蛋白质的生物合成 (翻译) Protein …
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第十三蛋白质的生物合成
酸，这就是遗传密码。相邻的三个核苷酸称为密码 子(codon)。
64个密码子中只有61个密码代表相应的氨基酸
6
第六页，编辑于星期二：十八点 四十五分。
遗 传 密 码 表
7
第七页，编辑于星期二：十八点 四十五分。
起动信号与终止信号
AUG
UAA UAG UGA
蛋氨酸（真核生物）／甲酰蛋氨酸（原 核生物）
4
第四页，编辑于星期二：十八点 四十五分。
一、mRNA及遗传密码
mRNA是遗传信息的携带者
mRNA的作用：翻译的直接模板
mRNA
碱基语言
(4字符)
?
遗传密码
蛋白质
氨基酸语言
(20字符)
5
第五页，编辑于星期二：十八点 四十五分。
遗传密码 ——mRNA上的密码语言
在mRNA分子上，从5’端→3’端，每相邻的3个核 苷酸组成一组，在蛋白质合成时，对应某一种氨基
codon 1 codon 2 codon 3 codon 4 codon 5 codon 6 codon 7
protein methionine glycine serine isoleucine glycine alanine
从mRNA 5端起始密码子AUG到3端终止密码子 翻译具有方向性的
14
C.蛋氨酸密码子
D. Val密码子
(A，C)
4. 关于密码子，错误的叙述是
(A)
A. AUG表示蛋白质生物合成的启动
B.密码子AUG代表甲酰蛋氨酸
C.除AUG外，有时GUG是原核生物的启动信号
D.并非所有的AUG都是启动信号
E. 密码子AUG代表蛋氨酸
16
第十六页，编辑于星期二：十八点 四十五分。
64个密码子中只有61个密码代表相应的氨基酸
6
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遗 传 密 码 表
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起动信号与终止信号
AUG
UAA UAG UGA
蛋氨酸（真核生物）／甲酰蛋氨酸（原 核生物）
4
第四页，编辑于星期二：十八点 四十五分。
一、mRNA及遗传密码
mRNA是遗传信息的携带者
mRNA的作用：翻译的直接模板
mRNA
碱基语言
(4字符)
?
遗传密码
蛋白质
氨基酸语言
(20字符)
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第五页，编辑于星期二：十八点 四十五分。
遗传密码 ——mRNA上的密码语言
在mRNA分子上，从5’端→3’端，每相邻的3个核 苷酸组成一组，在蛋白质合成时，对应某一种氨基
codon 1 codon 2 codon 3 codon 4 codon 5 codon 6 codon 7
protein methionine glycine serine isoleucine glycine alanine
从mRNA 5端起始密码子AUG到3端终止密码子 翻译具有方向性的
14
C.蛋氨酸密码子
D. Val密码子
(A，C)
4. 关于密码子，错误的叙述是
(A)
A. AUG表示蛋白质生物合成的启动
B.密码子AUG代表甲酰蛋氨酸
C.除AUG外，有时GUG是原核生物的启动信号
D.并非所有的AUG都是启动信号
E. 密码子AUG代表蛋氨酸
16
第十六页，编辑于星期二：十八点 四十五分。
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。
大学生物化学课件蛋白质的生物合成
是细胞中一类保守蛋白质，可识别肽链的非天 然构象，促进各功能域和整体蛋白质的正确折叠。
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：
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(简单清晰)第12章 翻译
IF-1：占据A位防止结合其他tRNA。
IF-2：促进起始tRNA与小亚基结合。
IF-3：促进大小亚基分离，提高P位 对结合起始tRNA敏感性。
（一）原核生物翻译起始复合物形成
• 核蛋白体大小亚基分离； • mRNA在小亚基定位结合； • 起始氨基酰-tRNA的结合； • 核蛋白体大亚基结合。
1. 核蛋白体大小亚基分离
tRNA在翻译过程 中起接合体（adaptor） 作用，又是氨基酸的运 载体。
氨基酸臂
反密码环
l 氨基酸的活化
（一）氨基酰-tRNA合成酶 (aminoacyl-tRNA synthetase)
