蛋白质生物合成的过程
蛋白质的生物合成
蛋白质的生物合成
蛋白质是生命体中最为重要的分子之一，参与了生物体的很多生命过程。
蛋白质的生物合成是指在细胞内通过核糖体合成多肽链，并将多肽链进一步折叠成特定的三维结构的过程。
这个过程需要包括DNA转录、RNA翻译、蛋白质折叠等多个步骤。
在生物体内，DNA中的基因序列被转录成RNA分子。
RNA分子进一步通过核糖体将多个氨基酸连接成一条多肽链。
在这个过程中，RNA 分子会依据基因序列上的密码子来选择相应的氨基酸，并将它们串联在一起。
这个过程中的每一个密码子都对应着一种氨基酸，这种关系被称为遗传密码。
一条多肽链的生命周期并不仅仅是由其基因序列决定的。
在折叠过程中，这条链会被各种分子和酶修饰和加工，最终形成最终的三维结构。
这个过程中的每一个步骤都非常关键，因为一个错误的步骤都可能导致最终的结构失去功能。
蛋白质的生物合成是生命体中最为复杂的分子合成过程之一。
在这个过程中，细胞需要精确地将基因序列转录成RNA分子，并将氨基酸按照正确的顺序连接成多肽链。
同时，细胞还需要通过各种酶和分子来协助蛋白质的折叠和修饰，最终形成具有特定功能的蛋白质。
这个过程非常关键，因为蛋白质的结构和功能决定了生命体的很多生命过程。
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蛋白质的生物合成过程
六、释放因子（RF） 原核生物中有4种，在真核生物中只有1种。 其主要作用是识别终止密码，协助多肽链的 释放。
七、氨基酰tRNA合成酶
该酶存在于胞液中，与特异氨基酸的活化以及 氨基酰tRNA的合成有关。
每种氨基酰tRNA合成酶对相应氨基酸以及携带氨基 酸的数种tRNA具有高度特异性，这是保证tRNA能 够携带正确的氨基酸对号入座的必要条件。 目前认为，该酶对tRNA的识别，是因为在tRNA的 氨基酸臂上存在特定的识别密码，即第二套遗传密 码。
五、延长因子（EF）
原核生物中存在3种延长因子（EFTU，EFTS， EFG），真核生物中存在2种（EF1，EF2）。其 作用主要促使氨基酰tRNA进入核 蛋白的受体， 并可促进移位过程。
EFTU（GTPase） EFT 原核 EFTS EFG（转位酶） 真核 α （GTPase） EF1 β γ EF2（转位酶）
一、mRNA 作为指导蛋白质生物合成的模板。 mRNA 中每 三个相邻的核苷酸组成三联体，代表一个氨基 酸的信息，此三联体就称为密码 (coden) 。共有 64种不同的密码。 原核生物的转录与翻译同步进行 无义突变 蛋白质的合成是N端——C端
密码的连续性
二、tRNA
在氨基酸tRNA合成酶催化下，特定的tRNA 可与相应的 氨基酸结合，生成氨基酸tRNA， 从而携带氨基酸参与蛋白质的生物合成。 tRNA反密码环中部的三个核苷酸构成三联 体，可以识别mRNA上相应的密码，此三联 体就称为反密码(anticoden)。 反向互补
在蛋白质生物合成过程中，常常由若干核蛋白体结合 在同一mRNA分子上，同时进行翻译，但每两个相邻 核蛋白之间存在一定的间隔，形成念球状结构。
由若干核蛋白体结合在一条mRNA上同时进行多肽 链的翻译所形成的念球状结构称为多核蛋白体。
第十五章_蛋白质的生物合成
四、氨酰-tRNA合成酶 氨基酸 + tRNA
氨酰-tRNA合成酶
氨酰- tRNA
ATP
AMP＋PPi
tRNA的表示方法：
氨酰-tRNA
氨基酸活化； 氨酰tRNA合成酶 只作用于L-AA，消 耗2个高能磷酸键。
氨基酰-tRNA
氨酰-tRNA合成酶的特点
专一性
对氨基酸有极高的专一性，每种氨基酸都有专一的 酶；只作用于L-氨基酸，不作用于D-氨基酸；
