蛋白质生物合成—翻译及翻译后过程
第十五章 蛋白质的生物合成-翻译
二、tRNA
tRNA是氨基酸的搬运工具。 tRNA是多肽链和mRNA之间的 重要转换器。 每一种氨基酸可以有一种以上 tRNA作为运载工具。 能够携带相同氨基酸而反密码子 不同的一组tRNA分子称为氨基 酸的同工受体tRNA （isoaccepting tRNA） 。
tRNA须具备的功能 • 与氨基酸结合（3’末端） • 识别特异的氨酰-tRNA合成酶（D环） • 识别mRNA链上密码子 • 与核糖体结合，使延长中的肽链附着于核糖体上（TψC环）
蛋白质生物合成过程包括： 1. 氨基酸的活化； 2. 合成起始； 3. 肽链延伸：进入、转肽、移位； 4. 终止合成。
一、氨基酸的活化
二、合成的起始阶段
核糖体大小亚基分离； mRNA在小亚基定位结合； 起始氨酰tRNA的结合； 核糖体大亚基结合。
1. 核糖体大、小亚基分离 IF1和IF3与30S小亚基结合，促进核糖体大、小
翻译过程实际上就是由tRNA携带着氨基酸，逐一识别 mRNA上的密码子，并将氨基酸依密码子的排序相互 连接的过程。核糖体是翻译的场所。
一、mRNA模板和遗传密码
• mRNA是翻译的直接模板。 （一）遗传密码的破译
mRNA上四种核苷酸→组成蛋白质的20种aa
核苷酸与氨基酸对应关系？
3个相邻的核苷酸→1个aa， 有43种排列→64种密码子
• 核糖体可以看作是一个大分子的机构，它具有许多精密的 配合部分，来挑选并管理参与蛋白质合成的各个组分。它 参与多肽链的启动、延伸和终止的各种因子的识别。
原核生物核糖体
5S rRNA， 23S rRNA 50S
34种蛋白质 70S
16S rRNA 30S
21种蛋白质
真核生物核糖体
5SrRNA，5.8SrRNA，28SrRNA 60S
蛋白质的合成与翻译
起始tRNA 延长tRNA
起始密码只能辨认甲硫氨（Met)
Met-tRNAimet
延长识别Met时为Met-
tRNAemet
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三、 肽链合成的“装配机”---核糖体
核糖体结构 由大小二亚基组成
给位（P位，肽位）： 起始时， tRNAimet结合于核糖体的肽位 延长成肽后，肽链转到此位。
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SD序列
起始密码
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70s起始复合物形成
1.IF3脱落
70s起始复合物组成
1.大小亚基
2.50S大亚基结合
2.mRNA
3.GTP GDP+Pi 4.IF2、IF1脱落
3. fmet-tRNAimet （结合于核糖体的
给位<肽位>）
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30S 50S
三.肽链的延长（进位、成肽、移位）
线粒体
成系统
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第三节 翻译后加工
一级结构的修饰: N-端Met(fMet)去
除 二硫键的形成 个别氨基酸的修饰
羟化作用:羟脯氨酸 羟赖氨酸
酶活性中心的磷酸化
分泌性蛋白
蛋白质前体中不必要
肽段的切除
一条合成后的多肽链经加工产
多蛋白的加工
生多种不同活性的蛋白质/多肽
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四、可溶性蛋白质因子
起始因子 延长因子 释放因子
initiation factors IF eukaryote initiation factors eIF elongation factors EF eukaryote elongation factors eEF release factors RF
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1.3 核糖体（ribosome）与核糖体rRNA
核糖体是rRNA 与几十种蛋白质的复合体，有大、小两个亚基构成。含有 合成蛋白质多肽链所必需的酶、起始因子（IF）、延伸因子（EF）、释放 因子（RF）等。
