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1、关于蛋白质的生物合成(12)第一页，本课件共有124页第一节第一节mRNAmRNA的的概概念念首首先先是是由由F.Jacob和和J.Monod1965年年提提出出来来的。的。mRNA的的半半衰衰期期很很短短,很很不不稳稳定定,一一旦旦完完成成其其使使命命后后很很快快就就被水解掉。被水解掉。第二页，本课件共有124页一、一、原核生物原核生物mRNA的结构的结构15端端SD序列序列在在起起始始密密码码子子AUG上上游游9-13个个核核苷苷酸酸处处，有有一一段段可可与与核核糖糖体体16SrRNA配配对对结结合合的的、富富含含嘌嘌呤呤的的3-9个个核核苷苷酸酸的的共共同同序序列列，一一般般为为AGGA
2、，此序列称，此序列称SD序列。序列。它它与与核核糖糖体体小小亚亚基基内内16SrRNA的的3端端一一段段富富含含嘧嘧啶啶的的序序列列GAUCACCUCCUUA-OH互互补补，使使得得结结合合于于30S亚亚基基上上的的起起始始tRNA能能正正确确地地定定位于位于mRNA的起始密码子的起始密码子AUG。第三页，本课件共有124页第四页，本课件共有124页2.许许多多原原核核生生物物mRNA是是多多顺顺反反子子，也也有有单单顺顺反反子。子。转转译译时时，各各个个基基因因都都有有自自己己的的SD序序列列、起起始始密密码码子子、终终止止密密码码子子，分分别别控控制制其其合合成成的的起起始始与与终终止止，
3、也也就就是是说说，每个基因的翻译都是相对独立的。每个基因的翻译都是相对独立的。如如E.coli，一个，一个7000bp的的mRNA编码编码5种与种与Trp合成有关的酶合成有关的酶第五页，本课件共有124页二、二、真核生物真核生物mRNA的结构的结构1.真真核核mRNA5端端具具有有m7GpppN帽帽子子结结构构，无无SD序列。序列。帽帽子子结结构构具具有有增增强强翻翻译译效效率率的的作作用用。若若起起始始AUG与与帽帽子子结结构构间间的的距距离离太太近近（小小于于12个个核核苷苷酸酸），就就不不能能有有效效利利用用这这个个AUG，会会从从下下游游适适当当的的AUG起起始始翻翻译译。当当距距离离
4、在在17-80个个核核苷酸之间时，翻译效率与距离成正比。苷酸之间时，翻译效率与距离成正比。第六页，本课件共有124页2.真核生物真核生物mRNA通常是单顺反子。通常是单顺反子。真真核核mRNA具具有有“第第一一AUG规规律律”，即即当当5端端具具有有数数个个AUG时时，其其中中只只有有一一个个AUG为为主主要要开开放放阅阅读读框框架架的的翻翻译译起起点点。起起始始AUG具具有有二二个特点：个特点：（1）AUG上游的上游的-3经常是嘌呤，尤其是经常是嘌呤，尤其是A。（2）紧跟）紧跟AUG的的+4常常是常常是G。起起始始AUG邻邻近近序序列列中中，以以ANNAUGGN的的频频率率最最高高。若若-3
5、不不是是A，则则+4必必须须是是G。无无此此规规律律的的AUG，则无起始功能。，则无起始功能。第七页，本课件共有124页第二节第二节遗传密码遗传密码mRNA上上每每3个个连连续续的的碱碱基基或或核核苷苷酸酸编编码码1个个氨氨基酸基酸,称为三联体密码或密码子。称为三联体密码或密码子。第八页，本课件共有124页一、一、遗传密码的破译遗传密码的破译美美国国科科学学家家M.W.Nirenberg等等,1968年年获获诺诺贝贝尔尔生生理理医医学学奖奖.1961年年，M.W.Nirenberg等等人人,大大肠肠杆杆菌菌的的无无细细胞胞体体系系中中外外加加poly(U)模模板板、20种种标标记记的的氨氨基基
6、酸酸，经经保保温温后后得得到到了了多多聚聚phe-phe-phe，于于是是推推测测UUU编编码码phe。利利用用同同样样的方法得到的方法得到CCC编码编码pro，GGG编码编码gly，AAA编码编码lys。如如果果利利用用poly（UC），则则得得到到多多聚聚Ser-Leu-Ser-Leu，推推测测UCU编码编码Ser，CUC编码编码Leu.到到1965年年就就全全部部破破译译了了64组组密密码码子子。遗遗传传密密码码字字典典见见p615表表212，王镜岩，王镜岩p511表表375。第九页，本课件共有124页二、二、遗传密码的特点遗传密码的特点64个个密密码码子子中中有有61个个编编码码氨氨基
