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1、第十章 蛋白质的生物合成 蛋白质的生物合成 翻译过程十分复杂，需要mRNA、tRNA 、rRNA和多种蛋白因子参与。在此过程中 mRNA为合成的模板，tRNA为运输氨基酸工 具，rRNA和蛋白质构成核糖体，是合成蛋 白质的场所，蛋白质合成的方向为NC端 。 遗 传 信 息 流 动 示 意 图 核糖体 DNA mRNA tRNA 二、t RNA 三、核糖体 蛋白质合成体系蛋白质合成体系 一、mRNA和遗传密码 四、辅助因子 mRNA mRNA (messenger RNA)是蛋白质生物合成过程中 直接指令氨基酸掺入的模板，是遗传信息的载体。 m R N Am R N A 第一节第一节 遗传密码遗
2、传密码 遗传密码: DNA（或mRNA）中的核苷酸序列 与蛋白质中氨基酸序列之间的对应关系称为遗 传密码。 密码子(codon)：mRNA上每3个相邻的核苷酸 编码蛋白质多肽链中的一个氨基酸，这三个核 苷酸就称为一个密码子或三联体密码。 遗传密码字典 U A C G U C A G UCAG 第二位 第一位 （5） 第三位 （3） U C A G U C A G U C A G 遗传密码的性质遗传密码的性质 3、密码的简并性与摆动性：由一种以上密码子编码同 一个 氨基酸的现象称为简并，对应于同一氨基酸的密码 子称为同义密码子(Synonymous codon)。多数情况下同 义密码子的第一、第
3、二个碱基相同，第三个碱基不同， 说明密码的专一性主要是由第一、第二个碱基所决定。 1、密码子是近于完全通用的。 2、密码是无标点符号的且相邻密码子互不重叠。 4、64组密码子中，AUG既是甲硫氨酸的密码，又 是起始密码；有三组密码不编码任何氨基酸，而 是多肽链合成的终止密码子：UAG、UAA、UGA 。 核糖体 第二节核 糖 体 核糖体是由rRNA（ribosomal ribonucleic asid ）和多种蛋白质结合而成的一种大的核糖核蛋 白颗粒，蛋白质肽键的合成就是在这种核糖体 上进行的。 2、核糖体的功能 1、核糖体的结构和组成 核 糖 体 的 组 成 原核生物核 糖体的组成 原核生物
4、核糖体结构示意图 多多核糖体与核糖体循环 合成完毕 的肽链 多核糖体 3mRNA 延伸中的肽链 5 核糖体循环 原核细胞70S核糖体的A位、P位及 mRNA结合部位示意图 anticodonanticodon codoncodon 30S 与mRNA结合部位 P P位位（结合 或接受肽 基的部位 ） A A位位（结合或接 受AA- tRNA的 部位） 50S 5 5 3 3 mRNA 真核和原核细胞参与翻译的蛋白质因子 阶段 原核 真核 功 能 IF1 IF2 eIF2 参与起始复合物的形成 IF3 eIF3、eIF4C 起始 CBP I 与mRNA帽子结合 eIF4 A B F 参与寻找第一
5、个AUG eIF5 协助eIF2 、 eIF3、eIF4C的释放 eIF6 协助60S亚基从无活性的核糖体上解离 EF-Tu eEF1 协助氨酰-tRNA进入核糖体 延长 EF-Ts eEF1 帮助EF-Tu 、 eEF1周转 EF-G eEF2 移位因子 RF-1 终止 eRF 释放完整的肽链 RF-2 t RNA （transfer ribonucleic asid） 在蛋白质合成中处于关键地位，它不但 为每个三联体密码子译成氨基酸提供接 合体，还为准确无误地将所需氨基酸运 送到核糖体上提供运送载体。 1、tRNA的结构特征三叶草型二级结构 第三节第三节 t RNAt RNA的功能的功能
6、（1）被特定的氨酰- tRNA合成酶识别，使tRNA接受 正确的活化氨基酸。 （2）识别mRNA链上的密码子。 （3）在蛋白质合成过程中，tRNA起着连结生长的多 肽链与核 糖体的作用。 2、tRNA的功能 密 码 子 与 反 密 码 子 的 配 对 关 系 反密码子 tRNA 5 3 A U C 5 mRNA 3 密码子 1 2 3 第四节第四节 蛋白质生物合成的分子机制蛋白质生物合成的分子机制 一、一、氨基酸的活化氨基酸的活化 二、二、原核生物多肽链的合成过程原核生物多肽链的合成过程 四、四、真核生物多肽链的合成真核生物多肽链的合成 三、三、多核糖体与核糖体循环多核糖体与核糖体循环 氨 基
7、 酸 的 活 化 E E AA E AA tRNA AA E tRNA AA E tRNA AA 氨基酸 ATP +ATP + 氨酰腺苷酸 E E- - AMPAMP PPiPPi 第一步 AMPAMP 第二步 E E 氨 基 酸 的 活 化 3-氨酰-tRNA N-甲酰甲硫氨酰-tRNAfMet的形成 CHO-HN-CH-COO-tRNA CH2 CH2 S COO- +H2N-CH-COO-tRNA CH2 CH2 S COO- Met-tRNAfMet fMet-tRNAfMet N N 1010- -甲酰 甲酰FHFH 4 4 FHFH 4 4 转甲酰酶 氨酰氨酰- - tRNAtRN
