蛋白质合成体系
蛋白质合成体系
蛋白质合成体系一、mRNA和遗传密码二、t RNA三、核糖体四、辅助因子一、mRNA和遗传密码:mRNA (messenger RNA)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。
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。
密码子(codon)：mRNA上每3个相邻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或三联体密码。
tRNA 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送到核糖体上提供运送载体。
1、tRNA的结构特征——三叶草型二级结构2、tRNA的功能（1）被特定的氨酰- tRNA合成酶识别，使tRNA接受正确的活化氨基酸。
（2）识别mRNA链上的密码子。
（3）在蛋白质合成过程中，tRNA起着连结生长的多肽链与核糖体的作用。
核糖体是由rRNA和多种蛋白质结合而成的一种大的核糖核蛋白颗粒，蛋白质肽键的合成就是在这种核糖体上进行的。
核糖体的活性位点:核糖体可分为翻译区域(Translationaldomain)和逐出区域(Exitdomain)，有A位、P位、肽基转移酶(转肽酶)活性位点、EF-Tu位点、EF-G位点、5SrRNA位点、mRNA位点和逐出位点(E位)等活性位点，翻译区域占2／3，逐出区域占1／3，与膜系统结合。
核糖体功能1．mRNA结合位点位于30S亚基的头部。
30S亚基与mRNA的起始结合。
2．P位点P位点大部分位于30S亚基，小部分位于50S亚基。
结合或接受肽基的部位。
3．A位点A位点靠近P位点，16SrRNA是其构成成份之一。
A位点主要在50S亚基上，结合或接受AA- tRNA的部位。
4．转肽酶活性位点位于P位点和A位点的连接处，靠近tRNA的接受臂。
5．5SrRNA位点在50S亚基上，靠近转肽酶位点。
可能与tRNA的进入有关。
第十三章蛋白质的生物合成(共91张PPT)
密码的通用性进一步证明各种生物进化自同一祖 先。
4. 方向性（direction）：
• 指阅读mRNA模板上的三联体密码时， 只能沿5’→3’方向进行。
5. 摆动性（wobble）：
转运氨基酸的tRNA的反密码需要通过碱基互补与 mRNA上的遗传密码反平行配对结合，但反密码与 密码之间常常不严格遵守碱基配对规律，称为摆
阶段。
一、多肽链合成的起始阶段
（一）原核生物翻译起始复合物形成
• 包括以下几个步骤：
➢核蛋白体大小亚基分离；
➢mRNA在小亚基定位结合；
➢起始氨基酰-tRNA的结合；
➢核蛋白体大亚基结合。
1. 核蛋白体大、小亚基分离： IF-1和IF-3与小亚基结合，促进核蛋白体大、小亚
基拆离，为新一轮合成作准备。
• 成肽是由转肽酶（transpeptidase）催化的 肽键形成过程。
• 在转肽酶的催化下，将P位上的tRNA所携带 的甲酰蛋氨酰基或肽酰基转移到A位上的氨 基酰tRNA上，与其-氨基缩合形成肽键。
• 此步骤需Mg2+，K+。
成肽反应过程
3. 转位（translocation）：
• 延长因子EF-G有转位酶（translocase）活性，可 促进核蛋白体向mRNA的3´侧移动相当于一个密码 的距离，同时使肽酰基tRNA从A位移到P位。
氨基酰tRNA合成酶催化的反应
第一步：活化反应
氨基酸 ＋ATP-E → 氨基酰-AMP-E ＋ PPi
第二步：连接反应
氨基酰-AMP-E ＋
tRNA
↓
氨基酰-tRNA ＋
有高度特 异性。
生物化学第十一章 蛋白质的生物合成(共65张PPT)全
原核、真核生物各种起始因子的生物功能
起始因子
生物功能
IF-1
占 据 A 位 防 止 结 合 其 他 tRN A
原核
生物
EIF-2
促进起始tRNA与小亚基结合
EIF-3
促 进 大 小 亚 基 分 离 ， 提 高 P位 对 结 合 起 始 tRNA 敏 感 性
eIF-2
促进起始tRNA与小亚基结合
eIF-2B，eIF-3
eEF-1-A
EF-Ts 再生EF-Tu
eEF-1-B
EFG
有转位酶活性，促进mRNA肽酰-tRNA由A位前移到P位， 促进卸载tRNA释放
eEF-2
（一）进位（P607 609）
又称注册(registration)