7、基酸酸，3个个不不编编码码任任何何氨氨基基酸酸而而起起肽肽链链合合成成的的终终止止作作用用，称称为为终终止止密密码码子子，它它们们是是UAG、UAA、UGA，密密码码子子AUG（编码（编码Met）又称起始密码子。）又称起始密码子。密密码码子子：mRNA上上由由三三个个相相邻邻的的三三个个核核苷苷酸酸或或碱碱基基组组成成一一个个密密码码子子，代代表表肽肽链链合合成成中中的的某某种种氨基酸或合成的起始与终止信号。氨基酸或合成的起始与终止信号。第十页，本课件共有124页1.方向性：从方向性：从mRNA的的5到到32.连读性连读性编编码码一一个个肽肽链链的的所所有有密密码码子子是是一一个个接接着着一一
8、个个地地线线形形排排列列，密密码码子子之之间间既既不不重重叠叠也也不不间间隔隔，从从起起始始密密码码子子到到终终止止密密码码子子（不不包包括括终终止止子子）构构成成一一个个完完整整的的读读码码框框架架，又又称开放阅读框架（称开放阅读框架（ORF）。）。如如果果在在阅阅读读框框中中插插入入或或删删除除一一个个碱碱基基就就会会使使其其后后的的读读码码发发生生移位性错误（称为移码）。移位性错误（称为移码）。两两个个基基因因之之间间或或两两个个ORF之之间间可可能能会会互互相相部部分分重重叠叠（共共用部分序列）。用部分序列）。第十一页，本课件共有124页3.简并性简并性几几种种密密码码子子编编码码一一
9、种种氨氨基基酸酸的的现现象象称称为为密密码码子子的的简简并并性性。如如GGN（GGA、GGU、GGG、GGC）都都编编码码Gly，那么这，那么这4种密码子就称为种密码子就称为Gly的简并密码。的简并密码。只有只有Met和和Trp没有简并密码。没有简并密码。一一般般情情况况下下密密码码子子的的简简并并性性只只涉涉及及第第三三位位碱碱基基（具具有有较较小的专一性。小的专一性。第十二页，本课件共有124页简并性的生物学意义？简并性的生物学意义？A、可以降低由于遗传密码突变造成的灾难性后果、可以降低由于遗传密码突变造成的灾难性后果假假如如每每种种氨氨基基酸酸只只有有一一个个密密码码子子，那那么么剩剩下
10、下的的44个个密密码码子子都都成成了了终终止止子子，如如果果一一旦旦哪哪个个氨氨基基酸酸的的密密码码子子发发生生了了单单碱碱基基的的点点突突变变，那那么么极极有有可可能能造造成成肽肽链链合合成成的的过过早早终终止止。如如GUN编编码码Ala，由由于于简简并并性性的的存存在在，不不论论第第三位的三位的U变成什么，都仍然编码变成什么，都仍然编码AlaB、可可以以使使DNA上上的的碱碱基基组组成成有有较较大大的的变变化化余余地地，而而仍仍然然保保持多肽上氨基酸序列不变（意思基本同上）。持多肽上氨基酸序列不变（意思基本同上）。第十三页，本课件共有124页4.摇摆性摇摆性密密码码子子中中第第三三位位碱碱
11、基基与与tRNA上上的的反反密密码码子子第第一一位位碱碱基基的的配配对对有有时时不不一一定定完完全全遵遵循循A-U、G-C的的原原则则，Crick把把这种情况称为摇摆性，有人也称摆动配对或不稳定配对。这种情况称为摇摆性，有人也称摆动配对或不稳定配对。密码子的第三位和反密码子的第一位是摇摆位点。密码子的第三位和反密码子的第一位是摇摆位点。反反密密码码子子第第一一位位的的G可可以以与与密密码码子子第第三三位位的的C、U配配对对，U可可以以与与A、G配配对对，I可可以以和和密密码码子子的的U、C、A配配对对，这这使使得得该该类类反反密密码码子子的的阅阅读读能能力力更更强强。见见王王镜镜岩岩表表P51
12、3表表377，第十四页，本课件共有124页第十五页，本课件共有124页细胞内有几种细胞内有几种tRNA？当当遗遗传传密密码码破破译译后后，由由于于有有61个个密密码码子子编编码码氨氨基基酸酸，于于是是人人们们预预测测细细胞胞内内有有61种种，但但事事实实上上绝绝大大多多数数细细胞胞内内只只有有50种种左左右右，Crick也也正正是是在在这这种种情情况况下下提提出出了了摇摇摆假说并合理解释了这种情况。摆假说并合理解释了这种情况。根根据据摇摇摆摆性性和和61个个密密码码子子，经经过过仔仔细细计计算算，要要翻翻译译61个个密密码子至少需要码子至少需要31种种tRNA，外加，外加1个起始个起始tRNA
