蛋白質(zhì)生物合成與降解

第一頁，共四十五頁，2022年，8月28日引言第二頁，共四十五頁，2022年，8月28日引言中心法則的補(bǔ)充與完善第三頁，共四十五頁，2022年，8月28日

在細(xì)胞分裂過程中，通過DNA的復(fù)制把遺傳信息由親代傳遞給子代；在子代的個(gè)體發(fā)育過程中，遺傳信息由DNA傳遞到RNA，然后翻譯成特異的蛋白質(zhì)，表現(xiàn)出與親代相似的遺傳性狀。這種遺傳信息的流向，稱為中心法則。中心法則引言DNARNA蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)錄翻譯復(fù)制狹義的中心法則第四頁，共四十五頁，2022年，8月28日

在某些情況下，RNA也是重要的遺傳物質(zhì)，如RNA病毒中RNA具有自我復(fù)制的能力，并同時(shí)作為mRNA指導(dǎo)蛋白質(zhì)的生物合成。在致癌RNA病毒中，RNA還以逆轉(zhuǎn)錄的方式將遺傳信息傳遞給DNA分子。中心法則的補(bǔ)充與完善引言中心法則RNADNA蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)錄翻譯復(fù)制反轉(zhuǎn)錄RNA復(fù)制第五頁，共四十五頁，2022年，8月28日復(fù)制：以親代DNA分子的雙鏈為模板，按照堿基配對(duì)的原則，合成出與親代DNA分子相同的雙鏈DNA的過程。

引言轉(zhuǎn)錄：以DNA分子中一條鏈的部分片段為模板，按照堿基配對(duì)原則，合成出一條與模板DNA鏈互補(bǔ)的RNA分子的過程。翻譯：把mRNA上的遺傳信息按照遺傳密碼轉(zhuǎn)換成蛋白質(zhì)中特定的氨基酸序列的過程?！胺g”又叫“轉(zhuǎn)譯”。中心法則的補(bǔ)充與完善幾個(gè)基本重要的概念第六頁，共四十五頁，2022年，8月28日第一節(jié)蛋白質(zhì)合成體系的組分

蛋白質(zhì)的合成是一個(gè)十分復(fù)雜的過程，蛋白質(zhì)的合成要求100多種大分子物質(zhì)參與和相互協(xié)作，這些大分子物質(zhì)包括rnRNA、tRNA、核糖體、多種活化酶及各種蛋白質(zhì)因子。

蛋白質(zhì)的合成不只是氨基酸之間形成肽鍵的問題，更重要的在于安排氨基酸的排列順序，以形成千差萬別的蛋白質(zhì)。第七頁，共四十五頁，2022年，8月28日

一、遺傳密碼

mRNA是蛋白質(zhì)合成過程中直接指令氨基酸參入的模板。那么mRNA上的遺傳信息是如何傳遞給蛋白質(zhì)的？即mRNA的核苷酸序列是如何對(duì)應(yīng)于蛋白質(zhì)中的氨基酸序列的？其對(duì)應(yīng)關(guān)系來自遺傳密碼。

mRNA(或DNA)中的核苷酸序列與蛋白質(zhì)中氨基酸序列之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，稱為遺傳密碼。

mRNA(或DNA)中三個(gè)連續(xù)的核苷酸可編碼一種氨基酸，這種核苷酸三聯(lián)體稱為密碼子。

第八頁，共四十五頁，2022年，8月28日

一、遺傳密碼

1954年物理學(xué)家G.Gamov首先對(duì)遺傳密碼進(jìn)行探討。蛋白質(zhì)由20種基本氨基酸組成，而mRNA只含有4種核苷酸，由4種核苷酸構(gòu)成的序列是如何決定多肽鏈中多至20種氨基酸的序列的呢？顯然，在核苷酸和氨基酸之間不能采取簡(jiǎn)單的一對(duì)一的對(duì)應(yīng)關(guān)系。2個(gè)核苷酸決定一個(gè)氨基酸也只能編碼16種氨基酸，如果用3個(gè)核苷酸決定一個(gè)氨基酸，43=64，就足以編碼20種氨基酸了，這說明可能需要3個(gè)或更多個(gè)核苷酸編碼一個(gè)氨基酸。第九頁，共四十五頁，2022年，8月28日第十頁，共四十五頁，2022年，8月28日

一、遺傳密碼

1961年FrancisCrick及其同事的遺傳實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步肯定3個(gè)堿基編碼一個(gè)氨基酸，此三聯(lián)體堿基即稱為密碼子。他們研究T4噬菌體Ⅱ位點(diǎn)A和B兩個(gè)順反子變異的影響，這兩個(gè)基因與噬菌體能否感染大腸桿菌株有關(guān)。

