第十章 蛋白质的生物合成
一、概述
? 基因的遗传信息在转
录过程中从 DNA转移
到 mRNA，再由 mRNA将
这种遗传信息表达为
蛋白质中氨基酸顺序
的过程叫做翻译。
? 合成体系,20种氨基
酸,mRNA,tRNA、核
蛋白体、酶和因子,
以及无机离子,ATP,
GTP 合成方向,N→C
端。
二,参与蛋白质合成的三类 RNA及核糖体
1.rRNA
与蛋白质一起构成核糖体 —— 蛋白质合成, 工厂,
核糖体结构组成
核糖体的基本功能
? 结合 mRNA,在 mRNA上选择适当的区域开始翻译
? 密码子 （ mRNA） 和反密码子 （ tRNA） 的正确配对
? 肽键的形成
存在
核糖体可游离存在, 真核中, 也可同内质网结合, 形成粗糙的内
质网 。 原核中, 与 mRNA形成串状 —— 多核糖体
原核生
物核糖
体组成
真核生
物核糖
体组成
? 2,tRNA
结合氨基酸,一种氨基酸
有几种 tRNA携带，结合
需要 ATP供能,氨基酸结
合在 tRNA3‘-CCA的位臵。
反密码子,每种 tRNA的反
密码子，决定了所带氨
基酸能准确的在 mRNA上
对号入座 。
反密码子与 mRNA的第三个
核苷酸配对时，不严格
遵从碱基配对原则
? 3,mRNA
携带着 DNA的遗传信息，是
多肽链的合成模板
在 原核 细胞内，存在时间
短，在转录的同时翻译
在 真核 细胞内，较稳定
? 蛋白质合成时,mRNA结合
于核糖体小亚基上，大亚
基结合带氨基酸的 tRNA，
tRNA的反密码子与 mRNA密
码子配对,ATP供能，合成
蛋白质。
三、遗传密码子
? 为一个氨基酸编码进入蛋白质多肽链特定线性位
臵的三个核苷酸单位称为密码子（ Coden）或三联
体密码。
? 密码子的发现
? 统计学方法
? 人工合成仅由一种核苷酸组成的多聚核苷酸，推测由哪一
种氨基酸合成的多肽
? 核糖体结合试验 1965年,Nirenberg用 poly u加入 C14
标记的 20种 aa,仅有苯丙氨酸的寡肽,UUU=苯丙氨酸,用此
法破译了全部密码，编出遗传密码表。
遗传密码
? 遗传密码子的特点
? 无标点、不重叠 密码子是不重叠的，每个三联体中
的三个核苷酸只编码一个氨基酸，核苷酸不重叠使用噬
菌体 ?x174中某些基因之间有重叠现象
? 简并 (degeneracy) 几种密码子对应于相同一种氨基酸。
这些密码子为同义密码子
? 通用性 绝大多数密码子对各种生物都适用，某些线
粒体中遗传密码有例外
? 终止信号 UAG,UAA,UGA
? 起始信号 AUG（真核中起始为 Met、原核中起始为 fMet,
翻译中间为 Met）和 氨酸的密码子 (GUG)(极少出现）
四、蛋白质生物合成过程
? 以 mRNA为模板，氨基酸经活化获得的氨酰 tRNA为原料，
GTP,ATP供能，在核糖体中完成 。
1.氨基酸的活化
? tRNA在氨基酰 -tRNA 合成酶的帮助下, 能够识别相应
的氨基酸, 并通过 tRNA氨基酸臂的 3'-OH 与氨基酸的
羧基形成活化酯－氨基酰 -tRNA。
? 氨基酰 -tRNA的形成是一个两步反应过程：第一步是氨
基酸与 ATP 作用,形成氨基酰腺嘌呤核苷酸； 第二
步是氨基酰基转移到 tRNA 的 3'-OH 端上,形成氨基
酰 -tRNA。
氨基酸活化图示
氨基酸活化的总反应式是：
氨基酰 -tRNA 合成酶
? 氨基酸 + ATP + tRNA + H2O ?? 氨基酰 -tRNA + AMP + PPi
