第七章 蛋白质合成
分子生物学 第七章 蛋白质的生物合成
7.1 遗传密码 7.2 tRNA 7.3 氨酰-tRNA合成酶 7.4 核糖体 7.5 与蛋白质合成有关的因子 7.6 蛋白质合成的生物学机制 7.7 蛋白质转运机制
比DNA复制和转录更为复杂的过程
氨基酸活化与转运----这个过程是在氨基酸活化酶和镁 离子作用下把氨基酸激活成为活化氨基酸。 起始----核糖体与mRNA结合并与氨酰基tRNA生成起 始复合物。 延伸----由于核糖体沿mRNA5’端向3’端移动，开始了 从N端向C端的多肽合成，这是蛋白质合成过程中速度 最快的阶段。 终止以及肽链的释放，核糖体从mRNA上解离，准备 新一轮合成反应。
（3）校正tRNA 校正tRNA分为无义突变及错义突变校正。 无义突变:在蛋白质的结构基因中，一个核 苷酸的改变可能使代表某个氨基酸的密码 子变成终止密码子（UAG、UGA、 UAA），使蛋白质合成提前终止，合成无 功能的或无意义的多肽。
错义突变是由于结构基因中某个核苷酸
的变化使一种氨基酸的密码变成另一种 氨基酸的密码。 错义突变的校正tRNA通过反密码子区的 改变把正确的氨基酸加到肽链上，合成 正常的蛋白质。（摆动原理现象）
结合的AA-tRNA分开。
7.1.3 遗传密码的特点
⑴连续性
⑵简并性与偏爱性
⑶通用性与专一性
（特殊性）
⑷终止密码
⑸密码子与反密码子
简并性： 由一种以上密码子编码同一个氨基酸的现象。 18种氨基酸都有一个以上的密码子 。
同义密码子。
只有精氨酸是个
例外，因为在真 核生物中CG双联
7.2 tRNA
7.2.1 tRNA的结构 由于链内的碱基互 补配对，tRNA呈现
蛋白质合成知识点归纳
蛋白质合成知识点归纳蛋白质的合成蛋白质合成是细胞中一种重要的生物化学过程，它是构建和修复细胞所需的必要步骤。
蛋白质合成包括两个主要过程：转录和翻译。
转录转录是指将DNA中的基因信息转换成mRNA的过程。
它发生在细胞核中，涉及到三个主要的步骤：启动、延伸和终止。
- 启动：RNA聚合酶结合到DNA的启动子区域，开始合成mRNA。
- 延伸：RNA聚合酶沿DNA链进行移动，合成与DNA模板链互补的mRNA链。
- 终止：RNA聚合酶到达终止信号，停止合成mRNA。
翻译翻译是指将mRNA转化为氨基酸序列，从而合成蛋白质的过程。
它发生在细胞质中，涉及到三个主要的步骤：起始、延伸和终止。
- 起始：mRNA与小核RNA和启动因子形成复合物，与核糖体结合并识别起始密码子（AUG）。
- 延伸：tRNA携带氨基酸与mRNA上的密码子互补配对，形成肽键，并不断延伸肽链。
- 终止：当翻译到终止密码子时（UAA，UAG或UGA），翻译复合物分解，蛋白质合成终止。
蛋白质合成的调控蛋白质合成的调控是细胞中保持蛋白质水平平衡的重要过程。
它涉及到各种调控机制，包括：- 转录调控：通过调控转录过程中的启动子活性、转录因子和共激活蛋白的作用来控制mRNA的合成。
- 翻译调控：通过调控mRNA的稳定性、翻译起始、tRNA和核糖体结合等步骤来控制翻译过程。
- 后转录调控：通过调控蛋白质的修饰、折叠和降解等过程来控制合成的蛋白质的功能和寿命。
蛋白质合成的重要性蛋白质合成对于维持细胞的正常功能和身体的正常运作至关重要。
它在以下方面发挥着重要作用：- 细胞结构：蛋白质是细胞骨架和细胞器的重要组成部分，维持细胞的形态和结构稳定性。
- 酶催化反应：许多生化反应需要酶来加速，这些酶都是由蛋白质合成而来。
- 信号传导：蛋白质参与细胞信号传导通路，调控细胞的生长、分化和存活等过程。
- 免疫系统：蛋白质在免疫系统中起着关键的作用，参与抗体的合成和免疫应答的调节。
蛋白质合成过程解析
蛋白质合成过程解析蛋白质合成是生物体内一个重要的生化过程，是细胞利用遗传信息合成所需蛋白质的过程。
在这个过程中，信息由DNA转录成RNA，然后由RNA转化为具有特定氨基酸序列的蛋白质。
本文将对蛋白质合成的基本原理、转录和翻译过程进行详细解析。
一、蛋白质合成的基本原理蛋白质是由氨基酸组成的长链状分子，在生物体内具有各种重要功能。
蛋白质合成由两个主要步骤组成：转录和翻译。
转录是指DNA的一段特定区域在细胞核内被RNA聚合酶酶解，生成相应的mRNA分子的过程。
这一过程的主要目的是将DNA中的遗传信息转录到mRNA中，为蛋白质合成提供模板。
翻译是指在细胞质中，通过mRNA和tRNA的配对作用，氨基酸按照一定的顺序连接起来，形成具有功能的多肽链的过程。
这一过程对应的基因序列区域被称为编码区，其中的密码子（三个碱基）与特定的氨基酸相对应。
二、1. 转录过程转录是蛋白质合成的第一步。
在这一过程中，DNA双螺旋结构的一段特定区域在细胞核中被RNA聚合酶酶解，生成与该DNA区域相应的mRNA分子。
转录过程可分为三个阶段：起始、延伸和终止。
起始：RNA聚合酶结合到DNA的起始点，形成一个由DNA双链分离的转录起始复合物。
延伸：RNA聚合酶沿着DNA模板链向下滑动，并以3'→5'方向合成mRNA链。
