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1、关于蛋白质的生物合成修饰和分泌第1页，讲稿共135张，创作于星期三本节课内容本节课内容蛋白质的合成蛋白质的合成蛋白质翻译后修饰蛋白质翻译后修饰蛋白质的折叠蛋白质的折叠蛋白质的靶向转运蛋白质的靶向转运第2页，讲稿共135张，创作于星期三DNA RNA ProteinNuclearmembraneTranscriptionTranscriptionRNA ProcessingRNA ProcessingTranslationTranslationDNAPre-mRNAmRNARibosomeProtein真核生物细真核生物细胞胞一、蛋白质的合成（翻译）一、蛋白质的合成（翻译）第3页，讲稿共135张
2、，创作于星期三 TranscriptionTranscriptionTranslationTranslationDNAmRNARibosomeProtein原核生物细胞原核生物细胞DNA RNA Protein第4页，讲稿共135张，创作于星期三蛋白质生物合成的概念蛋白质生物合成的概念 利用某一特定核苷酸序列的利用某一特定核苷酸序列的mRNAmRNA作为模板，合作为模板，合成相应氨基酸序列的多肽链的过程。成相应氨基酸序列的多肽链的过程。因为该过程将遗传信息从因为该过程将遗传信息从mRNAmRNA传递给了新合成传递给了新合成的蛋白质，的蛋白质，mRNAmRNA的核苷酸序列被转换成了蛋白质的核苷酸
3、序列被转换成了蛋白质中的氨基酸序列，所以该过程也被形象的称为中的氨基酸序列，所以该过程也被形象的称为翻译翻译。第5页，讲稿共135张，创作于星期三中心法则中心法则central dogma氨基端氨基端羧基端羧基端第6页，讲稿共135张，创作于星期三nDNA是遗传物质的携带者是遗传物质的携带者，并通过并通过RNA控制蛋白质的合成。控制蛋白质的合成。4种核苷酸种核苷酸VS20种氨基酸种氨基酸?物理学家物理学家Gamov通过数学推算，认为通过数学推算，认为3个核苷酸决定一个氨基酸，首次提出个核苷酸决定一个氨基酸，首次提出“密码密码”概念。概念。n大量实验证明大量实验证明mRNA上相邻三个碱基编码一种
4、氨基酸上相邻三个碱基编码一种氨基酸(AA)，因，因而被称为而被称为碱基三联体碱基三联体或或密码子密码子。四种核苷酸，能有。四种核苷酸，能有43=64组密码组密码子。子。n1966年已经完全查清了年已经完全查清了20种基本氨基酸所对应的种基本氨基酸所对应的61个密码子，个密码子，其中有一个密码子也作为肽链合成的其中有一个密码子也作为肽链合成的起始密码子起始密码子,另外还有三另外还有三个个终止密码子终止密码子。n在遗传密码的破译中在遗传密码的破译中,美国科学家美国科学家M.W.NirenbergM.W.Nirenberg等人做出了等人做出了重要贡献重要贡献,于于19681968年获得了诺贝尔生理医
5、学奖年获得了诺贝尔生理医学奖.（一）遗传密码（一）遗传密码（genetic codegenetic code）第7页，讲稿共135张，创作于星期三第8页，讲稿共135张，创作于星期三（1）密码子的方向性（）密码子的方向性（directivity）密码子的阅读方向及它们在密码子的阅读方向及它们在mRNA由起始信号到终止信由起始信号到终止信号的排列方向均为号的排列方向均为5-3，与，与mRNA链合成时的延伸方链合成时的延伸方向相同。向相同。（2）密码子的简并性（）密码子的简并性（degeneracy）64-3=61个代表个代表20种氨基酸，仅甲硫氨酸、色氨酸只有种氨基酸，仅甲硫氨酸、色氨酸只有一个
6、密码子。一个氨基酸可以有几个不同的密码子，编一个密码子。一个氨基酸可以有几个不同的密码子，编码同一个氨基酸的一组密码子称为码同一个氨基酸的一组密码子称为同义密码子。同义密码子。这种现这种现象称为象称为密码子的简并性，意义？密码子的简并性，意义？遗传密码的特点遗传密码的特点第9页，讲稿共135张，创作于星期三第10页，讲稿共135张，创作于星期三（3）密码子的连续性（）密码子的连续性（commaless）从正确起点开始至终止信号，密码子的排列是连续的。既不存在间从正确起点开始至终止信号，密码子的排列是连续的。既不存在间隔（无标点），也无重叠。在隔（无标点），也无重叠。在mRNA分子上插入或删去一
