生物学蛋白质的生物合成详解
第十三章蛋白质的生物合成(共91张PPT)
密码的通用性进一步证明各种生物进化自同一祖 先。
4. 方向性（direction）：
• 指阅读mRNA模板上的三联体密码时， 只能沿5’→3’方向进行。
5. 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上的遗传密码反平行配对结合，但反密码与 密码之间常常不严格遵守碱基配对规律，称为摆
阶段。
一、多肽链合成的起始阶段
（一）原核生物翻译起始复合物形成
• 包括以下几个步骤：
➢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-1和IF-3与小亚基结合，促进核蛋白体大、小亚
基拆离，为新一轮合成作准备。
• 成肽是由转肽酶（transpeptidase）催化的 肽键形成过程。
• 在转肽酶的催化下，将P位上的tRNA所携带 的甲酰蛋氨酰基或肽酰基转移到A位上的氨 基酰tRNA上，与其-氨基缩合形成肽键。
• 此步骤需Mg2+，K+。
成肽反应过程
3. 转位（translocation）：
• 延长因子EF-G有转位酶（translocase）活性，可 促进核蛋白体向mRNA的3´侧移动相当于一个密码 的距离，同时使肽酰基tRNA从A位移到P位。
氨基酰tRNA合成酶催化的反应
第一步：活化反应
氨基酸 ＋ATP-E → 氨基酰-AMP-E ＋ PPi
第二步：连接反应
氨基酰-AMP-E ＋
tRNA
↓
氨基酰-tRNA ＋
有高度特 异性。
化学生物学中的蛋白质合成与修饰
化学生物学中的蛋白质合成与修饰蛋白质是生物体内最重要的大分子物质之一，参与了生物体内几乎所有的生命过程。
蛋白质的合成与修饰是化学生物学领域的一个重要研究课题。
本文将从蛋白质合成的基本过程入手，探讨蛋白质的合成和修饰在生物学中的重要作用。
一、蛋白质合成的基本过程蛋白质合成是指将氨基酸按照特定的序列连接起来形成多肽链的过程。
蛋白质的合成主要通过翻译过程完成，包括三个主要步骤：转录、转运和翻译。
1. 转录转录是指将DNA模板转录成RNA的过程。
在细胞质中，核糖体RNA（rRNA）和转移RNA（tRNA）起着重要的作用。
在核内，DNA的两条链解旋，其中一个链作为模板合成RNA。
通过与氨基酸配对，RNA链合成一条辅助的RNA链，称为mRNA（信使RNA）。
mRNA包含了氨基酸顺序的编码信息。
2. 转运转运是指将mRNA分子从细胞核转移到细胞质的过程。
mRNA通过核孔复合体运输到细胞质，并在细胞质中定位到核糖体上。
3. 翻译翻译是指通过核糖体将mRNA上的信息转化成氨基酸序列的过程。
翻译过程中，mRNA的信息通过转移RNA（tRNA）上的三个碱基序列（编码子）被翻译成相应的氨基酸。
tRNA携带相应的氨基酸，通过与mRNA的编码子配对，使氨基酸按照指定的顺序连接起来，最终形成多肽链或蛋白质。
二、蛋白质修饰的重要作用蛋白质合成完成后，往往还需要经过多种修饰过程才能发挥其生物学功能。
蛋白质修饰是指通过化学反应在蛋白质分子上加上一些功能团或改变其磷酸化状态、甲基化状态等方式，以改变蛋白质的物理化学性质和功能。
1. 磷酸化修饰磷酸化修饰是蛋白质最常见的一种修饰方式。
通过磷酸化修饰可以改变蛋白质的电荷性质和空间构象，进而调控蛋白质的功能。
蛋白质的磷酸化修饰通常由激酶和磷酸酶等酶催化完成。
2. 甲基化修饰甲基化修饰是指在蛋白质上加上一个甲基团，常常通过甲基转移酶催化完成。
甲基化修饰可以影响蛋白质的稳定性、DNA结合能力和互作能力，对基因表达和细胞生命活动起着重要的调节作用。
细胞生物学中的蛋白质合成
细胞生物学中的蛋白质合成细胞是构成所有生命的基本单位，它们通过一系列复杂的生化反应来维持生命活动。
而蛋白质则是细胞内最为重要的生物大分子之一。
蛋白质具有多种功能，例如结构支持、传递信息、催化化学反应、调节细胞活动等。
