蛋白质的合成
蛋白质的合成过程
核糖体的结构
1
核糖体由大亚基和小亚基组成，大亚基含有结合 mRNA的位点，小亚基含有肽酰-tRNA的结合位 点。
2
核糖体大亚基含有三个RNA分子和几十个蛋白质 分子，这些分子协同作用，确保mRNA的正确翻 译。
3
核糖体小亚基含有两个RNA分子和一个蛋白质分 子，这些分子共同作用，确保肽酰-tRNA的正确 结合。
02
DNA转录为RNA
DNA转录的启动
启动子识别
转录起始前，RNA聚合酶需要识别 DNA上的启动子序列，这是转录起始 的信号。
磷酸二酯键的形成
转录起始复合物中的RNA聚合酶催化 DNA的磷酸二酯键形成，标志着转录 的开始。
形成转录起始复合物
RNA聚合酶与启动子结合后，招募转 录因子和其他辅助蛋白，形成完整的 转录起始复合物。
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核糖体的组装过程需要消耗能 量，这个过程也是由ATP提供 的。
核糖体的组装完成后，就可以 开始蛋白质的合成过程了。
04
氨基酸的活化
氨基酸的特化
氨基酸的种类
自然界中存在20种氨基酸，每种 氨基酸具有独特的化学结构和性
质，是蛋白质多样性的基础。
氨基酸的生物合成
部分氨基酸可在体内由其他简单物 质合化学特 性和空间构象，决定了蛋 白质的多样性和功能。
蛋白质合成的场所
核糖体
核糖体是细胞内蛋白质合成的场所，由大、小亚 基组成。
细胞质
细胞质中的核糖体附着在内质网或游离于细胞质 中，进行蛋白质合成。
线粒体与叶绿体
部分蛋白质在线粒体或叶绿体内合成，这些场所 具有自身遗传物质和蛋白质合成体系。
氨基酸的分解代谢
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。
蛋白质的合成
生物科学与技术学院 马 建 华
一、概念 二、蛋白质合成的能量来源 三、蛋白质合成体系组成 四、蛋白质合成的生物机制
一、概念： 概念：
1. 蛋白质：由20种基本氨基酸组成的多肽链。 蛋白质： 种基本氨基酸组成的多肽链。 种基本氨基酸组成的多肽链 蛋白质合成原料： 种基本氨基酸 蛋白质合成原料：20种基本氨基酸
4. 肽链合成的终止与释放 终止密码子（终止信号） 终止密码子（终止信号）: UAA、 UGA 、UAG 、 正常细胞不含能和终止密码子互补的反密码子的tRNA， 正常细胞不含能和终止密码子互补的反密码子的 ， 这些终止密码子能被终止因子所识别。 这些终止密码子能被终止因子所识别。 终止因子： 终止因子： RF 1 : 识别 识别UAA 、 UAG RF2 : 识别 识别UAA 、 UGA RF3 : 不识别终止密码子 但刺激另外两个因子的活性，协 不识别终止密码子, 但刺激另外两个因子的活性， 助肽链释放。 助合成体系组成 1. 模板 mRNA 模板: 2.合成场所：核糖体 合成场所： 合成场所 3. tRNA（转运 （转运RNA） ） 4. 多种蛋白质因子
1. 模板 mRNA(将遗传信息翻译为蛋白质 模板: 将遗传信息翻译为蛋白质) 将遗传信息翻译为蛋白质
mRNA 蛋白质 mRNA 蛋白质 mRNA 蛋白质
A位氨酰 位氨酰-tRNA的-NH2 位氨酰 的 和P位肽酰 位肽酰-tRNA的的 位肽酰 COOH形成肽键。 形成肽键。 形成肽键 肽酰基从P位转到 位 肽酰基从 位转到A位。 位转到 肽键形成在肽酰转移 酶（转肽酶）作用下 转肽酶） 完成。 完成。
移位： 移位：
在移位因子(G)作用 下，核糖体沿mRNA 向3´端移动一个密码子。 ´端移动一个密码子。 移位结果：肽酰tRNA从A位进入 位点 位进入P位点 从 位进入 位点; 空着的A位点为下一个 空着的 位点为下一个 密码子对应的氨酰tRNA的进入作好准备 。 的进入作好准备。 的进入作好准备 需要1个GTP 需要 个 脱落： 脱落： P位点上空载的 位点上空载的tRNA 位点上空载的 脱落。 经出口位点 (E) 脱落。
蛋白质合成体系
蛋白质合成体系
蛋白质合成体系是指在生物体内，将氨基酸等小分子物质转化为蛋白质大分子的过程中，所有参与反应的生物分子和反应步骤的总和。
蛋白质合成体系的主要参与者包括：
- 核糖体：是蛋白质合成的场所，由RNA 和蛋白质组成。
- tRNA：负责转运氨基酸到核糖体上。
- 氨基酸：是蛋白质的基本组成单位。
- 酶：参与氨基酸的活化、肽键的形成等反应过程。
蛋白质合成体系的主要步骤包括：
- 氨基酸的活化：在氨酰-tRNA 合成酶的作用下，氨基酸与 tRNA 结合形成氨酰-tRNA。
- 起始：核糖体与mRNA 结合，并识别起始密码子。
- 延伸：核糖体按照mRNA 上的密码子顺序，逐个将氨酰-tRNA 上的氨基酸连接到肽链上。
- 终止：核糖体识别终止密码子，并释放完整的肽链。
蛋白质合成体系是生物体内至关重要的生理过程，参与了细胞分裂、免疫防御、信号传递等重要生命活动。
研究蛋白质合成体系，对于理解生命现象、疾病治疗等具有重要意义。
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。
蛋白质合成过程四个步骤
蛋白质合成是生物体内一项非常重要的生物化学过程，也被称为蛋白质生物合成。
