1、第十三章 蛋白質(zhì)的生物合成,中心法則指出，遺傳信息的表達(dá)最終是合成出具有特定氨基酸順序的蛋白質(zhì)，這種以mRNA上所攜帶的遺傳信息,到多肽鏈上所攜帶的遺傳信息的傳遞，就好象以一種語(yǔ)言翻譯成另一種語(yǔ)言時(shí)的情形相似，所以稱以mRNA為模板的蛋白質(zhì)合成過(guò)程為翻譯(translation)。 翻譯過(guò)程十分復(fù)雜，需要mRNA、tRNA、rRNA和多種蛋白因子參與。在此過(guò)程中mRNA為合成的模板，tRNA為運(yùn)輸氨基酸工具，rRNA和蛋白質(zhì)構(gòu)成核糖體，是合成蛋白質(zhì)的場(chǎng)所，蛋白質(zhì)合成的方向?yàn)镹C端。,思考,返回,遺傳信息傳遞的 中心法則,生物的遺傳信息以密碼的形式儲(chǔ)存在DNA分子上，表現(xiàn)為特定的核苷酸排列順序。

2、在細(xì)胞分裂的過(guò)程中，通過(guò)DNA復(fù)制把親代細(xì)胞所含的遺傳信息忠實(shí)地傳遞給兩個(gè)子代細(xì)胞。在子代細(xì)胞的生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中，這些遺傳信息通過(guò)轉(zhuǎn)錄傳遞給RNA，再由RNA通過(guò)翻譯轉(zhuǎn)變成相應(yīng)的蛋白質(zhì)多肽鏈上的氨基酸排列順序，由蛋白質(zhì)執(zhí)行各種各樣的生物學(xué)功能，使后代表現(xiàn)出與親代相似的遺傳特征。后來(lái)人們又發(fā)現(xiàn)，在宿主細(xì)胞中一些RNA病毒能以自己的RNA為模板復(fù)制出新的病毒RNA，還有一些RNA病毒能以其RNA為模板合成DNA，稱為逆轉(zhuǎn)錄這是中心法則的補(bǔ)充。,中心法則總結(jié)了生物體內(nèi)遺傳信息的流動(dòng)規(guī)律，揭示遺傳的分子基礎(chǔ)，不僅使人們對(duì)細(xì)胞的生長(zhǎng)、發(fā)育、遺傳、變異等生命現(xiàn)象有了更深刻的認(rèn)識(shí)，而且以這方面的理論和技術(shù)為基

3、礎(chǔ)發(fā)展了基因工程，給人類的生產(chǎn)和生活帶來(lái)了深刻的革命。,遺傳信息流動(dòng)示意圖,核糖體,DNA,mRNA,tRNA,目 錄,第一節(jié) 蛋白質(zhì)合成體系,第二節(jié) 蛋白質(zhì)合成的機(jī)理,第三節(jié) 肽鏈合成后的折疊與加工,第四節(jié) 蛋白質(zhì)定位,二、t RNA,蛋白質(zhì)合成體系的組分,三、核糖體,蛋白質(zhì)合成體系,一、mRNA和遺傳密碼,四、輔助因子,mRNA,(messenger RNA)是蛋白質(zhì)生物合成過(guò)程中直接指令氨基酸摻入的模板，是遺傳信息的載體。,原核生物和真核生物mRNA的比較,遺 傳 密 碼,三聯(lián)體密碼的破譯,遺傳密碼的性質(zhì),遺傳密碼: DNA（或mRNA）中的核苷酸序列與蛋白質(zhì)中氨基酸序列之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系稱

4、為遺傳密碼。 密碼子(codon)：mRNA上每3個(gè)相鄰的核苷酸編碼蛋白質(zhì)多肽鏈中的一個(gè)氨基酸，這三個(gè)核苷酸就稱為一個(gè)密碼子或三聯(lián)體密碼。,遺傳密碼字典,三聯(lián)體密碼的破譯,2、以隨機(jī)共聚合指導(dǎo)多肽的合成,例：以隨機(jī)共聚物A、C為模板，任意排列可 出現(xiàn)8種三體，獲得六種氨基酸組成的多肽。,1、以均聚物為模板指導(dǎo)多肽的合成,3、以特定的共聚物為模板指導(dǎo)多肽的合成,4、核糖體結(jié)合技術(shù),以均聚物為模板指導(dǎo)多肽的合成,PolyU為模板，產(chǎn)生的多肽鏈為Polyphe,PolyA為模板，產(chǎn)生的多肽鏈為Polylys,PolyC為模板，產(chǎn)生的多肽鏈為Polypro,以特定的共聚物為模板指導(dǎo)多肽的合成,（1）以