在细胞生物学中，蛋白质的合成一直是一个重要的研究领域。
蛋白质的合成主要通过两个过程完成：转录和翻译。
转录是指从DNA模板合成RNA分子的过程，而翻译则是从RNA分子合成蛋白质的过程。
在这两个过程中，蛋白质合成机是整个过程的关键。
蛋白质合成机是由多个亚基组成的复合物，其中包含两个主要的部分：核糖体和转录因子。
核糖体是一种特殊的RNA分子和蛋白质复合而成的结构，它们负责将RNA中的信息翻译成蛋白质。
而转录因子则是调节蛋白质合成的蛋白质，它们可以识别DNA序列并启动或停止转录。
在转录过程中，DNA的双链被解开，RNA聚合酶结合到模板链上，并不断将RNA单链合成。
这个过程称为基因表达。
不同的转录因子可以识别不同的DNA序列，从而控制哪些基因被转录成RNA。
这种调节机制可以帮助细胞在不同状态下对基因表达做出不同的响应，从而保证生命系统的正常运作。
一旦RNA合成完成，在翻译过程中，RNA分子被核糖体识别并被分割成一系列的三联体密码子。
每个密码子对应一个氨基酸，核糖体通过识别密码子将正确的氨基酸加入到不断延长的蛋白质链中。
这个过程中需要依赖多种辅助蛋白质，如tRNA和翻译因子。
可见，蛋白质合成机在细胞生物学中的重要性不言而喻。
无论是转录还是翻译过程都需要依赖于该复合物进行调节和控制。
对繁殖、分化、发育和免疫等重要生理活动具有重要作用。
深入了解蛋白质合成机的结构和工作机制，有助于我们更好地理解生命的本质，进一步研究和探讨生命的各个层面。
（注：本篇文章为AI机器人自动生成，如有雷同，误伤等问题敬请谅解）。
细胞生物学中的蛋白质合成机理解析
细胞生物学中的蛋白质合成机理解析细胞是生命活动的基本单位，其中蛋白质合成是细胞重要的生物学过程之一。
蛋白质在细胞中具有多种功能，包括结构、酶催化和信号传导等。
了解蛋白质合成的机理对于深入理解细胞生物学和相关疾病的机制具有重要意义。
本文将详细解析细胞生物学中蛋白质合成的机理，并介绍相关的重要分子和过程。
蛋白质合成可以分为两个主要阶段：转录和翻译。
转录是指将DNA中的信息转录为RNA的过程，而翻译则是将转录得到的RNA翻译为氨基酸序列，并将其组装成蛋白质。
首先，让我们来了解转录过程。
在细胞核中，DNA双链的两条线性链被酶解开，形成一段暂时的单链RNA，称为信使RNA（mRNA）。
转录的起始点是一个叫做启动子的DNA序列。
在启动子区域的上游，有一个转录因子结合位点，这些转录因子能够识别和结合启动子，进而招募RNA聚合酶。
一旦RNA聚合酶被招募到启动子上，它开始在DNA上滑动，合成mRNA链。
RNA聚合酶沿着DNA模板链向3'方向滑动，将DNA中的碱基信息翻译成RNA链的互补碱基。
这个过程被称为链延伸。
终止子是转录的终止点，它导致mRNA链与DNA链解离，完成转录过程。
接下来是翻译过程。
翻译过程在细胞质中进行，依赖于核糖体和一系列的tRNA。
核糖体是由核糖体RNA（rRNA）和蛋白质组成的亚细胞颗粒体，其功能是将mRNA上的碱基序列翻译成氨基酸序列。
翻译的开始是由一个短的特殊tRNA 分子引发的，该tRNA含有甲硫氨酸（Met）和具有翻译开始信号的起始密码子（一般为AUG）。
核糖体结合到mRNA的起始密码子上，然后通过互补配对的mRNA上的tRNA将氨基酸一个一个地加入到蛋白质链中。
tRNA通过其抗密码子与mRNA上的密码子相互匹配，从而将正确的氨基酸加入到蛋白质链中。
蛋白质链的合成是由蛋白合成酶催化的，具体来说是肽酶催化的。
肽酶通过形成肽键将氨基酸连接在一起，形成蛋白质链。
这个过程会不断进行直到读取到终止密码子，核糖体和蛋白质链解离，完成翻译的过程。
分子生物学第十五章 蛋白质的生物合成
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。
蛋白质合成的生物学机制
蛋白质合成的生物学机制第一阶段：转录转录是通过DNA的信息转写成RNA的过程。
