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,第14章 蛋白质生物合成,1/45,引 言,2/45,引 言,中心法则补充与完善,3/45,在细胞分裂过程中，经过,DNA,复制把遗传信息由亲代传递给子代；,在子代个体发育过程中，遗传信息由,DNA,传递到,RNA，,然后翻译成特异蛋白质，表现出与亲代相同遗传性状。这种遗传信息流向，称为,中心法则,。,中心法则,引 言,DNA,RNA,蛋白质,转录,翻译,复制,狭义中心法则,4/45,在一些情况下，,RNA,也是主要遗传物质，如,RNA,病毒中,RNA,含有自我复制能力，并同时作为,mRNA,指导蛋白质生物合成。,在致癌,RNA,病毒中，,RNA,还以逆转录方式将遗传信息传递给,DNA,分子。,中心法则补充与完善,引 言,中心法则,RNA,DNA,蛋白质,转录,翻译,复制,反转录,RNA,复制,5/45,复制：,以亲代,DNA,分子双链为模板，按照碱基配正确标准，合成出与亲代,DNA,分子相同双链,DNA,过程。,引 言,转录：,以,DNA,分子中一条链部分片段为模板，按照碱基配对标准，合成出一条与模板,DNA,链互补,RNA,分子过程。,翻译：,把,mRNA,上遗传信息按照遗传密码转换成蛋白质中特定氨基酸序列过程。“翻译”又叫“转译”。,中心法则补充与完善,几个基本主要概念,6/45,第一节 蛋白质合成体系组分,蛋白质合成是一个十分复杂过程，,蛋白质合成要求100各种大分子物质参加和相互协作，这些大分子物质包含,rnRNA、tRNA、,核糖体、各种活化酶及各种蛋白质因子。,蛋白质合成不只是氨基酸之间形成肽键问题，更主要在于安排氨基酸排列次序，以形成千差万别蛋白质。,7/45,一、遗传密码,mRNA,是蛋白质合成过程中直接指令氨基酸参入模板。那么,mRNA,上遗传信息是怎样传递给蛋白质？即,mRNA,核苷酸序列是怎样对应于蛋白质中氨基酸序列？其对应关系来自,遗传密码,。,mRNA(,或,DNA),中核苷酸序列与蛋白质中氨基酸序列之间对应关系，称为遗传密码。,mRNA(,或,DNA),中三个连续核苷酸可编码一个氨基酸，这种核苷酸三联体称为密码子。,8/45,一、遗传密码,1954年物理学家,G.Gamov,首先对遗传密码进行探讨。蛋白质由20种基本氨基酸组成，而,mRNA,只含有4种核苷酸，由4种核苷酸组成序列是怎样决定多肽链中多至20种氨基酸序列呢？显然，在核苷酸和氨基酸之间不能采取简单一对一对应关系。2个核苷酸决定一个氨基酸也只能编码16种氨基酸，假如用3个核苷酸决定一个氨基酸，4,3,=64，就足以编码20种氨基酸了，这说明可能需要3个或更多个核苷酸编码一个氨基酸。,9/45,10/45,一、遗传密码,1961年,Francis Crick,及其同事遗传试验深入必定3个碱基编码一个氨基酸，此三联体碱基即称为密码子。他们研究,T4,噬菌体,位点,A,和,B,两个顺反子变异影响，这两个基因与噬菌体能否感染大肠杆菌,株相关。,他们研究发觉，在上述位点缺失一个核苷酸产生突变体，不能感染大肠杆菌,株。,11/45,一、遗传密码,碱基序列,CAT,CAT,CAT,CAT,CAT,CAT,1,CAT,CA,C,ATC,ATC,ATC,ATC,1,1,CAT,CA,C,A,X,T,CAT,CAT,CAT,2,CAT,X,CA,X,TC,ATC,ATC,AT,3,CA,X,T,X,C,AT,X,CAT,CAT,CAT,缺失或插入核苷酸引发三联体密码改变,12/45,一、遗传密码,13/45,在理论上，遗传密码能够经过简单比较,mRNA,碱基序列及其所编码多肽氨基酸序列进行确定，然而在 20 世纪 60 年代，此方法不可行，因为当初分离,mRNA,并测定其序列方法还未建立。