7、个碱基，分子上插入或删去一个碱基，会使该点以后的读码发生错误，称为会使该点以后的读码发生错误，称为移码移码，由这种情况引起的突变由这种情况引起的突变称为称为移码突变。移码突变。（4）密码子的通用性（）密码子的通用性（universal）各种低等和高等生物，包括病毒、细菌及真核生物，基本上共用各种低等和高等生物，包括病毒、细菌及真核生物，基本上共用同一套遗传密码。有例外：真核生物同一套遗传密码。有例外：真核生物线粒体线粒体DNA的编码方式与通常的编码方式与通常遗传密码有所不同。遗传密码有所不同。3 3 起始密起始密码子码子5 5 第11页，讲稿共135张，创作于星期三（5）密码子的摆动性（）密码
8、子的摆动性（wobble ）n如丙氨酸的密码子是如丙氨酸的密码子是GCU、GCC、GCA和和GCG，前两位碱基相前两位碱基相同，只第三位不同同，只第三位不同，显然密码子的专一性基本取决于，显然密码子的专一性基本取决于前两位碱基前两位碱基，第第三位碱基三位碱基有较大灵活性。有较大灵活性。ntRNA上的反密码子与上的反密码子与mRNA上的密码子配对时，密码子的第一位、上的密码子配对时，密码子的第一位、第二位碱基配对是严格的，第三位碱基可以有一定变动，这种现象称第二位碱基配对是严格的，第三位碱基可以有一定变动，这种现象称为密码的为密码的摆动性摆动性（wobble）。）。n在在tRNA反密码子中除反密
9、码子中除A、U、G、C四种碱基外，还经常在第一位出四种碱基外，还经常在第一位出现稀有碱基现稀有碱基次黄嘌呤（次黄嘌呤（I），次黄嘌呤可以和），次黄嘌呤可以和A、U、C配对，也配对，也是常见的摆动现象。是常见的摆动现象。第12页，讲稿共135张，创作于星期三密码子前两位碱基中单个碱基的变化通常产生不同的氨基酸，但是具有相同密码子前两位碱基中单个碱基的变化通常产生不同的氨基酸，但是具有相同密码子前两位碱基中单个碱基的变化通常产生不同的氨基酸，但是具有相同密码子前两位碱基中单个碱基的变化通常产生不同的氨基酸，但是具有相同的物理化学性质，如第二位碱基往往决定了氨基酸是极性还是非极性的，这的物理化学性质
10、，如第二位碱基往往决定了氨基酸是极性还是非极性的，这的物理化学性质，如第二位碱基往往决定了氨基酸是极性还是非极性的，这的物理化学性质，如第二位碱基往往决定了氨基酸是极性还是非极性的，这种一个氨基酸被另一个具有相似化学性质的氨基酸所替代的现象，称为种一个氨基酸被另一个具有相似化学性质的氨基酸所替代的现象，称为种一个氨基酸被另一个具有相似化学性质的氨基酸所替代的现象，称为种一个氨基酸被另一个具有相似化学性质的氨基酸所替代的现象，称为保守性保守性保守性保守性替换替换替换替换。AspAsp和和GluGlu相互替换，酸性氨基酸相互替换，酸性氨基酸第13页，讲稿共135张，创作于星期三（6）密码子的偏爱性
11、）密码子的偏爱性n同一个氨基酸有多个密码子，但对原核、酵母及哺同一个氨基酸有多个密码子，但对原核、酵母及哺乳动物细胞来说，其中有一两个是被优先选用的。乳动物细胞来说，其中有一两个是被优先选用的。n基因工程中，人工合成靶基因时尤其要注意在不基因工程中，人工合成靶基因时尤其要注意在不同同表达系统表达系统中选择不同的密码子。中选择不同的密码子。第14页，讲稿共135张，创作于星期三（7）起始密码子和终止密码子）起始密码子和终止密码子在在64种密码子中，种密码子中，AUG为甲硫氨酸的密码子，又是肽链合成的为甲硫氨酸的密码子，又是肽链合成的起始密码子起始密码子，UAA、UAG、UGA为为终止密码子终止密
12、码子，不编码任何氨，不编码任何氨基酸，而成为肽链合成的终止部位（无义密码子）。基酸，而成为肽链合成的终止部位（无义密码子）。AUG 肽链内部肽链内部Met的密码子的密码子原核生物编码甲酰甲硫氨酸原核生物编码甲酰甲硫氨酸起始密码起始密码真核生物编码甲硫氨酸真核生物编码甲硫氨酸UAA，UGA，UAG：终止密码子：终止密码子第15页，讲稿共135张，创作于星期三（8）第二套密码系统）第二套密码系统tRNA氨基酸臂有一辅密码区，可被氨基酰氨基酸臂有一辅密码区，可被氨基酰-tRNA合成酶识别合成酶识别并决定并决定tRNA的特异性。的特异性。取代取代tRNALeu中反密码子以外的中反密码子以外的12个碱基
