生物化学蛋白质的生物合成分析
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蛋白质合成与折叠生物化学的重要过程蛋白质是生命的基本组成部分,参与了细胞信号传导、酶催化、结构支持等各种生物学过程。
而蛋白质的合成与折叠则是生物化学中非常重要的过程。
1.蛋白质的合成过程蛋白质的合成主要发生在细胞内,被称为蛋白质合成或翻译。
这个过程由三个主要的步骤组成:转录、剪接和翻译。
转录是将DNA转换成RNA的过程。
DNA中含有蛋白质编码基因,其中的信息需要通过转录转化为编码蛋白质的mRNA分子。
在转录过程中,DNA的两条链中的一个链被酶解开,然后通过RNA聚合酶与RNA核苷酸结合,合成mRNA分子。
剪接是指在mRNA的合成过程中,将非编码区域(内含子)与编码区域(外显子)分离。
这个过程由剪接酶在转录过程中完成,通过剪接能够获得只包含外显子的mRNA分子。
翻译是通过mRNA的信息将氨基酸按照特定的顺序连接在一起,形成多肽链的过程。
这个过程发生在细胞质中的核糖体中,其中核糖体通过识别mRNA上的密码子(三个核苷酸组成的序列)来确定应该连接的氨基酸。
2.蛋白质的折叠过程蛋白质的折叠是指多肽链经过翻译后,通过一系列的内部和外部相互作用,使其形成三维结构的过程。
蛋白质的功能很大程度上取决于它们的折叠状态。
蛋白质的折叠过程是一个复杂而迅速的过程,受到多种因素的调控。
内部作用包括氢键的形成、范德华力的作用、疏水效应和静电相互作用等。
而外部作用包括伴侣蛋白的辅助帮助和分子伴侣的参与等。
蛋白质的折叠过程是高度动态的,可能在短时间内出现错误的折叠。
这些错误折叠的蛋白质被称为未折叠蛋白质,会导致细胞的毒性和蛋白质聚集的疾病,如阿尔茨海默病和帕金森病等。
3.蛋白质折叠疾病的意义和研究进展蛋白质折叠疾病是由蛋白质的错误折叠和异常聚集引起的疾病。
这类疾病的发生与细胞的折叠机制和蛋白质的质量控制系统有关。
近年来,科学家们在研究蛋白质折叠疾病方面取得了重要的进展。
他们通过了解蛋白质折叠的基本机制,发现了一些潜在治疗策略。
第十一章蛋白质的生物合成11-1 遗传密码(下册 P504,37章)蛋白质是生物主要的功能分子,它参与所有的生命活动过程,并起着主导作用。
蛋白质的合成由核酸所控制,决定蛋白质结构的遗传信息编码在核酸分子中。
遗传密码:编码氨基酸的核苷酸序列,通常指核苷酸三联体决定氨基酸的对应关系。
一一一三联密码:核酸分子中只有四种碱基,要为蛋白质分子20种氨基酸编码。
三个碱基编码64个,又称三联密码。
密码子:mRNA上有三个相邻核苷酸组成一个密码子,代表某种氨基酸、肽链合成的起始或终止信号。
蛋白质翻译:在RNA控制下根据核酸链上每3个核苷酸决定一种氨基酸的规则,合成出具有特定氨基酸顺序的蛋白质过程。
全部64个密码子破译后,编写出的遗传密码字典。
见P511 表37-5。
一一一遗传密码的基本特性一1一密码的基本单位遗传密码按5‘→3‘方向编码,为不重叠、无标点的三联体密码子。
起始密码子兼Met:AUG。
终止密码子:UAA、UAG和UGA。
其余61个密码子对应20种氨基酸。
一2一密码的简并性同一种氨基酸有两个或更多密码子的现象称为密码的简并性。
同一种氨基酸不同密码子称为同义密码子,氨基酸密码子的简并见P512表37-6。
简并可以减少有害突变,对物种稳定有一定作用。
一3一密码的变偶性(摆动性)编码同一个氨基酸的密码子前两位碱基都相同,第三位碱基不同,为变偶性。
