15蛋白质合成及转运共46页文档
蛋白质的合成、转运、修饰
蛋⽩质的合成、转运、修饰蛋⽩质的合成蛋⽩质的种类是由基因决定的,也就是说⼈类基因组有多少个基因,⼈体就有多少种蛋⽩质,只是蛋⽩质表达的时期和部位不同.根据⼈类基因组计划分析得知：全部⼈类基因组约有2.91Gbp,约有39000多个基因；也就是说⼈体蛋⽩质的种类有39000多种蛋⽩质⽣物合成可分为五个阶段，氨基酸的活化、多肽链合成的起始、肽链的延长、肽链的终⽌和释放、蛋⽩质合成后的加⼯修饰⼀．氨基酸的活化分散在胞液中的各种氨基酸需经特异的氨基酰-tRNA合成酶催化，ATP供能，并需Mg2＋或Mn2＋参与在氨基酸的羧基上进⾏活化，⽣成中间复合物（）后者再与相应的tRNA作⽤，将氨基酰转移到tRNA分⼦的氨基酸臂上，即3′末端腺苷酸中核糖的3′（或2′）羟基以酯键相结合形成氨基酰-tRNA【氨基酰tRNA的⽣成】tRNA各种tRNA的⼀级结构互不相同，但它们的⼆级结构都呈三叶草形三叶草形结构的主要特征是:含有四个螺旋区、三个环和⼀个附加叉四个螺旋区构成四个臂，其中含有3′末端的螺旋区称为氨基酸臂，因为此臂的3′-末端都是C-C-A-OH序列，可与氨基酸连接三个环分别⽤Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ表⽰环Ⅰ含有5，6⼆氢尿嘧啶，称为⼆氢尿嘧啶环（DHU环）环Ⅱ顶端含有由三个碱基组成的反密码⼦，称为反密码⼦环；反密码⼦可识别mRNA分⼦上的密码⼦，在蛋⽩质⽣物合成中起重要的翻译作⽤环Ⅲ含有胸苷（T）、假尿苷（ψ）、胞苷（C），称为假尿嘧啶环（TψC环）；此环可能与结合核糖体有关tRNA在⼆级结构的基础上进⼀步折叠成为倒“L”字母形的三级结构起始因⼦原核起始因⼦只有三种（IF1、IF2、IF3）真核起始因⼦(简称为eIF)种类多且复杂，已鉴定的真核起始因⼦共有12种延长因⼦原核⽣物（简称EF）由三部分组成：EF-Tu，EF-Ts，和EF-GEF-Tu它介导氨酰-tRNA进⼊核糖体的空位EF-Ts充当EF-Tu亚基的鸟嘌呤核苷酸交换因⼦,催化EF-Tu释放GDPEF-G催化tRNA的移位和多肽延伸的每个循环后期mRNA从核糖体上掉下来真核⽣物（简称eEF）真核⽣物中分为：eEF-1和eEF-2eEF-1有两个亚基，α和βγα相当于原核⽣物中的EF-Tu亚基，它介导氨酰-tRNA进⼊核糖体的空位Βγ相当于原核⽣物中EF-Ts，核苷酸交换因⼦α,催化GDP从α上释放eEF-2相当于原核⽣物的EF-G，催化tRNA的移位和多肽延伸的每个循环后期mRNA从核糖体上掉下来终⽌因⼦(释放因⼦)原核⽣物细胞的释放因⼦（简称RF）：识别终⽌密码⼦引起完整的肽链和核糖体从mRNA 上释放的蛋⽩质释放因⼦1（RF1）：能识别终⽌密码⼦UAA和UAG⽽终⽌蛋⽩质合成的细菌释放因⼦释放因⼦2（RF2）：能识别终⽌密码⼦UAA和UGA⽽终⽌蛋⽩质合成的细菌释放因⼦释放因⼦3（RF3)：与延长因⼦EF-G有关的细菌蛋⽩质合成终⽌因⼦当它终⽌蛋⽩质合成时，它使得因⼦RF1和RF2从核糖体上释放真核⽣物细胞只有⼀种终⽌因⼦（称为eRF）能识别所有的终⽌密码⼦因为它没有与GTP结合的位点，所以它不能帮助完成合成的多肽从P位点的tRNA的释放在真核⽣物内可能还存在能与eRF合作、帮组多肽从核糖体释放的蛋⽩质核糖体的活性部位单个核糖体上存在四个活性部位，在蛋⽩质合成中各有专⼀的识别作⽤1．A部位：氨基酸部位或受位：主要在⼤亚基上，是接受氨酰基-tRNA的部位2．P部位：肽基部位或供位：主要在⼩亚基上，是释放tRNA的部位3．肽基转移酶部位（肽合成酶），简称T因⼦：位于⼤亚基上，催化氨基酸间形成肽键，使肽链延长4．GTP酶部位：即转位酶（EF-G），简称G因⼦，对GTP具有活性，催化肽键从供体部位→受体部位核糖体上还有许多与起始因⼦、延长因⼦、释放因⼦以及各种酶相结合的位点核糖体的⼤⼩是以沉降系数S来表⽰，S数值越⼤、颗粒越⼤、分⼦量越⼤原核细胞与真核细胞核糖体的⼤⼩亚基是不同的⼆．核糖体循环（肽链合成）1.肽链启动阶段在蛋⽩质⽣物合成的启动阶段,核蛋⽩体的⼤、⼩亚基,mRNA与⼀种具有启动作⽤的氨基酸tRNA共同构成启动复合体。