13、，能够使个碱基，能够使tRNALeu转转变为变为tRNASer。第16页，讲稿共135张，创作于星期三蛋白质合成概述蛋白质合成概述1.原料：氨基酸原料：氨基酸2.模板：模板：mRNA3.运载工具：运载工具：tRNA4.装配场所：核糖体装配场所：核糖体5.能量：能量：GTP，ATP6.酶：氨基酰酶：氨基酰tRNA合成酶；转肽酶合成酶；转肽酶7.蛋白因子：蛋白因子：起始、延长、终止各阶段均有蛋白因子参与，如果是真起始、延长、终止各阶段均有蛋白因子参与，如果是真核生物，则在这些因子前加核生物，则在这些因子前加“e”(eukaryotic)，如：，如：eIF、eRF等。等。（二）蛋白质合成的分子基础（
14、二）蛋白质合成的分子基础总共需要大约总共需要大约200种生物大分子的参与种生物大分子的参与第17页，讲稿共135张，创作于星期三nmRNA（messenger RNA）的概念首先是由的概念首先是由Jacob和和Monod 1961年提出来的。年提出来的。nmRNA的半衰期很短，极不稳定，一旦完成其使命后很快就被水解掉。的半衰期很短，极不稳定，一旦完成其使命后很快就被水解掉。n原核生物和真核生物原核生物和真核生物mRNA的结构差异较大，尤其是在的结构差异较大，尤其是在5端。端。1.mRNA是蛋白质合成的模板是蛋白质合成的模板第18页，讲稿共135张，创作于星期三（1）5端端SD序序列列起起始始密
15、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，此此序序列列称称SD序序列列。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（称称反反SD序序列列）互互补补，形形成成氢氢键键，因因此此SD序序列列也也称称为为核核蛋蛋白白体体结结合合位位点点，SD序序列列使使得得结结合合于于30S亚亚基基上的起始上的起始tRNA能正确地定位于能正确地定位于mRNA的起始密码子的起始密码子AUG。（2）原原
16、核核mRNA分分子子，许许多多是是多多顺顺反反子子。原原核核生生物物一一条条连连续续的的mRNA链链往往往往为为功功能能相相关关的的几几种种蛋蛋白白质质（例例如如一一个个酶酶系系统统）编编码码。如如E.coli中一个中一个7000bp的的mRNA编码编码5种与色氨酸合成有关的酶。种与色氨酸合成有关的酶。原核生物原核生物mRNA的结构的结构第19页，讲稿共135张，创作于星期三（1）真真核核生生物物mRNA5端端有有m7GpppN帽帽子子结结构构，无无SD序序列列，3端端有有polyA尾巴。尾巴。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
17、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，而而从从下下游游适适当当的的AUG起起始始翻翻译译；当当距距离离在在17-80个个核核苷苷酸酸之之间间时时，离离体体翻翻译译效效率与距离成正比。率与距离成正比。真核生物真核生物mRNA的结构的结构（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作作为为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具具有有两个特点：两个特点：nAUG上游的上游
18、的-3经常是嘌呤，尤其是经常是嘌呤，尤其是A；n紧跟紧跟AUG的的+4常常是常常是G。第20页，讲稿共135张，创作于星期三mRNAmRNA是遗传信息的携带者是遗传信息的携带者n遗遗传传学学上上将将编编码码一一种种蛋蛋白白质质或或多多肽肽的的遗遗传传单单位位称称为为顺反子顺反子(cistron)(cistron)。n原原核核细细胞胞中中数数个个结结构构基基因因常常串串联联为为一一个个转转录录单单位位，转转录录生生成成的的mRNAmRNA可可编编码码几几种种功功能能相相关关的的蛋蛋白白质质，为多顺反子为多顺反子(polycistron)(polycistron)。n真真核核mRNAmRNA只只编
19、编码码一一种种蛋蛋白白质质，为为单单顺顺反反子子(single cistron)(single cistron)。第21页，讲稿共135张，创作于星期三原核生物的多顺反子原核生物的多顺反子真核生物的单顺反子真核生物的单顺反子非编码序列非编码序列核蛋白体结合位点核蛋白体结合位点起始密码子起始密码子终止密码子终止密码子编码序列编码序列PPPPPP5 5 3 3 蛋白质蛋白质PPPPPPmG-5 5 3 3 蛋白质蛋白质第22页，讲稿共135张，创作于星期三开放读码框架开放读码框架（open reading frame,ORF）mRNA链上，从链上，从5至至3，以，以AUG为起点，每三个碱基作为起点
