第16章 蛋白质的生物合成
生化复习——蛋白质的生物合成
（一）step 1－进位
• 过程：氨基酰-tRNA-Tu-GTP结合到A site，GTP水解，释放Tu-GDP
• 只T有u与-G密T码P 子：正确互补配对的氨基酰-tRNA才能进入A位点：维持蛋白质合成准确性的另一个机制。 • 进•位在消Ts耗（1GGTTPP交换因子）的参与下生成。
•Tu：GTPase活性
功能： • 1）氨基酸的“搬运工具” • 2）识别mRNA的密码子
二、tRNA
氨基酸臂
反密码环
（一）种类
• 20种AA都有其特定的一种至几种tRNA
（二）摇摆性 （wobble）
• 反密码子（anti-codon）的第1位与密码子（codon）第3位配对时，不严格遵循碱基配对原 则
•
I—C，I—A, I-U ，U—G
消耗GTP
真核与原核生物肽链合成起始的主要区别
• 1）更多的起始因子参与 • 2）Met－tRNAiMet先定位到核糖体 • 3）mRNA结合多种起始因子后才与核糖体结合 • 4）小核糖体通过Met－tRNAiMet的反密码子与mRNA起始密码子之间互补配对而准确定
位.
二、延伸
1.需要70S（80S)起始复合物、氨基酰-tRNA、延伸因子、GTP • 延伸因子： • 原核：EF（Tu， Ts， G) • 真核：EF-1 和 EF-2 2.三步循环 • 进位 • 成肽 • 转位
3.终止过程
过程： （1）终止密码子进入A site，RF1（或RF2）与之结合，水解肽酰－tRNA键， 肽链释放。 （2） 30S亚单位结合RF3-GDP , 并转变为RF3-GTP， RF1从核糖体上释放。 GTP水解， RF3-GDP从核糖体上释放。 （3）RRF（A site）、EF-G-GTP、 IF3依次结合到核糖体, 30 S与50S亚单 位分离， 进入下一个翻译起始过程。
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。
分子生物学蛋白质生物合成
目录
翻译的本质： mRNA 分子中A G C U四种核苷酸序列编码的 遗传信息转换成蛋白质一级结构中20种氨基酸的排 列顺序。
目录
生物学意义
（1）维持多种正常生命活动（生长、发育） （2）适应环境的变化（细菌对乳糖和葡萄糖 的利用） （3）参与组织的更新和修复
目录
第一节
蛋白质生物合成体系
Protein Biosynthesis System
氨基酰-tRNA合成酶的作用特点
原核、真核生物翻译过程的异同
分子伴侣的作用，翻译后修饰的形式
信号肽及其作用，各类蛋白质靶向输送的特点 抗生素、毒素和干扰素抑制翻译的机制
目录
蛋白质生物合成的概念
定义
蛋白质生物合成(protein biosynthesis)也称 翻译(translation)，是生物细胞以mRNA为模板， 按照 mRNA 分子中核苷酸的排列顺序所组成的 密码信息合成蛋白质的过程。
目录
和原核生物和真核生物mRNA的比较
目录
（二）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。 起始密码子和终止密码子： 起始密码子(initiation codon)：AUG（或甲硫氨酸） 终止密码子(termination codon) ：UAA、UAG、UGA
密码的通用性进一步证明各种生物进化 自同一祖先。
目录
已发现少数例外，如动物细胞的线粒体、 植物细胞的叶绿体。
通用密码 AUA AGA 异亮 精 线粒体密码 蛋、起始 终止
AGG
UGA
精
分子生物学原理教案—蛋白质的生物合成
分子生物学原理教案—蛋白质的生物合成教学要求：1．掌握遗传信息、遗传密码与mRNA的关系，遗传密码的特征。
2．掌握蛋白质生物合成体系中主要RNA、三种酶和多种蛋白质因子的功能和作用特点，生物合成过程及能量变化。
3．了解翻译后蛋白质的加工方式。
4．了解蛋白质合成的干扰和抑制。
课时安排：总学时 4.0第一节蛋白质生物合成体系1.0第二节氨基酸的活化1.0第三节蛋白质的生物合成过程1.0第四节蛋白质翻译后修饰和靶向运输0.6第五节蛋白质生物合成的干扰和抑制0.4重点：1．遗传密码与mRNA的关系及其特征2．蛋白质生物合成体系3．氨基酸的活化难点：蛋白质的生物合成过程教学内容：一、蛋白质生物合成体系1．mRNA是蛋白质生物合成的直接模板遗传密码的方向性、连续性、简并性、通用性和摆动性。
2．核糖体是蛋白质生物合成的场所。
3．tRNA是氨基酸的运载工具及蛋白质生物合成的适配器氨基酸臂、反密码子4．蛋白质生物合成需要酶类、蛋白质因子等二、氨基酸的活化1．氨基酰tRNA 氨基酰tRNA合成酶2．真核生物起始氨基酰tRNA是Met- tRNAi Met三、蛋白质的生物合成过程1．原核生物的肽链合成过程起始：起始因子；延长：延长因子，注册、成肽、转位，核糖体循环；终止：终止密码子。