在这一过程中，DNA的非模板链完全没有作用。
终止：当RNA聚合酶到达终止序列时，mRNA链与DNA模板链分离，完成转录过程。
2. 翻译过程翻译是蛋白质合成的第二步，同时也是转录的产物mRNA被转化为蛋白质的过程。
这一过程主要发生在细胞质中的核糖体上，通过mRNA和tRNA的互补配对，将氨基酸按照一定的顺序连接起来。
翻译过程可分为三个阶段：启动、延伸和终止。
启动：mRNA的起始密码子（通常为AUG）与与之匹配的tRNA 上的氨基酸结合。
这一复合物附着在核糖体的A位。
延伸：tRNA上的氨基酸被酶解出来，连接到核糖体上的前一个氨基酸上。
简述蛋白质合成的过程
简述蛋白质合成的过程蛋白质是构成细胞的重要组成部分，也是细胞功能的基础。
蛋白质合成是生物体中一项重要的生化过程，通过合成蛋白质，维持细胞正常的生理功能。
蛋白质合成过程主要包括转录和翻译两个阶段。
1. 转录阶段转录是指将DNA上的基因信息转录成RNA的过程。
在转录过程中，DNA的双链解旋，RNA聚合酶与DNA的一个特定区域结合，开始合成RNA。
这个特定区域称为启动子，它位于基因的上游区域。
RNA聚合酶沿着DNA模板链向下滑动，合成RNA链。
合成RNA 的过程中，RNA聚合酶会依据DNA的碱基序列信息合成对应的RNA碱基，形成RNA单链。
合成的RNA称为信使RNA （mRNA）。
2. 翻译阶段翻译是指将mRNA上的信息转化为蛋白质的过程。
翻译过程发生在细胞质内的核糖体中。
在翻译之前，mRNA先经过剪接修饰，将其内部的非编码区域（内含子）剪除，只保留编码区域（外显子）。
然后，mRNA与核糖体中的核糖体RNA（rRNA）和转移RNA （tRNA）相互作用。
翻译的第一步是启动，mRNA的5'端与小核糖体亚基结合，tRNA 与起始密码子结合在小核糖体亚基上的P位。
然后，大核糖体亚基和小核糖体亚基结合，形成功能完整的核糖体。
核糖体沿着mRNA 滑动，tRNA的反应中心与mRNA上的对应密码子结合。
tRNA携带的氨基酸与上一个tRNA携带的氨基酸进行肽键形成，合成蛋白质的链。
这个过程称为肽链延伸。
当核糖体滑动到终止密码子时，翻译停止，蛋白质合成结束。
总结起来，蛋白质合成的过程包括转录和翻译两个阶段。
转录是将DNA上的基因信息转录成mRNA，翻译是将mRNA上的信息转化为蛋白质。
蛋白质合成是一项复杂而精细的生化过程，其中涉及到多种酶的参与和调控。
蛋白质合成的正常进行对于细胞的正常功能和生理过程具有重要意义。
蛋白质合成过程
蛋白质合成过程蛋白质是生物体内最基本的组成部分之一，它们承担着许多重要的功能，如酶活性、结构支持和信号传递等。
蛋白质的合成是生命活动的重要过程之一，它包括转录和翻译两个主要阶段。
本文将详细介绍蛋白质合成的过程。
一、转录转录是蛋白质合成的第一个阶段。
在细胞核内，DNA的指定区域被复制成RNA分子。
具体过程如下：1. DNA开放：转录过程开始时，DNA的开放区域由转录因子和RNA聚合酶酶促活化。
2. 合成mRNA：RNA聚合酶从DNA模板链上开始合成mRNA。
它在DNA上滑动，读取其中的氨基酸密码，然后在mRNA上逐个添加互补的核苷酸。
3. RNA修饰：在合成过程中，mRNA分子可能会经历修饰。
这包括剪接过程，其中不同的外显子和内含子区域被剪接成最终的可翻译mRNA。
4. mRNA脱离：合成完毕的mRNA脱离DNA模板链，并穿过核孔离开细胞核，前往细胞质。
二、翻译翻译是蛋白质合成的第二个阶段，它发生在细胞质中的核糖体中，涉及到mRNA、tRNA和核酸酶等多种分子参与。
1. 起始：翻译过程开始时，核糖体与mRNA的5'端结合，并从中识别起始密码子（通常是AUG）。
tRNA中的甲硫氨酰将与起始密码子互补，从而使翻译过程开始。
2. 伸长：核糖体依次识别下一个密码子，并使tRNA上的氨基酸与其互补。
这个过程被称为“伸长”。
一个肽键形成后，tRNA从mRNA上解离，并等待下一个密码子的识别。
3. 终止：当核糖体遇到终止密码子时，整个翻译过程终止。
终止密码子包括UGA、UAG和UAA。
终止密码子不与tRNA互补，而是与释放因子结合，导致肽链从tRNA上释放出来。
4. 蛋白质折叠：刚合成的蛋白质可能处于无序状态，需要经过折叠才能具备功能。
折叠过程由一系列蛋白质折叠酶和催化因子协助完成。
一旦折叠完成，蛋白质就可以发挥其特定的功能。
总结：蛋白质合成是一系列复杂而精确的过程。
转录将DNA模板转录成mRNA分子，而翻译则将mRNA上的信息转化为相应的氨基酸序列。
蛋白质合成过程
蛋白质合成过程蛋白质是构成生物体的重要组成部分，参与了生物体内的各种生命活动。
蛋白质的合成是一个复杂而精密的过程，需要经过多个步骤和参与多种生物分子的协同作用。
本文将介绍蛋白质合成的整个过程，包括转录和翻译两个主要阶段，带您深入了解蛋白质合成的奥秘。
一、转录阶段转录是蛋白质合成的第一步，主要发生在细胞核内。
在转录过程中，DNA的信息被转录成RNA，其中mRNA（信使RNA）是编码蛋白质的模板。
