2020年秋季期 生化理論授課-15 蛋白質(zhì)的生物合成ppt課件

1、1 1掌握原核生物蛋白質(zhì)合成體系的組分、作用原理；掌握原核生物蛋白質(zhì)合成體系的組分、作用原理；2 2熟習(xí)熟習(xí)“中心法那么根本內(nèi)容和蛋白質(zhì)生物合成中心法那么根本內(nèi)容和蛋白質(zhì)生物合成的詳細(xì)的詳細(xì) 過(guò)程；過(guò)程；3 3了解真、原核生物蛋白質(zhì)合成的差別。了解真、原核生物蛋白質(zhì)合成的差別。教學(xué)目的教學(xué)目的教學(xué)重點(diǎn)：中心法那么的概念、遺傳密碼的重教學(xué)重點(diǎn)：中心法那么的概念、遺傳密碼的重要性質(zhì)及蛋白質(zhì)合成體系的組分、作用原理和要性質(zhì)及蛋白質(zhì)合成體系的組分、作用原理和蛋白質(zhì)生物合成的詳細(xì)過(guò)程。蛋白質(zhì)生物合成的詳細(xì)過(guò)程。教學(xué)難點(diǎn)：蛋白質(zhì)生物合成的詳細(xì)過(guò)程。教學(xué)難點(diǎn)：蛋白質(zhì)生物合成的詳細(xì)過(guò)程。15 15 蛋白質(zhì)的生

2、物合成蛋白質(zhì)的生物合成概述概述 15 . 1 15 . 1 遺傳密碼遺傳密碼 15 . 2 15 . 2 核糖體核糖體 15 . 3 15 . 3 轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)移RNARNA 15 . 4 15 . 4 蛋白質(zhì)生物合成蛋白質(zhì)生物合成過(guò)程過(guò)程 思索與練習(xí)教學(xué)綱要教學(xué)綱要15 15 蛋白質(zhì)的生物合成蛋白質(zhì)的生物合成 生物的遺傳信息從生物的遺傳信息從 DNADNA傳送給傳送給DNADNA的過(guò)程稱的過(guò)程稱為復(fù)制為復(fù)制 mRNA mRNA鏈上的遺傳信息鏈上的遺傳信息合成蛋白質(zhì)的過(guò)程，被合成蛋白質(zhì)的過(guò)程，被稱為翻譯稱為翻譯u 遺傳信息從遺傳信息從 DNA DNA到到RNARNA再到蛋白質(zhì)的過(guò)程稱再到蛋白質(zhì)的過(guò)程

3、稱為基因表達(dá)為基因表達(dá) 1958 1958年年CrickCrick將生物將生物遺遺傳信息的這種傳送方式傳信息的這種傳送方式稱稱為中心法那么。為中心法那么。 1972 1972年年CrickCrick將中心將中心法法那么作進(jìn)一步修正，補(bǔ)那么作進(jìn)一步修正，補(bǔ)充了充了逆轉(zhuǎn)錄和逆轉(zhuǎn)錄和RNARNA自我復(fù)制。自我復(fù)制。Reverse transcription概述 生物的遺傳信息從生物的遺傳信息從 DNADNA傳送給傳送給mRNAmRNA的過(guò)程稱的過(guò)程稱為轉(zhuǎn)錄為轉(zhuǎn)錄15 15 蛋白質(zhì)的生物合成蛋白質(zhì)的生物合成復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、翻譯概略圖復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、翻譯概略圖概述15 15 蛋白質(zhì)的生物合成蛋白質(zhì)的生物合成1.

4、 mRNA1. mRNA模板上的堿基順序是如何決議多肽鏈模板上的堿基順序是如何決議多肽鏈 上上AAAA的陳列順序的呢？的陳列順序的呢？翻譯中提出的問(wèn)題翻譯中提出的問(wèn)題2. 2. 核糖體為什么能作為蛋白質(zhì)合成的場(chǎng)所？核糖體為什么能作為蛋白質(zhì)合成的場(chǎng)所？3. tRNA3. tRNA又是怎樣識(shí)別和運(yùn)輸它的又是怎樣識(shí)別和運(yùn)輸它的AAAA的呢？的呢？概述15 15 蛋白質(zhì)的生物合成蛋白質(zhì)的生物合成密碼子的概念：密碼子的概念：mRNA分子中為一個(gè)氨基酸編碼進(jìn)入蛋白質(zhì)分子中為一個(gè)氨基酸編碼進(jìn)入蛋白質(zhì)多肽鏈特定線性位置的三個(gè)核苷酸單位稱為密碼子。多肽鏈特定線性位置的三個(gè)核苷酸單位稱為密碼子。Coden或三聯(lián)體

