生物化学蛋白质的生物合成分析
蛋白质合成与折叠生物化学的重要过程
蛋白质合成与折叠生物化学的重要过程蛋白质是生命的基本组成部分，参与了细胞信号传导、酶催化、结构支持等各种生物学过程。
而蛋白质的合成与折叠则是生物化学中非常重要的过程。
1.蛋白质的合成过程蛋白质的合成主要发生在细胞内，被称为蛋白质合成或翻译。
这个过程由三个主要的步骤组成：转录、剪接和翻译。
转录是将DNA转换成RNA的过程。
DNA中含有蛋白质编码基因，其中的信息需要通过转录转化为编码蛋白质的mRNA分子。
在转录过程中，DNA的两条链中的一个链被酶解开，然后通过RNA聚合酶与RNA核苷酸结合，合成mRNA分子。
剪接是指在mRNA的合成过程中，将非编码区域（内含子）与编码区域（外显子）分离。
这个过程由剪接酶在转录过程中完成，通过剪接能够获得只包含外显子的mRNA分子。
翻译是通过mRNA的信息将氨基酸按照特定的顺序连接在一起，形成多肽链的过程。
这个过程发生在细胞质中的核糖体中，其中核糖体通过识别mRNA上的密码子（三个核苷酸组成的序列）来确定应该连接的氨基酸。
2.蛋白质的折叠过程蛋白质的折叠是指多肽链经过翻译后，通过一系列的内部和外部相互作用，使其形成三维结构的过程。
蛋白质的功能很大程度上取决于它们的折叠状态。
蛋白质的折叠过程是一个复杂而迅速的过程，受到多种因素的调控。
内部作用包括氢键的形成、范德华力的作用、疏水效应和静电相互作用等。
而外部作用包括伴侣蛋白的辅助帮助和分子伴侣的参与等。
蛋白质的折叠过程是高度动态的，可能在短时间内出现错误的折叠。
这些错误折叠的蛋白质被称为未折叠蛋白质，会导致细胞的毒性和蛋白质聚集的疾病，如阿尔茨海默病和帕金森病等。
3.蛋白质折叠疾病的意义和研究进展蛋白质折叠疾病是由蛋白质的错误折叠和异常聚集引起的疾病。
这类疾病的发生与细胞的折叠机制和蛋白质的质量控制系统有关。
近年来，科学家们在研究蛋白质折叠疾病方面取得了重要的进展。
他们通过了解蛋白质折叠的基本机制，发现了一些潜在治疗策略。
生物化学-生化知识点_第十一章 蛋白质的生物合成
第十一章蛋白质的生物合成11-1 遗传密码（下册 P504，37章）蛋白质是生物主要的功能分子，它参与所有的生命活动过程，并起着主导作用。
蛋白质的合成由核酸所控制，决定蛋白质结构的遗传信息编码在核酸分子中。
遗传密码：编码氨基酸的核苷酸序列，通常指核苷酸三联体决定氨基酸的对应关系。
一一一三联密码：核酸分子中只有四种碱基，要为蛋白质分子20种氨基酸编码。
三个碱基编码64个，又称三联密码。
密码子：mRNA上有三个相邻核苷酸组成一个密码子，代表某种氨基酸、肽链合成的起始或终止信号。
蛋白质翻译：在RNA控制下根据核酸链上每3个核苷酸决定一种氨基酸的规则，合成出具有特定氨基酸顺序的蛋白质过程。
全部64个密码子破译后，编写出的遗传密码字典。
见P511 表37-5。
一一一遗传密码的基本特性一1一密码的基本单位遗传密码按5‘→3‘方向编码，为不重叠、无标点的三联体密码子。
起始密码子兼Met：AUG。
终止密码子：UAA、UAG和UGA。
其余61个密码子对应20种氨基酸。
一2一密码的简并性同一种氨基酸有两个或更多密码子的现象称为密码的简并性。
同一种氨基酸不同密码子称为同义密码子，氨基酸密码子的简并见P512表37-6。
简并可以减少有害突变，对物种稳定有一定作用。
一3一密码的变偶性（摆动性）编码同一个氨基酸的密码子前两位碱基都相同，第三位碱基不同，为变偶性。
即密码简并性往往表现在密码子第三位碱基上，如Gly的密码子为GGU、GGC、和GGA。
一4一密码的通用性和变异性通用性：各种低等和高等生物，包括病毒、细菌及真核生物基本上共用一套遗传密码。
变异性：已知线粒体DNA（mtDNA），还有原核生物支原体等少数生物基因密码有一定变异。