指根据mRNA下一组遗传密 三
码指导，使相应氨基酰-tRNA进 元
入核蛋白体A位。
第一节 蛋白质合成体系
一、翻译模板mRNA及遗传密码
二、核蛋白体是多肽链合成的装置 三、tRNA与氨基酸的活化
P602
一、翻译模板mRNA及遗传密码
（一） mRNA是遗传信息的携带者
1.顺反子(cistron):将编码一个多肽的遗传单位称为顺反
子。
2. 开放阅读框架(open reading frame, ORF):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。
mRNA 的结构
原核生物的多顺反子
5 PPP
ORF
ORF
真核生物的单顺反子
5 mG - PPP
3
ORF
蛋白质
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
第十一章 蛋白质的生物合成
氨基酸活化的总反应式是：
氨基酰-tRNA 合成酶 氨基酸 + ATP + tRNA + H2O 酰-tRNA + AMP + PPi
氨基
2.在核糖体上合成肽链
氨基酰-tRNA通过反密码臂上的三联体反密码 子识别mRNA上相应的遗传密码，并将所携带的 氨基酸按mRNA遗传密码的顺序安臵在特定的位 臵，最后在核糖体中合成肽链。
四、mRNA
是蛋白质合成的直接模板，指导肽链的合 成。 mRNA分子上的核苷酸顺序决定蛋白质分子 的氨基酸顺序。
第二节 遗传密码
mRNA分子中所存储的蛋白质合成信息，是由组成 它的四种碱基（A、G、C和U）以特定顺序排列成 三个一组的三联体代表的，即每三个碱基代表一 个氨基酸信息。 这种代表遗传信息的三联体称为密码子，或三联 体密码子。 因此 mRNA 分子的碱基顺序即表示了所合成蛋白 质的氨基酸顺序。
转肽
肽酰转移酶
肽基转移酶
延长过程中肽链的生成
移位
肽链合成的终止与释放
识别mRNA的终止密码子，水解所 合成肽链与tRNA间的酯键，释放 肽链 R1识别UAA、UAG R2识别UAA、UGA R3影响肽链的释放速度 RR帮助P位点的tRNA残基脱落，而 后核糖体脱落
终止
多核糖体
在细胞内一条mRNA链上结合着多 个核糖体，甚至可多到几百个。 蛋白质开始合成时，第一个核糖 体在mRNA的起始部位结合，引入 第一个蛋氨酸，然后核糖体向 mRNA的3’端移动一定距离后，第 二个核糖体又在mRNA的起始部位 结合，现向前移动一定的距离后， 在起始部位又结合第三个核糖体， 依次下去，直至终止。每个核糖 体都独立完成一条多肽链的合成， 所以这种多核糖体可以在一条 mRNA链上同时合成多条相同的多 肽链，这就大大提高了翻译的效 率
蛋白质的合成
生物科学与技术学院 马 建 华
一、概念 二、蛋白质合成的能量来源 三、蛋白质合成体系组成 四、蛋白质合成的生物机制
一、概念： 概念：
1. 蛋白质：由20种基本氨基酸组成的多肽链。 蛋白质： 种基本氨基酸组成的多肽链。 种基本氨基酸组成的多肽链 蛋白质合成原料： 种基本氨基酸 蛋白质合成原料：20种基本氨基酸
4. 肽链合成的终止与释放 终止密码子（终止信号） 终止密码子（终止信号）: UAA、 UGA 、UAG 、 正常细胞不含能和终止密码子互补的反密码子的tRNA， 正常细胞不含能和终止密码子互补的反密码子的 ， 这些终止密码子能被终止因子所识别。 这些终止密码子能被终止因子所识别。 终止因子： 终止因子： RF 1 : 识别 识别UAA 、 UAG RF2 : 识别 识别UAA 、 UGA RF3 : 不识别终止密码子 但刺激另外两个因子的活性，协 不识别终止密码子, 但刺激另外两个因子的活性， 助肽链释放。 助合成体系组成 1. 模板 mRNA 模板: 2.合成场所：核糖体 合成场所： 合成场所 3. tRNA（转运 （转运RNA） ） 4. 多种蛋白质因子
1. 模板 mRNA(将遗传信息翻译为蛋白质 模板: 将遗传信息翻译为蛋白质) 将遗传信息翻译为蛋白质
mRNA 蛋白质 mRNA 蛋白质 mRNA 蛋白质
A位氨酰 位氨酰-tRNA的-NH2 位氨酰 的 和P位肽酰 位肽酰-tRNA的的 位肽酰 COOH形成肽键。 形成肽键。 形成肽键 肽酰基从P位转到 位 肽酰基从 位转到A位。 位转到 肽键形成在肽酰转移 酶（转肽酶）作用下 转肽酶） 完成。 完成。
移位： 移位：
