第十一章 蛋白质的生物合成
第一节 中心法则
解释、说明遗传信息的流动、传递过程。
包括,Replication Transcription Translation
基因的功能,
– 遗传 ——DNA自我复制
– 基因表达 ——活性蛋白质
三种 RNA在蛋白质合成中的功能,
mRNA -- 模板
tRNA -- 氨基酸载体
rRNA -- 场所
自我复制
转录
反转录
自我复制
翻译
蛋白质
Central dogma
(Crick,1958)
第二节 遗传密码
一、遗传单位 /密码单位
? 什么是遗传密码？
指 mRNA中核苷酸的排列顺序。
? 密码子 ——Codon / Triplet code
mRNA上三个相邻的核苷酸序列。 ?WHY?
实验证据, (Nirenberg,1961)
以 14C标记的氨基酸为原料，
– poly U——>由 Phe组成的 多肽
– poly U-G——>Cys-Val相间排列的多肽
– poly A-C——>Trp-His相间排列的多肽
第二节 遗传密码
一、遗传单位 /密码单位
密码子编码什么？ (或：密码子的含义 )
? 氨基酸 ——除 Met外，其它氨基酸都有多个密码子。 ?WHY?
? 终止信号 ——UAG,UAA,UGA
NB 起始密码,AUG （还表示 Met，原核与真核生物有所不同）
判断正误：相邻 3个碱基代表 1个氨基酸？
第二节 遗传密码
二、遗传密码的基本特性 (p 294-297)
? 读码方向, 5’-P端 ?3’-OH端
? 连续性,密码子之间 无间隔 ——若丢失或插入 1个碱基，会 移码突变
? 不重叠,少数 E coli的密码子例外
? 简并性,多种密码子编码同一种氨基酸 (Table 11-1)?WHY?
? 变偶性 \摆动性,密码子的第 3个碱基与反密码子配对时 专一性较小 ??
? 通用性,有个别例外 (e.g,人的线粒体 mRNA密码子与通用的有所不同 )
(Table 11-2,11-3)
特殊密码子：
? 起始密码子,AUG,GUG (仅限于某些低等生物 )
? 终止密码子：不编码任何氨基酸
第三节 核糖体
一、结构组成 (已讲 )
二、形成过程 (略讲 )
三、功能
? 与 mRNA结合, (小亚基 )
? Amino acyl site：与氨基酰 -tRNA结合
? Peptidyl site：与肽基 - tRNA结合
? 肽基转移酶活性,催化肽键形成
? 与 辅助蛋白 结合：（起始因子、延长因子和终止因子）
第四节 蛋白质合成
一、肽链延长方向,N?C
二、氨基酸的活化
1,活化,aa,+ ATP + E ?aa-AMP-E + ppi ?aa活化需要能量！
2,氨酰 -tRNA合成：
aa-AMP-E + tRNA?aa-tRNA + AMP + E
对于原核生物, Met-tRNAf N10-甲酰 FH4 fMet-tRNAf
NB
? aa.接到什么样的 tRNA上去？ ——由 氨酰 -tRNA合成酶 决定
? aa.接到肽链的什么地方去？ ——由 codon-anticodon决定
第四节 蛋白质合成
三、蛋白质多肽链的合成
1,起始密码子识别,AUG (少数为 GUG)
真核生物中，起始与中间的 AUG均代表 Met
原核生物中，起始 AUG代表 fMet(甲酰甲硫氨酸 )，中间的 AUG代表 Met
2,合成过程
? 起始 (initiation)
? 肽链延伸 (elongation),进位、转肽、移位
? 终止与释放 (termination & release)：
核糖体
(c) tRNA脱离
tRNA
(b)肽键生成
(d)移位作用
(a)起始复合物的形成
tRNA
mRNA
蛋白质多肽链的合成
第四节 蛋白质合成
三、蛋白质多肽链的合成
2,合成过程
1,起始,有 三个起始因子参与，分别为 IF1,IF2, IF3
? 30S-IF3 - mRNA (IF3阻止 30S与 50S亚基结合 )
