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1、关于蛋白质的生物合关于蛋白质的生物合成成 (2)第一页，本课件共有41页主要内容n n遗传密码 n n核糖体 n n蛋白质的生物合成第二页，本课件共有41页15.0 概述概述 生生物物遗遗传传信信息息以以DNA碱碱基基顺顺序序形形式式储储存存在在细细胞胞之之中中，而而最最终以终以蛋白质蛋白质的形式表现出来！的形式表现出来！转录：生物遗传信息从DNA传递给mRNA的过程；翻译：根据mRNA链上的遗传信息合成蛋白质的过程。遗传信息表达遗传信息表达基因：DNA分子中含有特定遗传信息的核苷酸序列，是遗传物分子中含有特定遗传信息的核苷酸序列，是遗传物质的最小功能单位。人类所有的基因都排列在染色体上。质的
2、最小功能单位。人类所有的基因都排列在染色体上。第三页，本课件共有41页15.1 蛋白质合成体系蛋白质合成体系n蛋白质合成的原料是氨基酸蛋白质合成的原料是氨基酸n n合成过程需要多种酶、辅助因子、蛋白质、合成过程需要多种酶、辅助因子、蛋白质、合成过程需要多种酶、辅助因子、蛋白质、合成过程需要多种酶、辅助因子、蛋白质、RNARNA等等的参与。的参与。n n原核与真核生物翻译过程类似，翻译是耗能过程原核与真核生物翻译过程类似，翻译是耗能过程原核与真核生物翻译过程类似，翻译是耗能过程原核与真核生物翻译过程类似，翻译是耗能过程（ATPATP和和和和GTPGTP），速度很快。），速度很快。），速度很快。）
3、，速度很快。第四页，本课件共有41页一、一、mRNA（遗传密码（遗传密码（genetic code）n n遗传密码（遗传密码（genetic code):是指是指是指是指mRNA中对应于氨基中对应于氨基中对应于氨基中对应于氨基酸的核苷酸序列。酸的核苷酸序列。酸的核苷酸序列。酸的核苷酸序列。n n密码子（密码子（密码子（密码子（codon）：）：）：）：mRNAmRNA上上上上3个相邻的核苷酸序列个相邻的核苷酸序列个相邻的核苷酸序列个相邻的核苷酸序列作为一个密码单位，称密码子。作为一个密码单位，称密码子。作为一个密码单位，称密码子。作为一个密码单位，称密码子。n n1965年编写出了一张遗传密码
4、表，密码子的阅读方向年编写出了一张遗传密码表，密码子的阅读方向年编写出了一张遗传密码表，密码子的阅读方向年编写出了一张遗传密码表，密码子的阅读方向53 53 第五页，本课件共有41页第六页，本课件共有41页第七页，本课件共有41页n n密码子的推测方法：多核苷酸磷酸化酶法、核密码子的推测方法：多核苷酸磷酸化酶法、核糖体结合技术。糖体结合技术。n n密码子：密码子：64种，其中种，其中AUG是是Met的密码，也是的密码，也是“起始起始”密码。密码。UAA、UAG、UGA是终止密是终止密码，其他码，其他61种编码种编码Aa。第八页，本课件共有41页遗传密码的基本特点遗传密码的基本特点1.1.密码无
5、标点、不重叠密码无标点、不重叠密码无标点、不重叠密码无标点、不重叠2.2.密码具有密码具有密码具有密码具有 简并性（简并性（简并性（简并性（degeneracydegeneracy，意义？），意义？），意义？），意义？）TrpTrp和和和和MetMet无兼并性无兼并性无兼并性无兼并性 3.3.密码具有密码具有密码具有密码具有 摆动性（摆动性（摆动性（摆动性（wobblewobble）密码子的第一、二位碱基严格按照密码子的第一、二位碱基严格按照密码子的第一、二位碱基严格按照密码子的第一、二位碱基严格按照碱基配对原则进行，而第三位不很严格碱基配对原则进行，而第三位不很严格碱基配对原则进行，而第三位