密码的防错系统：密码子的碱基顺序与其相应Aa物 理化学性质之间存在巧妙的关系。 中间是U，Aa是非极性、疏水性的； 中间是C，Aa是非极性的或具有不带电荷的极性侧 链； 中间是A或G，Aa是亲水性的；
第一位是A或G，第二位是A或G，Aa具有可解离的亲 水侧链并具碱性； 前二位是AG，Aa具酸性亲水侧链。
1968年诺贝尔生理医学奖
遗传密 码字表
起始密码（start codon ）：AUG（编码甲硫氨酸、 甲酰甲硫氨酸），少数情况 GUG； 终止密码（stop codon ）：无义密码子 (nonsense codons)，不编码氨基酸的密码子，它 们单个或串联在一起用于多肽链翻译的结束，没有 相应的tRNA存在，有UAA、UAG、UGA。
二、阅读框 一个蛋白质的氨基酸序列是由连续的三联体密码子 的线性顺序决定的，这个序列的第一个密码子建立了 一种阅读框（reading frame)。
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，连续50个以上密码子排列编码，无 终止密码子，这段顺序称为开放阅读框架(open reading frame，ORF)。
mRNA结合位点：核糖体 小亚基。
P位和A位紧密连 接，各占一个密 码子的距离。
蛋白质生物合成的方式
蛋白质生物合成的方式
蛋白质生物合成是生物体内制造蛋白质的过程，它是生物体内的重要生化反应之一。
下面介绍蛋白质生物合成的方式：
1. 氨基酸活化：在蛋白质生物合成中，首先需要将氨基酸激活。
这个过程由特定的酶催化，称为氨基酸激酶。
被激活的氨基酸随后会与另一种分子——核糖磷酸结合，形成称为氨酰-tRNA的化合物。
2. 起始复合物形成：第二个步骤是形成起始复合物。
这个过程涉及氨酰-tRNA 与mRNA的结合，其中mRNA是包含蛋白质序列信息的分子。
这个过程需要核糖体起始因子（eIF）的帮助。
3. 肽链合成：一旦起始复合物形成，蛋白质合成就可以开始了。
每个氨基酸通过肽键连接在一起，形成一个连续的肽链。
这个过程由转录延长因子（eEF）和核糖体来催化。
4. 蛋白质折叠：当肽链合成完成后，蛋白质就会开始折叠成其最终的三维形状。
这个过程需要帮助，包括来自分子伴侣蛋白和折叠酶的帮助。
5. 蛋白质修饰：在某些情况下，还需要对蛋白质进行进一步修饰，例如添加糖基或脂质，或者进行磷酸化或乙酰化等化学修饰。
总的来说，蛋白质生物合成是一个复杂的过程，需要多个酶和分子的协同作用。
通过这个过程，生物体能够制造出其生命活动中所需的蛋白质。
【生物化学】蛋白质的生物合成
嘌 呤 霉 素
酯键
（3）转位(translocation)
•转位酶 (translocase): •原核：延长因子G(EF-G),真核：EF-2 • GTP
可结合并水解1分子GTP，促进核 蛋白体向mRNA的3’侧移动
进 位
成肽 转 位
合成
3、肽链终止阶段：
核蛋白体沿mRNA链滑动，不断使多 肽链延长，直到终止信号进入受位。
四、蛋白质生物合成的干扰和抑制
1、抗生素（antibiotics）
名称
作用机制
四环素类 氯霉素类 链霉素类 嘌呤霉素
抑制氨酰－tRNA与原核生物核糖体结合，抑制细菌 蛋白质合成
结合原核生物核糖体大亚基，阻断翻译延长过。高 浓度时，对真核生物线粒体内的蛋白质合成也有阻 断作用 结合原核生物核糖体小亚基，改变其构象，引起读 码错误
,IF）
有抗病毒作
用的蛋白质
1、诱导一种蛋白激酶，使eIF2磷酸 化，从而抑制病毒蛋白质的生物合 成。
2、诱导生成一种寡核苷酸（2’5’A），活化核酸内切酶RNaseL， 可降解病毒RNA。
谢 谢!
