第十四章蛋白质的生物合成培训教材
《生物化学》 第二版,张楚富主编
812生物化学一考试大纲生物化学研究生入学考试是为所招收与生物化学有关专业硕士研究生而实施的具有选拔功能的水平考试。
要求学生比较系统地理解和掌握生物化学的基本概念和基本理论；掌握各类生化物质的结构、性质、功能及其合成代谢和分解代谢的基本途径和调控方法；理解基因表达、调控和基因工程的基本理论；能综合运用所学的知识分析问题和解决问题。
教材：《生物化学》第二版，张楚富主编，高等教育出版社主要参考书：《生物化学》第二版，杨荣武主编，高等教育出版社考核内容：1. 生物分子(包括糖类、脂类、蛋白质、酶、核酸、维生素与辅酶以及激素等)的分子组成、结构，主要理化性质，并在分子水平上阐述其结构与功能的关系，重点讲解蛋白质、酶、核酸等生物大分子。
2. 物质代谢(包括糖类、脂类、蛋白质、核酸)的代谢变化，重点讲解糖代谢、三羧酸循环、生物氧化、脂肪代谢等，并阐述主要物质代谢与能量代谢、代谢途径间的联系以及代谢调节原理及规律等；3. 阐明遗传学中心法则所揭示的生物分子的信息流向，包括DNA复制、RNA转录、翻译及基因表达调控，重点讲解DNA的生物合成、RNA的生物合成、蛋白质的生物合成以及基因表达调控等内容。
第一章蛋白质化学第一节概述一．蛋白质的功能二．蛋白质的组成及结构特点第二节氨基酸一．氨基酸的通式二．氨基酸的表示方法三．20种基本氨基酸的结构与记忆诀窍四．氨基酸的分类结构方面，R基团的极性方面，营养价值方面五．非基本氨基酸氨基酸的衍生物，非蛋白氨基酸，D型氨基酸六．氨基酸的性质1．物理性质：紫外吸收，旋光性，溶解度，熔点。
2．化学性质酸碱性与等电点，氨基酸化学反应一览表，重要化学反应的机理第二节肽一．肽与肽键二．肽的种类：寡肽，多肽，蛋白质三．肽的表示方法：N端、C端及肽链方向的概念，肽的书写与读法四．肽的性质1．肽的酸碱性与等电点2．双缩脲反应3．水解反应五．肽的例子谷胱甘肽，催产素和加压素，短杆菌肽和结页氨霉素，脑啡肽，促甲状腺素释放因子第三节蛋白质结构与功能一．蛋白质的种类和性质1．蛋白质的种类2．蛋白质的性质大分子及蛋白质分子量的测定方法，紫外吸收，两性解离，胶体性质，沉淀反应，蛋白质的变性，蛋白质的颜色反应，二．蛋白质的一级结构及其测定1．蛋白质的结构层次2．蛋白质的一级结构3．蛋白质一级结构的测定测定方法总论，蛋白质分离与纯化，分子量测定，氨基酸组成测定，N端、C端的测定，肽链拆分，单链降解，上机测定，拼接，二硫键的测定。
(整理)612-第十四章蛋白质的生物合成.
第十四章蛋白质的生物合成一：填空题1.蛋白质的生物合成是以________________作为模板，________________作为运输氨基酸的工具，________________作为合成的场所。
2.细胞内多肽链合成的方向是从________________端到________________端，而阅读mRNA的方向是从________________端到________________端。
3.核糖体上能够结合tRNA的部位有________________部位、________________部位和________________部位。
4.ORF是指________________，已发现最小的ORF只编码________________个氨基酸。
5.蛋白质的生物合成通常以________________作为起始密码子，有时也以________________作为起始密码子，以________________、________________和________________作为终止密码子。
6.SD序列是指原核细胞mRNA的5′-端富含________________碱基的序列，它可以和16SrRNA的3′-端的________________序列互补配对，而帮助起始密码子的识别。
7.含硒半胱氨酸的密码子是________________。
8.原核生物蛋白质合成的起始因子(IF)有________________种，延伸因子(EF)有________________种，终止释放因子(RF)有________________种；而真核生物细胞质蛋白质合成的延伸因子通常有________________种，真菌有________________种，终止释放因子有________________种。
9.密码子的第2个核苷酸如果是嘧啶核苷酸，那么该密码子所决定氨基酸通常是________________。
蛋白质的生物合成课件.ppt
密码子:mRNA分子中,每三个相邻的核苷酸组
成的三联体代表某一种氨基酸或其它信息,称为 密码子或三联密码.一个氨基酸密码子决定着一 个氨基酸。
遗传密码:mRNA中的核苷酸排列序列与蛋白
质中的氨基酸排列序列的关系。生物的遗传密码
是通用的。
四种核苷酸编成三联体可形成 43个即64个密码子.其中： 1.一个起始密码:AUG
小亚基:沿mRNA结合,沿5’ 3’ 方向移动.