该过程包括转录和翻译两个主要阶段，涉及到DNA、RNA和蛋白质等多种生物分子的参与。
下面我将详细介绍蛋白质合成的四个步骤，以便更好地理解这一复杂而精密的生物学过程。
步骤一：转录（Transcription）转录是蛋白质合成的第一步，它发生在细胞核内。
在这一过程中，DNA的信息将被复制到一种名为mRNA（信使RNA）的分子上。
具体来说，转录的步骤包括：1. 启动子结合：转录过程开始于启动子，启动子是DNA上的一个特定区域，其特殊序列能够与RNA聚合酶结合，从而启动转录。
2. RNA聚合酶合成mRNA：一旦启动子与RNA聚合酶结合，RNA 聚合酶将会沿着DNA模板链合成mRNA，这一过程包括RNA的合成和剪切修饰等步骤。
3. 终止：当RNA聚合酶到达终止子时，转录过程将结束，mRNA 分子从DNA模板上分离出来。
步骤二：前期mRNA处理（Pre-mRNA Processing）在转录完成后，产生的mRNA并不是立即可以被翻译成蛋白质的成熟mRNA，还需要经过一系列的前期处理。
这些处理包括：1. 剪接（Splicing）：mRNA中会存在一些被称为内含子的非编码序列，而真正编码蛋白质的序列被称为外显子。
剪接过程将内含子从mRNA中切除，将外显子连接起来，形成成熟的mRNA。
2. 5'端盖（5' Cap）的添加：在mRNA的5'端，会添加一种名为7-甲基鸟苷酸（m7G）的化合物，用于保护mRNA不受降解，同时有助于mRNA与核糖体的结合。
3. 3'端聚腺苷酸（Polyadenylation）的添加：在mRNA的3'端，会添加一系列腺苷酸，形成所谓的聚腺苷酸尾巴，同样用于保护mRNA不受降解。
步骤三：翻译（Translation）翻译是蛋白质合成的第二个主要步骤，它发生在细胞质中的核糖体内。
在翻译过程中，mRNA上携带的遗传密码将被翻译成氨基酸序列，从而合成特定的蛋白质。
蛋白质合成
（二）信号假说的要点如下: （分泌蛋白为例）
① ER 转运蛋白质合成的起始。
蛋白合成仍然起始于胞质溶胶中的游离核糖体。 ②信号序列与 SRP 结合。
SRP 的信号识别位点识别新生肽的信号序列并与 之结合;同时,暂时停止核糖体的蛋白质合成。
③核糖体附着到内质网上。
结合有信号序列的 SRP 通过它的结合位点与内质网 膜中受体 (停靠蛋白) 结合,将核糖体附着到内质网的 易位子上。
（二） 结合核糖体进行蛋白质合成
信号假说
（一）、信号假说提出与相关概念 1975 年 G.Blobel,D.Sabatini 提出——
1,蛋白质 N 端的信号肽 信号肽：存在于蛋白质一级结构的线性序
列，长度为 16～26 个氨基酸残 基，N端含有1个或数个带正电荷 的氨基酸，其后是6～12个连续 的疏水残基；在蛋白质合成中将 核糖体引导到内质网，进入内质 网后通常被切除。
(2)rRNA的基因转录呈“圣诞树”样的结构;
转录时，RNA聚合酶沿DNA分子排列，此酶由 基因头端向末端移动，转录好的rRNA分子从聚 合酶处伸出，愈近末端愈长，并且从左右两侧均 可伸出，呈羽毛状。rRNA首先出现在纤维部， 而后转向颗粒部。
核仁基因编码5S的rDNA 序列。
（ 6 ）蛋白质合成结束，信号肽酶切除信号序列； 释放出可溶性的成熟蛋白。
（7）蛋白质合成结束 易位子通道关闭，核糖体与内质网脱离，进入细胞质开始 新的蛋白质合成。
共转移：指肽链边合成边转移至内质网腔 中的方式。
（三）、跨膜蛋白的合成：
信号序列类型：
起始转移序列：N端信号序列可被SRP识别，还 具有起始穿膜转移的作用，其附近有信号肽酶 作用的位点，可被切除，一般与分泌蛋白有关。
蛋白质的合成
e IF-4A
真核 生物 eIF--4B eIF-4E eIF-4G eIF-5 eIF-6
（一）原核生物翻译起始复合物形成
1. 核蛋白体大小亚基分离； 2. mRNA在小亚基定位结合； 3. 起始氨基酰-tRNA的结合；
4. 核蛋白体大亚基结合。
1. 核蛋白体大小亚基分离
IF-1 IF-3
一个碱基突变
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)。 反密码对密码的识别，通常也是根据碱基互补原则，即 A—U，G—C配对。但反密码的第一个核苷酸与第三核苷 酸之间的配对，并不严格遵循碱基互补原则。如反密码第 一个核苷酸为Ⅰ，则可与A、U或C配对，如为U，则可与 A或G配对，这种配对称为不稳定配对。(P187表）
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肽链的合成。
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缩合
P
A
A U G G A U A U UU AA
5’
mRNA 3’
两个相邻的氨基酸分子缩合成链状结构
第28页/共36页
Ile
P
A
UAA
A U G G A U A U UU AA
5’
mRNA 3’
核糖体随着 mRNA滑动，另一个 tRNA 上的碱基与 两mR个N相A上邻的的密氨码基子酸配分对子。缩第合29页成/共链36页状结构
第7页/共36页
DNA
A A T C AA T AG
RNA Polymerase
G
Exposed base attracts complementary RNA.