新课标高中生物《蛋白质的合成与运输》精品课件
合 成 肽 链
折叠、组装、 加工、浓缩 糖基化为比较 为成熟 成熟的蛋白质, 蛋白质 并 运输
线粒体供能
细胞膜
外 排
分泌特 定功能 蛋白质
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小结 分泌蛋白的形成过程
多肽链
缩氨 合基 成酸 肽脱
水
核糖体
较成熟蛋 白质
修对 饰肽 加链 工初
步
内质网 小泡
成熟蛋 分泌
白质
蛋白
饰进 加一 工步
修
细分 胞泌 外到
内膜系统包括核膜，内质网， 高尔基体，溶酶体，微体及一 些小泡等（不包括细胞膜、叶 绿体膜和线粒体膜）。 即蛋白质是通过细胞内在功 能上连续统一的细胞内膜结 构以出芽和融合的方式进行 运输的。
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总结反思
多肽的合成 蛋白质加工、修饰 （初级蛋白质） （成熟蛋白质）
分泌性 附着核糖体 内质网 高尔基体 小泡 蛋白
合成糖蛋白。 [3]是来自_内__质__网__的_小__泡___。 7
6
(2) 在图中[4]_高__尔_基__体__中形成的是成熟蛋
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白,[7]是以___外__排______方式分泌出细胞.
4
(3) [7]的合成、加工和运输过程所需的大量 能量由[ 8 ]__线__粒__体_供给。
3
（4）此动物细胞对[7]具有合__成__和__分__泌__功
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再见！
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同位素示踪法的原理及主要用途：
同位素是同一元素中质子数相同、中子数 不同的各种原子，它们的原子序数相同，在 元素周期表中占同一位置，如氢有氕（1H） 氘（2H）氚（3H）三种同位素。 利用有些同位素具有放射性的特点，可以通 过检测其放射性在不同细胞结构中出现的先 后顺序来确定某元素的转移途径或参与某过 程的细胞结构，这就是同位素示踪法
蛋白质合成与运输
HS HS SH
HS SH HS
S-S
S S S S
S-S A链 S S S S B链
蛋白质的合成与运输
学习目标： 1.描述核糖体的形态结构和成分 2
.简述蛋白质的合成和加工过程 3.能够利用同位素示踪法的现象和结果进行 推理和判断 4.简述蛋白质分选、运输 5.学会用实验资料探究结论的方法
重难点：
1.能够利用同位素示踪法的现象和结果进行
推理和判断。 2.简述蛋白质分选、运输过程
细胞膜
折叠、组装、 包装、分选 糖基化为比较 加工、浓缩 成熟的蛋白质, 为成熟 并运输 蛋白质
分泌特 定功能 蛋白质
线粒体供能
二.蛋白质的分选和运输
1.影响蛋白质分选的因素: 分选信号:蛋白质合成以后,一般在 其 氨基酸序列中含有分选信号 ,决定它们的去 向和最终定位.