? 每一种氨基酸至少有一种对应的氨基酰 -tRNA 合成酶 。 它
既催化氨基酸与 ATP 的作用,也催化氨基酰基转移到
tRNA。
? 氨基酰 -tRNA 合成酶具有高度的专一性 。 每一种氨基酰 -
tRNA 合成酶只能识别一种相应的 tRNA。
? tRNA 分子能接受相应的氨基酸,决定于它特有的碱基顺
序,而这种碱基顺序能够被氨基酰 -tRNA 合成酶所识别 。
氨基酸的活化
2.在核糖体上合成肽链
? 氨基酰 -tRNA通过反密码臂上的三联体反密码
子识别 mRNA上相应的遗传密码, 并将所携带的
氨基酸按 mRNA遗传密码的顺序安臵在特定的位
臵, 最后在核糖体中合成肽链 。
肽链的合成过程（以原核为例）
? 起始
? 延伸
? 终止与释放
肽链合成的起始
起始密码的识别
首先辨认出 mRNA链上的起
始点（ AUG），核糖体小
亚基上的 16S rRNA和 mRNA
的 SD序列（位于起始位点
上游 4－ 13个核苷酸）结
合
N－甲酰甲硫氨酸－ tRNA
的活化形成
起始复合物的形成 （图示）
肽链的延长
进位 （氨酰 tRNA进入 A位点）
参与因子：延长因子 EFTu（ Tu）,EFTs（ Ts）、
GTP、氨酰 tRNA
肽链的形成
肽酰基从 P位点转移到 A位点，形成新的肽链
移位 （ translocase）
在移位因子（移位酶） EF－ G的作用下，核糖体沿
mRNA（ 5’-3’）作相对移动，使原来在 A位点的肽酰
－ tRNA回到 P位点
核糖体移动方向
P位
点
A位
点
进位
核糖体移位
肽链的形成
延长过程中肽链的生成
肽基转移酶
肽
链
的
延
伸
过
程
肽链合成的终止与释放
识别 mRNA的终止密码子，水解所
合成肽链与 tRNA间的酯键，释放
肽链
R1识别 UAA,UAG
R2识别 UAA,UGA
R3影响肽链的释放速度
RR帮助 P位点的 tRNA残基脱落，而
后核糖体脱落
多核糖体
? 在细胞内一条 mRNA链上结合着多
个核糖体，甚至可多到几百个。
蛋白质开始合成时，第一个核糖
体在 mRNA的起始部位结合，引入
第一个蛋氨酸，然后核糖体向
mRNA的 3’端移动一定距离后，第
二个核糖体又在 mRNA的起始部位
结合，现向前移动一定的距离后，
在起始部位又结合第三个核糖体，
依次下去，直至终止。每个核糖
体都独立完成一条多肽链的合成，
所以这种多核糖体可以在一条
mRNA链上同时合成多条相同的多
肽链，这就大大提高了翻译的效
率
五、真核细胞蛋白质合成的特点
? 核糖体为 80S，由 60S的大亚基和 40S的小亚基组成
? 起始密码 AUG
? 起始 tRNA为 Met－ tRNA
? 起始复合物 结合在 mRNA 5’端 AUG上游的 帽子结构,真
核 mRNA无富含嘌呤的 SD序列（除某些病毒 mRNA外）
? 已发现的真核起始因子有近 9种（ eukaryote Initiation
factor,eIF） eIF4A.eIF4E.P220复合物称为帽子结构结合
蛋白复合物（ CBPC）
? 肽链终止因子（ EF1α EF1βγ ）及释放因子（ RF）
线粒体、叶绿体内蛋白质的合成同于原核细胞
蛋白质合成过程小结
? 肽链合成方向 N C（同位素证明）
? 以 mRNA的 5’-3’方向阅读遗传密码
? 该合成过程是一个耗能过程
肽链的起始需要 5ATP，延长时只需 4ATP，合成一个 n肽
