第十三章 蛋白质的生物合成及基因工程

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。

《基因工程和蛋白质工程》高中生物教案一、教学目标1.知识与技能：o理解基因工程和蛋白质工程的基本概念、原理和应用。

o掌握基因工程的基本操作技术，包括基因克隆、基因表达和基因编辑。

o了解蛋白质工程的设计原理和方法，以及其在医药、工业等领域的应用。

2.过程与方法：o通过观察、分析和讨论，培养学生的观察力和分析能力。

o通过案例分析和模拟实验，让学生深入理解基因工程和蛋白质工程的过程和机制。

3.情感态度与价值观：o激发学生对基因工程和蛋白质工程的兴趣和好奇心。

o培养学生的科学探究精神和创新意识，认识到基因工程和蛋白质工程在生命科学和生物技术领域的重要性。

二、教学重难点•重点：基因工程和蛋白质工程的基本原理和操作技术。

•难点：理解基因工程和蛋白质工程在分子水平上的复杂性和精准性。

三、教学准备•基因工程和蛋白质工程的多媒体课件，包括基本原理、技术操作和应用案例等。

•模拟实验材料，如质粒DNA、PCR试剂、蛋白质表达载体等。

•小组讨论指导问题。

四、教学过程1.导入新课o通过展示基因工程和蛋白质工程在医药、农业、工业等领域的应用案例，引出基因工程和蛋白质工程的概念和重要性。

o提问学生：你们知道基因工程和蛋白质工程是什么吗？它们在我们的生活中有哪些应用？2.新课讲解o介绍基因工程的基本概念，包括基因克隆、基因表达和基因编辑的原理和技术。

o讲解蛋白质工程的设计原理和方法，包括蛋白质结构分析、功能预测和优化等。

o展示基因工程和蛋白质工程在医药、农业、工业等领域的应用案例，让学生了解其实际价值和意义。

3.模拟实验与探究o利用模拟实验材料，让学生亲自操作基因克隆和基因表达的实验，感受基因工程的实际操作过程。

o教师演示多媒体课件中的基因编辑和蛋白质工程的设计过程，让学生观察并理解其分子机制。

4.小组讨论o学生分组讨论基因工程和蛋白质工程在生命科学和生物技术领域的发展趋势和前景。

o教师提供指导问题，引导学生深入思考并分享讨论结果。

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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。

一、判断题一、判断题 1． 细胞中三种主要的多聚核苷酸tRNA 、mRNA 和rRNA 都参与蛋白质生物合成。

都参与蛋白质生物合成。

2． 蛋白质分子中的氨基酸顺序是由氨基酸与mRNA 携带的密码子之间互补作用决定的。

携带的密码子之间互补作用决定的。

3． fMet －tRNA fMet 是由对fMet 专一的氨酰tRNA 合成酶催化形成的。

合成酶催化形成的。

4． 一条新链合成开始时，fMet －tRNA fMet 与核糖体的A 位结合。

位结合。

5． 每一个相应的氨酰tRNA 与A 位点结合。

都需要一个延伸因子参加并需要消耗一个GTP 。

6． 蛋白质合成时从mRNA 的5′→3′端阅读密码子，肽链的合成从氨基端开始。

′端阅读密码子，肽链的合成从氨基端开始。

7． tRNA fMet 反密码子既可以是反密码子既可以是pUpApC 也可以是也可以是 pCpApU 。

8． 人工合成一段多聚尿苷酸作模板进行多肽合成时，只有一种氨基酸参入。

人工合成一段多聚尿苷酸作模板进行多肽合成时，只有一种氨基酸参入。

9． 氨酰tRNA 上的反密码子与mRNA 的密码子相互识别，以便把它所携带的氨基酸连接在正确位置上。

正确位置上。

10． 每个氨基酸都能直接与mRNA 密码子相结合。

密码子相结合。

11． 每个tRNA 上的反密码子只能识别一个密码子。

上的反密码子只能识别一个密码子。

12． 多肽或蛋白质分子中一个氨基酸被另一个氨基酸取代是由于基因突变的结果。

13． 蛋白质正确的生物合成取决于携带氨基酸的tRNA 与mRNA 上的密码子正确识别。

二、填空题二、填空题1． 原核细胞中新生肽链N 端的第一个氨基酸是端的第一个氨基酸是 ，必须由相应的酶切除。

，必须由相应的酶切除。

2． 当每个肽键形成终了时，增长的肽链以肽酰tRNA 的形式留在核糖体的的形式留在核糖体的 位 3． 在 过程中水解ATP 的两个高能磷酸酯键释放出的能量足以驱动肽键的合成。