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)。
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 。
思考 ?
遗传信息传递的 中心法则
蛋白质 翻译
转录
逆转录
复制
复制
DNA
RNA
生物的遗传信息以密码的形式储
存在 DNA分子上, 表现为特定的核苷
酸排列顺序 。 在细胞分裂的过程中,
通过 DNA复制 把亲代细胞所含的遗传
信息忠实地传递给两个子代细胞 。 在
子代细胞的生长发育过程中, 这些遗
传信息通过 转录 传递给 RNA,再由
RNA通过 翻译 转变成相应的蛋白质多
肽链上的氨基酸排列顺序, 由蛋白质
执行各种各样的生物学功能, 使后代
表现出与亲代相似的遗传特征 。 后来
人们又发现, 在宿主细胞中一些 RNA
病毒能以自己的 RNA为模板 复制 出新
的病毒 RNA,还有一些 RNA病毒能以
其 RNA为模板合成 DNA,称为 逆转录
这是中心法则的补充 。
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 。









核糖体
DNA
mRNA
tRNA
目 录
第一节 蛋白质合成体系
第二节 蛋白质合成的机理
第三节 肽链合成后的折叠 与 加工
第四节 蛋白质定位
二,t RNA
三,核糖体
第一节 蛋白质合成体系
一,mRNA和 遗传密码
四,辅助因子
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。
m R N A
原核生物 和 真核生物 mRNA的比较
遗 传 密 码
三联体密码的破译
遗传密码的性质
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 。
遗传密码字典
三联体密码的破译
2、以随机共聚合指导多肽的合成
例:以随机共聚物 A,C为模板,任意排列可
出现 8种三体,获得六种氨基酸组成的多肽。
1,以均聚物为模板指导多肽的合成
3,以特定的共聚物为模板指导多肽的合成
4,核糖体结合技术
以均聚物为模板指导多肽的合成
PolyU为模板, 产生的多肽链为 Polyphe
PolyA为模板, 产生的多肽链为 Polylys
PolyC为模板, 产生的多肽链为 Polypro
以特定的共聚物为模板指导多肽的合成
( 1) 以多聚二核苷酸作模板可合成由 2个氨基
酸组成的多肽, PolyUG的模板, 合成产物为
Lys和 Val。
( 2) 以多聚三核苷酸作为模板,可得三种氨
基酸组成的多肽。
核糖体结合技术
技术要点,
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
以人工合成的 三核苷酸为模板 +核糖体 +AA-tRNA
遗传密码字典
U
A
C
G
U
C
A
G
U C A G
第二位
第一位
( 5ˊ )
第三位
( 3ˊ )
U
C
A
G
U
C
A
G
U
C
A
G
遗传密码的性质
3、密码的 简并性与摆动性,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
基酸的密码子称为同义密码子 (Synonymous codon)。
多数情况下同义密码子的第一第二个碱基相同,第
三个碱基不同,说明密码的专一性主要是由第一第
二个碱基所决定。
4,64组密码子中, AUG既是的密码, 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。
1、密码子是近于完全 通 用 的。
2、密码是 无标点符号 的且相邻密码子 互不重叠 。
1966年 Crick根据立体化学原理提出,
( 2)有些反密码子的第一个碱基(按 5’-3’)决定了
该 tRNA识别密码子的数目。
( 3)当一种氨基酸有几个密码子时,只要他们的第一
和第二个碱基中有一个不同,则需要不同的 tRNA
来识别。
( 1) mRNA上的密码子的第一、第二个碱基 与 tRNA上
的反密码子相应的碱基形成强的配对;密码的专一
性主要是由这两个碱基对的 作用。
原核细胞 mRNA的结构特点
5′ 3′
顺反子 顺反子 顺反子
插入顺序 插入顺序
先导区
末端顺序
AGGAGGU
SD区
帽子结构功能
① 半衰期短
② 许多原核生物 mRNA以多顺反子形式存在
③ AUG作为起始密码; AUG上游 7~ 12个核苷酸处有一被称为 SD序列
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
5′,帽子, PolyA 3′
顺反子
m7G-5′ppp-N-3 ′ p
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。
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
AAAAAAA-OH
tRNA ( transfer ribonucleic asid)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。
1,tRNA的结构特征 ——三叶草型二级结构
2,tRNA的功能
( 1)被特定的氨酰 - tRNA合成酶识别,使
tRNA接受正确的活化氨基酸。
( 2) 识别 mRNA链上的密码子。
( 3)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。
t RNA













