四川大学生物化学 蛋白质的生物合成ppt课件
成肽(peptide bond formation) 转位(translocation)
延长因子(elongation factor, EF )
1.进位：氨基酰tRNA根据mRNA上遗传密码的指引，进
入核蛋白体的A位
GTP Tu Ts
Ts Tu GDP
5'
AUG
GTP
3'
2. 成肽: 由转肽酶催化
2.氨基酰-tRNA的表示方法
表示方法: Arg-tRNAArg tRNAimet /tRNAemet 起始氨基酰－tRNA
原核生物：fMet-tRNAifMet 真核生物：Met-tRNAiMet
第二节
肽链的生物合成过程
蛋白质的生物合成过程从模板mRNA分 子中阅读框架的5’-AUG开始，按三联 体密码的顺序延长肽链，直至终止密 码的出现 整个过程可分为： 起始(initiation) 延长(elongation) 终止(termination)
步骤:
a. 终止密码的辨认 b. 肽链从肽酰-tRNA中水解出来 c. mRNA从核蛋白体中分离及大、 小亚基的拆离
COORF
5'
UAG
3'
多聚核蛋白体（polyribosome）
第三节
蛋白质翻译后修饰和靶向输送
(Posttranslational Modification & Protein Targeting)
开放阅读框架(open reading frame)：
指从 mRNA 分 子 5´ 端起始密码子 AUG 到 3´ 端终止密码子之间的核苷酸 序列，各个三联体密码连续排列并编 码一条蛋白质多肽链。
遗传密码的特点
a. 方向性(direction):
密码子及组成密码子的各碱基在mRNA 序列中的排列具有方向性，翻译时的阅读方 向只能按5´至3´方向。
3.转位: EF-G(转位酶)
fMet fMet
Tu GTP
5'
AUG
3'
进 位
成肽 转 位
目录
三、肽链合成的终止
当核蛋白体移动到其A位对应着mRNA 的终止密码时，多肽链合成终止，肽 链从肽酰-tRNA中释出，mRNA、核 蛋白体大小亚基分离 释放因子(release factor, RF)
四川大学生物化 学 蛋白质的生 物合成
内容提要
讲授内容：14学时 a.蛋白质的生物合成 b.基因表达调控 c.基因重组与基因工程 d.细胞间信息传递 专题讨论：2 个， 8学时
第十二章
蛋白质的生物合成 （翻译）
Protein Biosynthesis, Translation
基因：DNA分子中为各种蛋白质 或RNA编码的DNA功能片段。
一、多肽链折叠为天然构象的蛋白质
分子伴侣（molecular chaperon） (1)热休克蛋白(heat shock protein, HSP) 分子伴侣家族: HSP70 HSP40 GrpE
一、肽链合成起始
指mRNA和起始氨基酰-tRNA分别与 核糖体结合形成翻译起始复合物 (translational initiation complex) 起始因子 (initiation factor, IF)/eIF
原核生物翻译起始复合物的生成
核糖体大、ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ亚基分离 mRNA在核糖体小亚基定位结合 起始氨基酰-tRNA的结合 核糖体大亚基的结合
一、mRNA是蛋白质生物合成的直接模板
1. mRNA的结构
顺反子(cistron):编码一个多肽的遗传单位 多顺反子(polycistron): 原核细胞中数个结构 基因常串联为一个转录单位，转录生成的 mRNA可编码几种功能相关的蛋白质 单顺反子(monocistron):真核细胞中一个结 构基因转录生成一个mRNA分子，并只为 一种蛋白质编码
蛋白质的生物合成 ——又称为翻译，它是指生物体 以mRNA为模板按照mRNA分子中 核苷酸的排列顺序所组成的密码信 息合成蛋白质的过程。
第一节 蛋白质生物合成体系 (protein biosynthesis system)
模板: mRNA 原料: 20种氨基酸 运载体: tRNA 装配场所：核糖体 其它：蛋白质因子、酶、供能物质 和某些无机离子
b. 连续性(commaless): mRNA分子的阅读框架中，
三联体密码子之间既无间断也无交叉，必须以3个为一组连 续读下去，直至出现终止密码子为止。
框移突变(frameshift mutation)
c. 简并性(degeneracy)
d. 通用性 (universal) e. 摆动性 (wobble)