20、，每三个碱基作为一个密码子连续阅读，直至出现终止密码子，若编码的多为一个密码子连续阅读，直至出现终止密码子，若编码的多肽链有功能活性，则该段密码子就称为肽链有功能活性，则该段密码子就称为ORF。ORF之外的之外的序列并不组成密码子，称为非编码区，或者非翻译区序列并不组成密码子，称为非编码区，或者非翻译区（untranslatedregion,UTR）.但但UTR并不是无功能的，往并不是无功能的，往往在翻译调控中具有重要的意义。往在翻译调控中具有重要的意义。第23页，讲稿共135张，创作于星期三tRNA（transferRNA）在蛋白质合成中，起着运载氨基酸的作用，在蛋白质合成中，起着运载氨基酸
21、的作用，按照按照mRNA链上的密码子所决定的氨基酸顺序将氨基酸转运到核糖体的特链上的密码子所决定的氨基酸顺序将氨基酸转运到核糖体的特定部位。定部位。同功受体同功受体tRNA:一种氨基酸可以有一种以上一种氨基酸可以有一种以上tRNA作为运载工具。把作为运载工具。把携带相同氨基酸而反密码子不同的一组携带相同氨基酸而反密码子不同的一组tRNA称为称为同功受体同功受体tRNA。反密码子反密码子(anticodon)：tRNA分子上三个特定的碱基分子上三个特定的碱基组成一个反密码子，位于反密码子环上。组成一个反密码子，位于反密码子环上。2.tRNA转运活化的氨基酸至转运活化的氨基酸至mRNA模板上模板上
22、第24页，讲稿共135张，创作于星期三tRNA有两个关键部位：有两个关键部位：3端端CCA：接受氨基酸，接受氨基酸，形成氨酰形成氨酰-tRNA，需，需ATP提供活化氨基酸提供活化氨基酸所需的能量。所需的能量。与与mRNA结合部位结合部位-反密码子部位反密码子部位：tRNA的接头作用的接头作用35ICCA-OH53CCA-OHGGCCCG密码子与反密码子的密码子与反密码子的阅读方向均为阅读方向均为5 5 3 3，两者反向平行配对。两者反向平行配对。tRNA凭借自身的反密码子识别凭借自身的反密码子识别mRNA链上的密码子，把所链上的密码子，把所带氨基酸放到肽链的一定位置。带氨基酸放到肽链的一定位置
23、。第25页，讲稿共135张，创作于星期三tRNA 是密码子和氨基酸之间的中介是密码子和氨基酸之间的中介第26页，讲稿共135张，创作于星期三3.核糖体是蛋白质合成的工厂核糖体是蛋白质合成的工厂核糖体又称核蛋白体，它是核糖体又称核蛋白体，它是蛋白质合成的场所。蛋白质合成的场所。存在方式：存在方式：真核生物：游离核糖体或与内质网结合真核生物：游离核糖体或与内质网结合原核生物：游离核糖体或与原核生物：游离核糖体或与mRNA结合成串状的结合成串状的多核糖体（提高翻译多核糖体（提高翻译效率）。效率）。不论原核细胞还是真核细胞，一条不论原核细胞还是真核细胞，一条mRNA可以被同时几个核糖体阅可以被同时几个
24、核糖体阅读，把同时结合并翻译同一条读，把同时结合并翻译同一条mRNA的多个核糖体称为的多个核糖体称为多核糖体多核糖体。第27页，讲稿共135张，创作于星期三 多核糖体多核糖体n n一条一条一条一条mRNAmRNAmRNAmRNA链上链上链上链上同时具有同时具有许多个核糖体许多个核糖体许多个核糖体许多个核糖体（每隔（每隔（每隔（每隔80808080核苷酸有一个核糖体）核苷酸有一个核糖体）核苷酸有一个核糖体）核苷酸有一个核糖体）n n一条一条一条一条mRNAmRNA可同时合成可同时合成可同时合成可同时合成多条多肽链多条多肽链多条多肽链多条多肽链第28页，讲稿共135张，创作于星期三不同来源核糖体的
25、大小和不同来源核糖体的大小和RNA组成组成核糖体是由核糖体是由核糖核酸核糖核酸（称为核糖体核酸（称为核糖体核酸,rRNA）和几十种和几十种蛋白质分蛋白质分子子（核糖体蛋白）组成的一个巨大的复合体。不同类型生物中核糖体的结（核糖体蛋白）组成的一个巨大的复合体。不同类型生物中核糖体的结构高度保守，尽管其构高度保守，尽管其rRNA和核糖体蛋白的一级结构有所不同，但其和核糖体蛋白的一级结构有所不同，但其三级三级结构却惊人的相似结构却惊人的相似。第29页，讲稿共135张，创作于星期三小亚基小亚基大亚基大亚基核糖体核糖体头头颈颈体体脊脊鼻鼻柄柄mRNA结合位点，负责对模板结合位点，负责对模板mRNA序列特
