动物生物化学课件：蛋白质的生物合成

第十二章
蛋白质的生物合成
将mRNA分子中 4 种核苷酸序列 编码的遗传信息，通过遗传密码破译的 方式解读为蛋白质一级结构中20种氨基 酸的排列顺序过程，称为蛋白质的生物 合成或翻译。
参与蛋白质生物合成的物质 蛋白质生物合成的过程
第一节 参与蛋白质生物合成的物质
参与蛋白质合成的物质
• 原料：20种氨基酸 • 模板：mRNA • 运载体：tRNA • 场所：核蛋白体（rRNA与蛋白质构成） • 蛋白质因子：
生物功能
占据A位防止结合其他tRNA 促进起始tRNA与小亚基结合 促进大、小亚基分离，提高P位对结合起始tRNA的 敏感性 促进起始tRNA与小亚基结合 最先结合小亚基促进大、小亚基分离 eIF-4F复合物成分，有解螺旋酶活性，促进mRNA 结合小亚基 结合mRNA，促进mRNA扫描定位起始tRNA eIF-4F复合物成分，结合mRNA5`-帽子 eIF-4F复合物成分，结合eIF-4E和PAB
➢ tRNA凭借自身的反密码子与mRNA链上的密码 子相识别，按照mRNA链上的密码子所决定的氨 基酸顺序将所带氨基酸转运到核糖体的特定部位。
一种氨基酸可以有一种以上tRNA作为 运载工具。通常把携带相同氨基酸而反密 码子不同的一组tRNA称为同功tRNA.
氨基酰tRNA----氨基酸的活化形式。 表示为： tRNAPhe
对应同一种氨基酸的不同密码子，称 为同义密码子。同义密码子使用频率不同.
在蛋白质中出现频率越多的氨基酸， 其密码子的数量越多。
4.密码子使用频率不同
• 在蛋白质合成时，对简并密码子的使用频率是 不同的。
• 如UUU和UUC都为苯丙氨酸编码，但在高表 达的蛋白质中使用UUC的频率明显高于UUU。
5. 密码子与反密码子配对的不严格性
Met f
-mRNA-核糖体
(1). 核糖体大小亚基分离
IF-1 IF-3
(2). mRNA在小亚基定位结合
mRNA
5'
AUG
3'
IF-1
IF-3
•mRNA与小亚基的结合依赖于：
1. SD序列与16S rRNA 3’端部分序列的互补 2. rps-1与mRNA上SD序列后的一段序列识别结合
S-D序列 (Shine-Dalgarno sequence ) mRNA起始密码AUG5′端约8~13个核苷
促进各种起始因子从小亚基解离，进而结合大亚基 促进核蛋白体分离成大、小亚基
1. 原核翻译起始复合物形成
(1). 核糖体大小亚基分离（IF3，IF1） (2). mRNA在小亚基上定位结合 (3). fMet-tRNAffMet的结合（IF2，GTP） (4). 核糖体大亚基结合
起始复合物
fmet-tRNA
• 大肠杆菌核蛋白体的空间结构为一椭圆球 体，其30S亚基呈哑铃状，50S亚基带有三 角，中间凹陷形成空穴，将30S小亚基抱住， 两亚基的结合面进行蛋白质合成。
• 核糖体的组成
核糖体
原核生物 (70S)
亚单位
小亚基(30S) 大亚基(50S)
真核生物 (80S)
小亚基(40S) 大亚基(60S)
rRNA
➢ 第二个实验：1964年也是由美国的 M.Nirenberg等人完成的。他们首先合成 一个已知序列的核苷酸三聚体，然后与大 肠杆菌核糖体和氨酰tRNA一起温育。由 此确定与已知核苷酸三聚体结合的tRNA 上连接的是那一种氨基酸。该实验对于几 种密码编码同一个氨基酸提供了直接的、 最好的证据（图B）。
❖ 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， 为多顺反子。
❖ 真核mRNA只编码一种蛋白质，为单顺反子。
mRNA上存在遗传密码
mRNA上每三个连续核苷酸对应一个氨基 酸，这三个相邻核苷酸就称为一个密码子， 或三联体密码。
阅读与书写方向：5′→3′ 数量：64（43）,编码氨基酸 61 起始密码子：AUG（GUG） 终止密码子：UAA、UAG、UGA
tRNA 上 的 反 密 码 子 通 过 碱 基 互 补 与 mRNA上的密码子反向配对结合，反密码子 第一位碱基与密码子第三位碱基间不严格遵 守常见的碱基配对规律，称为摆动配对。
密码子、反密码子配对的摆动现象
tRNA反密码子 第1位碱基
I
U G AC
mRNA密码子 第3位碱基
U, C, A A, G U, C U G
氨基酸的活化 ---形成氨基酰-tRNA的过程
1、氨基酰-tRNA合成酶催化
• 催化氨基酸与tRNA结合生成氨基酰-tRNA • 具有绝对专一性：
对氨基酸及tRNA都能高度特异识别 • 具有校正活性(proofreading activity)
第一步反应