13、，共需，共需32种。种。但但是是，在在叶叶绿绿体体和和线线粒粒体体内内，由由于于基基因因组组很很小小，用用到到的的密密码码子子少少，因因此此叶叶绿绿体体内内有有30种种左左右右tRNA，线线粒粒体体只有只有24种。种。第十六页，本课件共有124页5.通通用用性性和和变变异异性性：密密码码子子在在不不同同物物种种间间几几乎是完全通用的。乎是完全通用的。目目前前只只发发现现线线粒粒体体和和叶叶绿绿体体内内有有例例外外情情况况，即即表表明明密密码码子子还还有有变变异异性性。例例如如，人人和和牛牛线线粒粒体体中中的的AUA编编码码Met，而而不不是是Ile，等等等等。但但要要注注意意的的是是不不同同生
14、生物物往往往往偏偏爱爱某某一一种密码子。种密码子。第十七页，本课件共有124页第三节第三节核糖体核糖体又称核蛋白体，它是蛋白质合成的场所。又称核蛋白体，它是蛋白质合成的场所。标标记记各各种种aaaa，注注入入大大鼠鼠体体内内，在在不不同同时时间间取取出出肝肝脏脏，匀匀浆浆，离离心心分分离离各各种种亚亚细细胞胞器器，分分析析放放射射性性蛋蛋白白的的分分布布，证证实实蛋蛋白白质质的的合合成成是是在在核核糖糖体体上进行的。上进行的。游离核糖体：合成细胞质蛋白。游离核糖体：合成细胞质蛋白。内质网核糖体：合成分泌蛋白和细胞器蛋白。内质网核糖体：合成分泌蛋白和细胞器蛋白。不不论论原原核核细细胞胞还还是是真
15、真核核细细胞胞，一一条条mRNA可可以以被被同同时时几几个个核核糖糖体体阅阅读读，把把同同时时结结合合并并翻翻译译同同一一条条mRNA的的多多个个核核糖体称为多聚核糖体。糖体称为多聚核糖体。第十八页，本课件共有124页第十九页，本课件共有124页一、一、核糖体的结构与组成核糖体的结构与组成核核糖糖体体是是由由核核糖糖核核酸酸（rRNA）和和几几十十种种蛋蛋白白质质分分子子（核核糖糖体蛋白）组成的一个巨大的复合体。体蛋白）组成的一个巨大的复合体。不不同同生生物物的的核核糖糖体体中中，尽尽管管其其rRNA和和核核糖糖体体蛋蛋白白的的一一级级结构有所不同，但核糖体的结构高度保守结构有所不同，但核糖体
16、的结构高度保守。每每个个核核糖糖体体是是由由大大小小两两个个亚亚基基组组成成，每每个个亚亚基基都都有有自自己不同的己不同的rRNA和蛋白质分子，王镜岩表和蛋白质分子，王镜岩表P522表表381。核核糖糖体体的的大大亚亚基基上上有有两两个个重重要要的的位位点点：P位位点点是是结结合合肽肽酰酰tRNA的的肽肽酰酰基基的的位位点点，A位位点点是是结结合合氨氨酰酰tRNA的的氨氨酰酰基的位点。基的位点。第二十页，本课件共有124页二、二、rRNA与核糖体蛋白的结构与功能与核糖体蛋白的结构与功能(一一)、rRNA的结构与功能的结构与功能结结构构：有有大大量量的的茎茎环环（发发夹夹）结结构构，形形成成核核
17、糖糖体的刚性骨架。体的刚性骨架。功能：功能：1.蛋白质合成的施工平台（骨架）蛋白质合成的施工平台（骨架）2.催催化化肽肽键键形形成成的的转转移移酶酶活活性性存存在在于于23SrRNA上上（原核），真核是（原核），真核是28SrRNA上。上。有有人人小小心心的的去去掉掉细细菌菌核核糖糖体体的的蛋蛋白白质质组组分分，保保持持rRNA的的相相对对完完整整性性，发发现现蛋蛋白白质质的的合合成成仍仍可进行。可进行。第二十一页，本课件共有124页3.参与参与tRNA与与mRNA的结合的结合可可能能的的情情况况是是：mRNAmRNA先先识识别别16s 16s rRNArRNA的的特特定定序序列列并并结结合合
18、固固定定下下来来,然然后后tRNAtRNA再再识识别别rRNArRNA的的特特定定部部位位并并固固定定下下来来，最后最后tRNAtRNA的反密码子才能与的反密码子才能与mRNAmRNA密码子配对。密码子配对。4.在大小亚基的聚合中起重要作用在大小亚基的聚合中起重要作用5.在在翻翻译译的的校校正正和和翻翻译译的的调调控控方方面面有有重重要要功功能能（如如可可结结合调控因子）合调控因子）RNA分子似乎是整个核糖体的活跃的活性中心。分子似乎是整个核糖体的活跃的活性中心。第二十二页，本课件共有124页(二二)、核糖体蛋白的结构与功能核糖体蛋白的结构与功能结结构构：大大多多数数核核糖糖体体蛋蛋白白呈呈纤
19、纤维维状状（可可能能起起骨骨架作用），少数呈球状（可能起生物功能）。架作用），少数呈球状（可能起生物功能）。功能：功能：1.维持核糖体的结构维持核糖体的结构2.少数球状蛋白质（可能起生物功能）。少数球状蛋白质（可能起生物功能）。3.新新发发现现：一一些些核核糖糖体体蛋蛋白白具具有有DNA结结合合功功能能（HeilixturnHeilix模模块块）；还还有有些些真真核核核核糖体蛋白具有糖体蛋白具有DNA修复功能。修复功能。第二十三页，本课件共有124页【既既然然蛋蛋白白质质是是在在核核糖糖体体中中合合成成的的，那那么么第第一一个个核核糖糖体体中的蛋白组分又是怎样合成的？中的蛋白组分又是怎样合成的