1. 核糖体大小亚基分离
IF-3
IF-1
2. mRNA在小亚基定位结合
5' IF-3
AUG
3' IF-1
mRNA在小亚基上的定位机制：
3. 起始氨基酰tRNA( fMet-tRNAimet )结合到 小亚基
IF-2 GTP
5' IF-3
AUG
3' IF-1
4. 核糖体大亚基结合，起始复合物形成
2. mRNA是遗传信息的携带者
密码子/三联体密码子 （codon/triplet codon）：在mRNA的开放阅读框架内按5´
至3´方向每三个相邻的核苷酸组成 一个密码 子编码一个氨基酸。
起始密码:AUG 终止密码:UAA, UAG, UGA 遗传密码（genetic code）
开放阅读框架(open reading frame)
二、核糖体是蛋白质生物合成的场所
三、tRNA是氨基酸的运载工具及蛋白质 生物合成的适配器
1．氨基酸的活化: 氨基酸与特异tRNA
结合形成氨基酰-tRNA过程
氨基酰-tRNA合成酶 (aminoacyl-tRNA synthease)
a.高度的专一性 b.校正活性
氨酰-tRNA的合成过程
(1)氨基酸+ATP-酶→氨基酸-AMP-酶+PPi (2)氨基酸-AMP-酶+tRNA→氨酰-tRNA + AMP+E 总反应式为： 氨基酸+tRNA+ATP→氨酰-tRNA +AMP +PPi
GTP Pi IF-2 GDP
5' IF-3
AUG
3' IF-1
Pi GTP IF-2 -GTP GDP
5' IF-3
AUG
3' IF-1
二、肽链的延长
指根据mRNA密码序列的指导，从N端 至C端依次添加氨基酸使肽链延伸直至 合成终止的过程 核糖体循环(ribosomal cycle)
进位(entrance)/注册(registration)
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蛋白质生物合成【生物化学课件】共74页
困难的事情就是认识自己。——希腊 3、有勇气承担命运这才是英雄好汉。——黑塞 4、与肝胆人共事，无字句处读书。——周恩来 5、阅读使人充实，会谈使人敏捷，写作使人精确。——培根
蛋白质生物合成【生物化学课件】
51、没有哪个社会可以制订一部永远 适用的 宪法， 甚至一 条永远 适用的 法律。 ——杰 斐逊 52、法律源于人的自卫本能。——英 格索尔
53、人们通常会发现，法律就是这样 一种的 网，触 犯法律 的人， 小的可 以穿网 而过， 大的可 以破网 而出， 只有中 等的才 会坠入 网中。 ——申 斯通 54、法律就是法律它是一座雄伟的大 夏，庇 护着我 们大家 ；它的 每一块 砖石都 垒在另 一块砖 石上。 ——高 尔斯华 绥 55、今天的法律未必明天仍是法律。 ——罗·伯顿
蛋白质生物合成【生物化学课件】
51、没有哪个社会可以制订一部永远 适用的 宪法， 甚至一 条永远 适用的 法律。 ——杰 斐逊 52、法律源于人的自卫本能。——英 格索尔
53、人们通常会发现，法律就是这样 一种的 网，触 犯法律 的人， 小的可 以穿网 而过， 大的可 以破网 而出， 只有中 等的才 会坠入 网中。 ——申 斯通 54、法律就是法律它是一座雄伟的大 夏，庇 护着我 们大家 ；它的 每一块 砖石都 垒在另 一块砖 石上。 ——高 尔斯华 绥 55、今天的法律未必明天仍是法律。 ——罗·伯顿
第十一章蛋白质的生物合成ppt课件
一、翻译模板mRNA及遗传密码
（一） mRNA是遗传信息的携带者 遗传学将编码一个多肽的遗传单位称为顺
反子(cistron)。 原核细胞中数个结构基因常串联为一个转
录单位，转录生成的mRNA可编码几种功 能相关的蛋白质，为多顺反子(polycistron)。 真核mRNA只编码一种蛋白质，为单顺反 子(single cistron) 。
翻译的延长(elongation)
翻译的终止(termination )
一、原核生物的翻译过程
（一） 起始阶段
1.核蛋白体大小 30S 亚基分离； 50S
2.mRNA与小亚
IF-3
IF-1
30S + 50S
解聚
mRNA
基结合； 3.起始氨基酰-
IF-2，GTP
AUG
tRNA与小亚基
fMet
fMet
溶酶体蛋白 Man-6-P（甘露糖-6-磷酸）
分泌蛋白的靶向输送
真核细胞分泌蛋白等前体合成后靶向输送过 程首先要进入内质网。
信号肽(signal peptide)－－
各种新生分泌蛋白的N端有保守的氨基酸序 列称信号肽。
信号肽的一级结构
