生物化學第十三章 蛋白質(zhì)的生物合成

1、整理課件整理課件翻譯翻譯翻譯翻譯(translation)：根據(jù)：根據(jù)mRNA鏈上的遺傳信息合鏈上的遺傳信息合成蛋白質(zhì)的過程。成蛋白質(zhì)的過程。整理課件 翻譯的過程十分復雜，幾乎涉及到細胞內(nèi)所翻譯的過程十分復雜，幾乎涉及到細胞內(nèi)所有種類的有種類的RNA和幾十種蛋白質(zhì)因子。和幾十種蛋白質(zhì)因子。v原料原料：20種種L-氨基酸；氨基酸； 3種種RNA：mRNA, tRNA, rRNAv酶酶：氨基酰：氨基酰tRNA合成酶、轉(zhuǎn)肽酶合成酶、轉(zhuǎn)肽酶v兩種高能核苷酸兩種高能核苷酸： ATP、 GTPv金屬離子金屬離子：K+ 、Mg2+（促進肽鍵形成（促進肽鍵形成)整理課件v多種蛋白質(zhì)因子多種蛋白質(zhì)因子: 起始因

2、子起始因子: IF或或eIF 延長因子：延長因子：EF或或eEF 釋放因子：釋放因子：RF或或eRF 方向方向：氨基端：氨基端 羧基端羧基端整理課件第一節(jié)第一節(jié) RNA在蛋白質(zhì)生物合成中的在蛋白質(zhì)生物合成中的重要功能重要功能整理課件一、一、mRNA和遺傳密碼和遺傳密碼 真核真核mRNA在核質(zhì)內(nèi)合成時是一種大分子量的在核質(zhì)內(nèi)合成時是一種大分子量的mRNA前體，叫前體，叫核內(nèi)不均一核內(nèi)不均一RNA（hnRNA）。hnRNA經(jīng)過細胞內(nèi)加工為成熟的經(jīng)過細胞內(nèi)加工為成熟的mRNA，轉(zhuǎn)移到，轉(zhuǎn)移到細胞質(zhì)行使其功能。細胞質(zhì)行使其功能。 mRNA 是蛋白質(zhì)合成的直接模板，其核苷酸排是蛋白質(zhì)合成的直接模板，其核

3、苷酸排列順序取決于相應列順序取決于相應DNA 的堿基排列順序，它又決的堿基排列順序，它又決定了所形成的蛋白質(zhì)多肽鏈中的氨基酸的排列順定了所形成的蛋白質(zhì)多肽鏈中的氨基酸的排列順序。序。整理課件 原核生物原核生物mRNA分子結(jié)構(gòu)分子結(jié)構(gòu):真核生物真核生物mRNA分子結(jié)構(gòu)：分子結(jié)構(gòu)：整理課件SD序列序列 SD序列序列富含嘌呤堿基，可與富含嘌呤堿基，可與16s rRNA的的3末端末端富富含嘧啶堿基的序列互補，這與含嘧啶堿基的序列互補，這與mRNA對核糖體的對核糖體的快快速識別速識別有關(guān)。有關(guān)。整理課件、遺傳密碼的破譯、遺傳密碼的破譯 mRNA都是由都是由4種核苷酸構(gòu)成，而組成多肽的種核苷酸構(gòu)成，而組成

4、多肽的氨基酸有氨基酸有20種；種；4 4種核苷酸與種核苷酸與2020種氨基酸怎樣對種氨基酸怎樣對應起來應起來？ 顯然，必須是幾個核苷酸的組合編碼一個氨基酸顯然，必須是幾個核苷酸的組合編碼一個氨基酸才能應付局面。用數(shù)學方法很容易算出：才能應付局面。用數(shù)學方法很容易算出：3 3個相鄰的核苷酸個相鄰的核苷酸 1 1種氨基酸，種氨基酸，有有4 43 3種排列種排列 64 64種密碼子種密碼子整理課件 在在mRNA鏈上以相鄰的三個核苷酸為一組，鏈上以相鄰的三個核苷酸為一組，起編碼多肽鏈中一種氨基酸的作用，叫起編碼多肽鏈中一種氨基酸的作用，叫密碼子密碼子 (codon) 。由于它是相鄰的三個核苷酸又稱。由