2.蛋白质的运输:指通过连续的 内膜系统 运 送蛋白质到达 其最终目的地 的过程.
1.
3.糖蛋白普遍存在于细胞膜上,如果将细胞培养 在含药品的培养基中,发现细胞无法制造糖蛋 白糖侧链,则药品可能作用在蛋白质合成及运 输过程的细胞器上: A.核糖体 B.内质网 C.线粒体 D.高尔基 体
4. 图2—1—2表示胰腺细胞合成与分泌酶原颗粒的大体过程， 请据图回答下列问 题：
图2—1—2 （1）在胰腺细胞内部，酶蛋白的合成场所是［ 1 ］ 核糖体 ____________；对酶蛋白进行加工和包装的场所是 内质网、高尔基体 ____________。 （2）将酶蛋白运输到加工场所的细胞器是［ 2 ］ 内质网 ____________。 （3）除分泌小泡外，参与酶原颗粒分泌过程的结构还有［ 4 ］ 细胞膜 ____________。 （4）酶原颗粒的合成、运输、加工和分泌需要ATP提供能量， 线粒体 与ATP生成极为密切的细胞器是［ 5 ］____________。
蛋白质的合成与运输课件
分子生物学研究方法
1 2
基因克隆和表达
通过基因工程技术，将目标基因克隆到表达载体 中，并在宿主细胞中表达，从而获得大量的目标 蛋白质。
基因敲除和敲入
利用基因编辑技术，对特定基因进行敲除或敲入 操作，以研究蛋白质合成和运输的调控机制。
3
转录组学分析
利用高通量测序技术，对细胞或组织中全部基因 的表达水平进行分析，从而了解蛋白质合成的转 录调控机制。
பைடு நூலகம்
05
蛋白质合成与运输的调控
基因表达调控
转录水平调控
通过调节基因转录的起始 和效率，控制蛋白质合成 的数量和种类。
转录因子
转录因子与DNA结合，调 控特定基因的表达。
表观遗传学
DNA甲基化、组蛋白修饰 等表观遗传学机制影响基 因表达。
翻译后修饰调控
磷酸化
磷酸化是蛋白质最常见的翻译后 修饰，通过改变蛋白质活性来调
蛋白质的胞内运
核糖体合成
蛋白质在核糖体上合成后，通过信号肽引 导进入内质网。
内质网加工
蛋白质在内质网中经过折叠、组装和糖基 化等加工。
高尔基体转运
经过内质网加工的蛋白质通过囊泡转运至 高尔基体进一步修饰和分拣。
蛋白质的分泌运
囊泡形成
蛋白质在高尔基体形成囊泡，通过胞吐作用释放到细胞外。
胞吐过程
囊泡与细胞膜融合，释放出内容物，完成蛋白质的分泌运输 。
THANKS
常见的翻译后修饰包括磷酸化、乙酰化、糖基化等，这些修饰可以影响蛋白质的结 构和功能，使其具有更广泛的生物活性。
翻译后修饰对于蛋白质的功能和稳定性具有重要作用，是蛋白质合成过程中的重要 环节。
04
蛋白质的运输
蛋白质的跨膜运
十五章蛋白质的合成转运和加工
起始和延伸Met-tRNAs的区别
⑴两种tRNA本身有差别； ⑵氨基酸的状态不同。
Formyl Met
AA AC AC AA CA GC
A A A
A
Met A C C A GC GC
G
A CAU
A* CAU
3 0 S -m R N A 复 合 体
IF -1 IF -3 核 糖 体
30S
IF -2
GTP FM et
fM et
fM et
IF -1 IF -2 IF -3
G D P Pi
起始反应的产物
70S核 糖 体
图 15- 原 核 生 物 翻 译 起 始 复 合 体 的 装 配
Only fMet –tRNAf enters partial P site on 30S subunit bound to mRNA
三真核生物蛋白质合成的起始
因子
eIF-3 eIF-4F(CBP-Ⅱ) eIF-4E(CBP-Ⅰ) eIF-1 eIF-4B eIF-4A eIF-6 起 eIF-5 始 eIF-4C eIF-2α eIF-2β eIF-2γ eIF-1A eIF-3A
表15-3 真核生物蛋白质合成中涉及的各种辅助因子
原核生物翻译起始因子
表 15-2 E.coli蛋 白 质 合 成 起 始 所 需 的 三 种 起 始 因 子
因 子质量因 子 /核功 能
（ KDa）糖 体
IF3 23
25% 亚 基 解 离 与 mRNA的 结 合
IF2 97.3 ?