5、多聚二核苷酸作模板可合成由2個(gè)氨基酸組成的多肽 、PolyUG的模板，合成產(chǎn)物為L(zhǎng)ys和Val。,（2）以多聚三核苷酸作為模板，可得三種氨 基酸組成的多肽。,核糖體結(jié)合技術(shù),技術(shù)要點(diǎn)：,保溫,硝酸纖維濾膜過(guò)濾,分析留在濾膜上的核糖體-AAtRNA,確定與核糖體結(jié)合的AA,以人工合成的三核苷酸為模板+核糖體+AA-tRNA,遺傳密碼字典,U,A,C,G,UCAG,U,C,A,G,第二位,第一位（5）,第三位（3）,UCAG,UCAG,UCAG,遺傳密碼的性質(zhì),1）編碼性：3個(gè)終止密碼，61個(gè)為氨基酸編碼 AUG既是的密碼，又是起始密碼；有三組密碼不編碼任何氨基酸，而是多肽鏈合成的終止密碼子：UA

6、G、UAA、UGA。 2）簡(jiǎn)并性： 同一氨基酸有多個(gè)密碼子，除Trp,Met外 由一種以上密碼子編碼同一個(gè) 氨基酸的現(xiàn)象稱為簡(jiǎn)并，對(duì)應(yīng)于同一氨基酸的密碼子稱為同義密碼子(Synonymous codon)。 3）擺動(dòng)性：第三位堿基變化,多數(shù)情況下同義密碼子的第一第二個(gè)堿基相同，第三個(gè)堿基不同 4）通用性：真核還是原核生物都遵守一套遺傳密碼 5）連續(xù)性：無(wú)逗點(diǎn)，非重疊、連續(xù)閱讀,1966年Crick根據(jù)立體化學(xué)原理提出：,（2）有些反密碼子的第一個(gè)堿基（按5-3）決定了 該tRNA識(shí)別密碼子的數(shù)目。,（3）當(dāng)一種氨基酸有幾個(gè)密碼子時(shí)，只要他們的第一 和第二個(gè)堿基中有一個(gè)不同，則需要不同的tRNA

7、 來(lái)識(shí)別。,（1）mRNA上的密碼子的第一、第二個(gè)堿基 與tRNA上 的反密碼子相應(yīng)的堿基形成強(qiáng)的配對(duì)；密碼的專一 性主要是由這兩個(gè)堿基對(duì)的 作用。,原核細(xì)胞mRNA的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),5,3,先導(dǎo)區(qū),AGGAGGU,SD區(qū),半衰期短 許多原核生物mRNA以多順?lè)醋有问酱嬖?AUG作為起始密碼；AUG上游712個(gè)核苷酸處有一被稱為SD序列的保守區(qū)， 16S rRNA3- 端反向互補(bǔ)而使mRNA與核糖體結(jié)合。,真核細(xì)胞mRNA的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),m7G-5ppp-N-3 p,帽子結(jié)構(gòu)功能 使mRNA免遭核酸酶的破壞 使mRNA能與核糖體小亞基結(jié)合并開(kāi)始合成蛋白質(zhì) 被蛋白質(zhì)合成的起始因子所識(shí)別，從而促進(jìn)蛋白質(zhì)的合

8、成。,Poly(A)尾巴的功能 是mRNA由細(xì)胞核進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)所必需的形式 它大大提高了mRNA在細(xì)胞質(zhì)中的穩(wěn)定性,AAAAAAA-OH,tRNA,（transfer ribonucleic asid）在蛋白質(zhì)合成中處于關(guān)鍵地位，它不但為每個(gè)三聯(lián)體密碼子譯成氨基酸提供接合體，還為準(zhǔn)確無(wú)誤地將所需氨基酸運(yùn)送到核糖體上提供運(yùn)送載體。,1、tRNA的結(jié)構(gòu)特征三葉草型二級(jí)結(jié)構(gòu),2、tRNA的功能,（1）被特定的氨酰- tRNA合成酶識(shí)別，使tRNA接受正確的活化氨基酸。,（2）識(shí)別mRNA鏈上的密碼子。,（3）在蛋白質(zhì)合成過(guò)程中，tRNA起著連結(jié)生長(zhǎng)的多肽鏈與核 糖體的作用。,密碼子與反密碼子的配對(duì)關(guān)系

9、,反密碼子,tRNA,5,3,A U C,5,mRNA,3,密碼子,1 2 3,反密碼子：tRNA分子上的識(shí)別mRNA密碼子三個(gè)核糖核苷酸。,核糖體,核 糖 體,是由rRNA（ribosomal ribonucleic asid）和多種蛋白質(zhì)結(jié)合而成的一種大的核糖核蛋白顆粒，蛋白質(zhì)肽鍵的合成就是在這種核糖體上進(jìn)行的。,2、核糖體的功能,1、核糖體的結(jié)構(gòu)和組成,核糖體的組成,原核生物核糖體的組成,原核細(xì)胞70S核糖體的A位、P位及mRNA結(jié)合部位示意圖,轉(zhuǎn)肽酶活性， 催化肽鍵的形成 (轉(zhuǎn)肽酶中心),核糖體具有哪些結(jié)構(gòu) 特性因而可以成為翻 譯蛋白質(zhì)多肽鏈的 “裝配機(jī)”？,真核和原核細(xì)胞參與翻譯的蛋

