生物化学：第四章 蛋白质合成的调控(讲义)
考研西医综合大纲详解：生物化学(四)
考研西医综合大纲详解：生物化学（四）一、生物化学考查目标西医综合生物化学的考试范围为人民卫生出版社第七版生物化学教材。
要求学生系统掌握本学科中的基本理论、基本知识和基本技能，能够运用所学的基本理论、基本知识和基本技能综合分析、判断和解决有关理论问题和实际问题。
二、生物化学考点解析这节我们来解析一下生物化学。
今年生物化学未发生任何改变。
生物化学对于很多考生来说都是比较难的学科，需要掌握和记忆的东西很多，在此我想提醒大家在复习生化时一定要抓重点，切忌把时间都放在一些较难较偏的知识点上，以免耽误时间。
下面我们就按大纲分的四大部分进行详细的解析。
生物化学第一部分生物大分子的结构和功能重点内容：氨基酸的分类,几种特殊的氨基酸，蛋白质的分子结构及理化性质，核酸的组成，DNA双螺旋结构，酶的基本概念，米式方程，辅酶成分。
熟记20种氨基酸，尽可能记住英文缩写代号，因考试时常以代号直接出现。
蛋白质的分子结构常考各级结构的表现形式及其维系键。
蛋白质的理化性质及蛋白质的提纯，通常利用蛋白质的理化性质采取不破坏蛋白质结构的物理方法来提纯蛋白质。
注意氨基酸及蛋白质理化性质的鉴别。
核酸的基本单位是核苷酸，多个核苷酸组成核酸，核苷酸之间的连接键为3'，5'-磷酸二酯键。
DNA双螺旋结构，在DNA双链结构中两条碱基严格按A=T（2个氢键）、G三C（3个氢键）配对存在，各种RNA的特点。
另外还要注意到一些核酸解题上常用的概念。
酶首先要注意的是一些基本概念，如：核酶、脱氧核酶、酶活性中心、同工酶、异构酶等。
米式方程式考试重点，V=Vmax[S]/Km+[S],这个方程解释酶促反应浓度与反应速度之间关系的方程式。
考试时有时会让考生根据此方程做简单计算后才能作答。
几种抑制剂的区别。
变构酶的特点，解题时应注意变构调节可引起酶的构象变化。
在这里要特别注意的是构型是指物质的基本结构组成，构象是指物质的空间变化，别构调节可引起酶的构象变化，而不是引起酶的构型变化。
第四章蛋白质的化学合成
O R1
O R2
CH O C CH NH C CH NH tBocBiblioteka Re s inO R1
O R2
CH O C CH NH C CH NH
O
O
O
CF3COOH+ HBr HO C CH NH C CH NH C CH
目标多酞
O Rn C CH NH tBoc
O Rn
CN
固相多肽合成已经有40年的历史了，然而到现在，人们还只 能合成一些较短的肽链，更谈不上随心所欲地合成蛋白质了， 同时合成中的试剂毒性，昂贵费用，副产物等一直都是令人头 痛的问题。
而在生物体内，核糖体上合成肽链的速度和产率都是惊人的。
是否能从生物体合成蛋白质的原理上得到一些启发，应用在 固相多肽合成（树脂）上，这是一个令人感兴趣的问题，也许 是今后多肽合成的发展。
C CH NH3+
1965年，中国科学院和北京大学生物系联手首次人工 合成了牛胰岛素，成了轰动世界的大事。
这也是世界上第一个蛋白质的全合成。这是我国科技人员在奋力攀 登世界科学高峰，为祖国在基础研究方面争得的一项世界冠军。
1953年du Vigneaud (维格诺德)首次化学合成了多肽激素—催产 素(8AA), 1955年诺贝尔化学奖。
种基本方法。 1965年梅里菲尔德制成了第一台自动化合成仪。 1969年他用这台仪器高速地合成由124个氨基酸残基组成的核糖核酸酶A。
核糖核酸酶A是世界上首次人工合成的酶。 他因发明多肽固相合成法,对发展新药物和遗传工程的重大贡献而获1984
年诺贝尔化学奖。 现在广泛应用的＂蛋白质自动合成仪＂就是在这个基础上发展起来的。
目的基因 + 载体DNA
蛋白质合成知识点归纳
蛋白质合成知识点归纳蛋白质的合成蛋白质合成是细胞中一种重要的生物化学过程，它是构建和修复细胞所需的必要步骤。
蛋白质合成包括两个主要过程：转录和翻译。
转录转录是指将DNA中的基因信息转换成mRNA的过程。
它发生在细胞核中，涉及到三个主要的步骤：启动、延伸和终止。
- 启动：RNA聚合酶结合到DNA的启动子区域，开始合成mRNA。
- 延伸：RNA聚合酶沿DNA链进行移动，合成与DNA模板链互补的mRNA链。
- 终止：RNA聚合酶到达终止信号，停止合成mRNA。
翻译翻译是指将mRNA转化为氨基酸序列，从而合成蛋白质的过程。
它发生在细胞质中，涉及到三个主要的步骤：起始、延伸和终止。
- 起始：mRNA与小核RNA和启动因子形成复合物，与核糖体结合并识别起始密码子（AUG）。
- 延伸：tRNA携带氨基酸与mRNA上的密码子互补配对，形成肽键，并不断延伸肽链。
- 终止：当翻译到终止密码子时（UAA，UAG或UGA），翻译复合物分解，蛋白质合成终止。
蛋白质合成的调控蛋白质合成的调控是细胞中保持蛋白质水平平衡的重要过程。
它涉及到各种调控机制，包括：- 转录调控：通过调控转录过程中的启动子活性、转录因子和共激活蛋白的作用来控制mRNA的合成。
- 翻译调控：通过调控mRNA的稳定性、翻译起始、tRNA和核糖体结合等步骤来控制翻译过程。