即密码简并性往往表现在密码子第三位碱基上,如Gly的密码子为GGU、GGC、和GGA。
一4一密码的通用性和变异性通用性:各种低等和高等生物,包括病毒、细菌及真核生物基本上共用一套遗传密码。
变异性:已知线粒体DNA(mtDNA),还有原核生物支原体等少数生物基因密码有一定变异。
一5一密码的防错系统密码的编排方式使得密码子中一个碱基被置换,其结果常常是编码相同的氨基酸或是为物理化学性质接近的氨基酸取代。
11-2 蛋白质合成及转运下册 P5171、氨基酸是怎样被选择及掺入到多肽链当中去的。
蛋白质合成与折叠的生物化学机制蛋白质是生物体中的基本组成部分,扮演着各种生物学功能的关键角色。
为了正常运作,蛋白质必须在细胞内合成并正确地折叠成特定的三维结构。
蛋白质的合成和折叠是一个复杂而精确的过程,涉及一系列生物化学机制的调控。
本文将重点探讨蛋白质合成和折叠的生物化学机制。
一、蛋白质的合成蛋白质的合成是通过从mRNA到氨基酸序列的转换来实现的。
这一过程称为翻译,发生在细胞质中的核糖体内。
翻译过程包括以下几个步骤:1. 转录和剪接:在细胞核中,DNA被转录成mRNA分子。
然而,mRNA并不是直接翻译成蛋白质序列,而是在转录后需要经历剪接过程。
在剪接过程中,mRNA的非编码区域(内含子)被剪掉,而编码区域(外显子)则被保留下来。
2. 起始子识别和翻译起始:在细胞质中,翻译的起始子会识别mRNA分子上的起始密码子,而此时初始化的tRNA(转运RNA)则与起始密码子配对。
这个过程需要辅助因子的帮助。
3. 多肽链延伸:在初始化的tRNA配对起始密码子后,其他tRNA 会逐个配对到mRNA上的密码子,以此进行多肽链的延伸。
每一个tRNA都会携带一个特定的氨基酸,通过互补配对,保证多肽链按照正确的顺序继续生长。
4. 终止子识别和翻译终止:当翻译遇到mRNA上的终止密码子时,终止子会被识别并且没有相应的tRNA与之配对。
这会导致多肽链的停止生长,而这个时候释放因子会介入,促使多肽链从核糖体上释放。
二、蛋白质的折叠在蛋白质的合成过程中,多肽链被合成出来后,并不是立即形成具有功能的蛋白质。
相反,它需要经历一个折叠的过程,以形成特定的三维结构。
蛋白质折叠是一个复杂而精确的过程,它受到多种因素的调控。
1. 主要折叠势能面:蛋白质的折叠过程是由势能面引导的。
蛋白质的本质是将氨基酸通过共价键连接成多肽链,而这些共价键的旋转和转动会受到物理限制。
导致氨基酸链条在折叠过程中只能处于特定的构象中,从而影响蛋白质的最终结构。
2. 非共价相互作用:蛋白质折叠过程中的非共价相互作用起着关键的作用。
第十二章蛋白质的生物合成一、蛋白质生物合成体系:生物体内的各种蛋白质都是生物体利用约20种氨基酸为原料自行合成的。
蛋白质的生物合成过程,就是将DNA传递给mRNA的遗传信息,再具体的解译为蛋白质中氨基酸排列顺序的过程,这一过程被称为翻译(translation)。
参与蛋白质生物合成的各种因素构成了蛋白质合成体系,该体系包括:1.mRNA:作为指导蛋白质生物合成的模板。
mRNA中每三个相邻的核苷酸组成三联体,代表一个氨基酸的信息,此三联体就称为密码。
共有64种不同的密码。
遗传密码具有以下特点:①连续性;②简并性;③通用性;④方向性;⑤摆动性;⑥起始密码:AUG;终止密码:UAA、UAG、UGA。