在移位因子(G)作用 下，核糖体沿mRNA 向3´端移动一个密码子。 ´端移动一个密码子。 移位结果：肽酰tRNA从A位进入 位点 位进入P位点 从 位进入 位点; 空着的A位点为下一个 空着的 位点为下一个 密码子对应的氨酰tRNA的进入作好准备 。 的进入作好准备。 的进入作好准备 需要1个GTP 需要 个 脱落： 脱落： P位点上空载的 位点上空载的tRNA 位点上空载的 脱落。 经出口位点 (E) 脱落。
蛋白质合成体系
蛋白质合成体系
蛋白质合成体系是指在生物体内，将氨基酸等小分子物质转化为蛋白质大分子的过程中，所有参与反应的生物分子和反应步骤的总和。
蛋白质合成体系的主要参与者包括：
- 核糖体：是蛋白质合成的场所，由RNA 和蛋白质组成。
- tRNA：负责转运氨基酸到核糖体上。
- 氨基酸：是蛋白质的基本组成单位。
- 酶：参与氨基酸的活化、肽键的形成等反应过程。
蛋白质合成体系的主要步骤包括：
- 氨基酸的活化：在氨酰-tRNA 合成酶的作用下，氨基酸与 tRNA 结合形成氨酰-tRNA。
- 起始：核糖体与mRNA 结合，并识别起始密码子。
- 延伸：核糖体按照mRNA 上的密码子顺序，逐个将氨酰-tRNA 上的氨基酸连接到肽链上。
- 终止：核糖体识别终止密码子，并释放完整的肽链。
蛋白质合成体系是生物体内至关重要的生理过程，参与了细胞分裂、免疫防御、信号传递等重要生命活动。
研究蛋白质合成体系，对于理解生命现象、疾病治疗等具有重要意义。
分子生物学第十五章 蛋白质的生物合成
1.遗传密码种类：
• mRNA 分子有4种碱基：A、G、C、U，可组合成64个密 码子，其中61个分别代表20种不同氨基酸
• 遗传密码共有43=64种， 64: UAA、UAG、UGA 终止密码 61: AUG 起始密码 代表Met 60: 代表19种氨基酸
9
遗传密码表 第一碱基
（5/-端）
第二碱基
43
一、起始阶段
（一）原核生物翻译起始复合物的形成
参与的物质： 核糖体50S和30S大小两类亚基 mRNA 起始作用的fMet-tRNAfMet GTP供能 起始因子（IF1、IF2、IF3）
44
起始过程：
• 核糖体大小亚基解离 • 小亚基与mRNA结合：
16sRNA识别mRNA的SD序列
• fMet-tRNAfMet与mRNA起始密码子AUG结合 • 核糖体大小亚基形成起始复合物
tRNAphe Phe-tRNAphe
• 肽链起始和延长的甲硫氨酰-tRNA：
真核生物：起始： Met-tRNAiMet 延长： Met-tRNAMet
原核生物： 起始：fMet-tRNAfMet 延长：Met-tRNAMet
39
40
第三节 肽链的合成过程
41
整个翻译过程可分为 ：
• 翻译的起始 • 翻译的延长 • 翻译的终止
tRNA反密码子 第1位碱基
mRNA密码子 第3位碱基
I
U
G AC
U, C, A A, G U, C U G
17
摆 动 配 对
32 1
U
123
18
• ⑤遗传密码的通用性
从原核生物到人类都共用同一套遗传密码，被称为遗传密码的通用性。 密码的通用性进一步证明各种生物进化自同一祖先。
试述蛋白质生物合成体系的主要成分及其功能。
试述蛋白质生物合成体系的主要成分及其功能。
蛋白质生物合成体系的主要成分包括核糖体、mRNA、tRNA、氨基酸和其他辅助因子。
1、核糖体：核糖体是蛋白质生物合成体系的重要组成部分，
它位于细胞质中，由蛋白质和RNA构成。
核糖体的主要功能
是将mRNA和tRNA结合，协助氨基酸叠加形成蛋白质。
2、mRNA：mRNA是通过DNA转录而来的，主要功能是将DNA上的基因信息传递到核糖体中，以指示所需合成的蛋白
质序列。
3、tRNA：tRNA是将氨基酸与mRNA连接的载体，它以经典
的“适配子”方式，将氨基酸与mRNA配对，协助核糖体在正
确的位置上将每个氨基酸叠加到正在合成的蛋白质链上。
4、氨基酸：氨基酸是组成蛋白质的基本单位，它们通过连接
成长链来合成蛋白质。
5、其他辅助因子：包括能够引导叠加位置的启动子、伸长因
子和终止子等。
它们协助蛋白质生物合成体系在适当的位置停止或启动蛋白质合成。
请简述蛋白质生物合成的反应体系
请简述蛋白质生物合成的反应体系
蛋白质生物合成的反应体系主要包括以下步骤：
1.氨基酸的活化：氨基酰-tRNA合成酶在ATP存在的情况下，催化氨基酸与其对应的tRNA结合，使该氨基酸活化生成氨基酰-tRNA。
2.肽链的生物合成：在核糖体上，多种成分最终都要将氨基酸合成多肽链。