10、白質(zhì)因子,階段原核 真核 功 能 IF1 IF2 eIF2 參與起始復(fù)合物的形成 IF3 eIF3、eIF4C 起始CBP I 與mRNA帽子結(jié)合 eIF4A B F 參與尋找第一個(gè)AUG eIF5 協(xié)助eIF2 、 eIF3、eIF4C的釋放 eIF6 協(xié)助60S亞基從無(wú)活性的核糖體上解離 EF-Tu eEF1 協(xié)助氨酰-tRNA進(jìn)入核糖體 延長(zhǎng)EF-Ts eEF1 幫助EF-Tu 、 eEF1周轉(zhuǎn) EF-G eEF2 移位因子 RF-1 終止 eRF 釋放完整的肽鏈 RF-2,第二節(jié) 蛋白質(zhì)合成的機(jī)理,一、氨基酸的活化,二、原核生物多肽鏈的合成過(guò)程,四、真核生物多肽鏈的合成,三、多核糖體與

11、核糖體循環(huán),氨基酸的活化,E,氨基酸,ATP +,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,氨基酸的活化: 把AA裝載到- tRNA 上的過(guò)程.,氨酰- tRNA合成酶,N-甲酰甲硫氨酰-tRNAfMet的形成直接進(jìn)入核糖體的P位,Met-tRNAtMet,fMet-tRNAtMet,N10-甲酰FH4,FH4,轉(zhuǎn)甲酰酶,tRNAfMet負(fù)責(zé)識(shí)別起始密碼的tRNA，只能裝載fMet,氨酰- tRNA合成酶特點(diǎn),a、專一性： 對(duì)氨基酸有極高的專一性，每種氨基酸都有專一的酶，只作用于L-氨基酸，不作用于D-氨基酸。 對(duì)tRNA 具有極高專一性。,

12、b、校對(duì)作用：氨酰- tRNA合成酶的水解 部位可以水解錯(cuò)誤活化的氨基酸。,原核生物多肽鏈的合成過(guò)程,原核生物多肽鏈的合成分為三個(gè)階段：肽鏈合成的起始、肽鏈的延伸、肽鏈合成的終止和釋放。,1.肽鏈合成的起始 大腸桿菌蛋白質(zhì)合成的第一個(gè)AA都是甲酰甲硫氨fMet。真核生物合成的第一個(gè)AA都是甲硫氨 mRNA與甲酰甲硫氨酰tRNAfMet 共同構(gòu)成70S起始復(fù)合體。,2、肽鏈的延長(zhǎng)：進(jìn)位 肽鍵形成 移位 大腸桿菌多肽鏈生物合成進(jìn)位和延長(zhǎng)階段提供能量的是GTP,3、肽鏈合成的終止及釋放,肽鏈合成的起始,30S亞基 mRNA IF3- IF1復(fù)合物,30S mRNA GTP- fMet tRNA- I

13、F2- IF1復(fù)合物,70S起始復(fù)合物,mRNA +30S亞基-IF3,IF-1,70S起始復(fù)合物,肽鏈的延長(zhǎng),N-甲酰甲硫氨酰- tRNAfMet的形成直接進(jìn)入核糖體的P位 進(jìn)位:氨基酰tRNA進(jìn)入A位 ，消化能量，能量來(lái)自GTP 肽鍵形成:在轉(zhuǎn)肽酶的催化下，將P位上tRNA所攜的甲酰甲硫氨酰轉(zhuǎn)移給A位上新進(jìn)入的氨基酰tRNA， 形成二肽酰tRNA. 移位 :空載的tRNA從核糖體的P位脫落,二肽酰tRNA由A位移至P位 , mRN移動(dòng)3個(gè)核苷酸. 在肽鏈延長(zhǎng)階段中，每生成一個(gè)肽鍵，都需要直接從2分子GTP（移位時(shí)與進(jìn)位時(shí)各1）獲得能量，即消耗2個(gè)高能磷酸鍵化合物,肽鍵的形成,肽鏈的延長(zhǎng),進(jìn)

