0409第十一章蛋白质的生物合成1-1
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生物化学第十一章 蛋白质的生物合成(共65张PPT)全
原核、真核生物各种起始因子的生物功能
起始因子
生物功能
IF-1
占 据 A 位 防 止 结 合 其 他 tRN A
原核
生物
EIF-2
促进起始tRNA与小亚基结合
EIF-3
促 进 大 小 亚 基 分 离 ， 提 高 P位 对 结 合 起 始 tRNA 敏 感 性
eIF-2
促进起始tRNA与小亚基结合
eIF-2B，eIF-3
eEF-1-A
EF-Ts 再生EF-Tu
eEF-1-B
EFG
有转位酶活性，促进mRNA肽酰-tRNA由A位前移到P位， 促进卸载tRNA释放
eEF-2
（一）进位（P607 609）
又称注册(registration)
指根据mRNA下一组遗传密 三
码指导，使相应氨基酰-tRNA进 元
入核蛋白体A位。
第一节 蛋白质合成体系
一、翻译模板mRNA及遗传密码
二、核蛋白体是多肽链合成的装置 三、tRNA与氨基酸的活化
P602
一、翻译模板mRNA及遗传密码
（一） mRNA是遗传信息的携带者
1.顺反子(cistron):将编码一个多肽的遗传单位称为顺反
子。
2. 开放阅读框架(open reading frame, ORF):从mRNA 5 端起始密码子AUG到3端终止密码子之间的核苷酸序列。
mRNA 的结构
原核生物的多顺反子
5 PPP
ORF
ORF
真核生物的单顺反子
5 mG - PPP
3
ORF
蛋白质
3
蛋白质
非编码序列
核蛋白体结合位点
编码序列
起始密码子
第十一章蛋白质生物合成 生物化学 教学课件
密码子阅读方向5'3'
特点①密码子的简并性往往只涉及第三位例如丙氨酸的密码子： GCU、GCC、GCA、GCG，前两个碱基都相同，只有第三位碱基不 同；组氨酸：CAU、CAC；几乎所有氨基酸的密码子都可用XYAG 或XY U .
C
②减少由于基因点突变造成的差错；
Ala密码子
GCU
GCC 如果DNA出现点突 GCA 变引起mRNA改变
生命活动过程。
2. 遗传密码 概念：
mRNA编码区核苷酸的排列顺序与其所编码的肽链中氨基酸的 排列顺序的对应方式为遗传密码。
编码区
mRNA AUG GGG CUC CGC UUG ACA AAU UUA CAC GAA ‥ ‥ UAG
对应方式
1:1? 2:1? 3:1? 5'3'对应NC
mRNA编码区核苷酸排列顺序 肽链氨基酸排列顺序
多肽N — 蛋—- 丝----丝--- --苏----酪—-谷----谷(N)--缬--C
(2)遗传密码的简并性
好几组密码子代表同一种氨基酸的特性称为密码的简并性。 大多数氨基酸都有此种现象，只有色氨酸和甲硫氨基酸仅 有一个密码子。 密码的简并性对于保持生物物种的稳定性起着重要的作用。
5′－UUA－UUG－CUU－CUC －CUA －CUG － － － － 3′
mRNA 5′--A-U-G-A-G-C-U-C-G-C-C-C-U-U-A-C-G-A-A-C-A-G-G-U-U-‥‥C3 ′
多肽 N — 蛋—丝—丝— 脯— 亮— 精—苏— 甘—C
mRNA 5 ′ -A-U-G-C-G-C-U-C-G-C-C-C-U-U-A-C-G-A-A-C-A-G-G-U-U ‥‥C3 ′
蛋白质的生物合成(共106张PPT)
现 )和真菌中发现UAG可能是编码第22种氨基酸 pyrrolysine(吡咯赖氨酸)的密码子。
遗传密码动画
2022/9/17
12
遗传密码的特点
1.方向性(direction) 翻译时的阅读方向只能是5→3，即读
码从mRNA的起始密码子AUG开始，按 5→3的方向逐一阅读，直至终止密码子。
2022/9/17
为遗传密码(也称密码子)。 mRNA在核糖体小亚基就位；
-Ser-Lys-Leu-（PST序列） 顺反子(cistron)：遗传学将编码一个多肽的遗传单位称为顺反子。 氨基酰-tRNA合成酶
• 开放阅读框架(open reading frame,ORF)：从 开放阅读框区(open reading frame, ORF)
AMP-E或氨基酰-tRNA的酯键水解,再换上与密码子相对应
的氨基酸。
• 氨基酰-tRNA的表示方法：
• Ala-tRNAAla、Ser-tRNASer、Met-tRNAMet
氨基酸的活化形式：氨基酰－tRNA 氨基酸的活化部位：α－羧基 氨基酸与tRNA连接方式：酯键 氨基酸活化耗能：2个~P
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核糖体的组成
核蛋
原核生物
真核生物
白体 蛋白质 S值 rRNA 蛋白质 S值 rRNA
小亚基 21种 30S 16S 33种 40S 18S
大亚基 36种 50S 23S 5S
49种
28S 60S 5.8S
5S
核蛋白体
70S
80S
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24
