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1、第五章第五章蛋白质的生物合成蛋白质的生物合成 中中心心法法则则指指出出，遗遗传传信信息息的的表表达达最最终终是是合合成成出出具具有有特特定定氨氨基基酸酸顺顺序序的的蛋蛋白白质质，这这种种以以mRNA上上所所携携带带的的遗遗传传信信息息,到到多多肽肽链链上上所所携携带带的的遗遗传传信信息息的的传传递递，就就好好象象以以一一种种语语言言翻翻译译成成另另一一种种语语言言时时的的情情形形相相似似，所所以以称称以以mRNA为为模模板板的的蛋蛋白白质质合合成成过过程为程为翻译翻译(translation)。 翻翻译译过过程程十十分分复复杂杂，需需要要mRNA、tRNA、rRNA和和多多种种蛋蛋白白因因子子
2、参参与与。在在此此过过程程中中mRNA为为合合成成的的模模板板，tRNA为为运运输输氨氨基基酸酸工工具具，rRNA和和蛋蛋白白质质构构成成核核糖糖体体，是是合合成成蛋蛋白白质质的的场场所所，蛋蛋白白质质合成的方向为合成的方向为NC端。端。遗遗传传信信息息流流动动示示意意图图核糖体核糖体DNAmRNAtRNA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、二、t RNA三、三、核糖体核糖体第一节第一节蛋白质合成体系蛋白质合成体系一、一、mRNA和和遗传密码遗传密码四、四、辅助因子辅助因子mRNA (messenger RNA)是是蛋白质生物
3、合成过程中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。直接指令氨基酸掺入的模板，是遗传信息的载体。m R N Am R N A原核生物原核生物和和真核生物真核生物mRNA的比较的比较遗遗传传密密码码密码子的性质密码子的性质 遗遗传传密密码码: DNA（或或mRNA）中中的的核核苷苷酸酸序序列列与与蛋蛋白白质质中中氨氨基基酸酸序序列列之之间间的的对对应应关关系系称称为为遗传密码。遗传密码。 密密码码子子(codon)：mRNA上上每每3个个相相邻邻的的核核苷苷酸酸编编码码蛋蛋白白质质多多肽肽链链中中的的一一个个氨氨基基酸酸，这这三三个核苷酸就称为一个密码子或三联体密码。个核苷
4、酸就称为一个密码子或三联体密码。密码子表密码子表遗传密码字典遗传密码字典UACGUCAGUCAG第二位第二位 第一位第一位（5） 第三位第三位（3）UCAGUCAGUCAG密码子的性质密码子的性质3、密码的、密码的简并性与摆动性简并性与摆动性：由一种以上密码子编：由一种以上密码子编码同一个码同一个 氨基酸的现象称为简并，对应于同一氨氨基酸的现象称为简并，对应于同一氨基酸的密码子称为基酸的密码子称为同义密码子同义密码子(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，说明密码子的专一性主要是由第一三个碱基不
5、同，说明密码子的专一性主要是由第一第二个碱基所决定。第二个碱基所决定。4、64组组密密码码子子中中，AUG既既是是甲甲硫硫氨氨酸酸的的密密码码，又又是是起起始始密密码码子子；有有三三组组密密码码不不编编码码任任何何氨氨基基酸酸，而而是是多多肽链合成的肽链合成的终止密码子：终止密码子：UAG、UAA、UGA。 1、密码子是在生物界几乎完全通用的。、密码子是在生物界几乎完全通用的。 2、密码是、密码是无标点符号的且相邻密码子互不重叠无标点符号的且相邻密码子互不重叠。 原核细胞原核细胞mRNAmRNA的结构特点的结构特点53顺反子顺反子顺反子顺反子顺反子顺反子插入顺序插入顺序插入顺序插入顺序先导区先