（1）识别：释放因子（RF）识别终 止密码，进入核蛋白体的受位。
（2）水解：RF使转肽酶变为水解酶， 多肽链与tRNA之间的酯键被水解， 多肽链释放。
（3）解离：通过水解GTP，使核蛋 白体与mRNA分离，tRNA、RF脱落， 核蛋白体解离为大、小亚基。
进位
肽链的形成 移位
蛋白质 合成过程
肽链合成终止
结构与Tyr-tRNAtyr相似，阻止肽链正常合成
放线菌酮 抑制核糖体转肽酶。且只对真核生物有特异性作用
2、干扰蛋白质生物合成的生物活性物质
名称
原核生物蛋白质合成的过程
蛋白质合成的过程蛋白质生物合成的具体步骤包括：①氨基酸的活化；②活化氨基酸的转运；③活化氨基酸在核蛋白体上的缩合。
(一）氨基酸的活化转运氨基酸的活化过程及其活化后与相应tRNA的结合过程，都是由氨基酰tRNA合成酶来催化的，反应方程为：tRNA+氨基酸+ATP〖FY(KN〗氨基酰tRNA合成酶〖FY)〗氨基酰-tRNA+AMP+焦磷酸。
以氨基酰tRNA形式存在的活化氨基酸，即可投入氨基酸缩合成肽的过程。
氨基酰tRNA合成酶存在于胞液中，具有高度特异性。
它们既能识别特异的氨基酸，又能辨认携带该种氨基酸的特异tRNA分子。
在体内，每种氨基酰tRNA合成酶都能从多种氨基酸中选出与其对应的一种，并选出与此氨基酸相应的特异tRNA。
这是保证遗传信息准确翻译的要点之一。
（二）核蛋白体循环tRNA所携带的氨基酸，是通过“核蛋白体循环”在核蛋白体上缩合成肽，完成翻译过程的。
以原核生物中蛋白质合成为例，将核蛋白体循环人为地分为启动、肽链延长和终止三个阶段进行介绍。
1．启动阶段在蛋白质生物合成的启动阶段，核蛋白体的大、小亚基，mRNA与一种具有启动作用的氨基酸tRNA共同构成启动复合体。
这一过程需要一些称为启动因子的蛋白质以及GTP 与镁离子的参与。
原核生物中的启动因子有3种，IF 1辅助另外两种启动因子IF 2、IF 3起作用。
启动阶段的具体步骤如下：(1)30S亚基在IF 3与IF 1的促进下与mRNA的启动部位结合，在IF 2的促进与IF 1辅助下与甲酰蛋氨酰tRNA以及GTP结合，形成30S启动复合体。
30S启动复合体由30S亚基、mRNA、fMet-tRNA fMet IF 1、IF 2、IF 3与GTP共同构成。
（2）30S启动复合体一经形成，IF 3即行脱落，50S亚基随之与其结合，形成了大、小亚基，mRNA，fMet－tRNA fMet IF 1、IF 2与GTP共同构成的70S启动前复合体。
（3）70S启动前复合体的GTP水解释出GDP与无机磷酸的同时，IF 2和IF 1随之脱落，形成了启动复合体。
简述蛋白质生物合成过程。
简述蛋白质生物合成过程。
蛋白质合成可分四个步骤,以大肠杆菌为例:
(1)氨基酸的活化:游离的氨基酸必须经过活化以获得能量才能参与蛋白质合成,由氨酰-tRNA合成酶催化,消耗1分子ATP,形成氨酰-tRNA。
(2)肽链合成的起始:由起始因子参与,mRNA与30S小亚基、50S 大亚基及起始甲酰甲硫氨酰-tRNA(fMet-tRNAt)形成70S起始复合物,整个过程需GTP水解提供能量。
(3)肽链的延长:起始复合物形成后肽链即开始延长。