所需能量 4× n＋ 1 ATP，原核生物中，肽链的终止不需
GTP，则合成 n肽所需能量 3× n＋ 1
六、肽链合成后的“加工处理”
1,N端改造 fMet的切除
2,信号肽 （能透膜，进行蛋白质的锚定）的切除
3,氨基酸的修饰 /改造
肽链内或肽链间的二硫键的形成、乙酰化、甲基化
氨基酸残基的修饰（ Pro-OH/Cys-OH）
4.糖基化 （ Asp,Ser,Thr,Asn）
5,某些多肽要经特殊 的酶切一段肽链 后才有生物活性 (如：
胰岛素 )
6,高级结构的形成 在分子伴侣的协助下形成正确的结构
7.锚定（定位）
七、蛋白质生物合成的调节
1.转录水平调节
2.转录后水平调节
3.翻译水平调节
蛋白质合成抑制剂：
抗生素类阻断剂
a,链霉素、卡那霉素、新霉素等,主要抑制革兰氏阴性细菌蛋白质
合成的三个阶段：① 50S起始复合物的形成，使氨基酰 tRNA从复合物中脱落；②
在肽链延伸阶段，使氨基酰 tRNA与 mRNA错配；③在终止阶段，阻碍终止因了与核
蛋白体结合，使已合成的多肽链无法释放，而且还抑制 70S核糖体的介离。
? b.四环素和土霉素
? c.氯霉素
? d.白喉霉素（ diphtheria toxin）
由白喉杆菌所产生的白喉霉素是真核细胞蛋白质合成抑制剂。它对
真核生物的延长因子 -2（ EF-2）起共价修饰作用，生成 EF-2腺苷二
磷酸核糖衍生物，从而使 EF-2失活，它的催化效率很高，只需微量
就能有效地抑制细胞整个蛋白质合成，而导致细胞死亡
? e.亚胺环己酮（放线菌酮）
只抑制真核 60S亚基的肽酰转移酶活性
干扰素对病毒蛋白合成的抑制
愿生物化学为你插上翅膀
在生命科学世界里展翅翱翔
一、概述
? 基因的遗传信息在转
录过程中从 DNA转移
到 mRNA，再由 mRNA将
这种遗传信息表达为
蛋白质中氨基酸顺序
的过程叫做翻译。
? 合成体系,20种氨基
酸,mRNA,tRNA、核
蛋白体、酶和因子,
以及无机离子,ATP,
GTP 合成方向,N→C
端。
二,参与蛋白质合成的三类 RNA及核糖体
1.rRNA
与蛋白质一起构成核糖体 —— 蛋白质合成, 工厂,
核糖体结构组成
核糖体的基本功能
? 结合 mRNA,在 mRNA上选择适当的区域开始翻译
? 密码子 （ mRNA） 和反密码子 （ tRNA） 的正确配对
? 肽键的形成
存在
核糖体可游离存在, 真核中, 也可同内质网结合, 形成粗糙的内
质网 。 原核中, 与 mRNA形成串状 —— 多核糖体
原核生
物核糖
体组成
真核生
物核糖
体组成
? 2,tRNA
结合氨基酸,一种氨基酸
有几种 tRNA携带，结合
需要 ATP供能,氨基酸结
合在 tRNA3‘-CCA的位臵。
反密码子,每种 tRNA的反
密码子，决定了所带氨
基酸能准确的在 mRNA上
对号入座 。
反密码子与 mRNA的第三个
核苷酸配对时，不严格
遵从碱基配对原则
? 3,mRNA
携带着 DNA的遗传信息，是
多肽链的合成模板
在 原核 细胞内，存在时间
短，在转录的同时翻译
在 真核 细胞内，较稳定
? 蛋白质合成时,mRNA结合
于核糖体小亚基上，大亚
基结合带氨基酸的 tRNA，
tRNA的反密码子与 mRNA密
码子配对,ATP供能，合成
蛋白质。
三、遗传密码子
? 为一个氨基酸编码进入蛋白质多肽链特定线性位
臵的三个核苷酸单位称为密码子（ Coden）或三联