26、异性识别，如起序列特异性识别，如起始部位识别，密码子与反密码子相互作用始部位识别，密码子与反密码子相互作用负责肽键的形成，负责肽键的形成，AA-tRNA和肽酰基和肽酰基-tRNA的结合等的结合等大小亚基缔合形成一个空腔，如隧道贯穿整个核糖体，大小亚基缔合形成一个空腔，如隧道贯穿整个核糖体，蛋白质的合成就在其中进行蛋白质的合成就在其中进行大小亚基的结构大小亚基的结构第30页，讲稿共135张，创作于星期三结构：结构：有大量的茎环结构，结构复杂，是核糖体的骨架。有大量的茎环结构，结构复杂，是核糖体的骨架。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
27、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：去去掉掉细细菌菌核核糖糖体体的的蛋蛋白质组分，保持白质组分，保持rRNA的相对完整性，发现蛋白质的合成仍可进行；的相对完整性，发现蛋白质的合成仍可进行；（3）参参与与tRNA与与mRNA的的结结合合：mRNA先先识识别别rRNA的的特特定定序序列列并并结结合合固固定定下下来来，然然后后tRNA再再识识别别并并固固定定到到rRNA特特定定的的部部位位，其其反反密密码码子子与与mRNA密密码码子配对，子配对，16SrRNA上有一段序列与原核上有一段序列与原核mRNA上的上的SD序列相结合；序列相结合；（4 4）在大小亚基的聚合中起
28、重要作用；在大小亚基的聚合中起重要作用；（5 5）翻译的校正和调控（如结合调控因子）。翻译的校正和调控（如结合调控因子）。rRNArRNA的结构与功能的结构与功能RNA分子是整个核糖体的活性中心。分子是整个核糖体的活性中心。第31页，讲稿共135张，创作于星期三核糖体的主要功能部位核糖体的主要功能部位小亚基小亚基小亚基小亚基 大亚基大亚基大亚基大亚基 P P A AE E mRNAmRNA 氨基酸氨基酸氨基酸氨基酸多肽链多肽链多肽链多肽链nmRNA结合部位：位于小亚基，负责对结合部位：位于小亚基，负责对mRNA模板进行序列模板进行序列特异的识别与结合。特异的识别与结合。第32页，讲稿共135张
29、，创作于星期三n受位或氨基酰位（受位或氨基酰位（A位）：氨基酰位）：氨基酰-tRNA的结合部位的结合部位n给位或肽基部位（给位或肽基部位（P位）：肽酰位）：肽酰tRNA的结合部位的结合部位n排出位（排出位（E位）：与肽酰转移后空载的位）：与肽酰转移后空载的tRNA结合，结合，A位位进入进入新的氨酰新的氨酰tRNA后后E位空载位空载tRNA脱落。真核无位，原核位于脱落。真核无位，原核位于50S。n转肽酶活性部位：位于大亚基，催化转肽酶活性部位：位于大亚基，催化P位多肽链转移到位多肽链转移到A位位上，与上，与A位的氨基酸形成肽键。位的氨基酸形成肽键。nGTase位点：转移酶的结合位点。位点：转移酶
30、的结合位点。n与蛋白质合成有关的其他起始因子、延长因子和终止因子的结与蛋白质合成有关的其他起始因子、延长因子和终止因子的结合位点。合位点。第33页，讲稿共135张，创作于星期三 原核生物（大肠杆菌）每秒钟可翻译原核生物（大肠杆菌）每秒钟可翻译2020个个氨基酸，比真核生物快得多，氨基酸，比真核生物快得多，而真核生物每分钟才大约而真核生物每分钟才大约5050个个氨基酸。真核生物和原核生物在蛋白质合成氨基酸。真核生物和原核生物在蛋白质合成方面有许多共同之处。方面有许多共同之处。(三三)蛋白质的合成过程蛋白质的合成过程反应步骤：反应步骤：氨基酸的活化氨基酸的活化肽链合成的起始肽链合成的起始肽链的延长
31、肽链的延长肽链的终止肽链的终止第34页，讲稿共135张，创作于星期三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，由由氨氨酰酰tRNA合成酶催化。合成酶催化。氨基酸活化氨基酸活化活化氨基酸的转运活化氨基酸的转运活化氨基酸与核糖体结合活化氨基酸与核糖体结合（1）氨酰）氨酰tRNA合成酶合成酶氨氨基基酰酰-tRNA合合成成酶酶：既既能能识识别别氨氨基基酸酸，又又能能识识别别tRNA。特特异异性性强强，催催化化特特定定的的氨氨基基酸酸与与特特异异的的tRNA结结合合，每每种种氨氨基基酸酸都都由由特特异异的的合合成成酶酶催催化化，此此种种特特