- 后转录调控：通过调控蛋白质的修饰、折叠和降解等过程来控制合成的蛋白质的功能和寿命。
蛋白质合成的重要性蛋白质合成对于维持细胞的正常功能和身体的正常运作至关重要。
它在以下方面发挥着重要作用：- 细胞结构：蛋白质是细胞骨架和细胞器的重要组成部分，维持细胞的形态和结构稳定性。
- 酶催化反应：许多生化反应需要酶来加速，这些酶都是由蛋白质合成而来。
- 信号传导：蛋白质参与细胞信号传导通路，调控细胞的生长、分化和存活等过程。
- 免疫系统：蛋白质在免疫系统中起着关键的作用，参与抗体的合成和免疫应答的调节。
生物化学：第四章 蛋白质合成的调控(讲义)
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第四章第四节 蛋白质合成调控
Poly(A)对翻译的促进作用是需要PABP（poly(A) 结合蛋白）的存在，PAPB结合poly(A)最短的长 度为12 nt，当poly(A)缺乏PAPB的结合时， mRNA 3′端的裸露易招致降解。
AAAAAAAAAAAA PABP
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第四章第四节 蛋白质合成调控
（二）mRNA的稳定性对翻译水平的影响
在细胞质中所有的RNA都要受到降解控制 （degradation control）在控制中RNA降解的速率 （也称为RNA的转换率)是受到调节的；
mRNA分子的稳定性很不一致，有的mRNA的寿 命可延续好几个月，有的只有几分钟；
Lin-4调控翻译机制的模式图
3′非翻译区
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第四章第四节 蛋白质合成调控
Lin-4调控Lin-14mRNA翻译作用的示意图
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第四章第四节 蛋白质合成调控
引发基因沉默的microRNA (miRNA)
microRNA (miRNA) 是一类长度约为2024个核苷酸长度的具有调控基因表达功 能的非编码RNA。
• 由此可见，eIF4E、eIF2-GTP在转录起始过程中起到了关键 作用。
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第四章第四节 蛋白质合成调控
① eIF-4E
真核生物翻译起始的限速步骤
eIF-4E结合蛋白4E-BP抑制4E 与Cap结合，从而抑制翻译的 起始；
蛋白质合成的基本原理
蛋白质合成的基本原理蛋白质合成是生物体内的基本生物化学过程之一，对于细胞和生物体的正常功能至关重要。
蛋白质合成的基本原理是DNA的转录和翻译过程，通过这一过程，细胞中的基因信息得以转化为具体的蛋白质结构。
本文将对蛋白质合成的基本原理进行详细论述。
一、蛋白质合成的转录过程转录是蛋白质合成的第一步，它发生在细胞核内。
具体而言，转录是指DNA中的基因信息被转录成RNA的过程。
转录过程分为三个主要阶段：启动、延伸和终止。
在启动阶段，细胞核中的转录因子与DNA上的启动子结合，形成转录复合物。
转录复合物的形成是转录的基础，它使得RNA聚合酶能够结合并开始向下游进行RNA链合成。
在延伸阶段，RNA聚合酶沿DNA模板链的3'方向进行滑动，并在该过程中合成RNA链。
RNA链与DNA模板链遵循碱基互补规则，即A对U，T对A，C对G，G对C。
这样的碱基配对确保了合成的RNA 与DNA模板的一致性。
在终止阶段，RNA聚合酶遇到转录终止序列，导致转录复合物的解体，从而终止转录过程。
随后，由DNA模板合成的RNA链被释放出来，进一步进入细胞质进行蛋白质合成的下一步——翻译。
二、蛋白质合成的翻译过程翻译是蛋白质合成的第二步，它发生在细胞质中，涉及到核糖体、tRNA和mRNA等多个元件的协同作用。
与转录不同，翻译是将RNA中的信息翻译成蛋白质的过程。
核糖体是翻译的主要场所，它由rRNA和蛋白质组成，通过与mRNA的特定序列互补匹配，使tRNA带有氨基酸的3'端与mRNA上的密码子相互结合，从而将氨基酸连接成多肽链。
具体而言，翻译过程包括启动、延伸和终止三个阶段。
在启动阶段，mRNA的起始密码子AUG（编码甲氨酸）被识别，并使tRNA结合在起始密码子上。
随后，核糖体的大亚基与小亚基结合，形成完整的核糖体结构，并开始合成氨基酸链。
在延伸阶段，tRNA带有氨基酸的3'端与mRNA上的密码子相互配对，使氨基酸逐渐连接成多肽链。
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
蛋白质合成的基本过程
蛋白质合成的基本过程蛋白质是构成生物体细胞的重要组成部分，参与了生物体内的几乎所有生化过程。
蛋白质的合成是细胞内最为重要的生物化学过程之一，也是维持生命活动正常进行的基础。
蛋白质的合成过程包括转录和翻译两个阶段，通过这两个阶段，细胞可以根据遗传信息合成出具有特定功能的蛋白质。