20、？】【第一个核糖体又是怎样出现的？第一个核糖体又是怎样出现的？】【先有先有DNA还是先有蛋白质？还是先有蛋白质？】大多数科学家越来越支持大多数科学家越来越支持RNARNA起源论：起源论：第第一一个个生生活活细细胞胞里里出出现现的的是是RNARNA分分子子，他他同同时时具具有有信信息息储储藏藏和和生生物物演演化化的的双双重重特特性性，既既可可以以在在一一定定程程度度上上复复制制自自己己，又又可可以以催催化化一一些些最最初初的的生生化化反反应应，后后来来，随随着着活活细细胞胞的的进进化化，DNADNA逐逐渐渐出出现现并并成成为为更更为为稳稳定定的的遗遗传传信信息息储储存分子。存分子。既既然然核核糖
21、糖体体中中既既有有蛋蛋白白质质又又有有RNA，那那么么彻彻底底搞搞清清楚楚核核糖糖体体的的结结构构与与功功能能及及其其起起源源也也许许会会弄弄清清生生命命的的起起源源和和演化。演化。第二十四页，本课件共有124页第四节第四节蛋白质合成的机理蛋白质合成的机理第二十五页，本课件共有124页每每一一种种游游离离氨氨基基酸酸在在掺掺入入肽肽链链以以前前必必须须活活化化并并与与专专一一的的tRNA相相连连（有有人人称称装装载载，LOAD），然然后后由由tRNA负负责责将将它它带带到到核核糖糖体体上上的的特特定定位位点（点（A位点上）并添加到新生肽链的位点上）并添加到新生肽链的C末端。末端。第二十六页，本
22、课件共有124页一、氨基酸的活化和氨酰一、氨基酸的活化和氨酰tRNA的合成的合成氨氨基基酸酸的的活活化化和和氨氨酰酰tRNA的的合合成成是是蛋蛋白白质质生生物物合成的第一步，由氨酰合成的第一步，由氨酰tRNA合成酶催化。合成酶催化。每每一一种种氨氨酰酰tRNA合合成成酶酶既既能能识识别别自自己己的的配配体体氨氨基酸，又能识别对应的基酸，又能识别对应的tRNA。第二十七页，本课件共有124页(一一)、活化活化氨氨酰酰tRNA合合成成酶酶首首先先识识别别并并结结合合专专一一的的配配体体氨氨基基酸酸，然然后后氨氨基基酸酸的的羧羧基基与与细细胞胞环环境境中中的的ATP发发生生反反应应形形成成一一个个酸
23、酸酐酐型型的的高高能能复复合合物物（氨氨酰酰AMP）。该该中中间间复复合合物物暂暂时时结合在酶上。结合在酶上。氨基酸氨基酸+ATP酶酶/Mg2+氨酰氨酰AMP-酶酶+PPI第二十八页，本课件共有124页(二二)、连接连接由由于于氨氨酰酰tRNA合合成成酶酶上上还还存存在在专专一一的的tRNA识识别别位位点点，因因此此特特定定的的游游离离tRNA就就会会识识别别并并结结合合到到氨氨酰酰AMP-酶酶复复合合物物的的活活性性部部位位，此此时时氨氨基基酸酸就就会会被被转转移移到到tRNA的的3端端，其其羧羧基基与与tRNA3端端的的自自由由-OH形形成成氨氨酰酰酯酯键键，从从而而形形成成氨氨酰酰tRN
24、A，这这也也是是一一个个高高能能化化合合物物，其其能能量量足足以以形形成成肽键。肽键。氨酰氨酰AMP-酶酶tRNA氨酰氨酰tRNA+AMP+酶酶由由于于氨氨酰酰tRNA能能量量低低于于氨氨酰酰AMP，所所以以这这一一过过程程是是可可以以自自发的。发的。第二十九页，本课件共有124页第三十页，本课件共有124页氨氨基基酸酸一一旦旦与与tRNA形形成成氨氨酰酰tRNA后后，进进 一一 步步 的的 去去 向向 就就 由由tRNA来决定了。来决定了。tRNA凭凭借借自自身身的的反反密密码码子子与与mRNA上上的的密密码码子子相相识识别别，从从而而把把所所携携带带的的氨氨基基酸酸送送到到肽肽链链的的一一
25、定定位位置置上。上。第三十一页，本课件共有124页结论：结论：（1）氨氨基基酸酸的的活活化化和和氨氨酰酰tRNA的的合合成成是是蛋蛋白白质质生生物物合合成成的的第第一一步步，每每一一种种氨氨基基酸酸在在被被掺掺入入肽肽链链之之前前都都首首先先被被活活化化和和连连接接在在专专一一tRNA上上，活活化化和和连连接接都都发发生生在在氨基酸的羧基上。氨基酸的羧基上。（2）载载体体tRNA凭凭借借自自身身的的反反密密码码子子与与mRNA上上的的密密码码子子相识别而把所携带的氨基酸送到肽链的一定位置上相识别而把所携带的氨基酸送到肽链的一定位置上（3）遗遗传传信信息息是是通通过过mRNA上上的的密密码码子子