氨基酰-tRNA合成酶
氨基酸 + tRNA
氨基酰- tRNA
ATP AMP＋PPi
第一步反应
氨基酸＋ATP＋E —→氨基酰-AMP-E＋AMP ＋ PPi
30S小亚基：有mRNA结合位点
50S大亚基： E位：排出位（Exit site）
转肽酶活性
大小亚基共同组成：
A位：氨基酰位 (aminoacyl site) P位：肽酰位 (peptidyl site)
三、tRNA与氨基酸的活化
原 核 肽 链 合 成 终 止 过 程
COO-
RF
5'
UAG
3'
原核生物蛋白质合成的能量计算
氨基酸活化：2个~P
ATP
起始： 1个
GTP
延长： 2个
GTP
终止： 1个
GTP
结论：每合成一个肽键至少消耗4个~P。
多聚核蛋白体
（polysome) 一个mRNA分子可
同时有多个核蛋白体在 进行同一种蛋白质的合 成，这种mRNA和多个 核蛋白体的聚合物称为 多聚核蛋mRNA在小亚基定位结合
IF-2：促进起始tRNA与小亚基结合。
IF-3：促进大小亚基分离，提高P位 对结合起始tRNA敏感性。
（一）原核生物翻译起始复合物形成
• 核蛋白体大小亚基分离； • mRNA在小亚基定位结合； • 起始氨基酰-tRNA的结合； • 核蛋白体大亚基结合。
1. 核蛋白体大小亚基分离
tRNA在翻译过程 中起接合体（adaptor） 作用，又是氨基酸的运 载体。
氨基酸臂
反密码环
l 氨基酸的活化
（一）氨基酰-tRNA合成酶 (aminoacyl-tRNA synthetase)
氨基酰-tRNA合成酶
氨基酸 + tRNA
氨基酰- tRNA
ATP AMP＋PPi
第一步反应
氨基酸＋ATP＋E —→氨基酰-AMP-E＋AMP ＋ PPi
30S小亚基：有mRNA结合位点
50S大亚基： E位：排出位（Exit site）
转肽酶活性
大小亚基共同组成：
A位：氨基酰位 (aminoacyl site) P位：肽酰位 (peptidyl site)
三、tRNA与氨基酸的活化
原 核 肽 链 合 成 终 止 过 程
COO-
RF
5'
UAG
3'
原核生物蛋白质合成的能量计算
氨基酸活化：2个~P
ATP
起始： 1个
GTP
延长： 2个
GTP
终止： 1个
GTP
结论：每合成一个肽键至少消耗4个~P。
多聚核蛋白体
（polysome) 一个mRNA分子可
同时有多个核蛋白体在 进行同一种蛋白质的合 成，这种mRNA和多个 核蛋白体的聚合物称为 多聚核蛋mRNA在小亚基定位结合
分子生物学第十五章 蛋白质的生物合成
8
1.遗传密码种类：
• mRNA 分子有4种碱基：A、G、C、U，可组合成64个密 码子，其中61个分别代表20种不同氨基酸
• 遗传密码共有43=64种， 64: UAA、UAG、UGA 终止密码 61: AUG 起始密码 代表Met 60: 代表19种氨基酸
9
遗传密码表 第一碱基
（5/-端）
第二碱基
43
一、起始阶段
（一）原核生物翻译起始复合物的形成
参与的物质： 核糖体50S和30S大小两类亚基 mRNA 起始作用的fMet-tRNAfMet GTP供能 起始因子（IF1、IF2、IF3）
44
起始过程：
• 核糖体大小亚基解离 • 小亚基与mRNA结合：
16sRNA识别mRNA的SD序列
• fMet-tRNAfMet与mRNA起始密码子AUG结合 • 核糖体大小亚基形成起始复合物
tRNAphe Phe-tRNAphe
• 肽链起始和延长的甲硫氨酰-tRNA：
真核生物：起始： Met-tRNAiMet 延长： Met-tRNAMet
原核生物： 起始：fMet-tRNAfMet 延长：Met-tRNAMet
39
40
第三节 肽链的合成过程
41
整个翻译过程可分为 ：
• 翻译的起始 • 翻译的延长 • 翻译的终止
tRNA反密码子 第1位碱基
mRNA密码子 第3位碱基
I
U
G AC
U, C, A A, G U, C U G
17
摆 动 配 对
32 1
U
123
18
• ⑤遗传密码的通用性
从原核生物到人类都共用同一套遗传密码，被称为遗传密码的通用性。 密码的通用性进一步证明各种生物进化自同一祖先。
1.遗传密码种类：
• mRNA 分子有4种碱基：A、G、C、U，可组合成64个密 码子，其中61个分别代表20种不同氨基酸
• 遗传密码共有43=64种， 64: UAA、UAG、UGA 终止密码 61: AUG 起始密码 代表Met 60: 代表19种氨基酸
9
遗传密码表 第一碱基
（5/-端）
第二碱基
43
一、起始阶段
（一）原核生物翻译起始复合物的形成