转肽酶位于核糖体大亚基内，能够催化“P位”的肽酰基转移至“A位”的氨基酰-tRNA的氨基上，使酰基和氨基形成肽键而缩合。
3.肽链形成后的加工过程。
4.mRNA是蛋白质生物合成的直接模板。
5.rRNA和多种蛋白质构成核糖体，是蛋白质生物合成的场所。
6.tRNA起着运载氨基酸的作用，还起适配器的作用，即mRNA序列中密码子的排列顺序通过tRNA改写成多肽链中氨基酸的排列顺序。
以上信息仅供参考，可以咨询生物方面的专业人士获取更准确的信息。
蛋白质生物合成体系
核糖体的结构
核糖体是一种高度复杂的超分子结构，由多个蛋白质和RNA分子组装而成。
大、小亚基的形状类似于扁平的椭圆形或球形，大亚基的直径约为70-80 埃，小亚基的直径约为40-50埃。
核糖体中的蛋白质和RNA分子通过相互作用形成了一个稳定的结构，使得 核糖体能够作为一个整体来执行功能。
02
每种氨基酸都有特定的氨酰tRNA合成酶，该酶具有高度的 专一性，只对一种氨基酸起作 用。
03
活化后的氨基酸通过酯键与 tRNA结合，形成氨酰-tRNA， 为接下来的蛋白质合成做准备。
氨基酸在细胞内的转运
氨基酸在细胞内的转运主要依靠细胞内不同的 转运体系来完成，这些转运体系能够识别和结 合相应的氨基酸，并将其转运到需要的地方。
通过调节翻译延长因子EF-Tu、EF-G等，可以影响蛋 白质合成的速率。
调节翻译终止
通过调节翻译终止因子eRFs的活性，可以控制蛋白质 合成的终止。
蛋白质生物合成与疾病的关系
疾病发生
01
当蛋白质生物合成体系出现异常时，可能导致某些疾病的发生，
如癌症、感染性疾病等。
疾病发展
02
蛋白质生物合成体系的变化可能影响疾病的发展进程，如肿瘤
蛋白质的折叠
1
蛋白质折叠是指蛋白质合成后，通过一系列复杂 的化学和物理过程，将其由线性肽链折叠成具有 特定三维结构的构象。
2
蛋白质折叠是一个自发的、动态的过程，需要依 靠分子伴侣、折叠酶等辅助因子来完成。
3
正确的蛋白质折叠对于维持细胞正常功能和生物 体的健康至关重要，而错误的折叠会导致多种疾 病的发生。
核糖体的功能
东北师范大学生物化学第十三章蛋白质的生物合成
遗传信息的传递
一 蛋白质的合成体系
蛋白质合成的原料是氨基酸，其合成过程非常复杂。
真核生物细胞合成蛋白质需要70多种核糖体蛋白，20 多种 活化氨基酸的酶，10多种辅酶和其他蛋白质因子参加，同时 还要100多种附加的酶类参与蛋白质合成后的修饰、40种 tRNA、4种rRNA，总计300多种不同的大分子参与多肽的 合成。
反密码子
氨酰tRNA合成酶
该酶具有很高的专一性 不仅对其活化的氨基酸专一，而且对 一定的tRNA专一（第二套遗传密码） 校正作用： 水解非正确组合的氨基酸和tRNA之间的共价连 接，对于翻译的正确性是十分重要的
（二）蛋白质的生物合成过程（原核生物） 1 肽链合成的起始
2 肽链的延伸
3 肽链的终止和释放
密码子与反密码子结合时具有一定摆动性
摆动性(变偶性)
密码子的第三位碱基配对不严 格 摆动性的存在合理的解释了密 码子的兼并性，基因突变的危 害降到最低
U A G U C A U C
G
I
3 氨酰tRNA合成酶结合位点
4 核糖体识别位点
二 蛋白质生物合成的分子机制
（一）氨基酸的活化
氨酰tRNA合成酶 消耗2摩尔的ATP 氨基酸的活化是羧基端的活化
白喉毒素： 真核细胞蛋白质合 成的抑制剂
抑制EF2的活性
青霉素
青霉素是本世纪20年代未的一项划时代的科学发现 1928年，英国的细菌学家亚历山大· 弗莱明（英国圣 玛丽学院）发现，发表在1929年英国皇家《实验病 理季刊》 1938年，英国牛津大学病理学家弗洛里和德国生物化 学家钱恩从期刊的资料中找到了有关青霉素的文献 1940年，分离纯化成功青霉素进入临床试验阶段
蛋白质合成体系的组成及功能
蛋白质合成体系的组成及功能1. 蛋白质的基本概念说到蛋白质，大家可能会想起鸡蛋、牛肉或者那些健身达人喝的蛋白粉。
其实，蛋白质在我们身体里的作用可大着呢！它们是构建生命的基石，像是盖房子需要的砖块，没了它们，咱们可就没法运转了。
蛋白质不仅帮我们修复细胞，还参与了免疫、运输和信号传递，简直是万金油，哪儿都能用上！2. 蛋白质合成的舞台2.1 核糖体——蛋白质的制造工厂想象一下，核糖体就像是工厂里的流水线，负责将原材料（氨基酸）加工成蛋白质。
它们在细胞中忙得不亦乐乎，像极了在大街上赶着回家的上班族。
核糖体会把氨基酸一个个拼在一起，形成长长的链条，这链条就是咱们的蛋白质了。
