第十三章 蛋白质的生物合成
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第十三章蛋白质的生物合成(共91张PPT)
已发现少数例外，如动物细胞的线粒体、植物细胞 的叶绿体等。
密码的通用性进一步证明各种生物进化自同一祖 先。
4. 方向性（direction）：
• 指阅读mRNA模板上的三联体密码时， 只能沿5’→3’方向进行。
5. 摆动性（wobble）：
转运氨基酸的tRNA的反密码需要通过碱基互补与 mRNA上的遗传密码反平行配对结合，但反密码与 密码之间常常不严格遵守碱基配对规律，称为摆
阶段。
一、多肽链合成的起始阶段
（一）原核生物翻译起始复合物形成
• 包括以下几个步骤：
➢核蛋白体大小亚基分离；
➢mRNA在小亚基定位结合；
➢起始氨基酰-tRNA的结合；
➢核蛋白体大亚基结合。
1. 核蛋白体大、小亚基分离： IF-1和IF-3与小亚基结合，促进核蛋白体大、小亚
基拆离，为新一轮合成作准备。
• 成肽是由转肽酶（transpeptidase）催化的 肽键形成过程。
• 在转肽酶的催化下，将P位上的tRNA所携带 的甲酰蛋氨酰基或肽酰基转移到A位上的氨 基酰tRNA上，与其-氨基缩合形成肽键。
• 此步骤需Mg2+，K+。
成肽反应过程
3. 转位（translocation）：
• 延长因子EF-G有转位酶（translocase）活性，可 促进核蛋白体向mRNA的3´侧移动相当于一个密码 的距离，同时使肽酰基tRNA从A位移到P位。
氨基酰tRNA合成酶催化的反应
第一步：活化反应
氨基酸 ＋ATP-E → 氨基酰-AMP-E ＋ PPi
第二步：连接反应
氨基酰-AMP-E ＋
tRNA
↓
氨基酰-tRNA ＋
有高度特 异性。
密码的通用性进一步证明各种生物进化自同一祖 先。
4. 方向性（direction）：
• 指阅读mRNA模板上的三联体密码时， 只能沿5’→3’方向进行。
5. 摆动性（wobble）：
转运氨基酸的tRNA的反密码需要通过碱基互补与 mRNA上的遗传密码反平行配对结合，但反密码与 密码之间常常不严格遵守碱基配对规律，称为摆
阶段。
一、多肽链合成的起始阶段
（一）原核生物翻译起始复合物形成
• 包括以下几个步骤：
➢核蛋白体大小亚基分离；
➢mRNA在小亚基定位结合；
➢起始氨基酰-tRNA的结合；
➢核蛋白体大亚基结合。
1. 核蛋白体大、小亚基分离： IF-1和IF-3与小亚基结合，促进核蛋白体大、小亚
基拆离，为新一轮合成作准备。
• 成肽是由转肽酶（transpeptidase）催化的 肽键形成过程。
• 在转肽酶的催化下，将P位上的tRNA所携带 的甲酰蛋氨酰基或肽酰基转移到A位上的氨 基酰tRNA上，与其-氨基缩合形成肽键。
• 此步骤需Mg2+，K+。
成肽反应过程
3. 转位（translocation）：
• 延长因子EF-G有转位酶（translocase）活性，可 促进核蛋白体向mRNA的3´侧移动相当于一个密码 的距离，同时使肽酰基tRNA从A位移到P位。
氨基酰tRNA合成酶催化的反应
第一步：活化反应
氨基酸 ＋ATP-E → 氨基酰-AMP-E ＋ PPi
第二步：连接反应
氨基酰-AMP-E ＋
tRNA
↓
氨基酰-tRNA ＋
有高度特 异性。
第十三蛋白质的生物合成
酸，这就是遗传密码。相邻的三个核苷酸称为密码 子(codon)。
64个密码子中只有61个密码代表相应的氨基酸
6
第六页，编辑于星期二：十八点 四十五分。
遗 传 密 码 表
7
第七页，编辑于星期二：十八点 四十五分。
起动信号与终止信号
AUG
UAA UAG UGA
蛋氨酸（真核生物）／甲酰蛋氨酸（原 核生物）
4
第四页，编辑于星期二：十八点 四十五分。
一、mRNA及遗传密码
mRNA是遗传信息的携带者
mRNA的作用：翻译的直接模板
mRNA
碱基语言
(4字符)
?
