教学课件蛋白质翻译
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蛋白质翻译及翻译后修饰课件.ppt
1.3 核糖体（ribosome）与核糖体rRNA
核糖体是rRNA 与几十种蛋白质的复合体，有大、小两个亚基构成。含有 合成蛋白质多肽链所必需的酶、起始因子（IF）、延伸因子（EF）、释放 因子（RF）等。
原核的核糖体（70S）= 30S小亚基 + 50S大亚基 30S小亚基: 16S rRNA + 21种蛋白质 50S大亚基: 23S，5SrRNA + 34种蛋白质
蛋白质翻译及翻译后修饰课件
tRNA的结构—“四环一臂”
倒L形的三级结构
蛋白质翻译及翻译后修饰课件
tRNA的功能是解读mRNA上的密码子和搬运氨基酸。 tRNA上至少有4 个位点与多肽链合成有关：即3’CCA氨基酸接受位
点、氨基酰-tRNA合成酶识别位点、核糖体识别位点和反密码子位点。 每一个氨基酸有其相应的tRNA携带, 氨基酸的羧基与tRNA的 3’
反应如下：
A A t R N A A T P 氨 酰 基 - t R N A 合 成 酶 A A - t R N A A M P P P i
氨基酸的羧基与tRNA 的3’端CCA-OH 以酯键相连，因此其氨基是自 由的。
蛋白质翻译及翻译后修饰课件
tRNAfmet fMet-tRNA合成酶
蛋白质翻译及翻译后修饰课件
分泌型蛋白质在翻译过程中通过信号肽协助转入内质网的机制
信号肽（signal peptide）是在新生的多肽链中，可被细胞识别系统识别的 特征性氨基酸序列，在蛋白质翻译过程中或翻译后的定位发挥引导的作用。
蛋白质翻译及翻译后修饰课件
本章结束
蛋白质翻译及翻译后修饰课件
氨酰基tRNA进入A位
新的氨基酸-tRNA的进位依赖Tu-Ts因子和GTP的协助
分子生物学--蛋白质的翻译课件
[70S•mRNA•fMet-tRNAf]+GDP+Pi
Initiation requires factors and free subunits
(2)细菌中有三种起始因子 IF-3：稳定30S亚基；辅助 30S亚基与mRNA上起始点特 异性结合； IF-1：与30S亚基结合在A位， 阻止氨酰-tRNA进入；阻止 30S与50S亚基结合。 IF-2：结合特定起始因子 tRNA，控制它进入核糖体； 有核糖体依赖GTP酶活性；
5.1.2 氨酰-tRNA合成酶引入的两种错误
◆蛋白质合成真实性主要决定于：
tRNA能否把正确的氨基酸放到新生多肽链的 正确位置。 ◆氨酰-tRNA合成酶会引入两种错误：
一种是将错误的氨基酸加在正确的tRNA上； 另一种是将正确的氨基酸加在错误的tRNA上。 前者现错的可能性更大。
Error rates differ at each stage of gene expression
Eplroontegiantibo5yn.2tRr.ai3bno蛋ssfoe白rmfer质omm合ovpee成spta的idloyn三l-gtR个mNRA阶NtAo段，aem简xitne介onadcinygl-tRNA
Termination Polypeptide chain is released from tRNA, and ribosome dissociates from mRNA
I: 次黄嘌呤
1.4.4 读码的连续性
生物合成过程中，mRNA的编码方向是 5`→3`，从N端向C端延伸肽链。一条肽链 合成起始后，密码子按3个一框读下去不重 叠也不跳格，直到终止。
2 蛋白质合成中使用的RNA
概述 2.1 mRNA 2.2 tRNA 2.3 rRNA
Initiation requires factors and free subunits
(2)细菌中有三种起始因子 IF-3：稳定30S亚基；辅助 30S亚基与mRNA上起始点特 异性结合； IF-1：与30S亚基结合在A位， 阻止氨酰-tRNA进入；阻止 30S与50S亚基结合。 IF-2：结合特定起始因子 tRNA，控制它进入核糖体； 有核糖体依赖GTP酶活性；
5.1.2 氨酰-tRNA合成酶引入的两种错误
◆蛋白质合成真实性主要决定于：
tRNA能否把正确的氨基酸放到新生多肽链的 正确位置。 ◆氨酰-tRNA合成酶会引入两种错误：
一种是将错误的氨基酸加在正确的tRNA上； 另一种是将正确的氨基酸加在错误的tRNA上。 前者现错的可能性更大。