32、异异性性保保证证了了遗遗传传信信息息准确翻译。准确翻译。（2）催化过程催化过程 氨基酸氨基酸+ATP+tRNA氨基酰氨基酰-tRNA+AMP+ppi（3）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来来决决定定了了，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到肽链的一定位置上。每一个密码子对应的肽链位置上都能掺入正确的氨基酸。送到肽链的一定位置上。每一个密码子对应的肽链位置上都能掺入正确的氨基酸。1.氨基酸的活化和转运氨基酸的活化和转运第35页，讲
33、稿共135张，创作于星期三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子（因子（initiationfactor）参与，参与，IF1，IF2，和和IF3。（1）IF1,IF3首首先先结结合合在在30S亚亚基基上上，IF1与与A位位结结合合，防防止止tRNA在在起起始始阶阶段段和和A位位的的结结合合，IF3则则可可以以防防止止30S亚亚基基与与50S亚亚基基缔缔合合，促促进进30S亚基附着于亚基附着于mRNA的起始信号部位；的起始信号部位；（2）mRNA结合到结合到30S亚基上。亚基上。原原核核mRNA起起始始密密码码子
34、子上上游游的的SD序序列列，与与30S亚亚基基上上的的16SrRNA3端端的的一一段段互互补补序序列配对结合，使列配对结合，使mRNA处于核糖体上恰当位置，并使起始密码子处于核糖体上恰当位置，并使起始密码子AUG处于处于P位点。位点。2.翻译的起始翻译的起始（以原核生物为例）（以原核生物为例）第36页，讲稿共135张，创作于星期三（3）IF2、fMet-tRNAifmet结合到结合到30S亚基上亚基上 IF2是一个是一个GTP结合蛋白，它先与结合蛋白，它先与30S亚基结合并促使起始氨酰亚基结合并促使起始氨酰tRNA的密码子与的密码子与mRNA上的上的AUG结合（结合（P位点）。原核生物的起位点
35、）。原核生物的起始氨酰始氨酰tRNA是是N-甲酰甲硫氨酰甲酰甲硫氨酰tRNA（fMet-tRNAifmet）。）。（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水解成水解成GDP释放的能量引起释放的能量引起30S亚基构象变化，亚基构象变化，50S亚基结合亚基结合到到30S亚基上，同时亚基上，同时IF1，IF2和和IF3释放。释放。因此，原核生物肽链合成的起始复合体由因此，原核生物肽链合成的起始复合体由mRNA、70S核糖体、核糖体、fMet-tRNA组成。组成。第37页，讲稿共135张，创作于星期三起始复合物的形成起始复合物的形成第38页，讲
36、稿共135张，创作于星期三 肽肽链链延延长长在在核核蛋蛋白白体体上上连连续续性性循循环环式式进进行行，又又称称为为核核糖糖体体循循环环(ribosomal cycle)(ribosomal cycle)，每次循环增加一个氨基酸，包括以下三步：，每次循环增加一个氨基酸，包括以下三步：（1 1）进位）进位(entrance)(entrance)：新的氨酰：新的氨酰tRNAtRNA进入核糖体的进入核糖体的A A位点；位点；（2 2）转肽）转肽(peptide bond formation)(peptide bond formation)：肽键形成；：肽键形成；（3 3）转位）转位(transloca
37、tion)(translocation)：核糖体移位。：核糖体移位。3.肽链的延伸肽链的延伸指根据指根据mRNAmRNA密码序列的指导，次序添加氨基酸从密码序列的指导，次序添加氨基酸从N N端向端向C C端延伸肽端延伸肽链，直到合成终止的过程。链，直到合成终止的过程。第39页，讲稿共135张，创作于星期三延伸过程所需蛋白因子称为延长因子延伸过程所需蛋白因子称为延长因子(elongation factor,EF)(elongation factor,EF)原核生物：原核生物：EF-T(EF-TuEF-T(EF-Tu、EF-Ts)EF-Ts)，EF-GEF-G真核生物：真核生物：EF-1EF-1、