起 始 tRNA的 结 合 与 GTP水 解
蛋白质的合成和运输
蛋白质的合成和运输蛋白质啊，这可是咱们身体里特别神奇的东西呢。
就好比是身体这个大工厂里的超级小工匠，虽然小得咱们肉眼都看不见，可干的活儿那是相当重要。
咱先说说蛋白质是咋合成的吧。
细胞里面有个叫核糖体的小玩意儿，这核糖体就像是一个超级迷你的小厨房，专门负责做蛋白质这道菜。
它会根据DNA给的“菜谱”，也就是基因信息，把那些个氨基酸小原料一个个地组合起来。
氨基酸呢，就像是做菜的食材，什么口味的都有，它们组合的顺序不同，做出来的蛋白质这道菜就完全不一样。
这过程就像是拼积木一样，每个小块都得按顺序来，不然就拼不出正确的形状啦。
你想啊，如果把做房子的积木乱放一气，那房子能盖起来吗？肯定不能呀。
那这些小原料氨基酸是从哪儿来的呢？这就靠咱们吃的东西啦。
吃进去的食物就像是一个大仓库，各种营养物质都在里面呢。
食物被消化以后，氨基酸就被释放出来，然后就被运送到细胞这个小工厂里，等着核糖体这个小厨房来加工。
再说说蛋白质合成之后的运输吧。
合成好的蛋白质就像刚做好的商品，得运到该去的地方去。
细胞里面有一些像小货车一样的东西，叫转运小泡。
这些小货车就会把蛋白质这个“商品”装起来，然后沿着细胞里面像公路一样的细胞骨架，运到不同的地方去。
有的蛋白质是要被运到细胞外面去的，就像是要把商品送到别的城市去一样。
这时候，细胞就有一套特殊的办法，让这些蛋白质通过细胞膜这个“城门”出去。
还有些蛋白质是留在细胞里面工作的，比如说在细胞的线粒体里工作的蛋白质。
线粒体就像是细胞的发电厂，那些在这里工作的蛋白质就像是发电厂里的小工人，负责保证发电厂正常运转。
那这些蛋白质是怎么被准确送到线粒体里的呢？这又像是一场精心安排的快递配送。
细胞里面有特殊的信号，就像是快递单上的地址一样，告诉转运小泡这个小货车要把蛋白质送到线粒体这个地方。
蛋白质的合成和运输要是出了问题啊，那就像是工厂的生产线乱了套。
比如说，如果核糖体这个小厨房出了故障，那蛋白质就合成不出来，或者合成错了。
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tRNA的关键部位： 氨基酸臂：AA结合部位 反密码环：mRNA结合部位
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2019/7/11
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(三) 核糖体是蛋白质合成的工厂 1.核糖体的组成
核糖体：无界膜，颗粒状， 大、小亚基组成
亚基：含不同的Pr、rRNA， 原核和真核生物不同
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多聚核糖体（polgsome）
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信号肽的共同结构 10～40个AA残基组成；三个区 段
1）N端带正电荷的氨基酸：Lys、Arg等碱性AA
2）中间：10～15或更多的疏水AA区段：Leu、Ile等
利于分泌性蛋白进入膜结构
3）C端能被信号肽酶裂解的部位：Ala、Gly、Ser、Cys；
2019/7/1跨1 膜运输完成，信号肽酶识别并切割信号肽
3、转肽酶活性 催化肽键的形成
4、识别mRNA的位点 小亚基上，可容纳2个密码
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3、核糖体存在场所 粗面内质网（主要） 细胞质 线粒体、叶绿体
细菌细胞：约20，000个核糖体
真核细胞：106个
未成熟蟾蜍卵细胞：1012个
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密码子的特点
2配019对/7/1结1 合
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形成起始复合体
原核生物
起始因子IF-3、IF-1结合于小亚基
（IF-3：促进上一轮蛋白质合成的核糖
体大小亚基解聚）
小亚基16S rRNA序列与mRNA的SD序列互补配对
使
小亚基结合于SD序列（真核生物无SD序列）
