蛋白质合成(1)

3、密码子的通用性(universal) 密码子的通用性
• 蛋白质生物合成的整套密码，从原核生物到 蛋白质生物合成的整套密码， 人类都通用。 人类都通用。 • 密码的通用性进一步证明各种生物进化自同 一祖先。 一祖先。 • 已发现少数例外，如脊椎动物细胞线粒体中 已发现少数例外， 的UGA(Trp)---密码的变异性。 UGA(Trp)---密码的变异性。 ---密码的变异性
GCU GCC GCA GCG 如果DNA出现点突 出现点突 如果 变引起mRNA改变 变引起 改变
GCC GCC GCU GCU GCG GCG GCA GCA 翻译的蛋白质 是否改变？ 是否改变？
不变！？ 不变！？
2、密码子的连续性(commaless) 密码子的连续性 连续性(commaless)
tRNA反密码子 反密码子 第1位碱基 位碱基 mRNA密码子 密码子 第3位碱基 位碱基
I
U
G
A
C
U, C, A
A, G
U, C
U
G
※密码子与反密码子配对的摆动性可以减少突变频率
5、 密码子的方向性 密码子的方向性
即密码子解读方向为5′→ 即密码子解读方向为5′→ 3′
一、蛋白质合成体系的重要组分
遗传密码的特点 遗传密码的特点（5个性） 特点（ 个性）
1、密码子的简并性 2、密码子的连续性 3、密码子的通用性 4、密码子的摆动性 5、密码子的方向性
1、密码子的简并性（degeneracy） 密码子的简并性 degeneracy） 简并性（
一种氨基酸具有2 一种氨基酸具有2个以上的密码子的特性 称为密码的简并性。除色氨酸和甲硫氨酸仅有 称为密码的简并性。 一个密码子外，其余氨基酸有2 一个密码子外，其余氨基酸有2、3、4个或多至 6个三联体为其编码。 个三联体为其编码。 其中编码同一氨基酸的多个密码子称为同 义密码子。 义密码子。
以同聚核苷酸为模板指导多肽的合成
PolyU (UUUU…)为模板，产生的多肽链为 为模板， 为模板 Poly(phe) (即phe-phe-phe-phe…) 即 PolyC为模板，产生的多肽链为 为模板，产生的多肽链为Poly(pro) 为模板 PolyA为模板，产生的多肽链为 为模板，产生的多肽链为Poly(lys) 为模板
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 ′ ′--A 多肽 N ——蛋——丝——丝——脯——亮——精——苏——甘—— C 蛋 丝 丝 脯 亮 精 苏 甘
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— 蛋 —苏——酪——谷—— 谷（N）缬—C 苏 酪 谷 ）
遗传学将编码一个蛋白质或多肽的遗传单位称为顺 遗传学将编码一个蛋白质或多肽的遗传单位称为顺 反子(cistron) 反子(cistron) 原核细胞中数个结构基因常串联为一个转录单位， 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 可编码几种功能相关的蛋白质， 转录生成的mRNA可编码几种功能相关的蛋白质， 多顺反子(polycistron)mRNA。 为多顺反子(polycistron)mRNA。 真核细胞mRNA只编码一种蛋白质， 真核细胞mRNA只编码一种蛋白质，为单顺反子 只编码一种蛋白质 (single cistron)mRNA。 cistron)mRNA。
遗传密码：指决定蛋白质中各个 各个氨基酸顺序的核苷 遗传密码：指决定蛋白质中各个氨基酸顺序的核苷 酸顺序， mRNA编码区核苷酸的排列顺序与肽链 酸顺序，是mRNA编码区核苷酸的排列顺序与肽链 中氨基酸排列顺序之间的对应方式。 排列顺序之间的对应方式 中氨基酸排列顺序之间的对应方式。 编码区
mRNA AUGGGGCUCCGCUUGACAAAUUUACACGAA ‥UAG
第 十 一 章
蛋白质的生物合成 蛋白质的生物合成
Protein Biosynthesis