一5一密码的防错系统密码的编排方式使得密码子中一个碱基被置换，其结果常常是编码相同的氨基酸或是为物理化学性质接近的氨基酸取代。
11-2 蛋白质合成及转运下册 P5171、氨基酸是怎样被选择及掺入到多肽链当中去的。
生物化学第十一章 蛋白质的生物合成(共65张PPT)全
原核、真核生物各种起始因子的生物功能
起始因子
生物功能
IF-1
占 据 A 位 防 止 结 合 其 他 tRN A
原核
生物
EIF-2
促进起始tRNA与小亚基结合
EIF-3
促 进 大 小 亚 基 分 离 ， 提 高 P位 对 结 合 起 始 tRNA 敏 感 性
eIF-2
促进起始tRNA与小亚基结合
eIF-2B，eIF-3
eEF-1-A
EF-Ts 再生EF-Tu
eEF-1-B
EFG
有转位酶活性，促进mRNA肽酰-tRNA由A位前移到P位， 促进卸载tRNA释放
eEF-2
（一）进位（P607 609）
又称注册(registration)
指根据mRNA下一组遗传密 三
码指导，使相应氨基酰-tRNA进 元
入核蛋白体A位。
第一节 蛋白质合成体系
一、翻译模板mRNA及遗传密码
二、核蛋白体是多肽链合成的装置 三、tRNA与氨基酸的活化
P602
一、翻译模板mRNA及遗传密码
（一） mRNA是遗传信息的携带者
1.顺反子(cistron):将编码一个多肽的遗传单位称为顺反
子。
2. 开放阅读框架(open reading frame, ORF):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。
mRNA 的结构
原核生物的多顺反子
5 PPP
ORF
ORF
真核生物的单顺反子
5 mG - PPP
3
ORF
蛋白质
3
蛋白质
非编码序列
核蛋白体结合位点
编码序列
起始密码子
大学生物化学课件蛋白质的生物合成
核糖体结合的分子伴侣
非核糖体结合性分子伴侣— 热休克蛋白 伴侣蛋白
(1)热休克蛋白（heat shock protein, HSP )：
属于应激反应性蛋白，高温应激可诱导该蛋白 合成增加。
在大肠杆菌中包括HSP70, HSP40和GrpE三族
Peptidyl site （P Site）
E位
Aminoacyl site （A Site）
mRNA
肽链合成需要酶类和蛋白质因子
• 蛋白质因子： • （1）起始因子 • 原核生物 IF； 真核生物 eIF • （2）延长因子 • 原核生物 EF； 真核生物 eEF • （3）释放因子 • 原核生物 RF； 真核生物 eRF
第二节 蛋白质生物合成的过程
翻译过程从阅读框架的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三个阶段：
起始(initiation）
延长（elongation)
终止(termination)
一、肽键合成的起始（Initiation）
多肽链合成后需要逐步折叠成天然空间构象才成为有 功能的蛋白质。
时间： 新生肽链N端在核蛋白体上一出现，肽链的折叠
即开始，折叠在肽链合成中、合成后完成。
细胞中大多数天然蛋白质折叠都不是自动完 成，而需要其他酶、蛋白质辅助 ：
•
分子伴侣
•
蛋白二硫键异构酶
•
肽-脯氨酰顺反异构酶
1．分子伴侣*（molecular chaperon）
需要：
转位酶（原核生物中是EFG，真核生物中是eEF-2）， GTP 结果：
【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
(生物化学)蛋白质合成
活化后的氨基酸具有更高的反应活性，能够更容易地与tRNA结合， 进而参与蛋白质的合成。
tRNA在氨基酸转运中作用
1 2
tRNA结构特点