以下是转录阶段的具体步骤：1.1 DNA解旋：在转录开始之前，DNA的双螺旋结构需要被解开，使得RNA聚合酶能够访问DNA上的基因信息。
1.2 RNA合成：RNA聚合酶按照DNA模板的信息合成mRNA分子。
RNA聚合酶会在DNA上“读取”信息，然后在合成RNA链时将对应的核苷酸加入到新合成的RNA链中。
1.3 RNA修饰：在合成完成后，mRNA分子会经过一系列修饰过程，包括剪切、剪接和加上帽子和尾巴等修饰，以确保mRNA的稳定性和功能性。
1.4 mRNA运输：修饰完成的mRNA会通过核孔运输到细胞质中，为下一步的翻译提供模板。
二、翻译阶段翻译是蛋白质合成的第二步，主要发生在细胞质中的核糖体上。
在翻译过程中，mRNA上的密码子被翻译成氨基酸序列，从而合成特定的蛋白质。
以下是翻译阶段的具体步骤：2.1 起始子寻找：翻译的起始子AUG会被识别，标志着翻译的开始。
AUG对应的氨基酸是甲硫氨酸。
2.2 氨基酰-tRNA结合：氨基酰-tRNA与mRNA上的密码子配对，带来对应的氨基酸。
tRNA上的抗密码子与mRNA上的密码子互补配对，确保正确的氨基酸被带入。
2.3 肽键形成：氨基酸通过肽键连接成多肽链，形成蛋白质的主干结构。
2.4 翻译终止：当翻译到终止子时，翻译复合物会停止合成，释放出新合成的多肽链。
2.5 蛋白后修饰：新合成的多肽链可能需要进一步的后修饰，如蛋白质的折叠、磷酸化、甲基化等，以获得最终的功能性蛋白质。
蛋白质合成的基本过程
蛋白质合成的基本过程蛋白质是构成生物体细胞的重要组成部分，参与了生物体内的几乎所有生化过程。
蛋白质的合成是细胞内最为重要的生物化学过程之一，也是维持生命活动正常进行的基础。
蛋白质的合成过程包括转录和翻译两个阶段，通过这两个阶段，细胞可以根据遗传信息合成出具有特定功能的蛋白质。
下面将详细介绍蛋白质合成的基本过程。
一、转录阶段转录是指在细胞核内DNA模板上合成RNA的过程。
在蛋白质合成中，首先需要将DNA上的遗传信息转录成RNA，形成mRNA（信使RNA），mRNA携带着DNA上的遗传信息，将其带到细胞质中进行翻译合成蛋白质。
1.1 RNA聚合酶的结合转录的第一步是RNA聚合酶与DNA模板的结合。
RNA聚合酶是一种酶类蛋白质，它能够识别DNA上的启动子区域，并在该区域结合，开始合成RNA链。
1.2 RNA链的合成RNA聚合酶在DNA模板上沿着3'→5'方向移动，合成RNA链时是在5'→3'方向进行的。
RNA链的合成过程与DNA复制有所不同，RNA链的合成速度较快，而且只合成一条链。
1.3 终止转录在DNA上的终止子区域，会有一些特定的序列，当RNA聚合酶合成到这些序列时，转录过程会终止，RNA链会从DNA模板上脱离，形成成熟的mRNA。
二、翻译阶段翻译是指在细胞质中mRNA的遗传信息被翻译成氨基酸序列的过程。
翻译过程中涉及到多种RNA和蛋白质，包括tRNA（转运RNA）、rRNA （核糖体RNA）和核糖体等。
2.1 核糖体的结合在翻译的起始阶段，mRNA会与核糖体结合，核糖体是一种由rRNA和蛋白质组成的细胞器，能够将mRNA上的遗传信息翻译成氨基酸序列。
2.2 tRNA的运载tRNA是一种带有特定氨基酸的RNA分子，它能够将氨基酸运载到核糖体上，与mRNA上的密码子配对，完成氨基酸的添加。
2.3 氨基酸的连接在核糖体上，tRNA将氨基酸按照mRNA上的密码子顺序连接起来，形成氨基酸链。
(生物化学)蛋白质合成
活化后的氨基酸具有更高的反应活性，能够更容易地与tRNA结合， 进而参与蛋白质的合成。
tRNA在氨基酸转运中作用
1 2
tRNA结构特点
tRNA具有三叶草形二级结构和倒L形三级结构， 其3'端CCA序列是氨基酸的结合部位。
tRNA与氨基酸结合
在氨酰-tRNA合成酶的催化下，活化氨基酸与 tRNA的3'端CCA序列结合，形成氨酰-tRNA。
翻译异常
翻译过程中tRNA的错误识别或核糖体的异常导致氨基酸的错误 加入，产生异常蛋白质。
相关疾病举例及临床表现
囊性纤维化
由于基因突变导致CFTR蛋白质合成异常， 使得氯离子通道功能障碍，临床表现为肺部 感染、胰腺功能不全等。
苯丙酮尿症
由于基因突变导致苯丙氨酸羟化酶合成异常，使得 苯丙氨酸代谢障碍，临床表现为智力低下、癫痫等 。
microRNA调控
microRNA是一类小非编码RNA，通过与靶mRNA结合，抑制其翻 译或促进其降解，从而调控基因表达。翻译平调控策略翻译起始调控
通过调控翻译起始复合物的形成和活性，控制蛋 白质合成的起始速率。
翻译延伸调控
通过影响翻译延伸过程中氨酰-tRNA的合成和转 运，调控蛋白质合成的速度和效率。
细胞治疗
通过移植正常的细胞来替代病变细胞，从而 恢复正常的蛋白质合成功能。
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(生物化学)蛋白质合 成
目录
• 蛋白质合成概述 • 氨基酸活化与转运 • 核糖体循环与多肽链延伸 • 翻译后修饰与蛋白质折叠