参与的物质： 核糖体50S和30S大小两类亚基 mRNA 起始作用的fMet-tRNAfMet GTP供能 起始因子（IF1、IF2、IF3）
44
起始过程：
• 核糖体大小亚基解离 • 小亚基与mRNA结合：
16sRNA识别mRNA的SD序列
• fMet-tRNAfMet与mRNA起始密码子AUG结合 • 核糖体大小亚基形成起始复合物
tRNAphe Phe-tRNAphe
• 肽链起始和延长的甲硫氨酰-tRNA：
真核生物：起始： Met-tRNAiMet 延长： Met-tRNAMet
原核生物： 起始：fMet-tRNAfMet 延长：Met-tRNAMet
39
40
第三节 肽链的合成过程
41
整个翻译过程可分为 ：
• 翻译的起始 • 翻译的延长 • 翻译的终止
tRNA反密码子 第1位碱基
mRNA密码子 第3位碱基
I
U
G AC
U, C, A A, G U, C U G
17
摆 动 配 对
32 1
U
123
18
• ⑤遗传密码的通用性
从原核生物到人类都共用同一套遗传密码，被称为遗传密码的通用性。 密码的通用性进一步证明各种生物进化自同一祖先。
生物化学第14章翻译
氨基酸 ＋ATP-E —→ 氨基酰-AMP-E ＋ AMP ＋ PPi
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
20/56
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
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
20/56
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
分子生物学 蛋白质的生物合成
▪ SD序列后到AUG起始密码间的序列
mRNA序列上紧接S-D序列后的小核苷酸 序 列 （ 可 被 核 蛋 白 体 小 亚 基 蛋 白 rpS-1 识 别并结合。
3.起始氨基酰tRNA(fMet-tRNAfMet )结合到小亚基
IF-2 GTP
5'
AUG
3'
IF-1
IF-3
4.核蛋白体大亚基结合，起始复合物形成
过程。 由核酸四种碱基组成的语言翻译成蛋白质
由20种氨基酸组成的语言
反应过程 （1）氨基酸的活化 （2）肽链的生物合成 （3）肽链形成后的加工和靶向输送
生物学意义
（1）维持多种生命活动 （2）适应环境的变化 （3）参与组织的更新和修复
第一节 蛋白质生物合成体系
Protein Biosynthesis System
IF-2 GGDTPPPi
5'
AUG
3'
IF-1
IF-3
起始复合物形成过程
IF-2G-GGDTTPPPi
5'
AUG
3'
IF-3
IF-1
▪ AUG:起始密码：有SD序列 延伸密码：无SD序列
（二）延长
▪ 指在mRNA模板的指导下，氨基酸依次 进入核蛋白体并聚合成多肽链的过程。
➢ 肽链延长在核蛋白体上连续循环式进行，又 称为核蛋白体循环(ribosomal cycle)，包 括以下三步：
遗 传 密 码 表
遗传密码的特点
1. 方向性(directional) 翻译时遗传密码的阅读方向是5’→3’，
即读码从mRNA的起始密码子AUG开始，按5’→3’ 的方向逐一阅读，直至终止密码子。
第12章蛋白质生物合成资料
2. 模板：mRNA
3. 适配器：tRNA
4. 装配机：核蛋白体 5. 主要酶和蛋白质因子：氨基酰-tRNA合成酶、 转肽酶、起始因子、延长因子、释放因子等 6. 能源物质：ATP、GTP 7. 无机离子：Mg2+、 K+
二、遗传密码及其特点
密码子（codon）
在mRNA的开放阅读框架区，以每3个相邻的
一、 氨基酸活化形成氨基酰-tRNA
反应过程
氨基酸 + tRNA
氨基酰-tRNA合成酶 ATP AMP＋PPi
氨基酰- tRNA
氨基酰-tRNA合成酶
结构 氨基酰－tRNA合成酶有3个结合位点： tRNA 结合位点、氨基酸结合位点、ATP结合位点
特性
氨基酰-tRNA合成酶对2个底物氨基酸和tRNA 都有高度特异性。 氨基酰-tRNA合成酶具有校正活性。
反应过程
（1）氨基酸的活化 （2）肽链的生物合成 （3）肽链形成后的加工和靶向输送
生物学意义
（1）维持多种生命活动 （2）适应环境的变化 （3）参与组织的更新和修复
第一节
蛋白质生物合成体系
Protein Biosynthesis System
一、蛋白质生物合成体系
1. 基本原料：20种编码氨基酸
而呈现毒性，如白喉毒素是真核细胞蛋白质
合成的抑制剂，它作为一种修饰酶，可使
eEF-2 发生 ADP糖基化共价修饰，生成 eEF-2
释放因子为eRF