体密码。
? 密码子的发现
? 统计学方法
? 人工合成仅由一种核苷酸组成的多聚核苷酸，推测由哪一
种氨基酸合成的多肽
? 核糖体结合试验 1965年,Nirenberg用 poly u加入 C14
标记的 20种 aa,仅有苯丙氨酸的寡肽,UUU=苯丙氨酸,用此
法破译了全部密码，编出遗传密码表。
遗传密码
? 遗传密码子的特点
? 无标点、不重叠 密码子是不重叠的，每个三联体中
的三个核苷酸只编码一个氨基酸，核苷酸不重叠使用噬
菌体 ?x174中某些基因之间有重叠现象
? 简并 (degeneracy) 几种密码子对应于相同一种氨基酸。
这些密码子为同义密码子
? 通用性 绝大多数密码子对各种生物都适用，某些线
粒体中遗传密码有例外
? 终止信号 UAG,UAA,UGA
? 起始信号 AUG（真核中起始为 Met、原核中起始为 fMet,
翻译中间为 Met）和 氨酸的密码子 (GUG)(极少出现）
四、蛋白质生物合成过程
? 以 mRNA为模板，氨基酸经活化获得的氨酰 tRNA为原料，
GTP,ATP供能，在核糖体中完成 。
1.氨基酸的活化
? tRNA在氨基酰 -tRNA 合成酶的帮助下, 能够识别相应
的氨基酸, 并通过 tRNA氨基酸臂的 3'-OH 与氨基酸的
羧基形成活化酯－氨基酰 -tRNA。
? 氨基酰 -tRNA的形成是一个两步反应过程：第一步是氨
基酸与 ATP 作用,形成氨基酰腺嘌呤核苷酸； 第二
步是氨基酰基转移到 tRNA 的 3'-OH 端上,形成氨基
酰 -tRNA。
氨基酸活化图示
氨基酸活化的总反应式是：
氨基酰 -tRNA 合成酶
? 氨基酸 + ATP + tRNA + H2O ?? 氨基酰 -tRNA + AMP + PPi
? 每一种氨基酸至少有一种对应的氨基酰 -tRNA 合成酶 。 它
既催化氨基酸与 ATP 的作用,也催化氨基酰基转移到
tRNA。
? 氨基酰 -tRNA 合成酶具有高度的专一性 。 每一种氨基酰 -
tRNA 合成酶只能识别一种相应的 tRNA。
? tRNA 分子能接受相应的氨基酸,决定于它特有的碱基顺
序,而这种碱基顺序能够被氨基酰 -tRNA 合成酶所识别 。
氨基酸的活化
2.在核糖体上合成肽链
? 氨基酰 -tRNA通过反密码臂上的三联体反密码
子识别 mRNA上相应的遗传密码, 并将所携带的
氨基酸按 mRNA遗传密码的顺序安臵在特定的位
臵, 最后在核糖体中合成肽链 。
肽链的合成过程（以原核为例）
? 起始
? 延伸
? 终止与释放
肽链合成的起始
起始密码的识别
首先辨认出 mRNA链上的起
始点（ AUG），核糖体小
亚基上的 16S rRNA和 mRNA
的 SD序列（位于起始位点
上游 4－ 13个核苷酸）结
合
N－甲酰甲硫氨酸－ tRNA
的活化形成
起始复合物的形成 （图示）
肽链的延长
进位 （氨酰 tRNA进入 A位点）
参与因子：延长因子 EFTu（ Tu）,EFTs（ Ts）、
GTP、氨酰 tRNA
肽链的形成
肽酰基从 P位点转移到 A位点，形成新的肽链
移位 （ translocase）
在移位因子（移位酶） EF－ G的作用下，核糖体沿
mRNA（ 5’-3’）作相对移动，使原来在 A位点的肽酰
－ tRNA回到 P位点
核糖体移动方向
P位
点
A位
点
进位
核糖体移位
肽链的形成
延长过程中肽链的生成
肽基转移酶
肽
链
的
延
伸
过
程