38、EF-2 EF-2 原核延长因子生物功能对应真核延长因子EF-Tu促进氨基酰-tRNA进入A位，结合分解GTPEF-1-EF-Ts调节亚基EF-1-EFG有转位酶活性，促进mRNA-肽酰-tRNA由A位前移到P位，促进卸载tRNA释放EF-2肽链合成的延长因子肽链合成的延长因子 第40页，讲稿共135张，创作于星期三又称注册又称注册(registration)(registration)（1 1）进位）进位指根据指根据mRNAmRNA下一组遗下一组遗传密码指导，使相应氨传密码指导，使相应氨基酰基酰-tRNA-tRNA进入核蛋白进入核蛋白体体A A位。位。第41页，讲稿共135张，创作于星期三第
39、42页，讲稿共135张，创作于星期三（2 2）转肽）转肽nP P位和位和A A位都被氨基酰位都被氨基酰tRNAtRNA结合（结合（P P位是氨基酰位是氨基酰-tRNA/A-tRNA/A位是肽酰位是肽酰-tRNA-tRNA）；）；n由转肽酶由转肽酶(transpeptidase)(transpeptidase)催化催化2 2个氨基酸残基间形成肽键；个氨基酸残基间形成肽键；nP P位（给位）的位（给位）的tRNAtRNA脱酰基，氨（肽）酰基转移至脱酰基，氨（肽）酰基转移至A A位（受位）。位（受位）。注意：注意：n肽键形成是转肽酶肽键形成是转肽酶催化的，转肽酶是催化的，转肽酶是大亚基中的大亚基中的
40、23S 23S rRNArRNA（具有催化能（具有催化能力的力的RNA-RNA-核酶）核酶）;n转肽过程不消耗转肽过程不消耗ATPATP或或GTPGTP。第43页，讲稿共135张，创作于星期三n P P位是脱酰基的位是脱酰基的tRNAtRNA，A A位是二肽酰位是二肽酰-tRNA-tRNA（或肽酰（或肽酰-tRNA-tRNA）;n 移位因子移位因子EF-G-GTPEF-G-GTP结合到核糖体结合到核糖体;n GTP GTP水解提供能量，核糖体向水解提供能量，核糖体向3 3方向移动一个密码子位置方向移动一个密码子位置;n 同时同时EF-G-GTPEF-G-GTP水解成水解成GDPGDP，EF-G
41、EF-G与与GTPGTP结合后再生。结合后再生。（3 3）移位移位第44页，讲稿共135张，创作于星期三核糖体循环核糖体循环第45页，讲稿共135张，创作于星期三 4、肽链合成的终止、肽链合成的终止 当当mRNAmRNA上终止密码出现后，多肽链合成停止，肽链从肽酰上终止密码出现后，多肽链合成停止，肽链从肽酰-tRNA-tRNA中释出，中释出，mRNAmRNA、核蛋白体等分离，这些过程称为肽链合成终止。、核蛋白体等分离，这些过程称为肽链合成终止。n 释放因子：与终止相关的蛋白因子称为释放因子释放因子：与终止相关的蛋白因子称为释放因子(release factor,RF)原核生物释放因子：原核生物
42、释放因子：RF-1，RF-2，RF-3 真核生物释放因子：真核生物释放因子：eRF n释放因子的功能：释放因子的功能：识别终止密码识别终止密码 使肽链从核蛋白体上释放使肽链从核蛋白体上释放 第46页，讲稿共135张，创作于星期三多肽链合成的终止过程多肽链合成的终止过程肽链终止阶段：肽链终止阶段：核核蛋蛋白白体体沿沿mRNAmRNA链链滑滑动动，不不断断使使多多肽肽链链延延长长，直直到到终终止止信信号号进进入入受位。受位。1 1、识识别别：RFRF识识别别终终止止密密码码，进进入入核核蛋白体的受位。蛋白体的受位。2 2、水水解解：RFRF使使转转肽肽酶酶变变为为水水解解酶酶，多多肽肽链链与与tR
43、NAtRNA之之间间的的酯酯键键被被水水解解，多肽链释放。多肽链释放。3 3、解离：、解离：通过水解通过水解GTPGTP，使核蛋，使核蛋白体与白体与mRNAmRNA分离，分离，tRNAtRNA、RFRF脱落，脱落，核蛋白体解离为大、小亚基。核蛋白体解离为大、小亚基。第47页，讲稿共135张，创作于星期三消耗的高能键消耗的高能键(原核细胞原核细胞)甲酰甲酰-甲硫氨酰甲硫氨酰-tRNA合成：合成：ATPAMP2起始（起始（IF-2）：）：GTPGDP1第二个第二个aa-tRNA合成：合成：ATPAMP2第二个第二个aa-tRNA进入核糖体（进入核糖体（EF-TU）：）：GTPGDP1核糖体移位（核
44、糖体移位（EF-G）：）：GTPGDP1终止：终止：GTPGDP1合成二肽（形成一个肽链）需合成二肽（形成一个肽链）需8个高能键个高能键，其后每加一个，其后每加一个aa需需4个高能键个高能键。例：合成例：合成200个个aa残基的多肽残基的多肽8+4(n-2)=8+1984=800(n表示氨基酸个数表示氨基酸个数)（真核生物真核生物：起始多起始多1个个ATP和和1个个GTP）5.蛋白质合成中的能量计算蛋白质合成中的能量计算第48页，讲稿共135张，创作于星期三6.真核与原核蛋白质合成的异同真核与原核蛋白质合成的异同真核生物原核生物遗传密码相同相同翻译体系相似相似转录与翻译不偶联，转录和翻译的间隔