目录
• 蛋白质合成调控机制 • 蛋白质合成异常与疾病关系
01
蛋白质合成概述
蛋白质合成定义与意义
蛋白质合成方式
蛋白质合成方式蛋白质是构成生物体的重要组成部分，不仅参与了许多生命活动，还具有多种功能。
蛋白质的合成是维持生物体正常运转的基础，它是通过一系列复杂的生化反应进行的。
本文将详细介绍蛋白质的合成方式。
蛋白质的合成过程可以分为两个主要阶段：转录和翻译。
转录是指在细胞核内，DNA的信息被转录成RNA的过程。
首先，DNA 的双螺旋结构被解开，然后RNA聚合酶（RNA polymerase）沿着DNA的模板链合成RNA的单链。
这个过程称为转录。
转录过程中，RNA的核苷酸序列与DNA的模板链序列是互补的。
转录过程可以分为三个步骤：启动、延伸和终止。
在启动阶段，RNA聚合酶结合到DNA的启动子上，形成转录起始复合物。
然后，RNA聚合酶在DNA模板链上向下滑动，合成RNA链。
在延伸阶段，RNA聚合酶不断合成RNA链，直到到达转录终止信号。
最后，在终止阶段，RNA聚合酶与终止信号相遇，终止转录过程。
转录后的RNA被称为信使RNA（mRNA），它携带着DNA的遗传信息，将其带到细胞浆中的核糖体进行翻译。
翻译是指在核糖体中，mRNA的信息被转化成蛋白质的过程。
翻译过程需要参与的分子有：mRNA、转移RNA（tRNA）、核糖体、氨基酸等。
首先，mRNA与核糖体结合，形成翻译起始复合物。
然后，tRNA带着特定的氨基酸与mRNA上的密码子互补配对，使氨基酸逐渐连接起来，形成多肽链。
这个过程称为翻译。
翻译过程可以分为三个步骤：启动、延伸和终止。
在启动阶段，小核糖体子单位（小核糖体）结合到mRNA的起始密码子上，引导大核糖体子单位（大核糖体）结合到mRNA上，从而形成翻译起始复合物。
然后，在延伸阶段，tRNA带着氨基酸与mRNA上的密码子互补配对，核糖体不断移动，合成多肽链。
最后，在终止阶段，翻译终止子出现，导致翻译终止，释放出合成的多肽链。
蛋白质合成的过程中，还需要一些辅助因子的参与。
例如，启动因子帮助RNA聚合酶结合到DNA的启动子上，而终止因子帮助RNA聚合酶识别终止信号。
蛋白质合成通用课件
06
展望与未来研究方向
蛋白质合成研究的前沿问题
蛋白质合成机制的深入探索
随着分子生物学和生物化学技术的不断发展，蛋白质合成的机制研究将更加深入，有望揭 示更多细节和未知环节。
蛋白质合成调控的研究
药物设计与开发
蛋白质合成在药物设计与开发中发挥着重要作用，通过蛋白 质工程技术可以设计和开发具有特定功能和活性的药物。
例如，利用蛋白质工程技术可以设计和开发抗体药物、细胞 因子药物、生长因子药物等，这些药物在肿瘤、免疫、代谢 等疾病的治疗中有广泛应用。
生物信息学在蛋白质合成中的应用
生物信息学通过计算机科学和信息管 理的理论方法研究生物信息的发生、 存储、传递、处理和利用规律。
要点二
详细描述
肿瘤细胞中蛋白质合成异常可导致细胞增殖失控、凋亡受 阻等，促进肿瘤的发生发展。例如，某些致癌基因可通过 影响蛋白质合成来促进肿瘤细胞增殖。 Nhomakorabea05
蛋白质合成的应用
蛋白质工程
01
蛋白质工程是通过基因工程技术 对蛋白质的氨基酸序列和结构进 行改造，以实现特定功能或性质 的蛋白质。
02
蛋白质工程在医药、农业、工业 等领域有广泛应用，如开发新型 药物、改良农作物、优化工业酶 等。
核糖体是细胞内蛋白质合成的最主要场所，主要 负责合成胞质内的蛋白质。这些蛋白质包括酶、 结构蛋白和信号蛋白等。
高尔基体也是细胞内重要的蛋白质合成场所之一 ，主要负责加工和转运分泌蛋白。分泌蛋白会通 过高尔基体的转运和加工，最终分泌到细胞外发 挥作用。
02
蛋白质合成的过程
氨基酸的活化
蛋白质合成PPTPPT课件
蛋白质合成的细胞定位
总结词
蛋白质合成主要发生在细胞内的核糖体上，核糖体是 细胞内蛋白质合成的场所。
详细描述
核糖体是细胞内一种由RNA和蛋白质组成的颗粒状结 构，主要存在于细胞质中。核糖体在蛋白质合成过程中 起着至关重要的作用，它能够读取mRNA上的遗传信 息，将一个个氨基酸按照特定的顺序连接起来形成多肽 链。同时，核糖体还具有催化肽键形成的酶活性，促进 蛋白质合成的进行。除了核糖体外，细胞内还有其他一 些细胞器也参与了蛋白质的合成过程，如内质网、高尔 基体等。这些细胞器在蛋白质的修饰、加工和运输等方 面起着重要作用。
蛋白质合成PPT课件
目录
• 蛋白质合成简介 • 蛋白质合成的过程 • 蛋白质合成的调控 • 蛋白质合成与疾病的关系 • 研究展望
01
蛋白质合成简介
蛋白质合成的基本概念
总结词
蛋白质合成是指细胞内利用已有的小分子物质作为原料，通过一系列酶促反应将氨基酸 按照特定的顺序连接起来形成多肽链，进而形成具有特定结构和功能的蛋白质的过程。
翻译后加工与修饰
总结词
翻译后加工与修饰是蛋白质合成的重要环节，涉及多 种酶促反应和化学修饰。
详细描述