真是个技术活儿，要不怎么说“工欲善其事，必先利其器”呢。
2.2 mRNA——传递信息的小信使而在这个蛋白质合成的舞台上，mRNA就是个“跑腿”的小信使，负责把DNA里的“制造说明书”送到核糖体。
想象一下，mRNA就像是你去餐厅点菜时的菜单，点完之后，厨房的师傅才能知道要做什么。
它把遗传信息传递给核糖体，让这个工厂有的放矢，确保每一份蛋白质都能按时出炉。
3. 蛋白质合成的步骤3.1 转录——信息的复制蛋白质的合成过程分为两个主要步骤：转录和翻译。
转录就像是把一本书的内容抄到另一张纸上。
细胞的“书法家”把DNA上的信息转录成mRNA。
这个过程可不简单，得精打细算，保证每个字母都不漏掉，就像写字要小心翼翼，生怕出错。
3.2 翻译——最终的拼接接下来就是翻译啦！这就像是把拼图拼在一起。
核糖体读取mRNA上的信息，按顺序把氨基酸连接起来，形成蛋白质的链条。
想象一下，氨基酸们像是一群热情的小伙伴，听到召唤后争先恐后地赶来，努力拼成一个个完整的蛋白质，真是热闹非凡。
4. 蛋白质的功能4.1 构建与修复蛋白质不仅仅是简单的分子，它们在我们的身体中发挥着重要作用。
比如，肌肉、皮肤、头发，全都是蛋白质的杰作，想想看，咱们每天吃的鸡胸肉、鱼肉，正是给自己补充“建筑材料”。
十三蛋白质的生物合成
转位（移位）
转位酶
5′→3′
5′
AUG
3′
AUG
EFG，GTP
A
OH 21
21
OH
AUG
转位
AUG
进位
3 12
AUG
N→C延
成肽
编辑2p1pt
3
3
21
成肽
四、肽链合成终止
• 需终止因子RF、RR和IF3参与。终止信号 出现，释放因子（release factor,RF, RR） 与其结合。RF有三种RF1，RF2，RF3
编辑ppt
密码子的特点
(1)连续性:两个密码子之间无任何核苷酸加以 隔开和重叠，如插入/删除碱基，可发生移 码突变或框移
5′…. UACGGACAUCUG….3′ 酪甘 组 蛋
插入 缺失
5′….UACCGGACAUCUG….3′ 酪 精 苏 半胱
5′…. UACGACAUCUG….3′ 酪 天 异亮 编辑ppt
编辑ppt
一、氨基酸的活化与转运
氨基酸活化→活化氨基酸的搬运→活化氨 基酸与核蛋白体结合 1.参与活化转运的酶
氨基酰-tRNA合成酶:特异性强,催化特定 的氨基酸与特异的tRNA结合，每种氨基酸 有特异的合成酶催化，此种特异性保证了 遗传信息准确翻译
编辑ppt
氨基酰tRNA的生成--- 氨基酸的活化
编辑ppt
密码子的特点
（四）摆动性：一种氨基酸可有多个密码子
反密码子与mRNA的第三个核苷酸配对时，不 严格遵从碱基配对原则，可出现U-G,I-C,I-A,此种 配对为不稳定配对，又称摇摆性。一般前两个碱 基决定其专一性，第三位碱基可有变异
mRNA5′ ACG
蛋白质生物合成
5'
AUG
3'
IF-1
IF-3
肽链合成起始的全过程（动画）
IF-2
-GTP GDP
i
5'
AUG
3'
IF-3
IF-1
（二）真核生物翻译起始复合物的形成
1. 核糖体大小亚基分离； 2. Met-tRNAiMet定位结合于小亚基P位； 3. mRNA与核糖体小亚基定位结合； 4. 核糖体大亚基结合。
真核生物翻译起始复合物的装配
密码的通用性进一步证明各种生物进化 自同一祖先。
已发现少数例外，如动物细胞的线粒体、 植物细胞的叶绿体。
二、氨基酰-tRNA通过其反密码子与 mRNA中对应的密码子互补结合
运载氨基酸 充当“适配器”
氨基酸臂
反密码环
三、核糖体是肽链 “装配厂”
核糖体的组成 核糖体又称核蛋白体，是由rRNA和多种蛋
起始 mRNA在小亚基定位结合
白 质 生
肽链的生物合成
延长
起始氨基酰-tRNA的结合 核蛋白体大亚基结合
进位 成肽
物
转位
合
终止
成 肽链的加工和靶向
第二节 氨基酸与tRNA的连接
一、氨基酰-tRNA合成酶识别特定氨基酸和tRNA 氨基酸活化酶：氨基酰-tRNA合成酶
催化tRNA的3′-末端CCA-OH与氨基酸羧基形成酯键， 生成：氨基酰-tRNA。
通过非共价键亚基聚合形成具有四级结构的蛋白质
具有四级结构的蛋白质由两条以上的肽链通过非 共价键聚合，形成寡聚体(oligomer)。
码连续阅读，密码子及密码子的各碱基之间 既无间隔也无交叉。
5…….A U G G C A G U A C A U …… U A A 3
蛋白质的生物合成
