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1、10 蛋白质的生物合成蛋白质的生物合成 10.1 10.1 蛋白质合成体系的重要组分蛋白质合成体系的重要组分10.2 10.2 蛋白质合成过程蛋白质合成过程10.3 10.3 翻译后的加工修饰与到位翻译后的加工修饰与到位翻译蛋白质的合成课件 按中心法则，按中心法则，DNA mRNA PrDNA mRNA Pr， mRNAmRNA是蛋白质合成的模板是蛋白质合成的模板, ,但是但是mRNA mRNA 蛋白质之间遗传信息的传递并不像转录那蛋白质之间遗传信息的传递并不像转录那样简单样简单, ,从从mRNAmRNA上所携带的遗传信息上所携带的遗传信息, ,到多到多肽链上所带的遗传信息的传递肽链上所带的遗
2、传信息的传递, ,好像从一好像从一种语言翻译成另一种语言的情形种语言翻译成另一种语言的情形, ,所以人所以人们称以们称以mRNAmRNA为模板的蛋白质合成过程为翻为模板的蛋白质合成过程为翻译或转译。译或转译。翻译蛋白质的合成课件 翻译在翻译在核糖体上核糖体上进行，核糖体沿着进行，核糖体沿着mRNAmRNA的的5 35 3移动，移动， mRNA mRNA就以同就以同一方向被译读；同时，特定的一方向被译读；同时，特定的AAAA被逐个地被逐个地加到正在生长的肽链的加到正在生长的肽链的末端羧基末端羧基上，使新上，使新生的肽链从生的肽链从N N端端 C C端延伸端延伸。翻译蛋白质的合成课件翻译蛋白质的合
3、成课件10.1 10.1 蛋白质合成体系的重要组分蛋白质合成体系的重要组分10.1.1 mRNA10.1.1 mRNA和遗传密码和遗传密码10.1.1.1 mRNA 10.1.1.1 mRNA r r合成的模板合成的模板mRNAmRNA占总占总RNARNA的，种类多，寿命短，的，种类多，寿命短，更新快，如大肠杆菌更新快，如大肠杆菌mRNAmRNA的平均寿命只有的平均寿命只有.5 - 1.8min.5 - 1.8min。翻译蛋白质的合成课件原核生物与真核生物原核生物与真核生物mRNAmRNA的比较：的比较：翻译蛋白质的合成课件mRNA含有四种不同的碱基，而组成蛋白质的aa有二十种， mRNA是如
4、何决定多肽链中的aa顺序呢试验证明，在mRNA的相邻三个碱基作为一组，起着编码一种aa的作用。翻译蛋白质的合成课件遗传密码：mRNA中的核苷酸序列与蛋白质中aa序列之间的对应关系。密码子（codon）：在mRNA上编码aa的核苷酸三联体。翻译蛋白质的合成课件10.1.1.2 10.1.1.2 遗传密码遗传密码 19611965年，Nirenberg 和Khorana（1968年获诺贝尔奖）仅用四年的时间，通过大量的实验完全确定了编码20种aa 的61组密码子和3组终止密码子，并编出了遗传密码字典。翻译蛋白质的合成课件翻译蛋白质的合成课件翻译蛋白质的合成课件遗传密码的基本性质：1 1、方向性：、
5、方向性： 5 3 5 3 密码子的阅读方向与密码子的阅读方向与mRNAmRNA生物合成时链生物合成时链延伸方向一致，均为延伸方向一致，均为5 35 3。 2 2、简并性、简并性 密密码码的的简简并并性性：一一种种aaaa可可以以被被1 1个个以以上上的密码子编码的性质。的密码子编码的性质。翻译蛋白质的合成课件 e.g. Glue.g. Glu： GAA GAG GAA GAG Asp Asp： GAU GAC GAU GAC 同义密码子同义密码子：指编码同一种：指编码同一种aaaa的密码子。的密码子。 简并性的存在减少了由于碱基的取代造成的简并性的存在减少了由于碱基的取代造成的有害突变，同时不
