蛋白質(zhì)的生物合成項目六可替換圖片蛋白質(zhì)的生物合成知識目標1.掌握：翻譯和密碼子的概念，密碼子的特點，參與蛋白質(zhì)合成的主要物質(zhì)（mRNA、tRNA、核糖體）2.熟悉：氨基酸負載，大腸桿菌蛋白質(zhì)的合成過程3.了解：蛋白質(zhì)的翻譯后修飾，真核生物蛋白質(zhì)的靶向轉(zhuǎn)運能力目標1.運用蛋白質(zhì)生物合成的相關(guān)知識解釋遺傳信息傳遞過程的能力。2.對待學習能成勤于思考，運用正確的學習方法。素質(zhì)目標1.通過學習蛋白質(zhì)的生物合成這一遺傳信息表達的重要步驟，培養(yǎng)學生整體上認識遺傳信息傳遞過程的能力。2.培養(yǎng)學生積極、主動、端正的學習態(tài)度，變被動的接受式學習為主動探究式學習。目

錄蛋白質(zhì)合成體系蛋白質(zhì)生物合成過程蛋白質(zhì)合成后修飾加工MULU蛋白質(zhì)生物合成與醫(yī)學01蛋白質(zhì)合成體系01蛋白質(zhì)合成體系蛋白質(zhì)是生命活動的執(zhí)行者。儲存遺傳信息的DNA并不直接指導蛋白質(zhì)合成，DNA的遺傳信息通過轉(zhuǎn)錄傳遞給mRNA，mRNA直接指導蛋白質(zhì)合成。由核糖體承擔的蛋白質(zhì)合成過程是通過tRNA從mRNA讀取遺傳信息，用氨基酸合成蛋白質(zhì)的過程，是mRNA堿基序列決定蛋白質(zhì)氨基酸序列的過程，是把核酸語言翻譯成蛋白語言的過程，又稱為蛋白翻譯。蛋白質(zhì)合成過程非常復雜，除了消耗大量氨基酸和高能化合物ATP、GTP外，還需要100多種生物大分子的參與，包括mRNA、tRNA、rRNA和一組蛋白因子。參與蛋白質(zhì)生物合成的物質(zhì)包括：20種氨基酸(AA)作為原料酶及眾多蛋白因子，起始因子、延長因子、終止因子如IF、eIFATP、GTP、無機離子

三種RNAmRNA（messengerRNA,信使RNA）rRNA（ribosomalRNA,核蛋白體RNA）tRNA（transferRNA,轉(zhuǎn)移RNA）一、翻譯模板mRNA及遺傳密碼mRNA是遺傳信息的攜帶者遺傳學上將編碼一個多肽的遺傳單位稱為順反子(cistron)。原核細胞中數(shù)個結(jié)構(gòu)基因常串聯(lián)為一個轉(zhuǎn)錄單位，轉(zhuǎn)錄生成的mRNA可編碼幾種功能相關(guān)的蛋白質(zhì)，為多順反子(polycistron)

。真核mRNA只編碼一種蛋白質(zhì)，為單順反子(singlecistron)

。

PPP5

3

蛋白質(zhì)PPPmG-5

3

蛋白質(zhì)原核生物的多順反子真核生物的單順反子非編碼序列核蛋白體結(jié)合位點起始密碼子終止密碼子編碼序列

遺傳密碼密碼子（codon）mRNA分子上從5

至3

方向，由AUG開始，每3個核苷酸為一組，決定肽鏈上某一個氨基酸或蛋白質(zhì)合成的起始、終止信號，稱為三聯(lián)體密碼（tripletcodon）。起始密碼子和終止密碼子起始密碼子(initiationcodon)：AUG終止密碼(terminationcoden):UAAUAGUGA第一個核苷酸第二個核苷酸第三個核苷酸UCAGUUUU苯丙UCU絲UAU酪UGU半胱UUUC苯丙UCC絲UAC酪UGC半胱CUUA亮UCA絲UAA終止密碼UGA終止密碼AUUG亮UCG絲UAG終止密碼UGG色GCCUU亮CCU脯CAU組CGU精UCUC亮CCC脯CAC組CGC精CCUA亮CCA脯CAA谷氨CGA精ACUG亮CCG脯CAG谷氨CGG精GAAUU異亮ACU蘇AAU天冬AGU絲UAUC異亮ACC蘇AAC天冬AGC絲CAUA異亮ACA蘇AAA賴AGA精AAUG甲硫ACG蘇AAG賴AGG精GGGUU纈GCU丙GAU天冬GGU甘UGUC纈GCC丙GAC天冬GGC甘CGUA纈GCA丙GAA谷GGA甘AGUG纈GCG丙GAG谷GGG甘G遺傳密碼的特點1.方向性(directional)翻譯時遺傳密碼的閱讀方向是5

