Chapter38 蛋白质的合成与转运
蛋白质的生物合成?
Protein biosynthesis
Chapter38 蛋白质的生物合成与转

Protein biosynthesis ( 翻译 Translation) 一,蛋白质合成的分子基础
? 参与蛋白质生物合成的物质
? 翻译 ----以 mRNA为模板合成蛋白质
? mRNA----模板
? rRNA----构成核糖体作为蛋白质合成场所
? tRNA----搬运工具
? 氨基酸 ----原料
? 蛋白质因子 (起始因子 IF,延伸因子 EF,释放因子 RF,
等等 )
? 酶 ----氨基酰 -tRNA合成酶,转肽酶,转位酶,等
? 无机离子 ----Mg++
Chapter38 蛋白质的生物合成与转

Protein biosynthesis ( 翻译 Translation) 一,蛋白质合成的分子基础
(一) mRNA是翻译的直接模板
?原核生物与真核生物 mRNA的区别
–(真核)单顺反子 (原核)多顺反子
–(真核) 5′端帽子结构 3′端 polyA尾巴
?三联体密码 ----mRNA上每三个相邻的碱基构成一个遗传密
码,决定一种氨基酸,
蛋白质生物合成的本质是四种核苷酸上所携带的遗传信
息转变为由二十种氨基酸组成的多肽的过程。
Chapter38 蛋白质的生物合成与转

Protein biosynthesis ( 翻译 Translation) 一,蛋白质合成的分子基础
(二) tRNA转运活化的氨基酸至 mRNA模板上
? tRNA的反密码子环与 mRNA的密码配对
? tRNA的 3--端 CCA--OH是氨基酸的结合位点
? 氨基酰 -tRNA合成酶具有绝对专一性和 校正活性
? 氨基酰 -tRNA的写法
Arg-tRNAarg fMet-tRNAfmet
Met-tRNAimet Met-tRNAemet
Chapter38 蛋白质的生物合成与转

Protein biosynthesis ( 翻译 Translation) 一,蛋白质合成的分子基础
(三)核糖体是肽链合成的场所
核糖体由大,小亚基构成
原核生物,70s (30s,50s)
真核生物,80s (40s,60s)
Chapter38 蛋白质的生物合成与转

Protein biosynthesis ( 翻译 Translation) 一,蛋白质合成的分子基础
(三)核糖体是肽链合成的场所
? 多聚核糖体
? 在一条 mRNA链上,多个核糖体呈串珠状
排列(间隔 80个核苷酸),多个核糖体同
时在一条 mRNA上进行翻译,
? 大大加速蛋白质合成的速度,提高了 mRNA
的利用率
Chapter38 蛋白质的生物合成与转

Protein biosynthesis ( 翻译 Translation) 二,蛋白质生物合成过程(翻译的步骤)
(一)肽链延伸的方向及速度
应用放射性同位素示踪技术证明多肽链的合成是从 N-端向
C端进行的。
(二) mRNA上翻译的方向
mRNA上信息的阅读(翻译)是从 mRNA的 5’末端向
3’末端进行的。在细胞内常见转录与翻译同时进行。
Chapter38 蛋白质的生物合成与转