45、约15min，mRNA前体需加工，从细胞核转运到细胞质偶联起始因子多，起始复杂少mRNA需剪接，加5帽子和3尾巴，单顺反子无SD序列，代谢慢，哺乳动物46h无需加工，多顺反子，有SD序列，细菌13min核糖体80S70S起始tRNAMet-tRNAiMetfMet-tRNAiMet起始阶段需ATP，910种起始因子，eIF小亚基先与Met-tRNAiMet结合需ATP，GTP,3种起始因子，eIF小亚基先与mRNA结合延长阶段没有E位，空载tRNA直接从P位脱离空载tRNA从位脱落终止阶段种识别种终止密码子种第49页，讲稿共135张，创作于星期三1、抗生素、抗生素n四四环环素素族族：包包括括土
46、土霉霉素素、金金霉霉素素、四四环环素素，能能抑抑制制氨氨基基酰酰-tRNA与与原原核核细细胞胞的核蛋白体结合，从而抑制细菌的蛋白质合成。的核蛋白体结合，从而抑制细菌的蛋白质合成。n氯氯霉霉素素：能能与与原原核核生生物物70S核核糖糖体体结结合合，高高浓浓度度时时对对真真核核生生物物内内线线粒粒体体的的蛋蛋白白合成也有阻断作用；合成也有阻断作用；n链链霉霉素素和和卡卡那那霉霉素素：与与原原核核细细胞胞30S亚亚基基结结合合，改改变变其其构构象象，引引起起读读码码错错误误。对对结核杆菌敏感。结核杆菌敏感。n嘌嘌呤呤霉霉素素：结结构构与与酪酪氨氨酰酰-tRNA相相似似，从从而而取取代代一一些些氨氨基
47、基酰酰-tRNA进进入入翻翻译译中中的的核核蛋蛋白白体体A位位，当当延延伸伸中中的的肽肽转转入入此此异异常常A位位时时，容容易易脱脱落落，终终止止肽肽链链合合成成。对对原原核和真核细胞的蛋白合成均有影响。核和真核细胞的蛋白合成均有影响。n放线菌酮：放线菌酮：抑制核蛋白体转肽酶，只对真核生物有特异性作用，多用于研究。抑制核蛋白体转肽酶，只对真核生物有特异性作用，多用于研究。（四）蛋白质合成的抑制剂（四）蛋白质合成的抑制剂第50页，讲稿共135张，创作于星期三（1）干扰素（干扰素（interferon）干扰素干扰素真核细胞感染病毒后分泌的具有抗病毒作用的蛋白质，抑制病毒的繁殖。真核细胞感染病毒后分
48、泌的具有抗病毒作用的蛋白质，抑制病毒的繁殖。干扰素（白细胞干扰素），干扰素（白细胞干扰素），干扰素（成纤维细胞干扰素），干扰素（成纤维细胞干扰素），干扰素（淋巴细胞干扰素（淋巴细胞干扰素）干扰素）蛋白激酶蛋白激酶蛋白激酶蛋白激酶2 2、阻断蛋白质合成的其他蛋白类物质、阻断蛋白质合成的其他蛋白类物质 干扰素的抗病毒机制：干扰素的抗病毒机制：抑制蛋白质合成抑制蛋白质合成干扰素干扰素干扰素干扰素+双链双链RNA诱导诱导诱导诱导寡核苷酸寡核苷酸2-5A合成酶合成酶eIF2eIF2-P诱导诱导诱导诱导病毒病毒mRNA ATP转化为多聚腺苷酸转化为多聚腺苷酸核酸内切酶核酸内切酶RNaseL降解降解降解降解
49、激活激活激活激活第51页，讲稿共135张，创作于星期三(2)(2)白喉毒素白喉毒素 可以与真核生物的延伸因子可以与真核生物的延伸因子eEF-2eEF-2结合，导致核糖体循环终止（无结合，导致核糖体循环终止（无法移位），因此白喉菌素是剧毒的，几微克即能致人于死地。法移位），因此白喉菌素是剧毒的，几微克即能致人于死地。n n白喉杆菌产生的毒蛋白，由白喉杆菌产生的毒蛋白，由白喉杆菌产生的毒蛋白，由白喉杆菌产生的毒蛋白，由A A、B B两条链组成。两条链组成。两条链组成。两条链组成。n n本质：本质：A链链链链-修饰酶修饰酶修饰酶修饰酶B B链链识别受体，协助识别受体，协助识别受体，协助识别受体，协助
50、A链链链链n n作用机制作用机制:eEFeEF2 AA链链eEFeEF2 2-腺苷二磷酸核糖衍生物腺苷二磷酸核糖衍生物(无活性无活性无活性无活性)共价修饰共价修饰共价修饰共价修饰第52页，讲稿共135张，创作于星期三1.mRNA向细胞质的运输向细胞质的运输 核核膜膜创创造造的的转转录录与与翻翻译译的的隔隔离离为为基基因因的的表表达达提提供供了了一一个个重重要要的的调调控控机机制制。mRNA的的加加工工（内内含含子子切切除除）、mRNA向向细细胞胞质质的的运运输输都都是是调调控控方方式式，后后者者是是一一个个非非常常重重要要的的调调控控过过程程，并并且且它它至至少少需需要要mRNA5端的帽子和端