→3

，即讀碼從mRNA的起始密碼子AUG開始，按5

→3

的方向逐一閱讀，直至終止密碼子。NC肽鏈延伸方向5′3′讀碼方向2.連續(xù)性(non-punctuated)編碼蛋白質(zhì)氨基酸序列的各個三聯(lián)體密碼連續(xù)閱讀，密碼子及密碼子的各堿基之間既無間隔也無交叉。

5’…….AUG

GCA

GUA

CAU……UAA3’AlaValHisMet終止密碼基因損傷引起mRNA閱讀框架內(nèi)的堿基發(fā)生插入或缺失，可能導致框移突變(frameshiftmutation)。3.簡并性(degenerate)一種氨基酸可具有2個或2個以上的密碼子為其編碼。這一特性稱為遺傳密碼的簡并性。除色氨酸和甲硫氨酸僅有1個密碼子外，其余氨基酸有2、3、4個或多至6個三聯(lián)體為其編碼。為同一種氨基酸編碼的各密碼子稱為簡并性密碼子，也稱同義密碼子。各種氨基酸的密碼子數(shù)目密碼子簡并性的生物學意義：減少有害突變遺傳密碼的特異性主要取決于前兩位堿基。

GCU

ACU

GCC

ACC

GCA

ACA

GCG

ACGAlaThr4.通用性(universal)蛋白質(zhì)生物合成的整套密碼，從原核生物到人類都通用。有少數(shù)例外，如動物細胞的線粒體、植物細胞的葉綠體。密碼的通用性進一步證明各種生物進化自同一祖先。5.擺動性（wobble）

tRNA上反密碼子的第1位堿基與mRNA密碼子的第3位堿基配對時，可以在一定范圍內(nèi)變動，即并不嚴格遵循堿基配對規(guī)律，這一現(xiàn)象稱為擺動性。tRNA反密碼子第1位堿基IUGACmRNA密碼子第3位堿基U,C,AA,GU,CUG二、氨基酸的搬運工具“tRNA”tRNA的作用運載氨基酸：氨基酸各由其特異的tRNA攜帶，一種氨基酸可有幾種對應的tRNA，氨基酸結(jié)合在tRNA3

-CCA的位置，結(jié)合需要ATP供能；充當“適配器”：每種tRNA的反密碼子決定了所攜帶的氨基酸能準確地在mRNA上對號入座。三、核糖體是肽鏈合成的“裝配機”

rRNA與特定蛋白質(zhì)組成核糖體核糖體又稱核蛋白體，是由rRNA和多種蛋白質(zhì)結(jié)合而成的一種大的核糖核蛋白顆粒，是蛋白質(zhì)生物合成的場所。核糖體的組成核糖體原核生物真核生物S值rRNAS值rRNA小亞基30S16S40S18S大亞基50S23S5S60S28S5.8S5S核糖體70S80S原核生物核糖體結(jié)構(gòu)模式肽基轉(zhuǎn)移酶活性中心位于核糖體大亞基上tRNA結(jié)合位點A位：氨酰位（aminoacylsite），又稱受位。P位：肽酰位（peptidylsite），又稱給位。E位：出口位（exitsite）。重要的酶類四、多種酶與因子參與蛋白質(zhì)生物合成氨基酰-tRNA合成酶：ATP存在下合成氨基酰-tRNA，具有絕對特異性。轉(zhuǎn)肽酶：催化核糖體“P位”上的肽?；D(zhuǎn)移至“A位”的氨基酰-tRNA的氨基上，使?；c氨基縮合形成肽鍵。轉(zhuǎn)位酶：催化核糖體向mRNA的3