它涉及到DNA双链的解旋和碱基配对的过程。
在核糖体翻译过程中，只有编码蛋白质的基因区域（称为基因），被转录成对应的RNA分子。
转录起始于RNA聚合酶的结合到DNA的启动子区域上，随后RNA聚合酶开始向下移动，将DNA的信息转录成RNA多聚物，即转录本。
转录一般分为三个步骤：初始化、延伸和终止。
在延伸过程中，RNA链通过与DNA的碱基配对进行合成。
这种碱基配对选择性的依赖于RNA聚合酶的活性位点。
终止在RNA链复制到目标长度后，特定的终止序列触发，使RNA聚合酶停止转录。
第二阶段：转运转运是指RNA分子（mRNA）从细胞核转移到细胞质的过程。
核内转运尽管在RNA合成中非常重要，但仍然是一个充满挑战的过程。
首先，mRNA必须通过核孔复合体（NPC）通过核膜。
一旦通过核孔复合体，mRNA便处于细胞质环境中，并可以移动到合适的翻译位置。
第三阶段：翻译糖体翻译是一种将mRNA上的信息转化为蛋白质的过程。
它涉及到核糖体的结合、蛋白质合成的起始、延伸和终止等步骤。
翻译起始：翻译起始涉及到mRNA的5'端的启动子的识别，其中包括翻译起始序列和小亚基与大亚基的结合。
在起始过程中，特定的tRNA分子，即始态tRNA或met-tRNA，与启动子序列上的AUG密码子配对。
随后，大亚基与小亚基与tRNA一起结合，形成翻译起始复合体。
翻译延伸：翻译延伸是指将氨基酸添加到正在合成的蛋白质链中的过程。
它主要通过与亚基中的氨酰tRNA的配对来实现。
配对是通过结合在大亚基腔中的mRNA上的密码子和tRNA上的反密码子实现的。
tRNA定位于所谓的A位点，大亚基催化一个新的肽键形成，并且tRNA被转移到P位点。
然后，tRNA再次被转移到E位点，并与无意义终止密码子相匹配。
翻译终止：翻译终止是指蛋白质合成的结束。
当到达终止序列时，特定的终止tRNA进入终止位点，并催化蛋白质链的释放。
细胞生物学中的蛋白质合成过程解析
细胞生物学中的蛋白质合成过程解析蛋白质是细胞中最重要的分子之一，不同的蛋白质承担着不同的生物学功能，如酶、结构蛋白质、运输蛋白质等。
蛋白质合成是基因表达的重要过程，通过将DNA信息转录成mRNA分子，再翻译成蛋白质分子来实现。
蛋白质合成大致可以分为四个步骤：转录、RNA加工、翻译、蛋白质修饰。
其中，转录和翻译是蛋白质合成的核心过程。
转录在细胞核内，DNA信息通过转录复制成为mRNA分子，这是蛋白质合成的第一步。
转录由三个步骤组成：起始、延伸和终止。
起始时，RNA聚合酶将结合在模板DNA上，其中一个链作为模板来合成mRNA，RNA聚合酶无需引物即可合成RNA链。
延伸阶段，RNA聚合酶与DNA分子解链，RNA聚合酶将加入核苷酸单元来合成新的RNA链，该链将被反向复制模板链和读取编码序列，这个过程被称为“转录”。
当RNA聚合酶读取到终止密码子序列时，它将终止转录过程并释放转录后的mRNA分子。
RNA加工RNA加工包括RNA剪接和RNA修饰两个过程。
RNA剪接是一个重要的加工步骤，它是指选择特定的外显子序列将被连接在一起，以形成成熟的mRNA分子，剪掉一些无用的内部螺旋，如内含子，来保证到成熟mRNA分子的间断性。
RNA修饰是指在RNA合成和剪接过程中加入新的碱基并修饰其他碱基，来增加表观遗传信息来扩展RNA和蛋白质的功能。
翻译翻译是指利用mRNA分子的序列信息来编码氨基酸序列的一个过程。
翻译分为翻译起始阶段、翻译延伸阶段和翻译终止阶段。
首先，翻译起始阶段将利用启动密码子寻找起始点，根据三联体密码子绑定到RNA合成出来的对应氨基酸链（tRNA）上，每种tRNA上都有对应的抗密码子三联体，通过特异性识别与之配对。
其次，翻译延伸阶段指的是RNA译码与新的氨基酸。
译码是指读取RNA序列并把它翻译成氨基酸序列的过程。
在翻译终止阶段，翻译将终止，多个氨基酸序列连接结束于终止密码子，最终产生了一个成熟的蛋白质分子。
分子生物学原理-蛋白质的生物合成