14、位,肽鍵形成,移位,進(jìn)位,(TuTs),肽鍵形成,3,（EF-G）,在肽鏈延長(zhǎng)階段中，每生成一個(gè)肽鍵，都需要直接從2分子GTP獲得能量，即消耗2個(gè)高能磷酸鍵化合物（移位時(shí)與進(jìn)位時(shí)各1） ；但考慮到氨基酸被活化生成氨基酰tRNA時(shí)，已消耗了2個(gè)高能磷酸鍵, 所以在蛋白質(zhì)合成過(guò)程中，每生成一個(gè)肽鍵，實(shí)際上共需消耗4個(gè)高能磷酸鍵。,肽鏈合成的終止及釋放,（1）釋放因子RF1或RF2進(jìn)入核糖體A位。 （2）多肽鏈的釋放 （3）70S核糖體解離,RF,位上出現(xiàn)終止信號(hào)（ UAG、UAA、UGA ） 此后即轉(zhuǎn)入終止階段。,mRNA遺傳密碼排列順序翻譯成多肽鏈的氨基酸排列順序，保證準(zhǔn)確翻譯的關(guān)鍵是 : 一是

15、氨基酸與tRNA的特異結(jié)合，依靠氨酰-tRNA合成酶的特異識(shí)別作用實(shí)現(xiàn)； 二是密碼子與反密碼子的特異結(jié)合，依靠互補(bǔ)配對(duì)結(jié)合實(shí)現(xiàn)，也有賴于核蛋白體的構(gòu)象正常而實(shí)現(xiàn)正常的裝配功能。,1、肽鏈末端的修飾： 大腸桿菌合成后脫甲酰化，N-端70%的Met被切除，真核生物Met全部被切除。 2、信號(hào)序列的切除 3、二硫鍵的形成 4、部分肽段的切除 5、個(gè)別氨基酸的修飾 6、糖基側(cè)鏈的添加 7、輔基的加入,蛋白質(zhì)的加工修飾,實(shí)例：胰島素原的加工,TuTs循環(huán),多多核糖體與核糖體循環(huán),合成完畢的肽鏈,核糖體循環(huán),真核生物多肽鏈的合成（自學(xué)）,1、真核細(xì)胞核糖體比原核細(xì)胞核糖體更大更復(fù)雜； 2、起始氨基酸為Me

16、t，不是fMet； 3、肽鏈合成的起始：由40S核糖體亞基首 先識(shí)別mRNA的5端-帽子，然后沿mRNA移動(dòng)尋找AUG； 4、起始因子有12種，但只有2種延長(zhǎng)因子和1種終止因子； 5、真核細(xì)胞種線粒體、葉綠體的核糖體大小、組成及蛋白質(zhì)合成過(guò)程都類似于原核細(xì)胞。,肽鏈折疊是指從多肽鏈的氨基酸序列形成具有正確三維空間結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)的過(guò)程。 體內(nèi)多肽鏈的折疊目前認(rèn)為至少有兩類蛋白質(zhì)參與，稱為助折疊蛋白: （1）酶：蛋白質(zhì)二硫鍵異構(gòu)酶（PDI）； （2）分子伴侶,肽 鏈 的 折 疊,Lasky于1978年首先提出分子伴侶（mulecular chaperone）的概念，這是一類在細(xì)胞內(nèi)能幫助新生肽鏈正確

17、折疊與裝配組裝成為成熟蛋白質(zhì)，但其本身并不構(gòu)成被介導(dǎo)的蛋白質(zhì)組成部分的一類蛋白因子，在原核生物和真核生物中廣泛存在。,胰島素原的加工,切除C肽后，形成成熟的胰島素分子,切除信號(hào)肽后折疊成穩(wěn)定構(gòu)象的胰島素原,多核糖體,第一個(gè)編碼區(qū),第一個(gè)編碼區(qū),第二個(gè)編碼區(qū),第二個(gè)編碼區(qū),終止起始,終止,起始,mRNA,mRNA,5,5,3,3,第四節(jié) 蛋白質(zhì)定位,1、分泌蛋白 信號(hào)肽假說(shuō)簡(jiǎn)圖 分泌蛋白質(zhì)的合成和胞吐作用 2、線粒體與葉綠體蛋白 蛋白質(zhì)向線粒體的定位機(jī)制,信號(hào)肽假說(shuō)簡(jiǎn)圖,3,5,SRP循環(huán),mRNA,內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜,內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔,信號(hào)肽酶,信號(hào)肽,分泌蛋白質(zhì)的合成和胞吐作用,內(nèi)質(zhì)網(wǎng),高爾基體,泡,泡,泡融入質(zhì)膜,核糖體,芽泡,線粒體外膜,線粒體內(nèi)膜,帶有導(dǎo)肽的線粒體蛋白質(zhì)前體跨膜運(yùn)送過(guò)程示意圖,內(nèi)外膜接觸位點(diǎn)的蛋白質(zhì)通道,線粒體hsp70,受體蛋白,hsp70,導(dǎo)肽,蛋白酶