他們的研究發(fā)現(xiàn)，在上述位點(diǎn)缺失一個(gè)核苷酸產(chǎn)生的突變體，不能感染大腸桿菌株。

第十一頁，共四十五頁，2022年，8月28日

一、遺傳密碼

堿基序列CATCATCATCATCATCAT－1CATCA＾CATCATCATCATC－1＋1CATCA＾CAXTCATCATCAT＋2CATXCAXTCATCATCAT＋3CAX

TXCATX

CAT

CATCAT

缺失或插入核苷酸引起三聯(lián)體密碼的改變

第十二頁，共四十五頁，2022年，8月28日

一、遺傳密碼第十三頁，共四十五頁，2022年，8月28日

在理論上，遺傳密碼可以通過簡(jiǎn)單的比較mRNA的堿基序列及其所編碼的多肽的氨基酸序列進(jìn)行確定，然而在20世紀(jì)60年代，此方法不可行，因?yàn)楫?dāng)時(shí)分離mRNA并測(cè)定其序列的方法尚未建立。

2.遺傳密碼的解讀

一、遺傳密碼第十四頁，共四十五頁，2022年，8月28日

1961年Nirenberg等用大腸桿菌無細(xì)胞體系，外加20種氨基酸的混合物（其中有一種氨基酸被同位素標(biāo)記）及polyU，經(jīng)保溫反應(yīng)后，得到了被標(biāo)記的苯丙氨酸的多聚體，從而證明polyU起了信使RNA的作用，UUU是編碼苯丙氨酸的密碼子。用同樣的方法證明CCC編碼脯氨酸，AAA編碼賴氨酸。這樣，這三個(gè)密碼子最早被解譯出來了。2.遺傳密碼的解讀

一、遺傳密碼第十五頁，共四十五頁，2022年，8月28日

Nirenberg和Ochoa等又進(jìn)一步用兩種核苷酸或三種核苷酸的共聚物作模板，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)。例如，用U和G隨機(jī)排列組成的共聚物可以出現(xiàn)8種不同的三聯(lián)體，即GGG，GGU，GUG，UGG，UUG，UGU，GUU，UUU。

酶促合成共聚核苷酸時(shí)，根據(jù)加入核苷酸底物的比例可以計(jì)算出各種三聯(lián)體出現(xiàn)的頻率，而標(biāo)記氨基酸摻入新合成的肽鏈的相對(duì)量與三聯(lián)體密碼出現(xiàn)的頻率相符合

2.遺傳密碼的解讀

一、遺傳密碼第十六頁，共四十五頁，2022年，8月28日2.遺傳密碼的解讀

一、遺傳密碼UUUGUUGGU第十七頁，共四十五頁，2022年，8月28日2.遺傳密碼的解讀

一、遺傳密碼UUUGUUGGU1964年Nirenberg等發(fā)現(xiàn)在無蛋白質(zhì)合成的情況下，三聯(lián)核苷酸能促進(jìn)特異的tRNA與核糖體結(jié)合。例如，加入pUpUpU促進(jìn)脯氨酸t(yī)RNA與之結(jié)合，pApApA促進(jìn)賴氨酸t(yī)RNA與之結(jié)合。

進(jìn)一步要解決的問題是密碼子中三個(gè)堿基的排列順序第十八頁，共四十五頁，2022年，8月28日2.遺傳密碼的解讀

一、遺傳密碼UUUGUUGGU將結(jié)合的氨酰-tRNA-三核苷酸-核糖體吸附在硝酸纖維素濾膜上，這樣，凡是結(jié)合在核糖體（帶特定氨基酸）上的tRNA分子在通過硝酸纖維素濾膜時(shí)被截留下來，而未結(jié)合的tRNA則可通過。由于三核苷酸模板只能與一定的tRNA對(duì)應(yīng)，而一定的tRNA又只與特定的氨基酸結(jié)合，所以只要帶標(biāo)記的氨基酸被濾膜，就可以測(cè)出三聯(lián)體對(duì)應(yīng)氨基酸的密碼子。

第十九頁，共四十五頁，2022年，8月28日2.遺傳密碼的解讀

一、遺傳密碼UUUGUUGGU利用此系統(tǒng)，通過合成所有64種可能的三聯(lián)體，測(cè)定每種三聯(lián)體對(duì)20種氨基酸相應(yīng)的tRNA與核糖體結(jié)合的影響，已使50多種密碼子被解譯出來。但還有一些三聯(lián)體編碼的氨基酸不能肯定，需要用其他方法來破譯。

