生物化学第十二章 蛋白质的合成

原核生物 多顺 反子
真核生物 单顺 反子
非编码序列
mRNA上存在遗传密码 2、mRNA上存在遗传密码
mRNA分子上从5 方向， AUG开始 开始， mRNA分子上从5′至3′方向，由AUG开始，每3个核 分子上从 苷酸为一组， 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，称为三联体密码 code） （triplet code） 起始密码（ 起始密码（initiation coden）: AUG ） 终止密码（termination coden）: 终止密码（ ） UAA，UAG，UGA ， ，
SD序列：在翻译起始密码子AUG的上游，相距约8 13 AUG的上游 SD序列：在翻译起始密码子AUG的上游，相距约8—13 序列 个核苷酸处，有一段由4 个核苷酸组成的富含嘌 个核苷酸处，有一段由4-9个核苷酸组成的富含嘌 的序列。这一序列以AGGA为核心， AGGA为核心 呤的序列。这一序列以AGGA为核心，因其发现者 Shine-Dalgarno而得名 mRNA上的 上的S 是Shine-Dalgarno而得名 。 mRNA上的S-D序列又 称为核蛋白体结合位点。 称为核蛋白体结合位点。 核蛋白体结合位点 原核生物核蛋白体小亚基上的16S-rRNA近 -末端处， 原核生物核蛋白体小亚基上的16S-rRNA近3’-末端处， 16S 有一段短序列…UCCU 是与 有一段短序列 UCCU…是与S-D序列互补的。 UCCU 是与S 序列互补的。
第十二章 蛋白质的生物合成
Protein Biosynthesis，Translation ，
目 录：
蛋白质生物合成体系 蛋白质的合成过程 蛋白质的后期加工
翻译是蛋白质生物合成的同义词
翻译的过程就是将核酸中由4 翻译的过程就是将核酸中由4种碱基 序列组成的遗传信息，通过遗传密码破译 序列组成的遗传信息，通过遗传密码破译 组成的遗传信息 遗传密码 的方式转变成为蛋白质中的20种 的方式转变成为蛋白质中的20种氨基酸排 20 列顺序。 列顺序。
A C C
氨基酸臂
1 2 3
ห้องสมุดไป่ตู้
反密码环
tRNA的三级结构示意图 的三级结构示意图
1、氨基酰-tRNA合成酶 氨基酰-tRNA合成酶
tRNA分子的反密码环与mRNA上的密码配对。 tRNA分子的反密码环与mRNA上的密码配对。 分子的反密码环与mRNA上的密码配对 tRNA的 -末端-CCA-OH是氨基酸的结合位点 是氨基酸的结合位点。 tRNA的3’-末端-CCA-OH是氨基酸的结合位点。 氨基酸之间的 之间的“ 由密码 — 反密码 - 氨基酸之间的“对号入 座”，保证了从核酸到蛋白质信息传递的准确 性。
4）核蛋白体大亚基结合
IF-3脱落，在已有mRNA和fMet-tRNA的小亚基上， IF- 脱落，在已有mRNA和fMet-tRNA的小亚基上， mRNA 的小亚基上 加入核蛋白体的大亚基， 加入核蛋白体的大亚基，成为一个已准备好的翻译 系统整体，即翻译起始复合物。 系统整体， 翻译起始复合物。 +50S大亚基 50S mRNA+fMet-tRNA+小亚基 70S mRNA. fMetmRNA+fMet-tRNA+小亚基 70S.mRNA. fMet-tRNA IF3 IF1 IF2 IF3 IF1 IF2 GDP+Pi
核 蛋 白 体 的 组 成
原核生物翻译过程中核蛋白体结构模式: 原核生物翻译过程中核蛋白体结构模式
P位：肽酰位 位 (peptidyl site) A位：氨基酰位 位 (aminoacyl site) E位：排出位 位 (exit site)
tRNA与氨基酸的活化 与氨基酸的活化P573 12.1.3 tRNA与氨基酸的活化P573
3）摆动性 （Wobble） Wobble）
密码子与 反密码子配对， 反密码子配对， 有时会出现不 遵从碱基配对 规律的情况， 规律的情况， 称为遗传密码 的摆动现象。 的摆动现象。
A U C
摆动 配对
1 2 3