5、于它是相鄰的三個核苷酸又稱三三聯(lián)體密碼聯(lián)體密碼 (triplet code)。整理課件 早在早在1961年，年，Nirenberg等人在大腸桿菌的無細等人在大腸桿菌的無細胞體系中外加胞體系中外加poly(U)模板、模板、20種標記的氨基酸，經(jīng)種標記的氨基酸，經(jīng)保溫后得到了多聚保溫后得到了多聚phe-phe-phe，于是推測，于是推測UUU編碼編碼phe。利用同樣的方法得到。利用同樣的方法得到CCC編碼編碼pro，GGG編碼編碼gly，AAA編碼編碼lys。 如果利用如果利用poly(UC)，則得到多聚，則得到多聚Ser-Leu-Ser-Leu，推測推測UCU編碼編碼Ser，CUC編碼編碼Leu

6、，因為，因為poly(UC)有有兩種讀碼方式：兩種讀碼方式：UCUCUC和和CUCUCU。整理課件Established thechemicalstructure oftRNAEstablished the in vitro system for revealing the genetic codesDevised methodsto synthesizewell definednucleic acids整理課件整理課件 在在64個密碼子中有個密碼子中有61個編碼氨基酸，個編碼氨基酸，3個不編碼個不編碼任何氨基酸而起肽鏈合成的終止作用，稱為任何氨基酸而起肽鏈合成的終止作用，稱為終終止密碼子止密

7、碼子，它們是，它們是UAA、UAG、UGA，密碼子，密碼子AUG（編碼（編碼Met）又稱）又稱起始密碼子起始密碼子。整理課件、遺傳密碼的特性、遺傳密碼的特性 1. 密碼的無標點性、無重疊性密碼的無標點性、無重疊性 編碼一個肽鏈的所有既不重疊也不間隔，從起始密碼子到編碼一個肽鏈的所有既不重疊也不間隔，從起始密碼子到終止密碼子構(gòu)成一個完整的終止密碼子構(gòu)成一個完整的讀碼框架讀碼框架（不包括終止子）。（不包括終止子）。那么如果在閱讀框中插入或刪除一個堿基就會使其后的讀那么如果在閱讀框中插入或刪除一個堿基就會使其后的讀碼發(fā)生移位性錯誤，稱為碼發(fā)生移位性錯誤，稱為移碼突變移碼突變。整理課件 幾種密碼子編碼

8、一種氨基酸的現(xiàn)象稱為幾種密碼子編碼一種氨基酸的現(xiàn)象稱為密碼子的簡并密碼子的簡并性性。編碼同一個氨基酸的一組密碼子稱為。編碼同一個氨基酸的一組密碼子稱為同義密碼子同義密碼子。如如GGN（GGA、GGU、GGG、GGC）都編碼）都編碼Gly，那么，那么這這4種密碼子就稱為種密碼子就稱為Gly的簡并密碼，一般情況下密碼子的的簡并密碼，一般情況下密碼子的簡并性只涉及第三位堿基。簡并性只涉及第三位堿基。 只有只有Met和和Trp沒有簡并密碼沒有簡并密碼。 2. 密碼子的簡并性密碼子的簡并性問：密碼子簡并性的生物學意義？問：密碼子簡并性的生物學意義？整理課件 密碼子的專一性主要由前兩位堿基決定的，而第三位

9、堿密碼子的專一性主要由前兩位堿基決定的，而第三位堿基有較大的靈活性，基有較大的靈活性，Click將第三位堿基的這一特性稱為將第三位堿基的這一特性稱為擺動性擺動性（wobble）。）。 密碼子第三位堿基與反密碼子第一密碼子第三位堿基與反密碼子第一位堿基不嚴格互補，但不影響翻譯正確。位堿基不嚴格互補，但不影響翻譯正確。 3. 密碼子的擺動性密碼子的擺動性整理課件問：細胞內(nèi)有幾種問：細胞內(nèi)有幾種tRNAtRNA？ 當遺傳密碼破譯后，由于有當遺傳密碼破譯后，由于有61個密碼子編碼氨基酸，于是個密碼子編碼氨基酸，于是人們預測細胞內(nèi)有人們預測細胞內(nèi)有61種，但事實上絕大多數(shù)細胞內(nèi)只有種，但事實上絕大多數(shù)細