30S小亚基：有mRNA结合位点 50S大亚基： E位：排出位（Exit site）
• 氨基酰-tRNA合成酶：存在于胞液中，催化氨基酸的 活化。
遗传密码动画
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遗传密码的特点
1.方向性(direction) 翻译时的阅读方向只能是5→3，即读
码从mRNA的起始密码子AUG开始，按 5→3的方向逐一阅读，直至终止密码子。
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为遗传密码(也称密码子)。 mRNA在核糖体小亚基就位；
-Ser-Lys-Leu-（PST序列） 顺反子(cistron)：遗传学将编码一个多肽的遗传单位称为顺反子。 氨基酰-tRNA合成酶
• 开放阅读框架(open reading frame,ORF)：从 开放阅读框区(open reading frame, ORF)
AMP-E或氨基酰-tRNA的酯键水解,再换上与密码子相对应
的氨基酸。
• 氨基酰-tRNA的表示方法：
• Ala-tRNAAla、Ser-tRNASer、Met-tRNAMet
氨基酸的活化形式：氨基酰－tRNA 氨基酸的活化部位：α－羧基 氨基酸与tRNA连接方式：酯键 氨基酸活化耗能：2个~P
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核糖体的组成
核蛋
原核生物
真核生物
白体 蛋白质 S值 rRNA 蛋白质 S值 rRNA
小亚基 21种 30S 16S 33种 40S 18S
大亚基 36种 50S 23S 5S
49种
28S 60S 5.8S
5S
核蛋白体
70S
80S
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30S小亚基：有mRNA结合位点 50S大亚基： E位：排出位（Exit site）
• 氨基酰-tRNA合成酶：存在于胞液中，催化氨基酸的 活化。
蛋白质生物合成体系
核糖体中蛋白质与RNA的比例在不 同物种中有所不同，但通常约为1:1。
核糖体的结构
核糖体是一种高度复杂的超分子结构，由多个蛋白质和RNA分子组装而成。
大、小亚基的形状类似于扁平的椭圆形或球形，大亚基的直径约为70-80 埃，小亚基的直径约为40-50埃。
核糖体中的蛋白质和RNA分子通过相互作用形成了一个稳定的结构，使得 核糖体能够作为一个整体来执行功能。
02
每种氨基酸都有特定的氨酰tRNA合成酶，该酶具有高度的 专一性，只对一种氨基酸起作 用。
03
活化后的氨基酸通过酯键与 tRNA结合，形成氨酰-tRNA， 为接下来的蛋白质合成做准备。
氨基酸在细胞内的转运
氨基酸在细胞内的转运主要依靠细胞内不同的 转运体系来完成，这些转运体系能够识别和结 合相应的氨基酸，并将其转运到需要的地方。
通过调节翻译延长因子EF-Tu、EF-G等，可以影响蛋 白质合成的速率。
调节翻译终止
通过调节翻译终止因子eRFs的活性，可以控制蛋白质 合成的终止。
蛋白质生物合成与疾病的关系
疾病发生
01
当蛋白质生物合成体系出现异常时，可能导致某些疾病的发生，
如癌症、感染性疾病等。
疾病发展
02
蛋白质生物合成体系的变化可能影响疾病的发展进程，如肿瘤
蛋白质的折叠
1
蛋白质折叠是指蛋白质合成后，通过一系列复杂 的化学和物理过程，将其由线性肽链折叠成具有 特定三维结构的构象。
2
蛋白质折叠是一个自发的、动态的过程，需要依 靠分子伴侣、折叠酶等辅助因子来完成。
3
正确的蛋白质折叠对于维持细胞正常功能和生物 体的健康至关重要，而错误的折叠会导致多种疾 病的发生。
核糖体的功能
核糖体的结构
核糖体是一种高度复杂的超分子结构，由多个蛋白质和RNA分子组装而成。
大、小亚基的形状类似于扁平的椭圆形或球形，大亚基的直径约为70-80 埃，小亚基的直径约为40-50埃。
核糖体中的蛋白质和RNA分子通过相互作用形成了一个稳定的结构，使得 核糖体能够作为一个整体来执行功能。
02
每种氨基酸都有特定的氨酰tRNA合成酶，该酶具有高度的 专一性，只对一种氨基酸起作 用。
03
活化后的氨基酸通过酯键与 tRNA结合，形成氨酰-tRNA， 为接下来的蛋白质合成做准备。
氨基酸在细胞内的转运
氨基酸在细胞内的转运主要依靠细胞内不同的 转运体系来完成，这些转运体系能够识别和结 合相应的氨基酸，并将其转运到需要的地方。
通过调节翻译延长因子EF-Tu、EF-G等，可以影响蛋 白质合成的速率。
调节翻译终止
通过调节翻译终止因子eRFs的活性，可以控制蛋白质 合成的终止。
蛋白质生物合成与疾病的关系
疾病发生
01
当蛋白质生物合成体系出现异常时，可能导致某些疾病的发生，
如癌症、感染性疾病等。
疾病发展
02
蛋白质生物合成体系的变化可能影响疾病的发展进程，如肿瘤
蛋白质的折叠
1
蛋白质折叠是指蛋白质合成后，通过一系列复杂 的化学和物理过程，将其由线性肽链折叠成具有 特定三维结构的构象。