6、导区末端顺序末端顺序AGGAGGUAGGAGGUSD区区半衰期短半衰期短许多原核生物许多原核生物mRNAmRNA以多顺反子形式存在以多顺反子形式存在AUGAUG作为起始密码；作为起始密码；AUGAUG上游上游 7 71212个核苷酸处有一被称为个核苷酸处有一被称为SDSD序列序列的保守区，的保守区， 16S rRNA316S rRNA3- - 端反向互补而使端反向互补而使mRNAmRNA与核糖体结合。与核糖体结合。真核细胞真核细胞mRNAmRNA的结构特点的结构特点5 “帽子帽子”PolyA 3 顺反子顺反子m7G-5ppp-N-3 p帽子结构功能帽子结构功能使使mRNAmRNA免遭核酸酶的破
7、坏免遭核酸酶的破坏使使mRNAmRNA能与核糖体小亚基结合并开始能与核糖体小亚基结合并开始合成蛋白质合成蛋白质被蛋白质合成的起始因子所识别，从被蛋白质合成的起始因子所识别，从而促进蛋白质的合成。而促进蛋白质的合成。Poly(A)Poly(A)Poly(A)Poly(A)尾巴的功能尾巴的功能尾巴的功能尾巴的功能是是mRNAmRNA由细胞核进入细胞质由细胞核进入细胞质所必需的形式所必需的形式它大大提高了它大大提高了mRNAmRNA在细胞质在细胞质中的稳定性中的稳定性AAAAAAA-OH tRNA （transfer ribonucleic asid）在蛋白质合成中处于关键地位，它不但在蛋白质合成中
8、处于关键地位，它不但为每个三联体密码子译成为每个三联体密码子译成氨基酸氨基酸提供提供接合体接合体，还为准确无误地将所需氨基，还为准确无误地将所需氨基酸运送到核糖体上提供酸运送到核糖体上提供运送载体运送载体。1、tRNA的结构特征的结构特征三叶草型二级结构三叶草型二级结构2、tRNA的功能的功能（1）被特定的氨酰）被特定的氨酰- tRNA合成酶识别，使合成酶识别，使tRNA接受正确的活化氨基酸。接受正确的活化氨基酸。（2）识别识别mRNA链上的密码子。链上的密码子。（3）在蛋白质合成过程中，）在蛋白质合成过程中，tRNA起着连结生长起着连结生长的多肽链与核糖体的作用。的多肽链与核糖体的作用。 t
9、 RNA2004安徽预赛安徽预赛tRNA在发挥其功能时的两个重要部位是在发挥其功能时的两个重要部位是（）反密码子臂和反密码子环反密码子臂和反密码子环氨基酸臂和反密码子环氨基酸臂和反密码子环TC环与可变环环与可变环TC环和反密码子环环和反密码子环B密密码码子子与与反反密密码码子子的的配配对对关关系系反密码子反密码子tRNA5 3 A U C5 mRNA3 密码子密码子1 2 32005安徽预赛安徽预赛80、与、与mRNA上密码子上密码子UGG相配对的相配对的tRNA反密码子为（反密码子为（）A.UGGB.ACCC.GGUD.CCAD核糖体核糖体核核 糖糖 体体核核糖糖体体是由是由rRNA（rib
10、osomal ribonucleic asid）和多种蛋白质结合而成的一种大的和多种蛋白质结合而成的一种大的核糖核核糖核蛋白颗粒蛋白颗粒，蛋白质肽键的合成就是在这种颗粒，蛋白质肽键的合成就是在这种颗粒上进行的。上进行的。2、核糖体的功能核糖体的功能1、核糖体的结构核糖体的结构和和组成组成核核糖糖体体的的组组成成原核生物核原核生物核原核生物核原核生物核糖体的组成糖体的组成糖体的组成糖体的组成原核生物核糖体结构示意图原核生物核糖体结构示意图5S, 5.8S, 28S原核细胞原核细胞70S核糖体的核糖体的A位、位、P位及位及mRNA结合部位示意图结合部位示意图anticodonanticodonan
11、ticodoncodoncodoncodon30S30S与与mRNA结合部位结合部位P P位位位位（结结合或接合或接受肽基受肽基的部位）的部位）A A位位位位（结合结合或接受或接受AA- tRNA的部的部位）位）50S50S5 5 3 3 mRNAmRNA阶段阶段原核原核真核真核功功能能IF1IF2eIF2参与起始复合物的形成参与起始复合物的形成IF3eIF3、eIF4C起始起始CBPI与与mRNA帽子结合帽子结合eIF4ABF参与寻找第一个参与寻找第一个AUGeIF5协助协助eIF2、eIF3、eIF4C的释放的释放eIF6协助协助60S亚基从无活性的核糖体上解离亚基从无活性的核糖体上解离E