原核的核糖体（70S）= 30S小亚基 + 50S大亚基 30S小亚基: 16S rRNA + 21种蛋白质 50S大亚基: 23S，5SrRNA + 34种蛋白质
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tRNA的结构—“四环一臂”
倒L形的三级结构
蛋白质翻译及翻译后修饰课件
tRNA的功能是解读mRNA上的密码子和搬运氨基酸。 tRNA上至少有4 个位点与多肽链合成有关：即3’CCA氨基酸接受位
点、氨基酰-tRNA合成酶识别位点、核糖体识别位点和反密码子位点。 每一个氨基酸有其相应的tRNA携带, 氨基酸的羧基与tRNA的 3’
反应如下：
A A t R N A A T P 氨 酰 基 - t R N A 合 成 酶 A A - t R N A A M P P P i
氨基酸的羧基与tRNA 的3’端CCA-OH 以酯键相连，因此其氨基是自 由的。
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tRNAfmet fMet-tRNA合成酶
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分泌型蛋白质在翻译过程中通过信号肽协助转入内质网的机制
信号肽（signal peptide）是在新生的多肽链中，可被细胞识别系统识别的 特征性氨基酸序列，在蛋白质翻译过程中或翻译后的定位发挥引导的作用。
蛋白质翻译及翻译后修饰课件
本章结束
蛋白质翻译及翻译后修饰课件
氨酰基tRNA进入A位
新的氨基酸-tRNA的进位依赖Tu-Ts因子和GTP的协助
蛋白质合成和翻译过程
蛋白质合成和翻译过程蛋白质合成和翻译是细胞中一系列重要的生物化学过程，它们对于维持生命活动和遗传信息的传递起着至关重要的作用。
本文将介绍蛋白质的合成和翻译过程，并探讨其中的关键步骤和调控机制。
一、蛋白质合成的概述蛋白质合成是指通过翻译过程将基因中的密码子信息转化为氨基酸序列的过程。
这一过程发生在细胞的核糖体中，需要参与的重要组分包括核糖体RNA（rRNA）、转运RNA（tRNA）和核糖体蛋白（r-protein）。
蛋白质的合成过程主要包括以下几个步骤：转录前改造、基因表达和剪接、mRNA的运输和翻译。
二、蛋白质合成的关键步骤1. 转录前改造：在真核生物中，基因中的DNA序列首先被转录为一段称为前体mRNA（pre-mRNA）的分子。
pre-mRNA在细胞核中经历剪接、加工修饰等一系列修饰过程，形成成熟mRNA，然后被送到细胞质中进行蛋白质的合成。
2. 基因表达和剪接：基因中的DNA序列会被RNA聚合酶复制为pre-mRNA分子，pre-mRNA中的外显子和内含子序列通过剪接机制的作用而被正确拼接，生成成熟mRNA。
剪接是蛋白质合成的一个重要调控途径，可以产生多个不同的成熟mRNA，从而扩大蛋白质的功能多样性。
3. mRNA的运输和翻译：成熟的mRNA被转运至细胞质，与核糖体结合，开始翻译过程。
核糖体是含有rRNA和r-protein的颗粒状结构，其功能是识别mRNA上的密码子并配对tRNA上的氨基酸。
4. 翻译过程：翻译过程包括起始、延伸和终止三个主要阶段。
起始阶段是核糖体识别mRNA上的起始密码子AUG，并结合甲硫氨酸（methionine）氨基酸。
延伸阶段是核糖体识别并匹配mRNA上的密码子，通过tRNA上的氨基酸与新到的氨基酰-tRNA结合，形成肽键，扩大多肽链。
终止阶段是核糖体识别到终止密码子，结束翻译，完成多肽链的合成。
三、蛋白质合成的调控机制蛋白质合成过程中存在着复杂的调控机制，包括转录调控、翻译调控和蛋白质降解等。
蛋白质合成和翻译的机制
蛋白质合成和翻译的机制蛋白质合成（protein synthesis）是细胞中的一项重要生物过程，它涉及蛋白质的合成和翻译。
蛋白质是生命的基础组成单位，对于维持细胞结构、调节代谢和参与信号传导等功能至关重要。
本文将介绍蛋白质合成和翻译的机制，并探讨其在细胞中的作用。
一、蛋白质合成的步骤蛋白质合成经过两个主要的步骤：转录（transcription）和翻译（translation）。