tRNA具有三叶草形二级结构和倒L形三级结构， 其3'端CCA序列是氨基酸的结合部位。
tRNA与氨基酸结合
在氨酰-tRNA合成酶的催化下，活化氨基酸与 tRNA的3'端CCA序列结合，形成氨酰-tRNA。
翻译异常
翻译过程中tRNA的错误识别或核糖体的异常导致氨基酸的错误 加入，产生异常蛋白质。
相关疾病举例及临床表现
囊性纤维化
由于基因突变导致CFTR蛋白质合成异常， 使得氯离子通道功能障碍，临床表现为肺部 感染、胰腺功能不全等。
苯丙酮尿症
由于基因突变导致苯丙氨酸羟化酶合成异常，使得 苯丙氨酸代谢障碍，临床表现为智力低下、癫痫等 。
microRNA调控
microRNA是一类小非编码RNA，通过与靶mRNA结合，抑制其翻 译或促进其降解，从而调控基因表达。翻译平调控策略翻译起始调控
通过调控翻译起始复合物的形成和活性，控制蛋 白质合成的起始速率。
翻译延伸调控
通过影响翻译延伸过程中氨酰-tRNA的合成和转 运，调控蛋白质合成的速度和效率。
细胞治疗
通过移植正常的细胞来替代病变细胞，从而 恢复正常的蛋白质合成功能。
THANKS
感谢观看
(生物化学)蛋白质合 成
目录
• 蛋白质合成概述 • 氨基酸活化与转运 • 核糖体循环与多肽链延伸 • 翻译后修饰与蛋白质折叠
目录
• 蛋白质合成调控机制 • 蛋白质合成异常与疾病关系
01
蛋白质合成概述
蛋白质合成定义与意义
蛋白质生物化学研究蛋白质的合成和功能
tRNA识别与结合
特定的tRNA通过其反密码子与mRNA上的密码 子相互识别并结合。
核糖体组装
多个tRNA与核糖体结合，形成翻译起始复合物 。
肽链合成
核糖体催化氨基酸之间的肽键形成，合成肽链。
翻译后修饰与折叠过程
翻译后修饰
新合成的蛋白质可能需要进行磷酸化 、糖基化等修饰，以形成成熟的蛋白 质。
蛋白质折叠
基团。
氨基酸的结构特点包括手性碳 原子、等电点和两性解离等。
肽键连接与空间构象
肽键是连接氨基酸之间的主要化学键 ，由氨基和羧基缩合而成。
一级结构指氨基酸的排列顺序，二级 结构指局部的空间构象，三级结构指 整条肽链的空间构象，四级结构指多 个蛋白质亚基的组合方式。
蛋白质的空间构象包括一级、二级、 三级和四级结构。
02
蛋白质结构与功能关 系的解析
蛋白质的结构决定其功能，但目前对 于蛋白质结构与功能关系的理解仍有 限，需要加强结构生物学和生物信息 学等多学科交叉研究。
03
蛋白质相互作用网络 的解析
蛋白质在细胞内往往通过相互作用形 成复杂的网络来发挥功能，目前对蛋 白质相互作用网络的解析仍处于初级 阶段，需要发展新的技术和方法。
转录因子
转录因子通过与DNA结合，调控基因的表达，进而影响信 号通路的传导。识别特定的转录因子及其靶基因有助于揭 示信号通路的调控机制。
接头蛋白
接头蛋白在信号传导通路中起到桥梁作用，连接上游信号 分子和下游效应器。研究接头蛋白的结构和功能有助于深 入理解信号通路的传导过程。
细胞周期调控相关蛋白间联系
疾病特异性蛋白质互作网络的构建与分析
针对特定疾病，构建疾病特异性的蛋白质互作网络并分析 其特点，有助于发现疾病的关键调控因子和治疗靶点。这 种方法可以为疾病的个性化治疗和精准医学提供有力支持 。
蛋白质合成与折叠的生物化学机制
蛋白质合成与折叠的生物化学机制蛋白质是生物体中的基本组成部分，扮演着各种生物学功能的关键角色。
为了正常运作，蛋白质必须在细胞内合成并正确地折叠成特定的三维结构。
蛋白质的合成和折叠是一个复杂而精确的过程，涉及一系列生物化学机制的调控。
本文将重点探讨蛋白质合成和折叠的生物化学机制。
一、蛋白质的合成蛋白质的合成是通过从mRNA到氨基酸序列的转换来实现的。
这一过程称为翻译，发生在细胞质中的核糖体内。
翻译过程包括以下几个步骤：1. 转录和剪接：在细胞核中，DNA被转录成mRNA分子。