26、与与tRNA上上的的反反密密码子间碱基配对作用翻译出来的码子间碱基配对作用翻译出来的。第三十二页，本课件共有124页氨酰氨酰tRNAtRNA合成酶：合成酶：每每一一种种氨氨基基酸酸都都有有至至少少一一种种专专一一的的氨氨酰酰tRNAtRNA合合成成酶酶，它它即即能能识识别别氨氨基基酸酸，又又能能识识别别tRNAtRNA，从从而而把把特特定定的的氨氨基基酸酸连连到到对对应应的的tRNAtRNA上上，有有人也把氨酰人也把氨酰tRNAtRNA合成酶的双向识别功能称为第二遗传密码。合成酶的双向识别功能称为第二遗传密码。氨氨基基酸酸与与tRNA的的特特异异性性结结合合依依靠靠氨氨酰酰tRNA合合成成酶酶
27、的的特特异异识识别别作作用用。从而保证准确翻译的一个关键原因。从而保证准确翻译的一个关键原因。不不同同的的氨氨酰酰tRNAtRNA合合成成酶酶在在分分子子量量、氨氨基基酸酸序序列列、亚亚基基组组成成上上差差异异较较大大。它它是是如如何何识识别别氨氨基基酸酸的的呢呢？仍仍不不甚甚清清楚楚。一一些些氨氨基基酸酸由由于于结结构构上上的的显显著著特特征征容容易易识识别别如如大大小小不不同同（TrpTrp与与GlyGly），带带正正负负电电荷荷（lys,asplys,asp），而而一一些些氨氨基基酸酸结结构构极极其其相相似似，如如Ile Ile 与与Val Val 仅仅差差一一个个甲甲基基。尽尽管管如如
28、此此tRNAtRNAIleIle合合成成酶酶也也能能正正确确识识别别，但但有有时时也也能能错错误误的的形形成成Val Val tRNAtRNAIleIle，但但是是每每一一种种氨氨酰酰-tRNA-tRNA合合成成酶酶都都有有一一个个校校正正位位点点，由由于于大大小小原原因因，只只有有Val Val tRNAtRNAIleIle才才能能结结合合到到校校正正位位点点，然后合成酶将然后合成酶将ValVal又从又从tRNAtRNAIleIle上将其水解下来。上将其水解下来。第三十三页，本课件共有124页氨氨酰酰-tRNA-tRNA合合成成酶酶还还能能正正确确的的识识别别和和结结合合tRNAtRNA，对
29、对于于一一些些酶酶来来说说，tRNAtRNA上上的的反反密密码码子子是是其其识识别别特特征征，此此外外，tRNAtRNA上上的的受受体体茎茎环环（acceptor stemacceptor stem）也是识别特征。）也是识别特征。第三十四页，本课件共有124页tRNA分子的多重功能分子的多重功能可以说可以说tRNA是一个万能接头：是一个万能接头：（1）对氨酰）对氨酰-tRNA合成酶的识别位点（接头合成酶）合成酶的识别位点（接头合成酶）（2）3端端-CCA上的氨基酸运载位点（接头氨基酸，装载）上的氨基酸运载位点（接头氨基酸，装载）（3）对核糖体的识别位点（将氨基酸运送到目的地）对核糖体的识别位点
30、（将氨基酸运送到目的地）（4）反密码子位点（接头）反密码子位点（接头mRNA，验货并卸载），验货并卸载）回回复复突突变变：突突变变型型生生物物有有时时重重所所获获得得其其原原有有的的性性状状，这这是是通通过过突突变变型型遗遗传传物物质质的的化化学学变变化化而而发发生生的的。这这种种变变化化使使遗遗传传物物质质恢恢复复到到有有功功能能的的状状态态，重重所所获获得得原原有有的的表表型型，这这种种过过程程称称为为回复突变，被回复的生物称为回复子。回复突变，被回复的生物称为回复子。回回复复突突变变的的原原因因很很多多，其其中中有有一一种种回回复复突突变变是是由由于于在在基基因因上上发发生生一一个个突突
31、变变引引起起的的，这这称称为为基基因因间间校校正正突突变变。大大多多数数较较正正突突变发生在变发生在tRNA基因上。基因上。第三十五页，本课件共有124页二、二、蛋白质合成的一般过程蛋白质合成的一般过程三个阶段：起始、延伸、终止。三个阶段：起始、延伸、终止。分分别别由由不不同同的的起起始始因因子子、延延伸伸因因子子和和终终止止因因子子（释放因子）参与。（释放因子）参与。第三十六页，本课件共有124页第三十七页，本课件共有124页(一一)、翻译起始翻译起始（1）小亚基与）小亚基与mRNA结合结合（2）起起始始氨氨酰酰tRNA进进入入P位位点点，它它的的反反密密码码子与子与mRNA上的起始密码子上