? 30S-IF1-IF2-GTP-fMet-tRNAf –mRNA?再与 50S结合成为 70S的核糖体
? 70S- fMet-tRNAf-mRNA
这时,fMet-tRNAf 占据核糖体的 P位，空着的 A位准备接受下一个
aa-tRNAf 。
第四节 蛋白质合成
三、蛋白质多肽链的合成
2,合成过程
2,肽链延伸, (有三个延长因子 EF-Tu,EF-Ts,EF-G起作用 )
进位, aa-tRNA进入 A位 (NB tRNA的反密码子与 mRNA的 Codon配对 )
需要能量,GTP
转肽, 即肽链形成。在肽酰转移酶作用下,P位上的 fMet-tRNAf的羧基
活化，与 A位上的 NH2形成 (第 1个 )肽键。 --P位空出
移位, 在 GTP和移位酶 (EF-G)G蛋白因子共同作用下，肽链从 A位移到
P位 (1个密码子的距离 )。 --A位空出
不断重复进行以上三个步骤，肽链不断延长。
第四节 蛋白质合成
三、蛋白质多肽链的合成
2,合成过程
3,终止与释放,
RF1,识别 UAA,UAG
三种终止和释放因子起作用,RF2,识别 UAA,UGA
RF3,具 GTP水解酶 活性
肽链延长遇到 终止密码 时，无 aa-tRNA配对，会激活上述终
止因子，并结合到核糖体上,使肽酰转移酶变成水解酶。
——>肽酰 -tRNA的酯键水解，肽链脱落。
试计算：合成含 10个氨基酸的肽链，消耗多少 ATP？
第四节 蛋白质合成
三、蛋白质多肽链的合成
2,合成过程
试计算：合成含 10个氨基酸的肽链，消耗多少 ATP？
? aa.活化 2× 10 = 20 ATP (消耗 2个高能磷酸键,计 2 ATP)
? 1st aa,1 GTP (直接进入 P位 )
? 其余 9 aa,2 × 9 = 18 GTP (重复 进位,转肽,移位 的过程 )
? 20 + 1 + 18 = 39 ATP (活化以后直接消耗的是 GTP)
cf,糖元合成直接消耗的是 UTP，活化形式 UDPG
脂类 (如磷脂 )合成直接消耗的是 CTP，活化形式 CDP-胆碱
tRNA
核糖体
氨基酸
基因表达
第一节 中心法则
解释、说明遗传信息的流动、传递过程。
包括,Replication Transcription Translation
基因的功能,
– 遗传 ——DNA自我复制
– 基因表达 ——活性蛋白质
三种 RNA在蛋白质合成中的功能,
mRNA -- 模板
tRNA -- 氨基酸载体
rRNA -- 场所
自我复制
转录
反转录
自我复制
翻译
蛋白质
Central dogma
(Crick,1958)
第二节 遗传密码
一、遗传单位 /密码单位
? 什么是遗传密码？
指 mRNA中核苷酸的排列顺序。
? 密码子 ——Codon / Triplet code
mRNA上三个相邻的核苷酸序列。 ?WHY?
实验证据, (Nirenberg,1961)
以 14C标记的氨基酸为原料，
– poly U——>由 Phe组成的 多肽
– poly U-G——>Cys-Val相间排列的多肽
– poly A-C——>Trp-His相间排列的多肽
第二节 遗传密码
一、遗传单位 /密码单位
密码子编码什么？ (或：密码子的含义 )
? 氨基酸 ——除 Met外，其它氨基酸都有多个密码子。 ?WHY?
? 终止信号 ——UAG,UAA,UGA
NB 起始密码,AUG （还表示 Met，原核与真核生物有所不同）
判断正误：相邻 3个碱基代表 1个氨基酸？
第二节 遗传密码
二、遗传密码的基本特性 (p 294-297)
? 读码方向, 5’-P端 ?3’-OH端
? 连续性,密码子之间 无间隔 ——若丢失或插入 1个碱基，会 移码突变
? 不重叠,少数 E coli的密码子例外
? 简并性,多种密码子编码同一种氨基酸 (Table 11-1)?WHY?
? 变偶性 \摆动性,密码子的第 3个碱基与反密码子配对时 专一性较小 ??