2.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,生成氨基酰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。
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,这种配对称为不稳定配对。
能够识别mRNA中5′端起动密码AUG的tRNA称为起动tRNA。
在原核生物中,起动tRNA是tRNAfmet;而在真核生物中,起动tRNA是tRNAmet。
3.rRNA和核蛋白体:原核生物中的核蛋白体大小为70S,可分为30S小亚基和50S大亚基。
真核生物中的核蛋白体大小为80S,也分为40S小亚基和60S大亚基。
核蛋白体的大、小亚基分别有不同的功能:⑴小亚基:可与mRNA、GTP和起动tRNA结合。
⑵大亚基:①具有两个不同的tRNA结合点。
A位——受位或氨酰基位,可与新进入的氨基酰tRNA 结合;P位——给位或肽酰基位,可与延伸中的肽酰基tRNA结合。
②具有转肽酶活性。
在蛋白质生物合成过程中,常常由若干核蛋白体结合在同一mRNA分子上,同时进行翻译。
生物化学中的蛋白质合成与结构解析蛋白质是生命体中重要的生物大分子之一,它在细胞中扮演着不可或缺的角色。
它不仅是构成细胞的基本结构成分,而且还能够调节细胞生理功能以及参与体内多种代谢反应。
蛋白质的合成过程可以细分为三个步骤:转录、转运和翻译。
其中,转录是指将DNA序列转录成mRNA序列的过程,转运是指将mRNA运输到核外的过程,而翻译是指将mRNA序列翻译成蛋白质的过程。
在翻译过程中,蛋白质的合成取决于一系列生物分子的作用,包括蛋白质合成酶、转录因子、核糖体等。
首先,ncRNA和rRNA在核糖体中形成初始复合物,此时tRNA结合位点已经完全暴露。
接下来,小亚基在复合物中结合到tRNA贮藏库。
当tRNA 解码核心与mRNA结合后,大亚基就会结合进来,核糖体就会形成闭合的高能过渡态,从而使GTP水解。
最终,tRNA释放出它们携带的氨基酸,生成的新肽链就会与小亚基分离,核糖体再次开始依次解码给出的氨基酸,反复上述过程,最终合成出完整的多肽链。
除了蛋白质的合成,蛋白质的结构解析对于研究蛋白质的功能也具有重要意义。
蛋白质结构可以分为四个层次:一级结构、二级结构、三级结构和四级结构。
一级结构是指蛋白质的氨基酸序列,也是蛋白质分子的基本组成单元。
二级结构是指由氢键形成的螺旋和折叠形态,如α-螺旋、β-折叠和β-转角等。
三级结构是指多个二级结构的相互组合,通过积累的天然选择进化而形成。
而四级结构是指蛋白质分子中不同多肽链之间的相互组合形成一种完整的功能性单元的结构。
研究蛋白质结构解析的手段主要有三种:X射线晶体学、核磁共振以及电镜。
其中,X射线晶体学是应用最多的手段,其优势在于大多数蛋白质都可以通过此方法解析结构。
该技术是通过蛋白质分子的结晶、弥散X射线,测量X射线的衍射数据并建立晶体结构模型来研究蛋白质结构的。
综上所述,蛋白质是生命体中重要的生物大分子之一,其合成和结构解析对于研究生命过程和疾病的发生具有重要意义。
