动物生物化学15蛋白质生物合成—翻译-2王镜岩邹思湘
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第18章 蛋白质的合成与运转 王镜岩《生物化学》第三版笔记(打印版)
第十八章蛋白质的合成与运转第一节概述一、遗传密码（一）定义：密码子、遗传密码字典（二）基本特性并性可减少有害突变，也使DNA的碱基组成有较大的变化余地，在物种的稳定性上起一定作用。
I可与U、A、C配对，G可与U配对。
不编码氨基酸，作为终止密码子，只能被肽链释放因子识别。
AUG是起始密码子。
UGA编码色氨酸。
（一）结构RNA：有很多双螺旋区，16S在识别起始位点中起重要作用。
RNA位点：氨酰基位点(A)和肽酰基位点(P)，还有一个水解GTP的位点。
两个亚基的接触面上有信使RNA结合位点，核糖体上还有许多蛋白因子结合位点。
（二）多核糖体：由一个信使RNA与一些单个核糖体结合而成，呈念珠状。
这样可以同时合成许多肽链，提高了翻译的效率。
6个以上的多核糖体具有稳定的结构。
第二节翻译的过程一、准备（一）肽链的合成是由氨基端向羧基端进行的，速度很快，大肠杆菌每秒可聚合20个氨基酸。
信使RNA是从5’向3’翻译的。
（二）氨基酸的活化：由氨酰tRNA合成酶催化，分两步：形成氨基酸－AMP－酶复合物：氨基酸的羧基与5’磷酸形成高能酸酐键而活化。
RNA3’末端，与3’或2’羟基结合。
总反应为：此酶专一性很高，只作用于L-氨基酸，每种氨基酸都有一个专一的酶。
酶有校对机制，一方面对转运RNA有专一性，另一方面还有水解位点，可水解错误酰化的氨基酸。
（三）转运RNA的作用：起接头作用，根据密码子决定氨基酸的去向。
转运RNA反密码子的某些突变可抵销一些有害突变，称为校正突变。
二、肽链合成的起始（一）起始信号：起始密码子是AUG，其上游约10个核苷酸处有一段富含嘌呤的序列，可与16S rRNA的3’端互补，与起始有关。
（二）起始复合物的形成：N-甲酰甲硫氨酸，其转运RNA也有所不同，称为tRNAf，与甲硫氨酸结合后被甲酰化酶以甲酰四氢叶酸甲基化，生成fMet-tRNAf。
起始复合物：信使RNA先与小亚基结合，在起始因子3(IF3)的参与下形成mRNA-30S-IF3复合物，然后在IF1和IF2参与下与fMet-tRNAf和GTP结合，并释放IF3，形成30S起始复合物。
生物化学：第四章 蛋白质的生物合成-翻译及翻译后加工
2014/11/10
密码阅读方式
研究发现：在编码区增加或删除一个碱基，便无 法产生正常功能的蛋白质；增加或删除两个碱基 ，也无法产生正常功能的蛋白质。但是当增加或 删除三个碱基时，却合成了具有正常功能的蛋白 质。
克里克通过实验证明了遗传密码中三个碱基编码 一个氨基酸，阅读密码的方式是从一个固定的起 点开始，以非重叠的方式进行，编码之间没有分 隔符。
b. 1922 d. 1993
b. 1922 (in Raipur, India)
b. 1927
2014/11/10
密码子codon
2014/11/10
二、遗传密码的性质 （一） 密码子的简并现象（Degeneracy of codon）
1、简并现象的概念： 一种AA受两个以上codon 编码的遗传现象 遗传密码中，除色氨酸和甲硫氨酸仅有一个
2014/11/10
Section 2: Protein Biosynthesis
2014/11/10
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）
2014/11/10
连续性(commaless) 编码蛋白质氨基酸序列的各个三联体密码连续
阅读，密码间既无间断也无交叉 基 因 损 伤 引 起 mRNA 阅 读 框 架 内 的 碱 基 发 生 插 入
或缺失，可能导致框移突变(frameshift mutation)
2014/11/10
偏爱密码（codon bias) 一个AA有多个密码子 如：CCA CCT CCG CCC 都代表Pro,人类
密码阅读方式
研究发现：在编码区增加或删除一个碱基，便无 法产生正常功能的蛋白质；增加或删除两个碱基 ，也无法产生正常功能的蛋白质。但是当增加或 删除三个碱基时，却合成了具有正常功能的蛋白 质。
克里克通过实验证明了遗传密码中三个碱基编码 一个氨基酸，阅读密码的方式是从一个固定的起 点开始，以非重叠的方式进行，编码之间没有分 隔符。
b. 1922 d. 1993
b. 1922 (in Raipur, India)
b. 1927
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密码子codon
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二、遗传密码的性质 （一） 密码子的简并现象（Degeneracy of codon）
1、简并现象的概念： 一种AA受两个以上codon 编码的遗传现象 遗传密码中，除色氨酸和甲硫氨酸仅有一个
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Section 2: Protein Biosynthesis
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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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连续性(commaless) 编码蛋白质氨基酸序列的各个三联体密码连续