6、不很严格碱基配对原则进行，而第三位不很严格 4.4.密码具有密码具有密码具有密码具有 通用性通用性通用性通用性 (所有生物都用一套遗传密码，但也有意外，所有生物都用一套遗传密码，但也有意外，所有生物都用一套遗传密码，但也有意外，所有生物都用一套遗传密码，但也有意外，selenocysteinselenocystein（称硒代半胱氨酸（编码（称硒代半胱氨酸（编码（称硒代半胱氨酸（编码（称硒代半胱氨酸（编码UGAUGA）第第第第2121种氨基酸种氨基酸种氨基酸种氨基酸 5.5.原核生物和真核生物的原核生物和真核生物的原核生物和真核生物的原核生物和真核生物的mRNAmRNA具有共性，但略有差别具有共
7、性，但略有差别具有共性，但略有差别具有共性，但略有差别原核：可为功能相关的几种蛋白质编码；原核：可为功能相关的几种蛋白质编码；原核：可为功能相关的几种蛋白质编码；原核：可为功能相关的几种蛋白质编码；真核：通常只为一种多肽编码；真核：通常只为一种多肽编码；真核：通常只为一种多肽编码；真核：通常只为一种多肽编码；无论谁，密码子的阅读都从无论谁，密码子的阅读都从无论谁，密码子的阅读都从无论谁，密码子的阅读都从5-35-3第九页，本课件共有41页1966年Crick提出的摆动假说（wobble hypothesis）I-次黄嘌呤次黄嘌呤第十页，本课件共有41页二、核糖体（二、核糖体（ribosome）
8、（一）核糖体是蛋白质合成的部分研究方法：放射性标记的Aa放射性标记的Aa大部分集中在核糖体上。第十一页，本课件共有41页（二）核糖体的组成和结构（二）核糖体的组成和结构原核生物核糖体 70S50S30S5S rRNA，23S rRNA34种蛋白质16S rRNA21种蛋白质n核糖体是细胞质里的一种球状小颗粒，原核生物直径约为核糖体是细胞质里的一种球状小颗粒，原核生物直径约为18nm，颗，颗粒相对分子质量粒相对分子质量2.810106 6，沉降系数，沉降系数70S70S第十二页，本课件共有41页真核生物核糖体 80S60S40S5SrRNA，5.8SrRNA，28SrRNA49种蛋白质18SrR
9、NA33种蛋白质第十三页，本课件共有41页（三）核糖体的功能三）核糖体的功能n n参与多肽链合成的启动、延长、参与多肽链合成的启动、延长、终止和终止和“移动移动”。n nP P位点位点(肽酰结合位肽酰结合位)：大部分位：大部分位于小亚基，用于接受新合成的于小亚基，用于接受新合成的肽链。肽链。n nA A位点位点(氨酰接受位点氨酰接受位点)：大部：大部分位于大亚基，用于接受新分位于大亚基，用于接受新的氨基酸。的氨基酸。第十四页，本课件共有41页三、转移三、转移RNA的功能的功能tRNA上与蛋白质合成有关的位点（1）3端Aa接受臂；（2）氨酰-tRNA合成酶识别位点；（3）核糖体识别位点；（4）反
10、密码子位点。第十五页，本课件共有41页三叶型二级结构三叶型二级结构2）第十六页，本课件共有41页第十七页，本课件共有41页第二套密码系统第二套密码系统n n第二套密码系统包括：n ntRNA中的某些碱基决定携带Aa的专一性。n n氨酰-tRNA合成酶对Aa和tRNA都有专一性的要求。n ntRNA携带专一性Aa并不需要完整的结构。第十八页，本课件共有41页四、蛋白质生物合成的分子机制四、蛋白质生物合成的分子机制n n蛋白质生物合成的方向：N端C端 n nmRNA的翻译方向：53 n n 蛋白质合成除需要Aa外，还需要ATP、GTP，一系列酶和许多辅助因子。翻译比DNA复制和转录更为复杂。第十九