5、密碼或遺傳密碼?；蛉?lián)體密碼或遺傳密碼。密碼子確實(shí)立：數(shù)學(xué)推算方法密碼子確實(shí)立：數(shù)學(xué)推算方法密碼子的證明：密碼子的證明：移碼突變移碼突變遺傳學(xué)上把由于遺傳學(xué)上把由于mRNA上的鹼基添加或減少而上的鹼基添加或減少而 使密碼改動(dòng)，從而呵斥生物性狀突變的景象。使密碼改動(dòng)，從而呵斥生物性狀突變的景象。mRNA：AUG GUA GAA CGA 假設(shè)添加一個(gè)、兩個(gè)或喪失一個(gè)、兩個(gè)鹼基，都會(huì)成其后面假設(shè)添加一個(gè)、兩個(gè)或喪失一個(gè)、兩個(gè)鹼基，都會(huì)成其后面全部的密碼改動(dòng)，全部的密碼改動(dòng)，AA誤譯，從而導(dǎo)致突變。誤譯，從而導(dǎo)致突變。 假設(shè)同時(shí)添加三個(gè)或喪失三個(gè)或三倍的鹼基，只是局假設(shè)同時(shí)添加三個(gè)或喪失三個(gè)或三倍的鹼

6、基，只是局 部發(fā)部發(fā)生過(guò)失，后面的不改動(dòng)。生過(guò)失，后面的不改動(dòng)。15 15 蛋白質(zhì)的生物合成蛋白質(zhì)的生物合成AAAA密碼子的證明密碼子的證明 生物化學(xué)方法生物化學(xué)方法 首先人工合成簡(jiǎn)單的多聚核苷酸來(lái)替代天首先人工合成簡(jiǎn)單的多聚核苷酸來(lái)替代天然的然的mRNA，然后察看這樣的，然后察看這樣的mRNA可指點(diǎn)合成可指點(diǎn)合成怎樣的多肽，從而做出推斷自怎樣的多肽，從而做出推斷自1961年開場(chǎng)。年開場(chǎng)。 例例1：人工合成：人工合成：UUUUUUUUUUUU 多聚尿苷多聚尿苷酸酸 結(jié)結(jié) 果：苯丙果：苯丙-苯丙苯丙-苯丙苯丙-苯丙苯丙 多聚苯丙多聚苯丙氨酸氨酸 結(jié)結(jié) 論：苯丙氨酸的密碼子論：苯丙氨酸的密碼子UU

7、U 例例2：人工合成：人工合成： AAAAAAAAAAAA 多聚腺苷多聚腺苷酸酸 結(jié)結(jié) 果：果： Lys- Lys-Lys- Lys 多聚賴氨多聚賴氨酸酸 結(jié)結(jié) 論：論： Lys的密碼的密碼AAA例例3：人工合成：人工合成：CUCUCUCUCUCU 多胞尿苷酸多胞尿苷酸 結(jié)結(jié) 果：果： Leu- Ser- Leu- Ser 多亮絲氨酸多亮絲氨酸 結(jié)結(jié) 論：論： 1. Leu的密碼的密碼CUC 2. Ser的密碼的密碼UCU用其他類似的方法進(jìn)展多次反復(fù)的實(shí)驗(yàn)，化了用其他類似的方法進(jìn)展多次反復(fù)的實(shí)驗(yàn)，化了4年時(shí)間于年時(shí)間于1965年弄清了年弄清了20種種AA中的中的64組密碼子，從而陳列成了一個(gè)表

