蛋白质的生物合成概述
论述蛋白质生物合成过程
论述蛋白质生物合成过程蛋白质是构成生物体的重要基础物质，参与了细胞代谢和功能的多种过程。
蛋白质的生物合成是一个复杂而精细的过程，涉及到DNA 的转录、mRNA的翻译、合成工具分子的参与等多个环节。
本文将详细介绍蛋白质生物合成的过程，为读者提供一个生动全面的指南。
蛋白质的生物合成始于基因的表达。
在细胞核中，DNA通过转录的方式合成一种叫做mRNA的分子，mRNA是一种与DNA序列相互对应的单链核苷酸序列。
这个过程称为转录。
DNA的转录由RNA聚合酶酶（RNA polymerase）催化完成。
RNA聚合酶在DNA的启动子区域识别DNA的序列，并将mRNA分子按照碱基互补配对规则，利用氢键的力量将mRNA 与DNA分子的模板链相互对应。
得到mRNA后，它会通过核孔进入到细胞质中。
细胞质中的核糖体是蛋白质合成的工厂，它是由rRNA和蛋白质组成的复合物。
核糖体在mRNA上定位到起始密码子三聚体（AUG），之后核糖体会通过移动到序列的下一个密码子，将氨基酸带到mRNA上。
这个过程称为翻译。
翻译过程中，tRNA（转运RNA）通过与氨基酰tRNA合成酶催化，将特定的氨基酸与tRNA结合。
tRNA与mRNA的密码子进行互补配对，确保了正确的氨基酸加入到蛋白质的氨基酸链中。
不断重复的这个过程，直到终止密码子出现，导致蛋白质合成停止。
在蛋白质合成的过程中，还有一些重要的辅助机制起到了关键作用。
例如，信号肽和伴侣蛋白会帮助新合成的蛋白质正确地折叠成特定的结构。
chaperonin是这个过程中的一种蛋白质，它为新合成的蛋白提供了一个适宜的环境，以确保其正确折叠。
此外，蛋白质的生物合成还受到其他因素的调控。
例如，转录因子和RNA干扰分子等可以调控基因的表达水平。
这些调控机制可以使细胞对环境的变化做出及时的响应，从而保证蛋白质的合成能够适应生物体的需求。
综上所述，蛋白质的生物合成是一个复杂而精细的过程，涉及到DNA的转录、mRNA的翻译、合成工具分子的参与等多个环节。
蛋白质的生物合成
1. 核糖体：肽链合成的场所
在原核细胞中，它可以游离形式存在，2000 个 /细胞 真核细胞中的核糖体位于胞浆内，可分为两类，一类与细胞内质网相 结合，形成粗糙内质网，主要参与白蛋白、胰岛素等分泌性蛋白质的 合成。另一类游离于胞浆，主要参与细胞固有蛋白质的合成。 106~107 个 / 细胞 。线粒体、叶绿体也有自己的核糖体。
We found that the codon UGA specifies insertion of selenocysteine and cysteine in the ciliate Euplotes crassus, that ……….
纤毛虫
Thus, the genetic code supports the use of one codon to code for multiple amino acids.