遗传密码
蛋白质
氨基酸语言
(20字符)
5
第五页，编辑于星期二：十八点 四十五分。
遗传密码 ——mRNA上的密码语言
在mRNA分子上，从5’端→3’端，每相邻的3个核 苷酸组成一组，在蛋白质合成时，对应某一种氨基
codon 1 codon 2 codon 3 codon 4 codon 5 codon 6 codon 7
protein methionine glycine serine isoleucine glycine alanine
从mRNA 5端起始密码子AUG到3端终止密码子 翻译具有方向性的
14
C.蛋氨酸密码子
D. Val密码子
(A，C)
4. 关于密码子，错误的叙述是
(A)
A. AUG表示蛋白质生物合成的启动
B.密码子AUG代表甲酰蛋氨酸
C.除AUG外，有时GUG是原核生物的启动信号
D.并非所有的AUG都是启动信号
E. 密码子AUG代表蛋氨酸
16
第十六页，编辑于星期二：十八点 四十五分。
64个密码子中只有61个密码代表相应的氨基酸
6
第六页，编辑于星期二：十八点 四十五分。
遗 传 密 码 表
7
第七页，编辑于星期二：十八点 四十五分。
起动信号与终止信号
AUG
UAA UAG UGA
蛋氨酸（真核生物）／甲酰蛋氨酸（原 核生物）
4
第四页，编辑于星期二：十八点 四十五分。
一、mRNA及遗传密码
mRNA是遗传信息的携带者
mRNA的作用：翻译的直接模板
mRNA
碱基语言
(4字符)
?
遗传密码
蛋白质
氨基酸语言
(20字符)
5
第五页，编辑于星期二：十八点 四十五分。
遗传密码 ——mRNA上的密码语言
在mRNA分子上，从5’端→3’端，每相邻的3个核 苷酸组成一组，在蛋白质合成时，对应某一种氨基
codon 1 codon 2 codon 3 codon 4 codon 5 codon 6 codon 7
protein methionine glycine serine isoleucine glycine alanine
从mRNA 5端起始密码子AUG到3端终止密码子 翻译具有方向性的
14
C.蛋氨酸密码子
D. Val密码子
(A，C)
4. 关于密码子，错误的叙述是
(A)
A. AUG表示蛋白质生物合成的启动
B.密码子AUG代表甲酰蛋氨酸
C.除AUG外，有时GUG是原核生物的启动信号
D.并非所有的AUG都是启动信号
E. 密码子AUG代表蛋氨酸
16
第十六页，编辑于星期二：十八点 四十五分。
分子生物学蛋白质生物合成
目录
翻译的本质： mRNA 分子中A G C U四种核苷酸序列编码的 遗传信息转换成蛋白质一级结构中20种氨基酸的排 列顺序。
目录
生物学意义
（1）维持多种正常生命活动（生长、发育） （2）适应环境的变化（细菌对乳糖和葡萄糖 的利用） （3）参与组织的更新和修复
目录
第一节
蛋白质生物合成体系
Protein Biosynthesis System
氨基酰-tRNA合成酶的作用特点
原核、真核生物翻译过程的异同
分子伴侣的作用，翻译后修饰的形式
信号肽及其作用，各类蛋白质靶向输送的特点 抗生素、毒素和干扰素抑制翻译的机制
目录
蛋白质生物合成的概念
定义
蛋白质生物合成(protein biosynthesis)也称 翻译(translation)，是生物细胞以mRNA为模板， 按照 mRNA 分子中核苷酸的排列顺序所组成的 密码信息合成蛋白质的过程。
目录
和原核生物和真核生物mRNA的比较
目录
（二）遗传密码
密码子（codon）
在mRNA的开放阅读框架区，以每3个相邻的
核苷酸为一组，代表一种氨基酸(或其他信息)，这 种三联体形式的核苷酸序列称为密码子。 起始密码子和终止密码子： 起始密码子(initiation codon)：AUG（或甲硫氨酸） 终止密码子(termination codon) ：UAA、UAG、UGA
密码的通用性进一步证明各种生物进化 自同一祖先。
目录
已发现少数例外，如动物细胞的线粒体、 植物细胞的叶绿体。
通用密码 AUA AGA 异亮 精 线粒体密码 蛋、起始 终止
AGG
UGA
精
第十三章蛋白质的生物合成
11111111111111111111
三、 转移RNA的功能
天然蛋白质的20种氨基酸都有自己特定的tRNA，而且 一种氨基酸常有数种tRNA，所以tRNA的种类可达数 10种。它们在ATP提供能量和酶的作用下，可分别与特 定的氨基酸结合。实验表明，tRNA必须具备倒L型的 三级结构才具有携带氨基酰的功能。