11、页，本课件共有41页蛋白质生物合成的过程（原核生物为例）n n 氨基酸活化 n n 肽链合成的起始 n n 肽链延长 n n 肽链的终止和释放 n n 肽链合成后的折叠和加工第二十页，本课件共有41页蛋白质合成过程中的主要问题：（1）tRNA对氨基酸的识别、结合和活化（对氨基酸的识别、结合和活化（合成前准备）合成前准备）氨基酸在氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶的作用下，活化成氨基酰氨基酰-tRNA(氨基酸是以高能酯键与tRNA氨基酸壁的3-OH相连)氨基酰-AMP+tRNA氨基酰-tRNA+AMP氨基酰-tRNA合成酶氨基酸+ATP+H2O氨基酰-AMP+PPi氨基酰-tRNA合成酶每一种氨
12、基酸至少有一种对应的氨基酰-tRNA合成酶，每一种酶只能识别一种相应的tRNA两步（活化羧基）第二十一页，本课件共有41页氨基酰氨基酰-tRNA活性酯键第二十二页，本课件共有41页（2）氨基酰）氨基酰-tRNA在在mRNA模板指导下组装成蛋白质模板指导下组装成蛋白质起始氨基酸和起始起始氨基酸和起始tRNA 肽链的延伸肽链的延伸肽链合成的终止肽链合成的终止肽链合成后的加工肽链合成后的加工类似于多类似于多肽的固相肽的固相合成合成第二十三页，本课件共有41页n起始信号密码子：甲硫氨酸的密码子（AUG）和缬氨酸的密码子（GUU）（极少出现）与甲硫氨酸结合的与甲硫氨酸结合的tRNA，在真核生物中至少有两
13、种：，在真核生物中至少有两种：tRNAimet和和tRNAemet；原核生物的起始密码只能辨认甲；原核生物的起始密码只能辨认甲酰化的甲硫氨酸，即酰化的甲硫氨酸，即N-甲酰甲硫氨酸甲酰甲硫氨酸（fMet）。）。起始氨基酸和起始起始氨基酸和起始tRNA 第二十四页，本课件共有41页第二十五页，本课件共有41页fMet-tRNAfAAtRNA起始复合物的形成起始复合物的形成 第二十六页，本课件共有41页n n细胞内有2种可携带Met的tRNA，它们都识别同样的AUG密码子，但它们的一级结构和功能不同。（1）tRNAf Met 带上Met后能甲酰化，是起始tRNA，用于肽链合成的起始。（2）tRNAm
14、Met带上Met后不能甲酰化，用于肽链的内部，在肽链延伸中起作用。第二十七页，本课件共有41页 肽链的延伸肽链的延伸肽链的延伸肽链的延伸此阶段包括此阶段包括氨基酰氨基酰氨基酰氨基酰-tRNA-tRNA的进入的进入的进入的进入、肽键的形成肽键的形成和和和和核糖体核糖体核糖体核糖体的移位的移位的移位的移位三个步骤。三个步骤。这三步每重复一次，肽链上就增加一个氨基酸，直到mRNAmRNA上的上的终止密码终止密码出现在核糖体的出现在核糖体的A A位时为止。位时为止。第二十八页，本课件共有41页多肽的合成过程多肽的合成过程多肽的合成过程多肽的合成过程2.2.新的新的新的新的合适合适合适合适的的的的氨基酸
15、氨基酸氨基酸氨基酸-tRNA-tRNA插入插入插入插入A A位位位位1.1.识别识别识别识别起始符起始符起始符起始符，P P位安插位安插位安插位安插甲硫氨酸甲硫氨酸甲硫氨酸甲硫氨酸-tRNA-tRNA第二十九页，本课件共有41页3.3.P P位上的位上的位上的位上的氨基酸氨基酸氨基酸氨基酸以以以以肽键肽键肽键肽键连接连接连接连接至至至至A A位位位位氨基酸氨基酸氨基酸氨基酸上；上；上；上；4.4.核糖体核糖体核糖体核糖体延延延延mRNmRNA A 5353移动，移动，移动，移动，空空空空tRNAtRNA从从从从P P位位位位脱落脱落脱落脱落，肽肽肽肽-tRNAtRNA被被被被动动动动至至至至P