32、的起始密码子AUG碱基配对。碱基配对。（3）大亚基与小亚基结合形成起始复合物。）大亚基与小亚基结合形成起始复合物。第三十八页，本课件共有124页(二二)、延伸延伸mRNA：5/3/，新生肽：新生肽：N/C/（1）入入位位：第第二二个个氨氨酰酰tRNA通通过过密密码码子子反反密密码码子子的的配配对作用进入核糖体的对作用进入核糖体的A位点（氨基位点）。位点（氨基位点）。（2）转转 肽肽：在在 大大 亚亚 基基 上上 肽肽 酰酰 转转 移移 酶酶（peptidyltransferase）的的作作用用下下，A位位点点氨氨基基酸酸的的A-氨氨基基亲亲核核攻攻击击P位位点点氨氨基基酸酸的的羧羧基基基基团团
33、并并形形成成肽肽键键，结结果果两两个个氨氨基基酸酸均均连连到到了了A位位点点的的tRNA上上，该该过过程程称称为为转转肽肽作作用用（transpeptidation），此此时时，P位位点点上上卸卸载载的的tRNA从从核核糖体上离开。糖体上离开。（3）移移位位（translocation，也也可可称称转转位位）：核核糖糖体体沿沿着着mRNA移移动动1个个密密码码子子位位置置，携携带带肽肽链链的的tRNA转转位位到到P位点，位点，A位点空出以便接纳下一个氨基酸。位点空出以便接纳下一个氨基酸。第三十九页，本课件共有124页(三三)、终止终止由由于于终终止止密密码码子子不不能能结结合合任任何何氨氨酰酰
34、tRNA，于于是是肽肽链链合合成成的的终终止止因因子子（又又称称释释放放因因子子）识识别别并并结结合合到到终终止止密密码码子子上上，接接着着肽肽酰酰转转移移酶酶的的酯酯化化酶酶功功能能转转变变成成水水解解功功能能，将将肽肽链链从从P位位点点tRNA上上水水解解掉掉，核核糖糖体体释释放放掉掉mRNA并并解解体体成大小亚基，翻译结束。成大小亚基，翻译结束。在在翻翻译译过过程程中中除除了了核核糖糖体体大大小小亚亚基基、mRNA和和氨氨酰酰tRNA外外，还还需需要要GTP和和许许多多蛋蛋白白辅辅助助因因子子。这这些些辅辅助助因因子子有有的的起起催催化化作作用用，有有的的起起改改变和稳定构象作用。变和稳
35、定构象作用。第四十页，本课件共有124页(四四)、翻译后加工翻译后加工不不论论原原核核生生物物还还是是真真核核生生物物，翻翻译译完完成成后后，一一些些肽肽链链能能直直接接折折叠叠成成最最终终的的活活性性形形式式，不不需需要要加加工工修修饰饰，然然而而经经常常的的情情况况是是新新生生肽肽链链需需要要加加工工修修饰饰（称称为为翻翻译译后后加加工工或或修修饰饰）包包括括：（1）切切除除部部分分肽肽段段（蛋蛋白白酶酶）、（2）在在特特定定氨氨基基酸酸残残基基的的侧侧链链上上添添加加一一些些基基团团（共共价价修修饰饰）、（3）插插入入辅辅因因子子，还还有有些些单单肽肽要要聚聚合成多亚基蛋白。合成多亚基蛋
36、白。翻译后加工有两方面目的：翻译后加工有两方面目的：（1）功能需要）功能需要（2）定定向向转转运运的的需需要要（这这在在真真核核生生物物中中尤尤为为复复杂杂，合合成成的的蛋蛋白白要要定定向向运运输输到到细细胞胞质质、质质膜膜、各各种种细细胞胞器器如如叶叶绿绿体体、线线粒粒体体、溶溶酶体、过氧化物酶体等）。酶体、过氧化物酶体等）。第四十一页，本课件共有124页尽尽管管原原核核生生物物与与真真核核生生物物在在蛋蛋白白质质合合成成方方面面有有许许多多相相似似之之处处，但但也也存存在在差差异异，这这些些差差异异正正是是一一些些抗抗生生素素治治疗疗和和研研究究应应用用的的基础。基础。抗生素抗生素作用作用
37、氯霉素氯霉素与与50S亚基结合，抑制原核肽酰转移酶亚基结合，抑制原核肽酰转移酶cycloheximide(放线菌酮）放线菌酮）抑制真核肽转移酶活性抑制真核肽转移酶活性Erythromycin抑制原核肽链延伸抑制原核肽链延伸链霉素、卡那霉素链霉素、卡那霉素结结合合到到原原核核30S亚亚基基上上引引起起读读妈妈错错误误，导致合成的多肽连一级结构改变导致合成的多肽连一级结构改变Tetracycline（四环素）（四环素）与与30S亚基结合，干扰氨酰亚基结合，干扰氨酰tRNA的结合的结合表表18.2蛋白质合成的选择性抗生素抑制剂蛋白质合成的选择性抗生素抑制剂第四十二页，本课件共有124页三、三、原核生