2
蛋白质折叠是一个自发的、动态的过程，需要依 靠分子伴侣、折叠酶等辅助因子来完成。
3
正确的蛋白质折叠对于维持细胞正常功能和生物 体的健康至关重要，而错误的折叠会导致多种疾 病的发生。
核糖体的功能
第11章 蛋白质的生物合成(共96张PPT)
携带Met的tRNA有两种：
甲硫氨酸tRNAm：tRNAmMet 甲酰甲硫氨酸tRNAf：tRNAfMet
甲酰FH4
蛋白质生物合成：
原核细胞以fMet- tRNAf为起点； 真核细胞以Met- tRNAm为起点
甲酰基转移酶
甲酰甲硫 氨酰tRNAf
（2）起始
1 核糖体大小亚基分离 2 mRNA在核糖体小亚基定位结合 3 起始氨基酰-tRNA与起始密码子结合 4 核糖体大亚基结合，形成70S起始复合物
内含肽与外显肽基因进行同步转录和翻译，当翻译形成蛋白质前体 后，内含肽具有自我催化功能，可从蛋白质中自体切除，形成成熟 的具有活性的蛋白。
内含肽剪接是自我催化，机制不详。
2．二硫键的形成
mRNA中没有胱氨酸的密码子，而不少蛋白质都含有二硫 键，这是蛋白质合成后通过两个半胱氨酸的氧化作用生成的。
核糖体亚基
rRNAs
蛋白
RNA的特异顺序和功能
细菌
70S 50S 23S=2904b 31种(L1-L31）含CGAAC和GTψCG互补
2.5×106D
5S=120b
66%RNA 30S 16S=1542b 21种(S1-S21) 16SRNA(CCUCCU)和S-D
顺序(AGGAGG)互补
哺乳动物
一级结构的核苷酸序列。 含量少，占总RNA的5%，容易降解。
开放阅读框
与蛋白质合成的正确起始有关。 避免mRNA被核酸酶降解，增强其稳定性。
遗传密码子（genetic codon）
mRNA分子中，从5’-3’ 每三个相邻的核苷酸组成的三联体，代表某个氨基酸或 其它信息，称为遗传密码子，也称三联体密码子。
U G AC
2. tRNA的功能
蛋白质生物合成
5'
A UG
3'
IF-3
mRNA在小亚基定位结合
S-D
IF-3
3） fMet-tRNAffmet 结合到小亚基 （ IF1，IF2，GTP）
IF-2 GTP
5'
A UG
3'
IF-1
IF-3
4）核糖体大、小亚基结合，形成70S复合物Fra bibliotekIF-2
GDP＋Pi
mRNA
5' 5'
50S 50S
IF-2 GTP
定的碱基组成一个反密码子，反向与mRNA 链上的密码子配对。
tRNA与氨基酸的活化
tRNA —— 运载活化型氨基酸
AU C
tRNA反密码子与mRNA上的密码子配对
tRNA有两个关键部位 ⑴ 3’端CCA：接受氨基酸，形成氨酰-tRNA。 需ATP供能（活化氨基酸）。
⑵ 反密码部位：与mRNA结合。
H2N N N N
Met-tRNA FH fMet的形成 f + N -甲酰 10 4 fMet-tRNA
N
5
H 10 H
f
2
甲酰化酶
CH2 NH
O CH fMet 2+ FH fMet-tRNA f 4
C NH CH COOH
Met-tRNA + OH f H
HCO 甲酰化酶 10 N -甲酰FH4
（1）进位
根据mRNA 下一组遗传密码 指导，使相应氨 基酰-tRNA进入 核糖体A位。
（2）成肽
P位上fMet-tRNAffMet由转肽酶催化，将氨 基酰基从tRNA转移，与A位下一氨基酰-tRNA 的-氨基形成肽键连接。成肽后，肽酰-tRNA 将暂留A位，P位有卸载的tRNA。
A UG
3'
IF-3
mRNA在小亚基定位结合
S-D
IF-3
3） fMet-tRNAffmet 结合到小亚基 （ IF1，IF2，GTP）
IF-2 GTP
5'
A UG
3'
IF-1
IF-3
4）核糖体大、小亚基结合，形成70S复合物Fra bibliotekIF-2
GDP＋Pi
mRNA
5' 5'
50S 50S
IF-2 GTP
定的碱基组成一个反密码子，反向与mRNA 链上的密码子配对。
tRNA与氨基酸的活化
tRNA —— 运载活化型氨基酸
AU C
tRNA反密码子与mRNA上的密码子配对
tRNA有两个关键部位 ⑴ 3’端CCA：接受氨基酸，形成氨酰-tRNA。 需ATP供能（活化氨基酸）。
⑵ 反密码部位：与mRNA结合。
H2N N N N
Met-tRNA FH fMet的形成 f + N -甲酰 10 4 fMet-tRNA
N
5
H 10 H
f
2
甲酰化酶
CH2 NH
O CH fMet 2+ FH fMet-tRNA f 4
C NH CH COOH
Met-tRNA + OH f H
HCO 甲酰化酶 10 N -甲酰FH4
（1）进位
根据mRNA 下一组遗传密码 指导，使相应氨 基酰-tRNA进入 核糖体A位。
（2）成肽
P位上fMet-tRNAffMet由转肽酶催化，将氨 基酰基从tRNA转移，与A位下一氨基酰-tRNA 的-氨基形成肽键连接。成肽后，肽酰-tRNA 将暂留A位，P位有卸载的tRNA。
蛋白质生物合成(1)(共69张PPT)
