生物学蛋白质的生物合成详解
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16
第一碱基 （5/-端）
遗传第 密二 码碱 表基
第三碱基Biblioteka Baidu（3/-端）
终止
终止
*
*在mRNA起始部位的AUG为起始信号
17
蛋白质生物合成物质
合成原料 mRNA tRNA rRNA
18
tRNA——搬运氨基酸
Ser 5’
Tyr 5’
19
tRNA的结构
▪ tRNA在蛋白质生物合成过程中起关键作用。 ▪ 最小的 RNA，4S ▪ 70 ~ 80个base，其中22个碱基是恒定 ▪ 含有10%的稀有碱基
Tyr UAC和UAU UAG。
错义突变：正常密码子变为另一种氨基酸的密码子。
新的氨基酸取代了蛋白质中某位点上原来的残基可能使蛋白质
失去功能。
Gly GGG
AGG Arg。
27
抑制突变/校正突变 （suppressor mutation）： 编码tRNA的基因发生某种突变，以“代偿”或校正 mRNA上密码子的原有突变所产生的不良后果。 无义抑制 错义抑制
Euk： tRNAimet ，Met-tRNAimet 延伸tRNA： tRNAmmet，m可省略
25
同工tRNA（isoaccepting tRNAs）
携带AA相同而反密码子不同的一组tRNA；
不同的反密码子识别AA的同义密码；
同工tRNA在细胞内合成量上有多和少的差别，分 别称为主要tRNA和次要tRNA。
22
23
反密码子的摆动性
反密码子：与mRNA相应的三联体密码子碱基互 补。
▪ 摆动性：mRNA密码子的前两位碱基和tRNA的反 密码严格配对，而密码子第三位碱基与反密码子 第一位碱基不严格遵守配对规则。
tRNA反密码子 第一个碱基
mRNA密码子第三个碱基
24
tRNA的种类
起始tRNA和延伸tRNA 起始tRNA: Prok： tRNAfmet， fMet-tRNAfmet
2)混合共聚物(mixed copolymers)实验对密码 子中碱基组成的测定
3)aa-tRNA 与确定的三核苷酸序列(密码子) 结合：
4)用重复共聚物(repeating copolymers)破译密 码：
14
1961年，尼伦伯格和马太利用大肠杆菌的破碎细 胞溶液，建立了一种利用人工合成的RNA在试 管里合成多肽链的实验系统，其中含有核糖体等 合成蛋白质所需的各种成分。利用这个实验系统， 尼伦伯格和马太设计了一个巧妙的实验，破译了 第一个遗传密码，即UUU-苯丙氨酸。
2
蛋白质生物合成物质
合成原料 mRNA tRNA rRNA
3
合成原料
自然界由mRNA 编码的氨基酸共有 20 种
羟脯氨酸、羟赖氨酸、γ-羧基谷氨酸等 特殊氨基酸是在肽链合成后的加工修饰过程中形成
4
蛋白质生物合成物质
合成原料 mRNA tRNA rRNA
5
mRNA——翻译的模板
7
遗传密码（Genetic code）
mRNA 中蕴藏遗传信息的碱基顺序称为遗传密码。
密码子(codon)
mRNA 中每个相邻的三个核苷酸，这个三联体称为 一个密码子。
因此，密码是密码子的总和。
8
遗传密码的特点
• 方向性 • 通用性 • 简并性 • 连续性
9
• 方向性：5/——3/ • 通用性：（在线粒体或叶绿体中特殊）
28
1）无义抑制（nonsense suppressor）
无义抑制或无义校正：通过抑制tRNA识别无义突 变位点，将某种氨基酸插入该位点，使得多肽链继 续延伸，而不中途停止。
第四章 蛋白质的生物合成
第一节 参与蛋白质生物合成的物质 第二节 蛋白质合成过程 第三节 蛋白质合成后的分泌 第 四节 蛋白质生物合成的干扰和抑制
1
第一节 参与蛋白质生物合成的物质
蛋白质生物合成体系
mRNA、tRNA、rRNA n 氨基酸
酶、蛋白质因子、ATP、GTP
蛋白质
蛋白质因子： 起始因子（initiation factor，IF）真核生物写作eIF 延长因子（elongation factor，EF） 释放因子（releasing factor，RF） 核蛋白体释放因子（ribosomal releasing factor，RRF）
20
aa接受臂 D环
反密码子环
TψC环
额外环
21
“ L”形三级结构 三叶草型的二级结构可折叠成倒L型的三维结构。
三叶草二级结构具有四个臂
L 型三 维结构两个双螺旋区相互垂直
3’
5’
氨基酸茎
D环
TψC 环
可变环
TψC 环 D环
氨基酸茎 3’
5’
可变环
反密码子环
反密码子环
图 14-15 tRNA 由三叶草型折叠成 L 型三维结构