第8页/共36页
DNA
A A T C AA T AG
U U
G
Exposed base attracts complementary RNA nucleotide. 第9页/共36页
U U A GAU AUC
RNA
Cytolplasm
RNA leaves the nucleus through the nuclear pore.
第16页/共36页
Translation
在细胞质中,以mRNA为模板,把核 苷酸三联子遗传密码(genetic code)翻译 成具有一定氨基酸顺序的蛋白质的过程。
第17页/共36页
四种核苷酸如何编制成遗传密码，遗 传密码又如何被翻译成20种氨基酸呢？
U U A G AU AUC mRNA
第18页/共36页
第19页/共36页
Codon
Codon
Codon
U U A G AU AUC mRNA
第20页/共36页
Amino Acids
Met
Transfer RNA
Met
Ile
P
A
RF-1-
U A A GTP
A U G G A U A U UU AA
mRNA
当遇到终止密码UAG、UAA、UGA时，肽链的延长终结。
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Met
Ile
RF-1-
U A A GTP A U G G A U A U UU AA
mRNA
当遇到终止密码UAG、UAA、UGA时，肽链的延长终结。
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第一节 微生物的遗传
一、遗传和变异的物质基础： 二、遗传物质的种类 三、DNA的结构与复制 四、DNA的变性与复性 五、RNA 信使RNA(mRNA)
转运RNA(tRNA) 核糖体RNA(rRNA)
第2页/共36页
分子遗传学的中心法则(central dogma)
复 制
DNA
RNA复制
A A T C AA T AG U UA G
G
Complementary RNA nucleotide is added to the growing chain of mRNA one by on第e1.3页/共36页
DNA
A A T C AA T AG U UA G UU AUC
G
Complementary RNA nucleotide is added to the growing chain of mRNA one by on第e1.4页/共36页
肽链的合成。
第24页/共36页
第25页/共36页
P
A
A U G G A U A U UU
5’
mRNA 3’
当遇到起始密码AUG时，mRNA与核糖体结合，开始
肽链的合成。
第26页/共36页
P
A
A U G G A U A U UU
5’
mRNA 3’
当遇到起始密码AUG时，mRNA与核糖体结合，开始
Asp Ile
氨酰tRNA合成酶
U AC
CUA
ANTICODON
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UAA
Met
Asp
Ile
U AC CU A UAA
a.a.+tRNA+ATP 氨酰tRNA+AMP+PPi
第22页/共36页
第23页/共36页
A UGGA与核糖体结合，开始
DNA
A A T C AA T AG UU
G
第10页/共36页
DNA
A A T C AA T AG UU
G
第11页/共36页
DNA A A T C A A T A G U UA G
The enzyme RNA polymerase moves along the DNA. 第12页/共36页
DNA
Nucleoplasm
DNA
A A T C AA T AG U U A G UU AUC
RNA
Cytolplasm
Nuclear pore
RNA leaves the nucleus through the nuclear pore. 第15页/共36页
Nucleoplasm
DNA
A A T C AA T AG
toxin)，该毒素可以特异性的毒杀鳞翅目、 双翅目和鞘翅目昆虫，根据我们学过的遗 传学知识，如何利用这种微生物培育抗虫 作物新品种？
第36页/共36页
第31页/共36页
A UU UAA
mRNA
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蚓激酶结构示意图
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第34页/共36页
第35页/共36页
讨论题
昆虫中有50%是靠吃植物生活的，因 此他们对于农作物、牧草和植被等都造成
巨大危害。苏云金芽孢杆菌（Bacillus thuringiensis)能产生一种毒蛋白（Bt
转录
RNA
翻译
蛋白质
逆转录
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Transcription
在细胞核内，以DNA的一条链为 模板，按照碱基互补配对的原则合成 RNA的过程。
第4页/共36页
第5页/共36页
第6页/共36页
DNA
A A T C AA T AG
G
游离的核糖核苷酸
Only one strand acts as a template.