多聚核糖体
主要内容
第一节、RNA在蛋白质生物合成中的作用 第二节、蛋白质生物合成过程 第三节、蛋白质合成后的加工修饰与转运
蛋白质合成过程可以分为四个阶段： ①氨基酸的活化与搬运；
②肽链合成的起始； ③肽链的延长；
④肽链的终止。
一、氨基酸的活化
概念：氨基酸与特异的tRNA结合形成氨基酰-
tRNA的过程称为氨基酸的活化。 参与氨基酸的活化的酶：
二、肽链合成的起始
起始阶段的基本过程：
1. IF-3 与小亚基结合使核糖体大小亚基分离； 2. 在IF-1、IF-2和GTP的协助下，mRNA在小亚 基精确定位结合；起始氨基酰-tRNA结合起始密
码子；
3.核糖体大亚基结合； 4. mRNA、fMet-tRNAifMet和核糖体构成三元 起始复合物。
密码子特点——简并性
ACU
ACC ACA
ACG 苏氨酸
UGU UGC UGA UGG 缬氨酸
CUU CUC UUG CUA
UUA CUG
亮氨酸
为同一种氨基酸编码的各密码子称为简并性密码子，也 称同义密码子 。
简并性主要发生在密码子的第三位碱基，故该碱基改变 时往往不影响氨基酸的翻译（同义突变）。
氨基酰-tRNA合成酶
aminoacyl tRNA synthetase
氨基酰-tRNA合成酶作用机理
① 氨基酸 ＋ ATP-E 氨基酰-AMP-E ＋ PPi ② ＋ tRNA
氨基酰-tRNA ＋ AMP ＋ E
E
E
氨基酰-tRNA合成酶的作用特点之一
氨基酰-tRNA合成酶对底物氨基酸和tRNA都有
缬
丙
酪
甘
注册的反应过程（动画）
第十一章%20蛋白质生物合成doc
第十一章蛋白质生物合成
一、名词解释
翻译、遗传密码、密码子、无意义密码子、反密码子、SD序列、同工受体tRNA、密码子的变偶性、多核糖体、信号肽、分子伴侣
二、问答题
1. 在麦胚无细胞蛋白合成体系中，加入氨基酸、A TP和人工合成的模板poly（UUAC），
形成的多肽具有什么氨基酸顺序?
2. 蛋白质合成体系包括那些组分？
3. 遗传密码是如何破译的？
4. 遗传密码有那些特点？
5. 核糖体的基本组成、结构及功能如何？
6. 氨酰tRNA合成酶有何功能？
7. 在翻译过程中哪些环节保证了所合成的多肽正确无误？。
第十一章 第三节 蛋白质的生物合成
E位：排出位 E位(ex：it排si出te)位
(exit site)
二、蛋白质生物合成过程
（一）原核生物翻译起始复合物形成
核蛋白体大小亚基分离； mRNA在小亚基定位结合； 起始氨基酰-tRNA的结合； 核蛋白体大亚基结合。
第十一章
•核蛋白体大小亚基分离
50S
E PA
IF-3 30S
IF-1
熟悉
•参与复制的酶类和因子及基本过程； •蛋白质合成的基本过程； •PCR技术原理及基因工程基本过程。 •逆转录过程；
了解
•染色体DNA的损伤与修复及其修复方式； •蛋白质合成与医学的关系：分子病。
学会 •DNA复制、RNA转录的基本原理; 能
够解释分子疾病和治疗靶点。
第十一章
第三节 蛋白质的生物合成（翻译）
起始密码(initiation coden): AUG
终止密码(termination coden): UAA，UAG，UGA
第十一章
遗 传 密 码 表
遗传密码的特点
1.方向性 2.连续性 3.简并性 4.通用性 5.摆动性
摆动配对
转运氨基向配对结合，
第十一章
•mRNA在小亚基定位结合
AUG
E PA
IF-3 30S
IF-1
第十一章
•起始氨基酰-tRNA的结合
fMet
IF-2 UAG
GDP
AUG
E PA
IF-3
30S
IF-1
第十一章
•核蛋白体大亚基结合
fMet
50S
UAG
IF-2 GDP
AUG
E PA
IF-3 30S
IF-1
第十一章
(exit site)
二、蛋白质生物合成过程
（一）原核生物翻译起始复合物形成
核蛋白体大小亚基分离； mRNA在小亚基定位结合； 起始氨基酰-tRNA的结合； 核蛋白体大亚基结合。
第十一章
•核蛋白体大小亚基分离
50S
E PA
IF-3 30S
IF-1
熟悉
•参与复制的酶类和因子及基本过程； •蛋白质合成的基本过程； •PCR技术原理及基因工程基本过程。 •逆转录过程；
了解
•染色体DNA的损伤与修复及其修复方式； •蛋白质合成与医学的关系：分子病。
学会 •DNA复制、RNA转录的基本原理; 能
够解释分子疾病和治疗靶点。
第十一章
第三节 蛋白质的生物合成（翻译）
起始密码(initiation coden): AUG
终止密码(termination coden): UAA，UAG，UGA
第十一章
遗 传 密 码 表
遗传密码的特点
1.方向性 2.连续性 3.简并性 4.通用性 5.摆动性
摆动配对
转运氨基向配对结合，
第十一章
•mRNA在小亚基定位结合
AUG
E PA
IF-3 30S
IF-1
第十一章
•起始氨基酰-tRNA的结合
fMet
IF-2 UAG
GDP
AUG
E PA
IF-3
30S
IF-1
第十一章
•核蛋白体大亚基结合
fMet
50S
UAG
IF-2 GDP