2．真核生物的肽链合成过程四、蛋白质翻译后修饰和靶向运输1．多肽链折叠为天然构象的蛋白质分子伴侣、蛋白质二硫键异构酶、肽-脯氨酸顺反异构酶。
2．蛋白质一级结构修饰主要是肽键水解和化学修饰3．蛋白质空间结构修饰包括亚基聚合和辅基连接4．合成后蛋白质可被靶向输送至细胞特定部位五、蛋白质生物合成的干扰和抑制1．抗生素对翻译的抑制作用2．其他干扰蛋白质生物合成的物质中、英文专业词汇：translation翻译codon密码子initiation codon起始密码termination codon终止密码code密码ribozyme cycle核糖体循环adaptor转换器post-translational processing翻译后加工interferon干扰素antibiotics抗生素anticodon反密码子releasing factor释放因子wobble pairing摇摆配对degeneracy简并性signal peptide信号肽secretory protein分泌性蛋白质elongation factor延长因子streptomycin链霉素tetracycline四环素chloromycetin氯霉素puromycin嘌呤霉素cycloheximide防线菌酮思考题：1．试简述蛋白质生物合成体系及3种RNA在蛋白质生物合成中的作用。
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：
蛋白质生物合成
止密码子结合。
RF-1：识别UAA和UAG RF-2：识别UAA和UGA RF-3：RF-3和GTP形成复 合物，是一种GTP结合蛋 白，可促进核糖体与RF-1 和RF-2的结合。
RF1 or RF2
UAA
终止密码子
5．多聚核糖体（polyribosome, or polysome）
原核生物的EF有EF-T和EF-G两类:
EF-T：延伸因子“T”，开始误认为这类延伸因子有肽基转 移酶的活性peptidyl transferase，所以取转移酶的第一个字 母“T” 。
EF-G：这类延伸因子与核糖体结合时需要GTP，当GTP水 解时，这类延伸因子就从核糖体上解离下来，总之涉及 GTP，所以用GTP的第一个字母“G”，EF-G。
密码子
UGA UGG
通用编码
终止信号 色氨酸
人线粒体编码
色氨酸 色氨酸
AUA
AUG AGA AGG
异亮氨酸
甲硫氨酸 精氨酸 精氨酸
甲硫氨酸
甲硫氨酸 终止信号 终止信号
二、核糖体（ribosome）－蛋白质合成的场所 • 核糖体像一个能沿mRNA模板移动的工 厂，执行着蛋白质合成的功能。它是由 几十种蛋白质和几种核糖体RNA （ribosomal RNA，rRNA）组成的亚细胞 颗粒。一个细菌细胞内约有20000个核糖 体，而真核细胞内可达106个，在未成熟 的蟾蜍卵细胞内则高达1012。核糖体和 它的辅助因子为蛋白质合成提供了必要 条件。
1.氨基酸的活化： 由高度特异的氨酰-tRNA合成酶 (aminoacyl-tRNA synthetase)催化，反应分两步
总反应式
• 蛋白质合成的真实性主要决定于AA- tRNA合 成酶是否能使氨基酸与对应的tRNA相结合。 AA-tRNA合成酶既要能识别tRNA，又要能识 别氨基酸，它对两者都具有高度的专一性。 不同的tRNA有不同碱基组成和空间结构，容 易被tRNA合成酶所识别，困难的是这些酶如 何识别结构上非常相似的氨基酸。
蛋白质的生物合成习题与参考答案
第十五章蛋白质生物合成一、填空题：1．三联体密码子共有64 个,其中终止密码子共有 3 个,分别为UAA 、UAG 、UGA ; 2．密码子的基本特点有四个分别为从5′→3′无间断性、简并性、变偶性、通用性; 3．次黄嘌呤具有广泛的配对能力,它可与U 、 C 、 A 三个碱基配对,因此当它出现在反密码子中时,会使反密码子具有最大限度的阅读能力;4．原核生物核糖体为70 S,其中大亚基为50 S,小亚基为30 S；而真核生物核糖体为80 S,大亚基为60 S,小亚基为40 S;5．原核起始tRNA,可表示为tRNA f甲硫,而起始氨酰tRNA表示为f Met-tRNA f甲硫；真核生物起始tRNA可表示为tRNA I甲硫,-tRNA表示为Met-tRNA f甲硫;6．肽链延伸过程需要进位、转肽、移位三步循环往复,每循环一次肽链延长 1 个氨基酸残基,原核生物中循环的第一步需要EF-Tu 和EF-Ts 延伸因子；第三步需要EF-G 延伸因子;7．