（7）偏倚性：蛋白质生物合成时对简并密码子的使用频率不同。
Science 9 January 2009: Vol. 323. no. 5911, pp. 259 - 261 DOI: 10.1126/science.1164748
Sicence：颠覆经典遗传学理论
Genetic Code Supports Targeted Insertion of Two Amino Acids by One Codon
2. tRNA —— 翻译的接合体（adaptor）
同功受体tRNA (isoaccepting tRNAs)：携带相同氨基酸而 反密码子不同的一组tRNA 。一种氨基酸可有2～6种特异 tRNA。
tRNA中与蛋白质合成有关的四个位点：
核糖识别部位
氨基酸结合部位
氨酰-tRNA合 成酶识别部位
大连理工大学生物化学课件--蛋白质合成与转运
二、蛋白质生物合成过程
• • • • 蛋白质生物合成过程包括三大步骤： ①氨基酸的活化与搬运； ②活化氨基酸在核蛋白体上的缩合； ③多肽链合成后的加工修饰。
核糖体主要存在于粗面ER
核糖体存在的场所 （1）粗面内质网（主要） 一个细菌细胞内约有20000个核糖体 • （2）细胞溶液 • 真核细胞内可达106个 （3）线粒体和叶绿体 • 在未成熟的蟾蜍卵细胞内则高达1012个
（二）肽链延长阶段：
1．进位：与mRNA下一个密码相对应 的氨基酰tRNA进入核蛋白体的受位（A 位），需GTP，Mg2+，和EF参与。 2．成肽：在转肽酶的催化下，将给位 上的tRNA所携带的甲酰蛋氨酰基或肽 酰基转移到受位上的氨基酰tRNA上， 与 其 α- 氨 基 缩 合 形 成 肽 键 。 此 步 骤 需 Mg2+，K+。给位上已失去蛋氨酰基或肽 酰基的tRNA从核蛋白上脱落。
8、供能物质和无机离子
• 多肽链合成时，需ATP、GTP作为供能物质，并需 Mg2+、K+参与。
• 氨基酸活化时需消耗2分子高能磷酸键，肽键形成 时又消耗2分子高能磷酸键，故缩合一分子氨基酸 残基需消耗4分子高能磷酸键。
氨酰- tRNA合成酶
氨基酸 + tRNA + ATP
无机磷酸酶
氨酰- tRNA + AMP + 2Pi
一、参与蛋白质生物合成的物质
• 生物体内的各种蛋白质都是利用生物体内的氨基酸 为原料自行合成的。参与蛋白质生物合成的各种因 素构成了蛋白质合成体系，该体系包括： ① mRNA：作为蛋白质生物合成的模板，决定多肽链 中氨基酸的排列顺序； ② tRNA：搬运氨基酸的工具； ③ 核蛋白体：蛋白体生物合成的场所； ④ 酶及其他蛋白质因子；氨酰-tRNA合成酶； ⑤ 供能物质及无机离子。ATP和GTP， Mg2+、K+ ；
蛋白质的生物合成
氨基酰-tRNA合成酶－化学校对
如果合成酶和错误的氨基酸结合,氨基酰tRNA合成酶可通过化学校对阻止错误的 氨基酸掺入到蛋白质中. 分两步:
1. 水解错误的氨基酰－腺苷酸，
2. 水解错误的氨基酰－tRNA
氨基酰tRNA的表示方法
丙氨基酰tRNA：ala-tRNAala 精氨基酰tRNA：arg-tRNAarg 甲硫氨基酰tRNA： met-tRNAmet 起始密码子AUG编码的met由tRNAimet （真核）， tRNAfmet （原核）转运 在肽链延长中甲硫氨酸由tRNAemet转运
遗传密码的特点
（4）摆动性：一种氨基酸可有多个密码子 反密码子与mRNA的第三个核苷酸配对时，不 严格遵从碱基配对原则，可出现U-G, I-C, I-A, 此种配对为不稳定配对，又称摇摆性。一般前 两个碱基决定其专一性，第三位碱基可有变异
mRNA 5′
61 sense codons, 31 tRNAs with different anticodons 2 out of 3 reading
ACG UGU 5′
3′
tRNA反密码环 Thr