AUG
E PA
IF-3 30S
IF-1
第十一章
分子生物学：蛋白质的生物合成
IF-3 促进大小亚基分离，提高P位对结合起始tRNA的敏 感性；促使小亚基结合于mRNA起始部位（SD序列）
EF-Tu 促进氨基酰-tRNA进入A位，结合并分解GTP
EF-Ts EF-G
RF-1 RF-2 RF-3
需要GTP,活化EF-Tu
有转位酶活性，促进mRNA-肽酰-tRNA由A位移至P 位，促进tRNA卸载与释放
1988年，MIT的Hou和Schimmel 通过比较tRNA的D柄、反密码 柄、TψC柄和氨基酸接受柄等突变进一步证明了氨基酸 接 受 柄 上 G3U70 决 定 着 氨 基 酸 的 特 异 性 。 由 此 ， ChristiandeDuve提出了第二套密码系统的概念或学说。 该学说认为tRNA氨基酸接受柄有一副密码区，可被氨 基酰tRNA合成酶识别，并决定tRNA的特异性。 17
5. 起动因子、延长因子及释放因子的结合位点： 分别由大、小亚基成分构成。
31
第二节 蛋白质合成的分子机制
32
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。
活化氨基酸在核蛋白体上的缩合过程，包括多肽链合 成的起始、延长和终止三个阶段。
38
氨基酸与tRNA间的负载专一性
a) 氨基酰tRNA合成酶（AARS）对氨基酸的特异识别与结合
AARS: aa binding site, tRNA binding site, ATPsite
aa binding site 对结构相似的氨基酸的双筛作用
例；Cys HS—CH2—CH—COOH
NH2
➢ 1966年，Nirenberg和 KhorUnU绘制全部64个密码 子的遗传密码字典
EF-Tu 促进氨基酰-tRNA进入A位，结合并分解GTP
EF-Ts EF-G
RF-1 RF-2 RF-3
需要GTP,活化EF-Tu
有转位酶活性，促进mRNA-肽酰-tRNA由A位移至P 位，促进tRNA卸载与释放
1988年，MIT的Hou和Schimmel 通过比较tRNA的D柄、反密码 柄、TψC柄和氨基酸接受柄等突变进一步证明了氨基酸 接 受 柄 上 G3U70 决 定 着 氨 基 酸 的 特 异 性 。 由 此 ， ChristiandeDuve提出了第二套密码系统的概念或学说。 该学说认为tRNA氨基酸接受柄有一副密码区，可被氨 基酰tRNA合成酶识别，并决定tRNA的特异性。 17
5. 起动因子、延长因子及释放因子的结合位点： 分别由大、小亚基成分构成。
31
第二节 蛋白质合成的分子机制
32
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。
活化氨基酸在核蛋白体上的缩合过程，包括多肽链合 成的起始、延长和终止三个阶段。
38
氨基酸与tRNA间的负载专一性
a) 氨基酰tRNA合成酶（AARS）对氨基酸的特异识别与结合
AARS: aa binding site, tRNA binding site, ATPsite
aa binding site 对结构相似的氨基酸的双筛作用
例；Cys HS—CH2—CH—COOH
NH2
➢ 1966年，Nirenberg和 KhorUnU绘制全部64个密码 子的遗传密码字典
蛋白质的生物合成 1(共83张PPT)
一、mRNA
• （一） mRNA上的开放阅读框 • 开放阅读框（ open reading frame, ORF)：
mRNA5′端起始密码子开始到3´端终止密码子之间连续
的、无重叠的一连串密码子组成的蛋白质编码区。
• ·····AUGGCGAACGCU ······UAG ·····
（二）密码子
64个
• 去向：胞液、其他细胞器、体液（运输到 靶细胞或器官）
• 信号序列（ signal sequence） ：新合成 的蛋白质分子中引导蛋白质输送到细胞靶部位 的特异氨基酸序列。
信号序列包括：信号肽（内质网） 、核定位序 列NLS （核）、 前导肽（线粒体）等
靶向输送蛋白的信号序列或成分
靶向输送蛋白
• 40S结合多种起始因子（ eIF1A、eIF3 、eIF5B-GTP），并俘获eIF2－GTP-Met
－tRNAiMet（P site），形成43S 复合物。
•
mRNA的5′Cap与复合体eIF4F结合，并俘获eIF4B,RNA解旋,形成eIF4F/4B
－mRNA复合体。
• eIF4F/4B－mRNA 俘获43S复合物，43S复合物沿mRNA 5′ 3′方向扫描 起始AUG， 在mRNA上准确定位。
码子上游的一段富含嘌呤碱基的8－13核苷酸的序列。又称为核
蛋白体结合位点（ribosomal binding site，RBS)
Step2 ：定位fMet－tRNAifMet
• fMet－tRNAifMet-IF2
－GTP 进入 P site，并 与起始AUG配对。
Step3 ：结合50S大亚单位，形成70S复合物
（二）摇摆性 （wobble）