然而，mRNA并不是直接翻译成蛋白质序列，而是在转录后需要经历剪接过程。
在剪接过程中，mRNA的非编码区域（内含子）被剪掉，而编码区域（外显子）则被保留下来。
2. 起始子识别和翻译起始：在细胞质中，翻译的起始子会识别mRNA分子上的起始密码子，而此时初始化的tRNA（转运RNA）则与起始密码子配对。
这个过程需要辅助因子的帮助。
3. 多肽链延伸：在初始化的tRNA配对起始密码子后，其他tRNA 会逐个配对到mRNA上的密码子，以此进行多肽链的延伸。
每一个tRNA都会携带一个特定的氨基酸，通过互补配对，保证多肽链按照正确的顺序继续生长。
4. 终止子识别和翻译终止：当翻译遇到mRNA上的终止密码子时，终止子会被识别并且没有相应的tRNA与之配对。
这会导致多肽链的停止生长，而这个时候释放因子会介入，促使多肽链从核糖体上释放。
二、蛋白质的折叠在蛋白质的合成过程中，多肽链被合成出来后，并不是立即形成具有功能的蛋白质。
相反，它需要经历一个折叠的过程，以形成特定的三维结构。
蛋白质折叠是一个复杂而精确的过程，它受到多种因素的调控。
1. 主要折叠势能面：蛋白质的折叠过程是由势能面引导的。
蛋白质的本质是将氨基酸通过共价键连接成多肽链，而这些共价键的旋转和转动会受到物理限制。
导致氨基酸链条在折叠过程中只能处于特定的构象中，从而影响蛋白质的最终结构。
2. 非共价相互作用：蛋白质折叠过程中的非共价相互作用起着关键的作用。
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若mRNA的一个密码子GCA的第三个碱基 突变为GCU，它翻译后得到的相应的肽链顺 序仍然是Trp·Ala·Leu。
密码子的简并性与反密码子的变偶性在 一定程度上保证了生物遗传的稳定性。
三、 蛋白质合成的场所——核糖体 1.核糖体由大、小亚基组成 • 化学组成： 蛋白质与rRNA
• 结构： 大亚基与小亚基
受肽基的部位
A位：氨基酰位 (aminoacyl site)， 结合AA-tRNA的部
位 E位：排出位
(exit site)
T
转肽酶
四、氨酰-tRNA合成酶
1.第二遗传密码
氨酰-tRNA合成酶要保证氨基酸正确地连接 到特定的tRNA上，正确地参入正在合成的蛋 白质多肽链中。 氨酰-tRNA合成酶是将核酸中4种核苷酸组成 的语言翻译成20种氨基酸组成的蛋白质的语言。
5’
~10bases AUG
二、蛋白质合成中氨基酸的运载工具—— tRNA
• tRNA 在蛋白质合成中处于关键地位， 它不但为每个三联体密码子译成氨基酸 提供接合体，还为准确无误地将所需氨 基酸运送到核糖体上提供运送载体。
在蛋白质合成中 tRNA的四种功能部 位： 1.氨基酸的结合部位 2.氨酰-tRNA合成酶
• 原核细胞mRNA含有多个ORF，称多顺 反子 ，经常编码功能相关的几个蛋白质
原核生物的多顺反子
5 PPP
3
真核生物的单顺反子
5 mG - PPP
蛋白质
3
蛋白质
非编码序列
核蛋白体结合位点
编码序列
起始密码子
终止密码子
5.mRNA具有核糖体结合位点
UAAGGAGGU:complementary with 16s rRNA
核蛋白体的组成
核蛋
原核生物
真核生物
白体 蛋白质 S值 rRNA 蛋白质 S值 rRNA
小亚基 21种 30S 16S 33种 40S 18S
大亚基
核蛋白 体
23S 34种 50S 5S
70S
49种
28S 60S 5.8S
5S
80S
16S rRNA二级结构模型
2.核糖体上的活性部位
P位：肽酰位 (peptidyl site)： 接
第十三章 蛋白质的生物合成
• 翻译：将核酸中由 4 种核苷酸序列编码 的遗传信息，解读为蛋白质一级结构中 20种氨基酸的排列顺序,即翻译 。
