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1、第十一章 蛋白质的生物合成第一节第一节 蛋白质合成体系蛋白质合成体系一一、中中心心法法则则二、核糖体二、核糖体w无膜的细胞器无膜的细胞器w由由rRNA和蛋白质组成。和蛋白质组成。w3个基本功能：个基本功能：识别识别mRNA起始位点并开始翻译；起始位点并开始翻译；密码子与密码子与tRNA的反的反密码子正确配对；密码子正确配对；合成肽键。合成肽键。核糖体中多个活性位点：核糖体中多个活性位点：wmRNA结合位点，位于小亚基（结合位点，位于小亚基（30S）头部。头部。wP（肽酰（肽酰-tRNA）位点位点，在大肠杆菌核糖体中大在大肠杆菌核糖体中大部分位于部分位于30S亚基，小部分位于亚基，小部分位于50
2、S亚基。与起亚基。与起始始tRNA结合。结合。wA（氨基酰（氨基酰-tRNA）位点，主要位于位点，主要位于50S亚基。亚基。三、三、tRNAtRNA和氨基酰和氨基酰tRNAtRNAtRNAtRNA:w氨基酸的携带者，游离的氨基酸不能进入核糖体；氨基酸的携带者，游离的氨基酸不能进入核糖体；w每一种氨基酸都有特有每一种氨基酸都有特有tRNAtRNA携带，有的氨基酸可以携带，有的氨基酸可以被几种被几种tRNAtRNA携带称为携带称为同工受体同工受体或或同工同工tRNAtRNA；w对于携带了氨基酸的对于携带了氨基酸的tRNAtRNA的的表示：表示：Ala-Ala-tRNAtRNAAlaAla 原核细胞
3、：起始甲酰甲硫氨酰原核细胞：起始甲酰甲硫氨酰tRNAtRNAtRNAtRNAf fMetMet 真核细胞：真核细胞：起始起始tRNAtRNAtRNAtRNAi iMetMet 肽链延伸肽链延伸tRNAtRNAe eMetMet 氨基酰氨基酰tRNAtRNA1.1.氨基酸与氨基酸与tRNAtRNA连接反应连接反应AA+ATP AAAMP+AA+ATP AAAMP+PPiPPiAAAMP+AAAMP+tRNAtRNA AA AAtRNAtRNA +AMP +AMP2.2.氨基酰氨基酰氨基酰氨基酰tRNAtRNAtRNAtRNA合成酶合成酶合成酶合成酶 所催化的第一步氨基酸的活化并不严格专一的，所催
4、化的第一步氨基酸的活化并不严格专一的，催化的第二步酯化反应高度专一性。催化的第二步酯化反应高度专一性。是减少蛋白质合成错误几率的手段之一。是减少蛋白质合成错误几率的手段之一。氨基酰氨基酰氨基酰氨基酰tRNAtRNAtRNAtRNA合成酶合成酶合成酶合成酶氨基酰氨基酰氨基酰氨基酰tRNAtRNAtRNAtRNA合成酶合成酶合成酶合成酶四、四、mRNAmRNAw是蛋白质合成的直接模板，指导肽链的合是蛋白质合成的直接模板，指导肽链的合成。成。wmRNAmRNA分子上的核苷酸顺序决定蛋白质分子分子上的核苷酸顺序决定蛋白质分子的氨基酸顺序。的氨基酸顺序。第二节 遗传密码wmRNAmRNA分子中所存储的蛋
5、白质合成信息，是由组成分子中所存储的蛋白质合成信息，是由组成它的四种碱基（它的四种碱基（A A、G G、C C和和U U）以特定顺序排列成以特定顺序排列成三个一组的三联体代表的，即每三个碱基代表一三个一组的三联体代表的，即每三个碱基代表一个氨基酸信息。个氨基酸信息。w这种代表遗传信息的三联体称为这种代表遗传信息的三联体称为密码子密码子，或，或三联三联体密码子体密码子。w因此因此 mRNA mRNA 分子的碱基顺序即表示了所合成蛋白分子的碱基顺序即表示了所合成蛋白质的氨基酸顺序。质的氨基酸顺序。遗传密码表密码性质密码性质1.密码子不重叠密码子不重叠2.密码子的通用性密码子的通用性 所有生物共用一