将微粒体用去污剂处理，可以使核糖体 从内质网上分离出来，离心后即可获得 纯化的核糖体。将核糖体与放射性标记 氨基酸、ATP、Mg2+和大白鼠肝脏的胞 浆上清液部分一起保温，就可以进行肽 链的合成。此后又发现许多其他的细胞， 如网织红细胞、大肠杆菌等均可使氨基 酸掺人核糖体。上述一系列实验结果清 楚地指出：核糖体是细胞内蛋白质合成 的部位。
上述遗传密码虽然是用大肠杆菌为实验材料所得的结果， 但是后来证明生物的遗传密码是通用的，即不论病毒、 原核生物还是真核生物都用同一套密码。但1980年底， 有的实验室报导酵母链孢霉和哺乳动物线粒体的遗传密 码有的不同于标准密码。如在线粒体中UGA不是终止 密码而是色氨酸的密码。AUA是甲硫氨酸的密码，而 不再是异亮氨酸的密码，CUA应是亮氨酸的密码，但是 在线粒体中却是苏氨酸的密码。由此看来，细胞核和亚 细胞的密码子略有不同。这到底是进化结果还是突变的 产物，尚没有统一的认识。
总之，利用酶法或化学法合成有特定序 列的均聚核苷酸，共聚核苷酸及核糖体 结合技术等方法，仅仅用了4年时间，于 1965年完全弄清了20种天然氨基酸的多 组密码子(表13-1)。
遗传密码
64种密码子，有61种是氨基酸的密码。每种氨基酸可 以有1—6种密码。其中AUG不仅是甲硫氨酸的密码， 也是“起始”密码。UAA，UAG，UGA是终止密码， 也就是蛋白质合成的终止信号。
动物生物化学课件：蛋白质的生物合成
第十二章
蛋白质的生物合成
将mRNA分子中 4 种核苷酸序列 编码的遗传信息，通过遗传密码破译的 方式解读为蛋白质一级结构中20种氨基 酸的排列顺序过程，称为蛋白质的生物 合成或翻译。
参与蛋白质生物合成的物质 蛋白质生物合成的过程
第一节 参与蛋白质生物合成的物质
参与蛋白质合成的物质
• 原料：20种氨基酸 • 模板：mRNA • 运载体：tRNA • 场所：核蛋白体（rRNA与蛋白质构成） • 蛋白质因子：
生物功能
占据A位防止结合其他tRNA 促进起始tRNA与小亚基结合 促进大、小亚基分离，提高P位对结合起始tRNA的 敏感性 促进起始tRNA与小亚基结合 最先结合小亚基促进大、小亚基分离 eIF-4F复合物成分，有解螺旋酶活性，促进mRNA 结合小亚基 结合mRNA，促进mRNA扫描定位起始tRNA eIF-4F复合物成分，结合mRNA5`-帽子 eIF-4F复合物成分，结合eIF-4E和PAB
➢ tRNA凭借自身的反密码子与mRNA链上的密码 子相识别，按照mRNA链上的密码子所决定的氨 基酸顺序将所带氨基酸转运到核糖体的特定部位。
一种氨基酸可以有一种以上tRNA作为 运载工具。通常把携带相同氨基酸而反密 码子不同的一组tRNA称为同功tRNA.
氨基酰tRNA----氨基酸的活化形式。 表示为： tRNAPhe
对应同一种氨基酸的不同密码子，称 为同义密码子。同义密码子使用频率不同.
在蛋白质中出现频率越多的氨基酸， 其密码子的数量越多。
4.密码子使用频率不同
• 在蛋白质合成时，对简并密码子的使用频率是 不同的。
• 如UUU和UUC都为苯丙氨酸编码，但在高表 达的蛋白质中使用UUC的频率明显高于UUU。
5. 密码子与反密码子配对的不严格性
蛋白质的生物合成
将mRNA分子中 4 种核苷酸序列 编码的遗传信息，通过遗传密码破译的 方式解读为蛋白质一级结构中20种氨基 酸的排列顺序过程，称为蛋白质的生物 合成或翻译。
参与蛋白质生物合成的物质 蛋白质生物合成的过程
第一节 参与蛋白质生物合成的物质
参与蛋白质合成的物质
• 原料：20种氨基酸 • 模板：mRNA • 运载体：tRNA • 场所：核蛋白体（rRNA与蛋白质构成） • 蛋白质因子：
生物功能
占据A位防止结合其他tRNA 促进起始tRNA与小亚基结合 促进大、小亚基分离，提高P位对结合起始tRNA的 敏感性 促进起始tRNA与小亚基结合 最先结合小亚基促进大、小亚基分离 eIF-4F复合物成分，有解螺旋酶活性，促进mRNA 结合小亚基 结合mRNA，促进mRNA扫描定位起始tRNA eIF-4F复合物成分，结合mRNA5`-帽子 eIF-4F复合物成分，结合eIF-4E和PAB
➢ tRNA凭借自身的反密码子与mRNA链上的密码 子相识别，按照mRNA链上的密码子所决定的氨 基酸顺序将所带氨基酸转运到核糖体的特定部位。
一种氨基酸可以有一种以上tRNA作为 运载工具。通常把携带相同氨基酸而反密 码子不同的一组tRNA称为同功tRNA.
氨基酰tRNA----氨基酸的活化形式。 表示为： tRNAPhe
对应同一种氨基酸的不同密码子，称 为同义密码子。同义密码子使用频率不同.