Protein biosynthesis ( 翻译 Translation) 二,蛋白质生物合成过程(翻译的步骤)
(三) 氨基酸的活化(氨酰 -tRNA的合成)
氨基酸 + t R N A 氨基酰 - t R N A
氨基酰 - t R N A 合成酶
A T P A M P + P P i
氨酰 -tRNA合成酶 的特点,( 1) 每种氨基酸都有一个专一的
酶和 tRNA ;( 2)只作用于 L-氨基酸
以上这种严格的专一性大大减少多肽合成中的差错。
(三)肽链合成过程
? 1,翻译的起始
? 蛋氨酰 -tRNA与 mRNA结合到核糖体形成起始复合物
? (1)起始复合物的生成
3 0 S
50 S
7 0 S
I F 3 I F1
30S
IF3 IF1
50S
A U G
fM et -t RN Afme t
IF 3 IF 1
AUG
Met
I F 3 I F 1 I F 2
AUG
M e t
AUG
S--D序列 ----mRNA起始密码前的一
段富含嘌呤核苷酸的序列,(9-12bp)
5′-AGGAPuPuUUUPuPuAUG-3′
( 2)起始因子 IF和 eIF
? (3) 真核生物翻译起始的特点
? eIF 1~11
? 蛋氨酰 -tRNAimet
? mRNA的 5′端有帽子结构,3′端有 polyA
? 核糖体为80S
? 先结合上 蛋氨酰 -tRNAimet,再结合 mRNA
M e t
AUG
8 0 S
( 4) tRNA对密码子的识别 —— 反密码子的作用
氨基酸臂
tRNA凭借自身的反密码
子与 mRNA分子上的密码
子相识别而把所携带的氨
基酸送到肽链的一定位置
上。 三叶草型二级结构
折叠成倒写 L-型三维结构
反密码子与密码子结合时,二者的
方向相反,是从 mRNA的 5’末端向 3’末端
进行阅读,mRNA密码子的第一、二、三
位碱基与 tRNA反密码子的第三、二、一
位碱基相对应。密码子的第一、二位碱
基与反密码子的第三、二位碱基严格配
对,而其第三位碱基与反密码子第一位
碱基配对则不严格,可出现 U— I,I— C、
I— A等配对摆动现象,叫, 摆动配对, 。
8 0 S 核糖体 + e I F 3
4 0 S 小亚基 e I F 3 +6 0 S 大亚基
e I F 4
M e t - t RN A
i
m e t
+ G T P + e I F 2
M e t - t RN A
i
m e t -
e I F 2 - G T P
辅 e I F 2
4 0 S - M e t - t RN A
i
m e t
- G T P -
4 0 S - M e t - t RN A
i
m e t
- m RN A - G T P
e I F 1
e I F 4 A,4 B
e I F 4 E ( 帽结合因子 )
m RN A
A T P
A D P +P i
e I F 5
e I F 5
G D P +P i
8 0 S - M e t - t RN A
i
m e t
- m RN A
e I F 4 D
活化 8 0 S 起始复合物
M e t
AUG
8 0 S
? 2、肽链的延长
? 延长因子 (EF)
原核生物 功能 真核生物
EF-T u 协助氨基酰 - tR N A 进入 EF-1
E F-T s A 位;结合 G T P ( α β γ )
E F-G 转位酶,协助 m R N A 前移
由 A 位进入 P 位;游离 EF-2
tR N A 的释放
核糖体循环, 进位,成肽,移位
? ( 1)进位 氨基酰- tRNA进入 A位,需
要 EF-T协助 ( -GTP)
E F - T + G T P + A A - t R N A A A - t R N A T u- G T P + T s
A A - t R N A - m R N AT u - G D P +
Pi
m R N A
Pi
G T P
T s
? ( 2) 成肽
? 转肽酶
? ( 3)移位 移位酶 (消耗 1分子 GTP)
? mRNA向前移动一个密码子的位置
? 耗能
O
C
C H
N H
2
O
R
O
C
C H
N H
2
O
H
3
C S C H
2
C H
2
O
C
C H
N H
C
C H
O
O
H
3
C S C H
2
C H
2
R
A 位 P 位 A 位P 位
转肽酶
N H
2
? 3、肽链合成的终止
? 终止密码的辨认,肽链从肽链 -tRNA上水解出,
mRNA从核糖体中分离,大小亚基拆开。
? 都需要 RF(1,2,3)和 RR参与终止,
? RF的作用是
? 辨认终止密码
? 促进肽链 C端与 tRNA3-OH酯键的水解。
? RR的作用
? 把 mRNA从核蛋白体上游离出来
? 原核生物,
? RF-1识别 UAA及 UAG
? RF-2识别 UAA及 UGA
? RF-3
? 能促进 RF-1和 RF-2对核糖体的结合。
? 是酯酶的激活物
? 转肽酶 酯酶活性
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Protein biosynthesis ( 翻译 Translation) 三,蛋白质的运输及翻译后的修饰
? (一)翻译后加工 --肽链从核蛋白体释放
后,经过细胞内各种修饰处理过程,成为
有活性的成熟蛋白质
? 1、高级结构的修饰
? ( 1)亚基聚合
? 四级结构 Hb(α2β2)
? ( 2)辅基连接
? 结合蛋白
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Protein biosynthesis ( 翻译 Translation) 三,蛋白质的运输及翻译后的修饰
(一)翻译后加工
2、一级结构的修饰
? ( 1)切除 N-端的甲酰基或 N-蛋氨酸, 脱甲酰基酶或氨基肽酶
? ( 2)个别氨基酸的修饰
? 羟脯氨酸,羟赖氨酸的羟化 ;
? 含 -OH的丝氨酸,苏氨酸,酪氨酸的磷酸化 ;
? 多肽链二硫键的形成
? ( 3)水解修饰 鸦片促黑皮质素原 (POMC)
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Protein biosynthesis ( 翻译 Translation) 三,蛋白质的运输及翻译后的修饰
(二)蛋白质合成后的靶向输送
1,蛋白质合成后的去向
? 留在胞浆
? 进入核、线粒体或其它细胞器
? 分泌至体液,输送至靶器官
? 靶向输送 --蛋白质合成后,定向地
到达其执行功能的目标地点
Chapter38 蛋白质的生物合成与转