8、A合成酶特点合成酶特点 a a、专一性专一性： 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t RNA 具有极高专一性。 b b、校对作用校对作用： 氨酰- tRNA合成酶的水解部位可以水解错误活 化的氨基酸。 1、肽链合成的起始 2、肽链的延长 3、肽链合成的终止及释放 原核生物多肽链的合成过程原核生物多肽链的合成过程 原核生物多肽链的合成分为三个阶段：肽链合 成的起始、肽链的延伸、肽链合成的终止和释放。 一、肽链合成的起始 翻译的起始是指携带有起始甲硫氨酸的tRNA 和mRNA结合到核糖体上形成起始复合物的过程。 大肠杆菌中翻译的起始过程是
9、： 1、mRNA在核糖体小亚基上就位 mRNA靠S-D序列同16S rRNA的互补及IF-3的 固定作用和IF-1 的帮助，首先进入核糖体小亚基， 这时候AUG的位置正好对应于大亚基的P位。 fMet- tRNA fMet在核糖体小亚基上就位 在IF-2和GTP帮助下， fMet- tRNA fMet进入小 亚基上与起始密码相应的位置 ，整个过程对fMet- tRNA fMet是特异和严格的，其余的氨基酰- tRNA都 不能进入到这个位置上。这步还包括IF-1的脱落。 50S大亚基结合到30S小亚基上形成70S起始复合 物，同时释放出IF-2、IF-3，GTP水解成GDP和Pi， 完成起始过程
10、。 肽链合成的起始肽链合成的起始 30S亚基 mRNA IF3- IF1复合物 30S mRNA GTP- fMet tRNA- IF2- IF1复合物 70S起始复合物 codoncodon anticodonanticodon A A位位P P位 位 mRNA +30S亚基-IF3 A A位位 IF-3 5 5 3 3 IF2 GTP P P位位 IF3 IF2 IF1 IF2-GTP-fMet-tRNA IF3 50S亚基 IF2+ IF1+GDP+Pi IF-1 IF1 70S起始 复合物 在起始复合物中，核糖体的P位被mRNA上 AUG及其对应的fMet- tRNA fMet占据，而
11、A位则 空着，有待于对应mRNA上第二个密码的相应 AA- tRNAAA进入，这时进入肽链的延长阶段。 二、肽链的延长 肽链的延长 1 1 2 2 1 1 2 2 2 2 3 3 2 2 3 3 进位进位肽键形成肽键形成 移位移位 进位进位 ( (TuTuTsTs) ) GTPGTP GTPGTP N-N-端端 2 2 3 3 5 5 3 3 C-C-端端 肽键形成肽键形成 1 1 5 5 3 3 （EF-GEF-G） 二、 肽链的延长 肽链的延长也称为核糖体循环，每循环一次， 肽链延长一个氨基酸，如此不断重复，直至肽链合 成终止。每次核糖体循环又可分为三个步骤：进位 、成肽和移位。 真核生物
12、的肽链延长与此类似，eEF-1中的 eEF-1、 eEF-1相当于EF-Tu和EF-Ts， eEF-2相 当于EF-G。 进位 即新进入的氨基酰-tRNA根据mRNA上密码的 指引，结合到70S核糖体的A位。这一步反应需要 GTP和延伸因子EF-Tu和EF-Ts的参与。 TuTs循环 成肽 即P位上的N-甲酰甲硫氨酸的C=O在肽酰转 移酶催化下与A位上的AA-tRNA的NH2发生反应 ，这样N-甲酰甲硫氨酸在 A位 成为二肽，P位留下 一个无负载的tRNA。在成肽反应结束后，这个无 负载的tRNA从核糖体上脱落，使P位留空。 肽键的形成 移位 指在移位酶(又称为延伸因子G，EF-G)催 化及G
13、TP存在下，整个核糖体相对于 mRNA从5向3方向的移动，移动的长度 为一个密码子的距离，这时A位的二肽从A 位进入P位。 移位的结果使二肽-tRNA占据了P位，A位留空，并 对应mRNA上第三号密码子，为第三号氨基酸按密 码的指引进入A位进位作好了准备。 在整个肽链延长过程中，起始的fMet可保留至翻译 终止。但翻译后这一氨基酸会很快被切除，所以在 新生的肽链里一般并不以甲硫氨酸作为N-末端。 由多肽链的合成过程可以看出：核糖体阅读mRNA 密码是从5向3方向进行，肽链合成是从N-末端向C- 末端方向进行。 原核生物功能真核生物 EF-Tu协协助氨基酰酰-tRNA 进进入A位 eEF-1 E
14、F-Ts结结合GTPeEF-1 EF-G转转位酶，协协助 mRNA前移，由A位 进进入P位，释释放无负负 载载tRNA eEF-2 翻译延伸因子 三 肽链合成的终止 肽链合成的终止包括：终止密码的辨认，肽链从完工 的肽酰-tRNA上水解释放出来，mRNA从核糖体中脱 离及大小亚基的分离等。终止过程需要释放因子RF 的参与。 原核生物的RF有三种： RF-1能识别终止密码UAA和UAG； RF-2能识别UAA和UGA； RF-3结合GTP，促进RF-1、RF-2对核糖体的结合。 真核生物的终止过程仅有一个eRF。 肽链终止的具体过程： 当mRNA的终止密码进入A位时，因无AA- tRNA 与之对
15、应，所以由RF-1或RF-2识别终止密码，进入 A位。RF-3可加强这种作用。 RF的结合，使核糖体的转肽酶活性转而表现为酯 酶活性，将P位上的肽链从tRNA上水解下来（肽链 C端与tRNA 3OH酯键的水解）。 GTP水解为GDP和Pi，释放的能量使留在核糖体 上的 tRNA及各种RF、mRNA脱落下来，最终核糖 体也分解为大小两个亚基。 肽链合成的肽链合成的 终止及释放终止及释放 （1）释放因子RF1或 RF2进入核糖体A位。 （2）多肽链的释放 （3）70S核糖体解离 5 5 3 3 UAGUAG 30S30S亚基亚基 50S50S 亚基亚基 5 5 3 3 UAGUAG tRNA RF