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1、十章蛋白质的生物合成Stillwatersrundeep.流静水深流静水深,人静心深人静心深Wherethereislife,thereishope。有生命必有希望。有生命必有希望一、概述l基因的遗传信息在转基因的遗传信息在转录过程中从录过程中从DNADNA转移转移到到mRNAmRNA，再由，再由mRNAmRNA将将这种遗传信息表达为这种遗传信息表达为蛋白质中氨基酸顺序蛋白质中氨基酸顺序的过程叫做翻译。的过程叫做翻译。l合成体系：合成体系：2020种氨基种氨基酸酸,mRNA,mRNA、tRNAtRNA、核、核蛋白体、酶和因子蛋白体、酶和因子, ,以及无机离子、以及无机离子、ATP ATP 、G
2、TP GTP 合成方向：合成方向：NCNC端。端。 二、参与蛋白质合成的三类二、参与蛋白质合成的三类RNARNA及核糖体及核糖体1.rRNA1.rRNA 与蛋白质一起构成核糖体与蛋白质一起构成核糖体蛋白质合成蛋白质合成“工厂工厂” 核糖体结构组成核糖体结构组成 核糖体的基本功能核糖体的基本功能结合结合mRNAmRNA，在，在mRNAmRNA上选择适当的区域开始翻译上选择适当的区域开始翻译密码子（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 存在存在 核核糖糖体体可可游游离离存存在在，真真核核中中，也也可可同同内内质质网网结结合
3、合，形形成成粗粗糙糙的的内内质网。原核中，与质网。原核中，与mRNAmRNA形成串状形成串状多核糖体多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l2. tRNA 结合氨基酸：结合氨基酸：一种氨基酸一种氨基酸有几种有几种tRNAtRNA携带，结合携带，结合需要需要ATPATP供能供能, ,氨基酸结氨基酸结合在合在tRNA3-CCAtRNA3-CCA的位置。的位置。 反密码子：反密码子：每种每种tRNAtRNA的反的反密码子，决定了所带氨密码子，决定了所带氨基酸能准确的在基酸能准确的在mRNAmRNA上上对号入座对号入座 。 反密码子与反密码子与mRNAmRNA
4、的第三个的第三个核苷酸配对时，不严格核苷酸配对时，不严格遵从碱基配对原则遵从碱基配对原则 l3. mRNA 携带着携带着DNADNA的遗传信息，是的遗传信息，是多肽链的合成模板多肽链的合成模板 在在原核原核细胞内，存在时间细胞内，存在时间短，在转录的同时翻译短，在转录的同时翻译 在在真核真核细胞内，较稳定细胞内，较稳定l蛋白质合成时，蛋白质合成时，mRNAmRNA结合结合于核糖体小亚基上，大亚于核糖体小亚基上，大亚 基结合带氨基酸的基结合带氨基酸的tRNAtRNA，tRNAtRNA的反密码子与的反密码子与mRNAmRNA密密码子配对，码子配对，ATPATP供能，合成供能，合成蛋白质。蛋白质。三
5、、遗传密码子l为一个氨基酸编码进入蛋白质多肽链特定线性位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（置的三个核苷酸单位称为密码子（CodenCoden）或三联）或三联体密码。体密码。l密码子的发现密码子的发现 l统计学方法l人工合成仅由一种核苷酸组成的多聚核苷酸，推测由哪一种氨基酸合成的多肽l核糖体结合试验 1965年，Nirenberg用poly u加入C14标记的20种aa,仅有苯丙氨酸的寡肽,UUU=苯丙氨酸,用此法破译了全部密码，编出遗传密码表。遗传密码遗传密码l遗传密码子的特点遗传密码子的特点l无标点、不重叠无标点、不重叠 密码子是不重叠的，每个三联体中的
6、三个核苷酸只编码一个氨基酸，核苷酸不重叠使用噬菌体x174中某些基因之间有重叠现象l简并简并(degeneracy) 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l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l终止信号终止信号 UAG、UAA、UGAl起始信号起始信号 AUG（真核中起始为Met、原核中起始为fMet,翻译中间为Met）和氨酸的密码子(GUG)(极少出现）四、蛋白质生物合成过程l以以mRNAmRNA为模板，氨基酸经活化获得的氨酰为模板，氨基酸经活化获得的氨酰tRNAtRNA为原料，为原料，GTPGTP、ATPATP供能，在核糖体中完成供能，