• 反密码子（anti-codon）的第1位与密码子（codon）第 3位配对时，不严格遵循碱基配对原则
• （一） mRNA上的开放阅读框 • 开放阅读框（ open reading frame, ORF)：
mRNA5′端起始密码子开始到3´端终止密码子之间连续
的、无重叠的一连串密码子组成的蛋白质编码区。
• ·····AUGGCGAACGCU ······UAG ·····
（二）密码子
64个
• 去向：胞液、其他细胞器、体液（运输到 靶细胞或器官）
• 信号序列（ signal sequence） ：新合成 的蛋白质分子中引导蛋白质输送到细胞靶部位 的特异氨基酸序列。
信号序列包括：信号肽（内质网） 、核定位序 列NLS （核）、 前导肽（线粒体）等
靶向输送蛋白的信号序列或成分
靶向输送蛋白
• 40S结合多种起始因子（ eIF1A、eIF3 、eIF5B-GTP），并俘获eIF2－GTP-Met
－tRNAiMet（P site），形成43S 复合物。
•
mRNA的5′Cap与复合体eIF4F结合，并俘获eIF4B,RNA解旋,形成eIF4F/4B
－mRNA复合体。
• eIF4F/4B－mRNA 俘获43S复合物，43S复合物沿mRNA 5′ 3′方向扫描 起始AUG， 在mRNA上准确定位。
码子上游的一段富含嘌呤碱基的8－13核苷酸的序列。又称为核
蛋白体结合位点（ribosomal binding site，RBS)
Step2 ：定位fMet－tRNAifMet
• fMet－tRNAifMet-IF2
－GTP 进入 P site，并 与起始AUG配对。
Step3 ：结合50S大亚单位，形成70S复合物
（二）摇摆性 （wobble）
• 反密码子（anti-codon）的第1位与密码子（codon）第 3位配对时，不严格遵循碱基配对原则
第十一章_蛋白质的生物合成
第二节 遗传密码
• mRNA分子中所存储的蛋白质合成信息，是由 组成它的四种碱基（A、G、C和U）以特定顺序 排列成三个一组的三联体代表的，即每三个碱基 代表一个氨基酸信息。
• 这种代表遗传信息的三联体称为密码子，或三联 体密码子。
• 因此 mRNA 分子的碱基顺序即表示了所合成蛋 白质的氨基酸顺序。
AA—AMP + PPi
氨基酰tRNA合成酶
AA—AMP + tRNA
AA—tRNA + AMP
2.氨基酰tRNA合成酶
所催化的第一步氨基酸的活化并不严格专一的，
催化的第二步酯化反应高度专一性。
是减少蛋白质合成错误几率的手段之一。
四、mRNA
• 是蛋白质合成的直接模板，指导肽链的合 成。
• mRNA分子上的核苷酸顺序决定蛋白质分 子的氨基酸顺序。
4.密码子的连续性 5.密码子的摆动性
tRNA的反密码子（阅读方向3’ 5’ ） mRNA上密码子（阅读方向5’ 3’ ）
tRNA的反密码子的5’末端的碱基可以和几个不 同的碱基配对。
I —C、U、A 6.无编码氨基酸
羟脯氨酸和羟赖氨酸无密码子
第三节、蛋白质的生物合成
• 1.氨基酸的活化
（1）氨基酸的活化
第十一章 蛋白质的 生物合成
第一节 蛋白质合成体系
一 、 中 心 法 则
二、核糖体
• 无膜的细胞器 • 由rRNA和蛋白质组成。 • 3个基本功能： — 识别mRNA起始位点并开始翻译； — 密码子与tRNA的反密码子正确配对； — 合成肽键。
Topic 4: the ribosome
Fig 14-17 two views of the ribosome
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密码子或称三联体密码，即mRNA上决定一 个特定氨基酸的三个核苷酸 。 3. 密码子的确定 用各种人工合成模板在体外翻译蛋白质的方法 确定 用核糖体结合技术测定密码子中的核苷酸排列 顺序 1961年 ~1965年4年时间，完全确定了编码20种 天然氨基酸的密码子，编出了遗传密码字典。
原核：甲酰甲硫氨酸 ( fMet )
(2)70S起始复合物的形成 细菌中的起始因子: IF1: 结合在30S亚基上作为完全起始复合物的一部分，
起稳定此复合物的作用。
IF2: 结合到特异的起始tRNA（fMet-tRNA），并 将起始tRNA置于小亚基上。 IF3:30S小亚基特异地与mRNA起始部位结合需要 IF3 .IF3还作为70S核糖体的解离因素，产生30S 亚基。
第三节
转移RNA的功能
在蛋白质合成中，tRNA起着运载氨基酸的 作用，按照mRNA链上的密码子所决定的氨基酸 顺序将氨基酸转运到核糖体的特定部位。 tRNA有两个关键部位： ⑴ 3’端CCA：接受氨基酸，形成氨酰-tRNA. 需ATP提供活化氨基酸所需的能量。 ⑵ 与mRNA结合部位—反密码子部位(tRNA 的接头作用) 此外, tRNA上尚有(3)识别氨酰tRNA合成酶的 位点, (4)核糖体识别位点
二、遗传密码的基本特征
1. 遗传密码的连续性(commaless) 密码子之间没有任何起“标点”作用的空格, 阅读mRNA时是连续的,一次阅读3个核苷酸(碱基).
