高中生物 蛋白质生物合成(翻译)
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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
蛋白质翻译PPT课件
原核生物释放因子：RF-1，RF-2，RF-3 真核生物释放因子：eRF
释放因子的功能
一是识别终止密码 ，如RF-1特异识别 UAA、 UAG；而RF-2可识别UAA、UGA。
二是诱导转肽酶改变为酯酶活性，相当于催化
肽酰基转移到水分子-OH上，使肽链从核蛋
白体上释放。
2021
59
目录
原 核 肽 链 合 成 终 止 过 程
• 密码的通用性进一步证明各种生物进化自同 一祖先。
2021
14
目录
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。
2021
15
目录
摆动配对
U
目录
密码子、反密码子配对的摆动现象
遗传密码中，除色氨酸和甲硫氨酸仅 有一个密码子外，其余氨基酸有2、3、4 个或多至6个三联体为其编码。
目录
2. 简并性(degeneracy)
目录
3. 通用性(universal)
• 蛋白质生物合成的整套密码，从原核生物到 人类都通用。
• 已发现少数例外，如动物细胞的线粒体、植 物细胞的叶绿体。
2021
60
目录
COO-
RF
5'
UAG
3'
目录
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。
2021
62
目录
多聚核蛋白体 (polysome)
释放因子的功能
一是识别终止密码 ，如RF-1特异识别 UAA、 UAG；而RF-2可识别UAA、UGA。
二是诱导转肽酶改变为酯酶活性，相当于催化
肽酰基转移到水分子-OH上，使肽链从核蛋
白体上释放。
2021
59
目录
原 核 肽 链 合 成 终 止 过 程
• 密码的通用性进一步证明各种生物进化自同 一祖先。
2021
14
目录
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。
2021
15
目录
摆动配对
U
目录
密码子、反密码子配对的摆动现象
遗传密码中，除色氨酸和甲硫氨酸仅 有一个密码子外，其余氨基酸有2、3、4 个或多至6个三联体为其编码。
目录
2. 简并性(degeneracy)
目录
3. 通用性(universal)
• 蛋白质生物合成的整套密码，从原核生物到 人类都通用。
• 已发现少数例外，如动物细胞的线粒体、植 物细胞的叶绿体。
2021
60
目录
COO-
RF
5'
UAG
3'
目录
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。
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62
目录
多聚核蛋白体 (polysome)
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
生物化学蛋白质生物合成
目录
（二）蛋白质因子
起始因子（ 起始因子（initiation factor，IF） ， ） 延长因子（ 延长因子（elongation factor，EF） ， ） 释放因子（ 释放因子（release factor，RF） ， ）
目录
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 IF-2 IF-3 延长因子 生物学功能 占据A位防止结合其他 占据 位防止结合其他tRNA 位防止结合其他 促进起始tRNA与小亚基结合 与小亚基结合 促进起始 促进大小亚基分离，提高 位对结合起始 位对结合起始tRNA的 促进大小亚基分离，提高P位对结合起始 的 敏感性
特异识别UAA、UAG，诱导转肽酶转变为酯酶 、 特异识别 ， 特异识别UAA、UGA，诱导转肽酶转变为酯酶 、 特异识别 ， 可与核蛋白体其他部位结合， 酶活性， 可与核蛋白体其他部位结合，有GTP酶活性，能 酶活性 介导RF-1及RF-2与核蛋白体的相互作用 介导 及 与核蛋白体的相互作用
目录
参与真核生物翻译的各种蛋白质因子及其生物学功能
目录
不同细胞核蛋白体的组成