信号肽引导真核分泌蛋白进入内质网
EF-Ts 调节亚基
EF-1-βγ
有转位酶活性，促进mRNA-肽 EFG 酰-tRNA由A位前移到P位，促
进卸载tRNA释放
EF-2
1.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。
Tu TGsTP
Tu GDP
Ts GTP
遗 传 密 码 表
目录
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，各个三联体密码连续排列编 码 一 个蛋 白 质多 肽 链 ， 称 为开 放 阅读 框 架 (open reading frame, ORF)。
蛋白质的生物合成(共106张PPT)
现 )和真菌中发现UAG可能是编码第22种氨基酸 pyrrolysine(吡咯赖氨酸)的密码子。
遗传密码动画
2022/9/17
12
遗传密码的特点
1.方向性(direction) 翻译时的阅读方向只能是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。
2022/9/17
为遗传密码(也称密码子)。 mRNA在核糖体小亚基就位；
-Ser-Lys-Leu-（PST序列） 顺反子(cistron)：遗传学将编码一个多肽的遗传单位称为顺反子。 氨基酰-tRNA合成酶
• 开放阅读框架(open reading frame,ORF)：从 开放阅读框区(open reading frame, ORF)
AMP-E或氨基酰-tRNA的酯键水解,再换上与密码子相对应
的氨基酸。
• 氨基酰-tRNA的表示方法：
• Ala-tRNAAla、Ser-tRNASer、Met-tRNAMet
氨基酸的活化形式：氨基酰－tRNA 氨基酸的活化部位：α－羧基 氨基酸与tRNA连接方式：酯键 氨基酸活化耗能：2个~P
2022/9/17
23
核糖体的组成
核蛋
原核生物
真核生物
白体 蛋白质 S值 rRNA 蛋白质 S值 rRNA
小亚基 21种 30S 16S 33种 40S 18S
大亚基 36种 50S 23S 5S
49种
28S 60S 5.8S
5S
核蛋白体
70S
80S
2022/9/17
24
30S小亚基：有mRNA结合位点 50S大亚基： E位：排出位（Exit site）
• 氨基酰-tRNA合成酶：存在于胞液中，催化氨基酸的 活化。
遗传密码动画
2022/9/17
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遗传密码的特点
1.方向性(direction) 翻译时的阅读方向只能是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。
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为遗传密码(也称密码子)。 mRNA在核糖体小亚基就位；
-Ser-Lys-Leu-（PST序列） 顺反子(cistron)：遗传学将编码一个多肽的遗传单位称为顺反子。 氨基酰-tRNA合成酶
• 开放阅读框架(open reading frame,ORF)：从 开放阅读框区(open reading frame, ORF)
AMP-E或氨基酰-tRNA的酯键水解,再换上与密码子相对应
的氨基酸。
• 氨基酰-tRNA的表示方法：
• Ala-tRNAAla、Ser-tRNASer、Met-tRNAMet
氨基酸的活化形式：氨基酰－tRNA 氨基酸的活化部位：α－羧基 氨基酸与tRNA连接方式：酯键 氨基酸活化耗能：2个~P
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核糖体的组成
核蛋
原核生物
真核生物
白体 蛋白质 S值 rRNA 蛋白质 S值 rRNA
小亚基 21种 30S 16S 33种 40S 18S
大亚基 36种 50S 23S 5S
49种
28S 60S 5.8S
5S
核蛋白体
70S
80S
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30S小亚基：有mRNA结合位点 50S大亚基： E位：排出位（Exit site）
• 氨基酰-tRNA合成酶：存在于胞液中，催化氨基酸的 活化。
第11章 蛋白质的生物合成(共96张PPT)
携带Met的tRNA有两种：
甲硫氨酸tRNAm：tRNAmMet 甲酰甲硫氨酸tRNAf：tRNAfMet