6、套密码。在真核细胞线粒体中，所有生物共用一套密码。在真核细胞线粒体中，UAG不是不是终止密码子终止密码子，是，是Trp的密码子；的密码子；AUA不是不是Ile的密码子，而是的密码子，而是Met的密码子；的密码子；AGA和和AGG不是不是Arg密码子，而是密码子，而是终止密码子终止密码子。3.密码的兼（简）并性密码的兼（简）并性 除色氨酸和甲硫氨酸各有一个对应的密码子，除色氨酸和甲硫氨酸各有一个对应的密码子，其他都有两个以上。其他都有两个以上。4.密码子的连续性密码子的连续性5.密码子的摆动性密码子的摆动性 tRNA的反密码子（阅读方向的反密码子（阅读方向3 5）mRNA上上密码子（阅读方向密码
7、子（阅读方向5 3）tRNA的反密码子的第三碱基可以和几个不的反密码子的第三碱基可以和几个不同的碱基配对。同的碱基配对。I C、U、A6.无编码氨基酸无编码氨基酸 羟脯氨酸羟脯氨酸和和羟赖氨酸羟赖氨酸无密码子无密码子 第三节、蛋白质的生物合成w1.氨基酸的活化氨基酸的活化（1 1）氨基酸的活化）氨基酸的活化氨基酸活化的总反应式是：氨基酸活化的总反应式是：氨基酰氨基酰-tRNAtRNA 合成酶合成酶w氨氨基基酸酸 +ATP ATP+tRNAtRNA +H H2 2O O 氨氨基基酰酰-tRNAtRNA+AMP+AMP+PPiPPi2.2.在核糖体上合成肽链在核糖体上合成肽链w氨氨基基酰酰-tRN
8、AtRNA通通过过反反密密码码臂臂上上的的三三联联体体反反密密码码子子识识别别mRNAmRNA上上相相应应的的遗遗传传密密码码，并并将将所所携携带带的的氨氨基基酸酸按按mRNAmRNA遗遗传传密密码码的的顺顺序序安安置置在在特特定定的的位位置，最后在核糖体中合成肽链。置，最后在核糖体中合成肽链。肽链的合成过程（以原核为例）w起始w延伸w终止与释放肽链合成的起始肽链合成的起始起始密码的识别起始密码的识别首先辨认出首先辨认出首先辨认出首先辨认出mRNAmRNAmRNAmRNA链上的起链上的起链上的起链上的起始点（始点（始点（始点（AUGAUGAUGAUG），核糖体小），核糖体小），核糖体小），核糖
9、体小亚基上的亚基上的亚基上的亚基上的16S rRNA16S rRNA16S rRNA16S rRNA和和和和mRNAmRNAmRNAmRNA的的的的SDSDSDSD序列序列序列序列（位于起始位点（位于起始位点（位于起始位点（位于起始位点上游上游上游上游4 4 4 413131313个核苷酸个核苷酸个核苷酸个核苷酸AAGGAGGU AAGGAGGU AAGGAGGU AAGGAGGU）结合）结合）结合）结合N N N N甲酰甲硫氨酸甲酰甲硫氨酸甲酰甲硫氨酸甲酰甲硫氨酸tRNAtRNAtRNAtRNA的活化形成的活化形成的活化形成的活化形成起始复合物的形成起始复合物的形成（图示）（图示）（图示）（
10、图示）三步三步w30S亚基与亚基与IF1、IF3结合，结合，IF3阻止阻止30S亚亚基与基与50S亚基的结合；亚基的结合；w30S起始复合体的形成。起始复合体的形成。IF2和和GTP结合再结合再与与30S亚基结合，与亚基结合，与fMet-tRNAfMet 组成大组成大复合体；复合体；w大复合体与大复合体与50S亚基结合形成亚基结合形成70S亚基。亚基。IF1、IF3解离。解离。肽链的延长肽链的延长进位进位进位进位 （氨酰（氨酰tRNAtRNA进入进入A A位点）位点）参与因子：延长因子参与因子：延长因子EFTuEFTu（TuTu）、）、EFTsEFTs（TsTs）、）、GTPGTP、氨酰、氨酰