翻译后加工与修饰是蛋白质合成的最后阶段，涉及到 多种酶促反应和化学修饰。这些加工和修饰包括剪切 、磷酸化、糖基化、乙酰化等，有助于完善蛋白质的 结构和功能。这些加工和修饰过程通常在特定的细胞 器或细胞部位进行，需要特定的酶和化学环境的支持 。通过翻译后加工与修饰，蛋白质的结构和性质得以 最终确定，从而发挥其在细胞生命活动中的重要功能 。
04
蛋白质合成与疾病的关系
蛋白质合成异常与疾病的发生
癌症
蛋白质合成异常可能导 致细胞增殖失控，引发
蛋白质合成的过程和规律
蛋白质合成的过程和规律蛋白质是生物体中最基本的宏分子之一，是构成细胞质、细胞器和生物细胞的主要组成成分，也是生命的物质基础。
蛋白质合成是细胞生物学的一个重要课题，它是一系列复杂而精细的生物化学反应过程。
下面我将详细讲解蛋白质合成的过程和规律。
一、蛋白质的基本结构蛋白质由氨基酸分子构成，氨基酸是一种含有羧基（-COOH）和氨基（-NH2）的有机化合物。
生物体内的氨基酸分为20种，其中9种是必需氨基酸，必须从食物中获取。
在蛋白质合成过程中，氨基酸先通过tRNA（转运RNA）加入到多肽链中。
tRNA分子中的氨基酸部分与多肽链上的氨基酸部分互相配对，然后合成新的多肽链。
通过这个过程，蛋白质逐渐形成。
二、蛋白质合成的过程蛋白质合成的过程可以分为三个阶段：转录、翻译和后翻译修饰。
1.转录转录是指在细胞核中将DNA信息转化为RNA信息的过程。
在这个过程中，DNA的序列被复制到RNA上。
RNA合成过程中，RNA聚合酶（RNA polymerase）将核苷酸序列按照模板DNA依次串联成RNA链。
RNA合成完成后，会形成mRNA、tRNA和rRNA三种类型的RNA。
2.翻译翻译是指将RNA信息转化为蛋白质信息的过程。
具体地说，是将mRNA片段传递给核糖体，核糖体中的rRNA具有催化结合氨基酸到多肽链的功能。
tRNA将氨基酸运输到核糖体上，核糖体就可以将氨基酸连接到多肽链上。
翻译过程中需要遵循一定的规律。
首先，核糖体从mRNA的5’端开始扫描RNA，依次读取密码子。
每个密码子不重复，细胞使用氨基酸tRNA适配器找到对应的氨基酸。
其次，核糖体组装的多肽链向N末端扩展，即从N末端向C末端合成。
3.后翻译修饰后翻译修饰是指在蛋白质合成完成后，对蛋白质进行修饰和结构调整的过程。
这个过程包括剪切、摺叠、酶促反应、磷酸化等步骤。
例如，合成多肽链中的一些片段可能需要剪除并重新组合，从而形成不同的蛋白质亚型。
此外，蛋白质还需要摺叠为特定的三维结构，才能完成其特定的生物功能。
蛋白质合成和翻译过程
蛋白质合成和翻译过程蛋白质合成和翻译是生物体内基本的生化过程之一。
它们是细胞通过转录和翻译DNA的遗传信息，合成蛋白质的过程。
蛋白质作为细胞的结构组分和功能分子，对维持生物体的正常生理功能起着关键的作用。
本文将详细介绍蛋白质合成和翻译的过程及相关机制。
一、蛋白质合成过程蛋白质合成是指通过将氨基酸链合成成特定的肽链，最终形成功能完整的蛋白质的过程。
它包括转录和翻译两个主要的步骤。
1. 转录转录是指从DNA模板上合成RNA的过程。
转录的主要特点是DNA的一个酸性链作为模板，通过RNA聚合酶的催化作用，将其转录成相应的RNA分子。
这一过程发生在细胞核中。
在转录过程中，RNA聚合酶根据DNA模板的碱基序列合成RNA 链，其中腺嘌呤（A）对应DNA的胸腺嘧啶（T），胸腺嘧啶（T）对应DNA的腺嘌呤（A），鸟嘌呤（G）对应DNA的钴嘌呤（C），钴嘌呤（C）对应DNA的鸟嘌呤（G）。
转录过程通过三个主要的步骤：启动、延伸和终止来完成。
2. 翻译翻译是指将RNA的信息转化为氨基酸序列的过程。
它发生在细胞质内的核糖体中。
在翻译过程中，RNA通过核糖体将其信息转化为氨基酸序列，形成肽链，进而形成蛋白质。
翻译是以密码子为基本单位进行的，每个密码子由三个核苷酸组成。
在翻译的开始，核糖体会与mRNA上的起始密码子结合，将与之匹配的启动tRNA携带的氨基酸搬移到核糖体上，从而形成蛋白质的第一个氨基酸。
接下来，核糖体将移动到下一个密码子，再次与匹配的tRNA配对，并再次将其携带的氨基酸搬移到核糖体上。
这一过程不断重复，直到遇到终止密码子，翻译过程结束，蛋白质合成完成。
二、蛋白质合成机制蛋白质合成是一个复杂的过程，涉及到许多分子和细胞器的参与。
下面将介绍蛋白质合成过程中的几个关键环节。
1. 激活氨基酸在蛋白质合成的开始阶段，氨基酸需要被激活，即与特定的载体分子tRNA结合，形成活化的tRNA。
这一过程由氨基酸激活酶完成。
激活的tRNA负载着特定的氨基酸，随后与核糖体结合，参与翻译过程。
《蛋白质的合成》课件
翻译水平的调控
翻译起始
翻译后修饰
翻译起始是蛋白质合成的关键步骤之 一，涉及核糖体与mRNA的结合以及 起始密码子的识别。
翻译后的蛋白质还需要经过一系列的 修饰才能成为有功能的分子，如磷酸 化、乙酰化、糖基化等。
翻译延长与终止
在翻译过程中，核糖体的移位速度和 肽酰-tRNA的形成受到多种因素的调 节，如mRNA的结构、tRNA的浓度 和种类、核糖体的构象等。