第二十頁，共四十五頁，2022年，8月28日2.遺傳密碼的解讀

一、遺傳密碼UUUGUUGGU

與此同時(shí)，Khorana應(yīng)用合成的具有重復(fù)序列的多核苷酸如UCUCUCUC…進(jìn)行體外蛋白質(zhì)人工合成，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)物為絲氨酸與亮氨酸交替出現(xiàn)的多肽：SerLeuSerLeu…，說明UCU編碼絲氨酸，而CUC編碼亮氨酸。第二十一頁，共四十五頁，2022年，8月28日2.遺傳密碼的解讀

一、遺傳密碼UUUGUUGGU

當(dāng)一合成的三聯(lián)核苷酸重復(fù)序列，如poly（UUC）作模板時(shí)，由于閱讀框架不同，得到的產(chǎn)物是三種不同的均聚多肽：多聚苯丙氨酸、多聚絲氨酸和多聚亮氨酸，說明UUC編碼苯丙氨酸、UCU編碼絲氨酸、CUU編碼亮氨酸。通過分析各種兩個(gè)和三個(gè)核苷酸重復(fù)序列編碼的多肽，確認(rèn)了許多密碼子的一致性并填補(bǔ)了遺漏的遺傳密碼。第二十二頁，共四十五頁，2022年，8月28日蛋白質(zhì)的合成是從氨基端到羧基端還是從羧基端到氨基端

UUUGUUGGU

1961年Dintzis等人用3H-亮氨酸作標(biāo)記分析了兔網(wǎng)織紅細(xì)胞無細(xì)胞體系中血紅蛋白生物合成的過程。血紅蛋白分子含有較多的亮氨酸，而且其氨基酸順序是已知的。他們將活躍進(jìn)行血紅蛋白合成的網(wǎng)織紅細(xì)胞（不成熟的紅細(xì)胞）與3H亮氨酸較低溫度(15℃)保溫，以降低合成速度。在460分鐘內(nèi)，按不同時(shí)間間隔取網(wǎng)織紅細(xì)胞樣品，將其中帶有標(biāo)記的蛋白質(zhì)分離出來，將和鏈分開，并用胰蛋白酶水解肽鏈，生成的肽段再用紙層析分離，并測(cè)定所含的放射性強(qiáng)度。第二十三頁，共四十五頁，2022年，8月28日UUUGUUGGU進(jìn)一步證明蛋白質(zhì)的合成的方向問題？

圖14-7標(biāo)記氨基酸摻入血紅蛋白-鏈羧基末端的圖解第二十四頁，共四十五頁，2022年，8月28日2.遺傳密碼的解讀

一、遺傳密碼UUUGUUGGU第二十五頁，共四十五頁，2022年，8月28日第二十六頁，共四十五頁，2022年，8月28日

密碼的無標(biāo)點(diǎn)性、無重疊性

3.遺傳密碼的特點(diǎn)

密碼子的簡(jiǎn)并性一個(gè)氨基酸可以有幾個(gè)不同的密碼子的特性。同義密碼子：編碼同一個(gè)氨基酸的一組密碼子。注意：Trp和Met只有一個(gè)密碼子。Leu、Arg、Ser均有6個(gè)密碼子。ATG

CGG

AAA

TGG

CCG

AAT

GAT

一、遺傳密碼第二十七頁，共四十五頁，2022年，8月28日

密碼子的通用性和例外

密碼子的通用性是指生物細(xì)胞共同使用同一套遺傳密碼字典。只有在一些線粒體中使用的遺傳密碼與通用密碼有所區(qū)別。所以說遺傳密碼基本通用，但非絕對(duì)通用。

一、遺傳密碼3.遺傳密碼的特點(diǎn)第二十八頁，共四十五頁，2022年，8月28日

起始密碼子和終止密碼子

在64個(gè)密碼子中，有3個(gè)密碼子不編碼任何氨基酸，從而成為肽鏈合成的終止信號(hào)，稱為終止密碼子或無義密碼子，它們是UAA、UAG、UGA。其余的61個(gè)密碼子均編碼不同的氨基酸，其中AUG既是Met的密碼子，又是肽鏈合成的起始信號(hào)，稱為起始密碼子。