6、同生物对同义密码子的使用频有害突变，同时不同生物对同义密码子的使用频率可能不同，这可能与生物的进化、分化有关。率可能不同，这可能与生物的进化、分化有关。翻译蛋白质的合成课件 原核生物与真核生物都使用原核生物与真核生物都使用同一套同一套密码密码字典编码字典编码aaaa，到目前为止，到目前为止, ,只发现个别的例外只发现个别的例外, ,如纤毛原生动物使用如纤毛原生动物使用AGAAGA和和AGGAGG作为终止密码作为终止密码子而不是子而不是ArgArg的密码子。线粒体中的遗传密码的密码子。线粒体中的遗传密码有个别的变化。有个别的变化。3 3、通用性和例外、通用性和例外翻译蛋白质的合成课件4 4、密码
7、的连续性（无标点性、无重叠性）、密码的连续性（无标点性、无重叠性） 在在 mRNAmRNA上上，从从起起始始信信号号到到终终止止信信号号，密密码码子子的的排排列列是是连连续续的的，密密码码子子之之间间没没有有任任何何信信号号加加以以隔隔开开。如如果果在在中中间间插插入入一一个个碱碱基基, ,就就会会造造成成这这一一位位点点以以后后的的读读码码发发生生错错误误, ,称称移移码码突变突变。 5 AUGAGGUGGUGGAGGUAA 3翻译蛋白质的合成课件5 5、起始密码子和终止密码子、起始密码子和终止密码子 AUG AUG既是起始密码子，又编码肽链中的既是起始密码子，又编码肽链中的MetMet。
8、少数情况下以少数情况下以GUGGUG为起始密码子。为起始密码子。 终止密码子：终止密码子：UAAUAA、UAGUAG、UGAUGA翻译蛋白质的合成课件6 6、变偶性（密码子的摆动性）、变偶性（密码子的摆动性） 密码子的简并性通常只涉及密码子的简并性通常只涉及第三位第三位（33）碱基，如）碱基，如ValVal：GUGUU U、GUGUC C、GUGUA A、GUGUG G。 密码子的摆动性密码子的摆动性( (变偶性，变偶性，Wobble)Wobble)：密：密码子的码子的专一性专一性主要取决于主要取决于前两位碱基前两位碱基，第三，第三位碱基有较大的灵活性。位碱基有较大的灵活性。翻译蛋白质的合成课
9、件 研究发现一种研究发现一种tRNAtRNA分子分子可以识别可以识别一种以上一种以上的的同同一氨基酸一氨基酸的密码子。的密码子。 反反密密码码子子的的I I 能能与与U U、C C、A A形成氢键配对。形成氢键配对。翻译蛋白质的合成课件e.g. tRNAe.g. tRNAArg Arg 5 5 ICG ICG 3 3 反密码子反密码子 3 GC 3 GCI I GCGCI I GC GCI I 密码子密码子 5 CGA CGU CGC 5 CGA CGU CGC 反密码子的第一个碱基决定反密码子的第一个碱基决定tRNAtRNA识别密识别密码子的数目。码子的数目。 翻译翻译2020种种AAAA的
10、密码子最少需要的密码子最少需要3232种种tRNAtRNA。（ AUG AUG需要二个需要二个tRNAtRNA） 翻译蛋白质的合成课件密码子识别中的变偶性密码子识别中的变偶性 tRNA反密码子反密码子 mRNA密码子密码子 5-碱基碱基 第三位碱基第三位碱基 A U C G G C，U U A，G I U，C，A翻译蛋白质的合成课件10.1.2 tRNA 10.1.2 tRNA 转运转运 aa aa 的工具的工具 tRNAtRNA在蛋白质生物合成中的功能：在蛋白质生物合成中的功能： 1 1、33端接受端接受aaaa 2 2、识别、识别mRNAmRNA链上的密码子链上的密码子（反密码子环上的反（