原核生物mRNA分子中在距起始密码子上游约10个核苷酸的地方往往有一段富含嘌呤碱基的序列称为Shine-Dalgrano序列,它可与16S-rRNA 3′－端核苷酸序列互补;8．氨酰-tRNA的结构通式可表示为：OtRNA－O－C－CH－RNH2,与氨基酸键联的核苷酸是A腺嘌呤核苷酸;9．氨酰-tRNA合成酶对氨基酸和相应tRNA都具有较高专一性,此酶促反应过程中由ATP 水解提供能量;10．肽链合成的终止阶段, RF1因子和RF2因子能识别终止密码子,以终止肽链延伸,而RF3因子虽不能识别任何终止密码子,但能协助肽链释放;11．蛋白质合成后加工常见的方式有磷酸化、糖基化、脱甲基化、信号肽切除; 12．真核生物细胞合成多肽的起始氨基酸为甲硫氨酸,起始tRNA为tRNA I甲硫,此tRNA 分子中不含T C 序列;这是tRNA家庭中十分特殊的;二、选择题只有一个最佳答案：1．下列有关mRAN的论述,正确的一项是 CA、mRNA是基因表达的最终产物B、mRNA遗传密码的阅读方向是3′→5′C、mRNA遗传密码的阅读方向是5′→3′D、mRNA密码子与tRNA反密码子通过A-T,G-C配对结合E、每分子mRNA有3个终止密码子2．下列反密码子中能与密码子UAC配对的是 DA、AUGB、AUIC、ACUD、GUA3．下列密码子中,终止密码子是 BA、UUAB、UGAC、UGUD、UAU4．下列密码子中,属于起始密码子的是 AA、AUGB、AUUC、AUCD、GAG5．下列有关密码子的叙述,错误的一项是 CA 、密码子阅读是有特定起始位点的B 、密码子阅读无间断性C 、密码子都具有简并性D 、密码子对生物界具有通用性6．密码子变偶性叙述中,不恰当的一项是 AA 、密码子中的第三位碱基专一性较小,所以密码子的专一性完全由前两位决定B 、第三位碱基如果发生了突变如A G 、C U,由于密码子的简并性与变偶性特点,使之仍能翻译出正确的氨基酸来,从而使蛋白质的生物学功能不变C 、次黄嘌呤经常出现在反密码子的第三位,使之具有更广泛的阅读能力,I-U 、I-C 、I-A 从而可减少由于点突变引起的误差D 、几乎有密码子可用U C XY 或U C XY 表示,其意义为密码子专一性主要由头两个碱基决定7．关于核糖体叙述不恰当的一项是 BA 、核糖体是由多种酶缔合而成的能够协调活动共同完成翻译工作的多酶复合体B 、核糖体中的各种酶单独存在解聚体时,同样具有相应的功能C 、在核糖体的大亚基上存在着肽酰基P 位点和氨酰基A 位点D 、在核糖体大亚基上含有肽酰转移酶及能与各种起始因子,延伸因子,释放因子和各种酶相结合的位点8．tRNA 的叙述中,哪一项不恰当 DA 、tRNA 在蛋白质合成中转运活化了的氨基酸B 、起始tRNA 在真核原核生物中仅用于蛋白质合成的起始作用C 、除起始tRNA 外,其余tRNA 是蛋白质合成延伸中起作用,统称为延伸tRNAD 、原核与真核生物中的起始tRNA 均为fMet-tRNA9．tRNA 结构与功能紧密相关,下列叙述哪一项不恰当 DA 、tRNA 的二级结构均为“三叶草形”B 、tRNA3′-末端为受体臂的功能部位,均有CCA 的结构末端C 、T C 环的序列比较保守,它对识别核糖体并与核糖体结合有关D 、D 环也具有保守性,它在被氨酰-tRNA 合成酶识别时,是与酶接触的区域之一10．蛋白质生物合成中多肽的氨基酸排列顺序取决于 CA 、相应tRNA 的专一性B 、相应氨酰tRNA 合成酶的专一性C 、相应mRNA 中核苷酸排列顺序D 、相应tRNA 上的反密码子11．下列有关氨酰- tRNA 合成酶叙述中,哪一项有误 CA 、氨酰-tRNA 合成酶促反应中由ATP 提供能量,推动合成正向进行B 、每种氨基酸活化均需要专一的氨基酰- tRNA 合成酶催化C 、氨酰-tRNA 合成酶活性中心对氨基酸及tRNA 都具有绝对专一性OD 、该类酶促反应终产物中氨基酸的活化形式为R －CH －C －O －ACC －tRNANH 212．原核生物中肽链合的起始过程叙述中,不恰当的一项是 DA 、mRNA 起始密码多数为AUG,少数情况也为GUGB 、起始密码子往往在5′-端第25个核苷酸以后,而不是从mRNA5′-端的第一个苷酸开始的C 、在距起始密码子上游约10个核苷酸的地方往往有一段富含嘌呤的序列,它能与16SrRNA3′-端碱基形成互补D、70S起始复合物的形成过程,是50S大亚基及30S小亚基与mRNA自动组装的13．有关大肠杆菌肽链延伸叙述中,不恰当的一项是 CA、进位是氨酰-tRNA进入大亚基空差的A位点B、进位过程需要延伸因子EFTu及EFTs协助完成C、甲酰甲硫氨酰－tRNA f进入70S核糖体A位同样需要EFTu－EFTs延伸因子作用D、进位过程中消耗能量由GTP水解释放自由能提供14．