首先氨酰-tRNA结合到核糖体的A位,然后,由肽酰转移酶催化与P位的起始氨基酸或肽酰基形成肽键,tRNAf或空载tRNA仍留在P位.最后核糖体沿mRNA5’→3’方向移动一个密码子距离,A位上的延长一个氨基酸单位的肽酰-tRNA转移到P位,全部过程需延伸因子EF-Tu、EF-Ts,能量由GTP提供。
(4)肽链合成终止,当核糖体移至终止密码UAA、UAG或UGA时,终止因子RF-1、RF-2识别终止密码,并使肽酰转移酶活性转为水解作用,将P位肽酰-tRNA水解,释放肽链,合成终止。
蛋白质合成过程
蛋白质合成过程蛋白质是构成生物体的重要组成部分，参与了生物体内的各种生命活动。
蛋白质的合成是一个复杂而精密的过程，需要经过多个步骤和参与多种生物分子的协同作用。
本文将介绍蛋白质合成的整个过程，包括转录和翻译两个主要阶段，带您深入了解蛋白质合成的奥秘。
一、转录阶段转录是蛋白质合成的第一步，主要发生在细胞核内。
在转录过程中，DNA的信息被转录成RNA，其中mRNA（信使RNA）是编码蛋白质的模板。
以下是转录阶段的具体步骤：1.1 DNA解旋：在转录开始之前，DNA的双螺旋结构需要被解开，使得RNA聚合酶能够访问DNA上的基因信息。
1.2 RNA合成：RNA聚合酶按照DNA模板的信息合成mRNA分子。
RNA聚合酶会在DNA上“读取”信息，然后在合成RNA链时将对应的核苷酸加入到新合成的RNA链中。
1.3 RNA修饰：在合成完成后，mRNA分子会经过一系列修饰过程，包括剪切、剪接和加上帽子和尾巴等修饰，以确保mRNA的稳定性和功能性。
1.4 mRNA运输：修饰完成的mRNA会通过核孔运输到细胞质中，为下一步的翻译提供模板。
二、翻译阶段翻译是蛋白质合成的第二步，主要发生在细胞质中的核糖体上。
在翻译过程中，mRNA上的密码子被翻译成氨基酸序列，从而合成特定的蛋白质。
以下是翻译阶段的具体步骤：2.1 起始子寻找：翻译的起始子AUG会被识别，标志着翻译的开始。
AUG对应的氨基酸是甲硫氨酸。
2.2 氨基酰-tRNA结合：氨基酰-tRNA与mRNA上的密码子配对，带来对应的氨基酸。
tRNA上的抗密码子与mRNA上的密码子互补配对，确保正确的氨基酸被带入。
2.3 肽键形成：氨基酸通过肽键连接成多肽链，形成蛋白质的主干结构。
2.4 翻译终止：当翻译到终止子时，翻译复合物会停止合成，释放出新合成的多肽链。
2.5 蛋白后修饰：新合成的多肽链可能需要进一步的后修饰，如蛋白质的折叠、磷酸化、甲基化等，以获得最终的功能性蛋白质。
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AUG AU
3' 3'
OH fM
2
fM
（三）转位
tRNA脱落的同时，核蛋白体向mRNA的 3´-端移动一个密码子的距离。由EF-G中的 转位酶催化，此步骤需1个GTP。
5'? AUG AUG 5'? 3'
3'
OH 2
2 fM
3
OH
fM
进位、成肽、转位重复进行，肽链则不 断延长。 在肽链延长过程中，除第一个肽键形成 时, P位上是fMet-tRNA外，以后P位上总是 肽酰-tRNA, A位总是新进位的氨基酰-tRNA， 这就是P位和A位名称的由来。P位是转出肽 酰基，又叫“给位”，A位是接受肽酰基，叫 “受位”。
（五）真核生物起始复合物的形成 *此过程除消耗1个GTP外，还消耗ATP。
二、肽链的延长