大亚基:受位(A位): 结合氨基酰- tRNA
给位(P位):成肽
给位 (P位)
蛋 苏
大亚基
UGU
5’AUG ACA GUU
受位 (A位)
小亚基
3’
蛋白质生物合成过程
1、准备阶段： 氨基酸的活化与转运。
2、中心环节： 核蛋白体循环-活化氨基酸 在核蛋白体上的缩合组装。
氨基酸的活化与转运
1、反应式：
氨基酰-tRNA合成酶
AA + tRNA + ATP
氨基酰-tRNA+AMP+PPi 2、AA结合位置：
AA的α-羧基与tRNA活末端腺苷酸中 核糖2 ’或3’羟基以酯键相结合。
tRNA-CCA-OH（R-3’-OH）
核蛋白体循环（三阶段）
(1)、起始阶段 (2)、延伸阶段 (3)、终止阶段
基因操纵子调节系统示意图
调节基因 转录
操纵子
控制区
信息区
启动基因 操纵基因 RNA聚合酶
结构基因
DNA
（-）
（+） 转录
翻译
mRNA
阻遏蛋白
诱导剂
翻译 蛋白质
血红素对起始因子-2的调节作用
血红素
生物化学与分子生物学-教学大纲(中西医)
《生物化学与分子生物学》课程教学大纲(Biochemistry and Molecular Biology)一、课程基本信息课程编号：14232051课程性质：学科专业基础课适用专业：中西医学分：4学分总学时：72学时其中：讲授56学时，实验16学时先修课程：解剖学、组织胚胎、有机化学、医学生物学后续课程：生理学、病理生理学、药理学等临床专业课程授课学期：第2学期选用教材：生物化学与分子生物学[M].北京：科学出版社，2016生物化学实验指导 2016年( 自编教材)必读书目：[1] 周爱儒，生物化学（第八版）[M]. 北京：人民卫生出版社，2013年[2] 陈诗书，医学生物化学（第八版）[M].北京：科学出版社，2009[3] 药立波，医学分子生物学（第八版）[M]. 北京：人民卫生出版社，2014年二、课程教学目标：通过本课程的学习，使学生获得生物大分子的化学组成、结构及其功能等相关知识，在此基础上进一步掌握其代谢过程及其调节规律等生化及分子生物学的基本理论和基本技能，为学习其它后继基础医学和临床医学课程，在分子水平上探讨疾病发生机理，为中西医结合诊断疾病、制定预防和治疗措施等奠定基础。
作为一名医学院校的学生，只有具备扎实的以生物化学为立足点的医学基础知识，才能学好医学相关的专业技能和知识，才能更深入理解生理学、病理学等学科的内容。
总之，通过本门课程的学习，学生应能全面、系统地领会和掌握生物化学与分子生物学的基础理论、基本知识和基本技能，为学习其它基础医学课程和临床医学课程奠定基础。
三、理论教学课时安排、课程内容与基本要求教学内容与学时安排第一章绪论1、教学目的与基本要求(1)掌握：生物化学与分子生物学的概念。
(2)熟悉：生物化学与分子生物学研究的主要内容及其与医药学的关系。
(3)了解：生物化学与分子生物学的发展史。
2、教学内容（1学时）(1)生物化学与分子生物学发展简史(2)当代生物化学与分子生物学研究的主要内容：重点阐述当代生物化学的概念，生物化学与分子生物学研究的主要内容。
蛋白质的生物合成-翻译
先导区
插入顺序
插入顺序
末端顺序
① 半衰期短 ② 许多原核生物mRNA以多顺反子形式存在 ③ AUG作为起始密码；AUG上游7～12个核苷酸处有一被称为SD序列的
保守区， 16S rRNA3’- 端反向互补而使mRNA与核糖体结合。
精选ppt课件
12
SD序列(shine-Dalgarno序列):---原核生物 1.位于起始密码上游约10个核苷酸处， 2.序列富含嘌呤(如AGGA /GAGG） 3.能和原核生物核糖体小亚基的16s rRNA相 应 互补。
Hale Waihona Puke 精选ppt课件33
5.70s起始复合物形成
IF3脱落 50S大亚基结合 GTP GDP+Pi IF2、IF1脱落
70s起始复合物组成
大小亚基 mRNA fmet-tRNAimet （结合于核糖体的P位<肽位>）
精选ppt课件
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核蛋白体大小亚基分离
IF-1 IF-3
mRNA在小亚基定位结合
精选ppt课件
5
遗 传 密 码 表
2. 遗传密码的基本特点
密码子是近于完全通用(universal)的。 密码间无标点符号且相邻密码子互不重叠。 密码的简并性(degeneracy) ：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)。 密码子的摆动性(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。 64组密码子中，AUG既是的密码，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。
DNA、RNA和蛋白质的生物合成
DNA 的 复 制 过 程
引
解
发
螺
酶
旋
酶
聚
修
松
单
连
合
复
弛
链
接
酶
酶
酶
结酶合源自蛋白1. 引物酶识别复制起点， 引导解螺旋酶到正确位点
2. 解螺旋酶解开双螺旋