移位的叙述中哪一项不恰当 CA、移位是指核糖体沿mRNA5′→3′作相对移动,每次移动的距离为一个密码子B、移位反应需要一种蛋白质因子EFG参加,该因子也称移位酶C、EFG是核糖体组成因子D、移位过程需要消耗的能量形式是GTP水解释放的自由能15．蛋白质生物合成的方向是： BA、从C端到N端B、从N端到C端C、定点双向进行D、从C端、N端同时进行16．在蛋白质合成过程中,下列哪些说法是正确的 CA、氨基酸随机地连接到tRNA上去B、新生多肽链的合成都是从C-端向N-端方向延伸的C、通过核糖核蛋白体的收缩,mRNA不断移动D、肽键形成是由肽酰转移酶作用下完成的,此种酶不属于核糖体的组成成分17．70S起始复合物的形成过程的叙述,哪项是正确的 DA、mRNA与30S亚基结合过程需要超始因子IF1B、mRNA与30S亚基结合过程需要超始因子IF2C、mRNA与30S亚基结合过程需要超始因子IF3D、mRNA与30S亚基结合过程需要超始因子IF1、IF2和IF318．mRNA与30S亚基复合物与甲酰甲硫氨酰-tRNA f结合过程中起始因子为 AA、IF1及IF2B、IF2及IF3C、IF1及IF3D、IF1、IF2及IF319．原核细胞中氨基酸掺入多肽链的第一步反应是： DA、甲酰蛋氨酸-tRNA与核蛋白体结合B、核蛋白体30S亚基与50S亚基结合C、mRNA与核蛋白体30S亚基结合D、氨酰tRNA合成酶催化氨基酸活化20．假设翻译时可从任一核苷酸起始读码,人工合成的AACnn为任意整数多聚核苷酸,能够翻译出几种多聚氨基酸 CA、一种B、二种C、三种D、四种21．绝大多数真核生物mRNA5’端有 AA、帽子结构B、PolyAC、起始密码D、终止密码22．能与密码子ACU相识别的反密码子是DA、UGAB、IGAC、AGID、AGU23．原核细胞中新生肽链的N-末端氨基酸是CA、甲硫氨酸B、蛋氨酸C、甲酰甲硫氨酸D、任何氨基酸24．tRNA的作用是 DA、把一个氨基酸连到另一个氨基酸上B、将mRNA连到rRNA上C、增加氨基酸的有效浓度D、把氨基酸带到mRNA的特定位置上25．细胞内编码20种氨基酸的密码子总数为： DA、16B、64C、20D、6126．下列关于遗传密码的描述哪一项是错误的CA、密码阅读有方向性,5'-端开始,3'-端终止B、密码第3位即3′-端碱基与反密码子的第1位即5′-端碱基配对具有一定自由度,有时会出现多对一的情况C、一种氨基酸只能有一种密码子D、一种密码子只代表一种氨基酸27．蛋白质合成所需的能量来自CA、ATPB、GTPC、ATP和GTPD、CTP28．下列关于氨基酸密码的描述哪一项是错误的 AA、密码有种属特异性,所以不同生物合成不同的蛋白质B、密码阅读有方向性,5′-端起始,3′-端终止C、一种氨基酸可有一组以上的密码D、一组密码只代表一种氨基酸29．mRNA的5′-ACG-3′密码子相应的反密码子是 CA、5′-UGC-3′B、5′-TGC-3′C、5′-CGU-3′D、5′-CGT-3′30．下列哪一个不是终止密码 BA、UAAB、UACC、UAGD、UGA三、是非题在题后括号内打√或×：1、蛋白质生物合成所需的能量都由ATP直接供给; ×2、反密码子GAA只能辨认密码子UUC; ×3、生物遗传信息的流向,只能由DNA—→RNA而不能由RNA—→DNA; ×4、原核细胞新生肽链N端第一个残基为fMet,真核细胞新生肽链肽链N端第一个氨基酸残基为Met; √5、DNA复制与转录的共同点在于都是以双链DNA为模板,以半保留方式进行,最后形成链状产物; ×6、依赖DNA的RNA聚合酶叫转录酶,依赖于RNA的DNA聚合酶即反转录酶; √7、密码子从5’-端至3’-端读码,而反密码子则从3’-端至5’-端读码; ×8、一般讲,从DNA的三联体密码子中可以推定氨基酸的顺序,相反从氨基酸的顺序也可毫无疑问地推定DNA顺序; ×9、DNA半不连续复制是指复制时一条链的合成方向是5′→3′而另一条链方向是3′→5′; ×10、真核生物蛋白质合成起始氨基酸是N-甲酰甲硫氨酸; ×11、原核细胞的DNA聚合酶一般都不具有核酸外切酶的活性; ×12、在具备转录的条件下,DNA分子中的两条链在体内都可能被转录成RNA; ×13、核糖体是细胞内进行蛋白质生物合成的部位; √14、mRNA与携带有氨基酸的tRNA是通过核糖体结合的; √15、核酸是遗传信息的携带者和传递者; √16、RNA的合成和DNA的合成一样,在起始合成前亦需要有RNA引物参加; ×17、真核生物mRNA多数为多顺反子,而原核生物mRNA多数为单顺反子; ×18、合成RNA时,DNA两条链同时都具有转录作用; ×19、在蛋白质生物过程中mRNA是由3’-端向5’-端进行翻译的; ×20、蛋白质分子中天冬酰胺,谷氨酰胺和羟脯氨酸都是生物合成时直接从模板中译读而来的; ×21、逆转录病毒RNA并不需要插入寄主细胞的染色体也可完成其生命循环; ×四、问答题：1．