Error rates differ at each stage of gene expression
Eplroontegiantibo5yn.2tRr.ai3bno蛋ssfoe白rmfer质omm合ovpee成spta的idloyn三l-gtR个mNRA阶NtAo段，aem简xitne介onadcinygl-tRNA
Termination Polypeptide chain is released from tRNA, and ribosome dissociates from mRNA
I: 次黄嘌呤
1.4.4 读码的连续性
生物合成过程中，mRNA的编码方向是 5`→3`，从N端向C端延伸肽链。一条肽链 合成起始后，密码子按3个一框读下去不重 叠也不跳格，直到终止。
2 蛋白质合成中使用的RNA
概述 2.1 mRNA 2.2 tRNA 2.3 rRNA
分子生物学7第七章 蛋白质翻译ppt课件
d、按paracodon在tRNA上的位置(氨基 酸序列) 将AARS分为两类
type I 包括 Val,Arg,Gln,Glu,Ile,Leu,Met,Trp,Tyr paracodon 大多位于反密码子臂
type II paracodon 大多位于氨基酸接受臂 个别还同时在附加臂上有相应碱基
二、 mRNA
★ 蛋白质翻译是基因表达的第二步 ★ tRNA在翻译过程中起“译员”的作用 ★ 参与翻译的RNA 除tRNA外，还有rRNA和mRNA
★ tRNA 既是密码子的受体,也是氨基酸的受体
★ tRNA 接受AA要通过氨酰tRNA合成酶及其自身的 paracodon 的作用才能实现
★ tRNA 通过其自身的 anticodon而识别 codon ★ 密码子有自身的特性
c、 paracodon 的特征
--- 同一种AARS 所识别的一组同功受体具有相同的 副密码子
tRNA
Ala (GGC)
tRNA
Ala (UGC)
具有G3 ：U70 paracodon
--- paracodon 是为AARS（特定氨基酸）所识别的若干 碱基（并非均为一对核苷酸），且位置不固定。
--- 尽管副密码子不是单独与AA发生相互作用，但是副密码 子可能与AA的侧链基团有某种相应性。
三联体 前两个重要 摇摆性 通用性 有一定的使用频率
★ 多种翻译因子组成翻译起始复合物，完成翻译的起始、 延伸和终止，并且保证其准确性
第一节 基本元件
一、 tRNA
最小的 RNA，4S，70 ~ 80个NT 1、 tRNA的高级结构
1964 Holly. R. 鉴定出 tRNAphe 的二级结构为三叶草 形（77个NT）
分子生物学-蛋白质的翻译课件
详细描述
核糖体通过识别mRNA上的起始密码子与mRNA结合，形成 翻译起始复合物。这个过程需要消耗能量，以确保核糖体正 确地定位在起始密码子上。
起始复合物的形成
总结词
起始复合物的形成是翻译过程的重要步骤，它涉及到多个蛋白质和RNA分子的相互作 用。
详细描述
起始复合物的形成涉及多个步骤。首先，核糖体与mRNA结合后，需要招募翻译起始 因子，如IF3和IF2。这些因子帮助核糖体正确地定位在起始密码子上，并确保翻译的准 确性。随后，氨酰-tRNA结合到核糖体的A位点上，准备开始多肽链的合成。至此，起
肽链的延长
01
02
03
肽键的形成
氨基酸在加入到肽链中后， 通过肽键的形成相互连接， 形成多肽链。
转肽酶的作用
转肽酶在肽键形成过程中 起催化作用，促进氨基酸 之间的连接。
核糖体的移动
随着肽链的延长，核糖体 沿着mRNA移动，确保下 一个密码子被正确识别和 翻译。
终止密码子的识别
终止密码子的种类
终止密码子有UAA、UAG和UGA三种，它们作为翻译终止的信号 被核糖体识别。
翻译的起始
02
起始密码子
总结词
起始密码子是mRNA上的一个特定 序列，用于标记蛋白质合成的起始位 置。
详细描述
起始密码子是mRNA上的三个连续的 核苷酸，通常为AUG。它不仅标记了 翻译开始的位点，还决定了从这里开 始合成多肽链的方向。
核糖体与mRNA的结合
总结词
核糖体是负责蛋白质合成的细胞器，它通过与mRNA的结合 开始翻译过程。
无意义校正是指当mRNA上的终止密码子提前出现时，核 糖体会提前终止多肽链的合成。这种机制有助于减少多肽 链的错误合成。
蛋白质的翻译-PPT课件
酸
氨酰腺苷酸
的
活
化
AMP
第二步
E
AA
E
tRNA
AA
AA
E
AA
E
tRNA