12、F-TueEF1 协助氨酰协助氨酰-tRNA进入核糖体进入核糖体延长延长EF-TseEF1帮助帮助EF-Tu、eEF1 周转周转EF-GeEF2移位因子移位因子终止终止RF-1eRF释放完整的肽链释放完整的肽链RF-2真核和原核细胞参与翻译的蛋白质因子真核和原核细胞参与翻译的蛋白质因子第二节第二节蛋白质合成的过程蛋白质合成的过程一、一、氨基酸的活化氨基酸的活化二、二、原核生物多肽链的合成过程原核生物多肽链的合成过程四、四、真核生物多肽链的合成真核生物多肽链的合成三、三、多核糖体与核糖体循环多核糖体与核糖体循环氨氨基基酸酸的的活活化化EEAAEAAtRNAAAEtRNAAAEtRNAAA氨基酸氨
13、基酸ATP +ATP +氨酰腺苷酸氨酰腺苷酸E E- -AMPAMPPPiPPi第一步第一步AMPAMP第二步第二步E E氨氨基基酸酸的的活活化化3-氨酰氨酰-tRNAE E一、一、氨氨基基酸酸的的活活化化氨酰氨酰-tRNA合成酶特点合成酶特点 a a、专一性专一性专一性专一性： 对对氨氨基基酸酸有有极极高高的的专专一一性性，每每种种氨氨基基酸酸都都有有专专一一的的酶酶，只只作作用用于于L-氨氨基基酸酸，不不作作用用于于D-氨基酸。氨基酸。 对对tRNA 具有极高专一性。具有极高专一性。 b b、校对作用校对作用校对作用校对作用：氨酰：氨酰- tRNA合成酶的水解合成酶的水解 部位可以水解错误
14、活化的氨基酸。部位可以水解错误活化的氨基酸。二、原核生物多肽链的合成过程二、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N-甲酰甲硫氨酰甲酰甲硫氨酰-tRNAtMet的形成的形成CHOCHO-HN-CH-COO-HN-CH-COO-tRNAtRNA CH CH2 2 CH CH2 2 S S COO- COO- + +H H2 2N-CH-COO-tRNAN-CH-COO-tRNA CH CH2 2 CH CH2 2 S S COO- COO-Met-tRNAtMetfMe
15、t-tRNAtMetN N1010- -甲酰甲酰甲酰甲酰FHFH4 4FHFH4 4转甲酰酶转甲酰酶肽链合成的起始肽链合成的起始30S亚基亚基 mRNA IF3- IF1复合复合物物30S mRNA GTP- fMet tRNA- IF2- IF1复合物复合物70S起始复合物起始复合物codoncodonanticodonanticodonA A位位位位 mRNA +30S亚基亚基-IF3A A A A位位位位IF-35 5 3 3 IF2GTPP P P P位位位位IF3 IF2 IF1IF2-GTP-fMet-tRNAIF350S50S亚基亚基IF2+ IF1+GDP+PiIF-1IF17
16、0S起始起始复合物复合物P P位位位位肽键的形成肽键的形成肽链的延长1 12 21 12 22 23 32 23 3进位进位进位进位肽键形成肽键形成肽键形成肽键形成移位移位移位移位进位进位进位进位( (TuTuTsTs) )GTPGTPGTPGTPN-N-端端端端2 23 35 5 3 3 C-C-端端端端肽键形成肽键形成肽键形成肽键形成1 15 5 3 3 （EF-GEF-G） 肽链合成的终止及释放（1 1）释释放放因因子子RFRF1 1或或RFRF2 2进入核糖体进入核糖体A A位。位。 （2 2）多肽链的释放）多肽链的释放（3 3）70S70S核糖体解离核糖体解离5 5 3 3 UAGU
17、AG30S30S亚基亚基亚基亚基50S50S亚基亚基亚基亚基5 5 3 3 UAGUAGtRNARFRF多多多核糖体与核糖体循环多核糖体与核糖体循环合成完毕合成完毕的肽链的肽链多核糖体多核糖体3mRNA延伸中的肽链延伸中的肽链5核糖体循环核糖体循环2006安徽预赛安徽预赛34.有关多聚核糖体的叙述，错误的是（有关多聚核糖体的叙述，错误的是（）A.由一个由一个mRNA分子与一定数目的核糖体分子与一定数目的核糖体结合而成结合而成B多聚核糖体的每个核糖体可独立合成一多聚核糖体的每个核糖体可独立合成一条多肤链条多肤链C.多聚核糖体只能合成一条多肽链多聚核糖体只能合成一条多肽链D.多聚核糖体可在一个多聚
