蛋白质合成

1966年Crick根据立体化学原理提出： （1）mRNA上的密码子的第一、第二个碱基 与tRNA上 的反密码子相应的碱基形成强的配对；密码的专一 性主要是由这两个碱基对的 作用。 （2）有些反密码子的第一个碱基（按5’-3’）决定了 该tRNA识别密码子的数目。 （3）当一种氨基酸有几个密码子时，只要他们的第一 和第二个碱基中有一个不同，则需要不同的tRNA 来识别。
a、专一性：一是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。二是对tRNA 具有极高专一性。 b、校对作用：氨酰- tRNA合成酶的水解 部位可以水解错误活化的氨基酸。
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：肽 链合成的起始、肽链的延伸、肽链合成的终止 和释放。
对核糖体蛋白的功能有多种推测：（1）对rRNA折叠成有 功能的三维结构十分重要；（2）对核糖体的构象变化起到微调 作用；（3）在核糖体的结合位点及催化位点上与rRNA共同作 用。
3.核糖体的功能
2000年，原子水平的核糖 体结构图诞生，并证实了RNA
分子发生复杂的折叠，但有大
量的蛋白质支持。亮点是蛋白 质合成的活性位点。活性位点
思考

遗传信息传递的 中心法则
生物的遗传信息以密码的形式储 存在DNA分子上，表现为特定的核苷 酸排列顺序。在细胞分裂的过程中， 通过DNA复制把亲代细胞所含的遗传 信息忠实地传递给两个子代细胞。在 子代细胞的生长发育过程中，这些遗 传 信 息 通 过 转 录 传 递 给 RNA， 再 由 RNA通过翻译转变成相应的蛋白质多 肽链上的氨基酸排列顺序，由蛋白质 执行各种各样的生物学功能，使后代 表现出与亲代相似的遗传特征。后来 人们又发现，在宿主细胞中一些RNA 病毒能以自己的RNA为模板复制出新 的病毒RNA，还有一些RNA病毒能以 其RNA为模板合成DNA，称为逆转录 这是中心法则的补充。
AAAAAAA百度文库OH
t RNA
tRNA （transfer ribonucleic asid）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
PolyA为模板，产生的多肽链为Polylys
以特定的共聚物为模板指导多肽的合成
（1）以多聚二核苷酸作模板可合成由2个氨基 酸组成的多肽、PolyUG的模板，合成产物为 Lys和Val。 （2）以多聚三核苷酸作为模板，可得三种氨 基酸组成的多肽。
核糖体结合技术
技术要点：以人工合成的三核苷酸为模板+核糖体+AA-tRNA 保温
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。 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。
遗传密码字典 三联体密码的破译
遗传密码的性质
三联体密码的破译
tRNA接受正确的活化氨基酸（同工受体 tRNA） 。 （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。
密 码 子 与 反 密 码 子 的 配 对 mRNA 5’ 关 系
3
tRNA
5
根据变偶学说的碱基配对 反密码子的碱基 密码子的碱基 G U或C C G A U U A或G I A、U或C
反密码子 3 2 1
U A G A U C
3’
1 2 3 密码子
核 糖 体
核糖体 是由rRNA（ribosomal ribonucleic asid）和多种蛋白质结合而成的一种大的核糖核 蛋白颗粒，蛋白质的合成就是在这种核糖体上 进行的。
1、核糖体的结构和组成
2、核糖体的活性位点
3、核糖体的功能
核 糖 体 的 组 成
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
肽链合成的起始
mRNA +30S亚基-IF3
IF1 P位
GTP
A位
IF2
30S亚基• mRNA IF3- IF1复合物
IF2-GTP-fRNA-tRNA
5
IF-1 IF3 IF2 IF1 IF-3
3
IF3 30S• mRNA • GTP- fMet –tRNAIF2- IF1复合物 50S亚基 IF2+ IF1+GDP+Pi P位 anticodon A位
第十四章
蛋白质的生物合成
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，所以称以mRNA为模板的蛋白质合成过程为 翻译(translation)。 翻 译 过 程 十 分 复 杂 ， 需 要 mRNA 、 tRNA 、 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。
原核细胞mRNA的结构特点
SD区 顺反子 顺反子 顺反子
5´
AGGAGGU
3´
插入顺序 先导区 插入顺序 末端顺序
原核生物mRNA的特点
① 半衰期短 ② 许多原核生物mRNA以多顺反子形式存在 ③ AUG作为起始密码；AUG上游7～12个核苷酸处有一被称为SD序列 的保守区， 16S rRNA3’- 端反向互补而使mRNA与核糖体结合。
70S起始复合物
codon
1、30S 核糖体小亚基与起始 因子IF –1和IF-3相结合，诱发
模板mRNA与小亚基结合。
蛋白质合成的起始
mRNA在小亚基定位结合
(1)原核生物mRNA通过5’
端SD序列配对结合到核
蛋白体小亚基上的16S rRNA近3’-末端处（有
一段短序列…UCCU…）。
IF-3对此有固定作用。 (2)紧接SD序列的小段 核苷酸，又可以被核蛋 白体小亚基蛋白(rps-l) 辨认结合。
终止
RF-2
eRF
释放完整的肽链
蛋白质合成的机理
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 四、真核生物多肽链的合成
E
AA
ATP +
氨基酸
AA
氨 基 酸 的 活 化