10、胞內(nèi)只有50種左右，種左右，Crick也正是在這種情況下提出了搖擺假說并合理也正是在這種情況下提出了搖擺假說并合理解釋了這種情況。解釋了這種情況。 根據(jù)搖擺性和根據(jù)搖擺性和61個密碼子，經(jīng)過仔細計算，要翻譯個密碼子，經(jīng)過仔細計算，要翻譯61個個密碼子至少需要密碼子至少需要31種種tRNA，外加，外加1個起始個起始tRNA，共需，共需32種。但是，在葉綠體和線粒體內(nèi)，由于基因組很小用到的種。但是，在葉綠體和線粒體內(nèi)，由于基因組很小用到的密碼子少，因此，葉綠體內(nèi)只有密碼子少，因此，葉綠體內(nèi)只有30種左右種左右tRNAs，線粒體，線粒體只有只有24種。種。整理課件 病毒、原核細胞、真核細胞都用同一套

11、遺傳密碼病毒、原核細胞、真核細胞都用同一套遺傳密碼子表，叫子表，叫密碼的通用性密碼的通用性。 目前只發(fā)現(xiàn)線粒體和葉綠體內(nèi)有例外情況，這也目前只發(fā)現(xiàn)線粒體和葉綠體內(nèi)有例外情況，這也是如火如荼的轉(zhuǎn)基因的前提。是如火如荼的轉(zhuǎn)基因的前提。 4. 密碼子的通用性密碼子的通用性整理課件二、二、tRNA tRNA 起運載氨基酸的作用起運載氨基酸的作用，將氨基酸按照，將氨基酸按照mRNA鏈上的密碼子所決定的氨基酸順序搬運到鏈上的密碼子所決定的氨基酸順序搬運到蛋白質(zhì)合成的場所（即核糖體）的特定部位。蛋白質(zhì)合成的場所（即核糖體）的特定部位。 每一種氨基酸可以有一種以上每一種氨基酸可以有一種以上tRNA 作為運載工

12、作為運載工具，人們把攜帶相同氨基酸而反密碼子不同的一具，人們把攜帶相同氨基酸而反密碼子不同的一組組tRNA 稱為稱為同功受體同功受體tRNA (isoaccepting tRNAs)整理課件tRNA的二、三級結(jié)構(gòu)的二、三級結(jié)構(gòu)整理課件tRNA的功能的功能、3端接受氨基酸端接受氨基酸氨基酸氨基酸t(yī)RNA氨酰氨酰tRNA整理課件、識別、識別mRNA鏈上的密碼子鏈上的密碼子反密碼子反密碼子密碼子密碼子 反密碼子與反密碼子與mRNA鏈上密鏈上密碼子反向互補碼子反向互補配對，保證了配對，保證了氨基酸按照密氨基酸按照密碼子所規(guī)定的碼子所規(guī)定的順序進入肽鏈。順序進入肽鏈。整理課件一種一種tRNA經(jīng)常能識別一

13、種以上的經(jīng)常能識別一種以上的同義密碼子同義密碼子整理課件、連接多肽鏈和核糖體、連接多肽鏈和核糖體核糖體核糖體多肽鏈多肽鏈tRNA 在多肽鏈合在多肽鏈合成過程中，多肽成過程中，多肽鏈通過鏈通過tRNA暫暫時結(jié)合在核糖體時結(jié)合在核糖體的正確位置，直的正確位置，直到多肽合成終止到多肽合成終止才從核糖體上脫才從核糖體上脫落下來。落下來。整理課件可以說可以說tRNA是一個萬能接頭：是一個萬能接頭： 對氨酰對氨酰- tRNA合成酶的識別位點（接頭合成酶）合成酶的識別位點（接頭合成酶） 3端端-CCA上的氨基酸運載位點（接頭氨基酸，裝載）上的氨基酸運載位點（接頭氨基酸，裝載） 對核糖體的識別位點（將氨基酸運