氨酰-tRNA合成酶在多肽合成中的作用特点和意义;答：氨基酰-tRNA合成酶具有高度的专一性：一是对氨基酸有极高的专一性,每种氨基酸都有一种专一的酶,它仅作用于L-氨基酸,不作用于D-氨基酸,有的氨基酸-tRNA合成酶对氨基酸的专一性虽然不很高,但对tRNA仍具有极高专一性;这种高度专一性会大大减少多肽合成中的差错;2．原核细胞与真核细胞蛋白质合成起始氨基酸起始氨基酰—tRNA及起始复合物的异同点有那些答：为了便于比较列表如下3．原核生物与真核生物mRNA的信息量及起始信号区结构上有何主要差异;答：为了便于比较列表如下：4．简述三种RNA在蛋白质生物合成中的作用;答：1 mRNA：DNA的遗传信息通过转录作用传递给mRNA,mRNA作为蛋白质合成模板,传递遗传信息,指导蛋白质合成;2 tRNA：蛋白质合成中氨基酸运载工具,tRNA的反密码子与mRNA上的密码子相互作用,使分子中的遗传信息转换成蛋白质的氨基酸顺序是遗传信息的转换器;3 rRNA：核糖体的组分,在形成核糖体的结构和功能上起重要作用,它与核糖体中蛋白质以及其它辅助因子一起提供了翻译过程所需的全部酶活性;五、名词解释：1．遗传密码与密码子多肽链中氨基酸的排列次序mRNA分子编码区核苷酸的排列次序对应方式称为遗传密码;而mRNA分子编码区中每三个相邻的核苷酸构成一个密码子;由四种核苷酸构成的密码子共64个,其中有三个不代表任何氨基酸,而是蛋白质合成中的终止密码子;2．起始密码子与终止密码子蛋白质合成中决定起始氨基酸的密码子称为起始密码子,真核与原核生物中的起始密码子为代表甲硫氨酸的密码子AUG和代表缬氨酸的密码子GUG;3．密码的简并性和变偶性一种氨基酸可以具有好几组密码子,其中第三位碱基比前两位碱基具有较小的专一性,即密码子的专一性主要由前两位碱基决定的特性称为变偶性;4．核糖体与多核糖体生物系统中合成蛋白质的部侠,称为核糖体;多聚核糖体：一条mRNA模板链可附着10-100个核糖体,这些核糖体依次结合起始密码子,沿5-3方向读码移动,同时进行肽链合成,这种mRNA与多个核糖体形成的聚合物称为多聚核糖体;5．同功tRNA、起始tRNA、延伸tRNA用于携带或运送同一种氨基酸的不同tRNA称同功tRNA,能特异识别mRNA上起始密码子的tRNA,称为起始tRNA;在肽链延伸过程中,用于转运氨基酸的tRNA称为延伸tRNA;6．EFTu-EFTs循环,移位,转肽肽键形成EF-Tu与EF-T S称为延伸因子,参与氨基酰-tRNA进位,每完成一次进位需要EF-Ts－EF-Tu循环一周,其过程如下：移位：就是核糖体沿着mRNA从5′向3′-端移动一个密码子的距离：转肽则是位于核糖体大亚基P 位点的肽酰基在转肽酶的作用下,被转移到A位点,氨在酰-tRNA的氨基上形成肽键的过程;7．信号肽几乎所有跨膜运送的蛋白质结构中,多数存在于N-末端的肽片段称为信号肽,其长度一般为15—35个氨基酸残基;它在蛋白质跨膜运送中起重要作用;少数信号肽位于多肽中间某个部位,称为“内含信号肽;”8．移码突变在mRNA分子编码区内插入一个或删除一个碱基,就会使这点以后的读码发生错误,这称为移码;由于移码引起的突变称为移码突变;。
动物生物化学课件：蛋白质的生物合成
蛋白质的生物合成
将mRNA分子中 4 种核苷酸序列 编码的遗传信息，通过遗传密码破译的 方式解读为蛋白质一级结构中20种氨基 酸的排列顺序过程，称为蛋白质的生物 合成或翻译。
参与蛋白质生物合成的物质 蛋白质生物合成的过程
第一节 参与蛋白质生物合成的物质
参与蛋白质合成的物质
• 原料：20种氨基酸 • 模板：mRNA • 运载体：tRNA • 场所：核蛋白体（rRNA与蛋白质构成） • 蛋白质因子：
生物功能
占据A位防止结合其他tRNA 促进起始tRNA与小亚基结合 促进大、小亚基分离，提高P位对结合起始tRNA的 敏感性 促进起始tRNA与小亚基结合 最先结合小亚基促进大、小亚基分离 eIF-4F复合物成分，有解螺旋酶活性，促进mRNA 结合小亚基 结合mRNA，促进mRNA扫描定位起始tRNA eIF-4F复合物成分，结合mRNA5`-帽子 eIF-4F复合物成分，结合eIF-4E和PAB
➢ tRNA凭借自身的反密码子与mRNA链上的密码 子相识别，按照mRNA链上的密码子所决定的氨 基酸顺序将所带氨基酸转运到核糖体的特定部位。
一种氨基酸可以有一种以上tRNA作为 运载工具。通常把携带相同氨基酸而反密 码子不同的一组tRNA称为同功tRNA.
