第十三章

蛋白質的生物合成第十三章1學習目的與要求：1.遺傳信息傳遞方式-中心法則2.蛋白質合成中各RNA及輔助因子的作用3.遺傳密碼及其性質4.蛋白質合成的機制及過程5.蛋白質合成后的折疊與加工方式重點：1.中心法則2.核糖體的組成及功能3.tRNA的功能及擺動性假說4.遺傳密碼及其性質5.蛋白質合成的機制及過程難點：1.遺傳密碼的性質2.蛋白質合成的過程學習目的與要求：1.遺傳信息傳遞方式-中心法則重點：1.中心2第一節、遺傳信息的表達方式一.中心法則生物的遺傳信息從DNA傳遞給mRNA的過程稱為轉錄mRNA鏈上的遺傳信息合成蛋白質的過程，被稱為翻譯遺傳信息從DNA到RNA再到蛋白質的過程稱為基因表達1958年Crick將生物遺傳信息的這種傳遞方式稱為中心法則。1972年Crick將中心法則作進一步修改，補充了逆轉錄。ReversetranscriptionReplication第一節、遺傳信息的表達方式一.中心法則生物的遺傳信息從DN3存在形式:核糖體可游離存在，真核中，也可同內質網結合，形成粗糙的內質網。原核中，與mRNA形成串狀——多核糖體1.核糖體的基本功能核糖體——蛋白質合成“工廠”基本功能:

結合mRNA，在mRNA上選擇適當的區域開始翻譯密碼子（mRNA）和反密碼子（tRNA）的正確配對肽鍵的形成二、核糖體存在形式:1.核糖體的基本功能核糖體——蛋白質合成“工廠”基4原核生物核糖體組成真核生物核糖體組成2.核糖體的組成及其成分rRNA60-65%Proteins30-35%rRNA55%Proteins45%原核生物核糖體組成真核生物核糖體組成2.核糖體的組成及其成分51.tRNA的功能三.tRNA結合攜帶氨基酸：一種氨基酸有幾種tRNA攜帶，氨基酸結合在tRNA3‘-CCA的位置。反密碼子：每種tRNA的反密碼子，決定了所帶氨基酸能準確的在mRNA上對號入座。核糖體的識別位點：將氨基酸準確地帶到核糖體上。氨基酰-tRNA合成酶的識別位點：將氨基酸準確地與tRNA特異性結合。1.tRNA的功能三.tRNA結合攜帶氨基酸：一種氨基酸62.擺動性假說

反密碼子與mRNA的第1,2個核苷酸配對時，嚴格遵從堿基配對原則,但反密碼子與mRNA的第三個核苷酸配對時，不嚴格遵從堿基配對原則,出現U-G,I-U.C.A配對現象,表現出一定的靈活性,擺動性.2.擺動性假說反密碼子與mRNA的第1,2個核苷酸配對7四.mRNA攜帶著DNA的遺傳信息，是多肽鏈的合成模板在原核細胞內，存在時間短，在轉錄的同時翻譯在真核細胞內，較穩定蛋白質合成時，mRNA結合于核糖體小亞基上，大亞基結合帶氨基酸的tRNA，tRNA的反密碼子與mRNA密碼子配對，ATP供能，合成蛋白質四.mRNA攜帶著DNA的遺傳信息，是多肽鏈的蛋白質合成時81.起始(譯)因子2.延長(伸)因子3.終止因子真核生物原核生物IF1,IF2,IF3eIF1,eIF2A,eIF2B,eIF3,eIF4A-,E,eIF5EF-TU,EF-TS,EF-1,EF-2,RF1,RF2,RF3RF4.能量ATP，GTPATP，GTP5.G因子(移位酶)有EF-26.無機離子Mg2+/K+Mg2+/K+五.參與蛋白質合成的輔助因子1.起始(譯)因子2.延長(伸)因子3.終止因子真核生物91.確立41=4,42=16,43=64,44=2562.證明UUUUUUUUUUUU----------Phe-Phe-UUCUUCUUCUUCUUCUUC---------Phe-Phe-UCU---------Ser-Ser-CUU---------Leu-Leu-第二節、遺傳密碼一.密碼子的概念mRNA分子中為一個氨基酸編碼進入蛋白質多肽鏈特定線性位置的三個核苷酸單位稱為密碼子（Coden）或三聯體密碼或遺傳密碼。二.密碼子的確立及證明核糖體結合試驗證明:1960-1965年，Nirenberg用polyU加入14C標記的20種aa,僅有苯丙氨酸的寡肽,UUU=苯丙氨酸,用此法破譯了全部密碼，編出遺傳密碼表。1.確立41=4,42=16,43=6410遺傳密碼遺傳密碼111.方向性密碼子是不重疊的，每個三聯體中的三個核苷酸只編碼一個氨基酸，核苷酸不重疊使用噬菌體x174中某些基因之間有重疊現象。mRNA上無不編碼的核苷酸,兩個密碼子之間沒有標點符號。4.簡并性(degeneracy)三.遺傳密碼子的特點幾種密碼子對應于相同一種氨基酸。這些密碼子為同義密碼子3.連續性2.不重疊從mRNA5’—3’方向閱讀。1.方向性密碼子是不重疊的，每個三聯體中的三個核苷酸只編碼一125.通用性絕大多數密碼子對各種生物都適用，某些線粒體中遺傳密碼有例外6.起始密碼與終止密碼起始密碼:AUG-真核/原核,真核中起始為Met、原核中起始為fMet,翻譯中間為Met.GUG-原核起始為fMet,翻譯中間為Val.終止密碼:

UAG、UAA、UGA5.通用性絕大多數密碼子對各種生物都適用，某些線粒體中遺傳密13氨基酸+ATP+tRNA+H2O氨基酰-tRNA+AMP+PPi氨基酰-tRNA合成酶第三節、蛋白質生物合成的機制合成體系：以mRNA為模板，20種氨基酸經活化獲得的氨酰tRNA為原料，酶和因子,以及無機離子，ATP、GTP供能等作用下在核糖體中完成蛋白質的合成。合成方向：N→C端。一.氨基酸的活化tRNA在氨基酰-tRNA合成酶的幫助下，能夠識別相應的氨基酸，并通過tRNA氨基酸臂的3’-OH與氨基酸的羧基形成活化(酯)氨基酰-tRNA。氨基酰-tRNA的形成是一個兩步反應過程：第一步是氨基酸與ATP作用,形成氨基酰腺嘌呤核苷酸；第二步是氨基酰基轉移到tRNA的3’-OH端上,形成氨基酰-tRNA。氨基酸+ATP+tRNA+H2O14--CCA-OH3’+AMPtRNA氨基酰-tRNA合成酶氨基酰-tRNA合成酶(一).氨基酸活化過程--CCA-OH3’+AMPtRNA氨基酰-tRNA合15(二).氨基酸活化機制(二).氨基酸活化機制161.每一種氨基酸至少有一種對應的氨基酰-tRNA合成酶。它既催化氨基酸與ATP的作用,也催化氨基酰基轉移到tRNA。2.氨基酰-tRNA合成酶具有高度的專一性。每一種氨基酰-tRNA合成酶只能識別一種相應的tRNA。3.tRNA分子能接受相應的氨基酸,決定于它特有的堿基順序,而這種堿基順序能夠被氨基酰-tRNA合成酶所識別。(三).氨基酰-tRNA合成酶的特點：1.每一種氨基酸至少有一種對應的氨基酰-tRNA合成酶。它17(一).多肽鏈合成的起始二.原核生物多肽鏈的合成1.核糖體的活化2.30s起始復合物的形成

核糖體小亞基上的16SrRNA和mRNA的SD序列（位于起始位點上游4－13個核苷酸）結合,辨認出mRNA鏈上的起始點（AUG）。3.70s起始復合物的形成(一).多肽鏈合成的起始二.原核生物多肽鏈的合成1.核糖體181.進位