端移動定位于“A位”。蛋白質(zhì)因子起始因子（initiationfactor，IF）延長因子（elongationfactor，EF）釋放因子（releasefactor，RF）02蛋白質(zhì)生物合成過程蛋白質(zhì)合成中

mRNA模板的方向：5′→3′；蛋白質(zhì)的合成方向：N端→C端。蛋白質(zhì)生物合成的反應步驟4.肽鏈合成的終止（核糖體）3.肽鏈合成的延長（核糖體）2.合成的起始（核糖體）

1.氨基酸的活化（胞液）蛋白合成步驟

（一）氨基酸的活化與搬運氨基酸與特異的tRNA結(jié)合形成氨基酰-tRNA的過程稱為氨基酸的活化。參與氨基酸的活化的酶：氨基酰-tRNA合成酶?；罨姆磻^程：氨基酰-tRNA合成酶特性

氨基酰-tRNA合成酶對底物氨基酸和tRNA都有高度特異性氨基酰-tRNA的表示方法組氨酰-tRNA：His-tRNAHis精氨酰-tRNA：Arg-tRNAArg賴氨酰-tRNA：

Lys-tRNALys各種氨基酸和對應的tRNA結(jié)合后形成的氨基酰-tRNA表示為：氨基酸的三字母縮寫-tRNA氨基酸的三字母縮寫

例如：真核生物：

Met-tRNAiMet原核生物：

fMet-tRNAifMet起始肽鏈合成的氨基酰-tRNA不同之處（二）肽鏈合成的起始（原核生物翻譯過程）

指mRNA和起始氨基酰-tRNA分別與核糖體結(jié)合而形成翻譯起始復合物。1.核糖體大小亞基分離；2.mRNA在小亞基定位結(jié)合；3.起始氨基酰-tRNA的結(jié)合；4.核糖體大亞基結(jié)合。IF-3IF-11.核糖體大小亞基分離AUG5'3'IF-3IF-12.mRNA在小亞基定位結(jié)合IF-3IF-1IF-2GTPAUG5'3'3.起始氨基酰tRNA與小亞基結(jié)合IF-3IF-1IF-2GTPGDPPiAUG5'3'4.核糖體大亞基結(jié)合IF-3IF-1AUG5'3'IF-2GTPIF-2-GTPGDPPi起始過程消耗1個GTP。核糖體大小亞基分離；起始氨基酰-tRNA結(jié)合；mRNA在核糖體小亞基就位；核糖體大亞基結(jié)合。（真核生物翻譯起始復合物形成）真核生物翻譯起始復合物形成過程真核、原核生物各種起始因子的生物學功能

起始因子生物功能真核生物eIF-2促進起始tRNA與大小亞基結(jié)合eIF-2B,eIF-3最先結(jié)合小亞基促進大小亞基分離eIF-4AeIF-4F復合物成分，有解螺旋酶活性，促進mRNA結(jié)合小亞基eIF-4B結(jié)合mRNA，促進mRNA掃描定位起始AUGeIF-4EeIF-4F復合物成分，結(jié)合mRNA5’帽子eIF-4GeIF-4F復合物成分，結(jié)合eIF-4E和PABeIF-5促進各種起始因子從小亞基解離，進而結(jié)合大亞基eIF-6促進和蛋白體分離成大小亞基原核生物IF-1占據(jù)A位防止結(jié)合其他tRNAEIF-2促進起始tRNA與小亞基結(jié)合EIF-3促進大小亞基分離，提高P位對結(jié)合起始tRNA敏感性

肽鏈延長是在核糖體上連續(xù)發(fā)生的循環(huán)過程，每次循環(huán)增加一個氨基酸，分為以下三步：進位（entrance）成肽（peptidebondformation）轉(zhuǎn)位（translocation）（三）肽鏈合成的延長fMetAUG5'3'fMetTuGTP進位轉(zhuǎn)位成肽（四）肽鏈合成的終止當mRNA上終止密碼出現(xiàn)后，多肽鏈合成停止，肽鏈從肽酰-tRNA中釋出，mRNA、核糖體等分離，這些過程稱為肽鏈合成終止。