3. DNA聚合酶合成新的DNA链
5. 四种脱氧核苷三磷酸为底物
4. 按碱基互补原理合成DNA链
6. 释放焦磷酸
7-12. DNA片段的合成和链的延伸
单相复制
噬菌体Φ×174—滚环复制
3'
33''
5'
5' 5'
② 真核生物
线形双链DNA，含有多个复制子；双向复制。
2. 复制速度 3. 真核生物的DNA在全部复制完成之前，起点不再 重新开始复制；原核生物中，起点可连续发动复制
14.1.6 在RNA指导下的DNA的合成
1970年Temin等在致癌RNA病毒中发现了一种特殊的DNA聚合 酶，该酶以RNA为模板，根据碱基配对原则，按照RNA的核 苷酸顺序(其中U与A配对)合成DNA。这一过程与一般遗传信 息流转录的方向相反，故称为反转录。
13. 连接酶
14. 单链结合蛋白
15. 松弛酶
16. DNA的复制
14.5.1 原核生物与真核生物 DNA复制的特点比较
1. 复制的起点和单位
复制单位：复制子，生物体内能独立行使复制 功能，进行独立复制的DNA单位。
ori
① 原核生物
由一个复制子组成 双向复制
大肠杆菌，θ结构
大肠杆菌：θ结构
3. mRNA前体的转录后加工
14第十四章蛋白质的合成
第十四章 蛋白质的合成
1. 氨基酸的激活与氨酰-tRNA的合成
在蛋白质生物合成中，各种氨基酸在参入肽 链之前必须先经活化，然后再由其特异的tRNA 携带至核糖体上，才能以mRNA为模板缩合成肽 链。
1. tRNA的二级结构的特点
第十四章 蛋白质的合成
（1）3'端含CCA-OH序列
氨基酸接在腺苷酸残基(A)上，CCA-OH序列 称为氨基酸接受臂(amino acid acceptor arm)。
3'-端第5~11位核苷酸与5'-端第1~7位核苷酸 形成螺旋区，称为氨基酸接受茎(amino acid acceptor stem)。
蛋氨酸虽只有一组密码子（AUG）却至少有两 种tRNA，一种负责将运到肽链中间，用tRNAmMet 表示；另一种携带甲酰蛋氨酰参与蛋白质合成的起 始，用tRNAfMet表示；真核细胞的起始tRNA表示为 tRNAiMet，携带甲酰蛋氨酰参与起始作用，用于肽链 延伸的则表示为tRNAMet。
第十四章 蛋白质的合成
第十四章 蛋白质的合成
（6）密码与反密码子的相互 识别——变偶性
tRNA上的反密码子（anticodon）与mRNA密 码子配对时，密码子的第一位、第二位碱基配对 是严格的，第三位可以有一定的变动。
即：一般是反密码子的5'-端碱基与密码子的 3'-端碱基非正规配对，但能使正确的氨基酸进入 非正确的密码子的现象称为变偶性。
第十四章 蛋白质的合成
二、蛋白质的生物合成
蛋白质的生物合成和修饰
九、延长阶段中肽键的形成
1、进位 （EF-Ts,EF-Tu,GTP）
EFTu先与GTP结合， 再与氨酰tRNA结合形成一个复合物，再与70S起 始复合物相结合，并释放出 EFTuGDP,EFTu-GDP再与EFTs及GTP反应， 重新形成很不稳定EFTu-GDＰ……
除了fMet－tRNAf外，所有氨酰－ｔ
6、 装配机：核糖体(rRNA、蛋白质)
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第二节 遗传密码的破译
第三节 遗传密码的几个重要特性
遗传密码： mRNA分子上从5’3’的方向，每三
个碱基形成的三联体，组成一个遗传密码子 （codon）。
遗传密码表：共有64个密码子，其中61 个是编码氨基酸。其中AUG ↗起始密码子
↘Met的密码子。
遗传密码的基本特点
1966年F.Crick提出的摆动假说（wobble hypothesis）
5、密码子的通用性
遗传密码表属于完全通用 。
返回 遗传密码的基本特点
第四节 蛋白质的生物合成
一、核糖体（ribosome）是一个复杂的超分子结构
P361 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，延长和终止的 各种因子的识别。
这些编码同一种氨基酸的多个密码子称 为同义密码子（synonymous codon）
遗传密码的基本特点
2、密码子的连续性
要正确阅读密 码必须按一定的密码框 架（reading frame） 从一个正确的起点开 始，一个不漏地挨 着读下去，直到碰到终 止信号为止。
遗传密码的基本特点
3、密码子的不重叠性(non-overlapping)
EF-T是由Tu和Ts两个亚基组成的二聚体， EF-Ts：s是stable的意思，是稳定蛋白质， EF-Tu: u是unstable，不稳定蛋白质。
《生物化学与分子生物学》蛋白质生物合成 ppt课件
Met Ala Val His
终止密码
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15
由于密码子的连续性，在开放阅读框中发生插入 或缺失1个或2个碱基的基因突变，都会引起mRNA阅 读框架发生移动，称为移码（frame shift），使后续的 氨基酸序列大部分被改变，其编码的蛋白质彻底丧失 功能，称之为移码突变。
缬
丙
酪
甘
缬
丙