阅读，密码间既无间断也无交叉 基 因 损 伤 引 起 mRNA 阅 读 框 架 内 的 碱 基 发 生 插 入
或缺失，可能导致框移突变(frameshift mutation)
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偏爱密码（codon bias) 一个AA有多个密码子 如：CCA CCT CCG CCC 都代表Pro,人类
王镜岩生化第三版考研课件 第37章 遗传密码和蛋白质的生物合成ppt课件
3、核糖体是蛋白质合成的工厂
（二）蛋白质合成的步骤
1、氨酰tRNA的生成
氨酰tRNA合成酶
氨酰AMP
形成2’形式的酯
氨酰基团在2’ 3’间交换
形成3’形式的酯
形成3’形式的酯
2、氨酰tRNA合成酶识别：AA、tRNA 、ATP
Ⅰ型和Ⅱ型酶
3、氨酰tRNA合成酶的校正功能 ——水解非正确组合的AA和tRNA
• 异亮氨酰 – tRNAIle • 缬氨酰 – tRNAVal 缬氨酰 – tRNAIle则被水解： 缬氨酸+ tRNAIle
4、一个特殊的tRNA启动蛋白的合成
• 翻译起始于Met的参与
tRNAMet：携带Met掺入蛋白内部
tRNAiMet ：起始Met 掺入
——由同一种tRNA合成酶合成
起始因子识别tRNAiMet 延伸因子识别tRNAMet
①与核糖体A位紧密结合，阻碍氨基酰tRNA进入 ②抑制肽酰转移酶活性，肽链延伸受到影响
50S大亚基蛋白组分
（2）毒素
白喉霉素 催化蛋白发生ADP-核糖基化
共价修饰使EF-2失活 一条多肽单链，2个二硫键，2个结构域 β 结构域与细胞表面受体结合→ 毒素蛋白水解断裂 二硫键还原，产生A、B两片段： B协助A通过细胞膜，A为蛋白修饰酶
已合成的多肽链无法释放， 抑制70S核糖体的解离
四环素（土霉素、金霉素）
①作用于细菌30S小亚基，抑制起始复合物形成 ②抑制氨酰tRNA进入核糖体A位，阻滞肽链延伸； ③影响终止因子与核糖体的结合
四环素类抗生素对真核细胞核糖体也有抑制
但不能通过真核生物细胞膜 对70S核糖体的敏感性更高
氯霉素——广谱抗生素
……UGUGUGUGUGUGUGU……
《动物生物化学》(第四版)
科学的发展也不是单枪匹马的，多学科的互相交叉与渗透、 研究技术和实验手段的进步推动和加速了科学进步的步伐。
化学、物理学、细胞学、遗传学、微生物学以及电子显微镜、
超离心（ultra-centrifugation）、色谱（chromatography）、同
位素示踪（isotope tracing）、X-射线衍射（X-ray reflection）、 质谱（mass chromatography）以及核磁共振（nuclear magnetic
本章结束
酸化、酰基化等化学修饰作用对于蛋白质和酶在快速、高效传递代谢
信息和调节基因表达中的机制；核酸与蛋白质的相互作用与基因表达 的调节；催化核酸等。
信息爆炸导致了结构生物学（structural biology）的诞生。
蛋白质和核酸大分子之间的相互作用
基因组学和蛋白质组学
“人类基因组计划”（human genome project，HGP）历经10个年 头，在进入本世纪后不久宣布完成，人类基因组的解读为疾病的诊断、 防治和新药的研究开发提供了有力的武器。科学家已绘制出40余种生 物的基因组图谱，基因组的研究将进入功能基因组（functional genomics）阶段，即确定基因结构与功能的应用阶段。 蛋白质组学（proteomics）作为后基因组时代生命科学新的研 究领域正在崛起。它将一系列精细的技术，主要有2D-凝胶电泳、计 算机图象分析、质谱、氨基酸测序和生物信息学结合起来，高通量地、 综合地定量和鉴定蛋白质。建立蛋白组的生物信息数据库，将为重大 病症的发生提供新的预警和诊断标志，并为新药的开发提供新的思路。
理学、微生物学、免疫学、动物疾病诊断学等学科有着不可分割的联
系，因此学习和掌握生物化学的知识对于从事动物生产和动物健康事 业十分重要。
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2.DNA的复制包括哪些主要阶段？为什么复制具有半保留性？为什 么说子链的合成是半不连续的？
3.转录的终止出现在DNA分子中特定的碱基顺序上。原核DNA转录 的终止顺序有明显的结构特点，请予描述。除此以外，还有什么其 它的终止转录的方式？
4.关于多肽链的生物合成，请你说明: 氨基酰-tRNA合成酶的特点； 图示原核70S 起始复合物；解释延伸因子Tu的作用；并指出肽酰 基转移酶何时起作用。
2020/12/18
17
信号肽（signal peptide）未成熟蛋白中，可被细胞识别系统识别的特征性氨基酸序列。
2020/12/18
18
本章结束
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19
动物生物化学练习（3）
1．无论是在DNA复制、还是RNA的转录或者是蛋白质翻译的过程， 我们都能看到碱基互补配对的原则贯穿在遗传信息从DNA传递到蛋 白质的各个环节。请做简要地介绍并评价其生物学意义。
13
2.4、肽链的终止