18、核糖体可在一个mRNA分子上同时分子上同时合成几条多肽链合成几条多肽链C2003安徽预赛安徽预赛72、一个、一个mRNA的部分顺序和密码编号如下：的部分顺序和密码编号如下：140141142143144145146CACCUAUAACGGUAGAAUAGC若此若此mRNA由于突变在由于突变在141和和142密码子之间插入密码子之间插入1个鸟嘌呤核苷酸，经翻译生成的多肽链的氨基酸为个鸟嘌呤核苷酸，经翻译生成的多肽链的氨基酸为A、141B、143C、145D、146C三、真核生物多肽链的合成三、真核生物多肽链的合成1、真核细胞核糖体比原核细胞核糖体更大更复杂；、真核细胞核糖体比原核细胞核糖体更大更
19、复杂；2、起始氨基酸为、起始氨基酸为Met，不是不是fMet；3、肽肽链链合合成成的的起起始始：由由40S核核糖糖体体亚亚基基首首先先识识别别mRNA的的5端端-帽子，然后沿帽子，然后沿mRNA移动寻找移动寻找AUG；4、起起始始因因子子有有12种种，但但只只有有2种种延延长长因因子子和和1种种终终止止因子；因子；5、真真核核细细胞胞中中线线粒粒体体、叶叶绿绿体体的的核核糖糖体体大大小小、组组成成及蛋白质合成过程都类似于原核细胞。及蛋白质合成过程都类似于原核细胞。 肽肽链链折折叠叠是是指指从从多多肽肽链链的的氨氨基基酸酸序序列列形形成成具具有正确三维空间结构的蛋白质的过程。有正确三维空间结构的
20、蛋白质的过程。 体体内内多多肽肽链链的的折折叠叠目目前前认认为为至至少少有有两两类类蛋蛋白白质质参参与与，称称为为助助折折叠叠蛋蛋白白: （1）酶酶：蛋蛋白白质质二二硫硫键异构酶键异构酶（PDI）； （2）分子伴侣分子伴侣肽肽链链的的折折叠叠 Lasky于于1978年首先提出分子伴侣（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，在不构成被介导的蛋白质组成部分的一类蛋白因子，
21、在原核生物和真核生物中广泛存在。原核生物和真核生物中广泛存在。1、肽链末端的修饰：、肽链末端的修饰： N-端端fMet或或Met的切除的切除2、信号序列的切除、信号序列的切除3、二硫键的形成、二硫键的形成4、部分肽段的切除、部分肽段的切除5、个别氨基酸的修饰、个别氨基酸的修饰6、糖基侧链的添加、糖基侧链的添加7、辅基的加入、辅基的加入蛋白质的加工修饰蛋白质的加工修饰实例：实例：胰岛素原的加工胰岛素原的加工胰岛素原的加工胰岛素原的加工A链区链区B链区链区间插序列（间插序列（C肽区）肽区）HSSHSHSHHSHS信号肽信号肽NC核糖体上合成出无规核糖体上合成出无规则卷曲的则卷曲的前胰岛素原前胰岛素
22、原切除切除C肽后，形成肽后，形成成熟的胰岛素分子成熟的胰岛素分子切除信号肽后切除信号肽后折叠成稳定构折叠成稳定构象的胰岛素原象的胰岛素原SSSSNNCCA链链B链链胰岛素胰岛素CNSSSS胰岛素原胰岛素原SS2005安徽预赛安徽预赛38、细胞中复制、转录和翻译的土要场所依、细胞中复制、转录和翻译的土要场所依次是（次是（）A.细胞核、细胞核、细胞质；细胞核、细胞核、细胞质；B细胞核、细胞质、核糖体；细胞核、细胞质、核糖体；C.细胞核、细胞核、高尔基体；细胞核、细胞核、高尔基体；D细胞核、细胞质、线粒体。细胞核、细胞质、线粒体。B2005全国全国多选：多选：3.mRNA翻译成蛋白质的过程需要有以下哪翻译成蛋白质的过程需要有以下哪些物质的参与？些物质的参与？A.mRNAB.DNAC核糖体核糖体D多种氨基酸多种氨基酸E多种酶多种酶ACDE2007全国全国68下列各项与核酸相关的结构从大到小的下列各项与核酸相关的结构从大到小的正确排列顺序是：正确排列顺序是：A基因、染色体、核苷酸、密码子基因、染色体、核苷酸、密码子B染色体、基因、密码子、核苷酸染色体、基因、密码子、核苷酸C核苷酸、染色体、基因、密码子核苷酸、染色体、基因、密码子D染色体、核苷酸、基因、密码子染色体、核苷酸、基因、密码子B