一、遺傳密碼

密碼子的擺動(dòng)性

密碼子的專一性主要是由前兩位的堿基決定，而第三位堿基有較大的靈活性。3.遺傳密碼的特點(diǎn)第二十九頁，共四十五頁，2022年，8月28日二、mRNA

——

mRNA的功能結(jié)構(gòu)

mRNA上能夠編碼一條多肽鏈合成的區(qū)段叫做編碼區(qū)。原核生物mRNA：其一條mRNA鏈可編碼多個(gè)多肽鏈，稱為多順反子的mRNA。

編碼區(qū)的第一個(gè)密碼子必定是AUG，最后一個(gè)密碼子必定是UAA或UAG或UGA，從第一個(gè)密碼子到最后一個(gè)密碼子之間間隔3n個(gè)核苷酸。3'非編碼區(qū)5'非編碼區(qū)編碼區(qū)非編碼區(qū)編碼區(qū)非編碼區(qū)編碼區(qū)第三十頁，共四十五頁，2022年，8月28日二、mRNA真核生物mRNA：其一條mRNA鏈只能編碼一個(gè)多肽鏈，稱為單順反子的mRNA。編碼區(qū)5'非編碼區(qū)帽子PolyA尾巴3'非編碼區(qū)

——

mRNA的功能結(jié)構(gòu)第三十一頁，共四十五頁，2022年，8月28日三、

核糖體核糖體是合成蛋白質(zhì)的場(chǎng)所。

1955年，PaulZamecnik通過實(shí)驗(yàn)確認(rèn)核糖體是蛋白合成的場(chǎng)所。他將放射性同位素標(biāo)記的氨基酸注射到小鼠體內(nèi)，經(jīng)短時(shí)間后取出肝臟，制成勻漿，離心后分成細(xì)胞核、線粒體、微粒體和可溶部分。發(fā)現(xiàn)微粒體中的放射性強(qiáng)度最高，若將微粒體部分進(jìn)一步分級(jí)分離，可在核糖體中大量回收到所摻入的放射性，這說明核糖體是合成蛋白質(zhì)的部位。

1.核糖體的存在部位第三十二頁，共四十五頁，2022年，8月28日三、

核糖體真核生物的核糖體一部分在細(xì)胞質(zhì)中呈游離狀態(tài)，另一部分與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)結(jié)合，形成粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)。此外在其線粒體和葉綠體中也有核糖體。原核生物的核糖體存在于細(xì)胞質(zhì)中；核糖體是一個(gè)巨大的核糖核蛋白體

第三十三頁，共四十五頁，2022年，8月28日2.核糖體的組成核糖體rRNA蛋白質(zhì)原核生物70S30S16S21種50S23S、5S34種真核生物80S40S18S30-32種60S28S、5S、5.8S36-50種三、

核糖體第三十四頁，共四十五頁，2022年，8月28日2.核糖體的組成三、

核糖體Athree-dimensionalmodelfortheE.coliribosome第三十五頁，共四十五頁，2022年，8月28日mRNA結(jié)合部位：大小亞基之間存在一條細(xì)溝，用于接納mRNA；此外，小亞基的16SrRNA可以與mRNA相互作用，從而參與mRNA與核糖體的結(jié)合。

3.核糖體上的活性部位(1)結(jié)合部位三、

核糖體第三十六頁，共四十五頁，2022年，8月28日3.核糖體上的活性部位tRNA結(jié)合部位：有2個(gè)

氨?；课唬ˋ位）——氨酰tRNA的結(jié)合部位；肽基部位（P位）——正在延長(zhǎng)的多肽基tRNA的結(jié)合部位；

tRNA的這兩個(gè)結(jié)合部位有一小部分在30S亞基內(nèi)，大部分在50S亞基內(nèi)。三、

核糖體第三十七頁，共四十五頁，2022年，8月28日催化肽鍵形成的部位：稱為肽基轉(zhuǎn)移酶，又叫轉(zhuǎn)肽酶。位于大亞基上。1992年發(fā)現(xiàn)該活性是由23SrRNA提供的。

3.核糖體上的活性部位(2)催化部位催化GTP水解的部位：

位于大亞基上，在核糖體移位期間將GTP水解成GDP和Pi。(1)結(jié)合部位三、

核糖體第三十八頁，共四十五頁，2022年，8月28日

四、tRNAThegeneralstructureoftRNAmolecules第三十九頁，共四十五頁，2022年，8月28日

四、tRNARibbondiagramoftRNAtertiarystructure第四十頁，共四十五頁，2022年，8月28日

四、tRNA被特定的氨酰-tRNA合成酶所識(shí)別。識(shí)別mRNA鏈上的密碼子，這是因?yàn)閠RNA上有3個(gè)特定堿基組成的一個(gè)反密碼子與mRNA鏈上的密碼子配對(duì)，保證氨基酸按mRNA的堿基順序入號(hào)。tRNA將多肽鏈聯(lián)結(jié)在核糖體上。tRNA的功能第四十一頁，共四十五頁，2022年，8月28日

五