? 通用性,有个别例外 (e.g,人的线粒体 mRNA密码子与通用的有所不同 )
(Table 11-2,11-3)
特殊密码子：
? 起始密码子,AUG,GUG (仅限于某些低等生物 )
? 终止密码子：不编码任何氨基酸
第三节 核糖体
一、结构组成 (已讲 )
二、形成过程 (略讲 )
三、功能
? 与 mRNA结合, (小亚基 )
? Amino acyl site：与氨基酰 -tRNA结合
? Peptidyl site：与肽基 - tRNA结合
? 肽基转移酶活性,催化肽键形成
? 与 辅助蛋白 结合：（起始因子、延长因子和终止因子）
第四节 蛋白质合成
一、肽链延长方向,N?C
二、氨基酸的活化
1,活化,aa,+ ATP + E ?aa-AMP-E + ppi ?aa活化需要能量！
2,氨酰 -tRNA合成：
aa-AMP-E + tRNA?aa-tRNA + AMP + E
对于原核生物, Met-tRNAf N10-甲酰 FH4 fMet-tRNAf
NB
? aa.接到什么样的 tRNA上去？ ——由 氨酰 -tRNA合成酶 决定
? aa.接到肽链的什么地方去？ ——由 codon-anticodon决定
第四节 蛋白质合成
三、蛋白质多肽链的合成
1,起始密码子识别,AUG (少数为 GUG)
真核生物中，起始与中间的 AUG均代表 Met
原核生物中，起始 AUG代表 fMet(甲酰甲硫氨酸 )，中间的 AUG代表 Met
2,合成过程
? 起始 (initiation)
? 肽链延伸 (elongation),进位、转肽、移位
? 终止与释放 (termination & release)：
核糖体
(c) tRNA脱离
tRNA
(b)肽键生成
(d)移位作用
(a)起始复合物的形成
tRNA
mRNA
蛋白质多肽链的合成
第四节 蛋白质合成
三、蛋白质多肽链的合成
2,合成过程
1,起始,有 三个起始因子参与，分别为 IF1,IF2, IF3
? 30S-IF3 - mRNA (IF3阻止 30S与 50S亚基结合 )
? 30S-IF1-IF2-GTP-fMet-tRNAf –mRNA?再与 50S结合成为 70S的核糖体
? 70S- fMet-tRNAf-mRNA
这时,fMet-tRNAf 占据核糖体的 P位，空着的 A位准备接受下一个
aa-tRNAf 。
第四节 蛋白质合成
三、蛋白质多肽链的合成
2,合成过程
2,肽链延伸, (有三个延长因子 EF-Tu,EF-Ts,EF-G起作用 )
进位, aa-tRNA进入 A位 (NB tRNA的反密码子与 mRNA的 Codon配对 )
需要能量,GTP
转肽, 即肽链形成。在肽酰转移酶作用下,P位上的 fMet-tRNAf的羧基
活化，与 A位上的 NH2形成 (第 1个 )肽键。 --P位空出
移位, 在 GTP和移位酶 (EF-G)G蛋白因子共同作用下，肽链从 A位移到
P位 (1个密码子的距离 )。 --A位空出
不断重复进行以上三个步骤，肽链不断延长。
第四节 蛋白质合成
三、蛋白质多肽链的合成
2,合成过程
3,终止与释放,
RF1,识别 UAA,UAG
三种终止和释放因子起作用,RF2,识别 UAA,UGA
RF3,具 GTP水解酶 活性
肽链延长遇到 终止密码 时，无 aa-tRNA配对，会激活上述终
止因子，并结合到核糖体上,使肽酰转移酶变成水解酶。
——>肽酰 -tRNA的酯键水解，肽链脱落。
试计算：合成含 10个氨基酸的肽链，消耗多少 ATP？
第四节 蛋白质合成
三、蛋白质多肽链的合成
2,合成过程
试计算：合成含 10个氨基酸的肽链，消耗多少 ATP？
? aa.活化 2× 10 = 20 ATP (消耗 2个高能磷酸键,计 2 ATP)
? 1st aa,1 GTP (直接进入 P位 )
? 其余 9 aa,2 × 9 = 18 GTP (重复 进位,转肽,移位 的过程 )
? 20 + 1 + 18 = 39 ATP (活化以后直接消耗的是 GTP)
cf,糖元合成直接消耗的是 UTP，活化形式 UDPG
脂类 (如磷脂 )合成直接消耗的是 CTP，活化形式 CDP-胆碱
tRNA
核糖体
氨基酸
基因表达