7、在核糖体中完成。1.1.氨基酸的活化氨基酸的活化ltRNAtRNA在在氨氨基基酰酰-tRNA -tRNA 合合成成酶酶的的帮帮助助下下，能能够够识识别别相相应应的的氨氨基基酸酸，并并通通过过tRNAtRNA氨氨基基酸酸臂臂的的 3-OH 3-OH 与与氨氨基基酸酸的的羧基形成活化酯氨基酰羧基形成活化酯氨基酰-tRNA-tRNA。l氨氨基基酰酰-tRNA-tRNA的的形形成成是是一一个个两两步步反反应应过过程程：第第一一步步是是氨氨基基酸酸与与 ATP ATP 作作用用, , 形形成成氨氨基基酰酰腺腺嘌嘌呤呤核核苷苷酸酸； 第第二二步步是是氨氨基基酰酰基基转转移移到到 tRNA tRNA 的的
8、3-OH 3-OH 端端上上, , 形形成成氨氨基基酰酰-tRNA-tRNA。氨基酸活化图示氨基酸活化图示氨基酸活化的总反应式是：氨基酸活化的总反应式是： 氨基酰氨基酰-tRNA -tRNA 合成酶合成酶l氨基酸氨基酸 + ATP + tRNA + H2O + ATP + tRNA + H2O 氨基酰氨基酰-tRNA + AMP + PPi-tRNA + AMP + PPil每每一一种种氨氨基基酸酸至至少少有有一一种种对对应应的的氨氨基基酰酰-tRNA -tRNA 合合成成酶酶。它它既既催催化化氨氨基基酸酸与与 ATP ATP 的的作作用用, , 也也催催化化氨氨基基酰酰基基转转移移到到 tR
9、NAtRNA。l氨氨基基酰酰-tRNA -tRNA 合合成成酶酶具具有有高高度度的的专专一一性性。 每每一一种种氨氨基基酰酰- -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 tRNA tRNA。 ltRNA tRNA 分分子子能能接接受受相相应应的的氨氨基基酸酸, , 决决定定于于它它特特有有的的碱碱基基顺顺序序, , 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。氨基酸的活化氨基酸的活化2.2.在核糖体上合成肽链在核糖体上合成肽链l氨氨基基酰酰-tRNA-tRNA通通过过反反密密码码臂臂上上的的三三联联体体反
10、反密密码码子子识识别别mRNAmRNA上上相相应应的的遗遗传传密密码码，并并将将所所携携带带的的氨氨基基酸酸按按mRNAmRNA遗遗传传密密码码的的顺顺序序安安置置在在特特定定的的位位置，最后在核糖体中合成肽链。置，最后在核糖体中合成肽链。肽链的合成过程（以原核为例）l l起始l l延伸l l终止与释放肽链合成的起始肽链合成的起始起始密码的识别起始密码的识别首先辨认出首先辨认出mRNAmRNA链上的起链上的起始点（始点（AUGAUG），核糖体小），核糖体小亚基上的亚基上的16S rRNA16S rRNA和和mRNAmRNA的的SDSD序列（位于起始位点序列（位于起始位点上游上游4 41313个
11、核苷酸）结个核苷酸）结合合N N甲酰甲硫氨酸甲酰甲硫氨酸tRNAtRNA的活化形成的活化形成起始复合物的形成起始复合物的形成（图示）（图示）肽链的延长肽链的延长进位进位进位进位 （氨酰（氨酰tRNAtRNA进入进入A A位点）位点）参与因子：延长因子参与因子：延长因子EFTuEFTu（TuTu）、）、EFTsEFTs（TsTs）、）、GTPGTP、氨酰、氨酰tRNAtRNA肽链的形成肽链的形成肽链的形成肽链的形成肽酰基从肽酰基从P P位点转移到位点转移到A A位点，形成新的肽链位点，形成新的肽链移位移位移位移位（translocasetranslocase）在移位因子（移位酶）在移位因子（移位