氨基酸进位，肽链形成和延伸，核糖体沿着mRNA的5’——3’ 方向移位，循环往 复，新合成的肽链由氨基端向着羧基端不断延长，直至mRNA上出现终止密码，相应 的肽链释放因子RF1（对应UAA、UAG），RF2（对应UAA、UGA）占据A位。肽链 的合成终止，并从核糖体上释放。 核糖体大、小亚基解聚，并进入下一轮合成。
9
新的氨基酸-tRNA的进位依赖EF-Tu和Ts因子的协助
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10
肽键的形成
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11
肽键的形成由肽酰基转移酶催化 （此酶具有核酶的活性）
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12
原核生物肽链的延长 2020/12/18
核糖体沿着mRNA 5’——3’方向移位 EF-G因子和GTP参与 空载的tRNA从E位点离开
(2)多肽链的水解切除 水解切除其中多余的肽段，使之折叠成为有活性的酶或蛋白质。如 酶原激活
(3)氨基酸侧链的修饰 氨基酸侧链的修饰包括羟化、羧化、甲基化及二硫链的形成等。 (4)糖基化修饰 糖蛋白是细胞蛋白质组成的重要成分。它是在翻译后的肽链上以共 价键 与单糖或寡聚糖连接而成。糖基化是在酶催化下进行的。
Met 甲酰FH4
翻译起始时， 第一个氨基酸 一般是蛋氨酸， 其氨基要甲酰 化，予以保护。
氨基酸与tRNA的 连接方式
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甲酰基
fMet-tRNA 6
2.2、起始复合物的形成
首先IF3、IF1帮助30S小亚基 与mRNA结合，IF2和GTP帮助 甲酰甲硫氨酸-tRNA与AUG配 对，接着IF3脱离，形成30S 起始复合物。50S大亚基进入， IF1和IF2脱离，形成50S起始 复合物，需要GTP。甲酰甲硫 氨酸-tRNA处于P位。
反应如下：
A A t R N A A T P 氨 酰 基 - t R N A 合 成 酶 A A - t R N A A M P P P i
氨基酸的羧基与tRNA 的3’端CCA-OH 以酯键相连，因此其氨基是自由的。
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5
酯键
tRNAfmet fMet-tRNA合成酶
5.为了克隆某个真核细胞的蛋白质的基因，研究人员更愿意先从组 织中分离它的mRNA，这样得到这个基因就不难了。为什么？
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20
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14
蛋白质合成的终止
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多个核糖体结合在同一条mRNA上，由5’——3’ 进行翻译，形成多核糖体（polyribosome）， 翻译速率得以提高
16
3.多肽链的修饰和加工
(1)N—端修饰 原核生物修饰时是由肽甲酰基酶除去甲酰基，多数情况甲 硫氨酸也被氨肽 酶除去，真核生物中甲硫氨酸则全部被切除。
大亚基
小亚基 tRNA
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1
核糖体
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2
2020/12/18
原核70S核糖体和真核80S核糖体的结构和组成
3
核糖体有4个基本功能
1. 容纳mRNA，并能沿着mRNA由5’——3’ 移动，由tRNA解读其密码；
2. 氨基酰位点（A位点），可结合氨基酰tRNA（AA-tRNA）；
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7
一个嘌呤丰富区 起始密码
起始密码AUG上游的S.D序列与16S rRNA3’端互补结合有利于 30S起始复合物的形成
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8Hale Waihona Puke 2.3、肽键的形成和延伸 （注意新的AA-tRNA如何定位，第一个肽键如何形成，核糖体如何移动…）
氨酰基tRNA进入A位
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3. 肽酰基位点（P位点），可结合肽酰基tRNA（肽-tRNA）；
4. 肽酰基转移酶中心，是形成肽键的位点等。
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4
2、蛋白质的生物合成过程
2.1、氨基酸的活化
所有参与合成多肽链的氨基酸都要激活，并由数十种高度专一的氨基酰-tRNA合成 酶催化。该酶由两个识别位点，它们能识别特定的氨基酸和选择其所对应的tRNA， 使两者连接起来（利用ATP）。
3.转录的终止出现在DNA分子中特定的碱基顺序上。原核DNA转录 的终止顺序有明显的结构特点，请予描述。除此以外，还有什么其 它的终止转录的方式？
4.关于多肽链的生物合成，请你说明: 氨基酰-tRNA合成酶的特点； 图示原核70S 起始复合物；解释延伸因子Tu的作用；并指出肽酰 基转移酶何时起作用。