蛋白质的生物合成一、选择题(一) A 型题1 .蛋白质生物合成A .从 mRNA 的 3 ' 端向 5 ' 端进行B .由 N 端向C 端进行C .由 C 端向 N 端进行D .由 28S-tRNA 指导E .由 5S-rRNA 指导2 .蛋白质生物合成的延长阶段不需要A .转肽酶B . GTPC . EF-Tu 、 EF-Ts 、 EFGD . mRNAE . fMet-tRNA fMet3 .有关蛋白质合成的叙述正确的是A .真核生物先靠 S-D 序列使 mRNA 结合核糖体B .真核生物帽子结合蛋白复合物( eIF -4F 复合物)在起始过程中发挥作用C . IF 比 eIF 种类多D .原核生物和真核生物使用不同的起始密码E .原核生物有 TATAAT 作为起始序列,真核生物则是 TATA4 .关于氨基酸密码子的描述错误的是A .密码子有种属特异性,所以不同生物合成不同的蛋白质B .密码子阅读有方向性,从 5 ' 端向 3 ' 端进行C .一种氨基酸可有一组以上的密码子D .一组密码子只代表一种氨基酸E .密码子第 3 位( 3 ' 端)碱基在决定掺入氨基酸的特异性方面重要性较小5 .遗传密码的简并性是A .蛋氨酸密码可作起始密码B .一个密码子可编码多种氨基酸C .多个密码子可编码同一种氨基酸D .密码子与反密码子之间不严格配对E .所有生物可使用同一套密码6 .遗传密码的摆动性正确含义是A .一个密码子可以代表不同的氨基酸B .密码子与反密码子可以任意配对C .一种反密码子能与第三位碱基不同的几种密码子配对D .指核糖体沿着 mRNA 从 5 ' 端向 3 ' 端移动E .热运动所导致的 DNA 双螺旋局部变性7 .一个 tRNA 的反密码子为 5 '- IGC-3 ' ,它可识别的密码是A . GCAB . GCGC . CCGD . ACGE . UCG8 .信号肽识别颗粒( signal recognition particles , SRP )可识别A . RNA 聚合酶B . DNA 聚合酶C .核小体D .分泌蛋白的 N 端序列E .多聚腺苷酸9 .下列关于多聚核糖体( polysome )叙述正确的是A .是一种多顺反子B .是 mRNA 的前体C .是 mRNA 与核糖体小亚基的聚合体D .是核糖体大、小亚基的聚合体E .是一组核糖体与一个 mRNA 不同区段的结合物10 .关于蛋白质生物合成的描述哪一项是错误的A .氨基酸必须活化成活性氨基酸B .氨基酸的羧基被活化C . 20 种编码氨基酸各自有相应的密码D .活化的氨基酸靠相应的 tRNA 搬运到核糖体E . tRNA 的反密码子与 mRNA 上的密码子严格按碱基配对原则结合11 .核糖体结合位点( ribosomal binding site , RBS )A .也称 Pribnow 盒B .在原核生物 mRNA 上C .真核生物转录起点D .由 Meselson-stahl 首先发现E .在 tRNA 分子上12 .翻译延长的进位A .指翻译起始复合物的生成B .肽酰 -tRNA 进入 P 位C .由延长因子 EFG 带领,不需消耗能量D .是下一位氨基酸的氨基酰 -tRNA 进入核糖体的 A 位E .多肽链离开核糖体13 .翻译延长需要A .氨基酰 -tRNA 转移酶B .磷酸化酶C .氨基酸合成酶D .肽链聚合酶E .转肽酶14 .蛋白质生物合成中多肽链的氨基酸排列顺序取决于A .相应 tRNA 的专一性B .相应氨基酰 -tRNA 合成酶的专一性C .相应 tRNA 上的反密码D .相应 mRNA 中核苷酸排列顺序E .相应 rRNA 的专一性15 .肽链合成终止的原因是A .翻译到达 mRNA 的尽头B .特异的 tRNA 识别终止密码C .释放因子能识别终止密码子并进入 A 位D .