在蛋白质中出现频率越多的氨基酸， 其密码子的数量越多。
4.密码子使用频率不同
• 在蛋白质合成时，对简并密码子的使用频率是 不同的。
• 如UUU和UUC都为苯丙氨酸编码，但在高表 达的蛋白质中使用UUC的频率明显高于UUU。
5. 密码子与反密码子配对的不严格性
蛋白质的生物合成PPT课件
第一步
氨PPi
基
E-AMP
酸
的 氨酰腺苷酸
活 第二步
AMP
E化
AA
E
tRNA
AA
E
AA
E
tRNA
AA
3-氨酰-tRNA
tRNA
E
活化反应方程式：
氨基酸 + ATP
酶/ Mg2+
氨酰AMP-酶 + PPI
氨酰AMP-酶
氨酰tRNA + AMP + 酶
tRNA
一个氨基酸活化需要消耗2个高能磷酸键
氨酰- tRNA合成酶特点 专一性：对氨基酸有极高的专一性，每种
中心法则总结了生物体内遗传信息的流动规律，揭示遗传的分 子基础，不仅使人们对细胞的生长、发育、遗传、变异等生 命现象有了更深刻的认识，而且以这方面的理论和技术为基 础发展了基因工程，给人类的生产和生活带来了深刻的革命 。
遗 DNA
传
信
息
流
mRNA
动
示
核糖体
意
图
tRNA
第一节 RNA在蛋白质生物 合成中的重要功能
tRNA的功能
（一）被特定的氨酰- tRNA合成酶识别， 使tRNA接受正确的活化氨基酸。
（二）识别mRNA链上的密码子。
（三）在蛋白质合成过程中，tRNA起着 连结生长的多肽链与核糖体的作用。
(一)、接受正确的活化氨基酸
氨基酸 + ATP
酶/ Mg2+
氨酰AMP-酶 + PPi
氨酰AMP-酶
tRNA
合成蛋白质 ③ 被蛋白质合成的起始因子所识别，从
而促进蛋白质的合成。
AAAAAAA-OH
第十三蛋白质生物合成
➢发现具有密码子功能的最短链为三个核苷酸，并且 含3 -OH和5 -磷酸基的三核苷酸最有效。
➢阅读方向为5 3 。
➢1966年已经完全查清了20种基本氨基酸所对应的61 个密码子。其中有一个密码子也作为肽链合成的起始 密码子（AUG）, 另外还有三个终止密码子。
无细胞蛋白质合成系统（P509）
Nirenberg 等将大肠杆菌破碎，离心除去细胞碎 片，上清液含有蛋白质合成的所需各种成分， 其中包括DNA、mRNA、tRNA、核糖体、氨酰 tRNA合成酶以及蛋白质合成必需的各种因子。
➢用聚三核苷酸作模 板，由于阅读框架的 不同，可以指导产生 三种不同的均聚多肽。
➢用聚四核苷酸作模 板，合成共聚四肽。
Altered amino acid sequences Altered amino acid sequences
Genetic studies showed that genetic codons are successive triplets of nucleotides.
对于高等、低等生物都适用，只有一个例外： 真核生物线粒体DNA。
一些原核生物中利用终止密码翻译氨基酸 （UGA-Trp\硒代半胱氨酸）
（5）起始密码子（ iniation codon ）和终止密码子 （ termination codon ）
All 64 genetic codes
Third letter of codon
遗传密码的特点
（1）密码子的方向性
密码子的阅读方向及它们在mRNA由起始信号到终 止信号的排列方向均为5-3’，与mRNA链合成时延 伸方向相同。
（2）密码子的简并性（ degenerate codon ）
64-3=61个代表20种氨基酸，仅甲硫氨酸、色氨酸只 有一个密码子。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同义密码子。这 种现象称为密码子的简并性。
➢阅读方向为5 3 。
➢1966年已经完全查清了20种基本氨基酸所对应的61 个密码子。其中有一个密码子也作为肽链合成的起始 密码子（AUG）, 另外还有三个终止密码子。
无细胞蛋白质合成系统（P509）
Nirenberg 等将大肠杆菌破碎，离心除去细胞碎 片，上清液含有蛋白质合成的所需各种成分， 其中包括DNA、mRNA、tRNA、核糖体、氨酰 tRNA合成酶以及蛋白质合成必需的各种因子。
➢用聚三核苷酸作模 板，由于阅读框架的 不同，可以指导产生 三种不同的均聚多肽。
➢用聚四核苷酸作模 板，合成共聚四肽。
Altered amino acid sequences Altered amino acid sequences
Genetic studies showed that genetic codons are successive triplets of nucleotides.