fMet-tRNAfMet与起始密码AUG配对结合，与GTP
亚基聚合：Hb的4个亚基聚合成四级结构
个别氨基酸的化学修饰
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➢ m202R0/N3/2A4 、fMet-tRNAfMet和核糖体构成三元起始复
体大小亚基解聚）
➢ 小亚基16S rRNA序列与mRNA的SD序列互补配对
使
小亚基结合于SD序列（真核生物无SD序列）
➢ fMet-tRNAfMet与起始密码AUG配对结合，与GTP
结合
的起始因子IF-2同时结合,形成五元起始复合物
➢ GTP水解释放能量，促使大亚基结合成完
整的核糖体,IF-1、IF-2、IF-3脱离复合体
氨酰-tRNA合成酶具有校对功能，如果产物不对应， 则启动校对活性，水解非正确组合的氨基酸和 tRNA之间形成的共价联系。
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（二）起始阶段
1、所有蛋白质翻译起始为甲硫氨酸 一个特殊的tRNA启动了蛋白质的合成
原核生物能将tRNAiMet的氨基酸甲酰化
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1）转运Met的tRNA：2 种
1、P位点（肽酰基位点） 结合肽基-tRNA的位点
2、A位点（氨酰基位点） 结合氨基酰-tRNA的位点
3、转肽酶活性 催化肽键的形成
4、识别mRNA的位点 小亚基上，可容纳2个密码
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3、核糖体存在场所 粗面内质网（主要） 细胞质 线粒体、叶绿体
细菌细胞：约20，000个核糖体
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多聚核糖体（polgsome）
mRNA和多个核蛋白体的聚合物，一般间隔40个核苷酸结合 一个核糖体。
（一个mRNA分子同时有多个核蛋白体在进行蛋白质的合成）
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多聚核糖体的电镜照片
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原核生物的 转录翻译同 步进行
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rRNA与蛋白质构成核糖 体
翻译（蛋白质合成）起始的必须步骤——确定阅读框架
按照不重叠的三联体密码子翻译产生对应的AA并形成肽键
终止密码子，合成结束，肽链释放（终止密码连续出现2～3个）
UAA、UGA、
AUG 5’
UAG
3’
5’端非编码区
编码区
3’端非编码区
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mRNA：蛋Leabharlann 质合成的 模板mRNA分子中每三个相邻碱基组成一个密码子 真核生物mRNA的成熟需要经过剪切修饰，只 编码一条肽链，转录和翻译发生在不同的空间和 时间 原核生物mRNA转录和翻译几乎同时进行，可 以编码多条肽链
一种tRNA只与一种AA结 合 一种AA可与几种tRNA结 合 2t02R0/N3/2A4 约50余种
tRNA的关键部位： 氨基酸臂：AA结合部位 反密码环：mRNA结合部位
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(三) 核糖体是蛋白质合成的工厂 1.核糖体的组成
核糖体：无界膜，颗粒状， 大、小亚基组成
亚基：含不同的Pr、rRNA， 原核和真核生物不同
真核细胞：106个
未成熟蟾蜍卵细胞：1012个
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密码子的特点
4种碱基，编码20个氨基酸
• 连续性：两个密码之间没有任何碱基隔开。 • 简并性：64个密码子对应20个氨基酸，同一种氨基酸有
两个或多个密码子的现象为密码子的简并性。 • 变偶性：专一性取决于头两个碱基，tRNA上的反密码子
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（二）tRNA：转运活化的AA至mRNA 模板