蛋白质的生物合成一．蛋白质生物合成(protein biosynthesis)也称翻译(translation)，是生物细胞以mRNA为模板，按照mRNA分子中核苷酸的排列顺序所组成的密码信息合成蛋白质的过程。
将核酸中 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。
蛋白质生物合成是基因表达的最终阶段。
1.反应过程：氨基酸的活化，肽链的生物合成（起始、延长和终止），肽链形成后的加工和靶向输送。
2.生物学意义：蛋白质合成在细胞生命过程中有至关重要的核心作用（生命必需和药物作用靶点）。
二．蛋白质生物合成体系：1.基本原料:20种编码氨基酸。
2.三种RNA:mRNA---模板; tRNA ---适配器；核蛋白体---装配机。
3.主要酶和蛋白质因子:氨基酰-tRNA合成酶、转肽酶、起始因子、延长因子、释放因子等。
4.能源物质:ATP、GTP。
5.无机离子:Mg2+、K+。
三．mRNA的基本结构。
1.组成：5’-端非翻译区、开放阅读框架、3’-端非翻译区。
2.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，称为开放阅读框架(ORF)。
3.顺反子:遗传学将编码一个多肽的遗传单位称为。
四．遗传密码。
1.密码子（codon）：在mRNA的开放阅读框架区，从5’至3’方向，由AUG开始，每3个核苷酸为一组，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(有43个)。
其破译在生物学史上有里程碑的意义。
2.有意义密码：能决定氨基酸的密码子（61个）。
3.起始密码子(initiation codon)：AUG。
4.终止密码子(termination codon) ：UAA、UAG、UGA。
5.特点：方向性(directional。
翻译时遗传密码的阅读方向是5’→3’，即读码从mRNA的起始密码子AUG开始，按5’→3’的方向逐一阅读，直至终止密码子)、连续性(non-punctuated。
生物化学蛋白质的合成
6. 能源物质：ATP、GTP
7. 无机离子：Mg2+、 K+
①mRNA
(蛋白质合成的信息模板)
mRNA中每三个相邻的的核苷酸组成三联体，代表 一个氨基酸或起始和终止信息，此三联体就称 为密码子（codon）。共有64中不同的密码， 起始密码：AUG;终止密码:UAA、UAG、UGA. 从 mRNA 5- 端的起始密码子 AUG 到 3- 端终止密 码子之间的核苷酸序列，称为开放阅读框架 (open reading frame, ORF)。
释放因子
RF-1
RF-2 RF-3
特异识别UAA、UAG，诱导转肽酶转变为酯酶
特异识别UAA、UGA，诱导转肽酶转变为酯酶 可与核糖体其他部位结合，有GTP酶活性，能介 导RF-1及RF-的生物合成过程
蛋白质合成的三个过程:
(1) 氨基酸的活化; (2) 肽链的合成； (3) 肽链合成后的折叠加工、修饰、蛋白质的靶向运输
如同时连续插入或缺失3个碱基，则只会在蛋白质产物中增加或缺失
一个氨基酸，但不会导致阅读框移位，对蛋白质的功能影响相对 较小。
简并性
64个密码子中有61个编码氨基酸，而氨基酸只有20种， 因此有的氨基酸可由可具有2个或2个以上的密码子为其 编码。这一特性称为遗传密码的简并性。例如，UUU 和UUC都是苯丙氨酸的密码子. 多数情况下，简并性密码子的前两位碱基相同 ，仅第三 位有差异，即密码子的特异性主要由前两位核苷酸决定 ，如苏氨酸的密码子是ACU、ACC、ACA、ACG。这 意味着第三位碱基的改变往往不改变其密码子的编码氨 基酸，合成的蛋白质具有相同的一级结构。因此，遗传 密码的简并性可低基因突变的生物学效应
蛋白质生物合成体系 蛋白质生物合成过程
蛋白质生物合成体系
第十章蛋白质的生物合成概述★基因表达：指基因通过转录、翻译等过程合成具有生物活性蛋白质的过程。
★翻译：指mRNA分子上核苷酸的遗传信息，被具体地翻译成蛋白质的氨基酸排列顺序的过程。
述：中心法则指出，遗传信息的表达最终是合成出具有特定氨基酸顺序的蛋白质，这种以mRNA上所携带的遗传信息到多肽链上所携带的遗传信息的传递，就好象以一种语言翻译成另一种语言时的情形相似，所以称蛋白质的合成过程为翻译。
新合成的多肽链经过加工修饰形成天然蛋白质构象才具有生物功能。
很多抗菌药物通过干扰抑制病菌的翻译过程发挥药理作用。