反密码子
tRNA
5?
3?
A U C 5? mRNA 3?
密码子
1 2 3
核糖体
核 糖 体
是由 rRNA( ribosomal ribonucleic
asid)和多种蛋白质结合而成的一种大的核糖核
蛋白颗粒,蛋白质肽键的合成就是在这种核糖
体上进行的。
2,核糖体的功能
1,核糖体的结构和组成






原核生物核
糖体的组成
原核生物核糖体结构示意图
原核细胞 70S核糖体的 A位,P位及
mRNA结合部位示意图
anticodon
codon
30S
与 mRNA结合部位
P位 ( 结合
或接受肽基
的部位)
A位 ( 结合或接
受 AA- tRNA的
部位) 50S
5? 3?
mRNA
真核和原核细胞参与翻译的蛋白质因子
阶段 原核 真核 功 能
IF1
IF2 eIF2 参与起始复合物的形成
IF3 eIF3,eIF4C
起始 CBP I 与 mRNA帽子结合
eIF4A B F 参与寻找第一个 AUG
eIF5 协助 eIF2, eIF3,eIF4C的释放
eIF6 协助 60S亚基从无活性的核糖体上解离
EF-Tu eEF1? 协助氨酰 -tRNA进入核糖体
延长 EF-Ts eEF1 ?? 帮助 EF-Tu, eEF1?周转
EF-G eEF2 移位因子
RF-1
终止 eRF 释放完整的肽链
RF-2
第二节 蛋白质合成的机理
一,氨基酸的活化
二,原核生物多肽链的合成过程
四,真核生物多肽链的合成
三,多核糖体与核糖体循环






E
E AA
E AA
tRNA
AA
E
tRNA
AA
E
tRNA
AA
氨基酸 ATP +
氨酰腺苷酸
E-AMP
PPi 第一步
AMP
第二步
E






3-氨酰 -tRNA
N-甲酰甲硫氨酰 -tRNAtMet的形成
CHO-HN-CH-COO-tRNA
CH2
CH2
S
COO-
+H2N-CH-COO-tRNA
CH2
CH2
S
COO-
Met-tRNAtMet fMet-tRNA
tMet
N10-甲酰 FH4 FH4
转甲酰酶
氨酰 - tRNA合成酶特点
a,专一性,
?对氨基酸有极高的专一性, 每种氨基酸
都有专一的酶, 只作用于 L-氨基酸, 不作用
于 D-氨基酸 。
?对 tRNA 具有极高专一性 。
b、校对作用,氨酰 - tRNA合成酶的水解
部位可以水解错误活化的氨基酸。
原核生物多肽链的合成过程
原核生物多肽链的合成分为三个阶段:肽
链合成的起始、肽链的延伸、肽链合成的终止
和释放。
1,肽链合成的起始
2,肽链的延长
3,肽链合成的终止及释放
肽链合成的起始
30S亚基 ? mRNA
IF3- IF1复合物
30S? mRNA ? GTP- fMet –tRNA-
IF2- IF1复合物
70S起始复合物 codon
anticodon
P位 A位
mRNA +30S亚基 -IF3 A位
IF-3
5? 3?
IF2
GTP
P位
IF3
IF2
IF1 IF2-GTP-fMet-tRNA
IF3
50S亚基
IF2+ IF1+GDP+Pi
IF-1
IF1
70S起始
复合物
肽链的延长
1 2 1 2
2 3 2 3
进位 肽键形成
移位
进位
(Tu\Ts)
GTP
GTP
N-端
2 3
5′ 3′
C-端
肽键形成
1
5