11、反密码子环上的反密码子识别）密码子识别） 3 3、连接多肽链和核糖体、连接多肽链和核糖体（TCTC环与核糖体识别环与核糖体识别有关）有关） 4 4、识别氨酰、识别氨酰-tRNA-tRNA合成合成E E（ aa aa接受臂、反密码接受臂、反密码子环等参与识别子环等参与识别-paracodon-paracodon）翻译蛋白质的合成课件 tRNA tRNA参与的两种不同的反应参与的两种不同的反应1 1）tRNAtRNA在氨基酸激活中起一定作用在氨基酸激活中起一定作用2 2）tRNAtRNA参与肽键的形成参与肽键的形成翻译蛋白质的合成课件翻译蛋白质的合成课件 同工受体同工受体tRNAtRNA：指运输同
12、一：指运输同一aaaa的不同的不同tRNAtRNA。 Met Met只有一种密码子（只有一种密码子（AUGAUG），却至少需要），却至少需要两种两种tRNAtRNA： 由于密码子的简并性，绝大数由于密码子的简并性，绝大数aaaa需要一种以上需要一种以上的的tRNAtRNA作为转运工具，如作为转运工具，如tRNAtRNACysCys表示转运表示转运CysCys的的tRNAtRNA。翻译蛋白质的合成课件 tRNA tRNAf fMetMet：携带：携带fMetfMet（甲酰蛋氨酸）参与（甲酰蛋氨酸）参与蛋白质合成的起始蛋白质合成的起始 tRNA tRNAm mMetMet：把：把MetMet运到肽
13、链中间运到肽链中间真核生物：真核生物： tRNA tRNAi iMet Met ：携带：携带MetMet参与蛋白质合成的起始参与蛋白质合成的起始 tRNA tRNAMetMet：把：把MetMet运到肽链中间运到肽链中间原核生物：原核生物：翻译蛋白质的合成课件10.1.3 10.1.3 核糖体核糖体- -蛋白质合成的场所蛋白质合成的场所 核糖体是由几十种蛋白质和几种核糖体是由几十种蛋白质和几种rRNArRNA组成的亚组成的亚细胞颗粒，其中细胞颗粒，其中PrPr与与RNARNA的重量比为的重量比为1 1：2 2。 在在PrPr合成过程中，核糖体必须先与合成过程中，核糖体必须先与mRNAmRNA结
14、合，结合，并按并按5 35 3的方向沿的方向沿mRNAmRNA移动，每次移动的移动，每次移动的距离相当于一个距离相当于一个密码子密码子。翻译蛋白质的合成课件 1 1、氨酰基部位氨酰基部位:A:A位位 氨酰氨酰-tRNA-tRNA结合部位结合部位 2 2、肽肽基基部部位位:P:P位位 正正在在延延长长的的多多肽肽基基tRNAtRNA的结合部位的结合部位 这这两两个个位位点点紧紧挨挨在在一一起起，各各占占据据一一个个密密码子码子的空间。的空间。核糖体含有两个结合核糖体含有两个结合tRNAtRNA的部位的部位: :翻译蛋白质的合成课件翻译蛋白质的合成课件10.1.4 10.1.4 翻译主要翻译主要E
15、 E系及辅助因子系及辅助因子 E E系：系： 氨酰氨酰-tRNA-tRNA合成合成E E：aaaa的活化的活化 肽酰基转移肽酰基转移E E：转移肽酰基：转移肽酰基 主要辅助因子：主要辅助因子：翻译蛋白质的合成课件翻译蛋白质的合成课件翻译蛋白质的合成课件10.2 10.2 蛋白质合成过程蛋白质合成过程蛋白质的生物合成大致可分为五个阶段：蛋白质的生物合成大致可分为五个阶段： A A、 aa aa的活化的活化 B B、肽链合成的起始、肽链合成的起始 C C、肽链的延伸、肽链的延伸 D D、肽链合成的终止与释放、肽链合成的终止与释放 E E、翻译后加工、翻译后加工翻译蛋白质的合成课件10.2.1 aa