第一节蛋白质生物合成体系①原料：20种氨基酸②模板：mRNA ③运载体：tRNA④主要酶：氨基酰-tRNA合成酶、转肽酶⑤供能物质：ATP 、GTP述：另外还需核蛋白体、多种蛋白质因子（IF、EF、RR和RF）及无机离子（Mg2+、K+）⑥合成方向：N→C端一、mRNA的模板作用（一）顺反子1．多顺反子――原核生物述：原核生物的一个mRNA常串连数个功能相关的遗传信息，编码几种功能相关的蛋白质，称～。
转录后一般不需加工。
2．单顺反子――真核生物述：真核生物的mRNA一般只带有一种蛋白质编码信息，称～。
其结构基因是不连续的，mRNA转录后需要加工成熟才成为翻译的模板。
（二）遗传密码1. 概念：mRNA自5'→3'方向，每三个碱基形成一个三联体,即一个遗传密码体现一个氨基酸信息。
2．数量：64种述：密码子中的61种分别代表20种氨基酸，称为有意义密码。
＊起始密码：AUG（位于5'端），也可代表甲硫氨酸＊终止密码：UAA、UAG、UGA（位于3'端）3．特点(1)连续性述：两个密码子之间无任何核苷酸加以隔开和重叠，如阅读框内的碱基发生插入或删除，可发生移码或框移突变，造成下游翻译产物氨基酸序列的改变或合成提前终止。
＊阅读框：mRNA分子上含有遗传密码的区域(2)简并性述：一种氨基酸可有多个密码子体现这一信息为简并性。
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（取自网络图片资源）
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
二、合成的装置 --rRNA与核糖体
（取自网络图片资源）
核 糖 体 的 组 成
（取自网络图片资源）
Peptine site
site
U U G L e u UCG Ser UAG Stop U G G Tr p G
密
码
C U U L e u CCU Pro CAU His C G U A r g U 密
子 第 一
C
CUC CUA
个
CUG
L e u CCC Pro CAC His C G C L e u CCA Pro CAA Gln C G A L e u CCG Pro CAG Gln C G G
第一步反应 第二步反应
氨酰--AMP＋PPi 氨酰～ tRNA ＋ AMP
• 氨酰-tRNA合成酶对底物氨基酸和tRNA具 有高度特异性，并具有校正功能。
• 氨酰-tRNA是高能化合物。 表示方法： Ala-tRNAAla
• 携带相同氨基酸的tRNA叫做同工受体 tRNA。
生命科学学院生物化学教研室
蛋白质生物合成
主讲人： 宋 慧
主要内容
☆ 蛋白质合成体系 ☆ 蛋白质合成过程 ☆ 蛋白质合成后加工与转运
•翻译：蛋白质的生物合成，即翻译。是将mRNA中
4种核苷酸的排列序列，通过遗传密码破译的方式解读 为蛋白质中氨基酸排列顺序的过程 。
（取自网络图片资源）
一、蛋白质合成体系
GAU CUA
1964. M. Nirenberg
1964. H.G.Khorana
遗传密码子表
密码子第二个字母
5′
U
C
A
G
3′
U U U P h e UCU Ser UAU Tyr U G U C y s U
U
UUC UUA
P h e UCC Ser UAC Tyr U G C C y s C L e u UCA Ser UAA Stop U G A S t o p A
Arg C Arg A Arg G
码 子 第 三
字 母
AUU
A
AUC AUA
I l e ACU Thr AAU Asn A G U S e r U 个
I l e ACC Thr AAC Asn A G C
Ser C
字 母
I l e ACA Thr AAA Lys A G A A r g A
A U G M e t ACG Thr AAG Lys A G G A r g G
(2)同义密码子 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。
(3)防错功能 密码子的简并性由第三位碱基决定，第二位碱基 决定氨基酸极性。当碱基发生错配，其结果或仍 然编码相同氨基酸、或理化性质相似氨基酸。
4.变偶性与反密码子识别
Amino acid
• tRNA的反密码第一位 碱基与mRNA密码子 第三位的碱基间不严 格遵守常见的碱基互 补配对规律。Crick称 这种现象为变偶性， 也叫摆动性。