3′
ห้องสมุดไป่ตู้ 遗传密码的摆动性
原核细胞mRNA的结构特点
SD区 顺反子 顺反子 顺反子
5
AGGAGGU
3
插入顺序 先导区 插入顺序 末端顺序
一条mRNA链编码几种功能相关的蛋白质
位于mRNA编码区上游的一个短片段，由10个碱基组成（5’AAACAGGAGG3’），称为SD (Shine-Dalgarno) 顺序，与30S小亚基中的16S rRNA3’端的六碱基顺序（3’UCCUCC5’）顺序互补，这意味着核糖体能选择正确 的AUG密码来起始蛋白质的合成。
蛋白质合成的生物学过程从RNA到蛋白质
蛋白质合成的生物学过程从RNA到蛋白质蛋白质合成的生物学过程：从RNA到蛋白质蛋白质是细胞中最基本的分子，能够发挥众多生物学功能。
在细胞内，蛋白质的生产需要经历一个复杂的生物学过程，包括DNA转录成RNA、RNA翻译成蛋白质等多个步骤。
本文将介绍这个过程中的关键步骤及其作用，以及在细胞合成蛋白质时所需的重要分子。
1. DNA的转录在蛋白质的生产过程中，DNA是绝对的主角。
DNA中记录了细胞合成蛋白质所需的全部信息。
然而，由于DNA不能离开细胞核，所以需要将其信息“复制”到细胞质中。
这个过程就是DNA转录。
DNA转录的关键分子是RNA聚合酶。
当细胞需要合成某种蛋白质时，RNA聚合酶会在DNA上找到相应的序列，并沿着DNA模板合成一条RNA链。
这个RNA链被称为mRNA（messenger RNA），因为它会携带DNA信息到细胞质中，成为细胞合成蛋白质的模板。
在DNA转录过程中，还会有其他类型的RNA合成，如tRNA和rRNA。
它们分别是转运RNA和核糖体RNA，是合成蛋白质所需的重要辅助分子。
2. RNA的翻译当mRNA分子到达细胞质，细胞就开始了蛋白质合成的第二个阶段：RNA的翻译。
翻译是指将RNA序列翻译成氨基酸序列，进而合成成蛋白质分子的过程。
RNA的翻译需要依赖核糖体这个巨大而复杂的分子机器。
核糖体由rRNA和多种蛋白质组成，能够将RNA序列中所包含的信息转化为一条蛋白质链。
在这个过程中，不同的tRNA分子将不同的氨基酸带到核糖体中，并按照mRNA的序列编码将氨基酸连接起来。
当核糖体在mRNA序列末端读到一个“终止密码子”时，合成的蛋白质链就会停止。
3. 蛋白质的折叠和修饰一条刚刚合成出来的蛋白质链并不能发挥生物学功能。
它需要经过更多的微调才能正常工作。
这个过程被称为蛋白质的折叠和修饰。
蛋白质的折叠和修饰是非常复杂的过程，其中涉及到多种分子、酶、离子和分子机器。
但总的来说，这个过程的目标是将蛋白质链折叠成一个稳定、完整、具有功能的三维结构，以便于与其他分子相互作用。
生物化学第十二章-蛋白质的生物合成
第十二章蛋白质的生物合成一、蛋白质生物合成体系：生物体内的各种蛋白质都是生物体利用约20种氨基酸为原料自行合成的。
蛋白质的生物合成过程，就是将DNA传递给mRNA的遗传信息，再具体的解译为蛋白质中氨基酸排列顺序的过程，这一过程被称为翻译（translation)。
参与蛋白质生物合成的各种因素构成了蛋白质合成体系，该体系包括：1.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。
共有64种不同的密码。
遗传密码具有以下特点：①连续性；②简并性；③通用性；④方向性；⑤摆动性；⑥起始密码：AUG；终止密码：UAA、UAG、UGA。
2.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，生成氨基酰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。
反密码对密码的识别，通常也是根据碱基互补原则，即A—U，G—C配对。