04
CATALOGUE
蛋白质合成的应用
蛋白质工程
蛋白质工程是通过修改或设计蛋白质 的氨基酸序列，以达到改善蛋白质的 某些功能或创建新功能的技术。
蛋白质工程在医药、农业和工业领域 有广泛应用，例如设计新的药物、改 良酶的催化效率和稳定性、优化蛋白 质的表达和纯化等。
药物设计与开发
01
蛋白质合成在药物设计与开发中 发挥着关键作用，因为许多药物 是直接与蛋白质相互作用来发挥 其治疗作用的。
蛋白质合成的分子机制
mRNA在蛋白质合成中的作用
信息传递者
mRNA是DNA遗传信息的传递者 ，将遗传信息从DNA传递到核糖 体，用于指导蛋白质的合成。
遗传信息的解码
mRNA上的密码子与tRNA上的反 密码子互补配对，实现遗传信息 的解码，确保氨基酸按照正确的 顺序连接起来。
tRNA在蛋白质合成中的作用
氨基酸转运
tRNA作为氨基酸的转运载体，将氨基酸按照mRNA上的指令准确运送到核糖 体的A位点，参与蛋白质的合成。
反密码子识别
tRNA的反密码子能够与mRNA上的密码子进行互补配对，确保氨基酸按照正确 的顺序加入到多肽链中。
rRNA在蛋白质合成中的作用
核糖体的组成
rRNA是核糖体的主要组成部分，核 糖体是蛋白质合成的场所。
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
2020/10/28
18
（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
2020/10/28
31
（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:
生物体内的蛋白质合成
生物体内的蛋白质合成在生物体内，蛋白质合成是一个非常重要的生物过程。
蛋白质是生命体中最基本和最重要的有机分子之一，它们在细胞代谢、结构和功能方面起着极为重要的作用。
蛋白质合成过程复杂而精细，涉及到多个生物分子的相互配合和调控。
1. 转录蛋白质合成的第一步是转录，这是将DNA模板上的信息转化为RNA的过程。
转录发生在细胞核中，DNA的双链被解开，由RNA聚合酶将DNA编码的信息转录为RNA。
参与转录的分子包括DNA、RNA聚合酶和转录因子，它们协同作用实现基因的转录。
2. 剪接转录所得到的RNA称为前体mRNA（pre-mRNA），其中包含有关蛋白质信息的外显子和需剪接的内含子。
剪接是指将内含子从pre-mRNA中剪除并将外显子连接起来的过程。
剪接发生在细胞核内的剪接体中，由snRNP（小核RNA蛋白复合体）和其他辅助蛋白质参与完成。
3. 转译转录后的mRNA离开细胞核，进入细胞质中进行转译，这是将RNA信息转化为蛋白质的过程。
转译利用了细胞质中的核糖体，核糖体由rRNA和蛋白质组成，具有读取mRNA信息的能力。
转译过程中，tRNA携带特定的氨基酸与mRNA上的密码子相配对，将氨基酸连接起来，形成多肽链。
转译的完成需要多个蛋白质因子和GTP的参与。
4. 后转录修饰转录与转译之后，蛋白质仍然可能需要进一步的修饰。
这些后转录修饰包括蛋白质的折叠、磷酸化、糖基化等。
蛋白质的折叠是确保其正确的形状和功能的关键步骤，它通常在细胞器如内质网中进行。
糖基化是指向蛋白质附加糖基，这种修饰可以增加蛋白质的稳定性和功能。
5. 降解蛋白质还会经历降解的过程，这是为了保持细胞中蛋白质水平的平衡。
降解主要由蛋白酶参与，它们能够识别和降解异常的和过期的蛋白质。
降解的产物通常被分解为氨基酸，以便再次用于蛋白质合成。
总结生物体内的蛋白质合成是一个复杂而协调的过程，涉及到转录、剪接、转译、后转录修饰和降解等多个步骤。
这些步骤由多个生物分子和酶相互配合和调控，确保蛋白质能够以正确的形状和功能存在于生物体中。
蛋白质合成与结构
蛋白质合成与结构蛋白质是生物体内最基本的分子之一，它们在维持生命的各种功能中起着至关重要的作用。
蛋白质合成是指细胞内的基因转录和翻译过程，通过这一过程，基因中的信息被转化为特定的氨基酸序列，形成具有特定结构和功能的蛋白质。
一、蛋白质合成的基本过程蛋白质合成的过程可以简单地分为两个主要步骤：转录和翻译。
首先，在细胞核中，DNA通过转录过程被转录为RNA分子，这个RNA 分子被称为信使RNA（mRNA）。
然后，mRNA以三个核苷酸为一个密码子的方式，被带有氨基酸的转运RNA（tRNA）识别和配对。
通过这种方式，氨基酸被连接到一条逐渐增长的多肽链上，最终形成完整的蛋白质。
二、蛋白质的结构特点蛋白质的结构可以分为四个层次：一级结构、二级结构、三级结构和四级结构。
一级结构是指由氨基酸的线性排列所决定的多肽链的序列。
二级结构是蛋白质中的局部空间结构，常见的二级结构有α螺旋和β折叠。
三级结构则指整个蛋白质分子的空间结构，由各个二级结构的序列摺叠而成。
最后，四级结构指由多个蛋白质分子相互组装而成的复合物。
三、蛋白质合成的调控机制蛋白质合成的调控机制对于维持细胞的正常功能至关重要。