密码子、反密码子配对的摆动现象 密码子、
反密码子 第一位碱基 密码子 第三位碱基
I A,C, U
2、 氨基酸的活化
氨基酰-tRNA合成酶 合成酶 氨基酰 (aminoacyl-tRNA synthetase)
氨基酰-tRNA合成酶 合成酶 氨基酰 ATP
氨基酸 + tRNA
氨基酰氨基酰 tRNA AMP＋PPi
第一步反应
氨基酰-AMP-E ＋ PPi 氨基酸 ＋ATP-E —→ 氨基酰
第二步反应
原核生物翻译起始复合物形成
核蛋白体大小亚基分离； 核蛋白体大小亚基分离； mRNA在小亚基定位结合； mRNA在小亚基定位结合； 定位结合 起始氨基酰-tRNA的结合； 起始氨基酰-tRNA的结合； 的结合 核蛋白体大亚基结合。 核蛋白体大亚基结合。
在整个形成起始复合物的过程中， 在整个形成起始复合物的过程中，需要起 始因子（ 始因子（initiation factor，IF）参与。 ， ）参与。
氨基酰-AMP-E 氨基酰 ＋ tRNA
氨基酰-tRNA 氨基酰 ＋ AMP ＋ E
↓
氨基酰-tRNA合成酶对底物氨基酸和 合成酶对底物氨基酸和tRNA都有 氨基酰 合成酶对底物氨基酸和 都有 高度特异性。 高度特异性。 氨基酰-tRNA合成酶具有校正活性 合成酶具有校正活性(proofreading 氨基酰 合成酶具有校正活性 activity) 。 氨基酰-tRNA的表示方法： 的表示方法： 氨基酰 的表示方法 Ala-tRNAAla Ser-tRNASer Met-tRNAMet
— 利于小亚基与mRNA，fMet-tRNAfMet结合。 利于小亚基与mRNA，fMet结合。 mRNA
2）mRNA在小亚基定位结合 mRNA在小亚基定位结合
1)原核生物mRNA通过 端SD序列 原核生物mRNA通过5 序列配对结合到 （1)原核生物mRNA通过5’端SD序列配对结合到 核糖体小亚基上的16S-rRNA近 -末端处（ 核糖体小亚基上的16S-rRNA近3’-末端处（有一段 16S 短序列…UCCU ）。IF-3对此有固定作用。 短序列 UCCU…）。IF- 对此有固定作用。 UCCU ）。IF (2)紧接SD序列的小段核苷酸， (2)紧接SD序列的小段核苷酸，又可以被核糖体 紧接SD序列的小段核苷酸 小亚基蛋白(rps-l)辨认结合。 小亚基蛋白(rps-l)辨认结合。 (rps 辨认结合
SD序列 序列
IF-1
E
IF-1 E
3）fMet-tRNA的结合 fMet-tRNA的结合
fmet-tRNA和IFGTP形成复合物 形成复合物， fmet-tRNA和IF-2及GTP形成复合物，只能辨认和 结合于mRNA的起始密码子AUG上 这个过程和mRNA mRNA在 结合于mRNA的起始密码子AUG上。这个过程和mRNA在 mRNA的起始密码子AUG 核糖体小亚基就位同时发生，这一结合，推动了 核糖体小亚基就位同时发生，这一结合， 同时发生 mRNA的前移，也保证了mRNA就位的准确性。 mRNA的前移，也保证了mRNA就位的准确性。 的前移 mRNA就位的准确性 进入起始密码位置 fMetIF2 fMet-tRNA + IF2 + GTP 小亚基上就位 IF1协助） 严格） （IF1协助） （严格）
U A,G
G U,C
4）通用性（Universal） 通用性（Universal）
从病毒直到人类，细胞核DNA指导的蛋白质 DNA指导的蛋白质 从病毒直到人类，细胞核DNA 合成都使用同一套遗传密码。 合成都使用同一套遗传密码。 * 研究发现，动物细胞的线粒体DNA、植 研究发现，动物细胞的线粒体DNA DNA、 物细胞的叶绿体DNA 在翻译时， 物细胞的叶绿体DNA，在翻译时，其密码阅读 DNA， 方式不同。 方式不同。
12.1 蛋白质生物合成体系
参与蛋白质生物合成的物质包括： 参与蛋白质生物合成的物质包括：