8、。組密碼子，從而陳列成了一個(gè)表。15 15 蛋白質(zhì)的生物合成蛋白質(zhì)的生物合成遺傳密碼表15 15 蛋白質(zhì)的生物合成蛋白質(zhì)的生物合成遺傳密碼的性質(zhì)遺傳密碼的性質(zhì)1. 1.通用性。指在生物界是公用的，大家都同用一套密碼。但質(zhì)體線粒通用性。指在生物界是公用的，大家都同用一套密碼。但質(zhì)體線粒 體、葉綠體中的有所不同。體、葉綠體中的有所不同。2.2.方向性。從方向性。從5 5端到端到3 3端閱讀。端閱讀。3.3.不重迭性。每個(gè)三聯(lián)體中的三個(gè)核苷酸只編碼一個(gè)氨基酸。不重迭性。每個(gè)三聯(lián)體中的三個(gè)核苷酸只編碼一個(gè)氨基酸。4.4.延續(xù)性。密碼子之間無(wú)標(biāo)點(diǎn)符號(hào)，不能停頓，不能參與一個(gè)或兩個(gè)。延續(xù)性。密碼子之間無(wú)標(biāo)

9、點(diǎn)符號(hào)，不能停頓，不能參與一個(gè)或兩個(gè)。5.5.間并性。幾種密碼子對(duì)應(yīng)于一樣一種氨基酸。這些密碼子為同義密碼間并性。幾種密碼子對(duì)應(yīng)于一樣一種氨基酸。這些密碼子為同義密碼子子6. 6. 始起密碼和終止密碼。始起密碼和終止密碼。1 1始起密碼始起密碼 AUG AUG： 代表合成蛋白質(zhì)時(shí)的第一個(gè)密碼，存在于代表合成蛋白質(zhì)時(shí)的第一個(gè)密碼，存在于mRNAmRNA的的5 5端。在真核生物中只需一個(gè)始起密碼，而且也是端。在真核生物中只需一個(gè)始起密碼，而且也是MetMet的密碼即在合成多肽中有的密碼即在合成多肽中有AUGAUG出現(xiàn)時(shí)指點(diǎn)合成蛋氨酸，把出現(xiàn)時(shí)指點(diǎn)合成蛋氨酸，把AUGAUG叫叫MetMet的實(shí)義密碼

10、。而在原核生物在中，有的實(shí)義密碼。而在原核生物在中，有兩個(gè)始起密碼兩個(gè)始起密碼AUGAUG和和GUGGUG，它們?cè)谑计饡r(shí)，是，它們?cè)谑计饡r(shí)，是fMetfMet的密碼，但在合成多肽的密碼，但在合成多肽時(shí)，時(shí)，GUGGUG不是不是fMetfMet的實(shí)義密碼，而是的實(shí)義密碼，而是ValVal的實(shí)義密碼。的實(shí)義密碼。2 2終止密碼終止密碼UAAUAA、UAGUAG、UGAUGA15 15 蛋白質(zhì)的生物合成蛋白質(zhì)的生物合成核糖體是蛋白質(zhì)合成的部位：核糖體是蛋白質(zhì)合成的部位：1950年用放射性同位素標(biāo)志年用放射性同位素標(biāo)志AA法證明。法證明。根本功能根本功能: : 結(jié)合結(jié)合mRNAmRNA，在，在mRNA

11、mRNA上選擇適當(dāng)?shù)膮^(qū)域開場(chǎng)翻譯上選擇適當(dāng)?shù)膮^(qū)域開場(chǎng)翻譯 密碼子密碼子mRNAmRNA和反密碼子和反密碼子tRNAtRNA的正確配對(duì)的正確配對(duì) 肽鍵的構(gòu)成肽鍵的構(gòu)成存在方式存在方式: : 核糖體可游離存在。真核中，也可同內(nèi)質(zhì)網(wǎng)結(jié)合，構(gòu)成核糖體可游離存在。真核中，也可同內(nèi)質(zhì)網(wǎng)結(jié)合，構(gòu)成 粗糙的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)。原核中，與粗糙的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)。原核中，與mRNAmRNA構(gòu)成串狀構(gòu)成串狀多核糖體。多核糖體。15 15 蛋白質(zhì)的生物合成蛋白質(zhì)的生物合成核糖體的組成與構(gòu)造核糖體的組成與構(gòu)造原核原核真核真核15 15 蛋白質(zhì)的生物合成蛋白質(zhì)的生物合成核糖體的功能部位核糖體的功能部位肽酰結(jié)合位點(diǎn)肽酰結(jié)合位點(diǎn)或或P P位或給位