下面将详细介绍蛋白质合成的基本过程。
一、转录阶段转录是指在细胞核内DNA模板上合成RNA的过程。
在蛋白质合成中，首先需要将DNA上的遗传信息转录成RNA，形成mRNA（信使RNA），mRNA携带着DNA上的遗传信息，将其带到细胞质中进行翻译合成蛋白质。
1.1 RNA聚合酶的结合转录的第一步是RNA聚合酶与DNA模板的结合。
RNA聚合酶是一种酶类蛋白质，它能够识别DNA上的启动子区域，并在该区域结合，开始合成RNA链。
1.2 RNA链的合成RNA聚合酶在DNA模板上沿着3'→5'方向移动，合成RNA链时是在5'→3'方向进行的。
RNA链的合成过程与DNA复制有所不同，RNA链的合成速度较快，而且只合成一条链。
1.3 终止转录在DNA上的终止子区域，会有一些特定的序列，当RNA聚合酶合成到这些序列时，转录过程会终止，RNA链会从DNA模板上脱离，形成成熟的mRNA。
二、翻译阶段翻译是指在细胞质中mRNA的遗传信息被翻译成氨基酸序列的过程。
翻译过程中涉及到多种RNA和蛋白质，包括tRNA（转运RNA）、rRNA （核糖体RNA）和核糖体等。
2.1 核糖体的结合在翻译的起始阶段，mRNA会与核糖体结合，核糖体是一种由rRNA和蛋白质组成的细胞器，能够将mRNA上的遗传信息翻译成氨基酸序列。
2.2 tRNA的运载tRNA是一种带有特定氨基酸的RNA分子，它能够将氨基酸运载到核糖体上，与mRNA上的密码子配对，完成氨基酸的添加。
2.3 氨基酸的连接在核糖体上，tRNA将氨基酸按照mRNA上的密码子顺序连接起来，形成氨基酸链。
(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
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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
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(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
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蛋白质合成的调控
P107~110
概说
第四章第四节 蛋白质合成调控
生物体内蛋白质合成的速度，主要在转 录水平上，其次在翻译过程中进行调节 控制。
它受性别、激素、细胞周期、生长发育、健 康状况和生存环境等多种因素及参与蛋白质 合成的众多的生化物质变化的影响。
由于原核生物的翻译与转录通常是偶联在一起的， 且其RNA的寿命短，因而蛋白质合成的速度主要 由转录的速度决定。
eIF2激酶
血红素
血红素降低时，激酶活化
翻译起始
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（GEF） eIF-2B
eIF-2B被耗竭时，eIF2-GDP不能转化为GTP，
翻译不能起始。 如网织红细胞。
eIF-2B: 鸟甘酸交换因子
（GEF）
翻译终止
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第四章第四节 蛋白质合成调控
双链RNA调控翻译的起始
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第四章第四节 蛋白质合成调控
（二）mRNA的稳定性对翻译水平的影响
在细胞质中所有的RNA都要受到降解控制 （degradation control）在控制中RNA降解的速率 （也称为RNA的转换率)是受到调节的；
在eIF-2的协助下， Met-tRNAi识别 对应核糖体P位 的mRNA起始密 码子AUG，并与 之结合，促进 mRNA的准确就 位。
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第四章第四节 蛋白质合成调控
eIF2的磷酸化调节对起始阶段有重要的 控制作用。
eIF-2α在特异激酶的作用下磷酸化后，使鸟苷酸 交换因子（eIF-2B、GEF）与非活化状态的eIF2GDP紧密结合在一起，妨碍了eIF-2的再循环利
2. eIF4A解旋酶活化，并删除二级结构的5′UTR。
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第四章第四节 蛋白质合成调控
3. 删除二级结构可促进小核糖体亚单位(40S)绑定在或接近Cap。 40S带有许多起始因子；包括起始子tRNA复合物(eIF2-GTPtRNAi)，eIF1， eIF1A，eIF5和eIF3。
A
A
U
U
U
G
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第四章第四节 蛋白质合成调控
4. mRNA的5′-非编码区长度对翻译的影响