1、引导氨基酸进入核糖体 2、将mRNA的碱基序列翻译为氨基酸序列 3、tRNA的反密码子与mRNA的密码子碱基互补
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70～90个核苷酸，分子较小 三叶草形结构 1）含稀有碱基 2）反密码环有三个反密码子 3）氨基酸臂有CCA结构
（2）中间位置：Met-
tRNAMet
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2、翻译开始于mRNA与核糖体的结 合
原核生物的mRNA存在富含嘌呤碱基的SD序列
核糖体小亚基上的16S rRNA3’端的富含嘧啶序列可与SD
序列
2配020对/3/2结4 合
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形成起始复合体
原核生物
➢ 起始因子IF-3、IF-1结合于小亚基
（IF-3：促进上一轮蛋白质合成的核糖
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在核糖体上进行， 且是一个循环过程， 因此也成为核糖体
循环。
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（一）氨基酸的活化 1、氨基酰-tRNA合成酶：使AA结合到特定的 tRNA上
AA活化（能量） tRNA携带AA到mRNA指定部位（专一 性）
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2、每个氨酰-tRNA合成酶可识别一个特定的AA和 与此AA对应的多个tRNA的特定部位
与mRNA密码子匹配时，第一二碱基严格配对，第三碱基 可以变动。反密码子第一位可为I，可识别更多简并密码 子。这样32种tRNA即可识别61个编码氨基酸的密码子。 • 通用性：共用一套遗传密码。线粒体编码方式有所不同。
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二、翻译的步骤
5个阶段 合成方向：N→C端 翻译方向：5’→3’
细菌核糖体：3种rRNA、57个Pr，Mw 270万
真核生物核糖体：4种rRNA、约82个Pr，Mw
420万
原核生物 真核生物
小 rRNA 16S-rRNA 18S-rRNA
亚
基 蛋白质
21种
33种
rRNA 5S-rRNA 5S-rRNA
大
23S-rRNA 28S-rRNA
亚
5.8S-rRNA
基 蛋白质
（1）tRNAiMet（原核： tRNAifMet）： 被起始因子识别，与起始密码AUG配对，在肽链N端
掺入Met，启动蛋白质合成
（2）tRNAMet：被延伸因子识别，与mRNA之间AUG配 对，掺入Met（延伸）
2）Met的活化产 物
（1）起始位置：Met-
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tRNAiMet
原核：fMet-tRNAMet
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蛋白质的生物合成：
以mRNA为模板合成蛋白质的过程
将mRNA中核苷酸顺序转变为蛋白质分子中氨基酸顺序的过 程，即将mRNA中4种核苷酸的语言解读为蛋白质中20种氨 基酸的语言——翻译（Translation）
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一、蛋白质合成的分子体系
(一) mRNA：蛋白质合成的模 板 辨认起始密码子(AUG)：
34种
49种
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• 原核生物5S rRNA可与tRNA互补，与23S rRNA 互补
• 16S rRNA的3’端ACCUCCUUA与mRNA的SD 序列互补，翻译起始定位；与23S rRNA互补，大 小亚基结合
• 23S rRNA与起始tRNA互补
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2、核糖体的结构与功能