原核生物 核蛋白 体 S值 值 rRNA 蛋白质 70S 小亚基 30S 16S-rRNA rpS 21种 种 大亚基 50S 23S-rRNA 5S-rRNA rpL 36种 种 核蛋白 体 80S 真核生物 小亚基 40S 18S-rRNA rpS 33种 种 大亚基 60S 28S-rRNA 5.8S-rRNA 5S-rRNA rpL 49种 种
第12章 章
蛋白质的生物合成 翻译） （翻译）
（遗传密码的特性；起始和终止密码； 遗传密码的特性；起始和终止密码； 蛋白质合成的干扰） 蛋白质合成的干扰）
（二）蛋白质因子
起始因子（ 起始因子（initiation factor，IF） ， ） 延长因子（ 延长因子（elongation factor，EF） ， ） 释放因子（ 释放因子（release factor，RF） ， ）
目录
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 IF-2 IF-3 延长因子 生物学功能 占据A位防止结合其他 占据 位防止结合其他tRNA 位防止结合其他 促进起始tRNA与小亚基结合 与小亚基结合 促进起始 促进大小亚基分离，提高 位对结合起始 位对结合起始tRNA的 促进大小亚基分离，提高P位对结合起始 的 敏感性
特异识别UAA、UAG，诱导转肽酶转变为酯酶 、 特异识别 ， 特异识别UAA、UGA，诱导转肽酶转变为酯酶 、 特异识别 ， 可与核蛋白体其他部位结合， 酶活性， 可与核蛋白体其他部位结合，有GTP酶活性，能 酶活性 介导RF-1及RF-2与核蛋白体的相互作用 介导 及 与核蛋白体的相互作用
目录
参与真核生物翻译的各种蛋白质因子及其生物学功能
目录
不同细胞核蛋白体的组成
原核生物 核蛋白 体 S值 值 rRNA 蛋白质 70S 小亚基 30S 16S-rRNA rpS 21种 种 大亚基 50S 23S-rRNA 5S-rRNA rpL 36种 种 核蛋白 体 80S 真核生物 小亚基 40S 18S-rRNA rpS 33种 种 大亚基 60S 28S-rRNA 5.8S-rRNA 5S-rRNA rpL 49种 种
第12章 章
蛋白质的生物合成 翻译） （翻译）
（遗传密码的特性；起始和终止密码； 遗传密码的特性；起始和终止密码； 蛋白质合成的干扰） 蛋白质合成的干扰）
分子生物学课件第七章 蛋白质的生物合成-翻译
2020/10/28
38
2020/10/28
39
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)
2020/10/28
40
蛋白质生物合成体系
mRNA、tRNA、rRNA n 氨基酸
大多数简并性表现在密码子的第三个核苷酸上，即 第一、二个核苷酸确定后，第三个核苷酸可变。
色氨酸
意义： 简并密码子越多，生物遗传的稳定性越大，
氨基酸出现频率越高
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（3）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。
氨基酰-tRNA + AMP +PPi
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（2）氨基酰tRNA合成酶(amino acyl-tRNA synthetase，AARS)
存在于胞液中，催化一个特定的aa结合到相应的 tRNA分子上。
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，保证tRNA能够 携带正确的氨基酸对号入座。
UUU，UUG，UGU，GUU， GGG，GGU，GUG，UGG。 • U和G随机加入到三联体中，这样按比例各个位置 上进入U和G的概率不同，如氨基酸测定结果：
2020/10/28
7
• 如UUU：UGG＝（555）:（511）
＝ 25 ： 1
• 同理UUU：UUG ＝5 ：1，
• 根据检测结果推测:
蛋白质生物合成—翻译及翻译后过程ppt课件
环境 3. 识别错误折叠的变性新蛋白，帮助复性或使其降解
.
分子伴侣的分类及作用
1. 应激蛋白70家族（heat-shock protein 70）：参与蛋白质的从头折 叠、跨膜运输、错误折叠多肽的降 解及其调控过程
2. 伴侣素系统（chaperonin system）: 具有独特的双层环状结构的寡聚蛋 白，以依赖ATP的方式为非自发性 折叠蛋白质提供能折叠形成天然空 间构象的微环境
蛋白质
rpS 21种 rpL 34种
rpS 33种 rpL 49种
.
小亚基与mRNA的结合
.