5′端非翻译区的长度也会影响到翻译的效率 和起始的精确性
当此区长度在17～80之间时，体外翻译效率 与其长度变成正比
此区长度太近时，40S亚基不易识别AUG
当mRNA5′非编码区长度小于12个碱基时，一半 以上的40S亚基会滑过第一个AUG。
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第四章第四节 蛋白质合成调控
3. 5′AUG的调控作用
大多数mRNA翻译为第一AUG规律 10%的mRNA作为翻译的第一AUG的5′端的非编
码区有多个‘AUG’，其作用在于导致无效翻译， 从而减少翻译的水平。
非编码区
A U G
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A
A
U
U
U
0/10/31
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第四章第四节 蛋白质合成调控
一、蛋白质合成速率的调节
在蛋白质生物合成的起始反应中主要涉及到 细胞中的四种装置:
① 核糖体,它是蛋白质生物合成的场所;
② 蛋白质合成的模板mRNA，它是传递基因信息 的媒介;
③ 可溶性蛋白因子，这是蛋白质生物合成起始物 形成所必需的因子;
这些没有翻译活性的mRNA称为隐蔽mRNA（masked mRNA）。
在受精后几分钟，这些隐蔽mRNA被活化，蛋白 质合成急剧增加，以满足快速卵裂的需要。可见 受精卵中一定存在着激活隐蔽mRNA的某种机制。
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翻译的起始过程
第四章第四节 蛋白质合成调控
1. eIF4E与5′mRNA末端结合，并由此将eIF4E复合物(eIF4A,eIF4E和 eIF4G)结合至Cap。此时eIF4B活化，并激活ATP依赖RNA解旋酶 活性的eIF4A；
双链RNA激活eIF-2 激酶，从而抑制翻 译起始。
翻译起始
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第四章第四节 蛋白质合成调控
2. 阻遏蛋白的调控作用
并不是所有进入细胞质的mRNA都可以翻译 成蛋白；
如铁蛋白mRNA的铁反应元件（IRE）
铁结合调节蛋白
核糖体
IRE
mRNA 铁
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• 由此可见，eIF4E、eIF2-GTP在转录起始过程中起到了关键 作用。
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第四章第四节 蛋白质合成调控
① eIF-4E
真核生物翻译起始的限速步骤
eIF-4E结合蛋白4E-BP抑制4E 与Cap结合，从而抑制翻译的 起始；
4E-BP过磷酸化时与4E解离； 胰岛素、丝裂原可使4E-BP过
磷酸化，启动翻译过程。
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7mG 4E 4E
4E-BP
磷酸化
P
P 4E-BP
P
7mG 4E 4G IF3 40S
Richter J D , Klann E Genes Dev. 2009;23:1-11
第四章第四节 蛋白质合成调控
② eIF-2
Met-tRNAi与核糖体结合是受到eIF-2的控制。
4. 40S及其相关因子 “扫描”5′UTR，沿着mRNA模板滑动， 直至找到一个合适的起始密码(最常遇到的第一个AUG)。
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第四章第四节 蛋白质合成调控
5. 起始密码识别的结果，导致eIF2三磷酸鸟苷水解，释放多个 起始因子，核糖体大亚基单位(60S)的加入，形成了80S翻译 核糖体；
用，从而影响eIF-2-
GTP-Met-tRNAimet前
P
起始复合物的形成，
抑制了蛋白质合成的
起始。
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eIF2a
eIF2B
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第四章第四节 蛋白质合成调控
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第四章第四节 蛋白质合成调控
血红素调控的翻译起始
磷酸酶
④ tRNA，它是氨基酸的携带者。
只有这些装置和谐统一才能完成蛋白质的合 成。
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第四章第四节 蛋白质合成调控
（一）翻译起始的调节
1. 翻译起始因子的调节作用
mRNA翻译起始的调控是翻译水平调控的一 个重要途径。
在真核生物的卵细胞中，贮存着许多mRNA，但 在受精前它们中的大多数并不起始翻译。