終止相關(guān)的蛋白因子稱為釋放因子(releasefactor,RF)原核生物釋放因子：RF-1，RF-2，RF-3真核生物釋放因子：eRF釋放因子的功能識別終止密碼，如RF-1特異識別UAA、UAG；而RF-2可識別UAA、UGA。誘導轉(zhuǎn)肽酶改變?yōu)轷ッ富钚?，使肽鏈從核蛋白體上釋放。原核肽鏈合成終止過程

UAG5'3'RFCOO-03蛋白質(zhì)合成后修飾加工03蛋白質(zhì)合成后修飾加工從核糖體釋放出的新生多肽鏈不具備蛋白質(zhì)生物活性，必需經(jīng)過不同的翻譯后復雜加工過程才轉(zhuǎn)變?yōu)樘烊粯?gòu)象的功能蛋白。加工修飾主要包括新生多肽鏈需經(jīng)多種形式加工才具有生物學活性多肽鏈折疊為天然的三維結(jié)構(gòu)亞基的聚合與輔基的連接蛋白質(zhì)合成后靶向運輸至細胞特定部位（一）新生多肽鏈多種形式的加工

肽鏈末端的修飾部分氨基酸序列的水解修飾個別氨基酸殘基的側(cè)鏈修飾

糖基化羥基化

甲基化

磷酸化

二硫鍵形成（二）多肽鏈折疊為天然構(gòu)象的蛋白質(zhì)新生肽鏈的折疊在肽鏈合成中、合成后完成，新生肽鏈N-端在核糖體上一出現(xiàn)，肽鏈的折疊即開始。一般認為，多肽鏈自身氨基酸順序儲存著蛋白質(zhì)折疊的信息，即一級結(jié)構(gòu)是空間構(gòu)象的基礎(chǔ)。細胞中大多數(shù)天然蛋白質(zhì)折疊都不是自動完成，而需要其他酶和蛋白質(zhì)輔助。幾種有促進蛋白質(zhì)折疊功能的大分子分子伴侶(molecularchaperon)蛋白質(zhì)二硫鍵異構(gòu)酶(proteindisulfideisomerase,PDI)3.肽-脯氨酰順反異構(gòu)酶(peptideprolyl-cis-transisomerase,PPI)分子伴侶分子伴侶是細胞中一類保守蛋白質(zhì)，可識別肽鏈的非天然構(gòu)象，促進各功能域和整體蛋白質(zhì)的正確折疊。（1）熱休克蛋白(heatshockprotein,HSP)HSP70、HSP40和GreE族（2）伴侶素(chaperonins)GroEL和GroES家族（三）亞基的聚合和輔基的連接1.亞基的聚合如血紅蛋白通過非共價鍵將亞基聚合成寡聚體。2．輔基的連接如糖蛋白、脂蛋白、各種酶等，合成后需與輔基連接，才具有活性。3．疏水脂鏈的共價連接如Ras蛋白、G蛋白等需嵌入疏水雙層膜脂，才具有活性。（四）蛋白質(zhì)合成后的靶向輸送蛋白質(zhì)的靶向輸送（proteintargeting）蛋白質(zhì)合成后需要經(jīng)過復雜機制，定向輸送到最終發(fā)揮生物功能的細胞靶部位，這一過程稱為蛋白質(zhì)的靶向輸送。

信號序列(signalsequence)所有靶向輸送的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)中存在分選信號，主要為N末端特異氨基酸序列，可引導蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)移到細胞的適當靶部位，這一序列稱為信號序列。04蛋白質(zhì)生物合成與醫(yī)學04蛋白質(zhì)生物合成與醫(yī)學核酸是生命活動的操控者，蛋白質(zhì)是生命活動的執(zhí)行者。在生命科學研究中發(fā)現(xiàn)，只有約2%的疾病僅與基因序列有關(guān)，98%的疾病與蛋白質(zhì)的表達有關(guān)，僅依靠基因水平的分析有時