38、物的蛋白质合成原核生物的蛋白质合成原原核核生生物物（大大肠肠杆杆菌菌）每每秒秒钟钟可可翻翻译译20个个氨氨基基酸，真核生物每分钟才大约酸，真核生物每分钟才大约50个氨基酸。个氨基酸。第四十三页，本课件共有124页(一一)、翻译起始翻译起始翻翻译译是是从从形形成成起起始始复复合合物物开开始始的的，在在原原核核生生物物中中该该过过程程需需要要三三个个起起始始因因子子参参与与：IF1，IF2，和和IF3。（。（IF1的功能尚不清楚）。的功能尚不清楚）。第四十四页，本课件共有124页（1）IF3首先结合在首先结合在30S亚基上，防亚基上，防止它过早地与止它过早地与50S亚基结合。亚基结合。（2）mRN
39、A结合到结合到30S亚基上。亚基上。（3）IF2、fMet-tRNAfmet结结合合到到30S亚基上亚基上（4）50S大大亚亚基基结结合合到到30S小小亚亚基基上上，形成起始复合物。形成起始复合物。第四十五页，本课件共有124页（1）IF3首首先先结结合合在在30S亚亚基基上上，防防止止它它过过早早地地与与50S亚基结合。亚基结合。（2）mRNA结合到结合到30S亚基上。亚基上。mRNA通通过过其其SD序序列列与与16SrRNA的的配配对对结结合合而而使使它它处处于于核核糖糖体体上上的的恰恰当当的的位位置置，并并使使起起始始密密码码子子AUG处处于于P位点。位点。SD序序列列与与16SrRNA
40、的的配配对对还还为为识识别别起起始始密密码码子子和和Met密码子提供了一种机制。密码子提供了一种机制。第四十六页，本课件共有124页第四十七页，本课件共有124页（3）IF2、fMet-tRNAfmet结合到结合到30S亚基上亚基上IF2是是一一个个GTP结结合合蛋蛋白白，它它先先与与30S亚亚基基结结合合并并促促使使起起始始氨氨酰酰tRNA（N甲甲酰酰甲甲硫硫氨氨酰酰tRNA，fMet-tRNAfmet）的的密密码码子子与与mRNA上的上的AUG结合（结合（P位点）。位点）。（4）50S大亚基结合到大亚基结合到30S小亚基上，形成起始复合物。小亚基上，形成起始复合物。GTP水水解解成成GDP
41、释释放放的的能能量量引引起起30S亚亚基基构构象象变变化化，50S亚亚基基结结合合到到30S亚基上，同时亚基上，同时IF2和和IF3释放。释放。因因此此，原原核核生生物物肽肽链链合合成成的的起起始始复复合合体体由由mRNA、70S核核糖糖体体、fMet-tRNAfMet组成。组成。第四十八页，本课件共有124页第四十九页，本课件共有124页(二二)、延伸延伸肽链延伸分三步进行：肽链延伸分三步进行：（1）新的氨酰）新的氨酰tRNA进入核糖体的进入核糖体的A位点；位点；（2）肽键形成（转肽）；）肽键形成（转肽）；（3）核核糖糖体体移移位位。这这三三步步构构成成了了肽肽链链延延伸伸的的一一个循环。个
42、循环。第五十页，本课件共有124页1、新氨酰新氨酰tRNA入位入位在在进进入入A位位点点之之前前，新新氨氨酰酰tRNA首首先先必必须须与与延延伸伸因因子子EFTUGTP结合。结合。延伸因子延伸因子EFTU是一个是一个GTP结合蛋白，参与氨酰结合蛋白，参与氨酰tRNA的就位。的就位。氨氨酰酰tRNA入入位位后后，EFTUGTP水水解解，EFTUGDP从从核核糖糖体体上上释释放放下下来来，在在第第二二个个延延伸伸因因子子EFTs帮帮助助下下EFTuGDP释放掉释放掉GDP并重新结合一分子并重新结合一分子GTP再生成再生成EFTuGTP。第五十一页，本课件共有124页第五十二页，本课件共有124页第
43、五十三页，本课件共有124页2、肽键形成（转肽）肽键形成（转肽）肽键是在肽酰转移酶催化下形成的。肽键是在肽酰转移酶催化下形成的。现现在在认认为为肽肽酰酰转转移移酶酶活活性性存存在在于于50S亚亚基基23SrRNA上上。驱驱动动肽肽键键形形成成的能量由的能量由P位点上的氨基酸与它的位点上的氨基酸与它的tRNA的高能肽酰酯键提供。的高能肽酰酯键提供。新肽键形成后新肽键形成后P位点卸载的位点卸载的tRNA就离开核糖体。就离开核糖体。第五十四页，本课件共有124页第五十五页，本课件共有124页嘌呤霉素抑制肽键形成第五十六页，本课件共有124页3、核糖体移位。核糖体移位。移移位位需需要要另另一一个个GT
44、P结结合合蛋蛋白白EFG（延延伸伸因因子子，又又叫叫移移位位酶酶）的参与。的参与。现现在在认认为为，GTP水水解解成成GDP时时释释放放出出的的能能量量促促使使核核糖糖体体构构象象发发生生变变化化，驱动肽酰驱动肽酰tRNA从位点移动到位点。从位点移动到位点。移位后造成核糖体位点空下，等待接纳下一个氨酰移位后造成核糖体位点空下，等待接纳下一个氨酰tRNA。第五十七页，本课件共有124页第五十八页，本课件共有124页EFTuEFTu：机动蛋白（：机动蛋白（motor proteinmotor protein）多多亚亚基基的的复复合合体体（如如核核糖糖体体）就就象象一一个个生生化化机机器器。它它由由