丝
精
缬
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32
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
延长因子
释放因子
生物学功能
IF-1 占据核糖体A位，防止A位结合其他tRNA
IF-2 促进fMet-tRNAfMet与小亚基结合
IF-3 促 进 大 、 小 亚 基 分 离 ； 提 高 P 位 对 结 合 fMettRNAfMet的敏感性
氨基上，使酰基与氨基结合形成肽键;并受释放因子的作用后发生变构，表 现出酯酶的水解活性，使P位上的肽链与tRNA分离； • 转位酶(translocase)，催化核蛋白体向mRNA3’-端移动一个密码子的距离， 使下一个密码子定位于A位。
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• 起始因子（initiation factor，IF） • 延长因子（elongation factor，EF） • 释放因子（release factor，RF）
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5
n 反应过程
（1）氨基酸的活化 （2）肽链的生物合成 （3）肽链形成后的加工和靶向输送
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6
视频：翻译
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第一节
蛋白质生物合成体系
Protein biosynthesis system
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子之间的核苷酸序列，各个三联体密码子连续排 列编码一个蛋白质的多肽链从N端到C端。
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（三）遗传密码的特点
• 遗传密码的连续性
沿5/-3/方向连续阅读
插入碱基 缺失碱基
移码
突变
5’-U-A-C-U-A-C-U-A-C-U-A-C-3’ 酪酪酪 苏苏苏 亮亮亮
核糖体 原核生物 70S
大亚基 rRNA 蛋白质 23S， 36种 5S
小亚基 rRNA 蛋白质 16S 21种
真核生物 80S
28S， 49种 5.8S，
5S,
18S 33种
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原核生物翻译过程中核糖体结构模式:
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（二）核糖体的主要功能部位
• 氨基酰部位（aminoacyl site），简称A位 • 肽酰部位（peptidyl site），简称P位； • 排出部位（exit site），简称E位 • 转肽酶（transpeptidase）活性部位； • mRNA结合部位； • 蛋白因子 （IF ，EF ，RF ）结合部位。
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遗传密码（genetic coden）
• mRNA分子分子的信息区内上从5至3方向，由 AUG开始，每3个核苷酸为一组，决定肽链上某一 个氨基酸或蛋白质合成的起始、终止信号，称为三 联体遗传密码。
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（二）遗传密码种类
• mRNA 分子有4种核苷酸碱基：A、G、C、U， 可组合成64个密码子，其中61个分别代表20种不 同氨基酸。
• 20种编码氨基酸(AA)作为原料 • 酶及众多蛋白因子，如IF、eIF • ATP、GTP、无机离子
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第一节 参与蛋白质生物合成的三种RNA
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一、mRNA 与遗传密码
（一）mRNA 的作用
• mRNA是遗传信息的携带者, mRNA作为翻译的 直接模板 。
• 遗传学将编码一个多肽的遗传单位称为顺反子 (cistron)
密码的通用性进一步证明各种生物进化自同一 祖先。
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二、tRNA 与氨基酸的转运 (一) tRNA 的作用
Ser 5’
Tyr 5’
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密码子与反密码子的摆动配对
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密码子与反密码子的摆动配对
tRNA反密码子的 第１个碱基 I
U
G