12、酶）EFEFG G的作用下，核糖体沿的作用下，核糖体沿mRNAmRNA（5-35-3）作相对移动，使原来在）作相对移动，使原来在A A位点的肽位点的肽酰酰tRNAtRNA回到回到P P位点位点核糖体移动方向P位点A位点进位进位核糖体移位核糖体移位肽链的形成肽链的形成延长过程中肽链的生成延长过程中肽链的生成延长过程中肽链的生成延长过程中肽链的生成肽基转移酶肽基转移酶肽肽链链的的延延伸伸过过程程肽链合成的终止与释放肽链合成的终止与释放识别识别识别识别mRNAmRNAmRNAmRNA的终止密码子，水解所的终止密码子，水解所的终止密码子，水解所的终止密码子，水解所合成肽链与合成肽链与合成肽链与合成肽链
13、与tRNAtRNAtRNAtRNA间的酯键，释放间的酯键，释放间的酯键，释放间的酯键，释放肽链肽链肽链肽链R1R1识别识别UAAUAA、UAGUAGR2R2识别识别UAAUAA、UGAUGAR3R3影响肽链的释放速度影响肽链的释放速度RRRR帮助帮助P P位点的位点的tRNAtRNA残基脱落，而残基脱落，而后核糖体脱落后核糖体脱落多核糖体多核糖体l l在细胞内一条在细胞内一条在细胞内一条在细胞内一条mRNAmRNAmRNAmRNA链上结合着多链上结合着多链上结合着多链上结合着多个核糖体，甚至可多到几百个。个核糖体，甚至可多到几百个。个核糖体，甚至可多到几百个。个核糖体，甚至可多到几百个。蛋白质
14、开始合成时，第一个核糖蛋白质开始合成时，第一个核糖蛋白质开始合成时，第一个核糖蛋白质开始合成时，第一个核糖体在体在体在体在mRNAmRNAmRNAmRNA的起始部位结合，引入的起始部位结合，引入的起始部位结合，引入的起始部位结合，引入第一个蛋氨酸，然后核糖体向第一个蛋氨酸，然后核糖体向第一个蛋氨酸，然后核糖体向第一个蛋氨酸，然后核糖体向mRNAmRNAmRNAmRNA的的的的3333端移动一定距离后，第端移动一定距离后，第端移动一定距离后，第端移动一定距离后，第二个核糖体又在二个核糖体又在二个核糖体又在二个核糖体又在mRNAmRNAmRNAmRNA的起始部位的起始部位的起始部位的起始部位结合，
15、现向前移动一定的距离后，结合，现向前移动一定的距离后，结合，现向前移动一定的距离后，结合，现向前移动一定的距离后，在起始部位又结合第三个核糖体，在起始部位又结合第三个核糖体，在起始部位又结合第三个核糖体，在起始部位又结合第三个核糖体，依次下去，直至终止。每个核糖依次下去，直至终止。每个核糖依次下去，直至终止。每个核糖依次下去，直至终止。每个核糖体都独立完成一条多肽链的合成，体都独立完成一条多肽链的合成，体都独立完成一条多肽链的合成，体都独立完成一条多肽链的合成，所以这种多核糖体可以在一条所以这种多核糖体可以在一条所以这种多核糖体可以在一条所以这种多核糖体可以在一条mRNAmRNAmRNAmRN
16、A链上同时合成多条相同的多链上同时合成多条相同的多链上同时合成多条相同的多链上同时合成多条相同的多肽链，这就大大提高了翻译的效肽链，这就大大提高了翻译的效肽链，这就大大提高了翻译的效肽链，这就大大提高了翻译的效率率率率 五、真核细胞蛋白质合成的特点l核糖体为核糖体为80S，由，由60S的大亚基和的大亚基和40S的小亚基组成的小亚基组成l起始密码起始密码AUGl起始起始tRNA为为MettRNAl起始复合物起始复合物结合在结合在mRNA 5端端AUG上游的上游的帽子结构帽子结构，真，真核核mRNA无富含嘌呤的无富含嘌呤的SD序列（除某些病毒序列（除某些病毒mRNA外）外） l已发现的真核起始因子
17、有近已发现的真核起始因子有近9种（种（eukaryote Initiation factor,eIF） eIF4A.eIF4E.P220复合物称为帽子结构结合复合物称为帽子结构结合蛋白复合物（蛋白复合物（CBPC）l肽链终止因子（肽链终止因子（EF1 EF1 ）及释放因子（）及释放因子（RF）线粒体、叶绿体内蛋白质的合成同于原核细胞线粒体、叶绿体内蛋白质的合成同于原核细胞线粒体、叶绿体内蛋白质的合成同于原核细胞线粒体、叶绿体内蛋白质的合成同于原核细胞蛋白质合成过程小结蛋白质合成过程小结l肽链合成方向N C（同位素证明）l以mRNA的5-3方向阅读遗传密码l该合成过程是一个耗能过程 肽链的起始需
