生物化学——第十章 蛋白质的生物合成

肽键的形成
⒊ 移位
指在移位酶(又称为延伸因子 ， 指在移位酶 又称为延伸因子G，EF-G)催 又称为延伸因子 催 化及GTP存在下 存在下， 化及GTP存在下，整个核糖体相对于 mRNA从5′向3′方向的移动，移动的长度 方向的移动， 从 向 方向的移动 为一个密码子的距离，这时A位的二肽从 为一个密码子的距离，这时 位的二肽从A 位的二肽从 位进入P位 位进入 位。
E ATP +
AA
氨 基 酸 的 活 化
AMP
氨 基 第一步 PPi 酸 的 E-AMP 活 氨酰腺苷酸 化
第二步
氨基酸
AA
E
AA
E
tRNA AA
E
tRNA AA
E
tRNA
E
3-氨酰 氨酰-tRNA 氨酰
N-甲酰甲硫氨酰 甲酰甲硫氨酰-tRNAfMet的形成 甲酰甲硫氨酰
+H N-CH-COO-tRNA CH-COO2
肽链的延长
进位
1 1 2
肽键形成
1 2
5 ´
GTP 3´ (Tu\Ts) Tu\Ts) GTP N-端 C-端
移位
（EF-G） EF-
进位 肽键形成
2 3 2 3 2 3
5´
3´
二、 肽链的延长
肽链的延长也称为核糖体循环，每循环一次， 肽链的延长也称为核糖体循环，每循环一次， 肽链延长一个氨基酸，如此不断重复， 肽链延长一个氨基酸，如此不断重复，直至肽链合 成终止。每次核糖体循环又可分为三个步骤：进位、 成终止。每次核糖体循环又可分为三个步骤：进位、 成肽和移位。 成肽和移位。 真核生物的肽链延长与此类似， 真核生物的肽链延长与此类似，eEF-1中的 中的 eEF-1α、 eEF-1β相当于 相当于EF-Tu和EF-Ts， eEF-2相 、 相当于 和 ， 相 当于EF-G。 当于 。 ⒈ 进位 即新进入的氨基酰-tRNA根据 根据mRNA上密码的 即新进入的氨基酰 根据 上密码的 指引，结合到70S核糖体的 位。这一步反应需要 核糖体的A位 指引，结合到 核糖体的 GTP和延伸因子 和延伸因子EF-Tu和EF-Ts的参与。 的参与。 和延伸因子 和 的参与
遗传密码字典
第二位
第一位
（5ˊ） ˊ
U
C
A
G
第三位
（3ˊ） ˊ
U
U C A G U C A G U C A G U C A G
C
A
G
遗传密码的性质
1、密码子是近于完全通用的。 、密码子是近于完全通用的。 2、密码是无标点符号的且相邻密码子互不重叠。 、密码是无标点符号的且相邻密码子互不重叠。 3、密码的简并性与摆动性：由一种以上密码子编码同 、密码的简并性与摆动性： 简并性 氨基酸的现象称为简并， 一个 氨基酸的现象称为简并，对应于同一氨基酸的密码 子称为同义密码子(Synonymous codon)。多数情况下同 子称为同义密码子 。 义密码子的第一、第二个碱基相同，第三个碱基不同， 义密码子的第一、第二个碱基相同，第三个碱基不同， 说明密码的专一性主要是由第一、第二个碱基所决定。 说明密码的专一性主要是由第一、第二个碱基所决定。
大亚基结合到30S小亚基上形成 小亚基上形成70S起始复合 ⒊ 50S大亚基结合到 大亚基结合到 小亚基上形成 起始复合 同时释放出IF-2、IF-3，GTP水解成 水解成GDP和Pi， 物，同时释放出 、 ， 水解成 和 ， 完成起始过程。 完成起始过程。
肽链合成的起始
A位
mRNA +30S亚基 亚基-IF3 亚基
第三节 t RNA的功能 RNA的功能
t RNA （transfer ribonucleic asid） ） 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，它不但 为每个三联体密码子译成氨基酸提供接 合体，还为准确无误地将所需氨基酸运 合体， 送到核糖体上提供运送载体。 送到核糖体上提供运送载体。 1、tRNA的结构特征 、 的结构特征——三叶草型二级结构 的结构特征 三叶草型二级结构
A位（结合或接 AA- tRNA的 受AA- tRNA的 部位） 部位）
5′
3′
mRNA
30S
与mRNA结合部位 结合部位
anticodon
codon
真核和原核细胞参与翻译的蛋白质因子