对于高等、低等生物都适用，只有一个例外： 真核生物线粒体DNA。
一些原核生物中利用终止密码翻译氨基酸 （UGA-Trp\硒代半胱氨酸）
（5）起始密码子（ iniation codon ）和终止密码子 （ termination codon ）
All 64 genetic codes
Third letter of codon
遗传密码的特点
（1）密码子的方向性
密码子的阅读方向及它们在mRNA由起始信号到终 止信号的排列方向均为5-3’，与mRNA链合成时延 伸方向相同。
（2）密码子的简并性（ degenerate codon ）
64-3=61个代表20种氨基酸，仅甲硫氨酸、色氨酸只 有一个密码子。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同义密码子。这 种现象称为密码子的简并性。
蛋白质的合成
起始因子 IF-1 原核 生物 EIF-2 EIF-3 eIF-2 eIF-2B，eIF-3 IF-4A 真核 生物 eIF--4B eIF-4E eIF-4G eIF-5 eIF-6 生物功能 占据A位防止结合其他tRNA 促进起始tRNA与小亚基结合 促进大小亚基分离，提高P位对结合起始tRNA敏感性 促进起始tRNA与小亚基结合 最先结合小亚基促进大小亚基分离 eIF-4F复合物成分，有解螺旋酶活性，促进mRNA结 合小亚基 结合mRNA，促进mRNA扫描定位起始AUG eIF-4F复合物成分，结合mRNA5＇帽子 eIF-4F复合物成分，结合eIF-4E和PAB 促进各种起始因子从小亚基解离，进而结合大亚基 促进核蛋白体分离成大小亚基
e IF-4A
真核 生物 eIF--4B eIF-4E eIF-4G eIF-5 eIF-6
（一）原核生物翻译起始复合物形成
1. 核蛋白体大小亚基分离； 2. mRNA在小亚基定位结合； 3. 起始氨基酰-tRNA的结合；
4. 核蛋白体大亚基结合。
1. 核蛋白体大小亚基分离
IF-1 IF-3
一个碱基突变
二、tRNA ：
在氨基酸tRNA合成酶催化下，特定的tRNA可与相应的 氨基酸结合，生成氨基酸tRNA，从而携带氨基酸参与蛋 白质的生物合成。 tRNA反密码环中部的三个核苷酸构成 三联体，可以识别mRNA上相应的密码，此三联体就称 为反密码(anticoden)。 反密码对密码的识别，通常也是根据碱基互补原则，即 A—U，G—C配对。但反密码的第一个核苷酸与第三核苷 酸之间的配对，并不严格遵循碱基互补原则。如反密码第 一个核苷酸为Ⅰ，则可与A、U或C配对，如为U，则可与 A或G配对，这种配对称为不稳定配对。(P187表）
e IF-4A
真核 生物 eIF--4B eIF-4E eIF-4G eIF-5 eIF-6
（一）原核生物翻译起始复合物形成
1. 核蛋白体大小亚基分离； 2. mRNA在小亚基定位结合； 3. 起始氨基酰-tRNA的结合；
4. 核蛋白体大亚基结合。
1. 核蛋白体大小亚基分离
IF-1 IF-3
一个碱基突变
二、tRNA ：
在氨基酸tRNA合成酶催化下，特定的tRNA可与相应的 氨基酸结合，生成氨基酸tRNA，从而携带氨基酸参与蛋 白质的生物合成。 tRNA反密码环中部的三个核苷酸构成 三联体，可以识别mRNA上相应的密码，此三联体就称 为反密码(anticoden)。 反密码对密码的识别，通常也是根据碱基互补原则，即 A—U，G—C配对。但反密码的第一个核苷酸与第三核苷 酸之间的配对，并不严格遵循碱基互补原则。如反密码第 一个核苷酸为Ⅰ，则可与A、U或C配对，如为U，则可与 A或G配对，这种配对称为不稳定配对。(P187表）
东北师范大学生物化学第十三章蛋白质的生物合成
第十三章 蛋白质的生物合成
遗传信息的传递
一 蛋白质的合成体系
蛋白质合成的原料是氨基酸，其合成过程非常复杂。
真核生物细胞合成蛋白质需要70多种核糖体蛋白，20 多种 活化氨基酸的酶，10多种辅酶和其他蛋白质因子参加，同时 还要100多种附加的酶类参与蛋白质合成后的修饰、40种 tRNA、4种rRNA，总计300多种不同的大分子参与多肽的 合成。
反密码子
氨酰tRNA合成酶
该酶具有很高的专一性 不仅对其活化的氨基酸专一，而且对 一定的tRNA专一（第二套遗传密码） 校正作用： 水解非正确组合的氨基酸和tRNA之间的共价连 接，对于翻译的正确性是十分重要的
（二）蛋白质的生物合成过程（原核生物） 1 肽链合成的起始
2 肽链的延伸
3 肽链的终止和释放
密码子与反密码子结合时具有一定摆动性
摆动性(变偶性)
密码子的第三位碱基配对不严 格 摆动性的存在合理的解释了密 码子的兼并性，基因突变的危 害降到最低