但反密码的第一个核苷酸与第三核苷酸之间的配对，并不严格遵循碱基互补原则，这种配对称为不稳定配对。
能够识别mRNA中5′端起动密码AUG的tRNA称为起动tRNA。
在原核生物中，起动tRNA是tRNAfmet；而在真核生物中，起动tRNA是tRNAmet。
3．rRNA和核蛋白体：原核生物中的核蛋白体大小为70S，可分为30S小亚基和50S大亚基。
真核生物中的核蛋白体大小为80S，也分为40S小亚基和60S大亚基。
核蛋白体的大、小亚基分别有不同的功能：⑴小亚基：可与mRNA、GTP和起动tRNA结合。
⑵大亚基：①具有两个不同的tRNA结合点。
A位——受位或氨酰基位，可与新进入的氨基酰tRNA 结合；P位——给位或肽酰基位，可与延伸中的肽酰基tRNA结合。
②具有转肽酶活性。
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。
生物体内蛋白质的合成机制
生物体内蛋白质的合成机制蛋白质是生物体内最复杂、最重要的有机物之一。
它们是建造身体、永久记忆、复制遗传信息的基础，也是许多疾病和药物研究的主要对象。
蛋白质的完整结构由二十个氨基酸组成，其中每个氨基酸的分子结构大致相同，但它们的侧链结构不同，因此每个氨基酸在蛋白质结构中的位置和功能也不同。
蛋白质在生物体内的合成机制非常复杂。
它涉及到DNA、RNA、核糖体等多个层面的调控。
下面我们来逐一介绍一下。
一、DNA到RNA的转录蛋白质的合成始于DNA序列的转录。
在这一过程中，DNA中某一特定区域被解包，而此区域内的基因模板被RNA聚合酶所复制，在细胞核内转录成RNA分子。
不同细胞类型或不同的生理状态下，细胞内的RNA分子类型、数量和结构都是不同的，因此转录作为生物多样性的关键调控环节对于细胞的功能、分类和疾病的起止非常重要。
二、RNA的修饰与成熟RNA分子通过穿过核膜，离开细胞核进入细胞质中，此过程称为RNA运输。
RNA在进入细胞质之前，需要经过一些修饰来提高它的稳定性和产生它的功能。
其中mRNA（成熟的RNA在细胞质上的形态）的修饰更是必须的，包括以5'端为开端被海绵样修饰的“盖帽”（cap）和以3'端为结尾的“尾巴”组成的poly(A)序列的添加。
而对于其他类型的RNA，在细胞核中也需经过一些化学修饰的过程，这些修饰会影响RNA的折叠状态、结构和功能，从而实现RNA传递信息、调节基因表达的功能。
三、mRNA与蛋白质合成的关系RNA分子包括下列四个类型：mRNA (messenger RNA)、rRNA (ribosomal RNA)、tRNA (transfer RNA)和snRNA (small nuclear RNA)，而基本上只有mRNA才具有作为模板合成蛋白质的功能，因为它同时拥有编码蛋白质的信息和与核糖体识别和绑定的特定序列区域。
但为了确保编码蛋白质的mRNA能被读取，和融合核糖体，很多特定的转录因子、信号和配体对总的RNA复杂体来说也很关键。
蛋白质的生物合成
密码子与反密码子除通过碱基互补结合外， 还具有摆动性，即密码子的第3位碱基与反 密码子的第1位碱基配对不严格，称为摆动 配对。
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 AC
mRNA密码子 第3位碱基
U, C, A A, G U, C U G
密码子的第3位碱基发生突变时，并不影响tRNA带入 正确的氨基酸。
踏实肯干，努力奋斗。2020年12月18 日上午1 2时58 分20.12. 1820.1 2.18
追求至善凭技术开拓市场，凭管理增 创效益 ，凭服 务树立 形象。2 020年1 2月18 日星期 五上午1 2时58 分18秒0 0:58:18 20.12.1 8
严格把控质量关，让生产更加有保障 。2020 年12月 上午12 时58分2 0.12.18 00:58D ecember 18, 2020