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信号肽（signal peptide）未成熟蛋白中，可被细胞识别系统识别的特征性氨基酸序列。
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动物生物化学练习（3）
1．无论是在DNA复制、还是RNA的转录或者是蛋白质翻译的过程， 我们都能看到碱基互补配对的原则贯穿在遗传信息从DNA传递到蛋 白质的各个环节。请做简要地介绍并评价其生物学意义。
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2.4、肽链的终止
氨基酸进位，肽链形成和延伸，核糖体沿着mRNA的5’——3’ 方向移位，循环往 复，新合成的肽链由氨基端向着羧基端不断延长，直至mRNA上出现终止密码，相应 的肽链释放因子RF1（对应UAA、UAG），RF2（对应UAA、UGA）占据A位。肽链 的合成终止，并从核糖体上释放。 核糖体大、小亚基解聚，并进入下一轮合成。
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新的氨基酸-tRNA的进位依赖EF-Tu和Ts因子的协助
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肽键的形成
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肽键的形成由肽酰基转移酶催化 （此酶具有核酶的活性）
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原核生物肽链的延长 2020/12/18
核糖体沿着mRNA 5’——3’方向移位 EF-G因子和GTP参与 空载的tRNA从E位点离开
(2)多肽链的水解切除 水解切除其中多余的肽段，使之折叠成为有活性的酶或蛋白质。如 酶原激活
(3)氨基酸侧链的修饰 氨基酸侧链的修饰包括羟化、羧化、甲基化及二硫链的形成等。 (4)糖基化修饰 糖蛋白是细胞蛋白质组成的重要成分。它是在翻译后的肽链上以共 价键 与单糖或寡聚糖连接而成。糖基化是在酶催化下进行的。
Met 甲酰FH4
翻译起始时， 第一个氨基酸 一般是蛋氨酸， 其氨基要甲酰 化，予以保护。
氨基酸与tRNA的 连接方式
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甲酰基
fMet-tRNA 6
2.2、起始复合物的形成
首先IF3、IF1帮助30S小亚基 与mRNA结合，IF2和GTP帮助 甲酰甲硫氨酸-tRNA与AUG配 对，接着IF3脱离，形成30S 起始复合物。50S大亚基进入， IF1和IF2脱离，形成50S起始 复合物，需要GTP。甲酰甲硫 氨酸-tRNA处于P位。
反应如下：
A A t R N A A T P 氨 酰 基 - t R N A 合 成 酶 A A - t R N A A M P P P i
氨基酸的羧基与tRNA 的3’端CCA-OH 以酯键相连，因此其氨基是自由的。
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酯键
tRNAfmet fMet-tRNA合成酶
5.为了克隆某个真核细胞的蛋白质的基因，研究人员更愿意先从组 织中分离它的mRNA，这样得到这个基因就不难了。为什么？
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3.多肽链的修饰和加工
(1)N—端修饰 原核生物修饰时是由肽甲酰基酶除去甲酰基，多数情况甲 硫氨酸也被氨肽 酶除去，真核生物中甲硫氨酸则全部被切除。
大亚基
小亚基 tRNA
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原核70S核糖体和真核80S核糖体的结构和组成
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核糖体有4个基本功能
1. 容纳mRNA，并能沿着mRNA由5’——3’ 移动，由tRNA解读其密码；
2. 氨基酰位点（A位点），可结合氨基酰tRNA（AA-tRNA）；
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一个嘌呤丰富区 起始密码
起始密码AUG上游的S.D序列与16S rRNA3’端互补结合有利于 30S起始复合物的形成
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8Hale Waihona Puke 2.3、肽键的形成和延伸 （注意新的AA-tRNA如何定位，第一个肽键如何形成，核糖体如何移动…）
氨酰基tRNA进入A位
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3. 肽酰基位点（P位点），可结合肽酰基tRNA（肽-tRNA）；
4. 肽酰基转移酶中心，是形成肽键的位点等。
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2、蛋白质的生物合成过程
2.1、氨基酸的活化
所有参与合成多肽链的氨基酸都要激活，并由数十种高度专一的氨基酰-tRNA合成 酶催化。该酶由两个识别位点，它们能识别特定的氨基酸和选择其所对应的tRNA， 使两者连接起来（利用ATP）。