。但翻译后这一氨基酸会很快被切除，所以在新生的肽链里一般并不以甲
11、硫氨酸作为N-末端。 由多肽链的合成过程可以看出：核糖体阅读mRNA密码是从5向3方向进行，肽链合成是从N-末端向C-末端方向进行。,翻译延伸因子,三 肽链合成的终止,肽链合成的终止包括：终止密码的辨认，肽链从完工的肽酰-tRNA上水解释放出来，mRNA从核糖体中脱离及大小亚基的分离等。终止过程需要释放因子RF的参与。 原核生物的RF有三种： RF-1能识别终止密码UAA和UAG； RF-2能识别UAA和UGA； RF-3结合GTP，促进RF-1、RF-2对核糖体的结合。 真核生物的终止过程仅有一个eRF。,肽链终止的具体过程： 当mRNA的终止密码进入A位时，因无AA- tRNA与之对应，所以由RF-1或RF-2识别终止密码，进入A位。RF-3可加强这种作用。 RF的结合，使核糖体的转肽酶活性转而表现为酯酶活性，将P位上的肽链从tRNA上水解下来（肽链C端与tRNA 3OH酯键的水解）。 GTP水解为GDP和Pi，释放的能量使留在核糖体上的 tRNA及各种RF、mRNA脱落下来，最终核糖体也分解为大小两个亚基。,肽链合成的终止及释放,（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,