3-氨酰-tRNA
tRNA
E
+H2N-CH-COO-tRNA CH2 CH2 S
转甲酰酶
COO-
N10-甲酰FH4
FH4
CHO-HN-CH-COO-tRNA CH2 CH2 S COO-
Met-tRNAffMet
fMet-tRNAffMet
氨基酸活化 肽链的起始、延长和终止 肽链的折叠和加工
阶段 原核
真核
IF-1 IF-2 IF-3
起始
eIF-1A,eIF-3 eIF-2 eIF-4A eIF-4B eIF-4E eIF-4G eIF-5B
延长 终止
EF-Tu,EF-Ts
EF-G
EF1-α,EF1-βγ
EF-2 RF1
RF2
RF3
原核生物的核糖体
原核生物核糖体结构示意图
核糖体结构模型及原核与 真核细胞核糖体大小亚基比较
不同核糖体的亚基组成
细胞类型 核糖体类型 亚基
原核细胞及真核细胞 叶绿体、线粒体
真核细胞
rRNA
蛋白质
2.核糖体的功能
2.核糖体的功能
原核细胞70S核糖体的A位、P位 及mRNA结合部位示意图
3.核糖体循环
这就是翻译！
一、模板与遗传密码
（一） 遗传密码
遗传密码的几个重要特性
连续性 简并性 通用性 摆动性
摆 动 理 论
（二）开放阅读框（ORF)
真核细胞几乎只有一个ORF，原核细胞经常有2个或多个 ORF
蛋白质翻译ppt课件
32
氨基酸的活化形式：氨基酰－tRNA 氨基酸的活化部位：α－羧基 氨基酸与tRNA连接方式：酯键 氨基酸活化耗能：2个~P
33
（二）起始肽链合成的氨基酰-tRNA
真核生物：
Met
Met-tRNAi
原核生物： fMet-tRNAifMet
34
fMet-tRNAifMet的生成：
35
第二节
蛋白质生物合成过程
39
（一）原核生物翻译起始复合物形成
• 核蛋白体大小亚基分离； • mRNA在小亚基定位结合； • 起始氨基酰-tRNA的结合； • 核蛋白体大亚基结合。
40
1. 核蛋白体大小亚基分离
IF-1 IF-3
41
2. mRNA在小亚基定位结合
5' IF-3
AUG
IF-1
3'
42
S-D序列：
在原核生物mRNA起始密码AUG上 游，存在4~9个富含嘌呤碱的一致性序列， 如-AGGAGG-，称为S-D序列。又称为核 蛋白体结合位点（ribosomal binding site ，RBS)
48
• 肽链的延长是在核蛋白体上连续性循环式 进行，又称为核蛋白体循环（ribosomal cycle)，每次循环增加一个氨基酸，分为 以下三步：
– 进位（entrance） – 成肽（peptide bond formation） – 转位（translocation）
49
肽链合成的延长因子
原核延 长因子
11
重叠密码
非重叠连续的密码 不连续的密码
12
基因损伤引起mRNA阅读框架内的碱 基发生插入或缺失，可能导致框移突变 (frameshift mutation)。
氨基酸的活化形式：氨基酰－tRNA 氨基酸的活化部位：α－羧基 氨基酸与tRNA连接方式：酯键 氨基酸活化耗能：2个~P
33
（二）起始肽链合成的氨基酰-tRNA
真核生物：
Met
Met-tRNAi
原核生物： fMet-tRNAifMet
34
fMet-tRNAifMet的生成：
35
第二节
蛋白质生物合成过程
39
（一）原核生物翻译起始复合物形成
• 核蛋白体大小亚基分离； • mRNA在小亚基定位结合； • 起始氨基酰-tRNA的结合； • 核蛋白体大亚基结合。
40
1. 核蛋白体大小亚基分离
IF-1 IF-3
41
2. mRNA在小亚基定位结合
5' IF-3
AUG
IF-1
3'
42
S-D序列：
在原核生物mRNA起始密码AUG上 游，存在4~9个富含嘌呤碱的一致性序列， 如-AGGAGG-，称为S-D序列。又称为核 蛋白体结合位点（ribosomal binding site ，RBS)
48
• 肽链的延长是在核蛋白体上连续性循环式 进行，又称为核蛋白体循环（ribosomal cycle)，每次循环增加一个氨基酸，分为 以下三步：
– 进位（entrance） – 成肽（peptide bond formation） – 转位（translocation）
49
肽链合成的延长因子
原核延 长因子
11
重叠密码
非重叠连续的密码 不连续的密码
12
基因损伤引起mRNA阅读框架内的碱 基发生插入或缺失，可能导致框移突变 (frameshift mutation)。