终止密码子本身具有酯酶功能,可水解肽酰基与 tRNA 之间的酯键E .终止密码子部位有较大阻力,核糖体无法沿 mRNA 移动16 .蛋白质合成终止时,使多肽链从核糖体上释出的因素是A .终止密码子B .转肽酶的酯酶活性C .释放因子D .核糖体解聚E .延长因子17 .蛋白质合成中,有关肽链延长叙述正确的是A .核糖体向 mRNA5 ' 端移动三个核苷酸距离B .肽酰 -tRNA 转位到核糖体的 A 位C . GTP 水解成 GDP 和 H 3 PO 4 以提供能量D .空载的 tRNA 从 P 位进入 A 位E . ATP 直接供能18 .多聚核糖体中每一核糖体A .从 mRNA 的 3 ' 端向 5 ' 端前进B .可合成多条多肽链C .可合成一条多肽链D .呈解离状态E .可被放线菌酮抑制19 .氨基酸通过下列哪种化学键与 tRNA 结合A .糖苷键B .酯键C .酰胺键D .磷酸酯键E .氢键20 .信号肽的作用是A .保护 N- 端的蛋氨酸残基B .引导分泌性蛋白进入内质网腔C .保护蛋白质不被水解D .维护蛋白质的空间构象E .传递蛋白质之间的信息21 .下列那一项是翻译后加工A .加 5 ' 端帽子结构B .加 3 ' 端 poly ( A )尾C .酶的激活D .酶的变构E .氨基酸残基的糖基化22 .干扰素抑制蛋白质生物合成是因为A .活化蛋白激酶,而使 eIF-2 磷酸化B .抑制肽链延长因子C .阻碍氨基酰 -tRNA 与小亚基结合D .抑制转肽酶E .使核糖体 60S 亚基失活23 .下列哪一种物质抑制氨基酰 -tRNA 与小亚基结合A .土霉素B .氯霉素C .红霉素D .链霉素E .林可霉素24 .哺乳动物细胞中蛋白质生物合成的主要部位在A .细胞核B .线粒体C .核糖体D .高尔基复合体E .核仁25 .靶向输送到细胞核的蛋白多肽链含有特异信号序列,下列叙述错误的是A .多肽链进细胞核定位后不被切除B .位于 N 末端C .不同多肽链的特异信号序列无共同性C .富含赖、精及脯氨酸 E .也称为核定位序列26 .下列哪种物质直接抑制真核生物核糖体转肽酶A .放线菌酮B .四环素C .土霉素D .链霉素和卡那霉素E .利福平27 .氯霉素可抑制原核生物的蛋白质合成,其原因是A .特异性的抑制肽链延长因子( EFT )的活性B .与核糖体的大亚基结合,抑制转肽酶的活性,而阻断翻译延长过程C .活化一种蛋白激酶,从而影响起始因子( IF )磷酸化D .间接活化一种核酸内切酶使 mRNA 降解E .阻碍氨基酰 -tRNA 与核糖体小亚基结合28 .白喉毒素的作用是A .抑制信号肽酶B .与位于内质网膜表面的受体蛋白结合C .使延长因子 -2 ( eEF-2 )发生 ADP 糖基化而失活,阻断多肽链延长D .加速肽酰 -tRNA 从 A 位移到 P 位,造成氨基酸缺失,从而生成无功能的蛋白质E .通过抑制 GTP 和 fMet-tRNA fMet 在小亚基上的结合,抑制蛋白合成的起始29 .出现在蛋白质分子中的氨基酸,下列哪一种没有遗传密码A .色氨酸B .蛋氨酸C .谷胺酰胺D .脯氨酸E .羟脯氨酸30 .在体内,氨基酸合成蛋白质时,其活化方式为A .磷酸化B .与蛋氨酸结合C .生成氨基酰辅酶 AD .生成氨基酰 -tRNAE .与起始因子结合31 .不属于蛋白质合成后加工修饰的过程为A .肽链 N 端修饰B .亚基聚合C .疏水脂链的共价连接D .多肽链折叠为天然构象的蛋白质E .