,2.遗传密码解读,一、遗传密码,14/45,1961年,Nirenberg,等用大肠杆菌无细胞体系，外加 20 种氨基酸混合物（其中有一个氨基酸被同位素标识）及,poly U，,经保温反应后，得到了被标识苯丙氨酸多聚体，从而证实,poly U,起了信使,RNA,作用，,UUU,是编码苯丙氨酸密码子。用一样方法证实,CCC,编码脯氨酸，,AAA,编码赖氨酸。这么，这三个密码子最早被解译出来了。,2.遗传密码解读,一、遗传密码,15/45,Nirenberg,和,Ochoa,等又深入用两种核苷酸或三种核苷酸共聚物作模板，重复上述试验。比如，用,U,和,G,随机排列组成共聚物能够出现 8 种不一样三联体，即,GGG，GGU，GUG，UGG，UUG，UGU，GUU，UUU。,酶促合成共聚核苷酸时，依据加入核苷酸底物百分比能够计算出各种三联体出现频率，而标识氨基酸掺入新合成肽链相对量与三联体密码出现频率相符合,2.遗传密码解读,一、遗传密码,16/45,2.遗传密码解读,一、遗传密码,UUU,GUU,GGU,17/45,2.遗传密码解读,一、遗传密码,UUU,GUU,GGU,1964,年,Nirenberg,等发觉在无蛋白质合成情况下，三联核苷酸能促进特异,tRNA,与核糖体结合。比如，加入,pUpUpU,促进脯氨酸,tRNA,与之结合，,pApApA,促进赖氨酸,tRNA,与之结合。,深入要处理问题是密码子中三个碱基排列次序,18/45,2.遗传密码解读,一、遗传密码,UUU,GUU,GGU,将结合氨酰-,tRNA-,三核苷酸-,核糖体吸附在硝酸纤维素滤膜上，这么，凡是结合在核糖体（带特定氨基酸）上,tRNA,分子在经过硝酸纤维素滤膜时被截留下来，而未结合,tRNA,则可经过。因为,三核苷酸模板只能与一定,tRNA,对应，而一定,tRNA,又只与特定氨基酸结合，所以只要带标识氨基酸被,滤膜，就能够测出三联体对应氨基酸密码子。,19/45,2.遗传密码解读,一、遗传密码,UUU,GUU,GGU,利用此系统，经过合成全部,64,种可能三联体，测定每种三联体对,20,种氨基酸对应,tRNA,与核糖体结合影响，已使,50,各种密码子被解译出来。但还有一些三联体编码氨基酸不能必定，需要用其它方法来破译。,20/45,2.遗传密码解读,一、遗传密码,UUU,GUU,GGU,与此同时，,Khorana,应用合成含有重复序列多核苷酸如,UCUCUCUC,进行体外蛋白质人工合成，发觉产物为丝氨酸与亮氨酸交替出现多肽：,Ser,Leu,Ser,Leu，,说明,UCU,编码丝氨酸，而,CUC,编码亮氨酸。,21/45,2.遗传密码解读,一、遗传密码,UUU,GUU,GGU,当一合成三联核苷酸重复序列，如,poly（UUC）,作模板时，因为阅读框架不一样，得到产物是三种不一样均聚多肽：多聚苯丙氨酸、多聚丝氨酸和多聚亮氨酸，说明,UUC,编码苯丙氨酸、,UCU,编码丝氨酸、,CUU,编码亮氨酸。,经过分析各种两个和三个核苷酸重复序列编码多肽，确认了许多密码子一致性并填补了遗漏遗传密码,。,22/45,蛋白质合成是从氨基端到羧基端还是从羧基端到氨基端,UUU,GUU,GGU,1961年,Dintzis,等人用,3,H-,亮氨酸作标识分析了兔网织红细胞无细胞体系中血红蛋白生物合成过程。血红蛋白分子含有较多亮氨酸，而且其氨基酸次序是已知。他们将活跃进行血红蛋白合成网织红细胞（不成熟红细胞）与,3,H,亮氨酸较低温度(15)保温，以降低合成速度。在4,60分钟内，按不一样时间间隔取网织红细胞样品，将其中带有标识蛋白质分离出来，将,和,链分开，并用胰蛋白酶水解肽链，生成肽段再用纸层析分离，并测定所含放射性强度。