16、 P位；位；位；位；5353肽键肽键P A第三十页，本课件共有41页5.5.重复重复重复重复2 2、3 3、4 4步步步步5353P AP A第三十一页，本课件共有41页6.6.识别识别识别识别终止码终止码终止码终止码，各自分离。，各自分离。，各自分离。，各自分离。第三十二页，本课件共有41页第三十三页，本课件共有41页 肽链合成的终止肽链合成的终止肽链合成的终止肽链合成的终止肽链的合成过程同时也是核糖体沿肽链的合成过程同时也是核糖体沿 mRNA53mRNA53方向移动，并翻译方向移动，并翻译mRNAmRNA上密码子的过程。当上密码子的过程。当核糖体移到终止密码时，没有相应终止密码的核糖体移到
17、终止密码时，没有相应终止密码的氨基酰氨基酰-tRNA-tRNA可以进入可以进入A A位，肽链合成停止。位，肽链合成停止。有三种有三种终止因子终止因子终止因子终止因子(RF(RF1 1、RFRF2 2、RFRF3 3)参与终止步骤。参与终止步骤。RFRF1 1 识别终止密码识别终止密码UAGUAG、UAAUAA；RFRF2 2 识别识别UAAUAA、UGAUGA；RFRF3 3 促进促进RFRF1 1、RFRF2 2的识别的识别 。第三十四页，本课件共有41页 肽链的终止与释放肽链的终止与释放肽链的终止与释放肽链的终止与释放 n n释放因子（释放因子（释放因子（释放因子（release fact
18、or RFrelease factor RF）能识别终止密码子与终止密码能识别终止密码子与终止密码能识别终止密码子与终止密码能识别终止密码子与终止密码子结合。子结合。子结合。子结合。UAARF1 or RF2n nRF-1RF-1：识别：识别：识别：识别UAAUAA和和和和UAG UAG n nRF-2RF-2：识别：识别：识别：识别UAAUAA和和和和UGA UGA n nRF-3RF-3：RF-3RF-3和和和和GTPGTP形成复合物，形成复合物，形成复合物，形成复合物，是一种是一种是一种是一种GTPGTP结合蛋白，可促进结合蛋白，可促进结合蛋白，可促进结合蛋白，可促进核糖体与核糖体与核糖
19、体与核糖体与RF-1RF-1和和和和RF-2RF-2的结合。的结合。的结合。的结合。第三十五页，本课件共有41页第三十六页，本课件共有41页三、肽链合成后的三、肽链合成后的“加工处理加工处理”1.N末端的加工（细菌为fMet，真核生物为Met，末端需要去甲酰基和切除某些Aa）。2.信号肽的切除（蛋白质的细胞定位）。3.-OH磷酸化（与酶或蛋白质的功能有关）。4.胱氨酸二硫键的生成。第三十七页，本课件共有41页信号肽信号肽(signal peptide)的切除的切除信号肽一般为20肽左右,羧基端与Ala、Val、Ser形成肽键第三十八页，本课件共有41页5.某些Aa侧链的改变（如胶原中Pro和L
20、ys的羟基化）。6.前体的活化（如胰岛素）。7.与辅助成分的缔合。8.多肽链空间构象的折叠（分子伴侣,（molecular chaperones）。第三十九页，本课件共有41页四、蛋白质合成所需的能量四、蛋白质合成所需的能量Aa活化活化 2ATP（1个个 键）键）延长延长 1GTP（1个个 键）键）移位移位 1GTP（1个个 键）键）PPP 蛋白质合成所消耗能量约占全部生物合成反应蛋白质合成所消耗能量约占全部生物合成反应总耗能量的总耗能量的90%，所需能量由，所需能量由ATP和和GTP提供提供合成过程需要合成过程需要4个高能磷酸键，为个高能磷酸键，为122KJ/mol;水解水解1mol肽键释放肽键释放20.9KJ；蛋白质合成反应实际不可逆蛋白质合成反应实际不可逆第四十页，本课件共有41页感感谢谢大大家家观观看看第四十一页，本课件共有41页