分子生物学完整—蛋白质翻译ppt课件
②准备各种负载tRNA，如Thr、Phe或Lys的tRNA混合物，并将 其中的一种氨基酸（如Phe）用放射性元素标记。
③将密码子、负载tRNA及核糖体一起放入硝酸纤维滤膜。游离 的密码子和负载tRNA会被洗脱而通过滤膜，核糖体无法通过 滤膜。但与密码子对应的tRNA能与密码子一起与核糖体结合 而留在滤膜上。
• TψC臂：常由5bp的茎和 7nt的环组成。负责核糖体 的识别。
• 反密码子臂：常由5bp的 茎和7nt的环组成。
• D臂：含有二氢尿嘧啶。 茎的长度常为4bp。
• 额外臂：4-21nt不等。
34
tRNA上碱基的修饰 完整最新ppt
tRNA的稀有碱基非常丰 富，约有70余种。每个 tRNA分子至少有2个稀有 碱基，最多有19个。
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7
4.1.1 三联子密码及其破译
• 遗传密码的破译是多位科学家经过一系列 的数学推理和试验研究，于1966年解决。
• 基因密码的破译先后经历了二十世纪五十 年代的数学推理阶段和1961-1965年的实 验研究阶段。
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8
•719.542年.物2理.学1家G遗amov传首先密对遗码传密的码进推行探测讨，提 出不可能是一个碱基或两个碱基决定一个氨基酸
亮氨酸
精氨酸
丝氨酸
植物 终止码 异亮氨酸 亮氨酸 精氨酸
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26
• 密码子与反密码子的相互作用。
tRNA的反密码子在核糖体内是通过碱基的反向配对与 mRNA上的密码子相互作用的。
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27
摆动假说（wobble hypothesis)
在密码子与反密码子的配对中，前两对严格遵 守碱基配对原则，第三对碱基有一定的自由度， 可以“摆动”，因而使某些tRNA可以识别1个 以上的密码子。
蛋白质翻译(课堂PPT)
遗传密码的特点
遗传密码具有以下特点：① 连续性；② 简 并性；③ 通用性；（但在线粒体或叶绿 体中特殊）④摆动性；⑤方向性，即解 读方向为5′→ 3′ ；⑥ 起始密码：AUG； 终止密码：UAA、UAG、UGA。
10
1. 连续性（commaless） 编码蛋白质氨基酸序列的各个三
联体密码连续阅读，密码间既无间隔 也无重叠。
47
1. 核蛋白体大小亚基分离
IF-1 IF-3
48
2. mRNA在小亚基定位结合
5' IF-3
AUG
IF-1
3'
49
S-D 序列(Shine-Dalgarno sequence) ：
在原核生物mRNA起始密码AUG上 游，存在4~9个富含嘌呤碱的一致性序 列，如-AGGAGG-，称为S-D序列。又 称为核蛋白体结合位点（ribosomal binding site，RBS)
40
蛋白质合成中 mRNA模板的方向：5′→ 3′； 蛋白质的合成方向：N端→ C端。
蛋白质生物合成过程包括三大步骤： ①氨基酸的活化与搬运 ②肽链的形成 ③多肽链合成后的加工修饰
41
一、氨基酸的活化与搬运
氨基酸的活化以及活化氨基酸与tRNA的结 合，均由氨基酰tRNA合成酶催化完成。其 反应过程为：
在原核生物中，起动tRNA是一种携带 甲酰蛋氨酸的tRNA，即tRNAifmet；而 在真核生物中，起动tRNA是一种携带 蛋氨酸的tRNA，即tRNAimet。
在原核生物和真核生物中，均存在另 一种携带蛋氨酸的tRNA，识别非起动 部位的蛋氨酸密码AUG。
27
起始肽链合成的氨基酰-tRNA 真核生物： Met-tRNAiMet 原核生物： fMet-tRNAifMet
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释放因子的功能 一是识别终止密码 二是诱导转肽酶改变为酯酶活性
• 多聚核糖体（polyribosome或polysome）：多个核糖体结合 在1条mRNA链上所形成的聚合物。多聚核糖体的形成可以使 肽链合成高速度、高效率进行。
多聚核糖体
第四节
蛋白质合成后的加工和靶向输送
Processing and Targeting of Synthesized Proteins