氨基酰tRNA----氨基酸的活化形式。 表示为： tRNAPhe
对应同一种氨基酸的不同密码子，称 为同义密码子。同义密码子使用频率不同.
在蛋白质中出现频率越多的氨基酸， 其密码子的数量越多。
4.密码子使用频率不同
• 在蛋白质合成时，对简并密码子的使用频率是 不同的。
• 如UUU和UUC都为苯丙氨酸编码，但在高表 达的蛋白质中使用UUC的频率明显高于UUU。
5. 密码子与反密码子配对的不严格性
蛋白质翻译转录逆转录复制复制DNARNA第六节蛋白质的生物合成
蛋白质翻译转录逆转录复制复制 DNARNA第六节蛋白质的生物合
一、 蛋白质的生物合成体系
原料：20种氨基酸 模板：mRNA（信使核糖核酸） 场所：核蛋白体 氨基酸的“搬运工具”：tRNA 酶与蛋白质因子：启动、延长、终止因子 能量：ATP、GTP 无机离子
更新。
蛋白质翻译转录逆转录复制复制 DNARNA第六节蛋白质的生物合
蛋白质合成非常复杂，真核生物细胞合成蛋白质需 要70多种核糖体蛋白质，20多种活化氨基酸的酶，10 多种辅助酶和其他蛋白质因子参加，同时还要100多 种附加的酶类、40多种tRNA、 r RNA ，总计有300多 种不同的大分子参与多肽的合成。
U C A G
U C A G
U C A G
一个氨基酸序列为Met-Leu亮-Arg精-Asn天冬酰胺Ala丙-Val缬-Glu谷-Ser丝-Ile异亮-Phe苯丙-Thr苏的短 肽的核糖核苷酸序列？（起始终止密码子）
可能的序列：
起始密码？
5‘AUG UUA CGU AAU GCU GUC GAA UCU AUU UUU ACA
生命以蛋白质为基础，所有生物都含有 蛋白质。地球上的生物体含有1010-1011种 不同的蛋白质，各种生物都有其特殊的蛋 白质。
一个高等生物的细胞内约有3000多种不 同的蛋白质，这些蛋白质分别担负着不同 的生物功能。
一个正常生长的细胞内，时刻都在进行
着蛋白质的生物合成。新的蛋白质分子不
断地合成出来，旧的蛋白质分子不断地被
蛋白质翻译转录逆转录复制复制 DNARNA第六节蛋白质的生物合
华中农业大学生物化学本科试题库 第16章 蛋白质的合成
第16章蛋白质的合成单元自测题（一）、名词解释1、无细胞翻译系统2、密码子(codon)3、摆动配对(wobblepairing)4、核糖体循环(ribosomecycle)5、多核糖体(polyribosome)6、操纵子(operon)7、顺式作用元件(cis element)8、反式作用因子(trans factor)9、锌指(zincfinger)10、亮氨酸拉链(1eudnezipper)11、螺旋—环—螺旋(helix-loop-helix)12、跳跃翻译(jump translation)13、蛋白质内含子（二）填空题1、在64个密码子中，终止密码子是、、，编码Met兼作翻译起始信号的密码子是，编码Trp 的密码子是。
2、反密码子第位碱基和密码子第碱基的配对允许有一定的摆动，称为变偶3、在原核细胞翻译起始时，小亚基16SrRNA的3’端与mRNA5’端的之间互补配对，确定读码框架，fMet-tRNA f 占据核糖体的位置，4、在肽链延伸时，由核糖体大亚基的酶催化核糖体P位置的与A位置的形成肽键。
5、每一次延伸循环掺入一个氨基酸的同时，消耗分子的GTP，核糖体沿的方向解读mRNA的编码序列，肽链从延伸，直到A位置出现终止密码子时，结合到核糖体上，新生的肽链被释放。
6、在真核细胞中，已合成的蛋白质通过内质网膜运输时有、、和等参与了识别和运送作用。
7、内质网膜表面附着的大量核糖体是的场所，内质网膜腔内是的场所。
高尔基体的重要功能是和。
8、蛋白质磷酸化是可逆的。
蛋白质磷酸化时，需要酶，而蛋白质去磷酸化需要酶。
9、在蛋白质的生物合成中，需要起始tRNA，在原核中为，在真核中为，最后合成的蛋白质N端不含有甲硫氨酸，因为。
10、肽基转移酶在蛋白质生物合成中的作用是。
11、氨酰ｔＲＮＡ合成酶在ＡＴＰ和Mg２+存在下选择正确的氨基酸加到tRNA的3'末端，使之氨酰化的过程，取决于。
12、蛋白质生物合成过程中，核糖体内需能步骤都与水解为和无机磷有关。
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tRNA负责携带氨基 携带氨基 酸进入核糖体参加 蛋白质的合成， tRNA依靠本身的反 反 密码子识别mRNA 密码子 上的密码子
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tRNA分子上有携带 氨基酸的部位(3’端) 以及识别mRNA上 密码子的反密码子 (反密码子环)
tRNA的三叶草型结构 的三叶草型结构
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tRNA的三级结构是倒 型 的三级结构是倒L型 的三级结构是倒
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核糖体由蛋白质和rRNA组成 组成 核糖体由蛋白质和
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细菌的16S rRNA在翻译中的重要作用：与起 在翻译中的重要作用： 细菌的 在翻译中的重要作用 始密码子前面的SD序列结合 序列结合， 始密码子前面的 序列结合，提高起始效率
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许多原核生物的mRNA起始密码子前有保守的被 起始密码子前有保守的被 许多原核生物的 称为SD的序列 在翻译中起重要作用。 的序列， 称为 的序列，在翻译中起重要作用。 30
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某些抗生素对蛋白质合成的抑制位点