主要内容
• 蛋白质合成体系的主要 成份
• 蛋白质的生物合成过程 • 蛋白质合成所需的能量 • 多核糖体 • 蛋白质生物合成后的加
工处理
第一节 蛋白质合成体系的主要成份
密码子(codon): 一个三联体密码也称为一个密码子，一
个密码子为一个氨基酸编码。 密码子的数量 43 =64
遗传密码表
烈不 的同 倾生 向物 性在 ，使 （用 密密 码码 的子 偏家 爱族 性时 ）， 。有
强
3、遗传密码的基本特性
（1）遗传密码具有方向性 （2）读码不重叠无间隔 （3）密码的简并性 （4）有终止密码子和起始密码子 （5）密码的通用性
（1）遗传密码具有方向性
• mRNA上的密码子阅读方向为5 ’ 3’。
(2)读码不重叠无间隔 ——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，密码间既无间断也无交叉。
（3)简并性(degeneracy)
兼并性：一个氨基酸有多个密码子的现象。
遗传密码中，除色氨酸和甲硫氨酸 仅有一个密码子外，其余氨基酸均由两 个以上三联体为其编码。
氨酰-tRNA合成酶具有高度的专一性，每种 氨基酸都有一个相应的酶。这相对减少了蛋白 质多肽链合成时，参入氨基酸的错误率。
由于合成正确的氨酰-tRNA在保证合成蛋 白质的精确性中有关键的作用，氨酰-tRNA 合成酶鉴别不同tRNA分子的特异性被称为第 二遗传密码。
2.氨酰-tRNA合成
氨基酸 ＋tRNA
密码子简并性的生物学意义： 减少有害突变。
遗传密码的特异性主要取决于前两位碱基。
GCU GCC Ala GCA GCG
ACU ACC Thr ACA ACG
同义密码子：为同一种氨基酸编码的密码子。 偏爱密码：在不同生物中使用同义密码子的频率是
不相同的。
（4）有起始密码子和终止密码子
起始密码子：AUG 终止密码子：UAA, UAG, UGA
• 合成蛋白质的模板——mRNA • 运载氨基酸工具——tRNA • 合成蛋白质的场所——核糖体 • 氨酰tRNA合成酶
一、蛋白质合成的模板mRNA
mRNA携带有DNA上的遗传信息， 是指导蛋白质生物合成的模板,所以 mRNA上的核苷酸排列顺序与氨基酸序 列有严格的对应关系。这种对应关系犹 如电报密码，被称为遗传密码。
O CH 2 O
N
OH N
N
OH
mRNA ·····UUGGCACUG····· ·····UUG GCUCUG·····
·
·
·
·
肽链 ·····Trp Ala Leu ····· ·····Trp Ala Leu ·····
·
·
·
·
mRNA的一个片段为UUGGCACUG，它
翻译后得到的相应的肽链则是Trp·Ala·Leu。
遗传密码：指mRNA上核苷酸排列顺 序与蛋白质多肽链中的氨基酸排列顺序之 间严格的对应关系。
1. 遗传密码的破译 :
2.遗 传 密 码
mRNA分子上从5至3方向，由 AUG开始，每3个核苷酸为一组，决定 肽链上一个氨基酸或蛋白质合成的起始、 终止信号，称为三联体密码(triplet coden)。
*
氨基酰－ tRNA
ATP AMP + PPi
绝对专一性
* 氨基酰－ tRNA合成酶 校正活性
识别部位(DHU环） 3.核糖体识别部位
（TΨC环） 4.密码识别部位
（反密码 子）
tRNA的三级结构示意图
1、同工受体tRNA： 每一种氨基酸都有一种或几种特定的tRNA，将这 些携带同一种氨基酸的tRNA称为同工受体tRNA。
2、密码子与反密码子识别的配对摇摆性
又称变偶现
象。
OH
N
HO P O
(5) 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。
4.蛋白质多肽链由mRNRNA一般只含有一个ORF， 称单顺反子；