阶段 原核 IF1 IF2 IF3 起始 eIF2 eIF3、eIF4C 、 CBP I eIF4 A B F eIF5 eIF6 EF-Tu 延长 EF-Ts EF-G RF-1 终止 RF-2 eRF 释放完整的肽链 eEF1α α eEF1 βγ eEF2 与mRNA帽子结合 帽子结合 参与寻找第一个AUG 参与寻找第一个 协助eIF2 、 eIF3、eIF4C的释放 协助 、 的释放 协助60S亚基从无活性的核糖体上解离 亚基从无活性的核糖体上解离 协助 协助氨酰-tRNA进入核糖体 进入核糖体 协助氨酰 帮助EF-Tu 、 eEF1α周转 帮助 α 移位因子 参与起始复合物的形成 真核 功 能
3′ ′
密 码 子 与 反 密 码 子 的 配 对 关 系
5′ ′
tRNA
反密码子
5′ ′
mRNA
AU C 1 2 3
密码子
3′ ′
第四节 蛋白质生物合成的分子机制
一、氨基酸的活化
二、原核生物多肽链的合成过程
三、多核糖体与核糖体循环 三、多核糖体与核糖体循环 四、真核生物多肽链的合成 四、真核生物多肽链的合成
第十章 蛋白质的生物合成
蛋白质的生物合成
翻译过程十分复杂， 需要mRNA mRNA、 翻译过程十分复杂 ， 需要 mRNA 、 tRNA rRNA和多种蛋白因子参与 和多种蛋白因子参与。 、 rRNA 和多种蛋白因子参与 。 在此过程中 mRNA为合成的模板 tRNA为运输氨基酸工 为合成的模板， mRNA 为合成的模板 ， tRNA 为运输氨基酸工 rRNA和蛋白质构成核糖体 和蛋白质构成核糖体， 具 ， rRNA 和蛋白质构成核糖体 ， 是合成蛋 白质的场所， 蛋白质合成的方向为N→C 端 白质的场所 ， 蛋白质合成的方向为 N 。
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原核生物核 糖体的组成
原核生物核糖体结构示意图
多多核糖体与核糖体循环
核糖体循环
多核糖体 5ˊ ˊ 3ˊmRNA ˊ
合成完毕 的肽链 延伸中的肽链
原核细胞70S核糖体的 位、P位及 核糖体的A位 原核细胞 核糖体的 位及 mRNA结合部位示意图 结合部位示意图
P位（结合 或接受肽 基的部位 ）
50S
翻译的起始是指携带有起始甲硫氨酸的tRNA 翻译的起始是指携带有起始甲硫氨酸的 结合到核糖体上形成起始复合物的过程。 和mRNA结合到核糖体上形成起始复合物的过程。 结合到核糖体上形成起始复合物的过程 大肠杆菌中翻译的起始过程是： 大肠杆菌中翻译的起始过程是： 1、mRNA在核糖体小亚基上就位 、 在核糖体小亚基上就位 mRNA靠S-D序列同16S rRNA的互补及 靠 序列同 的互补及IF-3的 序列 的互补及 的 固定作用和IF-1 的帮助，首先进入核糖体小亚基， 的帮助，首先进入核糖体小亚基， 固定作用和 这时候AUG的位置正好对应于大亚基的 位。 的位置正好对应于大亚基的P位 这时候 的位置正好对应于大亚基的
第二节核 糖 体
核糖体是由rRNA（ribosomal ribonucleic asid） （ 核糖体是由 ） 核糖体 和多种蛋白质结合而成的一种大的核糖核蛋白 颗粒， 颗粒，蛋白质肽键的合成就是在这种核糖体上 进行的。 进行的。
1、核糖体的结构和组成 、 2、核糖体的功能 核糖体的功能
核 糖 体 的 组 成
DNA
遗 传 信 息 流 动 示 意 图
mRNA
核糖体
tRNA
蛋白质合成体系
一、mRNA和遗传密码 和
二、t RNA
三、核糖体 核糖体
四、辅助因子
mRNA
mRNA mRNA (messenger RNA)是蛋白质生物合成过程中 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。 直接指令氨基酸掺入的模板，是遗传信息的载体。
第一节 遗传密码
遗传密码: 遗传密码 DNA（或mRNA）中的核苷酸序列 （ ） 与蛋白质中氨基酸序列之间的对应关系称为遗 传密码。 传密码。 密码子(codon)： mRNA上每 个相邻的核苷酸 上每3个相邻的核苷酸 密码子 ： 上每 编码蛋白质多肽链中的一个氨基酸， 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 三联体密码。 密码子或 苷酸就称为一个密码子或三联体密码。