●通用性(universal)
• 蛋白质生物合成的整 套密码，从原核生物 到人类都通用。
• 已发现少数例外，如 动物细胞的线粒体、 植物细胞的叶绿体。
• 密码的通用性进一步 证明各种生物进化自 同一祖先。
二、tRNA是氨基酸和密码子之间的特异衔接子
氨基酸臂 3-CCA-OH与活化的氨基酸 结合，形成氨基酰-tRNA， 从而携带氨基酸 DHU环 与氨基酰-tRNA合成酶结合 反密码环 与mRNA密码子识别配对 TψC环 与核糖体上的rRNA识别结合
遗传密码
➢密码子（codon） 在mRNA的开放阅读框架区，以每3个相邻的
核苷酸为一组，代表一种氨基酸(或其他信息)，这 种三联体形式的核苷酸序列称为密码子。
A、U、G、C四种核苷酸可组成64个密码子
➢ 起始密码子和终止密码子
起始密码子（initiation codon）：AUG 终止密码子（termination codon）：UAA、UAG、UGA
反应过程
氨基酸 + tRNA
氨酰-tRNA合成酶 Mg2+ 氨酰- tRNA
ATP
AMP＋PPi
氨基酸与tRNA连接的专一性由氨酰-tRNA合成酶决定。 氨酰-tRNA合成酶具有高度专一性，既能识别特异的氨基酸，又能 辨认应该结合该种氨基酸的tRNA。 因此，氨酰-tRNA合成酶对底物氨基酸和tRNA都有高度特异性。
蛋白质因子： ➢ 起始因子（initiation factor，IF） ➢ 延长因子（elongation factor，EF） ➢ 释放因子（release factor，RF）
参与原核生物翻译的各种蛋白质因子及其生物学功能
种类 起始因子
延长因子
释放因子
生物学功能
IF-1 占据核糖体A位，防止A位结合其他tRNA
IF-2 GTP
5'
AUG
3'
IF-1
IF-3
4）核糖体大亚基结合形成起始复合物
IF-2 GGDTPPPi
5'
AUG
3'
IF-1
IF-3
起始复合物形成过程
IF-2G-GGDTTPPPi
5'
AUG
3'
IF-3
IF-1
二、在核糖体上重复进行的三步反应延长肽链
指根据mRNA密码序列的指导，次序添加氨基酸从N 端向C端延伸肽链，直到合成终止的过程。
Protein-synthesizing System
参与蛋白质生物合成的物质
• 基本原料：20种编码氨基酸 • 模板：mRNA • 适配器：tRNA • 装配机：核蛋白体 • 主要酶和蛋白质因子：氨基酰-tRNA合成酶、转
肽酶、起始因子、延长因子、释放因子等 • 能源物质：ATP、GTP • 无机离子：Mg2+、 K+
五、蛋白质合成后被靶向输送至细胞特定部位
*分泌性蛋白质（ secretory proteins ） 穿过合成所在的细胞到其它组织细胞去的蛋白质，可统称为分泌 性蛋白质。例如各种肽类激素、各种血浆蛋白、凝血因子、抗体 等。 ◆蛋白质靶向运输（ protein targeting） 蛋白质合成后定向地到达其执行功能的目标地点。靶向输送是 对分泌性蛋白质而言。 ◆分泌性蛋白质可穿过膜性结构（细胞膜、亚细胞结构膜）
特异识别UAA、UAG，诱导转肽酶转变为酯酶
特异识别UAA、UGA，诱导转肽酶转变为酯酶
RF-3 具有GTP酶活性，介导RF-1及RF-2与核糖体的相 互作用
第二节
氨基酸与tRNA的连接
The Attachment of Amino Acid onto its tRNA
一、氨酰-tRNA合成酶识别特定氨基酸和tRNA
DHU环
氨基酸臂 TψC环
反密码环
三、核糖体是蛋白质合成的场所
➢ 合成肽链时mRNA与tRNA的相互识别、肽键形成、肽链延 长等过程全部在核糖体上完成，核糖体沿着模板mRNA链从 5′端向3′端移动。
P位：肽酰位 A位：氨基酰位 E位：排出位
大亚基 小亚基
四、蛋白质合成需要多种酶类和蛋白质因子
酶类： ➢ 氨酰-tRNA合成酶 ➢ 肽酰转移酶 ➢ 转位酶
一、mRNA是蛋白质合成的模板
Start of genetic message Cap
5
5’-端非翻译区 开放阅读框架
End
Tail
3
3’-端非翻译区
从mRNA 5-端起始密码子AUG到3-端终止密 码子之间的核苷酸序列，称为开放阅读框架 (open reading frame, ORF)。
肽链延长在核糖体上连续性循环式进行，又称为核糖 体循环(ribosomal cycle)，每次循环增加一个氨基酸，包括 以下三步：