U A G U C A U C
G
I
3 氨酰tRNA合成酶结合位点
4 核糖体识别位点
二 蛋白质生物合成的分子机制
（一）氨基酸的活化
氨酰tRNA合成酶 消耗2摩尔的ATP 氨基酸的活化是羧基端的活化
白喉毒素： 真核细胞蛋白质合 成的抑制剂
抑制EF2的活性
青霉素
青霉素是本世纪20年代未的一项划时代的科学发现 1928年，英国的细菌学家亚历山大· 弗莱明（英国圣 玛丽学院）发现，发表在1929年英国皇家《实验病 理季刊》 1938年，英国牛津大学病理学家弗洛里和德国生物化 学家钱恩从期刊的资料中找到了有关青霉素的文献 1940年，分离纯化成功青霉素进入临床试验阶段
遗传信息的传递
一 蛋白质的合成体系
蛋白质合成的原料是氨基酸，其合成过程非常复杂。
真核生物细胞合成蛋白质需要70多种核糖体蛋白，20 多种 活化氨基酸的酶，10多种辅酶和其他蛋白质因子参加，同时 还要100多种附加的酶类参与蛋白质合成后的修饰、40种 tRNA、4种rRNA，总计300多种不同的大分子参与多肽的 合成。
反密码子
氨酰tRNA合成酶
该酶具有很高的专一性 不仅对其活化的氨基酸专一，而且对 一定的tRNA专一（第二套遗传密码） 校正作用： 水解非正确组合的氨基酸和tRNA之间的共价连 接，对于翻译的正确性是十分重要的
（二）蛋白质的生物合成过程（原核生物） 1 肽链合成的起始
2 肽链的延伸
3 肽链的终止和释放
密码子与反密码子结合时具有一定摆动性
摆动性(变偶性)
密码子的第三位碱基配对不严 格 摆动性的存在合理的解释了密 码子的兼并性，基因突变的危 害降到最低
U A G U C A U C
G
I
3 氨酰tRNA合成酶结合位点
4 核糖体识别位点
二 蛋白质生物合成的分子机制
（一）氨基酸的活化
氨酰tRNA合成酶 消耗2摩尔的ATP 氨基酸的活化是羧基端的活化
白喉毒素： 真核细胞蛋白质合 成的抑制剂
抑制EF2的活性
青霉素
青霉素是本世纪20年代未的一项划时代的科学发现 1928年，英国的细菌学家亚历山大· 弗莱明（英国圣 玛丽学院）发现，发表在1929年英国皇家《实验病 理季刊》 1938年，英国牛津大学病理学家弗洛里和德国生物化 学家钱恩从期刊的资料中找到了有关青霉素的文献 1940年，分离纯化成功青霉素进入临床试验阶段
生物化学课后习题答案-第十三章xt13
第十三章 蛋白质的生物合成一、课后习题1.在蛋白质分子中，通常含量较高的是Ser和Leu，其次是His和Cys，含量最少的是Met和Trp。
一种氨基酸在蛋白质分子中出现的频率与它的密码子数量有什么关系？这种关系得选择其优点如何？2.AUG和UAG是蛋白合成中特定的起始和终止密码，序列同5’-UUAUGAAUGUACCGUGGUAGUU-3’的mRNA中什么样的开放阅读框才能编码一个短肽？写出该短肽的氨基酸序列。
3.细菌的基因组通常含有多少个rRNA基因拷贝，他们能迅速地转录以生产大量rRNA装配成核糖体相对对比而言，编码核糖体蛋白的基因只有一份拷贝，试解释rRNA基因和核糖体蛋白基因数量的差别。
4.DNA中的点突变（一个碱基被另一个碱基取代）可能导致一个氨基酸被另一个氨基酸替换。
但在某些情况下，由于密码子的简并性，基因编码的氨基酸序列也可能不会改变。
一种细菌生产的胞外蛋白酶在其活性位点上（—Gly-Leu-Cys-Arg—）有一个半胱氨酸残基。
紫外线照射过后，分离得到两个突变菌株。
菌株1生产以Ser取代活性部位Cys的无活性酶（—Gly-Leu-Ser-Arg—）；而在菌株2内，合成了一条C末端结束在活性部位内的以—Gly-Leu—COO-结尾的截断了的肽链，指出在每一种菌株中可能发生的突变。
5.一双螺旋DNA的模板链中一段序列如下：CTTAACACCCCTGACTTCGCGCCGTCG（1）写出转录出的mRNA核苷酸序列？（2）写出5’开始的该转录mRNA序列所对应得多肽的氨基酸序列？（3）假设此DNA的另一条链被转录和翻译，所得的氨基酸序列会与（2）中的一样吗？（2）与（3）得出的答案在生物学上有什么意义？6.假设反应从游离氨基酸、tRNA、氨酰tRNA合成酶、mRNA、80S核糖体以及翻译因子开始，那么翻译一分子牛胰核糖酸酶要用掉多少个高能磷酸键？翻译一分子肌红蛋白需要消耗多少个高能磷酸键？7.噬菌体T4 DNA的相对分子质量为1.3×108（双链），假定全部核苷酸均用于编码氨基酸，试问：（1）T4 DNA可为多少氨基酸编码？（2）T4 DNA可为多少相对分子质量等于35000的不同蛋白质编码？（核苷酸对的相对分子质量按618计，氨基酸平均相对分子质量按120计）8.核糖体的基本结构和功能有哪些？9.在蛋白质定向运输时，多肽本身有何作用？高尔基体的功能是什么？参考答案：1.在蛋白质分子中，一种氨基酸出现的频率与它密码子的数量具有一定的正向关系，如：亮氨酸，苏氨酸都有6个密码子，通常在蛋白质分子中出现的几率也最高；而甲硫氨酸和色氨酸只有一个密码子，在蛋白质中出现的频率相对小一些。