肽链合成的终止与释放
识别 mRNA的终止密码子，水解所
合成肽链与 tRNA间的酯键，释放
肽链
R1识别 UAA,UAG
R2识别 UAA,UGA
R3影响肽链的释放速度
RR帮助 P位点的 tRNA残基脱落，而
后核糖体脱落
多核糖体
? 在细胞内一条 mRNA链上结合着多
个核糖体，甚至可多到几百个。
蛋白质开始合成时，第一个核糖
体在 mRNA的起始部位结合，引入
第一个蛋氨酸，然后核糖体向
mRNA的 3’端移动一定距离后，第
二个核糖体又在 mRNA的起始部位
结合，现向前移动一定的距离后，
在起始部位又结合第三个核糖体，
依次下去，直至终止。每个核糖
体都独立完成一条多肽链的合成，
所以这种多核糖体可以在一条
mRNA链上同时合成多条相同的多
肽链，这就大大提高了翻译的效
率
五、真核细胞蛋白质合成的特点
? 核糖体为 80S，由 60S的大亚基和 40S的小亚基组成
? 起始密码 AUG
? 起始 tRNA为 Met－ tRNA
? 起始复合物 结合在 mRNA 5’端 AUG上游的 帽子结构,真
核 mRNA无富含嘌呤的 SD序列（除某些病毒 mRNA外）
? 已发现的真核起始因子有近 9种（ eukaryote Initiation
factor,eIF） eIF4A.eIF4E.P220复合物称为帽子结构结合
蛋白复合物（ CBPC）
? 肽链终止因子（ EF1α EF1βγ ）及释放因子（ RF）
线粒体、叶绿体内蛋白质的合成同于原核细胞
蛋白质合成过程小结
? 肽链合成方向 N C（同位素证明）
? 以 mRNA的 5’-3’方向阅读遗传密码
? 该合成过程是一个耗能过程
肽链的起始需要 5ATP，延长时只需 4ATP，合成一个 n肽
所需能量 4× n＋ 1 ATP，原核生物中，肽链的终止不需
GTP，则合成 n肽所需能量 3× n＋ 1
六、肽链合成后的“加工处理”
1,N端改造 fMet的切除
2,信号肽 （能透膜，进行蛋白质的锚定）的切除
3,氨基酸的修饰 /改造
肽链内或肽链间的二硫键的形成、乙酰化、甲基化
氨基酸残基的修饰（ Pro-OH/Cys-OH）
4.糖基化 （ Asp,Ser,Thr,Asn）
5,某些多肽要经特殊 的酶切一段肽链 后才有生物活性 (如：
胰岛素 )
6,高级结构的形成 在分子伴侣的协助下形成正确的结构
7.锚定（定位）
七、蛋白质生物合成的调节
1.转录水平调节
2.转录后水平调节
3.翻译水平调节
蛋白质合成抑制剂：
抗生素类阻断剂
a,链霉素、卡那霉素、新霉素等,主要抑制革兰氏阴性细菌蛋白质
合成的三个阶段：① 50S起始复合物的形成，使氨基酰 tRNA从复合物中脱落；②
在肽链延伸阶段，使氨基酰 tRNA与 mRNA错配；③在终止阶段，阻碍终止因了与核
蛋白体结合，使已合成的多肽链无法释放，而且还抑制 70S核糖体的介离。
? b.四环素和土霉素
? c.氯霉素
? d.白喉霉素（ diphtheria toxin）
由白喉杆菌所产生的白喉霉素是真核细胞蛋白质合成抑制剂。它对
真核生物的延长因子 -2（ EF-2）起共价修饰作用，生成 EF-2腺苷二
磷酸核糖衍生物，从而使 EF-2失活，它的催化效率很高，只需微量
就能有效地抑制细胞整个蛋白质合成，而导致细胞死亡
? e.亚胺环己酮（放线菌酮）
只抑制真核 60S亚基的肽酰转移酶活性
干扰素对病毒蛋白合成的抑制
愿生物化学为你插上翅膀
在生命科学世界里展翅翱翔