蛋白质可以通过非共价相互作用（如氢键和 疏水效应）来保持其三维结构。
蛋白质的生物合成过程
1
转录
蛋白质合成的第一步是通过转录将DNA信息转录成RNA。
2
翻译
在细胞质中，RNA通过翻译过程被转化为氨基酸序列的链。
3
蛋白质的后处理
新合成的蛋白质需要进行修饰，如切割、磷酸化和糖基化。
质量控制和折叠
4 信号传递
蛋白质在免疫系统中起着抗体、炎症因子 和抗菌肽的作用。
蛋白质通过与其他蛋白质和分子相互作用， 参与细而精确的过程，对于维持生命体的正常功能至 关重要。
分子生物学原理-蛋白质 的生物合成
蛋白质是生命体中至关重要的分子之一。它们在细胞结构、代谢调节和信号 传递中发挥着重要角色。
蛋白质-构成与结构
构成多样
蛋白质由氨基酸构建而成，有20种不同类型 的氨基酸。
功能多样
蛋白质的结构决定它们的功能，如酶催化、 结构支撑和信号传递。
三级结构
蛋白质的结构由一级（氨基酸序列）、二级 （α-螺旋、β-折叠）和三级（整体折叠）组 成。
蛋白质折叠
蛋白质在合成过程中需要正确地折叠成特定的三 维结构才能发挥功能。
质量控制
细胞通过质量控制系统来检测和修复异常折叠的 蛋白质。
蛋白质的重要性
1 细胞结构
2 代谢调节
蛋白质构成了细胞的骨架和细胞器，使细 胞能够维持形态和功能。
蛋白质作为酶和调节因子参与细胞的代谢 过程和信号传递。
3 免疫和防御
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26
校正tRNA
突变(mutation)
移码突变: mRNA上的编码顺序中插入(或缺失)一个 (或更多)碱基，引起密码子翻译读框改变。
无义突变: 指正常密码子改变为终止密码子，引起翻 译过程提早终止。蛋白质产物是截短的，一般没有功能。
Tyr UAC和UAU UAG。
错义突变：正常密码子变为另一种氨基酸的密码子。
新的氨基酸取代了蛋白质中某位点上原来的残基可能使蛋白质
失去功能。
Gly GGG
AGG Arg。
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抑制突变/校正突变 （suppressor mutation）： 编码tRNA的基因发生某种突变，以“代偿”或校正 mRNA上密码子的原有突变所产生的不良后果。 无义抑制 错义抑制
第四章 蛋白质的生物合成
第一节 参与蛋白质生物合成的物质 第二节 蛋白质合成过程 第三节 蛋白质合成后的分泌 第 四节 蛋白质生物合成的干扰和抑制
1
第一节 参与蛋白质生物合成的物质
蛋白质生物合成体系
mRNA、tRNA、rRNA n 氨基酸
酶、蛋白质因子、ATP、GTP
蛋白质
蛋白质因子： 起始因子（initiation factor，IF）真核生物写作eIF 延长因子（elongation factor，EF） 释放因子（releasing factor，RF） 核蛋白体释放因子（ribosomal releasing factor，RRF）
2)混合共聚物(mixed copolymers)实验对密码 子中碱基组成的测定
3)aa-tRNA 与确定的三核苷酸序列(密码子) 结合：
4)用重复共聚物(repeating copolymers)破译密 码：
14
1961年，尼伦伯格和马太利用大肠杆菌的破碎细 胞溶液，建立了一种利用人工合成的RNA在试 管里合成多肽链的实验系统，其中含有核糖体等 合成蛋白质所需的各种成分。利用这个实验系统， 尼伦伯格和马太设计了一个巧妙的实验，破译了 第一个遗传密码，即UUU-苯丙氨酸。
2
蛋白质生物合成物质
合成原料 mRNA tRNA rRNA
3
合成原料
自然界由mRNA 编码的氨基酸共有 20 种
羟脯氨酸、羟赖氨酸、γ-羧基谷氨酸等 特殊氨基酸是在肽链合成后的加工修饰过程中形成
4
蛋白质生物合成物质
合成原料 mRNA tRNA rRNA
5
mRNA——翻译的模板
20