酶的化学修饰(二) B 型题A .进位B .成肽C .转位D .终止E .释放1 .氨基酰 -tRNA 进入核糖 A 位称为2 .肽酰 -tRNA-mRNA 与核糖体位置的相互变更称为3 . P 位上的肽酰基与 A 位上的氨基酰 -tRNA 的氨基形成肽键称为A .链霉素B .氯霉素C .林可霉素D .嘌呤霉素E .白喉毒素4 .对真核及原核生物蛋白质合成都有抑制作用的抗生素是5 .主要抑制真核细胞蛋白质合成的是A .蛋白质 6- 磷酸甘露糖基化B .滞留信号序列C .囊泡D .分泌小泡E .前体形式6 .靶向输送至溶酶体信号是7 .靶向输送至内质网的蛋白质多肽链 C- 端含8 .质膜蛋白质的靶向输送需要A .信号肽B .信号肽酶C .信号肽识别颗粒D .分泌性蛋白E .对接蛋白9 .有碱性 N 端、疏水核心和加工区三个区域的是10 .属于蛋白核酸复合体的是A .肽键B .酯键C .氢键D .磷酸二酯键E .糖苷键11 .核苷酸之间的连接键12 .氨基酸之间的连接键13 .碱基与核糖之间的连接键14 .氨基酸与 tRNA 之间的连接键A . RNase 抑制因子B .干扰素C .嘌呤霉素D .红霉素E .链霉素15 .抑制 RNase 活性的是16 .能诱导合成 2 ' -5 ' 寡聚腺苷酸的是17 .与酪氨酰 - tRNA 结构相似的是(三) X 型题1 .参与蛋白质合成的物质是A . mRNAB . GTPC .转肽酶D .核糖体E .聚合酶2 .翻译后加工包括A .剪切B .共价修饰C .亚基聚合D .加入辅基E .水解修饰3 .蛋白质合成后可靶向运输到A .留在胞液B .线粒体C .细胞核内D .内质网E .溶酶体4 .引起读码错误的抗生素有A .巴龙霉素B .链霉素C .潮霉素 BD .新霉素E .嘌呤霉素5 .真核生物的 hnRNA 要具有模板作用,必须进行A .剪接B .首尾修饰C .插入稀有碱基D .切除内含子E .碱基甲基化6 .关于 S-D 序列的叙述,正确的是A .也称核糖体结合位点B .与 16S rRNA 3 ' 端 --UCCUCC-- 互补C .碱基序列 --AGGAGG-- 为核心D .位于起始密码上游E .即起始序列7 .翻译的准确性与下列哪些因素有关A .氨基酰 -tRNA 合成酶对底物氨基酸和相应 tRNA 都有高度特异性B .氨基酰 -tRNA 分子中 tRNA 的反密码可通过碱基配对识别 mRNA 分子的遗传密码C .氨基酰 -tRNA 合成酶具有校正活性D .延长因子 EFG 有转肽酶活性E .核糖体对氨基酰 -tRNA 的进位有校正功能8 .关于分子伴侣A .高温应激可诱导该蛋白合成增加B .与分泌性蛋白同在C .能加快多肽链折叠速度D .增加功能性蛋白折叠产率E .可促进需折叠的多肽链折叠为天然构象的蛋白质9 .在蛋白质生物合成中A . 20 种编码氨基酸是原料B . tRNA 携带氨基酸C . mRNA 起模板作用D . rRNA 是合成的场所E .氨基酰 -tRNA 合成酶识别并结合相应的氨基酸和 tRNA10 .干扰素的作用是A .调解细胞生长分化B .激活免疫系统C .抗病毒D .间接诱导核酸内切酶E .诱导使 eIF-2 磷酸化的蛋白激酶活化11 .关于蛋白质二硫键异构酶A .主要在内质网发挥作用B .促二硫键变构C .胞液中活性高D .催化错配的二硫键断裂并形成正确二硫键E .促蛋白质变性二、是非题1 .蛋白质生物合成所需的能量都由 ATP 直接供给。