• 进位(entrance) • 成肽(peptide bond formation) • 转位(translocation)
（一）进位（注册）
指根据mRNA下一 组遗传密码指导，使相 应氨基酰-tRNA进入核糖 体A位。
信号序列引导蛋白质进入内质网
细胞核蛋白质由核输入因子运载经核孔入核
第五节
蛋白质合成的干扰和抑制
Interference and Inhibition of Protein Synthesis
蛋白质生物合成是很多天然抗生素和某些毒素的作用 靶点。它们就是通过阻断真核、原核生物蛋白质翻译体系 某组分功能，干扰和抑制蛋白质生物合成过程而起作用的。
（二）成肽
是由转肽酶(transpeptidase)催化的肽键形成过程。
（三）转位
*肽链延伸方向：N端
C端
进 位
ribosomal cycle
转 位
成肽
三、终止密码子和释放因子导致肽链合成终止
当mRNA上终止密码 出现后，多肽链合成停止， 肽链从肽酰-tRNA中释出， mRNA、核糖体等分离， 这些过程称为肽链合成终 止。
翻译过程从5´-AUG开始，按mRNA模板三联 体密码的顺序延长肽链，直至终止密码出现。
整个翻译过程可分为 ：以原核生物为例
• 翻译的起始(initiation) • 翻译的延长(elongation) • 翻译的终止(termination )
一、翻译起始复合物的装配启动肽链合成
原核生物翻译起始复合物的形成
终止相关的蛋白因子称为释放因子 (release factor, RF) 原核生物释放因子：RF-1，RF-2，RF-3
RF-1识别UAA或UAG，RF-2识别UAA或UGA，RF-3则与GTP结合并 使其水解，协助RF1与RF2与核糖体结合。
真核生物仅有eRF一种释放因子，所有3种终止密码子均可被eRF识别。
遗传密码表
密码子：
64 起始密码:
AUG 终止密码: UAA、UAG、 UGA
传密码的特点：
➢ 方向性（directional） ➢ 连续性（ non-punctuated） ➢ 简并性（ degeneracy） ➢ 摆动性（ wobble） ➢ 通用性（ universal）
遗传密码的特点
• 方向性
●连续性(commaless) 各个三联体密码连续阅读，密码子间既
无间断也无交叉。
●简并性(degeneracy)
编码密码子： 61 编码氨基酸： 20
●摆动性（ wobble）
密码子的第三位碱基和反密码子的第一位碱基之间常出现 摆动现象。tRNA分子上有相当多的稀有碱基，其中次黄嘌 呤（insosine，I）常出现于反密码子第一位，是最常见的摆 动现象。
从核糖体释放出的新生多肽链不具备蛋白质生物活性， 必需经过不同的翻译后复杂加工过程才转变为天然构象的 功能蛋白。
主要包括
• 多肽链折叠为天然的三维结构 • 肽链一级结构的修饰 • 高级结构修饰
一、新生肽链折叠需要分子伴侣
细胞中大多数天然蛋白质折叠并不是自发完成的，其折叠过 程需要其他酶或蛋白质的辅助，这些辅助性蛋白质可以指导新 生肽链按特定方式正确折叠，它们被称为分子伴侣 （molecular chaperone）。
➢ 第一步反应
氨酰-tRNA合成酶催化ATP分解为焦磷酸与AMP；
➢ 第二步反应 AMP、酶、氨基酸三者结合为中间复合体（氨酰-AMP酶），其中氨基酸的羧基与磷酸腺苷的磷酸以酐键相联 而活化；
➢ 第三步反应
活化氨基酸与tRNA 3′-CCA末端的腺苷酸的核糖2′或3′ 位的游离羟基以酯键结合，形成相应的氨酰-tRNA。
可针对蛋白质生物合成必需的关键组分作为研究新抗 菌药物的作用靶点。同时尽量利用真核、原核生物蛋白质 合成体系的任何差异，以设计、筛选仅对病原微生物特效 而不损害人体的药物。
放线菌酮
氯霉素 嘌呤霉素
四
环
素
链霉素和卡那霉素
族
遗传密码的四个特点；重点简并性、摆动性 起始密码、终止密码、S-D序列、阅读框架 以原核生物为例，说明蛋白质生物合成的过程（包 括各种酶及蛋白质因子） 翻译后的加工
三、氨基酸残基的化学修饰改变蛋白质的活性
四、亚基聚合形成具有四级结构的活性蛋白质
通过非共价键亚基聚合形成具有四级结构的蛋白质 具有四级结构的蛋白质由两条以上的肽链通过非
共价键聚合，形成寡聚体(oligomer)。
• 多聚核糖体（polyribosome或polysome）：多个核糖体结合 在1条mRNA链上所形成的聚合物。多聚核糖体的形成可以使 肽链合成高速度、高效率进行。