作用阶段 起 始 抑制剂 作用对象
延 伸
链霉素 春雷霉素 黄色霉素 嘌呤霉素
红霉素
氯霉素
细菌 细菌 细菌 细菌
作用机理(位点 作用机理 位点) 位点 30S亚基的S12 蛋白质
16 S rRNA
EF-Tu-GTP不能释放
氨酰tRNA类似物,进入A位,形成 肽键,使多肽提前释放
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1 氨基酸的活化
氨基酸的活化就是指细胞把氨基酸装到对 氨基酸的活化 应的tRNA分子上，形成氨酰 氨酰-tRNA的过 氨酰 程。
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氨酰-tRNA合成酶 amino-acyl-tRNA Synthetase) 合成酶( 氨酰 合成酶
催化氨基酸的活化 反应在在细胞质中 氨基酸的活化, 氨基酸的活化 进行，每活化一个氨基酸消耗掉2个高 能键，反应不可逆。
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பைடு நூலகம்
原来P为上空载 的tRNA移到E位, 离开核糖体, 原 来A位上携带2肽 的tRNA移动到P 位, A位空出。
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4 肽链的终止和释放
终止密码子是由终止因子 终止因子识别的。大 终止因子 肠杆菌有3个终止因子 个终止因子RF1,RF2, RF3。 个终止因子
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终止因子释放多肽链, 同 时70S复合物解离成亚基， 准备新一轮的蛋白质合 成。
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分子伴侣的几个特点
1 是大多数蛋白质正确折叠所必须的 2 分子伴侣的特异性少或没有 3 分子伴侣可能是通过疏水基团与多肽链结合 4 分子伴侣协助蛋白质分子折叠时需要消耗能量
动画:分子伴侣的功能 动画 分子伴侣的功能* 分子伴侣的功能
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蛋白质分子的不正确折叠会引发蛋白 质功能的失常，甚至引起疾病。
4
蛋白质的合成速度是非常快的。大 肠杆菌 37℃时平均每 15 分钟繁殖 一次。每秒中平均合成20个氨基酸 个氨基酸。 一次 个氨基酸
5
第一节 遗传密码 遗传密码是在20世纪60年 代由世界上许多科学家共 同努力下破译的。
6
标准遗传 密码表
密码子共64个 密码子共64个， 包括起始密码 子1个，终止 个 子3个。 个
第16章 蛋白质 的生物合成
本章主要内容
第一节 遗传密码 第二节 RNA在蛋白质合成中的作用 第三节 原核细胞中蛋白质的合成
2
蛋白质合成是细胞内最复杂的 蛋白质合成 生物学事件之一。真核细胞中， 总共有超过300种不同的大分子 种 来参与蛋白质的合成。
3
蛋白质合成消耗的能量占细胞内 蛋白质合成消耗的能量占细胞内 化学合成能量消耗的90%以上。 以上。 化学合成能量消耗的 以上 在一个细菌的细胞中，含有 20000个核糖体 个核糖体,100,000个相关蛋 个相关蛋 个核糖体 白和酶,200000个tRNAs分子 它 分子, 白和酶 个 分子 们占细胞干重的 干重的35%以上！ 干重的
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干扰素还可以诱导细胞产生一种少见的 以2’-5’磷酸二酯键连接而成的寡聚 寡聚2’-5’ 寡聚 腺苷酸，从而活化细胞内的核酸内切 腺苷酸 酶RNAase L，降解病毒的RNA。 这两种作用机制是单独发挥作用的。
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蛋白裂解， 蛋白裂解，如胰岛素等
第一个氨基酸和信号肽的切除
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磷酸化
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羧化
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甲基化
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甲基化
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糖基化
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在蛋白质合成后折叠成有功 能的蛋白质结构过程中，折 折 叠酶和分子伴侣 分子伴侣起到非常重 叠酶 分子伴侣 要的作用。
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折叠酶—目前至少发现二硫键异构酶 二硫键异构酶 折叠酶 和肽链脯氨酸异构酶 肽链脯氨酸异构酶。 肽链脯氨酸异构酶 二硫键异构酶负责使蛋白质中的二硫 二硫键异构酶 键正确形成。 肽链脯氨酸异构酶改变脯氨酸的构型， 肽链脯氨酸异构酶改变脯氨酸的构型， 改变脯氨酸的构型 保证蛋白质形成正确的构型。 保证蛋白质形成正确的构型。
的形成
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mRNA是蛋白质合成的模板 是蛋白质合成的模板
原核生物的mRNA多为多顺反子 多顺反子结构。 多顺反子
