生物化学-第十三章蛋白质生物合成

Reverse transcription
Replication
二、核糖体
1.核糖体的基本功能
核糖体——蛋白质合成“工厂” 基本功能: 结合mRNA，在mRNA上选择适当的区 域开始翻译 密码子（mRNA）和反密码子（tRNA） 的正确配对 肽键的形成 存在形式: 核糖体可游离存在，真核中，也 可同内质网结合，形成粗糙的内质网。 原核中，与mRNA形成串状——多核糖体
难点：
1.遗传密码的性质 2.蛋白质合成的过程
第一节、遗传信息的表达方式
一.中心法则
生物的遗传信息从 DNA传递给mRNA的过程称为转录 mRNA链上的遗传信息合成蛋白质的过程，被称为翻译
遗传信息从 DNA到RNA再到蛋白质的过程称为基因表达
1958年Crick将生物遗 传信息的这种传递方式称 为中心法则。 1972年Crick将中心法 则作进一步修改，补充了 逆转录。
蛋白质合成时，mRNA结合于核糖体 小亚基上，大亚 基结合带氨基酸 的tRNA，tRNA的反密码子与mRNA密 码子配对，ATP供能，合成蛋白质
五. 参与蛋白质合成的辅助因子
原核生物
1. 起始(译)因子 IF1,IF2,IF3
真核生物
eIF1,eIF2A, eIF2B, eIF3,eIF4A-,E,eIF5 EF-1,EF-2,
2.核糖体的组成及其成分
原核生 物核糖 体组成
rRNA60-65%
Proteins30-35%
真核生 物核糖 体组成
rRNA55% Proteins45%
三. tRNA 1. tRNA的功能
结合携带氨基酸：一种氨基酸有 几种tRNA携带，氨基酸结合在 tRNA3‘-CCA的位臵。 反密码子：每种tRNA的反密码子， 决定了所带氨基酸能准确的在mRNA 上对号入座 。 核糖体的识别位点：将氨基酸准确 地带到核糖体上。 氨基酰-tRNA 合成酶的识别位点： 将氨基酸准确地与tRNA特异性结合。
(二).白喉霉素（diphtheria toxin）
由白喉杆菌所产生的白喉霉素是真核细胞蛋白质合成抑制剂。 它对真核生物的延长因子-2（EF-2）起共价修饰作用，生成 EF-2腺苷二磷酸核糖衍生物，从而使EF-2失活，它的催化效 率很高，只需微量就能有效地抑制细胞整个蛋白质合成，而 导致细胞死亡
(三).亚胺环己酮（放线菌酮）
P位点
A位点
核糖体移动方向
肽 链 的 延 伸 过 程
(三).肽链合成的终止与释放
1.终子因子进入P位识别mRNA的终止密 码子。 RF1-UAA、UAG RF2-UAA、UGA RF3影响肽链的释放速度。 2.水解所合成肽链与tRNA间的酯键，释 放肽链 3.RF3帮助P位点的tRNA残基脱落，而后 核糖体脱落
(四）.合成过程是一个耗能过程
活化每个氨基酸1ATP肽链的起始要 1GTP，延长时只需2GTP，终止释放1GTP ，合成一个n肽所需能量3×n ATP， 真核生物中，肽链合成的起始需GTP外， 还需ATP，则合成n肽所需能量3×n+1
三、真核细胞蛋白质合成的特点
1. 2. 3. 4. 核糖体为80S，由60S的大亚基和40S的小亚基组成 起始密码AUG 起始tRNA为Met－tRNA 起始复合物结合在mRNA 5’端AUG上游的帽子结构，真核mRNA无富含 嘌呤的SD序列（除某些病毒mRNA外） 5. 已发现的真核起始因子有近9种（eukaryote Initiation factor,eIF） eIF4A.eIF4E.P220复合物称为帽子结构结合蛋白复 合物（CBPC） 6. 肽链终止因子及释放因子（RF）,只有一种,无特异性. 线粒体、叶绿体内蛋白质的合成同于原核细胞
第
十三
章
蛋白质的生物合成
学习目的与要求：
1.遗传信息传递方式-中心法则 2. 蛋白质合成中各RNA及辅助因子的作用 3.遗传密码及其性质 4.蛋白质合成的机制及过程 5.蛋白质合成后的折叠与加工方式
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重点：
1.中心法则 2.核糖体的组成及功能 3.tRNA的功能及摆动性假说 4.遗传密码及其性质 5.蛋白质合成的机制及过程
几种密码子对应于相同一种氨基酸。 这些密码子为同义密码子
5.通用性
绝大多数密码子对各种生物都适用，某些线粒体中遗传密码有例外
6.起始密码与终止密码
起始密码:AUG -真核/原核,真核中起始为Met 、 原核中起始为fMet,翻译中间为Met. GUG -原核 起始为fMet,翻译中间为Val.
