第十五章氨基酸、蛋白质

第十五章蛋白质的生物合成
第一位
（5ˊ）
U
U
C
A
G
遗传密码字典 第二位
C
A
G
第三位
（3ˊ）
U C A G
U C A G
U C A G
U C A G
6 4 组 密 码 子 中 ， AUG 既 是 甲 硫氨酸的密码，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。
• 在原核生物和真核生物中，均存在另一 种携带蛋氨酸的tRNA，识别非起动部位 的蛋氨酸密码，AUG。
第十五章蛋白质的生物合成
核糖体的研究历史
1.早在本世纪30年代后期就发现细胞质和细胞核中都有 核酸存在，不过用1924年福尔根发明的染色法只能使细胞核 中的核酸染色。但两种核酸在260nm的吸收非常相似。
第十五章 蛋白质合成及转运
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)。
2.Crick, F.比较了核酸和氨基酸的大小和形状后，认为不可 能在空间上互补，因此预测：(1) 存在一类分子转换器，使信 息从核酸序列转换成氨基酸序列；(2) 这种分子很可能是核酸； (3) 它不论以何种方式进入蛋白质翻译系统的模板，都必须与 模板形成氢键（即配对）；(4) 有20种分子转换器，每种氨基 酸一个；(5) 每种氨基酸必定还有一个对应的酶，催化与特定 的分子转换器结合。
2.1941年，细胞学家J.Brachet和T.Caspersor注意到细 胞质中的核酸与蛋白质的合成有密切的关系。

二、tRNA
tRNA是氨基酸的搬运工具。 tRNA是多肽链和mRNA之间的 重要转换器。 每一种氨基酸可以有一种以上 tRNA作为运载工具。 能够携带相同氨基酸而反密码子 不同的一组tRNA分子称为氨基 酸的同工受体tRNA （isoaccepting tRNA） 。
tRNA须具备的功能 • 与氨基酸结合（3’末端） • 识别特异的氨酰-tRNA合成酶（D环） • 识别mRNA链上密码子 • 与核糖体结合，使延长中的肽链附着于核糖体上（TψC环）
蛋白质生物合成过程包括： 1. 氨基酸的活化； 2. 合成起始； 3. 肽链延伸：进入、转肽、移位； 4. 终止合成。
一、氨基酸的活化
二、合成的起始阶段
核糖体大小亚基分离； mRNA在小亚基定位结合； 起始氨酰tRNA的结合； 核糖体大亚基结合。
1. 核糖体大、小亚基分离 IF1和IF3与30S小亚基结合，促进核糖体大、小
翻译过程实际上就是由tRNA携带着氨基酸，逐一识别 mRNA上的密码子，并将氨基酸依密码子的排序相互 连接的过程。核糖体是翻译的场所。
一、mRNA模板和遗传密码
• mRNA是翻译的直接模板。 （一）遗传密码的破译
mRNA上四种核苷酸→组成蛋白质的20种aa
核苷酸与氨基酸对应关系？
3个相邻的核苷酸→1个aa， 有43种排列→64种密码子
• 核糖体可以看作是一个大分子的机构，它具有许多精密的 配合部分，来挑选并管理参与蛋白质合成的各个组分。它 参与多肽链的启动、延伸和终止的各种因子的识别。
原核生物核糖体
5S rRNA， 23S rRNA 50S
34种蛋白质 70S
16S rRNA 30S
21种蛋白质
真核生物核糖体
5SrRNA，5.8SrRNA，28SrRNA 60S