氨基酸 ＋ATP-E —→ 氨基酰-AMP-E ＋ AMP ＋ PPi
一、翻译的起始
指mRNA和起始氨基酰-tRNA分别与核糖 体结合而形成翻译起始复合物 的过程。有多种 称为起始因子（IF）的蛋白质参与这一过程。
原核、真核生物各种起始因子的生物功能
原核 生物
真核 生物
起始因子
IF-1 IF-2 IF-3
eIF-2 eIF-2B，eIF-3
IF-4A
IF-4B IF-4E IF-4G eIF-5 eIF-6
•第2位碱基U：非极性、支链氨基酸
•第2位碱基C：非极性或不带电荷的极性 氨基酸
•第2位碱基A、G：除Trp外，均为极性氨 基酸
•第2位碱基A，第1位碱基G：酸性氨基酸
•第2位碱基A、 G，第1位碱基C 、A ：碱 性氨基酸和不带电荷的极性氨基酸
二、肽链合成的场所 ---rRNA和核糖体
• 核糖体（核蛋白体）是蛋白质合成的场所。
三、氨基酸的运载 ---tRNA与氨基酸活化
tRNA是将mRNA的核苷酸顺序转换成蛋白 质多肽链顺序的适配器：
➢ 在蛋白质合成中， tRNA起着运载氨基酸的作用， tRNA的3′末端结合特定的氨基酸。
➢ tRNA分子上三个特定的碱基组成一个反密码子， 位于反密码子环上,这是tRNA与mRNA的识别部位。
50S
mRNA
5'
IF-3
IF-3
IF-2 GTP
AUG IF-1
GDP＋Pi
3'
IF-1
IF-2
mmRRNNAA
55' '
50S 5500SS
IF-2 GTP
AAUUGG IF-1
IF-3
IF-3
GDP＋Pi
33' '
IF-1
2. 真核生物翻译起始复合物形成
• 核蛋白体大小亚基分离； • Met-tRNAiMet结合； • mRNA在核蛋白体小亚基就位； • 核蛋白体大亚基结合。
摆 动 配 对
6. 通用性
• 地球上的一切生物都通用这套密码子表。 • 已发现少数例外，如动物细胞的线粒体、
植物细胞的叶绿体。 • 密码的通用性进一步证明各种生物进化自
同一祖先。
7.防错性
• 氨基酸的极性通常由密码子第二位碱基决 定，简并性由第三位碱基决定。
• DNA突变时，保障编码的氨基酸不变，或 编码氨基酸的理化性质不变。
多聚核蛋白体（polysome）
原核生物翻译过程中核糖体结构模式
P位：肽酰位 （给位）
A位：氨酰位 （受位）
E位：排出位 （出位）
核蛋白体的大、小亚基分别有不同的功能：
1．小亚基：可与mRNA、GTP和起动tRNA结合。 2．大亚基： （1）具有两个不同的tRNA结合点。A位（右）可与 新进入的氨基酰tRNA结合；P位（左）可与延伸中的 肽酰基tRNA结合。 （2）具有转肽酶活性：将给位上的肽酰基转移给受位 上的氨基酰tRNA，形成肽键。 （3）具有GTPase活性，水解GTP，获得能量。 （4）具有起动因子、延长因子及释放因子的结合部位。
第二节 蛋白质生物合成过程
翻译过程从阅读框架的5´-AUG开始，按 mRNA 模 板 三 联 体 密 码 的 顺 序 延 长 肽 链 ， 直 至终止密码出现。
整个翻译过程可分为 ： • 翻译的起始(initiation) • 翻译的延长(elongation) • 翻译的终止(termination )
酸处，有4~9个核苷酸组成的富含嘌呤的一致 序列，以…AGGA…为核心，也叫做核糖体 结合位点(ribosomal binding site, RBS)
(3). fMet-tRNAffmet 结合到小亚基
IF-2 GTP
5'
AUG
3'
IF-1
IF-3
(4). 核糖体大亚基结合，起始复合物形成
IF-2
– 起始因子（initiation factor, IF） – 延长因子（elongation factor，EF） – 释放因子（release factor，RF）
• 其他：酶类、ATP、GTP、无机离子等
一、翻译的模板 ---mRNA及遗传密码
• mRNA是遗传信息的携带者、传递者
❖ 遗传学将编码一个多肽的遗传单位称为顺反子。
• 基因损伤引起mRNA阅读框架内的碱基发 生插入或缺失，可能导致移码突变。
3.密码子的简并性
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、3、4个， 或多至6个三联体为其编码。
密码子简并性可以减少有害突变。
遗传密码的简并性
同一个氨基酸有两个或更多密码子 的现象，称为密码子的简并性。
真核生物翻译起始特点
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，各个三联 体密码连续排列编码一个蛋白质多肽链， 称为开放阅读框架(ORF)。
遗传密码的特点