蛋白质的生物合成也称为翻译或表达， 蛋白质的生物合成也称为翻译或表达， 也称为翻译或表达 就是将核酸中由4 核苷酸序列编码的遗传 就是将核酸中由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 遗传密码破译的方式解读为蛋白 信息，通过遗传密码 质一级结构中20 质一级结构中20种氨基酸的排列顺序 。简言 20种 mRNA中的遗传信息转变为蛋白质 之，即将mRNA中的遗传信息转变为蛋白质 中氨基酸顺序的过程。 中氨基酸顺序的过程。
原核细胞的多顺反子 原核细胞的多顺反子mRNA 反子
5′ PPP ′ 3′ ′
蛋白质 真核细胞的单顺反子mRNA 真核细胞的单顺反子
5′ mG - PPP ′ 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 终止密码子
mRNA上存在遗传密码(genetic code) 上存在遗传密码 上存在
4、密码子的摆动性(wobble) 密码子的摆动性
mRNA密码子与 密码子与tRNA上的反密码子配对时，专 上的反密码子配对时， 密码子与 上的反密码子配对时 一性主要是由头两位碱基决定。密码子的第3 一性主要是由头两位碱基决定。密码子的第3位碱基 的反密码子的第1位碱基配对时 与tRNA的反密码子的第 位碱基配对时，有时不遵 的反密码子的第 位碱基配对时， 守严格的碱基配对原则， 称这为摆动性 守严格的碱基配对原则，Crick称这为摆动性。 称这为摆动性。
密码间无标点符号且相邻密码子互不重叠。 密码间无标点符号且相邻密码子互不重叠。 正确阅读密码必须从起始密码开始连续不断地 阅读，直到终止密码子。 阅读，直到终止密Βιβλιοθήκη Baidu子。
如果某一个核苷酸漏读、重读， 如果某一个核苷酸漏读、重读，或者在编码 区插入、 区插入、删除一个核苷酸就会使该处之后的读码发 生错误，这称为移码 由移码引起的突变叫“ 移码。 生错误，这称为移码。由移码引起的突变叫“移码 突变”。 突变”
AA
5′
AA
5′
AA
5′
3 2 1
3 2 1
3 2 1
3′
CG I
5′
3′
CGI
5′
3′
CGI
5′
5′---GCA-----------------GCU---------------GCA-------3′ ′
1 2 3 1 2 3 1 2 3
密码子、反密码子配对的摆动现象 密码子、反密码子配对的摆动现象
1、tRNA的结构特征 的结构特征
氨基酸臂
反密码环
每种AA都至少有一种 负责转运， 每种 都至少有一种tRNA负责转运，通常一种 具有 负责转运 通常一种AA具有 几种tRNA。 几种 。
、 书写方式： 书写方式：tRNAPhe、 tRNASer
2、tRNA的功能 的功能
合成酶识别， 1）被特定的氨酰-tRNA合成酶识别，使tRNA接 被特定的氨酰 合成酶识别 接 受正确的活化氨基酸。 受正确的活化氨基酸。 2）识别mRNA链上的密码子。 识别 链上的密码子。 3）在蛋白质合成过程中，tRNA起着连结生长的 在蛋白质合成过程中， 起着连结生长的 多肽链与核糖体的作用。 多肽链与核糖体的作用。
(一)、mRNA和遗传密码 和遗传密码 (二)、tRNA (三)、rRNA和核糖体 和核糖体 (四)、辅助因子和酶
t RNA
氨基酸的运载工具
tRNA在蛋白质合成中处于关键地位，它 在蛋白质合成中处于关键地位， 在蛋白质合成中处于关键地位 不但为每个三联体密码子译成氨基酸提供接合 体，还会准确无误地将所需氨基酸运送到核糖 体上提供运送载体。 体上提供运送载体。
5′－UUA－UUG－CUU－CUC －CUA －CUG － － － － 3′ － － － －
N—Leu—Leu —Leu—Leu—Leu—Leu— Leu— Leu—Leu—Leu—Leu—
— —C
密码简并性意义：减少由于基因点突变造成的差错； 密码简并性意义：减少由于基因点突变造成的差错； 简并性意义 对于保持生物物种的稳定性起着重要的作用。 对于保持生物物种的稳定性起着重要的作用。
mRNA 3′ -碱基 碱基 U C A G U C A A G U C A G U C A G
C C
A
G