3′
( EF-G)
肽链合成的
终止及释放
( 1) 释放因子 RF1或
RF2进入核糖体 A位 。
( 2) 多肽链的释放
( 3) 70S核糖体解离
5? 3? UAG
30S亚基
50S
亚基
5? 3? UAG
tRNA
RF
肽 键的形成
Tu\Ts循环
多 多核糖体与核糖体循环
合成完毕
的肽链
多核糖体 3ˊ mRNA
延伸中的肽链

核糖体循环
真核生物多肽链的合成(自学)
1,真核细胞核糖体比原核细胞核糖体更大更复杂;
2,起始氨基酸为 Met,不是 fMet;
3,肽链合成的起始:由 40S核糖体亚基首 先识别
mRNA的 5’端 -帽子, 然后沿 mRNA移动寻找 AUG;
4,起始因子有 12种, 但只有 2种延长因子和 1种终止
因子;
5,真核细胞种线粒体, 叶绿体的核糖体大小, 组成
及蛋白质合成过程都类似于原核细胞 。
肽链折叠是指从多肽链的氨基酸序列形成具
有正确三维空间结构的蛋白质的过程 。
体内多肽链的折叠目前认为至少有两类蛋白
质参与, 称为助折叠蛋白, ( 1) 酶:蛋白质二硫
键异构酶 ( PDI) ; ( 2) 分子伴侣
肽 链 的 折 叠
Lasky于 1978年首先提出分子伴侣( mulecular
chaperone)的概念,这是一类在细胞内能帮助新生肽
链正确折叠与装配组装成为成熟蛋白质,但其本身并
不构成被介导的蛋白质组成部分的一类蛋白因子,在
原核生物和真核生物中广泛存在。
1,肽链末端的修饰,
N-端 fMet或 Met的切除
2,信号序列的切除
3,二硫键的形成
4,部分肽段的切除
5,个别氨基酸的修饰
6,糖基侧链的添加
7,辅基的加入
蛋白质的加工修饰
实例,胰岛素原的加工
胰岛素原的加工
A链区
B链区
间插序列( C肽区)
HS
SH
SH
SH
HS
HS
信号肽
N C
核糖体上合成出无规
则卷曲的 前胰岛素原
切除 C肽后,形成
成熟的胰岛素分子
切除信号肽后
折叠成稳定构
象的胰岛素原
S
S
S
S N
N
C
C A链
B链
胰岛素
C
N
S- S
S
S
胰岛素原
S
S
多核糖体
第一个编码区
第一个编码区
第二个编码区
第二个编码区
终止 \起始
终止
起始
mRNA
mRNA
5′
5′
3′
3′
第四节 蛋白质定位
1、分泌蛋白
● 信号肽假说简图
● 分泌蛋白质的合成和胞吐作用
2、线粒体与叶绿体蛋白
● 蛋白质向线粒体的定位机制
信号肽假说简图


SRP
循环
mRNA
内质网膜
内质网腔
信号肽酶 信号肽
分泌蛋白质的合成和胞吐作用
内质网 高尔基体
泡 泡
泡融入
质膜
核糖体
芽泡
线粒体外膜
线粒体内膜
带有导肽的线粒体蛋白质
前体跨膜运送过程示意图
内外膜接触位点的
蛋白质通道
线粒体
hsp70
受体蛋白
hsp70
导肽
蛋白酶切
除导肽
问答题
1,试述遗传中心法则的主要内容 。
2,遗传密码如何编码? 简述其基本特点 。
3,mRNA,tRNA,rRNA在蛋白质生物合成中各具什么作用?
4,肽链合成后的加工处理主要有哪些方式?
5,试比较下列生物分子结构单元的激活机制,
蛋白质 脂肪酸 多糖
名词解释
中心法则 遗传密码 密码子 简并性 翻译
冈崎片段 多核糖体