14、送到目的地）對核糖體的識別位點（將氨基酸運送到目的地） 反密碼子位點（接頭反密碼子位點（接頭mRNA，驗貨并卸載），驗貨并卸載）整理課件三、三、rRNA及核糖體及核糖體 核糖體是蛋白質(zhì)合成的場所。由核糖體是蛋白質(zhì)合成的場所。由rRNA和幾和幾十種十種蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)分子組成的一個巨大的復合體。不分子組成的一個巨大的復合體。不同類型生物中核糖體的結(jié)構(gòu)高度保守，盡管其同類型生物中核糖體的結(jié)構(gòu)高度保守，盡管其rRNA和核糖體蛋白的一級結(jié)構(gòu)有所不同，但其和核糖體蛋白的一級結(jié)構(gòu)有所不同，但其三級結(jié)構(gòu)卻驚人的相似。三級結(jié)構(gòu)卻驚人的相似。整理課件核糖體核糖體 大亞基大亞基 小亞基小亞基原核生物原核生物 70S5

15、0S 5S rRNA 23S rRNA L1L34 蛋白蛋白30S 16S rRNA S1S21 蛋白蛋白真核生物真核生物80S60S 5S rRNA 5.8S rRNA 28S rRNA L1L49 蛋白蛋白40S 18S rRNA S1S33 蛋白蛋白 每個核糖體是由大小每個核糖體是由大小兩個亞基兩個亞基組成，每個亞基組成，每個亞基都有自己不同的都有自己不同的rRNA和蛋白質(zhì)分子。和蛋白質(zhì)分子。整理課件原核生物原核生物真核生物真核生物整理課件原核生物核糖體原核生物核糖體整理課件核糖體的有兩個重要的功能部位：核糖體的有兩個重要的功能部位：A部位部位：氨酰基部位氨?；课唬邮馨滨；邮馨滨；?/p>

16、tRNAP部位部位：肽酰基部位肽?；课?，起始氨酰起始氨酰 tRNA或延伸的肽基或延伸的肽基 tRNA結(jié)合的部位，及結(jié)合的部位，及tRNA被釋放的部位。被釋放的部位。整理課件A位位P位位氨酰基氨酰基tRNA肽?；孽；鵷RNA整理課件第二節(jié)第二節(jié) 原核生物蛋白質(zhì)的合成過程原核生物蛋白質(zhì)的合成過程整理課件 氨基酸活化氨基酸活化 起始階段起始階段 進位進位過程過程 延長階段延長階段 成肽成肽 終止階段終止階段 轉(zhuǎn)位轉(zhuǎn)位 翻譯從翻譯從 mRNA 5 3 5 AUG 3 UAA、UAG、UGA 肽鏈延長方向肽鏈延長方向 N端端 C端端 整理課件一、氨基酸的活化一、氨基酸的活化 氨氨基酸的活化和氨酰基酸

17、的活化和氨酰tRNA的合成是蛋白質(zhì)的合成是蛋白質(zhì)生物合成的第一步，由生物合成的第一步，由氨酰氨酰tRNA合成酶合成酶催化。催化。氨酰氨酰tRNA合成酶既能識別氨基酸，又能識別合成酶既能識別氨基酸，又能識別tRNA。整理課件ATP氨基酸氨基酸氨酰氨酰AMPtRNA氨酰氨酰tRNA 氨基酸氨基酸+ATP+E 氨酰氨酰-AMP-E + ppi 氨酰氨酰-AMP-E+tRNA 氨酰氨酰-tRNA+AMP+E整理課件tRNAGlnGln-tRNA synthetaseAmino acidarmAnticodonarmATP整理課件3 3個結(jié)合位點個結(jié)合位點氨酰氨酰tRNA合成酶合成酶氨酰氨酰AMP氨酰氨