GUU
G
GUC GUA
GUG
Va l GCU Va l GCC Va l GCA Va l GCG
Ala GAU Ala GAC Ala GAA Ala GAG
Asp G G U Asp G G C Glu G G A Glu G G G
Gly U Gly C Gly A Gly G
(二)、遗传密码的基本性质
1. 通用性与例外 2. 连续性与开放阅读框 3. 简并性与防错功能 4.变偶性与反密码子识别
1. 通用性与例外
• 密码子表适用于地球上的一切生物。 • 已发现少数例外：
脊椎动物 果蝇
酿酒酵母
S.cerevisiae
丝状真菌 高等植物
部分生物线粒体中变异的密码子
UGA 终止→Trp 终止→Trp 终止→Trp 终止→Trp
GUU
G
GUC GUA
GUG
Va l GCU Va l GCC Va l GCA Va l GCG
Ala GAU Ala GAC Ala GAA Ala GAG
Asp G G U Asp G G C Glu G G A Glu G G G
Gly U Gly C Gly A Gly G
(1)密码子的简并性 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。
AUA Ile→Ｍet Ile→Ｍet Ile→Ｍet
AGG、AGA
CUN
Arg→终止 Arg→Ser
Leu→Thr
CGG Arg→Trp
2. 连续性与开放阅读框
• 从起始密码子AUG（GUG、UUG）开始阅读至 终止密码子UAA、UAG和UGA结束，不间断、不 重叠。
• 这一连续阅读的编码区域称为开放阅读框架 （ORF）或可译区。
• 若插入或删除一个核苷酸，会发生读码错位，称 为移码突变。
3. 简并性与防错功能
密码子数目
氨基酸
R基团非极性：Leu
6
R基团极性不带电荷：Ser
R基团极性带电荷：Arg
（共3个）
R基团非极性：Ala、Val、Pro
4
R基团极性不带电荷：Gly、Thr
（共5个）
3
R基团非极性：Ile
（共1个）
R基团非极性：Cys、Phe
（取自网络图片资源）
这个图中我
们看到合成
?
蛋白质需要
哪些物质?
一、翻译的模板 --mRNA及遗传密码
(一)、密码子
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，或三联体密码或遗传密码 。
证明三联体密码的三个著名实验
Leu
Leu
1961. M.Nirenberg
Arg C Arg A Arg G
码 子 第 三
字 母
AUU
A
AUC AUA
I l e ACU Thr AAU Asn A G U S e r U 个
I l e ACC Thr AAC Asn A G C
Ser C
字 母
I l e ACA Thr AAA Lys A G A A r g A
A U G M e t ACG Thr AAG Lys A G G A r g G
2
R基团极性不带电荷：Asn、Gln、Tyr
（共9个）
R基团极性带电荷：Asp、Glu、His、Lys
1
R基团非极性：Met、Trp
（共2个）
遗传密码子表
密码子第二个字母
5′
U
C
A
G
3′
U U U P h e UCU Ser UAU Tyr U G U C y s U
U
UUC UUA
P h e UCC Ser UAC Tyr U G C C y s C L e u UCA Ser UAA Stop U G A S t o p A
Accepter site
（取自网络图片资源）
多聚核糖体：
一条mRNA同时结合多个核糖体的现象。
(引自吴庆余，2002)
三、转运的工具 --tRNA及氨基酸活化
（取自网络图片资源）
氨基酸的活化
总反应：
氨酰-tRNA合成酶
氨基酸 + tRNA
氨酰～ tRNA
ATP
AMP＋PPi
氨基酸＋ ATP 氨酰--AMP ＋ tRNA
U U G L e u UCG Ser UAG Stop U G G Tr p G
密
码
C U U L e u CCU Pro CAU His C G U A r g U 密
子 第 一
C
CUC CUA
个
CUG
L e u CCC Pro CAC His C G C L e u CCA Pro CAA Gln C G A L e u CCG Pro CAG Gln C G G