AMP
氨 基 E-AMP 酸 氨酰腺苷酸 的 活 第二步 化 E
第一步
PPi
AA
E
E
tRNA
AA
E
tRNA AA
组成的复合物立即与GTPIF-2及fMet-tRNAfMet相结合。 反密码子与密码子配对。
蛋白质合成的起始
3、上述六组分复合物再
与50S大亚基结合，水解
GTP生成并释放GDP和Pi。 释放三个起始因子。
蛋白质合成的起始
肽链的延长
进位
1 1 2
肽键形成
1 2
5 ´
GTP 3´ (Tu\Ts)
GTP
由RNA（白色链）构成，而不
是蛋白质（桔色）。
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 eIF4A B F eIF5 eIF6 EF-Tu 延长 EF-Ts EF-G RF-1 eEF1 eEF1 eEF2 与mRNA帽子结合 参与寻找第一个AUG 协助eIF2 、 eIF3、eIF4C的释放 协助60S亚基从无活性的核糖体上解离 协助氨酰-tRNA进入核糖体 帮助EF-Tu 、 eEF1周转 移位因子 参与起始复合物的形成 真核 功 能
1、以均聚物为模板指导多肽的合成 2、以随机共聚合指导多肽的合成
例：以随机共聚物A、C为模板，任意排列可 出现8种三体，获得六种氨基酸组成的多肽。
3、以特定的共聚物为模板指导多肽的合成
4、核糖体结合技术
以均聚物为模板指导多肽的合成
PolyU为模板，产生的多肽链为Polyphe PolyC为模板，产生的多肽链为Polypro
N-端 C-端
移位
（EF-G）
肽键形成
2 3 2 3
进位
2 3
5´
3´
Tu\Ts循环
肽基转移酶
肽键的形成
肽链合成的 终止及释放
RF
5
UAG
3
（ 1 ） 释 放 因 子 RF1 或 RF2进入核糖体A位。 （2）多肽链的释放 （3）70S核糖体解离
2.核糖体的活性位点
P位：肽酰基位点 (peptidyl site)
A位：氨基酰位位点 (aminoacyl site)
E位：排出位点 (exit site)
核糖体的功能位点
3.核糖体的功能
过去一直认为在核糖体中一定有某种或某类蛋白质在催化蛋 白质合成中起重要作用。但目前认为，在核糖体中rRNA是起主 要作用的结构成分，主要功能为： （1）具有肽酰转移酶活性； （2）为tRNA提供结合位点（A位点、P位点和E位点）； （3）为多种蛋白质合成因子提供结合位点； （4）在蛋白质合成起始时参与同mRNA选择性地结合以及肽链 延伸时与mRNA结合。
真核细胞mRNA的结构特点
Poly(A)尾巴的功能 ① 是mRNA由细胞核进入细胞质 所必需的形式 ② 它大大提高了mRNA在细胞质 中的稳定性
m7G-5´ppp-N-3 ´ p
顺反子
5´ “帽子”
PolyA 3´
帽子结构功能
① 使mRNA免遭核酸酶的破坏 ② 使mRNA能与核糖体小亚基结合并开始 合成蛋白质 ③ 被蛋白质合成的起始因子所识别，从 而促进蛋白质的合成。
tRNA
E
3-氨酰-tRNA
N-甲酰甲硫氨酰-tRNAffMet的形成
+H
2N-CH-COO-tRNA
CHO-HN-CH-COO-tRNA
CH2 CH2 S COO-
转甲酰酶
CH2 CH2 S COO-
N10-甲酰FH4
FH4
Met-tRNAffMet
fMet-tRNAffMet
氨酰- tRNA合成酶特点
mRNA在小亚基定位结合
SD序列：在翻译起始密码子AUG的上游，相距约8—13个核 苷酸处，有一段由4-9个核苷酸组成的富含嘌呤的序列。这一序 列以AGGA为核心，因其发现者是Shine-Dalgarno而得名。mRNA
上的SD序列又称为核蛋白体结合位点(RBS)。
2、由30S 小亚基、起始因
子IF-1和IF-3及模板mRNA所
原核生物核 糖体的组成
原核生物核糖体结构示意图
2.核糖体的活性位点
核糖体上具有一系列与蛋白质合成有关的结合位点与催
化位点：
（1）与mRNA的结合位点； （2）A位点：氨酰基位点，与新掺入的氨酰tRNA结合； （3）P位点：肽酰基位点，与延伸中的酰肽tRNA结合； （4）E位点：肽酰转移后与即将释放的tRNA结合； （5）与肽酰tRNA从A位点转移到P位点有关的转移酶的结 合位点； （6）肽酰转移酶的催化位点：核糖体中最主要的活性部位 是肽酰转移酶的催化位点。
mRNA
核糖体
tRNA
目
录
第一节 蛋白质合成体系
第二节 蛋白质合成的机理
第三节 肽链合成后的修饰与折叠 第四节 蛋白质定位
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
mRNA
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。 原核生物和真核生物mRNA的比较
硝酸纤维滤膜过滤
分析留在滤膜上的核糖体-AAtRNA
确定与核糖体结合的AA
遗传密码字典
第二位
第一位
（5ˊ）
U
C
A
G
第三位
（3ˊ）
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。 2、密码的简并性：由一种以上密码子编码同一个 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)。 3、密码的变偶性：多数情况下同义密码子的第一 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。 4、密码是无标点符号的且相邻密码子互不重叠。 5、64组密码子中，AUG既是的密码，又是起始密 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。
复制
DNA
转录
逆转录
RNA 复制 蛋白质
翻译
中心法则总结了生物体内遗传信息的流动规律，揭示遗传的分子基础，不仅使人 们对细胞的生长、发育、遗传、变异等生命现象有了更深刻的认识，而且以这方面 的理论和技术为基础发展了基因工程，给人类的生产和生活带来了深刻的革命。
遗 传 信 息 流 动 示 意 图
DNA