多聚核糖体
第四节
蛋白质合成后的加工和靶向输送
Processing and Targeting of Synthesized Proteins
●通用性(universal)
• 蛋白质生物合成的整 套密码，从原核生物 到人类都通用。
• 已发现少数例外，如 动物细胞的线粒体、 植物细胞的叶绿体。
• 密码的通用性进一步 证明各种生物进化自 同一祖先。
二、tRNA是氨基酸和密码子之间的特异衔接子
氨基酸臂 3-CCA-OH与活化的氨基酸 结合，形成氨基酰-tRNA， 从而携带氨基酸 DHU环 与氨基酰-tRNA合成酶结合 反密码环 与mRNA密码子识别配对 TψC环 与核糖体上的rRNA识别结合
遗传密码
➢密码子（codon） 在mRNA的开放阅读框架区，以每3个相邻的
核苷酸为一组，代表一种氨基酸(或其他信息)，这 种三联体形式的核苷酸序列称为密码子。
A、U、G、C四种核苷酸可组成64个密码子
➢ 起始密码子和终止密码子
起始密码子（initiation codon）：AUG 终止密码子（termination codon）：UAA、UAG、UGA
反应过程
氨基酸 + tRNA
氨酰-tRNA合成酶 Mg2+ 氨酰- tRNA
ATP
AMP＋PPi
氨基酸与tRNA连接的专一性由氨酰-tRNA合成酶决定。 氨酰-tRNA合成酶具有高度专一性，既能识别特异的氨基酸，又能 辨认应该结合该种氨基酸的tRNA。 因此，氨酰-tRNA合成酶对底物氨基酸和tRNA都有高度特异性。
蛋白质因子： ➢ 起始因子（initiation factor，IF） ➢ 延长因子（elongation factor，EF） ➢ 释放因子（release factor，RF）
参与原核生物翻译的各种蛋白质因子及其生物学功能
种类 起始因子
延长因子
释放因子
生物学功能
IF-1 占据核糖体A位，防止A位结合其他tRNA
IF-2 GTP
5'
AUG
3'
IF-1
IF-3
4）核糖体大亚基结合形成起始复合物
IF-2 GGDTPPPi
5'
AUG
3'
IF-1
IF-3
起始复合物形成过程
IF-2G-GGDTTPPPi
5'
AUG
3'
IF-3
IF-1
二、在核糖体上重复进行的三步反应延长肽链
指根据mRNA密码序列的指导，次序添加氨基酸从N 端向C端延伸肽链，直到合成终止的过程。
Protein-synthesizing System
参与蛋白质生物合成的物质
• 基本原料：20种编码氨基酸 • 模板：mRNA • 适配器：tRNA • 装配机：核蛋白体 • 主要酶和蛋白质因子：氨基酰-tRNA合成酶、转
肽酶、起始因子、延长因子、释放因子等 • 能源物质：ATP、GTP • 无机离子：Mg2+、 K+
五、蛋白质合成后被靶向输送至细胞特定部位
*分泌性蛋白质（ secretory proteins ） 穿过合成所在的细胞到其它组织细胞去的蛋白质，可统称为分泌 性蛋白质。例如各种肽类激素、各种血浆蛋白、凝血因子、抗体 等。 ◆蛋白质靶向运输（ protein targeting） 蛋白质合成后定向地到达其执行功能的目标地点。靶向输送是 对分泌性蛋白质而言。 ◆分泌性蛋白质可穿过膜性结构（细胞膜、亚细胞结构膜）
特异识别UAA、UAG，诱导转肽酶转变为酯酶
特异识别UAA、UGA，诱导转肽酶转变为酯酶
RF-3 具有GTP酶活性，介导RF-1及RF-2与核糖体的相 互作用
第二节
氨基酸与tRNA的连接
The Attachment of Amino Acid onto its tRNA
一、氨酰-tRNA合成酶识别特定氨基酸和tRNA
DHU环
氨基酸臂 TψC环
反密码环
三、核糖体是蛋白质合成的场所
➢ 合成肽链时mRNA与tRNA的相互识别、肽键形成、肽链延 长等过程全部在核糖体上完成，核糖体沿着模板mRNA链从 5′端向3′端移动。
P位：肽酰位 A位：氨基酰位 E位：排出位
大亚基 小亚基
四、蛋白质合成需要多种酶类和蛋白质因子
酶类： ➢ 氨酰-tRNA合成酶 ➢ 肽酰转移酶 ➢ 转位酶
一、mRNA是蛋白质合成的模板
Start of genetic message Cap
5
5’-端非翻译区 开放阅读框架
End
Tail
3
3’-端非翻译区
从mRNA 5-端起始密码子AUG到3-端终止密 码子之间的核苷酸序列，称为开放阅读框架 (open reading frame, ORF)。