11、tRNAtRNA肽链的形成肽链的形成肽链的形成肽链的形成肽酰基从肽酰基从P P位点转移到位点转移到A A位点，形成新的肽链位点，形成新的肽链移位移位移位移位（translocasetranslocase）在移位因子（移位酶）在移位因子（移位酶）EFEFG G的作用下，核糖体沿的作用下，核糖体沿mRNAmRNA（5 5-3-3）作相对移动，使原来在）作相对移动，使原来在A A位点的肽位点的肽酰酰tRNAtRNA回到回到P P位点位点转肽转肽肽酰转移酶肽酰转移酶延长过程中肽链的生成延长过程中肽链的生成延长过程中肽链的生成延长过程中肽链的生成肽基转移酶肽基转移酶移位移位肽链合成的终止与释放肽链合成的
12、终止与释放识别识别识别识别mRNAmRNAmRNAmRNA的终止密码子，水解所的终止密码子，水解所的终止密码子，水解所的终止密码子，水解所合成肽链与合成肽链与合成肽链与合成肽链与tRNAtRNAtRNAtRNA间的酯键，释放间的酯键，释放间的酯键，释放间的酯键，释放肽链肽链肽链肽链R1R1识别识别UAAUAA、UAGUAGR2R2识别识别UAAUAA、UGAUGAR3R3影响肽链的释放速度影响肽链的释放速度RRRR帮助帮助P P位点的位点的tRNAtRNA残基脱落，而残基脱落，而后核糖体脱落后核糖体脱落终止终止多核糖体多核糖体w w在细胞内一条在细胞内一条在细胞内一条在细胞内一条mRNAmRN
13、AmRNAmRNA链上结合着多链上结合着多链上结合着多链上结合着多个核糖体，甚至可多到几百个。个核糖体，甚至可多到几百个。个核糖体，甚至可多到几百个。个核糖体，甚至可多到几百个。蛋白质开始合成时，第一个核糖蛋白质开始合成时，第一个核糖蛋白质开始合成时，第一个核糖蛋白质开始合成时，第一个核糖体在体在体在体在mRNAmRNAmRNAmRNA的起始部位结合，引入的起始部位结合，引入的起始部位结合，引入的起始部位结合，引入第一个蛋氨酸，然后核糖体向第一个蛋氨酸，然后核糖体向第一个蛋氨酸，然后核糖体向第一个蛋氨酸，然后核糖体向mRNAmRNAmRNAmRNA的的的的3333端移动一定距离后，第端移动一定
14、距离后，第端移动一定距离后，第端移动一定距离后，第二个核糖体又在二个核糖体又在二个核糖体又在二个核糖体又在mRNAmRNAmRNAmRNA的起始部位的起始部位的起始部位的起始部位结合，现向前移动一定的距离后，结合，现向前移动一定的距离后，结合，现向前移动一定的距离后，结合，现向前移动一定的距离后，在起始部位又结合第三个核糖体，在起始部位又结合第三个核糖体，在起始部位又结合第三个核糖体，在起始部位又结合第三个核糖体，依次下去，直至终止。每个核糖依次下去，直至终止。每个核糖依次下去，直至终止。每个核糖依次下去，直至终止。每个核糖体都独立完成一条多肽链的合成，体都独立完成一条多肽链的合成，体都独立完
15、成一条多肽链的合成，体都独立完成一条多肽链的合成，所以这种多核糖体可以在一条所以这种多核糖体可以在一条所以这种多核糖体可以在一条所以这种多核糖体可以在一条mRNAmRNAmRNAmRNA链上同时合成多条相同的多链上同时合成多条相同的多链上同时合成多条相同的多链上同时合成多条相同的多肽链，这就大大提高了翻译的效肽链，这就大大提高了翻译的效肽链，这就大大提高了翻译的效肽链，这就大大提高了翻译的效率率率率 多聚核糖体多聚核糖体蛋白质合成过程小结蛋白质合成过程小结蛋白质合成过程小结蛋白质合成过程小结w肽链合成方向肽链合成方向N CN C（同位素证明）（同位素证明）w以以mRNAmRNA的的5-35-3