aa接受臂 D环
反密码子环
TψC环
额外环
21
“ L”形三级结构 三叶草型的二级结构可折叠成倒L型的三维结构。
三叶草二级结构具有四个臂
L 型三 维结构两个双螺旋区相互垂直
3’
5’
氨基酸茎
D环
TψC 环
可变环
TψC 环 D环
氨基酸茎 3’
5’
可变环
反密码子环
反密码子环
图 14-15 tRNA 由三叶草型折叠成 L 型三维结构
16
第一碱基 （5/-端）
遗传第 密二 码碱 表基
第三碱基 （3/-端）
终止
终止
*
*在mRNA起始部位的AUG为起始信号
17
蛋白质生物合成物质
合成原料 mRNA tRNA rRNA
18
tRNA——搬运氨基酸
Ser 5’
Tyr 5’
19
tRNA的结构
▪ tRNA在蛋白质生物合成过程中起关键作用。 ▪ 最小的 RNA，4S ▪ 70 ~ 80个base，其中22个碱基是恒定 ▪ 含有10%的稀有碱基
Euk： tRNAimet ，Met-tRNAimet 延伸tRNA： tRNAmmet，m可省略
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同工tRNA（isoaccepting tRNAs）
携带AA相同而反密码子不同的一组tRNA；
不同的反密码子识别AA的同义密码；
同工tRNA在细胞内合成量上有多和少的差别，分 别称为主要tRNA和次要tRNA。
28
1）无义抑制（nonsense suppressor）
无义抑制或无义校正：通过抑制tRNA识别无义突 变位点，将某种氨基酸插入该位点，使得多肽链继 续延伸，而不中途停止。
7
遗传密码（Genetic code）
mRNA 中蕴藏遗传信息的碱基顺序称为遗传密码。
密码子(codon)
mRNA 中每个相邻的三个核苷酸，这个三联体称为 一个密码子。
因此，密码是密码子的总和。
8
遗传密码的特点
• 方向性 • 通用性 • 简并性 • 连续性
9
• 方向性：5/——3/ • 通用性：（在线粒体或叶绿体中特殊）
22
23
反密码子的摆动性
反密码子：与mRNA相应的三联体密码子碱基互 补。
▪ 摆动性：mRNA密码子的前两位碱基和tRNA的反 密码严格配对，而密码子第三位碱基与反密码子 第一位碱基不严格遵守配对规则。
tRNA反密码子 第一个碱基
mRNA密码子第三个碱基
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tRNA的种类
起始tRNA和延伸tRNA 起始tRNA: Prok： tRNAfmet， fMet-tRNAfmet
5/
3/
CAACUGCAGACAUAUAUGAUACAAUUUGAUCAGUAU
-Gln-Leu-Gln-Thr-Tyr-Met-Ile-Gln-Phe-Asp-Gln-Tyr-
6
mRNA 分子的组成：
转录启动区 5’UTR AUG之前的 5’ 端非编码区（前导序列） 编码区 起始码、阅读框、终止码 3’UTR 终止密码子之后，不翻译的 3’ 端 转录终止区
• 简并性： 同一氨基酸具有多种密码子
第1、2位
第3位
决定密码的特异性
同义密码
摆动
10
11
• 连续性：
沿5/-3/方向连续阅读
插入碱基 密码子:(codon)
共有64种
3种 61种
代表20中氨基酸
UAA、UAG、UGA
AUG
起始密码 蛋氨酸
终止密码
13
1)在体外无细胞蛋白质合成体系中加入人工 合成的polyＵ 开创了破译遗传密码的先河
15
1966年科学家霍拉纳发明了一种新的RNA合成方法， 通过这种方法合成的RNA可以是2个、3个或4个碱 基为单位的重复序列，例如:将A、C两种核苷酸缩 合为ACACACACAC……长链，以它作人工信使进 行蛋白质合成，结果发现产物是苏氨酸和组氨酸的 多聚体，说明苏氨酸的密码子可能是ACA，也可能 是CAC；同样，组氨酸的密码子可能是CAC，也可 能是ACA。