18、酰tRNA整理課件 氨酰氨酰tRNA 合成酶既能識別相應的氨基酸，又合成酶既能識別相應的氨基酸，又能識別與此氨基酸相對應的一個或多個能識別與此氨基酸相對應的一個或多個tRNA分分子。因此把這種氨酰子。因此把這種氨酰tRNA 合成酶與合成酶與tRNA分子分子間的相互作用稱為間的相互作用稱為第二套遺傳密碼第二套遺傳密碼（second genetic codon）。整理課件二、合成起始二、合成起始內(nèi)部密碼子內(nèi)部密碼子：tRNAMet Met-tRNAMet起始密碼子起始密碼子：tRNAfMet fMet-tRNAfMet AUG既是既是起始密碼子起始密碼子，又是肽鏈內(nèi)部，又是肽鏈內(nèi)部甲硫氨酸甲硫氨酸

19、密碼子密碼子。如何區(qū)分：。如何區(qū)分： 起始起始AUG處于處于mRNA的特的特殊部位，比如原核生物殊部位，比如原核生物5有有SD序列；序列；攜帶甲硫攜帶甲硫氨酸的氨酸的tRNA不同，分別是不同，分別是tRNAfMet 、tRNAMet 。甲酰甲硫氨酸甲酰甲硫氨酸整理課件 甲硫氨酸甲硫氨酸+ tRNAf +ATP Met-tRNAf +AMP+PPiN10甲酰四氫葉酸甲酰四氫葉酸四氫葉酸四氫葉酸1. 甲酰甲硫氨酸的形成甲酰甲硫氨酸的形成 N10甲酰四氫葉酸甲酰四氫葉酸+ Met-tRNAf 四氫葉酸四氫葉酸+ fMet-tRNAf轉(zhuǎn)甲酰酶轉(zhuǎn)甲酰酶整理課件2. 蛋白質(zhì)合成起始需要蛋白質(zhì)合成起始需要:

20、30S核糖體亞基；核糖體亞基；50S核糖體亞基；核糖體亞基；mRNA；fMet-tRNAfMet； 3個起始因子（個起始因子（IF1、IF2、IF3）； Mg2+等。等。3個起始因子個起始因子的功能的功能：IF1：無專一功能，增加無專一功能，增加IF-2，IF-3活性?；钚浴F2：促進促進fMet- tRNAf 與與30S亞基結(jié)合。亞基結(jié)合。IF3：與與30S亞基結(jié)合，阻止亞基結(jié)合，阻止30S亞基與亞基與50S亞基過早結(jié)合。亞基過早結(jié)合。整理課件3. 蛋白質(zhì)合成起始過程蛋白質(zhì)合成起始過程整理課件整理課件30s.IF1 .IF3 . mRNAIF2.GTP.fMet-tRNAfmRNA.30s

21、 . fMet-tRNAf . IF2 . GTP . IF1 . IF3IF-3mRNA.70s . fMet-tRNAf50SIF-1IF-2. GDP整理課件三、肽鏈的延伸三、肽鏈的延伸 肽鏈的延伸需要：肽鏈的延伸需要：70S起始復合體起始復合體、第二個氨、第二個氨酰酰tRNA、3種延伸因子（種延伸因子（EF-Tu、EF-Ts、EF-G）、GTP等。等。EF-TU, EF-TS: 共同促使氨酰共同促使氨酰-tRNA 進入核糖體的進入核糖體的A位，具有位，具有GTP酶活性。酶活性。EF-G: 具有具有GTP酶活性，促使肽酰酶活性，促使肽酰-tRNA 位移至位移至P位及空的位及空的tRNA 離開核糖體離開核糖體。整理課件1. 進入進入 氨酰氨酰-tRNA 與核糖體與核糖體A位位結(jié)結(jié)合。消耗合。消耗1分子分子GTP。整理課件2. 轉(zhuǎn)肽轉(zhuǎn)肽 核糖體核糖體A位和位和P位上的氨基酸間形成位上的氨基酸間形成肽鍵肽鍵。整理課件3. 移位移位 核糖體延核糖體延mRNA的的5 3方向移動一個密碼子。方向移動一個密碼子。移位酶移位酶整理課件肽鏈的延伸