2. 遗传密码的不重叠性(nonoverlapping) 在绝大多数生物中,阅读mRNA时是以密码 子为单位，不重叠地阅读。 少数大肠杆菌噬菌体的RNA基因组中部分基 因的遗传密码是重叠的。
20种氨基酸中每一种都有各自特异的氨酰tRNA合成酶。 氨酰-tRNA合成酶具有高度的专一性，它既 能识别相应的氨基酸（L-构型），又能识别与此 氨基酸相对应的一个或多个tRNA 分子；即使AA 识别出现错误，此酶具有水解功能，可以将其水 解掉。这种高度的专一性保证了氨基酸与其特定 的tRNA准确匹配，从而使蛋白质的合成具有一 定的保真性。
密码子与反密码子的 阅读方向均为5‘ 3’， 3’ 两者反向平行配对。 CCG GGC
CCA-OH
5’
I 3’
5’
第四节 蛋白质生物合成的分子机制
一、肽链延伸合成的方向和速度 （一）方向 N 端→C端 （二）速度 肽链延伸的速度极快，一个核糖体合成一条 完整的血红蛋白α-链(146个AA)3分钟, 0.8AA/秒. 大肠杆菌 20个AA/秒
不重叠密码
重叠密码
3.遗传密码具有简并性（degeneracy） (1)除Met(AUG)和Trp(UGG)外，每个氨基酸 都有两个或更多的密码子，这种现象称为密码子 的简并性（degenecy）。 (2)同义密码：同一个氨基酸的不同密码子称同 义密码子（synonyms）。 （3）简并性的生物学意义 减少有害突变，对生物物种的稳定有一定意 义。 （4）密码的简并性往往表现在密码子的第三位 碱基上
(三)肽链的延长
肽链的延长分为四个步 骤： 进位 转肽 脱落 移位----核糖体循环 1. 进位： 1) 一个新的氨酰tRNA进入A位， 2) 延长因子参加: 3) 消耗1个GTP
2. 转肽： 1) 肽酰基从P位转到A位,肽键的形成； 2) 负责肽键合成的酶称为肽酰转移酶 （peptityl transferase），简称转肽酶。 3) 肽的转移是核糖体大亚基（50S或60S）的 功能。 4)抗菌素嘌呤霉素抑制蛋白质合成,使新生的 肽链在合成未完成之前就释放出来。
五.活性肽合成的特征
P.285--286
本章主要内容: 一、遗传密码 二、核糖体 三、转移RNA的功能 四、蛋白质生物合成的分子机制 五、真核生物与原核生物蛋白质合成的差异 六、蛋白质合成的抑制剂 重点：蛋白质合成过程及分子机制 蛋白质合成的忠实性 氨酰-tRNA合成酶的作用及决定蛋白质 合成忠实性的分子机制
第一个氨基酸参入需消耗3个（活化2+起始1 ）,以后 每掺入一个AA需要消耗4个（活化2 +进位 1个 +移位 1个）。
从氨基酸开始合成一个含200个残基的蛋白 质需要消耗多少高能磷酸键? 活化一个氨基酸 -2 200×2=400 起始一次 ： -1 形成一个肽键： - 2 199×2=398 共消耗高能键 400＋398＋1=799
(二)肽链合成的起始 1.70S起始复合物的形成 (1)起始氨基酸及起始tRNA
原核：甲酰甲硫氨酸 fMet
起始氨基酸
真核：甲硫氨酸 Met
起始氨酰-tRNAi:
甲硫氨酰-tRNAi
甲酰化
①甲酰化后才能与IF2 结合生成30S复合物
②甲酰化防止起始氨基酸进入延伸中的肽链 ③使fmet-tRNA i 结合在核糖体P部位 ④延长因子EF-Tu识别未甲酰化的 Met-tRNA
2. 终止机制:
1) 释放因子与终止密码子结合使转肽酶活性变 成水解酶活性，水解了P位点上多肽与tRNA之间 的键，释放出多肽和tRNA。 2) 在基因中，终止密码子总是紧接在编码最 后一个氨基酸的密码子后面。任何一个三联密码 发生无义突变时都足以终止其基因的蛋白质合成。 3) 在原核生物的基因中，UAA是最常见的终 止密码，其它依次为UGA和UAG，但阅读UGA存 在更多的错误。（错误阅读终止密码就是一个氨 基酰－tRNA对它产生错误反应，使蛋白质合成继 续进行，直到另一个终止密码出现）。
(四) 肽链合成的终止与释放