摆动规则
反密码子第一个碱基 A C G U I 密码子第三个碱基 U G C、U A、G A、C、U
5′
3′
二、氨基酸的“搬运工具”----tRNA
1、tRNA的功能区 （四个功能位点）
氨基酸臂
与氨基酸结合
氨基酸臂
DHU环 与氨酰-tRNA合成酶结合 反密码环 识别、结合密码子 TψC环 核糖体结合位点
⑥变偶性：（摆动性） 密码子上第一、二位上碱基不变，第三位碱基可 改变
密码子的专一性主要是由前两位的碱基决定，而 第三位碱基有较大的灵活性。密码子的第三碱基 对反密码子的第一位碱基，更常出现这种摆动现 象。
摆动规则 Crick于1966年提出，用来解释一种tRNA反密码子如 何能够识别一种氨基酸的几个同义密码子以及某些含有稀 有碱基（如次黄嘌呤）的反密码子是怎样识别由正常碱基 构成的密码子的现象。 该规则的内容是： 密码子在与反密码子之间进行碱基配对的时候，前 两对碱基严格遵守标准的碱基配对规则，第三对碱基则具 有一定的自由度。但并非任何碱基之间都可以配对，当反 密码子第一位碱基是A或C者，只能识别一种密码子；第一 位碱基是G或U者，则能识别两种密码子；第一位碱基是I 者，则能识别三种密码子。
H2N-CH-C-O-tRNA
细胞质中进行
R
O
2、催化氨基酸活化的酶：氨酰-tRNA合成酶
绝对专一性：1种酶只催化1种AA活化。
此酶具有水解活性，有校对功能。 活化一个氨基酸消耗2分子ATP。
甲酰甲硫氨酰-tRNA
3、氨基酸的活化过程
氨基酸羧基通过酸酐键与AMP上的5-磷酸基相连
二、肽链合成的起始 1、起始密码子的识别 原核翻译系统起始密码子的识别主要是依赖于 mRNA 5′-端的SD序列与16S rRNA3′-端的反SD序 列之间的互补配对。 mRNA 的SD序列下游的第一个AUG用作起始密码子。

蛋白质合成原料蛋白质合成是细胞内重要的生化过程之一。

在蛋白质合成中，需要大量的蛋白质合成原料来支持。

这些原料不仅是蛋白质合成的基础，还可以影响蛋白质的合成效率、质量和功能。

因此，充足地提供蛋白质合成原料对于蛋白质生物学研究以及生命科学的发展具有重要的意义。

1.氨基酸：蛋白质的基本单元氨基酸是蛋白质的基本单元，充足的氨基酸是支持蛋白质合成的关键。

常见的氨基酸有20种，其中有9种被称为必需氨基酸，因为它们不能被人体合成，只能通过食物摄入。

这些必需氨基酸包括异亮氨酸、缬氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸、色氨酸、赖氨酸、精氨酸、组氨酸、甲硫氨酸。

因此，蛋白质合成需要人体提供足够的必需氨基酸来完成。

2.核糖体：蛋白质合成的场所核糖体是进行蛋白质合成的场所。

它是由多个蛋白质和核糖体RNA（rRNA）组成的复合体，能够将mRNA上的密码子与tRNA上的氨基酸配对，从而通过肽键连接氨基酸合成多肽。

大部分细胞都有多个核糖体，每个核糖体可以同时合成多个蛋白质。

核糖体的组成和数量会影响蛋白质合成的速度和效率，因此细胞需要适量的核糖体支持蛋白质合成。

3.转录因子：调控蛋白质合成转录因子是一类能够结合DNA与RNA的蛋白质，它们在转录过程中起到调控蛋白质合成的作用。

转录因子包括：起始因子、促进因子、抑制因子、复制因子等。

启动因子与谷氨酸富集区域结合，PMAP kinase等因子对Ser位点进行磷酸化，然后启动蛋白合成基因的转录。

抑制子的功能是调节蛋白合成的速度，避免过度合成而导致细胞损害。

因此，细胞需要适量的转录因子来调节蛋白质合成的速度和效率。

4.ATP：能量来源蛋白质合成是一个消耗能量的过程。

在肽键合成时需要ATP提供能量。

细胞内的ATP主要通过细胞呼吸来产生，同时还需要补充一些输入的营养物质，包括糖类、脂类和蛋白质。

此外，ATP还可以通过一些途径被再生使用。

总之，蛋白质合成过程涉及到氨基酸、核糖体、转录因子和ATP等多方面的因素，因此只有充足地提供蛋白质合成原料，才能高效地完成蛋白质合成，支持我们对生物学更深入的认识和精准地进行生物医学研究。