模板 mRNA 20种氨基酸（AA）作为原料 20种氨基酸（AA） 种氨基酸 酶及众多蛋白因子， IF、 酶及众多蛋白因子，如IF、eIF ATP、GTP、 ATP、GTP、无机离子 三种RNA 三种RNA –mRNA（messenger RNA, 信使RNA） mRNA（ 信使RNA RNA） mRNA –rRNA（ribosomal RNA, 核蛋白体RNA） rRNA（ 核蛋白体RNA RNA） rRNA –tRNA（transfer RNA, 转移RNA） tRNA（ 转移RNA RNA） tRNA
12.2 蛋白质生物合成过程
翻译的起始 翻译的延伸 翻译的终止
肽链合成的起始P574 12.2.1 肽链合成的起始P574
起始的三大特点： 起始的三大特点： ①核糖体小亚基结合起始tRNA 核糖体小亚基结合起始 ②在mRNA上找到合适的起始密码子 上找到合适的起始密码子 ③大亚基与以上物质构成起始复合物
12.1.2 核蛋白体是肽链合成的装置
即肽位(peptidyl site)，或给位， （1）P位：即肽位(peptidyl site)，或给位，在延 长成肽之后，3′端连接肽链的肽酰tRNA占据的位 长成肽之后，3′端连接肽链的肽酰tRNA占据的位 端连接肽链的肽酰tRNA 肽链转位至此，延长继续。 置，肽链转位至此，延长继续。 即氨基酰位(aminoacyl site)， （2）A位：即氨基酰位(aminoacyl site)，或称受 每次延长，氨基酰tRNA就加入到A位上， tRNA就加入到 位，每次延长，氨基酰tRNA就加入到A位上，延长 成肽中，此位因接受肽酰基链，故名受位。 成肽中，此位因接受肽酰基链，故名受位。 排出位(exit （3）E位：排出位(exit site)
1）核糖体亚基分离
起始因子 IF3 结合到核糖体 (70S) 的小亚基 解离； 上，使大亚基 (50S) 与小亚基 (30S) 解离；
大小亚基解离 核糖体70 70S IF3 IF1 30S小亚基.IF3 IF1 50S 核糖体70S + IF3 + IF1 30S小亚基.IF3.IF1 + 50S大亚基 （促解离）（促IF3作用） 促解离） IF3作用）
不同细胞核蛋白体的组成
原核生物 核蛋 白体 S rRNA 蛋白 质 70S 小亚基 30S 16SrRNA rpS 21 种 大亚基 50S 5S-rRNA 23S-rRNA rpL 36种 种 核蛋 白体 80S 真核生物 小亚基 40S 18SrRNA rpS 33 种 大亚基 60S 28S-rRNA 5S-rRNA 5.8SrRNA rpL 49种 种
12.1.1 翻译模板mRNA及遗传密码 翻译模板mRNA mRNA及遗传密码
mRNA是遗传信息的携带者 1、 mRNA是遗传信息的携带者
遗传学将编码一个多肽的遗传单位称为顺反 遗传学将编码一个多肽的遗传单位称为顺反 (cistron)。 子(cistron)。 原核生物的一段mRNA mRNA常常编码几种功能相关的 原核生物的一段mRNA常常编码几种功能相关的 蛋白质，这种mRNA被称为多顺反子 mRNA被称为多顺反子（ 蛋白质，这种mRNA被称为多顺反子（poly cistron）。 cistron） 真核生物的一段mRNA常常只能编码一条多肽链， 真核生物的一段mRNA常常只能编码一条多肽链， mRNA常常只能编码一条多肽链 这种mRNA被称为单顺反子 mRNA被称为单顺反子（ cistron） 这种mRNA被称为单顺反子（single cistron）。
遗 传 密 码 表
3、遗传密码的特点P571： 、遗传密码的特点 ：
1）连续性（Commaless） 连续性（Commaless）
移码突变（框移突变） 移码突变（框移突变）
2）简并性（Degeneracy） 简并性（Degeneracy）
遗传密码中， 遗传密码中，除色氨酸和甲硫氨酸仅有一个密码 子外，其余氨基酸有2 个或多至6 子外，其余氨基酸有2、3、4个或多至6个三联体为其 编码。这称为遗传密码的简并性。 编码。这称为遗传密码的简并性。 编码同一氨基酸的几组简并密码子上第一二位 编码同一氨基酸的几组简并密码子上第一二位 相同， 第三位碱基改变往往不影响氨基酸翻 碱基多相同 碱基多相同，而第三位碱基改变往往不影响氨基酸翻 译。