主要tRNA中反密码子识别tRNA中的高频密码子， 而次要tRNA中反密码子识别mRNA中的低频密码 子。
26
校正tRNA
突变(mutation)
移码突变: mRNA上的编码顺序中插入(或缺失)一个 (或更多)碱基，引起密码子翻译读框改变。
无义突变: 指正常密码子改变为终止密码子，引起翻 译过程提早终止。蛋白质产物是截短的，一般没有功能。
15
1966年科学家霍拉纳发明了一种新的RNA合成方法， 通过这种方法合成的RNA可以是2个、3个或4个碱 基为单位的重复序列，例如:将A、C两种核苷酸缩 合为ACACACACAC……长链，以它作人工信使进 行蛋白质合成，结果发现产物是苏氨酸和组氨酸的 多聚体，说明苏氨酸的密码子可能是ACA，也可能 是CAC；同样，组氨酸的密码子可能是CAC，也可 能是ACA。
• 简并性： 同一氨基酸具有多种密码子
第1、2位
第3位
决定密码的特异性
同义密码
摆动
10
11
• 连续性：
沿5/-3/方向连续阅读
插入碱基 缺失碱基
移码 突变
12
密码子:(codon)
共有64种
3种 61种
代表20中氨基酸
UAA、UAG、UGA
AUG
起始密码 蛋氨酸
终止密码
13
1)在体外无细胞蛋白质合成体系中加入人工 合成的polyＵ 开创了破译遗传密码的先河
5/
3/
CAACUGCAGACAUAUAUGAUACAAUUUGAUCAGUAU
-Gln-Leu-Gln-Thr-Tyr-Met-Ile-Gln-Phe-Asp-Gln-Tyr-
6
mRNA 分子的组成：
转录启动区 5’UTR AUG之前的 5’ 端非编码区（前导序列） 编码区 起始码、阅读框、终止码 3’UTR 终止密码子之后，不翻译的 3’ 端 转录终止区
第一碱基 （5/-端）
遗传第 密二 码碱 表基
第三碱基Biblioteka Baidu（3/-端）
终止
终止
*
*在mRNA起始部位的AUG为起始信号
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蛋白质生物合成物质
合成原料 mRNA tRNA rRNA
18
tRNA——搬运氨基酸
Ser 5’
Tyr 5’
19
tRNA的结构
▪ tRNA在蛋白质生物合成过程中起关键作用。 ▪ 最小的 RNA，4S ▪ 70 ~ 80个base，其中22个碱基是恒定 ▪ 含有10%的稀有碱基
Tyr UAC和UAU UAG。
错义突变：正常密码子变为另一种氨基酸的密码子。
新的氨基酸取代了蛋白质中某位点上原来的残基可能使蛋白质
失去功能。
Gly GGG
AGG Arg。
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抑制突变/校正突变 （suppressor mutation）： 编码tRNA的基因发生某种突变，以“代偿”或校正 mRNA上密码子的原有突变所产生的不良后果。 无义抑制 错义抑制
Euk： tRNAimet ，Met-tRNAimet 延伸tRNA： tRNAmmet，m可省略
25
同工tRNA（isoaccepting tRNAs）
携带AA相同而反密码子不同的一组tRNA；
不同的反密码子识别AA的同义密码；
同工tRNA在细胞内合成量上有多和少的差别，分 别称为主要tRNA和次要tRNA。
22
23
反密码子的摆动性
反密码子：与mRNA相应的三联体密码子碱基互 补。
▪ 摆动性：mRNA密码子的前两位碱基和tRNA的反 密码严格配对，而密码子第三位碱基与反密码子 第一位碱基不严格遵守配对规则。
tRNA反密码子 第一个碱基
mRNA密码子第三个碱基
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tRNA的种类
起始tRNA和延伸tRNA 起始tRNA: Prok： tRNAfmet， fMet-tRNAfmet
2)混合共聚物(mixed copolymers)实验对密码 子中碱基组成的测定
3)aa-tRNA 与确定的三核苷酸序列(密码子) 结合：
4)用重复共聚物(repeating copolymers)破译密 码：
14
1961年，尼伦伯格和马太利用大肠杆菌的破碎细 胞溶液，建立了一种利用人工合成的RNA在试 管里合成多肽链的实验系统，其中含有核糖体等 合成蛋白质所需的各种成分。利用这个实验系统， 尼伦伯格和马太设计了一个巧妙的实验，破译了 第一个遗传密码，即UUU-苯丙氨酸。
2
蛋白质生物合成物质
合成原料 mRNA tRNA rRNA