转录发生在细胞核中，将DNA的信息转录成RNA；而翻译则发生在细胞质的核糖体中，将RNA的信息翻译成氨基酸序列形成蛋白质。
（一）转录转录是DNA模板信息的复制过程，将DNA的信息转录成RNA。
转录分为三个主要步骤：起始、延伸和终止。
1. 起始起始是由RNA聚合酶（RNA polymerase）在DNA上找到具有启动子序列的基因的起始点，并与之结合的过程。
启动子序列一般位于基因的上游区，其中较为重要的是TATA盒子，它在真核生物中是转录起始的信号。
2. 延伸延伸是RNA聚合酶沿DNA模板链上的读取和合成RNA的过程。
在延伸过程中，RNA聚合酶将模板链的碱基与互补的核苷酸三磷酸二核苷酸（NTP）结合，形成RNA链。
这一步骤一直持续到到达终止信号。
3. 终止终止是转录过程的最后一步，当RNA聚合酶到达基因的终止信号时，它将停止合成RNA链，并与DNA分离。
（二）翻译翻译是将RNA的信息翻译成氨基酸序列，形成蛋白质的过程。
翻译包含三个主要步骤：起始、延伸和终止。
1. 起始起始是由核糖体锚定在起始密码子（AUG）上的过程。
起始密码子一般编码甲硫氨酸（methionine），它指示翻译的起始点。
2. 延伸延伸是通过核糖体沿mRNA链读取信息和合成多肽链的过程。
核糖体将每个三联密码子与互补的tRNA分子配对，tRNA上的氨基酸逐渐连在一起形成多肽链。
3. 终止终止是翻译过程中的最后一步，当核糖体到达终止密码子时，它会释放合成的多肽链，并停止翻译过程。
蛋白质合成中的翻译过程
蛋白质合成中的翻译过程蛋白质合成的翻译过程是生物学研究中的一个重要方向，它涉及到许多蛋白质的结构和功能。
该过程从DNA模板开始，经过转录过程产生mRNA，并通过翻译过程将mRNA转化成蛋白质。
本文将对蛋白质合成中的翻译过程进行探讨。
1. 转录过程在蛋白质合成中，翻译过程之前的步骤是转录。
转录是将DNA模板信息转录成mRNA信息的过程。
mRNA是一种包含了蛋白质编码信息的核酸分子，它将信息从细胞核传递到细胞质中的核糖体。
在转录过程中，DNA双链的一条链作为模板被转录成RNA，这个转录过程是由RNA聚合酶完成的。
RNA聚合酶在DNA双链上的寻找起始点时，先绑定到RNA起始序列，然后扫描DNA链，找到物理上相邻的核苷酸，并根据它们的互补碱基配对合成RNA链。
2. 翻译过程翻译是将mRNA上的核苷酸序列翻译成氨基酸序列的过程。
该过程中需要多种蛋白质和RNA分子的协同作用，其中最关键的是tRNA 和核糖体。
2.1 tRNAtRNA是一种能够转运氨基酸到核糖体的RNA分子。
它是一个小分子，大约有74到95个核苷酸。
每个tRNA分子能够识别并携带一个特定的氨基酸，并通过反式转录把mRNA上的信息转化为氨基酸序列。
tRNA的结构很特殊，它的一端是氨基酸接收位点（A位点），另一端是抗密码位点（E位点）。
在tRNA的主干上还有一个反向回路区域，这个区域上通常有一个反向转录被称为“抗密码环”。
2.2 核糖体核糖体是进行翻译的主要基因组结构，它由大量蛋白质和RNA分子组成。
核糖体可以辨识mRNA上特定的核苷酸序列，并通过tRNA 上的氨基酸匹配这些核苷酸。
核糖体的核心是由两份RNA组成的，这种RNA被称为核糖体RNA（rRNA）。
rRNA具有催化酶活性，可以协助在核糖体内形成肽键。
3. 翻译过程的步骤翻译过程主要包含了三个步骤：tRNA的激活、互补匹配和肽键形成。
3.1 tRNA的激活tRNA的激活是指把氨基酸与tRNA连接起来的过程，这需要一种叫做tRNA合成酶的酶来完成。
生物化学第14章翻译
第二步反应：酶找相应的tRNA
氨基酰-AMP-E ＋ tRNA
↓
氨基酰-tRNA ＋ AMP ＋ E
氨基酰tRNA合成酶的活性是绝对
专一性的，酶同时对氨基酸和tRNA 高度特异地识别。
氨基酰tRNA合成酶有20种，分别特异
Met f fMet-tRNAi
大肠杆菌起始密码子编码的met须甲酰化
CH3 S 转甲酰基酶 CH2 N10-CHO-FH4 CH2 O H2N CH COO tRNAfMet H-C-HN CH3 S CH2 CH2 CH COO tRNAfMet
真核细胞起始密码子编码的met不须甲酰化
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合成原料：20种有遗传密码的氨基酸