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tRNA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。
密码子与反密码子的 阅读方向均为5‘ 3’， 3’ 两者反向平行配对。 5’
CCG GGC
CCA-OH
5’
I
3’
4、密码子是近于完全通用的。
这是如火如荼的转基因的前提。 目前只发现线粒体和叶绿体内有列外情况。 64 组密码子中， AUG 既是编码蛋氨酸的密 码，又是起始密码；有三组密码不编码 任何氨基酸，而是多肽链合成的终止密 码子：UAG、UAA、UGA。
二、合成起始
起始密码：AUG； 起始氨基酸：甲硫氨酸； 多肽链延伸方向：从N末端向C末端； mRNA阅读方向： 5/ 3/，
原核生物起始tRNA： tRNAfMet, 起始氨基酸： fMet(甲酰甲硫氨酸） N-甲酰甲硫氨酰-tRNAfMet的形成
+H 2N-CH-COO-tRNA
CHO-HN-CH-COO-tRNA
2.密码的简并性
由一种以上密码子编码同一个氨基酸的现象称 为简并，对应于同一氨基酸的一组密码子称 为同义密码子(Synonymous codon)。
简并性的生物学意义？
A 、可以降低由于遗传密码突变造成的灾难性 后果 B、可以使DNA上的碱基组成有较达的变化余地， 而仍然保持多肽上氨基酸序列不变（意思基 本同上）。
翻 译 过 程 十 分 复 杂 ， 需 要 mRNA 、 tRNA 、 rRNA 和多种蛋白因子参与 。在此过程中 mRNA 为合成的模板 ， tRNA 为运输氨基酸工具， rRNA 和蛋白质构成核糖体，是合成蛋 白质的场所，蛋白质合成的方向 为N—C端。
遗传信息传递的中心法则
复制
DNA
转录 逆转录
氨酰tRNA + AMP + 酶
（二）识别mRNA链上的密码子。
tRNA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。
密码子与反密码子的 阅读方向均为5‘ 3’， 3’ 两者反向平行配对。 5’
CCG GGC
CCA-OH
5’
I
3’
密 码 子 与 反 密 码 子 的 配 对 关 系
3 5
原核细胞70S核糖体的A位、P位 及mRNA结合部位示意图
P位（结合 或接受肽基 的部位）
50S
A位（结合或接 受AA- tRNA的 部位）
5
3
mRNA
30S
与mRNA结合部糖体基本结构动画
第二节 蛋白质合成的机理
ATP +
E
氨基酸
AA
氨 基 酸 的 活 化
原核生物
70
5.8
5
真核生物
80
40
18
原核生物核糖体 的组成
核糖体的 组成
原核生物核糖体结构示意图
大肠杆菌中30S的亚基能单独与mRNA结合 成30S核糖体-mRNA复合体，后者与 tRNA可以专一性结合。50S亚基不能单 独与 mRNA结合，但可以非专一地与 tRNA结合， 50S亚基上有两个tRNA结 合位点：氨酰基位点-A位点；肽酰基 位点-P位点。还有一个GTP结合位点。
第十三章 蛋白质的生物合成
中心法则指出，遗传信息的表达最终 是合成出具有特定氨基酸顺序的蛋白质， 这种以 mRNA 上所携带的遗传信息 , 到多肽 链上所携带的遗传信息的传递，就好象以 一种语言翻译成另一种语言时的情形相似 ，所以称以mRNA为模板的蛋白质合成过程 为翻译(translation)。
tRNA的功能
（一）被特定的氨酰- tRNA合成酶识别，
使tRNA接受正确的活化氨基酸。
（二）识别mRNA链上的密码子。 （三）在蛋白质合成过程中，tRNA起着
连结生长的多肽链与核糖体的作用。
(一)、接受正确的活化氨基酸
氨基酸 + ATP
酶/ Mg2+
氨酰AMP-酶 + PPi
氨酰AMP-酶
tRNA
AMP
氨 基 E-AMP 酸 氨酰腺苷酸 的 活 第二步 化 E
第一步
PPi
AA
E
AA
E
tRNA
AA
E
tRNA AA
tRNA
E
3-氨酰-tRNA
活化反应方程式：
氨基酸 + ATP
酶/ Mg2+
氨酰AMP-酶 + PPI
氨酰AMP-酶
氨酰tRNA + AMP + 酶
tRNA
一个氨基酸活化需要消耗2个高能磷酸键
（二）遗传密码的性质
编码一个肽链的所有密码子是一个接着一个地 线形排列，密码子之间既不重叠也不间隔，从 起始密码子到终止密码子（不包括终止子）构 成一个完整的读码框架，又称开放阅读框架 （ORF）。方向：从mRNA的5’到3’。