16、方向阅读遗传密码方向阅读遗传密码w该合成过程是一个耗能过程该合成过程是一个耗能过程 3、真核细胞蛋白质合成的特点l核糖体为核糖体为80S，由，由60S的大亚基和的大亚基和40S的小亚基组成的小亚基组成l起始密码起始密码AUGl起始起始tRNA为为MettRNAl起始复合物起始复合物结合在结合在mRNA 5端端AUG上游的帽子结构，真上游的帽子结构，真核核mRNA无富含嘌呤的无富含嘌呤的SD序列（除某些病毒序列（除某些病毒mRNA外）外）l已发现的真核起始因子有近已发现的真核起始因子有近9种（种（eukaryote Initiation factor,eIF）eIF4A.eIF4E.P220复合
17、物称为帽子结构结合复合物称为帽子结构结合蛋白复合物（蛋白复合物（CBPC）l肽链终止因子（肽链终止因子（EF1 EF1 ）及释放因子（）及释放因子（RF）线粒体、叶绿体内蛋白质的合成同于原核细胞线粒体、叶绿体内蛋白质的合成同于原核细胞线粒体、叶绿体内蛋白质的合成同于原核细胞线粒体、叶绿体内蛋白质的合成同于原核细胞第四节、肽链合成后的“加工处理”1.1.N N端改造端改造端改造端改造 fMetfMet的切除的切除的切除的切除2.2.信号肽信号肽信号肽信号肽（能透膜，进行蛋白质的锚定）的切除（能透膜，进行蛋白质的锚定）的切除（能透膜，进行蛋白质的锚定）的切除（能透膜，进行蛋白质的锚定）的切除3.3
18、.氨基酸的修饰氨基酸的修饰氨基酸的修饰氨基酸的修饰/改造改造改造改造4.4.4.4.肽链内或肽链间的二硫键的形成、乙酰化、甲基化肽链内或肽链间的二硫键的形成、乙酰化、甲基化肽链内或肽链间的二硫键的形成、乙酰化、甲基化肽链内或肽链间的二硫键的形成、乙酰化、甲基化5.5.5.5.氨基酸残基的修饰（氨基酸残基的修饰（氨基酸残基的修饰（氨基酸残基的修饰（Pro-OH/Pro-OH/Pro-OH/Pro-OH/CysCysCysCys-OH-OH-OH-OH）4.4.糖基化糖基化糖基化糖基化 （AspAspAspAsp、SerSerSerSer、ThrThrThrThr、AsnAsnAsnAsn）5.5
19、.某些多肽要经特殊某些多肽要经特殊某些多肽要经特殊某些多肽要经特殊的酶切一段肽链的酶切一段肽链的酶切一段肽链的酶切一段肽链后才有生物活性后才有生物活性后才有生物活性后才有生物活性(如：如：如：如：胰岛素胰岛素胰岛素胰岛素)6.6.高级结构的形成高级结构的形成高级结构的形成高级结构的形成 在分子伴侣的协助下形成正确的结构在分子伴侣的协助下形成正确的结构在分子伴侣的协助下形成正确的结构在分子伴侣的协助下形成正确的结构7.7.锚定（定位）锚定（定位）锚定（定位）锚定（定位）第五节、蛋白质生物合成的调节第五节、蛋白质生物合成的调节第五节、蛋白质生物合成的调节第五节、蛋白质生物合成的调节1.转录水平调节
20、转录水平调节2.转录后水平调节转录后水平调节3.翻译水平调节翻译水平调节4.4.蛋白质合成抑制剂：蛋白质合成抑制剂：5.5.抗生素类阻断剂抗生素类阻断剂a.a.链霉素、卡那霉素、新霉素等，链霉素、卡那霉素、新霉素等，链霉素、卡那霉素、新霉素等，链霉素、卡那霉素、新霉素等，主要抑制革兰氏阴性细菌蛋白质主要抑制革兰氏阴性细菌蛋白质主要抑制革兰氏阴性细菌蛋白质主要抑制革兰氏阴性细菌蛋白质合成的三个阶段：合成的三个阶段：合成的三个阶段：合成的三个阶段：50S50S50S50S起始复合物的形成，使氨基酰起始复合物的形成，使氨基酰起始复合物的形成，使氨基酰起始复合物的形成，使氨基酰tRNAtRNAtRNA