码子，称为三联体。 4种碱基一共可以组成64个密码子。 AUG代表甲硫氨酸，在5’ -端时代表启动信
号，称为起始密码子。 UAA、UAG和UGA：称为终止密码子。 代表氨基酸的密码子只有61个。
载脂蛋白B-100的一段mRNA的 密码子序列
（三）遗传密码的特点
1.通用性(universal)： 蛋白质生物合成的整套密码，从原核生
多核糖体循环
蛋白质的生物合成耗能
AA活化消耗2ATP，肽链延长进 位和转位各消耗1GTP，所以，蛋 白质的生物合成启动以后，每形成 1个肽键，需要消耗4ATP。
合成一条n个肽键组成的多肽链 所需能量为4×n＋1 ATP
蛋白质合成过程小结
以mRNA的5’ 3’方向阅读遗传密码
肽链合成方向N
18SrRNA
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蛋白质的生物合成概述
蛋白质是构成生物体的基本组成部分之一，具有多种重要的功能。
蛋
白质的生物合成是指从基因到蛋白质的整个过程，包括转录和翻译两个主
要步骤。
在生物体内，蛋白质的合成由细胞核内的遗传物质DNA指导，通
过转录将DNA的信息转录成为mRNA，然后通过翻译将mRNA的信息转化为
氨基酸序列，最终形成蛋白质。
1. 转录（Transcription）：转录是指将DNA中一个基因的信息通过RNA聚合酶酶催化，生成该基因的mRNA分子。
转录的过程包括启动、延
伸和终止三个阶段。
-启动阶段：在DNA的启动序列上结合转录因子，形成转录起始复合物。
随后，RNA聚合酶酶催化聚合核苷酸，从而形成mRNA链的起始部分。
-延伸阶段：RNA聚合酶继续在DNA模板上向下移动，并在不断向RNA
链中添加新的核苷酸，直到遇到终止信号。
-终止阶段：当RNA聚合酶读取到终止信号时，mRNA链与DNA模板分离，转录过程结束。
2. RNA加工（RNA Processing）：转录过程产生的初级转录产物
（pre-mRNA）还需要经过一系列修饰和处理步骤，形成成熟的mRNA，以
便于翻译过程中正确地合成蛋白质。
- 在RNA加工过程中，先是通过剪接（splicing）去除在初级转录产
物中的内含子（intron）区域，保留外显子（exon）区域。
剪接是由剪接
体（spliceosome）完成的，它由snRNP（small nuclear ribonucleoprotein）复合物和其他蛋白质组成。
- 随后，在转录加工过程中，mRNA的5'端会经历甲基化修饰，而3'末端则会加上聚腺苷酸尾巴（poly(A) tail）。
这些修饰可以保护mRNA 分子免受降解，同时还有助于mRNA的定位和翻译。
3. 翻译（Translation）：翻译是指将mRNA的信息翻译成蛋白质的氨基酸序列，与转录过程不同，翻译发生在细胞的细胞质中，主要通过核糖体来完成。
- 翻译的起始位点由mRNA上的起始密码子（通常是AUG）指定，该位点由特殊的tRNA分子（Met-tRNA）识别和结合。
-随后，核糖体通过匹配tRNA与mRNA上的密码子，依次将氨基酸加入到正在合成的蛋白质链上。
每个新加入的氨基酸都与前一个氨基酸通过肽键连接。
-当核糖体读取到终止密码子（UGA，UAA，UAG）时，翻译过程终止，完成合成的蛋白质链从核糖体上释放下来。
4. 蛋白质折叠（Protein Folding）：在蛋白质合成完成之后，蛋白质链通常需要折叠为特定的三维结构，使其能够发挥正常的功能。
蛋白质折叠过程是由分子伴侣（molecular chaperones）等辅助蛋白质来协助完成的。
总结起来，蛋白质的生物合成包括转录、RNA加工、翻译和蛋白质折叠等多个步骤。
这一过程是复杂且精密的，需要多种蛋白质和其他分子的参与。
蛋白质的生物合成对维持生物体的正常功能和生存至关重要。