18、要5ATP，延长时只需4ATP，合成一个n肽所需能量4n1 ATP，原核生物中，肽链的终止不需GTP，则合成n肽所需能量3n1六、肽链合成后的“加工处理”1. 1.N N端改造端改造 fMetfMet的切除的切除2. 2.信号肽信号肽（能透膜，进行蛋白质的锚定）的切除（能透膜，进行蛋白质的锚定）的切除3. 3.氨基酸的修饰氨基酸的修饰/ /改造改造4.4. 肽链内或肽链间的二硫键的形成、乙酰化、甲基化肽链内或肽链间的二硫键的形成、乙酰化、甲基化肽链内或肽链间的二硫键的形成、乙酰化、甲基化肽链内或肽链间的二硫键的形成、乙酰化、甲基化5.5.5.5. 氨基酸残基的修饰（氨基酸残基的修饰（氨基酸残基
19、的修饰（氨基酸残基的修饰（Pro-OH/Cys-OHPro-OH/Cys-OHPro-OH/Cys-OHPro-OH/Cys-OH）4. 4.糖基化糖基化 （AspAsp、SerSer、ThrThr、AsnAsn）5. 5. 某些多肽要经特殊某些多肽要经特殊的酶切一段肽链的酶切一段肽链后才有生物活性后才有生物活性( (如：如：胰岛素胰岛素) )6. 6. 高级结构的形成高级结构的形成 在分子伴侣的协助下形成正确的结构在分子伴侣的协助下形成正确的结构7. 7.锚定（定位）锚定（定位）七、蛋白质生物合成的调节1.转录水平调节转录水平调节2.转录后水平调节转录后水平调节3.翻译水平调节翻译水平调节4
20、.4.蛋白质合成抑制剂：蛋白质合成抑制剂：5.5.抗生素类阻断剂抗生素类阻断剂a. a. 链霉素、卡那霉素、新霉素等，链霉素、卡那霉素、新霉素等，链霉素、卡那霉素、新霉素等，链霉素、卡那霉素、新霉素等，主要抑制革兰氏阴性细菌蛋白质主要抑制革兰氏阴性细菌蛋白质主要抑制革兰氏阴性细菌蛋白质主要抑制革兰氏阴性细菌蛋白质合成的三个阶段：合成的三个阶段：合成的三个阶段：合成的三个阶段：50S50S50S50S起始复合物的形成，使氨基酰起始复合物的形成，使氨基酰起始复合物的形成，使氨基酰起始复合物的形成，使氨基酰tRNAtRNAtRNAtRNA从复合物中脱落；从复合物中脱落；从复合物中脱落；从复合物中脱落
21、；在肽链延伸阶段，使氨基酰在肽链延伸阶段，使氨基酰在肽链延伸阶段，使氨基酰在肽链延伸阶段，使氨基酰tRNAtRNAtRNAtRNA与与与与mRNAmRNAmRNAmRNA错配；错配；错配；错配；在终止阶段，阻碍终止因了与核在终止阶段，阻碍终止因了与核在终止阶段，阻碍终止因了与核在终止阶段，阻碍终止因了与核蛋白体结合，使已合成的多肽链无法释放，而且还抑制蛋白体结合，使已合成的多肽链无法释放，而且还抑制蛋白体结合，使已合成的多肽链无法释放，而且还抑制蛋白体结合，使已合成的多肽链无法释放，而且还抑制70S70S70S70S核糖体的介离。核糖体的介离。核糖体的介离。核糖体的介离。 l lb.b.b.b
22、.四环素和土霉素四环素和土霉素四环素和土霉素四环素和土霉素 l lc.c.c.c.氯霉素氯霉素氯霉素氯霉素l ld. d.白喉霉素（白喉霉素（白喉霉素（白喉霉素（diphtheria toxindiphtheria toxindiphtheria toxindiphtheria toxin） 由白喉杆菌所产生的白喉霉素是真核细胞蛋白质合成抑制剂。它对由白喉杆菌所产生的白喉霉素是真核细胞蛋白质合成抑制剂。它对真核生物的延长因子真核生物的延长因子-2-2（EF-2EF-2）起共价修饰作用，生成）起共价修饰作用，生成EF-2EF-2腺苷二腺苷二磷酸核糖衍生物，从而使磷酸核糖衍生物，从而使EF-2EF-2失活，它的催化效率很高，只需微量失活，它的催化效率很高，只需微量就能有效地抑制细胞整个蛋白质合成，而导致细胞死亡就能有效地抑制细胞整个蛋白质合成，而导致细胞死亡 le.e.亚胺环己酮（放线菌酮）亚胺环己酮（放线菌酮） 只抑制真核只抑制真核60S60S亚基的肽酰转移酶活性亚基的肽酰转移酶活性 干扰素对病毒蛋白合成的抑制干扰素对病毒蛋白合成的抑制 愿生物化学为你插上翅膀愿生物化学为你插上翅膀愿生物化学为你插上翅膀愿生物化学为你插上翅膀在生命科学世界里展翅翱翔在生命科学世界里展翅翱翔在生命科学世界里展翅翱翔在生命科学世界里展翅翱翔