甲酰FH4
蛋白质生物合成：
原核细胞以fMet- tRNAf为起点； 真核细胞以Met- tRNAm为起点
甲酰基转移酶
甲酰甲硫 氨酰tRNAf
（2）起始
1 核糖体大小亚基分离 2 mRNA在核糖体小亚基定位结合 3 起始氨基酰-tRNA与起始密码子结合 4 核糖体大亚基结合，形成70S起始复合物
内含肽与外显肽基因进行同步转录和翻译，当翻译形成蛋白质前体 后，内含肽具有自我催化功能，可从蛋白质中自体切除，形成成熟 的具有活性的蛋白。
内含肽剪接是自我催化，机制不详。
2．二硫键的形成
mRNA中没有胱氨酸的密码子，而不少蛋白质都含有二硫 键，这是蛋白质合成后通过两个半胱氨酸的氧化作用生成的。
核糖体亚基
rRNAs
蛋白
RNA的特异顺序和功能
细菌
70S 50S 23S=2904b 31种(L1-L31）含CGAAC和GTψCG互补
2.5×106D
5S=120b
66%RNA 30S 16S=1542b 21种(S1-S21) 16SRNA(CCUCCU)和S-D
顺序(AGGAGG)互补
哺乳动物
一级结构的核苷酸序列。 含量少，占总RNA的5%，容易降解。
开放阅读框
与蛋白质合成的正确起始有关。 避免mRNA被核酸酶降解，增强其稳定性。
遗传密码子（genetic codon）
mRNA分子中，从5’-3’ 每三个相邻的核苷酸组成的三联体，代表某个氨基酸或 其它信息，称为遗传密码子，也称三联体密码子。
U G AC
2. tRNA的功能
生物化学课件37-38 蛋白质生物合成
噬菌体是裸露的染色体
实
烟草花叶病毒组合实验
验
是核酸是遗传信息运载
物质的另一证据
RNA传递和加工遗传信息
RNA是单链分子可自身回折形成 局部双螺旋既能像DNA储存传递 遗传信息，又能像蛋白质一样有 催化调节作用
一般加工包括切割、修剪、添加 、修饰和异构化
RNA编码序列的加工包括拼接、 编辑、和再编码则改变RNA携带 的遗传信息
细胞内含有恒定的DNA
任何生物的细胞DNA 含量都是恒定的，不受 外界环境、营养条件和细胞本身的代谢状态 影响
DNA含量与机体复杂度有关 进化程度越高DNA含量（C值）越高 DNA含量与进化程度不简单的呈线性关系(C
值佯谬) DNA的信息量只与DNA的复杂度有关
DNA是细菌的转化因子
1928年Frederick Griffith发现细菌转化现 象；1944年，Oswald T. Avery通过实验证 明转化因子是DNA
遗传密码
DNA是遗传信息的携 带分子
RNA传递和加工遗传 信息
遗传密码的破译
遗传密码的基本特性
蛋白质合成和转运 蛋白质合成的分子 基础 翻译的步骤 肽链合成后的加工 蛋白质定位
DNA是遗传信息的携带分子
1869年Miescher F发现细胞 核中存在DNA，其后的半世纪 里揭示了遗传信息的编码、传 递和表达机制。
病毒是游离的遗传因子
病毒感染宿主细胞，是以病毒 DNA或RNA的cDNA整合到宿 主细胞染色体DNA中随宿主细 胞染色体DNA一起复制遗传在 适合的条件下装配成病毒颗粒 离开宿主细胞
Hershey-Chase
1952年Alfred D. Hershey 和Martha Chase用32P标 记T2噬菌体的DNA,用 35S标记噬菌体蛋白质实 验。证明DNA是噬菌体 的遗传物质
第十六章蛋白质的生物合成ppt课件
IF-4A
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
二、原核细胞多肽链的合 成———核蛋白体循环
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 ： 翻译的起始(initiation) 翻译的延长(elongation) 翻译的终止(termination )
部分 具有ATP酶活性，水解ATP,有利于自身
释放
（1）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。
HSP40结合待 折叠多肽片段
HSP70-ATP复合物
ATP水解
HSP40- HSP70-ADP-多肽复合物
ATP
AMP＋PPi
* 氨基酰tRNA合成酶 —— 绝对专一性, 校正活性
第一步反应:
第二步反应:
tRNA与酶 结合的模型
tRNA
录像
ATP
氨基酰tRNA 合成酶
2、氨基酰tRNA的表示方法
书写方式： 如，Arg - tRNAarg 与起始密码结合的氨基酰tRNA ：