1. 终止信号 1) 终止密码子: UAA、 UGA 、UAG 正常细胞不含能和终止密码子互补的反密码 子的tRNA，这些终止密码子能被终止因子所 识别。 2) 释放因子（release factor，RFs）： RF1 : 识别UAA 、 UAG RF2 : 识别UAA 、 UGA RF3 : 不识别终止密码子,但刺激另外两个因 子活性，协助肽链释放
多核糖体 是一个mRNA分 子与一定数目的单 个核糖体结合而成 的，形成念珠状 。 每个核糖体可以独 立完成一条肽链的 合成，提高了翻译 的效率。
原核生物 转录与翻译相偶联
四、 蛋白质合成所需的能量
蛋白质的合成是一个高耗能过程
AA活化 肽链起始 进位 移位
2个高能磷酸键（ATP） 1个（70S复合物形成，GTP） 1个（GTP） 1个（GTP）
3. 脱落
转肽后，P部位上空载的tRNA经出口位 点 (E) 脱落
4. 移位： 1) 核糖体向mRNA 3′端移动一个密码子，移位 导致肽酰－tRNA从A位点移出，进入P位点;空着 的A位点为下一个密码子对应的氨酰－tRNA的进 入作好准备。 2) 需要1个GTP 3) 三位点模型: 1989年德国的Nierhaus等提 出模型认为，细菌tRNA及mRNA相对于核糖体发生 移位后，空载tRNA并未立即从核糖体上解离下来， 而是移到了E位点（出口位点），当新的氨酰－ tRNA结合到A位点时，E位点的空载tRNA才解离下 来，此过程涉及到核糖体构象的变化，该变化有 利于核糖体对正确氨基酰－tRNA的识别作用，从 而提供了蛋白质合成的精确性。
4. 密码的变偶性——摆动性(wobble) tRNA上的反密码子与mRNA上的密码子配 对时，密码子的第一位、第二位碱基配对是严格 的，第三位碱基可以有一定变动， Crick称这种 现象称为密码的摆动性或变偶性（wobble）。如 tRNA反密码子第一位的IA、U、C配对。 显然, 密码子的专一性基本取决于前两位碱 基，第三位碱基起的作用有限(有较大灵活性)。 所以几乎所有氨基酸的密码子都可以用 和 来表示.
二、mRNA 上翻译的方向 1. 用人工合成的多核苷酸作模板证明
2. 翻译方向： 5′→3'
三、原核生物蛋白质生物合成的分子机制 (一)氨基酸的活化 氨基酸在掺入肽链前必须活化,在胞液中进行。 氨基酸的活化是指各种参加蛋白质合成的AA与携 带它的相应的tRNA结合成氨酰- tRNA的过程。活 化反应在氨酰-tRNA 合成酶的催化下进行。 1. 部位:细胞质 2. 酶:氨酰-tRNA合成酶 3. 能量:消耗2ATP 4. 产物: 氨酰-tRNA 甲酰化产物fMet-tRNA(原核生物起始AA)
第十一章
蛋白质的生物合成
第一节 遗传密码
一、遗传密码和密码单位 1. 遗传密码 指mRNA中的核苷酸序列与多肽中氨基酸序 列之间的对应关系, 通常是指核苷酸三联体决定 氨基酸的对应关系, 故也称三联体密码或密码子. 2. 密码单位 1954年物理学家Gamov G 首先对遗传密码 进行探讨: 41=4; 42=16; 43=64, 足以编码20种氨 基酸， 密码（ codon ）应是三联体（triplet）.
5.遗传密码的通用性和变异性 (1)通用性:指各种低等和高等生物,包括病毒、 细菌及真核生物,基本上共用一套遗传密码. (2)密码的变异性:目前已知线粒DNA(mtDNA)的 编码方式与通用遗传密码子有所不同.
6.密码子有起始密码子和终止密码子 （1）起始密码子:AUG(Met)多数原核,真核生物 GUG 少数情况 (2)终止密码子:UAA、UAG和UGA 不编码任何氨基酸, 又称为无义密码子 （nonsense codons）或终止密码子（chain－ terminating codons）， 它们单个或串联在一起用于多肽链翻译的 结束，没有相应的tRNA存在。 关于SD序列
第二节 核糖体
一、核糖体是蛋白质合成的工厂 用放射性同位素标记氨基酸，注射到小鼠 体内，经短时间后取出肝脏，制成匀浆，离 心，分离各细胞器，发现核糖体放射性最强， 说明核糖体是蛋白质合成部位。
二、核糖体的结构
原核生物
真核生物