45、几几个个相相互互作作用用的的工工作作部部件件组组成成。机机械械性性的的工工作作是是力力与与距距离离的的产产物物。每每一一个个生生化化机机器器的的设设计计都都能能非非常常准准确确地地保保证证所所施施用用的的力力的的量量、所所产产生生运运动动的的量量与与方方向向，最最后后完完成成一一项项特特定定的的工工作作。其其中中的的力力通通常常由由核核苷苷酸酸结结合合蛋蛋白白提提供供，称称为为NTPaeNTPae，实实质质上上是是机机动动蛋蛋白白（motor motor proteinprotein，或或称称机机械械化化学学转转换换器器 mechanochemical mechanochemical tran
46、sducers transducers）因因为为NTPNTP（ATPATP和和GTPGTP）的的水水解解所所造造成成的的它它自自身身构构象象的的变变化化驱驱动动了了相相连连分分子子的的构构象象向向所所需需的的方方向向转转变变。这这种种NTPNTP水水解解驱驱动动的的构构象象变变化化主主要要定定位位于于一一个个固固定定化化的的结结构构单单元元（称称为为开开关关）。EFTuEFTu就就是是一一个个广广泛泛研研究究的的GTPGTP结结合合机机动动蛋蛋白。白。第五十九页，本课件共有124页EFTuEFTu有有三三个个结结构构域域（domaindomain），域域含含有有一一个个GTPGTP结结合合位位
47、点点和和二二个个开开关关区区，域域通通过过一一个个柔柔软软的的肽肽段段与与域域相相连连。在在结结合合GTPGTP的的活活性性状状态态下下（EF-Tu-GTPEF-Tu-GTP），EF-TUEF-TU有有一一个个aa-tRNAaa-tRNA结结合合位位点点。aaaatRNAtRNA与与 EF-Tu-GTPEF-Tu-GTP结合后的整个结构称为三元复合体。结合后的整个结构称为三元复合体。EF-TuEF-Tu的的三三个个域域都都参参与与tRNAtRNA的的结结合合。域域的的几几个个氨氨基基酸酸残残基基与与tRNAtRNA的的TCTC环环相相互互作作用用。aa-tRNaa-tRN的的反反密密码码子子从
48、从三三元元复复合合物物上上突突出出来来，以以便与便与mRNAmRNA的密码子相互作用。的密码子相互作用。在在蛋蛋白白质质合合成成时时，EF-Tu-GDPEF-Tu-GDP（非非活活性性状状态态）与与EF-TsEF-Ts相相互互作作用用释释放放出出GDPGDP，随随后后域域的的GTPGTP结结合合位位点点结结合合一一分分子子GTPGTP并并改改变变域域的的两两个个开开关关区区的的构构象象，结结果果使使域域与与域域靠靠近近，形形成成个个aaaatRNAtRNA结结合合缝缝（binding binding cleftcleft）。一一旦旦一一个个aatRNAaatRNA结结合合到到该该裂裂缝缝中中，
49、三三元元复复合合物物就就进进入入核核糖糖体体，aatRNAaatRNA的的反反密密码码子子与与位位点点上上mRNA mRNA D D的的密密码码子子可可逆逆结结合合，核核糖糖体体构构象象的的变变化化触触发发EF-Tu EF-Tu 的的GTPGTP结结合合位位点点的的构构象象变变化化，随随后后GTPGTP水水解解使使域域与与域域分分开开，aatRNAaatRNA被被释释放放下下来，来，EF-TU-GDPEF-TU-GDP离开核糖体。离开核糖体。第六十页，本课件共有124页(三三)、终止终止当当终终止止密密码码子子（UAA,UAG,UGA）进进入入位位点点时时肽肽链链合合成成就就进进入终止期。入终
50、止期。原核生物有三个释放因子（原核生物有三个释放因子（RF-1,RF-2,RF-3）参与终止。）参与终止。RF1识识别别UAA和和UAG，RF2识识别别UAA与与UGA,RF3作作用用尚尚不不清清楚楚，可可能促进能促进RF1与与RF2结合。结合。识识别别过过程程需需要要GTP，并并改改变变了了核核糖糖体体的的构构象象，使使肽肽酰酰转转移移酶酶的的功功能能发发生生瞬瞬时时变变化化，转转变变成成酯酯酶酶功功能能，将将连连接接肽肽链链与与P位位点点tRNA的的肽肽酰酰酯酯键键水水解解开开，肽肽链链从从核核糖糖体体上上释释放放，mRNA与与tRNA解解离离，核糖体解体。核糖体解体。第六十一页，本课件共