16、10.2.1 aa的活化的活化 作为作为Pr Pr 的构件分子的构件分子aaaa在掺入多肽链之前在掺入多肽链之前必须先活化，并与相应的必须先活化，并与相应的tRNAtRNA结合成结合成氨酰氨酰- - tRNAtRNA，才能参加合成反应。，才能参加合成反应。 aa aa的活化反应由的活化反应由氨酰氨酰- tRNA- tRNA合成合成E E催化，催化，这种这种E E具有很高的专一性，既能识别具有很高的专一性，既能识别特异的特异的aaaa，又能识别携带该，又能识别携带该aaaa的的特异特异tRNAtRNA。翻译蛋白质的合成课件氨酰氨酰AMPAMP翻译蛋白质的合成课件aa + ATP + 氨酰氨酰-t
17、RNA合成合成E Mg2+ PPi氨基酰氨基酰-AMP E + tRNA氨酰氨酰-tRNA + AMP + E C C A O H OH P P P OCCR NH2氨酰氨酰-tRNA翻译蛋白质的合成课件 1 1、aaaa必必须须由由tRNAtRNA携携带带进进入入核核糖糖体体, ,由由tRNAtRNA识别密码子。识别密码子。 2 2、氨氨酰酰键键储储存存了了能能量量具具有有相相当当高高的的转转移移势势能能, ,用用于于以以后后肽肽键键的的形形成成，不不需需要要另外的能量。另外的能量。aaaa活化的意义活化的意义: :翻译蛋白质的合成课件10.2.2 10.2.2 肽链合成的起始肽链合成的起始
18、 起始密码子：起始密码子：AUGAUG（GUGGUG） 起始起始aaaa：fMetfMet 起始起始tRNAtRNA：tRNAtRNAf f看看得得清清楚楚吗吗？fMetfMet翻译蛋白质的合成课件 在距起始密码子上游有一段富含嘌呤的序列（SD序列），它与16SrRNA3-端的核苷酸序列形成碱基互补，使得核糖体能正确识别起始信号AUG并正确定位。 3OH UCCUCC A5 3OH UCCUCC A5 16S rRNA16S rRNA5 GAUUCCU AGGAGG 5 GAUUCCU AGGAGG UUUGACCUAUG3UUUGACCUAUG3mRNAmRNA10.2.2.1 10.2.2
19、.1 起始密码子的识别起始密码子的识别翻译蛋白质的合成课件10.2.2.2 10.2.2.2 起始复合物的形成起始复合物的形成Met-tRNAffMet + N10- 甲酰甲酰四氢叶酸四氢叶酸 甲酰化甲酰化EfMet-tRNAffMet +四氢叶酸四氢叶酸 CH3SCH2CH2CHNHCH COOH OfMet翻译蛋白质的合成课件氨酰氨酰tRNAtRNA翻译蛋白质的合成课件起始复合物的形成：起始复合物的形成：30SIF3mRNA IF1、GTP、IF2-fMet-tRNAf IF3 50S大亚基大亚基30S IF1IF2 GTPfMet-tRNAf mRNA IF1、IF2 、GDP+Pi70
20、S fMet-tRNAf mRNA 翻译蛋白质的合成课件翻译蛋白质的合成课件翻译蛋白质的合成课件翻译蛋白质的合成课件翻译蛋白质的合成课件翻译蛋白质的合成课件翻译蛋白质的合成课件翻译蛋白质的合成课件移位、脱落移位、脱落翻译蛋白质的合成课件一一一翻译蛋白质的合成课件一一翻译蛋白质的合成课件翻译蛋白质的合成课件1翻译蛋白质的合成课件2翻译蛋白质的合成课件翻译蛋白质的合成课件翻译蛋白质的合成课件水解时需要消耗水解时需要消耗GTPGTP提供能量。提供能量。翻译蛋白质的合成课件翻译蛋白质的合成课件翻译蛋白质的合成课件fi翻译蛋白质的合成课件3. mRNA3. mRNA不同：不同： 原核生物：原核生物：多顺反子多顺反子 真核生物；真核生物；单顺反子单顺反子 5 5 - -帽子，帽子， 3-Poly A 3-Poly A尾巴尾巴翻译蛋白质的合成课件 每每消消耗耗一一分分子子G G最最多多可可以以有有7 78 8个个AAAA掺掺与与到正在合成的肽链中。到正在合成的肽链中。水解多肽链时消耗水解多肽链时消耗GTPGTP n n44翻译蛋白质的合成课件翻译蛋白质的合成课件翻译蛋白质的合成课件翻译蛋白质的合成课件