大亚基
P位
A位
P位(peptidyl site) ：结合肽酰tRNA的部位 A位(aminoacyl site) ：结合氨基酰tRNA的部位 E位(exit site) ：排出位 .
三、氨基酸的活化与转运—tRNA
输的。需要消耗能量
3. 小泡运输—蛋白质从内质网转运到
高尔基体以及从高尔基体转运到溶
酶体、分泌泡、细胞质膜、细胞外
等是由小泡介导的
.
细胞中蛋白质运输的方式
1. 翻译中运输:由与内质网结合的核糖 体完成。新生肽链在合成过程中， 插入到内质网上的特殊通道，然后 转移入内腔
2. 翻译后运输: 由游离核糖体完成。 在多肽链合成后，将蛋白质从细胞 质转移到线粒体或叶绿体细胞器 和细胞核中
.
二、生物合成的场所 — 核蛋白体 (Ribosomes)
.
核蛋白体蛋白及rRNA的组成特点
原核生物
真核生物
核蛋 白体
小亚基
大亚基
核蛋 白体
小亚基
大亚基
S 70S 30S
50S
80S 40S
.
分子伴侣的分类及作用
1. 应激蛋白70家族（heat-shock protein 70）：参与蛋白质的从头折 叠、跨膜运输、错误折叠多肽的降 解及其调控过程
2. 伴侣素系统（chaperonin system）: 具有独特的双层环状结构的寡聚蛋 白，以依赖ATP的方式为非自发性 折叠蛋白质提供能折叠形成天然空 间构象的微环境
蛋白质
rpS 21种 rpL 34种
rpS 33种 rpL 49种
.
小亚基与mRNA的结合
.
大亚基
P位
A位
P位(peptidyl site) ：结合肽酰tRNA的部位 A位(aminoacyl site) ：结合氨基酰tRNA的部位 E位(exit site) ：排出位 .
三、氨基酸的活化与转运—tRNA
输的。需要消耗能量
3. 小泡运输—蛋白质从内质网转运到
高尔基体以及从高尔基体转运到溶
酶体、分泌泡、细胞质膜、细胞外
等是由小泡介导的
.
细胞中蛋白质运输的方式
1. 翻译中运输:由与内质网结合的核糖 体完成。新生肽链在合成过程中， 插入到内质网上的特殊通道，然后 转移入内腔
2. 翻译后运输: 由游离核糖体完成。 在多肽链合成后，将蛋白质从细胞 质转移到线粒体或叶绿体细胞器 和细胞核中
.
二、生物合成的场所 — 核蛋白体 (Ribosomes)
.
核蛋白体蛋白及rRNA的组成特点
原核生物
真核生物
核蛋 白体
小亚基
大亚基
核蛋 白体
小亚基
大亚基
S 70S 30S
50S
80S 40S
第5章 翻译
一、 mRNA是蛋白质生物合成的直接模板 (一)mRNA结构
• 不同生物mRNA序列，都具有5-端非翻译 区、开放阅读框架区和3-端非翻译区。 • 真核生物mRNA的5-端有帽子结构， 3-端 有多聚腺苷酸(polyA)尾。 1961年，Nirenberg 证明 了mRNA的模板作用。
5'
一、原核生物的肽链合成过程
（一）肽链合成的起始
• 指 mRNA 和起始氨基酰-tRNA分别与核糖体结合 而形成翻译起始复合物 (translational initiation complex)的过程。 • 参与起始物质：30S小亚基、50S大亚基、mRNA、 fMet-tRNAfMet、起始因子、GTP和Mg2+。
摆动配对
密码子、反密码子摆动配对
tRNA反密码 子第1位碱基
U
I
U
G
A C
mRNA密码 子第3位碱基
C,A,U A,G C,U U G
二、核糖体是蛋白质生物合成的场所
核糖 体的 组成
核糖体的组成
核蛋 白体 原核生物 蛋白质 S值 真核生物