（氨酰tRNA進入A位點）參與因子：延長因子EFTu（Tu）、EFTs（Ts）、GTP、氨酰tRNA進位肽鏈的形成轉肽（二）.肽鏈的延長2.轉肽---肽鏈的形成肽酰基從P位點轉移到A位點，形成新的肽鏈1.進位（氨酰tRNA進入A位點）參與因子：延長因子EF19延長過程中肽鏈的生成肽基轉移酶新形成肽鍵延長過程中肽鏈的生成肽基轉移酶新形成20核糖體移位3.移位（translocase）在移位因子（移位酶）EF－G的作用下，核糖體沿mRNA（5’-3’）作相對移動，使原來在A位點的肽酰－tRNA回到P位點核糖體移位3.移位（translocase）在移位因子（21核糖體移動方向P位點A位點核糖體移動方向P位點A位點22肽鏈的延伸過程肽鏈的延伸過程231.終子因子進入P位識別mRNA的終止密碼子。RF1-UAA、UAGRF2-UAA、UGARF3影響肽鏈的釋放速度。2.水解所合成肽鏈與tRNA間的酯鍵，釋放肽鏈3.RF3幫助P位點的tRNA殘基脫落，而后核糖體脫落(三).肽鏈合成的終止與釋放活化每個氨基酸1ATP肽鏈的起始要1GTP，延長時只需2GTP，終止釋放1GTP，合成一個n肽所需能量3×nATP，真核生物中，肽鏈合成的起始需GTP外，還需ATP，則合成n肽所需能量3×n+1(四）.合成過程是一個耗能過程1.終子因子進入P位識別mRNA的終止密碼子。RF1-UA241.核糖體為80S，由60S的大亞基和40S的小亞基組成2.起始密碼AUG3.起始tRNA為Met－tRNA4.起始復合物結合在mRNA5’端AUG上游的帽子結構，真核mRNA無富含嘌呤的SD序列（除某些病毒mRNA外）5.已發現的真核起始因子有近9種（eukaryoteInitiationfactor,eIF）eIF4A.eIF4E.P220復合物稱為帽子結構結合蛋白復合物（CBPC）6.肽鏈終止因子及釋放因子（RF）,只有一種,無特異性.線粒體、葉綠體內蛋白質的合成同于原核細胞三、真核細胞蛋白質合成的特點1.核糖體為80S，由60S的大亞基和40S的小亞基組成線25生物化學-第十三章蛋白質生物合成課件26四.多核糖體與核糖體循環在細胞內一條mRNA鏈上結合多個核糖體，甚至可多到幾百個。每個核糖體都獨立完成一條多肽鏈的合成,所以這種多核糖體可以在一條mRNA鏈上同時合成多條相同的多肽鏈，大大提高了翻譯的效率

四.多核糖體與核糖體循環在細胞內一條mRNA鏈上結合多個核糖27(一).抗生素類阻斷劑2.四環素和土霉素:抑制氨基酰tRNA與核糖體A位結合，也抑制fMet-tRNAfMet與核糖體結合3.氯霉素：作用于30S亞基五.蛋白質合成的抑制劑鏈霉素、卡那霉素、新霉素等:主要抑制革蘭氏陰性細菌蛋白質合成的三個階段：①起始復合物的形成，使氨基酰tRNA從復合物中脫落；②在肽鏈延伸階段，使氨基酰tRNA與mRNA錯配；③終止階段，阻礙終止因了與核蛋白體結合，使已合成的多肽鏈無法釋放，而且還抑制70S核糖體的介離。(一).抗生素類阻斷劑2.四環素和土霉素:3.氯霉素：作用于28(三).亞胺環己酮（放線菌酮）(二).白喉霉素（diphtheriatoxin）由白喉桿菌所產生的白喉霉素是真核細胞蛋白質合成抑制劑。它對真核生物的延長因子-2（EF-2）起共價修飾作用，生成EF-2腺苷二磷酸核糖衍生物，從而使EF-2失活，它的催化效率很高，只需微量就能有效地抑制細胞整個蛋白質合成，而導致細胞死亡只抑制真核60S亞基的肽酰轉移酶活性(三).亞胺環己酮（放線菌酮）(二).白喉霉素（diphth291.N端改造fMet/Met的