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原核生物的基因多组成一个多顺反子结构进 原核生物的基因多组成一个多顺反子结构进 多顺反子 行转录翻译
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真核生物的mRNA多为单顺反子 单顺反子结构，DNA 单顺反子 转录后只产生一个mRNA分子，但是由于有 选择性剪接现象，所以一个mRNA分子会产 选择性剪接 生多种蛋白质分子。
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5 新生肽的折叠和加工 刚从核糖体上释放出来的多肽链 是没有生物活性的,要经过加工才 能具备生物活性。
50
蛋白质合成后的加工步骤主要包括 起始氨基酸的除去 信号肽的除去
某些氨基酸进行修饰， 某些氨基酸进行修饰，如氨基酸的磷酸化 和糖基化等。 和糖基化等。 辅基的加入 亚基的聚合 二硫键的形成 多肽链的折叠
40
IF2 与 GTP 结合,再 与 30S亚基结合形 成一个复合物。
携带起始氨基酸的 tRNA 与上述复合 物结合,同时将 IF3 释放,由此形成30S 起始复合物。
41
50S亚基与30S起 始复合物结合形成 70S起始复合物。 释放IF1和IF2。 这时携带甲酰甲硫 氨酸的起始tRNA 位于P位点，A位点 是空的，等待下一 个tRNA进入。
7
遗传密码的特点
a 遗传密码是连续的三联体 三联体，无标点符号* 三联体
8
基因序列中，任一核苷酸的插入、 基因序列中，任一核苷酸的插入、缺失都会改变 遗传密码的阅读顺序，从而影响基因的产物。 遗传密码的阅读顺序，从而影响基因的产物。
9
遗传密码是连续的，一般不重叠。
10
在一些病毒基因组中，有“重叠基因” 情况出现。
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肽键的形成
A位和P位上的氨基酸之 间形成肽键,P位上的 tRNA卸载,A位上的tRNA 上携带有一个2肽.
催化肽键形成的 可能是23S rRNA
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移位(translocation) 移位
需要转位因子EFG,消耗GTP，GTP 水解,核糖体构象 发生改变,加上EFG的作用使核糖体 向着3‘方向移动1 个密码子的距离.
A供携带氨基酸的氨酰 氨酰tRNA停留， 氨酰 P供携带肽的肽酰 tRNA停留， 肽酰 卸载的tRNA离开核糖体前停留。 E供卸载的 卸载的
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原核细胞中基因的 转录与蛋白质的合 成是偶联的
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第三节 原核细胞中蛋白质的合成
蛋白质的合成可 以分为5个步骤 以分为 个步骤
1 氨基酸的活化 2 起始 3 延伸 4 肽链的终止和释放 5 多肽链的加工
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3 延伸
除了起始的氨基酸外,所有的携带氨基酸的 tRNA必须与延长因子 延长因子EF-Tu结合才能进入 延长因子 A位点。 氨酰-tRNA与延长因子 延长因子EF-Tu-GTP结合 结合,进 延长因子 结合 入A位点,随后Tu-GDP离开核糖体。
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从第2个氨基酸开始， tRNA必须与延伸因子Tu 结合才能进入核糖体的 A位点，需要消耗GTP。 Tu-GDP经过与延长因子 Ts和GTP结合而恢复成 Tu-GTP,准备结合下一个 氨酰-tRNA. 延伸因子Tu循环 延伸因子 循环
肽转移
细菌,线粒体 23S rRNA的修饰, 抑制异 位
细菌/ 线粒体 50S 蛋白质/ 23S rRNA 抑制80S移位酶,对70S无效
移 位
放线菌酮 真核细胞 梭链霉素 细菌 硫链丝菌肽 细菌
EFG-GDP不能释放 抑制GTPase活性 68
除了抗生素外， 除了抗生素外，还有一些药物的作用机制也 是通过阻止蛋白质的合成而发挥作用的。 是通过阻止蛋白质的合成而发挥作用的。
14
d 蛋白质翻译的起始密码子一般是AUG
只有少数例外
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e 密码子在生物中几乎是通用的 少数线粒体中的蛋白质翻译体系 中使用的密码子系统有所不同
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第二节 RNA在蛋白质合成中的作用 在蛋白质合成中的作用
蛋白质合成中至少有3种RNA分子参与，并 蛋白质合成中至少有 种 分子参与， 分子参与 起非常重要的作用： 起非常重要的作用： mRNA 是合成蛋白质的模板 tRNA 运输氨基酸并识别 运输氨基酸并识别mRNA上 的密码子 上 rRNA 构成蛋白质合成的场所核糖体 催化肽健 构成蛋白质合成的场所核糖体,催化肽健
这些药物称为“抗代谢药物”，如长 春新碱、三尖杉酯碱、L-门冬酰胺酶等。
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此外，白喉毒素 干扰素等 白喉毒素和干扰素等 白喉毒素 干扰素等也是通过 干扰蛋白质合成而发挥作用的。 白喉毒素( 白喉毒素 Diphtheria toxin，Mr 58330) ， 是一种修饰酶，可以使真核细胞的延 延 伸因子2(eEF2)发生ADP-核糖基化，从 伸因子 而使之失活，而抑制蛋白质的合成。 毒性极强。 霍乱毒素以及绿脓杆菌外毒素的作用机 霍乱毒素以及绿脓杆菌外毒素的作用机 以及绿脓杆菌外毒素 制与此类似。 制与此类似。