12、位或給位氨酰結(jié)合位點(diǎn)氨酰結(jié)合位點(diǎn)或或A A位或受位位或受位mRNA肽酰結(jié)合位點(diǎn)肽酰結(jié)合位點(diǎn)或或P P位或給位位或給位氨酰結(jié)合位點(diǎn)氨酰結(jié)合位點(diǎn)或或A A位或受位位或受位mRNA15 15 蛋白質(zhì)的生物合成蛋白質(zhì)的生物合成tRNAtRNA在蛋白質(zhì)合成中忙前忙后，非常辛勞，在蛋白質(zhì)合成中忙前忙后，非常辛勞， 將氨基酸運(yùn)到核糖體與密碼子將氨基酸運(yùn)到核糖體與密碼子“對(duì)號(hào)入座。對(duì)號(hào)入座。四個(gè)非常重要的四個(gè)非常重要的功能部位：功能部位：AA臂臂反密碼子區(qū)反密碼子區(qū)氨酰氨酰tRNA 合成酶位點(diǎn)合成酶位點(diǎn)核糖體結(jié)合位點(diǎn)核糖體結(jié)合位點(diǎn)氨基酸臂氨基酸臂反密碼環(huán)反密碼環(huán)15 15 蛋白質(zhì)的生物合成蛋白質(zhì)的生物合成tR

13、NAtRNA的三級(jí)構(gòu)造表示圖的三級(jí)構(gòu)造表示圖15 15 蛋白質(zhì)的生物合成蛋白質(zhì)的生物合成擺動(dòng)學(xué)說(shuō)擺動(dòng)學(xué)說(shuō)19661966年年CrickCrick提出的：一個(gè)反密碼子可以識(shí)提出的：一個(gè)反密碼子可以識(shí)別幾個(gè)密碼子，這種堿基配對(duì)的不嚴(yán)厲性叫之。表現(xiàn)出別幾個(gè)密碼子，這種堿基配對(duì)的不嚴(yán)厲性叫之。表現(xiàn)出一定的靈敏性和擺動(dòng)性。一定的靈敏性和擺動(dòng)性。反密碼子反密碼子第一位堿基第一位堿基密碼子密碼子第三位堿基第三位堿基密碼子、反密碼子配對(duì)的擺動(dòng)景象 I U CA，C，U A，G C，G，U15 15 蛋白質(zhì)的生物合成蛋白質(zhì)的生物合成以以mRNAmRNA為模板，為模板，2020種氨基酸經(jīng)活化獲得的氨酰種氨基酸經(jīng)活

14、化獲得的氨酰tRNAtRNA為原料，酶和因子為原料，酶和因子, ,以及無(wú)機(jī)離子，以及無(wú)機(jī)離子，ATP ATP 、GTPGTP供能等作用下在核糖體中完成蛋白質(zhì)的合成。供能等作用下在核糖體中完成蛋白質(zhì)的合成。15 15 蛋白質(zhì)的生物合成蛋白質(zhì)的生物合成包括三方面的內(nèi)容包括三方面的內(nèi)容1.氨基酸的激活：在可溶性細(xì)胞質(zhì)中進(jìn)展氨基酸的激活：在可溶性細(xì)胞質(zhì)中進(jìn)展2.多肽鏈的合成多肽鏈的合成 3.新生肽鏈的加工處置：在可溶性細(xì)胞質(zhì)中進(jìn)展新生肽鏈的加工處置：在可溶性細(xì)胞質(zhì)中進(jìn)展 肽鏈合成的起始肽鏈合成的起始肽鏈合成的延伸肽鏈合成的延伸肽鏈合成的終止肽鏈合成的終止在核糖體中進(jìn)展在核糖體中進(jìn)展以以mRNAmRNA

15、為模板，為模板，2020種氨基酸經(jīng)活化獲得的氨酰種氨基酸經(jīng)活化獲得的氨酰tRNAtRNA為原料，酶和因子為原料，酶和因子, ,以及無(wú)機(jī)離子，以及無(wú)機(jī)離子，ATP ATP 、GTPGTP供能等作用下在核糖體中完成蛋白質(zhì)的合成。供能等作用下在核糖體中完成蛋白質(zhì)的合成。15 15 蛋白質(zhì)的生物合成蛋白質(zhì)的生物合成14.4.1 14.4.1 氨基酸的激活氨基酸的激活 tRNA在氨基酰在氨基酰-tRNA 合成酶的協(xié)助下，可以識(shí)別相應(yīng)的氨基酸，合成酶的協(xié)助下，可以識(shí)別相應(yīng)的氨基酸，并經(jīng)過(guò)并經(jīng)過(guò)tRNA氨基酸臂的氨基酸臂的 3-OH 與氨基酸的羧基構(gòu)成活化與氨基酸的羧基構(gòu)成活化(酯酯)氨基酰氨基酰-tRNA