3
合成原料
自然界由mRNA 编码的氨基酸共有 20 种
羟脯氨酸、羟赖氨酸、γ-羧基谷氨酸等 特殊氨基酸是在肽链合成后的加工修饰过程中形成
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蛋白质生物合成物质
合成原料 mRNA tRNA rRNA
5
mRNA——翻译的模板
7
遗传密码（Genetic code）
mRNA 中蕴藏遗传信息的碱基顺序称为遗传密码。
密码子(codon)
mRNA 中每个相邻的三个核苷酸，这个三联体称为 一个密码子。
因此，密码是密码子的总和。
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遗传密码的特点
• 方向性 • 通用性 • 简并性 • 连续性
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• 方向性：5/——3/ • 通用性：（在线粒体或叶绿体中特殊）
28
1）无义抑制（nonsense suppressor）
无义抑制或无义校正：通过抑制tRNA识别无义突 变位点，将某种氨基酸插入该位点，使得多肽链继 续延伸，而不中途停止。
第四章 蛋白质的生物合成
第一节 参与蛋白质生物合成的物质 第二节 蛋白质合成过程 第三节 蛋白质合成后的分泌 第 四节 蛋白质生物合成的干扰和抑制
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第一节 参与蛋白质生物合成的物质
蛋白质生物合成体系
mRNA、tRNA、rRNA n 氨基酸
酶、蛋白质因子、ATP、GTP
蛋白质
蛋白质因子： 起始因子（initiation factor，IF）真核生物写作eIF 延长因子（elongation factor，EF） 释放因子（releasing factor，RF） 核蛋白体释放因子（ribosomal releasing factor，RRF）
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aa接受臂 D环
反密码子环
TψC环
额外环
21
“ L”形三级结构 三叶草型的二级结构可折叠成倒L型的三维结构。
三叶草二级结构具有四个臂
L 型三 维结构两个双螺旋区相互垂直
3’
5’
氨基酸茎
D环
TψC 环
可变环
TψC 环 D环
氨基酸茎 3’
5’
可变环
反密码子环
反密码子环
图 14-15 tRNA 由三叶草型折叠成 L 型三维结构
主要tRNA中反密码子识别tRNA中的高频密码子， 而次要tRNA中反密码子识别mRNA中的低频密码 子。
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校正tRNA
突变(mutation)
移码突变: mRNA上的编码顺序中插入(或缺失)一个 (或更多)碱基，引起密码子翻译读框改变。
无义突变: 指正常密码子改变为终止密码子，引起翻 译过程提早终止。蛋白质产物是截短的，一般没有功能。
15
1966年科学家霍拉纳发明了一种新的RNA合成方法， 通过这种方法合成的RNA可以是2个、3个或4个碱 基为单位的重复序列，例如:将A、C两种核苷酸缩 合为ACACACACAC……长链，以它作人工信使进 行蛋白质合成，结果发现产物是苏氨酸和组氨酸的 多聚体，说明苏氨酸的密码子可能是ACA，也可能 是CAC；同样，组氨酸的密码子可能是CAC，也可 能是ACA。
• 简并性： 同一氨基酸具有多种密码子
第1、2位
第3位
决定密码的特异性
同义密码
摆动
10
11
• 连续性：
沿5/-3/方向连续阅读
插入碱基 缺失碱基
移码 突变
12
密码子:(codon)
共有64种
3种 61种
代表20中氨基酸
UAA、UAG、UGA
AUG
起始密码 蛋氨酸
终止密码
13
1)在体外无细胞蛋白质合成体系中加入人工 合成的polyＵ 开创了破译遗传密码的先河
5/
3/
CAACUGCAGACAUAUAUGAUACAAUUUGAUCAGUAU
-Gln-Leu-Gln-Thr-Tyr-Met-Ile-Gln-Phe-Asp-Gln-Tyr-
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mRNA 分子的组成：
转录启动区 5’UTR AUG之前的 5’ 端非编码区（前导序列） 编码区 起始码、阅读框、终止码 3’UTR 终止密码子之后，不翻译的 3’ 端 转录终止区