这些调控机制包括转录水平上的调控和翻译水平上的调控。
在转录水平上，转录因子的结合和DNA甲基化等可以影响基因的转录活性。
在翻译水平上，调控因子的结合和RNA降解等可以影响mRNA的翻译效率。
四、蛋白质结构与功能的关系蛋白质的结构决定了它的功能。
蛋白质的结构多样性使其具有丰富的功能。
例如，结构紧密的蛋白质可以作为酶催化化学反应，还可以作为骨架来维持细胞的形状。
此外，蛋白质还可以参与信息传递、运输物质和免疫应答等生命过程。
五、蛋白质合成的应用领域蛋白质合成在生物学研究和医学应用中扮演重要的角色。
通过合成特定的蛋白质，科学家们可以研究蛋白质的功能和结构，进而发展新的药物和治疗方法。
此外，蛋白质合成还可以用于生物工程和食品工业，生产具有特定功能的蛋白质产品。
核糖体和蛋白质合成
❖ （2）核糖体蛋白
– 大肠杆菌核糖体中共含有50多种蛋白质，其中小亚单位 约有21种，大亚单位含有30余种，组成核糖体的蛋白质， 在大小亚单位中均有一定的空间分布。
– 真核生物的核糖体所含有蛋白质的种类比原核生物的要
❖当大小亚单位结合在一起成核糖体时，其凹陷部位彼此对应， 从而形成一个隧道，为蛋白质翻译时mRNA的穿行通路。
❖两亚单位常常游离于细胞质溶质中，当小亚单位与mRNA结
合后，大亚单位才与小亚单位结合成完整的核糖体。肽链翻译
结束后，大小亚单位解离，重新游离于细胞质溶质中。两亚单
位的202结1/6/合21 与分离受Mg2+的影响。
多一些，大亚单位含有49种，小亚单位含有33种，共计
2021/6约/21 80余种。
4
二、核糖体的结构
❖在电镜下，核糖体具有一定的三维形态，且每一核糖体均由 大、小两个亚单位构成。
❖大亚单位略呈半圆形，直径约为23纳米，在一侧伸出三个突 起，中央为一凹陷；
❖小亚单位呈长条形，在约 1／3长度处有一细的缢痕，将小亚 单位分为大小两个区域。
2021/6/21
12
翻译的起始
❖ 细菌中翻译的起始需要如下7种成份：（1）30S小亚基，（2） 模板mRNA，（3）fMet-tRNAfMet，（4）三个翻译起始因子， IF-1、IF-2和IF-3，（5）GTP，（6）50S大亚基，（7）Mg2+。 翻译起始又可被分成三步（图4-12）。
– 第一步，30S小亚基首先与翻译起始因子IF-1，IF-2结合， 再在SD序列的帮助下与mRNA模板结合。
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tRNAAA
Initiation, elongation and release
factors
Energy (GTP)
9.1 参与翻译的主要生物大分子的 结构与功能
核糖体 mRNA tRNA 氨酰-tRNA合成酶
核糖体中的rRNA
原核30S亚基中16S rRNA含有反SD序 列,可与mRNA 5’的SD互补
C:A=5:1
按比例加入2种核苷酸混合的多聚物
1 底物中加入5份UDP和1份GDP，U：G=5：1 2 它们组成的密码子有8种：UUU，UUG，UGU， GUU，GGG，GGU，GUG，UGG。 3 U和G随机加入，UUU：UGG=25：1，推测产生 的氨基酸也应是相同的比例。 4 根据氨基酸的测定结果，UUG，UGU，GUU可能 对应亮氨酸，半胱氨酸，缬氨酸。 了解的各种氨基酸的组成，但还是不知道序列。
H.G. Khorana M. Nirenberg
1961-1966 64 codons in all were deciphered by using either synthetic messengers or synthetic trinucleotides and observing the polypeptides synthesized or aminoacyl-tRNAs bound to ribosomes. Nirenberg and khorana were honored Nobel Prize in 1968.
能
9.2 翻译的一般性质
9.3 翻译的详细机制
9.4 蛋白质翻译后的定
向与分拣
9.3 翻译的详细机制
1 原核生物翻译的起始 2 真核生物翻译的起始 3 延伸 4 终止
9.3.1 原核生物翻译的起始
The initiation in prokaryotes requires the following components: the large and small ribosome subunits the mRNA the charged initiator tRNA: fMettRNAfMet three initiation factors GTP
A位
甲酰化
只参与起始,不参与延伸
进入P位点
E. coli起始tRNA的结构
The N-formyl group resembles a peptide bond and may help the initiator tRNA enter the P-site of the ribosome.