又称核蛋白体循环 (ribosomal cycle)， 每次循环包括： 进位(entrance) 成肽(peptide bond formation) 转位(translocation) 需要延长因子(EF)： 原核：EF-T(EF-Tu，EF-Ts)、EF-G 真核：EF-1、EF-2
第二节
蛋白质生物合成 的过程
一、翻译的起始
起始tRNA与mRNA结合到核蛋白 体上，生成翻译起始复合物。
（一）起始因子IF和eIF
起始步骤 亚基分离 IF IF3 (IF1) eIF eIF3
核酸－核酸、核 eIF3，eIF1，eIF4A mRNA就位 酸－蛋白质之间 eIF4B，CBP-1 的辨认结合 eIF4E (CBP-2) 起始tRNA eIF2，co-eIF2-GTP IF2，GTP（IF1） 就位 eIF3，eIF4C 大亚基结合 各种IF脱落 eIF5，eIF4D
3' 3'
GTP
IF 3 IF 1 核蛋白体 亚基的拆离 AUG 5'? IF 3 IF 130SmRNA源自50S3'
IF 2
5'?
50S
AUG
3'
fM
IF 1-3
fM
IF 1-3 GDP + Pi
翻译起始复合物
（四）真核生物翻译起始的特点
1. 核蛋白体是80S (40S + 60S) 2. 起始因子种类多 3. 起始tRNA的Met不需甲酰化 4. 帽子结合蛋白(CBP)促使mRNA与核蛋 白体小亚基结合 5. 起始tRNA先与核蛋白体小亚基结合， 然后再结合mRNA
三、肽链合成的终止
1. RF与终止密码辨认结合
2. 肽链与tRNA分离 3. tRNA、mRNA及RF从核蛋白体脱落
5'? 5'? UAA UAA
RF RF
3' 3'
5'?
RF
3'
n n-1
OH n
n-1
RR
OH
原核生物蛋白质合成的能量计算
氨基酸活化：2个~P 起始： 延长： 终止： 1个 2个 1个 ATP GTP GTP GTP
结论：每合成一个肽键至少消耗4个~P。
多聚核蛋白体：
一个mRNA分子可同
时有多个核蛋白体在进
行同一种蛋白质的合成，
这种mRNA和多个核蛋
白体的聚合物称为多聚
核蛋白体。
garno而称为SD序列。核蛋白体小亚基上的
16SrRNA近3´-端有与此序列互补的UCCU。
因此又称SD序列为核蛋白体结合位点
（ribosomal binding site，RBS）。
（三）原核生物起始复合物的形成
*
30S 5'? 此阶段消耗1个GTP 5'? IF 3 IF 1
fM
AUG AUG
（二）原核生物mRNA的起始部位
16S-rRNA
3'
5'
5' A U CACUAGG C UCCU A G G A Pu Pu U U U Pu Pu A U G
mRNA 3'
SD序列 rps 辨认序列
(RBS)
SD序列：
原核生物 mRNA 起始密码前，普遍存 在AGGA 序列，因其发现者是 Shine-Dal-
（一）进位
氨基酰-tRNA根据遗传密码的指引， 在GTP和EF-T的协助下，进入核蛋白体 的A位。
5'? AUG 3'
fM
2
EF-T 协 助 进 位 的 Pi 机 制
2
Tu -GTP Ts Tu -GTP
2
GTP Tu Ts
Tu -GDP
Ts
GDP
（二）成肽
转肽酶催化肽键的形成。
5'? 5'?