终止密码: UAG、UAA、UGA
二.密码子的确立及证明 42=16, 43=64, 44=256 1. 确立 41=4, UUUUUUUUUUUU----------Phe-Phe2.证明
UUC---------Phe-PheUUCUUCUUCUUCUUC UCU---------Ser-SerCUU---------Leu-Leu核糖体结合试验证明:1960-1965年，Nirenberg用polyU加入14C 标记的20种aa,仅有苯丙氨酸的寡肽,UUU=苯丙氨酸,用此法破译了 全部密码，编出遗传密码表。
遗传密码
三. 遗传密码子的特点
1.方向性
从 mRNA5’—3’方向阅读。
2.不重叠
密码子是不重叠的，每个三联体中的三个核苷酸只编码一个氨基酸， 核苷酸不重叠使用噬菌体x174中某些基因之间有重叠现象。
3.连续性
mRNA上无不编码的核苷酸,两个密码子之间没有标点符号。
4.简并性(degeneracy)
氨基酸+ ATP + tRNA + H2O
氨基酰-tRNA合成酶
氨基酰-tRNA + AMP + PPi
(一).氨基酸活化过程
氨基酰-tRNA 合成酶
氨基酰-tRNA 合成酶
+ AMP tRNA --CCA-OH 3’
(二).氨基酸活化机制
(三).氨基酰-tRNA 合成酶的特点：
1.每一种氨基酸至少有一种对应的氨基酰-tRNA 合成酶。它既催 化氨基酸与 ATP 的作用, 也催化氨基酰基转移到 tRNA。 2.氨基酰-tRNA 合成酶具有高度的专一性。 每一种氨基酰-tRNA 合成酶只能识别一种相应的 tRNA。 3.tRNA 分子能接受相应的氨基酸, 决定于它特有的碱基顺序, 而这种碱基顺序能够被氨基酰-tRNA 合成酶所识别。
第三节、蛋白质生物合成的机制
合成体系：以mRNA为模板，20种氨基酸经活化获得的氨酰tRNA 为原料，酶和因子,以及无机离子，ATP 、GTP供能等作用下在 核糖体中完成蛋白质的合成。 合成方向：N→C端。
一.氨基酸的活化
tRNA在氨基酰-tRNA 合成酶的帮助下，能够识别相应的氨 基酸，并通过tRNA氨基酸臂的 3’-OH 与氨基酸的羧基形成活化 (酯)氨基酰-tRNA。 氨基酰-tRNA的形成是一个两步反应过程： 第一步是氨基酸与 ATP 作用, 形成氨基酰腺嘌呤核苷酸； 第二步是氨基酰基转移到tRNA的3’-OH端上,形成氨基酰-tRNA。
参与因子：延长因子EFTu（Tu）、 EFTs（Ts）、GTP、氨酰tRNA
2. 转肽---肽链的形成 进位 转肽
肽酰基从P位点转移到A 位点，形成新的肽链
肽链的形成
肽基转移酶
新形成 肽键
延长过程中肽链的生成
3.
移位（translocase）
核糖体移位
在移位因子（移位酶） EF－G的作用下，核糖体 沿mRNA（5’-3’）作相对 移动，使原来在A位点的 肽酰－tRNA回到P位点
2.摆动性假说
反密码子与mRNA的第1,2个核苷酸配对时， 严格遵从碱基配对原则,但反密码子与mRNA的 第三个核苷酸配对时，不严格遵从碱基配对原 则,出现U-G,I-U.C.A配对现象,表现出一定的 灵活性,摆动性.
四. mRNA
携带着DNA的遗传信息，是多肽链的 合成模板在原核细胞内，存在时间短， 在转录的同时翻译 在真核细胞内，较稳定
只抑制真核60S亚基的肽酰转移酶活性
第三节、肽链合成后的折叠与加工
1.N端改造 fMet/Met的切除 2.信号肽（能透膜，进行蛋白质的锚定）的切除 3.氨基酸的修饰/改造 肽链内或肽链间的二硫键的形成、乙酰化、甲基化 氨基酸残基的修饰（Pro-OH/Cys-OH） 4.糖基化 （Asp、Ser、Thr、Asn） 5. 某些多肽要经特殊的酶切一段肽链后才有生物活性(如：胰岛素) 6. 高级结构的形成 在分子伴侣的协助下形成正确的结构 7.锚定（定位）
二.原核生物多肽链的合成 (一).多肽链合成的起始
1. 核糖体的活化 2. 30s起始复合物的形成 核糖体小亚基上的16S rRNA和 mRNA的SD序列（位于起始位点上游4 －13个核苷酸）结合,辨认出mRNA链 上的起始点（AUG）。 3. 70s起始复合物的形成
（二）.
肽链的延长
1. 进位 （氨酰tRNA进入A位点）
四.多核糖体与核糖体循环
在细胞内一条mRNA链上结合 多个核糖体，甚至可多到几 百个。 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， 大大提高了翻译的效率

五.蛋白质合成的抑制剂
(一).抗生素类阻断剂
1. 链霉素、卡那霉素、新霉素等: 主要抑制革兰氏阴性细菌蛋白质合成的三个阶段： ①起始复合物的形成，使氨基酰tRNA从复合物中脱落； ②在肽链延伸阶段，使氨基酰tRNA与mRNA错配； ③终止阶段，阻碍终止因了与核蛋白体结合， 使已合成的多肽链无法释放，而且还抑制70S核糖体的介离。 2.四环素和土霉素: 抑制氨基酰tRNA与核糖体A位结合，也抑制fMet-tRNAfMet 与核糖体结合 3.氯霉素：作用于30S亚基
RF
2.延长(伸)因子
3.终止因子 4.能量 5.G因子(移位酶) 6.无机离子
EF-TU,EF-TS,
RF1,RF2,RF3 ATP，GTP 有 Mg2+/K+
ATP，GTP EF-2 Mg2+/K+
第二节、遗传密码
一.密码子的概念
mRNA分子中为一个氨基酸编码进入蛋白质多肽链特定线性 位臵的三个核苷酸单位称为密码子（Coden）或三联体密码 或遗传密码。