21、tRNA从复合物中脱落；从复合物中脱落；从复合物中脱落；从复合物中脱落；在肽链延伸阶段，使氨基酰在肽链延伸阶段，使氨基酰在肽链延伸阶段，使氨基酰在肽链延伸阶段，使氨基酰tRNAtRNAtRNAtRNA与与与与mRNAmRNAmRNAmRNA错配；错配；错配；错配；在终止阶段，阻碍终止因了与核在终止阶段，阻碍终止因了与核在终止阶段，阻碍终止因了与核在终止阶段，阻碍终止因了与核蛋白体结合，使已合成的多肽链无法释放，而且还抑制蛋白体结合，使已合成的多肽链无法释放，而且还抑制蛋白体结合，使已合成的多肽链无法释放，而且还抑制蛋白体结合，使已合成的多肽链无法释放，而且还抑制70S70S70S70S核糖体的
22、介离。核糖体的介离。核糖体的介离。核糖体的介离。w wb.b.b.b.四环素和土霉素四环素和土霉素四环素和土霉素四环素和土霉素 w wc.c.c.c.氯霉素氯霉素氯霉素氯霉素w wd.d.白喉霉素（白喉霉素（白喉霉素（白喉霉素（diphtheria toxindiphtheria toxindiphtheria toxindiphtheria toxin）由白喉杆菌所产生的白喉霉素是真核细胞蛋白质合成抑制剂。它对由白喉杆菌所产生的白喉霉素是真核细胞蛋白质合成抑制剂。它对真核生物的延长因子真核生物的延长因子-2-2（EF-2EF-2）起共价修饰作用，生成）起共价修饰作用，生成EF-2EF-2腺苷
23、二腺苷二磷酸核糖衍生物，从而使磷酸核糖衍生物，从而使EF-2EF-2失活，它的催化效率很高，只需微量失活，它的催化效率很高，只需微量就能有效地抑制细胞整个蛋白质合成，而导致细胞死亡就能有效地抑制细胞整个蛋白质合成，而导致细胞死亡 we.e.亚胺环己酮（放线菌酮）亚胺环己酮（放线菌酮）只抑制真核只抑制真核60S60S亚基的肽酰转移酶活性亚基的肽酰转移酶活性 干扰素对病毒蛋白合成的抑制干扰素对病毒蛋白合成的抑制 1.真核生物在蛋白质生物合成中的起始真核生物在蛋白质生物合成中的起始tRNA是是A.亮氨酸亮氨酸tRNA B.丙氨酸丙氨酸tRNA C.赖氨酸赖氨酸tRNA D.甲酰甲酰甲硫氨酸甲硫氨酸t
24、RNA E.甲硫氨酸甲硫氨酸tRNA 2.使核糖体大小亚基保持分离状态的蛋白质因子使核糖体大小亚基保持分离状态的蛋白质因子A.IF1 B.IF2C IF3 D.EFTu E.EFTs 3.氯霉素抑制蛋白质合成，与其结合的是氯霉素抑制蛋白质合成，与其结合的是A.真核生物核糖体小亚基真核生物核糖体小亚基B.真核生物核糖体大亚基真核生物核糖体大亚基C.原核生物核糖体小亚基原核生物核糖体小亚基D.原核生物核糖体大亚基原核生物核糖体大亚基E.氨基酰氨基酰tRNA合成酶合成酶4.反密码子反密码子IGG的相应密码子是的相应密码子是A.ACC B.GCC C.UCC D.CCA E.GCG 5.关于核糖体转肽
25、酶，错误的叙述是关于核糖体转肽酶，错误的叙述是A.转肽不需要转肽不需要GTP B.活性中心在小亚基活性中心在小亚基C转肽不需要转肽不需要 ATP D.活性中心在大亚基活性中心在大亚基E.活性中心与活性中心与rRNA有关有关 6.蛋白质合成的方向蛋白质合成的方向A.由由mRNA的的3端向端向5端进行端进行B.由由mRNA的的3端与端与5端进行端进行C.由由肽链的肽链的C端向端向N端进行端进行D.由肽链的由肽链的N 端向端向C端进行端进行E.由肽链的由肽链的N 端与端与C端进行端进行本章小结本章小结w1.1.蛋白质的合成体系。蛋白质的合成体系。w2.2.核糖体的结构。核糖体的结构。w3.3.密码子的特点。密码子的特点。w4.4.蛋白质的合成过程。蛋白质的合成过程。w5.5.蛋白质的翻译后加工。蛋白质的翻译后加工。