rRNA 蛋白质
S值
rRNA
小亚基
大亚基
核蛋白体
21种
36种
同义密码子
为同一种氨基酸编码的各密码子,亦称简并性密码子。 • 前两个碱基均相同，只是第三个碱基不同。 • 若头两个碱基发生点突变，可译出不同氨基酸，而第 三个碱基的突变，不会影响氨基酸的翻译。 •遗传密码的特异性主要取决于前两位碱基。 密码子简并性的生物学意义：减少基因突变对蛋白质功 能的影响。 GCU ACU
ORF 编码区
AUG UAA
3'
m7Gppp
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第1页 共2页
第十二章 蛋白质生物合成（翻译）
单选题
1 在蛋白质生物合成中转运氨基酸作用的物质是
A mRNA B rRNA
C hnRNA D DNA
E tRNA
2 蛋白质生物合成过程特点是
A 蛋白质水解的逆反应 B 肽键合成的化学反应
C 遗传信息的逆向传递 D 氨基酸的聚合反应
E 在核蛋白体上以mRNA为模板的多肽链合成过程
3 真核生物在蛋白质生物合成中的起始tRNA是
A 亮氨酰tRNA B 丙氨酸tRNA
C 赖氨酸tRNA D 甲酰蛋氨酸tRNA
E 蛋氨酸tRNA
4 原核生物蛋白质生物合成中肽链延长中的直接能量提供者是：
A ATP B GTP
C GDP D UTP
E CTP
5 下列关于遗传密码的叙述哪一项是正确的？
A 由DNA链中相邻的三个核苷酸组成
B 由tRNA链中相邻的三个核苷酸组成
C 由mRNA链中相邻的三个核苷酸组成
D 由rRNA链中相邻的三个核苷酸组成
E 由多肽链中相邻的三个氨基酸组成
6 mRNA可作为蛋白质合成的模板是由于：
A 含有核糖核苷酸 B 代谢快
C 含量少 D 由DNA转录而来
E 含有密码子
7 反密码子是指
A DNA中的遗传信息 B tRNA中的某些部分
C mRNA中除密码子以外的其他部分 D rRNA中的某些部分
E 密码子的相应氨基酸
8 蛋白质合成时，氨基酸的被活化部位是
A 烷基 B 羧基
C 氨基 D 硫氢基
E 羟基
9 氨基酰-tRNA合成酶的特点是：
A 只对氨基酸有特异性 B 只对tRNA有特异性
C 对氨基酸和tRNA都有特异性 D 对GTP有特异性
E 对ATP有特异性
10 关于蛋白质合成的终止阶段，正确的叙述是
A 某种蛋白质因子可识别终止密码子
第2页 共2页
B 终止密码子都由U、G、A三种脱氧核苷酸构成
C 一种特异的tRNA可识别终止密码子
D 终止密码子有两种
E 肽酰-tRNA在核蛋白体“A位”上脱落
名词解释
1 翻译
2 遗传密码
3 密码子
4 反密码子
5 多核糖体
6 摆动配对
7 起始tRNA
8 分子伴侣
9 氨基酰tRNA合成酶
10 核糖体循环
问答题
1 简述遗传密码的主要特点。
2 简述蛋白质生物合成的主要过程。
3 试述参与蛋白质生物合成的物质及其作用。
4 mRNA分子上遗传密码排列顺序翻译成多肽链的氨基酸排列顺序，保证准确翻译的关键
是什么?
5 参与蛋白质生物合成的核酸有哪几类，它们分别起着什么作用?
6 蛋白质合成的翻译后加工有哪些方式?
7 简述原核生物和真核生物翻译起始复合物的生成有何不同。
8 在蛋白质合成中哪些步骤需要GTP的水解作用?
9 试述氨基酰tRNA合成酶的特性与生理功能。
10 合成一个含20个氨基酸的多肽分子需要多少含高能磷酸键的分子?假定该蛋白质合成系
统含有所需游离氨基酸、核糖体、全部必需的酶和因子、GTP和ATP。