参与原核生物翻译的各种蛋白质因子及其生物学功能
种类
起始因子 IF-1
生物学功能
占据A位防止结合其他tRNA
IF-2
IF-3 延长因子
3. 适配器：tRNA
4. 装配机：核蛋白体 5. 主要酶和蛋白质因子：氨基酰-tRNA合成酶、 转肽酶、起始因子、延长因子、释放因子等 6. 能源物质：ATP、GTP 7. 无机离子：Mg2+、 K+
二、遗传密码及其特点
密码子（codon）
在mRNA的开放阅读框架区，以每3个相邻的
一、 氨基酸活化形成氨基酰-tRNA
反应过程
氨基酸 + tRNA
氨基酰-tRNA合成酶 ATP AMP＋PPi
氨基酰- tRNA
氨基酰-tRNA合成酶
结构 氨基酰－tRNA合成酶有3个结合位点： tRNA 结合位点、氨基酸结合位点、ATP结合位点
特性
氨基酰-tRNA合成酶对2个底物氨基酸和tRNA 都有高度特异性。 氨基酰-tRNA合成酶具有校正活性。
反应过程
（1）氨基酸的活化 （2）肽链的生物合成 （3）肽链形成后的加工和靶向输送
生物学意义
（1）维持多种生命活动 （2）适应环境的变化 （3）参与组织的更新和修复
第一节
蛋白质生物合成体系
Protein Biosynthesis System
一、蛋白质生物合成体系
1. 基本原料：20种编码氨基酸
而呈现毒性，如白喉毒素是真核细胞蛋白质
合成的抑制剂，它作为一种修饰酶，可使
eEF-2 发生 ADP糖基化共价修饰，生成 eEF-2
释放因子为eRF
参与原核生物翻译的各种蛋白质因子及其生物学功能
种类
起始因子 IF-1
生物学功能
占据A位防止结合其他tRNA
IF-2
IF-3 延长因子
蛋白质的生物合成
三、核糖体与肽链装配 P338
核糖体由大、小亚基组成，每个亚基含 有不同的蛋白质和 rRNA，原核生物和 真核生物又各有不同。
目录
核 糖 体 的 组 成
目录
原核生物翻译过程中核糖体结构模式:
mRNA 5’
E site 排出位
5’
5’ 5’
3’
3’
3’
3’
A site 氨基酰位
N 新生肽链
氨基酸 肽酰位P site
eIF-6
促进核蛋白体分离成大小亚基
（一）原核生物翻译起始复合物形成
• 核糖体大小亚基分离； • mRNA在小亚基定位结合； • 起始氨基酰-tRNA的结合； • 核糖体大亚基结合。
End
Tail
3
3’-端非翻译区
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，称为开放阅读框架 (open reading frame, ORF)。
翻译模板mRNA及遗传密码
• 翻译方向 P292
mRNA的翻译方向从5’ → 3’方向，从起始密码 到终止密码的序列，决定了肽链的合成方向从N 端 到C 端。
原核、真核生物各种起始因子的生物功能
P339 起始因子
生物功能
原核 生物
IF-1 EIF-2 EIF-3
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敏感性
eIF-2
促进起始tRNA与小亚基结合
eIF-2B，eIF-3
最先结合小亚基促进大小亚基分离
P339 第二节、氨基酸的活化 氨基酰-tRNA合成酶
5’
C C A 3’ OH HO C O R C NH2 H
真核蛋白质生物合成
➢参与肽链延长的甲硫氨酰-tRNA：Met-tRNAMet
tRNAMet 和 甲 硫 氨 酸 结 合 后 生 成 MettRNAMet，必要时进入核蛋白体，为延长中的 肽链添加甲硫氨酸。
目录
二、真核生物的肽链合成过程
（一）起始
1. 核蛋白体大小亚基分离； 2. 起始氨基酰-tRNA的结合； 3. mRNA在小亚基定位结合； 4. 核蛋白体大亚基结合。
目录
40S
elF-3
② Met
Met Met-tRNAiMet-elF-2 -GTP
ATP
mRNA
③
elF4E, elF4G, elF4A,
elF4B,PAB
ADP+Pi
60S
①
eIF-2B、eIF-3、 eIF-6
40S
60S
Met
elF-5
④
Met
各种elF释放 GDP+Pi
真核生物翻译起始 复合物形成过程
分子伴侣主要有： (1) 热休克蛋白(heat shock protein, HSP) (2) 伴侣蛋白(chaperonin)
目录
(1) 热休克蛋白(heat shock protein, HSP) ➢ 热休克蛋白属于应激反应性蛋白质，高温应激
可诱导该蛋白质合成。热休克蛋白可促进需要 折叠的多肽折叠为有天然空间构象的蛋白质。 ➢ 热休克蛋白包括HSP70、HSP40和GrpE三族。