原核生物： fMet-tRNAfmet 真核生物：Met-tRNAimet
溶酶体蛋白 Man-6-P（甘露糖-6-磷酸）
1.分泌蛋白的靶向输送
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
二、原核细胞多肽链的合 成———核蛋白体循环
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 ： 翻译的起始(initiation) 翻译的延长(elongation) 翻译的终止(termination )
部分 具有ATP酶活性，水解ATP,有利于自身
释放
（1）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。
HSP40结合待 折叠多肽片段
HSP70-ATP复合物
ATP水解
HSP40- HSP70-ADP-多肽复合物
ATP
AMP＋PPi
* 氨基酰tRNA合成酶 —— 绝对专一性, 校正活性
第一步反应:
第二步反应:
tRNA与酶 结合的模型
tRNA
录像
ATP
氨基酰tRNA 合成酶
2、氨基酰tRNA的表示方法
书写方式： 如，Arg - tRNAarg 与起始密码结合的氨基酰tRNA ：
原核生物： fMet-tRNAfmet 真核生物：Met-tRNAimet
溶酶体蛋白 Man-6-P（甘露糖-6-磷酸）
1.分泌蛋白的靶向输送
蛋白质的生物合成(共74张PPT)
3)校正tRNA
tRNASu3+Tyr反密码子为CUA，能识别变异 产生的终止密码子UAG。
三、氨酰-tRNA合成酶
❖ 氨基酸在掺入肽链前，必须活化生成氨酰tRNA，获得足够的能量。
❖ 活化反应由各种氨酰-tRNA合成酶（AARS） 催化。
Ａ.氨酰－tRNA
氨基酰-tRNA合成酶
氨基酸 + tRNA
❖ 包括：氨酰-tRNA与核糖体结合，转肽 与肽键形成和转位三个步骤。
肽链合成的延长因子
（一） 进位
Tu GTsTP
Tu GDP
Ts
GTP
5'
AUG
3'
目录
Ts 移走GDP，并与Tu 结合生成Tu-Ts复合体， 然后GTP替换Ts，生 成有活性的Tu-GTP
Poly(U) Poly(C) Poly(A) Poly(G)
poly(Phe) peptide
无细胞抽取物
poly(Pro) peptide poly(Lys) peptide poly(Gly) peptide
•核糖体 •各种tRNA •氨基酸 •AARS
•ATP, GTP
+ mRNA = 蛋白质
氨基酰- tRNA
ATP
AMP＋PPi
B. 氨酰-tRNA合成酶特点
a、专一性：
•对氨基酸有极高的专一性，每种氨基酸都有专 一的酶，只作用于L-氨基酸，不作用于D-氨基酸。
•对tRNA具有极高专一性：一种AARS只能识别装
载同一种氨基酸的一组同工受体（tRNA分子）
b、校对作用：
• AARS具有底物结合位点（包括tRNA、氨 基酸和ATP结合位点）和水解位点。
5'
tRNASu3+Tyr反密码子为CUA，能识别变异 产生的终止密码子UAG。
三、氨酰-tRNA合成酶
❖ 氨基酸在掺入肽链前，必须活化生成氨酰tRNA，获得足够的能量。
❖ 活化反应由各种氨酰-tRNA合成酶（AARS） 催化。
Ａ.氨酰－tRNA
氨基酰-tRNA合成酶
氨基酸 + tRNA
❖ 包括：氨酰-tRNA与核糖体结合，转肽 与肽键形成和转位三个步骤。
肽链合成的延长因子
（一） 进位
Tu GTsTP
Tu GDP
Ts
GTP
5'
AUG
3'
目录
Ts 移走GDP，并与Tu 结合生成Tu-Ts复合体， 然后GTP替换Ts，生 成有活性的Tu-GTP
Poly(U) Poly(C) Poly(A) Poly(G)
poly(Phe) peptide
无细胞抽取物
poly(Pro) peptide poly(Lys) peptide poly(Gly) peptide
•核糖体 •各种tRNA •氨基酸 •AARS
•ATP, GTP
+ mRNA = 蛋白质
氨基酰- tRNA
ATP
AMP＋PPi
B. 氨酰-tRNA合成酶特点
a、专一性：
•对氨基酸有极高的专一性，每种氨基酸都有专 一的酶，只作用于L-氨基酸，不作用于D-氨基酸。
•对tRNA具有极高专一性：一种AARS只能识别装
载同一种氨基酸的一组同工受体（tRNA分子）
b、校对作用：
• AARS具有底物结合位点（包括tRNA、氨 基酸和ATP结合位点）和水解位点。
5'