遗传密码表：共有64种密码子，其中61 遗传密码表：共有64种密码子，其中61种是编码氨 64种密码子 61种是编码氨 基酸。3种不编码任何氨基酸而起肽链合成的终止作 基酸。 用，称为终止密码子，即UAA 、UAG、UGA。而密 称为终止密码子 终止密码子， UAG、UGA。 码子AUG不仅是 码子AUG不仅是Met的密码子，也是起始密码子。 不仅是Met的密码子 也是起始密码子 的密码子， 起始密码子。 起始密码(initiation 起始密码(initiation coden): 终止密码(termination 终止密码(termination coden): AUG ，GUG UAA，UAG，UGA UAA，UAG，
与肽链氨基酸对应方式 多肽链 Met-Gly-Leu-Arg-Leu-Thr-Asn-Leu-His-Glu ‥Stop
研究证明， 编码区上每3个连续 研究证明 ， mRNA编码区上每 个连续 编码区上每 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 密码子(codon) ， 这三个核苷酸就称为一个 密码子 三联体密码。 或三联体密码。
遗传密码字典
mRNA 5′ -碱基 碱基 U U U
中 间 碱 基
U U U 苯丙 苯丙 苯丙 亮 亮 亮 亮 亮 亮 异亮 异亮 异亮 甲硫） 蛋（甲硫） 缬 缬 缬 缬 C 丝 丝 丝 丝 脯 脯 脯 脯 苏 苏 苏 苏 丙 丙 丙 丙 A 酪 酪 终止 终止 组 组 谷氨酰胺 谷氨酰胺 天冬酰胺 天冬酰胺 赖 赖 天冬 天冬 谷 谷 G G 半胱 半胱 终止 色 精 精 精 精 精 丝 丝 精 精 甘 甘 甘 甘
参与蛋白质生物合成的各种组分构成了蛋白 参与蛋白质生物合成的各种组分构成了蛋白 质合成体系，该体系包括 质合成体系，该体系包括 包括： 三种RNA 三种RNA –mRNA（messenger RNA, 信使RNA） mRNA（ 信使RNA） –rRNA（ribosomal RNA, 核糖体RNA） rRNA（ 核糖体RNA） –tRNA（transfer RNA, 转移RNA） tRNA（ 转移RNA） 20种氨基酸(L-AA)作为原料 20种氨基酸 -AA)作为原料 种氨基酸(L 酶及众多蛋白因子，如IF、eIF 酶及众多蛋白因子， IF、 ATP、GTP、 ATP、GTP、无机离子
本章主要内容和要求
本章重点介绍各种RNA在蛋白质生物 本章重点介绍各种RNA在蛋白质生物 合成中的作用、原核生物蛋白质的合成过 合成中的作用、 程；对肽链合成后的加工与运输等作一般 介绍。 介绍。
本章内容
一、蛋白质合成体系的重要组分 二、蛋白质生物合成过程 三、蛋白质合成后的加工 四、蛋白质定位
一、蛋白质合成体系的重要组分
(一)、mRNA和遗传密码 和遗传密码 (二)、tRNA (三)、rRNA和核糖体 和核糖体 (四)、辅助因子和酶
m R NA
和遗传密码
mRNA 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。 模板， 基酸掺入的模板，是遗传信息的载体。
mRNA结构 mRNA结构
三联体密码的破译 遗传密码字典 遗传密码的性质
三联体密码的破译
方法：人工合成由一种、 方法：人工合成由一种、两种或三种核苷 酸组成的多聚核苷酸模板， 酸组成的多聚核苷酸模板，推测由哪一种 氨基酸合成的多肽 1、以同聚核苷酸为模板指导多肽的合成 以同聚核苷酸为模板指导多肽的合成 2、以特定的共聚核苷酸为模板指导多肽的合成 以特定的共聚核苷酸为模板指导多肽的合成
以特定的共聚核苷酸为模板指导多肽的合成
（ 1 ） 以两种核苷酸的共聚物作模板可合成由 2 种 以两种核苷酸的共聚物作模板可合成由2 氨基酸组成的多肽 如 PolyUG( 即 UGU GUG UGU…) PolyUG(即 UGU…
的模板，合成产物为Cys Val-Cys的模板，合成产物为Cys-Val-Cys-Val… Cys（2）以三种核苷酸共聚物作为模板，可得3种氨基酸 以三种核苷酸共聚物作为模板，可得3 组成的多肽。 组成的多肽。