9.2 翻译的一般性质
氨基酸的活化、起始、延伸、终止与释 放四个阶段. 5’-3’阅读mRNA, N端-C端合成肽链 三联体密码 反密码子与密码子的相互识别决定多肽 链上氨基酸的顺序 反密码子与密码子相互识别摆动假说
遗传密码 (genetic code)
遗传密码的破译
遗传密码的性质
9.3.2 真核生物翻译的起始P242
原核与真核蛋白质合成的差别主要在起始阶段。 真核细胞质中的核糖体并不在编码区开始处直接和 起始位点相结合，而是首先识别5端甲基化的帽子结 构，然后沿mRNA扫描寻找AUG起始密码子，同时还要 求正确的上下游序列--Kozak顺序，最适合的邻接顺 序是CCRCCAUGG。 内部核糖体进入位点(internal ribosome entry site, IERS)
氨基酸活化形式氨酰tRNA
氨酰-腺苷酸 氨酰tRNA合成酶
aminoacyl-tRNA synthetase Step 1
2Pi
Step 2
2’-hydroxyl 3’-hydroxyl
氨酰tRNA合成酶aaRS
每一种氨基酸都有一种aaRS 。约有20种aaRS. I类：将氨基酸 (Leu, Ile, Val, Arg, Cys, Met, Glu, Gln, Tyr, Trp) 转移到tRNA3端腺苷的2 羟基上,再 切换到3羟基上 II类：将氨基酸 (Ser, Thr, Ala, Gly, Pro, His, Asp, Asn, Lys, Phe) 转移到tRNA3端腺苷的3羟基上 20种氨酰tRNA合成酶的功能相同，但序列同源性 低，结构相差很大。 同工tRNA : 由同种氨酰tRNA合成酶识别，接受同种 氨基酸的不同tRNA。
synthetic mRNA
Repeating dinucleotide
Repeating triplets Repeating tetranucleotides poly(UC) poly(UUC)
• UCU Ser
• Strong hints
Poly(UAUC)
The Genetic Code Deciphering
16S rRNA 3’端的反SD序列
(the 3’-end of the 16S rRNA of E.coli)
fingerprinted
原核生物起始因子
IF3：（1）促进小亚基与mRNA结合 （2）防止大亚基与小亚基缔合（解离活性）
IF2：（1）形成IF2-GTP- fMet-tRNAf三元复合 物， 将起始fMet-tRNAf带到小亚基的P位点。
II类
I类
tRNA identity
tRNA的indentiy是aaRS 正确识别的关键
完整的tRNAAla和微螺旋tRNAAla的结构比较
aaRS对载荷氨基酸的鉴别的 结构与功能
核糖体: 原核反SD序列, A P E位点 mRNA: 原核SD序列 tRNA: 起始tRNAfMet 氨酰-tRNA合成酶: 两种校对方式
第九章 蛋白质生物合成和翻译后加工
9.1 参与翻译的主要生 物大分子的结构与功
能
9.2 翻译的一般性质
9.3 翻译的详细机制
9.4 蛋白质翻译后的定
向与分拣
What are needed for Protein Synthesis?
ribosome mRNA
Genetic code Aminoacyl-tRNA synthetases Amino acids
9.3.1 原核生物翻译的起始
甲硫氨酰tRNA转甲酰基酶
N10甲酰四氢叶酸+Met-tRNAfMet
四氢叶酸+ fMet-tRNAfMet
原核mRNA的 起始密码子上游有一段保守序列— 核糖体结合序列（Shine Dalgarno sequence)。 SD序列能够与核糖体小亚基中16S rRNA的3’序列 互补，因而起到正确定位核糖体的作用。
遗传密码的破译
无细胞蛋白质合成系统的建立 1961年，Nirenberg建立，将细胞裂解液离 心，用DNase去除模板，加入人工合成的 mRNA模板。
The Genetic Code Deciphering
多聚核苷酸磷 酸化酶 polynucleotide phosphorylase
synthetic mRNA
Met /Val/Leu
遗传密码的性质
4 通用性与例外（非植物线粒体中）
AUA（Ile） Met
UGA（终止密码） Trp AGA /AGG（Arg） 终止密码子 AUG （起始密码） AUG /AUA/AUU
5 同义密码子使用频率不同--偏爱性
密码子的简并性与其使用频率无相关性
遗传密码的简并性—摆动假说 摇摆假说（wobble hypothesis）：
poly(U) poly(C) poly(A) poly(G)
cell-free protein synthesizing system
苯丙氨酸 脯氨酸 赖氨酸 无产物
20个平行的反应，19 种非放射性标记的氨基 酸，1种放射性标记的 氨基酸。
UUU phe CCC pro AAA lys
大亚基23S rRNA具有肽基转移酶活性
核糖体中的RNA位于30S的 表面。 23SRNA 和16S RNA间有 广泛的接触。
核糖体的功能部位
A位点（或称 acceptor site）可以进入 氨基酰-tRNA(aminoacyl-tRNA)。 P位点(或称供位，donor site) 是被肽基 酰-tRNA(peptidyl-tRNA)所占据。 E位点(Exit site) 脱酰tRNA(deacylatedtRNA)短暂地占据。 肽酰转移酶活性部位 mRNA结合部位 多肽离开通道 翻译辅助因子的结合部位
核糖体的三维结构模型和主要的功能部位
rRNA提供了核糖体基本结构框架
多核糖体 (polyribosome /polysome) 一个mRNA分子上结合有多个核糖体分 子，形成多核糖体。每个核糖体单独完 成一条完整的多肽链的合成。
原核细胞多聚核糖体的结构
mRNA
SD序列富含嘌呤
tRNA
遗传密码的破译
遗传密码： 指DNA中核苷酸顺序与多肽链中氨基酸顺序的对应关系。 三联密码的验证： 1961年Crick 和Brenner.S，用原黄素（吖啶类药物， 使DNA插入或缺失一个碱基）诱变大肠杆菌T4噬菌体， 产生加字突变和减字突变。发现只有同时三个移码（插 入一个核苷酸）的突变株才能产生回复突变，表明三个 核苷酸决定一个氨基酸。
Features?—简并性与兼职、明确
简并性：几种密码子编码同一种氨基酸。
同义密码子 (synonymous codon)：编码同一个氨基 酸的密码子。
2 密码子的阅读方向与mRNA的编码方向 一致，不重叠、不跑格、不停顿 3 代表相同或相似氨基酸的密码子在序列 起始密码子 上倾向于相似