能源：
ATP主要参与氨基酸的活化； GTP提供翻译起始、延长、终止阶段 所需能量
参与的蛋白质因子、酶及酶的辅助因子：
如起始阶段的起始因子、延长阶段的延 长因子、终止阶段的释放因子，转肽酶、
氨基酰-tRNA合成酶。
一、翻译模板mRNA及遗传密码
mRNA是遗传信息的携带者
3. 蛋白质的靶向输送
第一节
蛋白质合成体系
Protein Biosynthesis System
参与蛋白质生物合成的物质包括
三种RNA
–mRNA（messenger RNA, 信使RNA）
–rRNA（ribosomal RNA, 核蛋白体RNA）
–tRNA（transfer RNA, 转移RNA）
终止密码(termination coden):
UAA，UAG，UGA
遗 传 密 码 表
蛋白质的翻译过程
起始密码
➢肽链合成的起始
❖30s起始复合物形成
1.核糖体亚基的拆离
2.mRNA在小亚基上就位 3.fmet-tRNAfmet的结合
起始序列（SD 序列）
30S小亚基与mRNA识别、结 合
IF1、IF3协助 fmet-tRNAfmet -IF2-GTP 通 过
其反密码与mRNA上的起始密
码
AUG相配对
蛋白质的生物合成-翻译
分子生物学的中心法则(central dogma)
复制 DNA
RNA复制
转录
RNA
翻译
蛋白质
逆转录
2
翻译（蛋白质的生物合成）
蛋白质生物合成体系
➢以氨基酸为原料
➢以mRNA为模板 ➢以tRNA为运载工具 ➢以核糖体为合成场所
➢起始、延长、终止各阶段蛋白因子 参与合成后加工成为有活性蛋白质
❖氨基酰tRNA合成 酶
❖催化反应
❖氨基酰tRNA
氨基酰tRNA合成酶
A.A+特异tRNA
氨基酰tRNA
ATP AMP+PPi
氨基酸 பைடு நூலகம் ATP-E 氨基酰-AMP-E + PPi
氨基酰-AMP-E+tRNA 氨基酰tRNA+AMP+E (-COOH) (3’-CCA-OH)
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2 、氨基酰tRNA合成酶 的高度专一性
➢核糖体与特异蛋白质、mRNA、tRNA的反应 部位
➢新技术 低温电子显微镜技术 中子散射技术
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第二节 蛋白质合成的过程
原核生物 氨基酸的活化与转运 肽链合成的起始 肽链的延长 “核糖体循环” 肽链合成的终止 蛋白质的加工、修饰
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。
蛋白质的生物合成(翻译)
(1)热休克蛋白(HSP): HSP70、HSP40和GreE族
(2)伴侣素(chaperonins): GroEL和GroES家族
2. 蛋白二硫键异构酶 (PDI)
3. 肽-脯氨酰顺反异构酶 (PPI)
(二) 抗生素对蛋白质合成的影响
1.抗生素类是微生 物产生的能够杀灭 或抑制细菌的一类 药物。
抑制蛋白质生物合成的原理
抗生素 四环素族（金霉素 新霉素、土霉素） 链霉素、卡那霉素、 新霉素 氯霉素、林可霉素 红霉素 梭链孢酸 放线菌酮 嘌呤霉素 作用点 原核核蛋白 体小亚基 原核核蛋白 体小亚基 原核核蛋白 体大亚基 原核核蛋白 体大亚基 原核核蛋白 体大亚基 真核核蛋白 体大亚基 真核、原核 核蛋白体 作用原理 应用 抑制氨基酰-tRNA与小亚基 抗菌药 结合 改变构象引起读码错误、抑 抗菌药 制起始 抑制转肽酶、阻断延长 抗菌药 抑制转肽酶、妨碍转位 与EFG-GTP结合，抑制肽 链延长 抑制转肽酶、阻断延长 氨基酰-tRNA类似物，进位 后引起未成熟肽链脱落 抗菌药 抗菌药 医学研究 抗肿瘤药
5'
UAG
3'
二、真核生物翻译过程
(一)起始
1. 核糖体大小亚基分离； 2. 起始氨基酰-tRNA结合； 3. mRNA在核糖体小亚基就位； 4. 核糖体大亚基结合。
原核先 就位，后 结合；真核 先结合， 后就位
(二) 延长
与原核生物相比，真核生物肽链延长过程有 不同的反应体系和延长因子。真核细胞核糖体没 有E位，转位时卸载的tRNA直接从P位脱落。
2
4 2 3
Thr