mRNA密码子的 第3个碱基
（一）核糖体的组成与结构
• 核糖体是蛋白质生物合成的场所。 • 核糖体是由几种rRNA与数十种蛋白质共同构成的超
分子复合体。 • 细胞质中的的核糖体有两类:
一类附着于粗面内质网 ,分泌性蛋白质的合成， 一类游离于胞质内 ,细胞固有蛋白质的合成 。
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原核生物与真核生物的核糖体组成
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导学
1. 掌握参与蛋白质生物合成的主要物质及其作用 ；翻译的基本过程。
2. 熟悉遗传密码的特点 3. 了解翻译后加工，影响蛋白质生物合成的物质
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教学内容
第一节 参与蛋白质生物合成的三种RNA 第二节 蛋白质生物合成的过程 第三节 翻译后加工 第四节 翻译后加工
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一、mRNA 与遗传密码
（一）mRNA 的作用
• 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) 。
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翻译(Translation)
• 蛋白质的生物合成，即翻译，就是将mRNA分子中4 种核苷酸序列编码的遗传信息，通过遗传密码破 译的方式解读为蛋白质一级结构中20种氨基酸的 排列顺序 。
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参与蛋白质生物合成的物质
• 三种RNA mRNA（messenger RNA, 信使RNA） rRNA（ribosomal RNA, 核蛋白体RNA） tRNA（transfer RNA, 转移RNA）
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S-D序列
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第二节 蛋白质生物合成的过程
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• 翻译过程：
核糖体大小亚基聚合在mRNA 5´端AUG部位开 始，沿着mRNA模板链5´3´方向移动，由tRNA 阅读mRNA三联体遗传密码并携带特定氨基酸在核 糖体上“对号入座”，将氨基酸从N端C端方向连 接起来构成多肽链，直至核糖体在mRNA 3´端遇到 终止信号而使大小亚基解体为止。
• 起始密码(initiation coden): AUG
• 终止密码(termination coden): UAA，UAG，UGA。
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第一碱基 （5/-端）
遗传第 密二 码碱 表基
第三碱基 （3/-端）终止 Nhomakorabea终止
*
*在mRNA起始部位的AUG为起始信号
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（三）遗传密码的特点
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（三）遗传密码的特点
• 遗传密码的简并性 20种编码氨基酸中除色氨酸和甲硫氨酸各
有一个密码子外，其余每一种氨基酸都有2-6 个密码子。
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（三）遗传密码的特点
• 遗传密码的通用性 从原核生物到人类都共用同一套遗传密码，
被称为遗传密码的通用性。 已发现少数例外，如动物细胞的线粒体、植物 细胞的叶绿体。
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（二）氨基酰-tRNA表示法
• 氨基酰-tRNA的表示方法： Ala-tRNAAla Ser-tRNASer Met-tRNAMet
• 起始肽链合成的氨基酰-tRNA： 真核生物： Met-tRNAiMet 原核生物： fMet-tRNAifMet
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三、核糖体与蛋白质合成场所
A、C、U
A、G
C、G
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氨基酸的活化
• 氨基酰-tRNA合成酶(aminoacyl-tRNA synthetase) • 氨基酸的－羧基与tRNA的3´－CCA的腺苷酸3´
－OH以酯键相连形成氨基酰-tRNA
氨基酰-tRNA合成酶
氨基酸 + tRNA
氨基酰- tRNA
ATP
AMP＋PPi