肽链延长在核糖体上连续性循环式进行，又称为核糖 体循环(ribosomal cycle)，每次循环增加一个氨基酸，包括 以下三步：
• 进位(entrance) • 成肽(peptide bond formation) • 转位(translocation)
（一）进位（注册）
指根据mRNA下一 组遗传密码指导，使相 应氨基酰-tRNA进入核糖 体A位。
信号序列引导蛋白质进入内质网
细胞核蛋白质由核输入因子运载经核孔入核
第五节
蛋白质合成的干扰和抑制
Interference and Inhibition of Protein Synthesis
蛋白质生物合成是很多天然抗生素和某些毒素的作用 靶点。它们就是通过阻断真核、原核生物蛋白质翻译体系 某组分功能，干扰和抑制蛋白质生物合成过程而起作用的。
（二）成肽
是由转肽酶(transpeptidase)催化的肽键形成过程。
（三）转位
*肽链延伸方向：N端
C端
进 位
ribosomal cycle
转 位
成肽
三、终止密码子和释放因子导致肽链合成终止
当mRNA上终止密码 出现后，多肽链合成停止， 肽链从肽酰-tRNA中释出， mRNA、核糖体等分离， 这些过程称为肽链合成终 止。
翻译过程从5´-AUG开始，按mRNA模板三联 体密码的顺序延长肽链，直至终止密码出现。
整个翻译过程可分为 ：以原核生物为例
• 翻译的起始(initiation) • 翻译的延长(elongation) • 翻译的终止(termination )
一、翻译起始复合物的装配启动肽链合成
原核生物翻译起始复合物的形成
终止相关的蛋白因子称为释放因子 (release factor, RF) 原核生物释放因子：RF-1，RF-2，RF-3
RF-1识别UAA或UAG，RF-2识别UAA或UGA，RF-3则与GTP结合并 使其水解，协助RF1与RF2与核糖体结合。
真核生物仅有eRF一种释放因子，所有3种终止密码子均可被eRF识别。
遗传密码表
密码子：
64 起始密码:
AUG 终止密码: UAA、UAG、 UGA
传密码的特点：
➢ 方向性（directional） ➢ 连续性（ non-punctuated） ➢ 简并性（ degeneracy） ➢ 摆动性（ wobble） ➢ 通用性（ universal）
遗传密码的特点
• 方向性
●连续性(commaless) 各个三联体密码连续阅读，密码子间既
无间断也无交叉。
●简并性(degeneracy)
编码密码子： 61 编码氨基酸： 20
●摆动性（ wobble）
密码子的第三位碱基和反密码子的第一位碱基之间常出现 摆动现象。tRNA分子上有相当多的稀有碱基，其中次黄嘌 呤（insosine，I）常出现于反密码子第一位，是最常见的摆 动现象。
从核糖体释放出的新生多肽链不具备蛋白质生物活性， 必需经过不同的翻译后复杂加工过程才转变为天然构象的 功能蛋白。
主要包括
• 多肽链折叠为天然的三维结构 • 肽链一级结构的修饰 • 高级结构修饰
一、新生肽链折叠需要分子伴侣
细胞中大多数天然蛋白质折叠并不是自发完成的，其折叠过 程需要其他酶或蛋白质的辅助，这些辅助性蛋白质可以指导新 生肽链按特定方式正确折叠，它们被称为分子伴侣 （molecular chaperone）。
➢ 第一步反应
氨酰-tRNA合成酶催化ATP分解为焦磷酸与AMP；
➢ 第二步反应 AMP、酶、氨基酸三者结合为中间复合体（氨酰-AMP酶），其中氨基酸的羧基与磷酸腺苷的磷酸以酐键相联 而活化；
➢ 第三步反应
活化氨基酸与tRNA 3′-CCA末端的腺苷酸的核糖2′或3′ 位的游离羟基以酯键结合，形成相应的氨酰-tRNA。
可针对蛋白质生物合成必需的关键组分作为研究新抗 菌药物的作用靶点。同时尽量利用真核、原核生物蛋白质 合成体系的任何差异，以设计、筛选仅对病原微生物特效 而不损害人体的药物。
放线菌酮
氯霉素 嘌呤霉素
四
环
素
链霉素和卡那霉素
族
遗传密码的四个特点；重点简并性、摆动性 起始密码、终止密码、S-D序列、阅读框架 以原核生物为例，说明蛋白质生物合成的过程（包 括各种酶及蛋白质因子） 翻译后的加工
三、氨基酸残基的化学修饰改变蛋白质的活性
四、亚基聚合形成具有四级结构的活性蛋白质
通过非共价键亚基聚合形成具有四级结构的蛋白质 具有四级结构的蛋白质由两条以上的肽链通过非
共价键聚合，形成寡聚体(oligomer)。