Protein biosynthesis ( 翻译 Translation) 三,蛋白质的运输及翻译后的修饰
(二)蛋白质合成后的靶向输送
2,分泌性蛋白质
? 蛋白质透过膜性结构的条件
? 信号肽
? 蛋白质自身的结构特点
? 转运的机构
蛋白质一经产生,去向就被决定。通过安装
一段信号序列,被信号识别体识别和固定。
信号肽与信号肽的识别
? N-端的一段疏水氨基酸 10~ 40
? N端 带正电荷的碱性氨基酸
? 疏水核心区 中性氨基酸
? C端 小分子氨基酸(信号肽酶裂解部位)
? 多数为酶原
N C
信号肽
103 肽
A C T H
β - L T
β - M S H
E nd op hi n
α - M S H
四,蛋白质生物合成的干扰和抑制
? 1、抗生素
抗生素 作用点 作用原理
四环素族 核蛋白体小亚基 阻碍氨酰 - tRNA 与小亚基结合
( 金霉素,四环素,土霉素 ) (3 0 S,4 0 S ) 不能透过真核细胞膜
链霉素,新霉素,卡那霉素 3 0 S 亚基 抑制启动 ; 引起读码错误
氯霉素,林可霉素 5 0 S 亚基 抑制转肽酶活性
嘌呤霉素 真核生物 抑制转肽酶
放线菌酮 与酪氨酰 - tRNA 结构类似 干扰翻译
四,蛋白质生物合成的干扰和抑制
2、干扰蛋白质生物合成的生物活性物质
? 白喉毒素 对真核生物剧毒
? 可对 EF-2起共价修饰作用
? 干扰素 (interferon,IF)是细胞感
染病毒后产生的一类蛋白质。可抑
制病毒繁殖,保护宿主。
干扰素 + 双链 R N A
多个 A T P
2 ′ 5 ′ p p p A ( pA ) n ( 2 ′ 5 ′ )
2 ′ 5 ′ A 合成酶
核酸内切酶
(无活性)
核酸内切酶
(无活性)
核酸内切酶
(有活性)
m R N A
降解
蛋白激酶
(无活性)
蛋白激酶
(有活性)
e I F - 2 - -Pi
蛋白质合成启动受抑制
A T P
本章小节
? 1, 掌握 遗传密 码的特点, mRNA,
tRNA 及核糖体在蛋白质合成中的作用 。
? 2,熟悉 核糖体循环 。
? 3,了解蛋白质生物合成的主要过程 。 蛋
白质翻译后加工, 抗生素对翻译的抑制作
用 。
思考题
? 1,下列关于氨基酸密码子的描述哪一项
是错误的?
? A,密码子有种属特异性, 故不同生物
合成不同的蛋白质
? B,密码子阅读有方向性, 5′ → 3′
? 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,密码子第三位碱基在决定掺入氨基
酸的特异性方面重要性较小
? 2,下列关于蛋白质合成的描述哪一项是
错误的?
? A,氨基酸须活化成活性氨基酸
? B,氨基酸的羧基被活化
? C,体内所有的氨基酸都有密码
? D,活化的氨基酸被搬运到核糖体上
? E,tRNA的反密码子与 mRNA密码子按碱
基配对原则结合
? 3、名词解释,翻译 ;遗传密码的简并性
三联体密码
? 4、试述核酸在蛋白质合成中的作用 。
? 5、试述蛋白质翻译后加工的生物学意义,
并列出有哪些加工方式?