• Grp E，核苷酸交换因子，与Dna K的ATP酶结构域结合， 使Dna K的构象发生改变、ADP从复合物中释放出来并 由ATP代替ADP，从而控制Dna K的ATP酶活性。
目录
大肠杆菌中的HSP70 反应循环
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• 起始氨基酰-tRNA结合；
• mRNA在核蛋白体小亚基就位； • 核蛋白体大亚基结合。
40S
elF-3
② met Met Met-tRNAiMet-elF-2 -GTP 60S Met ①
eIF-2B、eIF-3、 eIF-6 elF-5
③
ATP elF4E, elF4G, elF4A, elF4B,PAB ADP+Pi
mRNA
④
各种elF释放 GDP+Pi
40S
60S Met
真核生物翻译起始 复合物形成过程
二、肽链合成延长
指根据mRNA密码序列的指导，次序添加氨基 酸从N端向C端延伸肽链，直到合成终止的过程。 • 肽链延长在核蛋白体上连续性循环式进行，又 称为核蛋白体循环(ribosomal cycle)，每次循环 增加一个氨基酸，包括以下三步： – 进位(entrance) – 成肽(peptide bond formation) – 转位(translocation)
5S-rRNA 23S-rRNA
rpL 36种
18SrRNA
rpS 33种
蛋白 质
核 蛋 白 体 的 组 成
目录
原核生物翻译过程中核蛋白体结构模式:
P位：肽酰位 (peptidyl site)
A位：氨基酰位 (aminoacyl site) E位：排出位 (exit site)
目录
三、tRNA与氨基酸的活化
• 高级结构修饰
一、多肽链折叠为天然功能构象的蛋白质
• 新生肽链的折叠在肽链合成中、合成后完成，新 生肽链N端在核蛋白体上一出现，肽链的折叠即 开始。可能随着序列的不断延伸肽链逐步折叠， 产生正确的二级结构、模序、结构域到形成完整 空间构象。 • 一般认为，多肽链自身氨基酸顺序储存着蛋白质 折叠的信息，即一级结构是空间构象的基础。 • 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、蛋白辅助。
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）
• 20种氨基酸(AA)作为原料 • 酶及众多蛋白因子，如IF、eIF • ATP、GTP、无机离子
目录
第三节
蛋白质合成后加工和输送
Posttranslational Processing &
Protein Transportation
从核蛋白体释放出的新生多肽链不具备蛋
白质生物活性，必需经过不同的翻译后复杂
加工过程才转变为天然构象的功能蛋白。
主要包括 • 多肽链折叠为天然的三维结构
• 肽链一级结构的修饰
氨基酸臂
反密码环
tRNA的三级结构示意图
氨基酸的活化
（一）氨基酰-tRNA合成酶 (aminoacyl-tRNA synthetase)
氨基酰-tRNA合成酶
氨基酸 + tRNA
氨基酰- tRNA
ATP
AMP＋PPi
第一步反应
氨基酸 ＋ATP-E —→ 氨基酰-AMP-E ＋ AMP ＋ PPi
• 氨基酰-tRNA的表示方法：
Ala-tRNAAla Ser-tRNASer
Met-tRNAMet
（二）起始肽链合成的氨基酰-tRNA 真核生物： Met-tRNAi
Met
原核生物：
Met f fMet-tRNAi
第二节 蛋白质生物合成过程
The Process of Protein Biosynthesis
第十二章蛋白质生物合成 （翻译） Protein Biosynthesis
(Translation)
• 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，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 。
第一节 蛋白质合成体系
Protein Biosynthesis System
（一）原核生物翻译起始复合物形成
• 核蛋白体大小亚基分离；
• mRNA在小亚基定位结合；
• 起始氨基酰-tRNA的结合； • 核蛋白体大亚基结合。
1. 核蛋白体大小亚基分离
IF-3
IF-1
目录
2. mRNA在小亚基定位结合
5' IF-3
AUG
3' IF-1
目录
S-D序列
3. 起始氨基酰tRNA( fMet-tRNAimet )结 合到小亚基
遗传密码的特点
1. 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。