1、密码是无标点符号的且相邻密码子互不重叠。
5‘ 起始密 码子
3‘
如果在阅读框中插入或删除一个碱基 就会使其后的读码发生移位性错误 （称为移码）。
遗传密码字典
第二位
第一位
（5ˊ）
U
C
A
G
第三位
（3ˊ）
U
U C A G U C A G U C A G U C A G
C
A
G
3.三核苷酸诱导安酰tRNA对核糖体的特异结合
技术要点：人工合成三核苷酸为模板+核糖体+AA-tRNA
保温
硝酸纤维滤膜过滤
分析留在滤膜上的核糖体-AAtRNA
确定与核糖体结合的AA
3、密码的摆动性：
密码子中第三位碱基与反密码子第一位 碱基的配对有时不一定完全遵循A-U、 G-C的原则，Crick把这种情况称为摇摆 性，有人也称摆动配对或不稳定配对。 反密码子第一位的G可以与密码子第三位 的C、U配对，U可以与A、G配对，I可以 和密码子的U、C、A配对，这使得该类 反密码子的阅读能力更强。
遗 传 信 息 流 动 示 意 图
DNA
mRNA
核糖体
tRNA
第一节 RNA在蛋白质生物 合成中的重要功能
一、mRNA和遗传密码
原核生物mRNA的结构：4个特点 mRNA的半衰期很短 ,很不稳定 ,一旦完成其使命 后很快就被水解掉。 mRNA 的分子大小差异大。 mRNA 的合成是在 DNA指导下的 RNA 聚合酶的催化 下 先 合 成 mRNA 的 前 体 ， 即 核 内 不 均 一 RNA （ hnRNA ）。 hnRNA 在细胞核内加工成 mRNA ， 然后转移到细胞质中。
帽子结构功能
① 使mRNA免遭核酸酶的破坏 ② 使mRNA能与核糖体小亚基结合并开始 合成蛋白质 ③ 被蛋白质合成的起始因子所识别，从 而促进蛋白质的合成。
(一)遗传密码的破译
1.三联体密码与阅读框 遗传密码 : DNA（或mRNA）中的核苷酸 序列与蛋白质中氨基酸序列之间的对应 关系称为遗传密码。 密码子 (codon) ： mRNA 上每 3 个相邻的 核苷酸编码蛋白质多肽链中的一个氨基 酸，这三个核苷酸就称为一个密码子或 三联体密码。
tRNA 凭 借 自 身 的反密码子与 mRNA 上 的 密 码 子相识别，从 而把所携带的 氨基酸送到肽 链的一定位置 上。
从tRNA的功能，可以看出： （1）氨基酸的活化和氨酰tRNA的合成是蛋 白质生物合成的第一步，每一种氨基酸 在被掺入肽链之前都首先被活化和连接 在专一 tRNA 上，活化和连接都发生在氨 基酸的羧基上。 （2）载体tRNA凭借自身的反密码子与mRNA 上的密码子相识别而把所携带的氨基酸 送到肽链的一定位置上 （ 3 ）遗传信息是通过 mRNA 上的密码子与 tRNA 上的反密码子间碱基配对作用翻译 出来的。
二、t RNA
tRNA在蛋白质合成中处于关键地位，它不但
为每个三联体密码子译成氨基酸提供接合体，
还为准确无误地将所需氨基酸运送到核糖体上
提供运送载体。
同工受体tRNA:一种氨基酸可以有一种以上
tRNA作为运载工具。把携带相同氨基酸而 反密码子不同的一组tRNA称为同功受体 tRNA
tRNA的结构特征——三叶草型二级结构
tRNA
反密码子
5
mRNA
AU C 1 2 3
密码子
3
tRNA有两个关键部位：
⑴ 3’端CCA：接受氨基酸，形成氨酰tRNA。需ATP提供活化氨基酸所需的能量。 ⑵ 与mRNA结合部位—反密码子部位 （tRNA的接头作用）
氨基酸一旦与 tRNA 形 成 氨 酰 tRNA 后 ， 进 一 步的去向就由 tRNA 来 决 定 了 。
CH2 CH2 S COO-
转甲酰酶
CH2 CH2 S COO-
N10-甲酰FH4
FH4
Met-tRNAfMet
fMet-tRNAfMet
1.小亚基与IF1和IF3结合。 2.30S 起 始 复 合 物 形 成 ， IF2 、 GTP 参 与 ， 16SrRNA与mRNA的SD序列结合。 3. 30S复合物与50S亚基结合形成70S亚基，起 始氨酰 tRNA 进入 P 位点，它的反密码子与 mRNA上的起始密码子AUG碱基配对。
的保守区， 16S rRNA3’- 端反向互补而使mRNA与核糖体结合。
真核细胞mRNA的结构特点
Poly(A)尾巴的功能 ① 是mRNA由细胞核进入细胞质 所必需的形式 ② 它大大提高了mRNA在细胞质 中的稳定性
m7G-5´ppp-N-3 ´ p
顺反子
5´ “帽子”
PolyA 3´ AAAAAAA-OH
mRNA
mRNA(messenger RNA)是蛋白质生物合成过程 中直接指令氨基酸掺入的模板，是遗传信息的载体。 原核生物和真核生物mRNA的比较
原核细胞mRNA的结构特点