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)。
参与原核生物翻译的各种蛋白质因子及其生物学功能
种类
起始因子 IF-1
生物学功能
占据A位防止结合其他tRNA
IF-2
IF-3Байду номын сангаас延长因子
促进起始tRNA与小亚基结合
促进大小亚基分离，提高P位对结合起始tRNA的 敏感性
EF-Tu 促进氨基酰-tRNA进入A位，结合并分解GTP EF-Ts 调节亚基 EF-G 有转位酶活性，促进mRNA-肽酰-tRNA由A位移 至P位，促进tRNA卸载与释放
连续性
mRNA序列上的各个密码子及密码子的各碱基是连续排列的，之间没
有间隔，即具有无标点性。翻译时从AUG开始向3’-端连续读码，
每个碱基只读一次，不重叠阅读，直至终止密码子出现。
开放阅读框架中插入或缺失1个或2个碱基的基因突变，引起mRNA
阅读框架发生移动，编码的蛋白质彻底丧失功能，称为移码突变 (frameshift mutation)，“后果很严重”；
遗传密码的特点
方向性(direction) ： 翻译时的阅读方向只能从5’→3’ 连续性 (commaless): mRNA的密码子之间没有间隔核 苷酸 简并性(degeneracy)： 一种氨基酸可具有2个或2个以上 的密码子为其编码 通用性(universal)： 从细菌到人类都使用着同一套遗 传密码 摆动性(wobble)： 反密码子与密码子之间的配对有 时并不严格遵守常见的碱基配对规律
蛋白质生物合成体系 蛋白质生物合成过程
蛋白质生物合成系
Protein Biosynthesis System
蛋白质生物合成体系
1. 基本原料：20种编码氨基酸
2. 模板：mRNA
3. 适配器：tRNA 4. 装配场所：核糖体 5. 主要酶和蛋白质因子：氨基酰-tRNA合成酶、转肽酶、 转位酶、起始、延长、释放因子等
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-2与核糖体的相互作用
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蛋白质的生物合成过程
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
蛋白质合成的场所，由大小亚基组 成， 小亚基与mRNA结合，核糖体上有 P位和A位，是形成肽键的中心
核蛋白体 原核生物中的蛋白体大小为 70S，可分为30S小亚基和50S大亚基. 核蛋白体的大小亚基分别有不同的功能 ： 小亚基：可与mRNA、GTP和起始tRNA结合
大亚基：①具有两个不同的tRNA结合点。 A位—受位，可与新进入的氨基酰tRNA结合； P位—给位，可与延伸中的氨基酸tRNA结合。 ②具有转肽酶活性。
功能
通过3’-CCA-OH将氨基酸带到蛋白质合成场所，通过反密码子将氨 基酸正确就位。
tRNA的构象
氨基酸臂
cloverleaf 三级结构 反密码环
二级结构
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③核糖体—肽链“装配厂”
核糖体的组成
核糖体又称核蛋白体，是由 rRNA
和多种蛋白质组成的复合体，是 蛋白质生物合成的场所。
核糖体的功能
一、氨基酸的活化
氨基酸与特异的tRNA结合形成氨基酰-tRNA的过程称 为氨基酸的活化。 氨基酸的活化形式是氨基酰-tRNA，氨基酰-tRNA合成 酶催化完成。 氨基酰-tRNA合成酶对底物氨基酸和tRNA都有高度特 异性。 氨基酰-tRNA合成酶具有校正活性。
rRNA的结构特点
修饰碱基较少－－多为甲基化;
不同来源的rRNA某些区域具有 高度的同源性;
含有大量的茎环结构.
④重要的酶类
氨基酰 -tRNA 合成酶 (aminoacyl tRNA synthetase) ，催化氨基酸 的活化； 转肽酶(peptidase) ，将 P 位上的肽酰基转给 A位上的氨基，生成肽 键 转位酶(translocase)，催化核糖体向mRNA的3’-端移动一个密码子 的距离，使下一个密码子定位于A位。
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
⑤蛋白质因子
起始因子（initiation factor，IF） 延长因子（elongation factor，EF） 释放因子（release factor，RF）
⑥能源物质及离子 蛋白质生物合成的能源物质为ATP和GTP; 参与蛋白质生物合成的无机离子有Mg2+、K+ 等。 ⑦蛋白质因子 起始因子（initiation factor，IF） 延长因子（elongation factor，EF） 释放因子（release factor，RF）
mRNA的功能： 蛋白质合成的直接模板， 碱基排列顺序决定了氨基酸的排列顺序， 密码的阅读方向为5’→3’
②tRNA
作用
运载氨基酸：氨基酸各由其特异的tRNA携带，一种氨基酸可有几 种对应的tRNA，氨基酸结合在tRNA的3’-CCA的位置，结合需要 ATP供能； 充当“适配器”：每种tRNA的反密码子决定了所携带的氨基酸能 准确地在mRNA上对号入座。