• 基因损伤引起mRNA阅读框架内的碱基发生插入 或缺失，可能导致框移突变(frameshift mutation)。
2. 简并性(degeneracy) 遗传密码中，除色氨酸和甲硫氨酸仅
肽链的非天然构象，促进各功能域和整体蛋
白质的正确折叠。 1. 热休克蛋白(heat shock protein, HSP)
HSP70、HSP40和GreE族 2. 伴侣素(chaperonins)
GroEL和GroES家族
热休克蛋白促进蛋白质折叠的基本作用—— 结合保护待折叠多肽片段，再释放该片段进 行折叠。形成HSP70和多肽片段依次结合、解离 的循环。
目录
第二步反应 氨基酰-AMP-E ＋ tRNA ↓ 氨基酰-tRNA ＋ AMP ＋ E
目录
tRNA与 酶结合的 模型
tRNA
ATP
氨基酰-tRNA合成酶
• 氨基酰-tRNA合成酶对底物氨基酸和tRNA
都有高度特异性。
• 氨基酰-tRNA合成酶具有校正活性
(proofreading activity) 。
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 ： • 来自译的起始(initiation)
• 翻译的延长(elongation)
• 翻译的终止(termination )
一、肽链合成起始 指mRNA 和起始氨基酰-tRNA
原核生物的多顺反子
5 PPP 3
蛋白质 真核生物的单顺反子
5 mG - PPP 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
目录
mRNA上存在遗传密码
mRNA分子上从5至3方向，由AUG开始，每3
个核苷酸为一组，决定肽链上某一个氨基酸或蛋白
质合成的起始、终止信号，称为三联体密码(triplet
IF-2 GTP
5' IF-3
AUG
3' IF-1
目录
4. 核蛋白体大亚基结合，起始复合物形 成
GTP Pi IF-2 GDP
5' IF-3
AUG
3' IF-1
目录
Pi GTP IF-2 -GTP GDP
5' IF-3
AUG
3' IF-1
目录
（二）真核生物翻译起始复合物形成 • 核蛋白体大小亚基分离；
EFG
EF-2
（一）进位 又称注册 (registration) 指根据mRNA下
一组遗传密码指导，
使相应氨基酰-tRNA
进入核蛋白体A位。
目录
延长因子
EF-T催化
进位（原 核生物）
目录
GTP Tu Ts
Ts Tu GDP
5'
AUG
GTP
3'
目录
（二）成肽 是由转肽酶(transpeptidase)催化的肽键形 成过程。
4. 摆动性(wobble)
转运氨基酸的 tRNA 的反密码需要通过碱
基互补与 mRNA 上的遗传密码反向配对结合，
但反密码与密码间不严格遵守常见的碱基配
对规律，称为摆动配对。
摆 动 配 对
U
目录
密码子、反密码子配对的摆动现象
tRNA反密码子 第1位碱基
I
U
G
A
C
mRNA密码子 第3位碱基
U, C, A
几种有促进蛋白折叠功能的大分子
1. 分子伴侣 (molecular chaperon)
2. 蛋白二硫键异构酶 (protein disulfide isomerase, PDI) 3. 肽-脯氨酰顺反异构酶 (peptide prolyl cistrans isomerase, PPI)
• 分子伴侣 分子伴侣是细胞一类保守蛋白质，可识别
• 延伸过程所需蛋白因子称为延长因子
(elongation factor, EF) 原核生物：EF-T (EF-Tu, EF-Ts)
EF-G
真核生物：EF-1 、EF-2
肽链合成的延长因子
原核延长 因子 EF-Tu
EF-Ts
生物功能
对应真核延 长因子
促进氨基酰-tRNA进入A位， EF-1-α 结合分解GTP 调节亚基 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 EF-1-βγ
分别与核蛋白体结合而形成翻译
起始复合物 (translational initiation c o m p l e x ) 。
表12-4 原核、真核生物各种起始因子的生物功能
起始因子 IF-1 原核 生物 EIF-2 EIF-3 eIF-2 eIF-2B，eIF-3 IF-4A 真核 生物 eIF--4B eIF-4E eIF-4G eIF-5 eIF-6 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AUG 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 促进各种起始因子从小亚基解离，进而结合大亚基 促进核蛋白体分离成大小亚基