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接受 ）被特定的氨酰合成酶识别 接受 正确的活化氨基酸。 正确的活化氨基酸。 链上的密码子。 （2）识别 ）识别mRNA链上的密码子。 链上的密码子 （3）在蛋白质合成过程中，tRNA起着连结生长的多 ）在蛋白质合成过程中， 起着连结生长的多 糖体的作用。 肽链与核 糖体的作用。
IF1
P位
GTP
IF2
30S亚基 mRNA 亚基• 亚基 IF3- IF1复合物 复合物
IF2-GTP-fMet-tRNA
5′
IF-1 IF3 IF2 IF1 IF-3
3′
IF3 30S• mRNA • GTP- fMet –tRNAIF2- IF1复合物 复合物 50S亚基 50S亚基 IF2+ IF1+GDP+Pi
Tu\Ts循环 循环
⒉ 成肽
位上的N-甲酰甲硫氨酸的 即P位上的 甲酰甲硫氨酸的－C=O在肽酰转 位上的 甲酰甲硫氨酸的－ 在肽酰转 发生反应， 移酶催化下与A位上的 移酶催化下与 位上的AA-tRNA的－NH2发生反应， 位上的 的 这样N-甲酰甲硫氨酸在 位 成为二肽， 位留下一 这样 甲酰甲硫氨酸在 A位 成为二肽，P位留下一 个无负载的tRNA。在成肽反应结束后，这个无负 个无负载的 。在成肽反应结束后， 载的tRNA从核糖体上脱落，使P位留空。 从核糖体上脱落， 位留空。 载的 从核糖体上脱落 位留空
原核生物多肽链的合成过程
原核生物多肽链的合成分为三个阶段： 原核生物多肽链的合成分为三个阶段：肽链合 成的起始、肽链的延伸、肽链合成的终止和释放。 成的起始、肽链的延伸、肽链合成的终止和释放。 • 1、肽链合成的起始 、 • 2、肽链的延长 、 • 3、肽链合成的终止及释放 、
一、肽链合成的起始 肽链合成的起始
CHO-HN-CH-COOCHO-HN-CH-COO-tRNA
CH2 CH2 S COOCOO-
转甲酰酶
CH2 CH2 S
N10-甲酰FH4 甲酰FH
FH4
COOCOO-
Met-tRNAfMet
fMet-tRNAfMet
氨酰- tRNA合成酶特点 氨酰- tRNA合成酶特点
a、专一性： 专一性： 对氨基酸有极高的专一性， • 对氨基酸有极高的专一性，每种氨基酸都有专 一的酶，只作用于L-氨基酸 不作用于D-氨基酸 氨基酸， 氨基酸。 一的酶，只作用于 氨基酸，不作用于 氨基酸。 • 对t RNA 具有极高专一性。 具有极高专一性。 b、校对作用： 校对作用： 氨酰氨酰 tRNA合成酶的水解部位可以水解错误 合成酶的水解部位可以水解错误 活化的氨基酸。 活化的氨基酸。
70S起始 起始 复合物
P位 anticodon
A位
70S起始复合物 起始复合物
codon
二、肽链的延长
在起始复合物中，核糖体的 位被 位被mRNA上 在起始复合物中，核糖体的P位被 上 占据， AUG及其对应的 及其对应的fMet- tRNA fMet占据，而A位则 及其对应的 位则 空着，有待于对应mRNA上第二个密码的相应 空着，有待于对应 上第二个密码的相应 AA- tRNAAA进入，这时进入肽链的延长阶段。 进入，这时进入肽链的延长阶段。
⒉ fMet- tRNA fMet在核糖体小亚基上就位 在核糖体小亚基上就位
帮助下， 在IF-2和GTP帮助下， fMet- tRNA fMet进入小 和 帮助下 进入小 整个过程对fMet亚基上与起始密码相应的位置 ，整个过程对 tRNA fMet是特异和严格的，其余的氨基酰 tRNA都 是特异和严格的， 是特异和严格的 其余的氨基酰都 不能进入到这个位置上。这步还包括IF-1的脱落。 的脱落。 不能进入到这个位置上。这步还包括 的脱落
4、 64组密码子中 ， AUG既是甲硫氨酸的密码 ， 又 、 组密码子中 组密码子中， 既是甲硫氨酸的密码， 既是甲硫氨酸的密码 是起始密码；有三组密码不编码任何氨基酸， 是起始密码 ； 有三组密码不编码任何氨基酸 ， 而 是 多 肽 链 合 成 的 终 止 密 码 子 ： UAG 、 UAA 、 UGA。