16、。 氨基酰氨基酰-tRNA的構(gòu)成是一個(gè)兩步反響過(guò)程：的構(gòu)成是一個(gè)兩步反響過(guò)程：第一步是氨基酸與第一步是氨基酸與 ATP 作用作用, 構(gòu)成氨基酰腺嘌呤核苷酸氨酰構(gòu)成氨基酰腺嘌呤核苷酸氨酰AMP第二步是氨基?；D(zhuǎn)移到第二步是氨基酰基轉(zhuǎn)移到tRNA的的3-OH端上端上,構(gòu)成氨酰構(gòu)成氨酰-tRNA氨酰氨酰tRNA15 15 蛋白質(zhì)的生物合成蛋白質(zhì)的生物合成14.4.2 14.4.2 原核生物多肽鏈的合成原核生物多肽鏈的合成15 15 蛋白質(zhì)的生物合成蛋白質(zhì)的生物合成14.4.2 14.4.2 原核生物多肽鏈的合成原核生物多肽鏈的合成15 15 蛋白質(zhì)的生物合成蛋白質(zhì)的生物合成核糖體核糖體15 15 蛋

17、白質(zhì)的生物合成蛋白質(zhì)的生物合成15 15 蛋白質(zhì)的生物合成蛋白質(zhì)的生物合成15 15 蛋白質(zhì)的生物合成蛋白質(zhì)的生物合成14.4.2 14.4.2 原核生物多肽鏈的合成原核生物多肽鏈的合成A A位上出現(xiàn)終止密碼位上出現(xiàn)終止密碼UAAUAA或或UAGUAG或或UGAUGA，RFRF與終止密碼結(jié)合，肽與終止密碼結(jié)合，肽鏈延伸即自行終止。鏈延伸即自行終止。 P P位上的肽鏈被水解釋放構(gòu)成位上的肽鏈被水解釋放構(gòu)成新生肽鏈。新生肽鏈。 最后一個(gè)最后一個(gè)tRNAtRNA零落，零落，mRNAmRNA分開分開核糖體，大小亞基分開。投入下核糖體，大小亞基分開。投入下一個(gè)核糖體循環(huán)。一個(gè)核糖體循環(huán)。15 15 蛋白

18、質(zhì)的生物合成蛋白質(zhì)的生物合成多聚核糖體多聚核糖體高速、高效高速、高效15 15 蛋白質(zhì)的生物合成蛋白質(zhì)的生物合成新生肽鏈新生肽鏈蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)加工處置加工處置15.5 肽鏈合成后的肽鏈合成后的“加工處置加工處置15 15 蛋白質(zhì)的生物合成蛋白質(zhì)的生物合成蛋白質(zhì)的生物合成包括蛋白質(zhì)的生物合成包括氨基酸的激活：在可溶性細(xì)胞質(zhì)中進(jìn)展氨基酸的激活：在可溶性細(xì)胞質(zhì)中進(jìn)展多肽的合成多肽的合成 新生肽鏈的加工處置：在可溶性細(xì)胞質(zhì)中進(jìn)展新生肽鏈的加工處置：在可溶性細(xì)胞質(zhì)中進(jìn)展肽鏈合成的起始肽鏈合成的起始肽鏈合成的延伸：肽鏈合成的延伸：-進(jìn)位、轉(zhuǎn)肽、零落、移位進(jìn)位、轉(zhuǎn)肽、零落、移位肽鏈合成的終止肽鏈合成的終止真核和原核的區(qū)別：核糖體的大小不同；起譯氨酰真核和原核的區(qū)別：核糖體的大小不同；起譯氨酰-tRNA-tRNA不同不同在核糖體中進(jìn)展在核糖體中進(jìn)展蛋白質(zhì)的生物合成小結(jié)蛋白質(zhì)的生物合成小結(jié)15 15 蛋白質(zhì)的生物合成蛋白質(zhì)的生物合成15.5 蛋白質(zhì)合成中能量問(wèn)題蛋白質(zhì)合成中能量問(wèn)題按ATP的摩爾數(shù)計(jì)算呢？活化每個(gè)氨基酸需1AT