,23/45,UUU,GUU,GGU,深入证实,蛋白质合成方向问题？,图,14-7,标识氨基酸掺入血红蛋白,-,链羧基末端图解,24/45,2.遗传密码解读,一、遗传密码,UUU,GUU,GGU,25/45,26/45,密码无标点性、无重合性,3.遗传密码特点,密码子简并性,一个氨基酸能够有几个不一样密码子特征,。,同义密码子,：编码同一个氨基酸一组密码子。,注意：,Trp,和,Met,只有一个密码子。,Leu、Arg、Ser,都有6个密码子。,ATG,CGG,AAA,TGG,CCG,AAT,GAT,一、遗传密码,27/45,密码子通用性和例外,密码子通用性是指生物细胞共同使用同一套遗传密码字典。只有在一些线粒体中使用遗传密码与通用密码有所区分。所以说遗传密码基本通用，但非绝对通用。,一、遗传密码,3.遗传密码特点,28/45,起始密码子和终止密码子,在64个密码子中，有3个密码子不编码任何氨基酸，从而成为肽链合成终止信号，称为终止密码子或无义密码子，它们是,UAA、UAG、UGA,。,其余61个密码子均编码不一样氨基酸，其中,AUG,既是,Met,密码子，又是肽链合成起始信号，称为起始密码子。,一、遗传密码,密码子摆动性,密码子专一性主要是由前两位碱基决定，而第三位碱基有较大灵活性。,3.遗传密码特点,29/45,二、,mRNA,mRNA,功效结构,mRNA,上能够编码一条多肽链合成区段叫做,编码区,。,原核生物,mRNA：,其一条,mRNA,链可编码多个多肽链，称为,多顺反子,mRNA。,编码区第一个密码子必定是,AUG，,最终一个密码子必定是,UAA,或,UAG,或,UGA，,从第一个密码子到最终一个密码子之间间隔3,n,个核苷酸。,3非编码区,5非编码区,编码区,非编码区,编码区,非编码区,编码区,30/45,二、,mRNA,真核生物,mRNA：,其一条,mRNA,链只能编码一个多肽链，称为,单顺反子,mRNA。,编 码 区,5非编码区,帽子,PolyA,尾巴,3非编码区,mRNA,功效结构,31/45,三、,核糖体,核糖体是合成蛋白质场所。,1955年，,Paul Zamecnik,经过试验确认核糖体是蛋白合成场所。他将放射性同位素标识氨基酸注射到小鼠体内，经短时间后取出肝脏，制成匀浆，离心后分成细胞核、线粒体、微粒体和可溶部分。发觉微粒体中放射性强度最高，若将微粒体部分深入分级分离，可在核糖体中大量回收到所掺入放射性，这说明核糖体是合成蛋白质部位。,1.,核糖体存在部位,32/45,三、,核糖体,真核生物核糖体一部分在细胞质中呈游离状态，另一部分与内质网结合，形成粗面内质网。另外在其线粒体和叶绿体中也有核糖体。,原核生物核糖体存在于细胞质中；,核糖体是一个巨大核糖核蛋白体,33/45,2.,核糖体组成,核糖体,rRNA,蛋白质,原核生物,70,S,30,S,16,S,21,种,50,S,23,S、5S,34,种,真核生物,80,S,40,S,18,S,30-32,种,60,S,28,S、5S、5.8S,36-50,种,三、,核糖体,34/45,2.,核糖体组成,三、,核糖体,A three-dimensional model for the,E.coli,ribosome,35/45,mRNA,结合部位：,大小亚基之间存在一条细沟，用于接纳,mRNA；,另外，小亚基16,S rRNA,能够与,mRNA,相互作用，从而参加,mRNA,与核糖体结合。,3.,核糖体上活性部位,(1)结合部位,三、,核糖体,36/45,3.,核糖体上活性部位,tRNA,结合部位：有2个,氨酰基部位（,A,位,）氨酰,tRNA,结合部位；,肽基部位（,P,位,）正在延长多肽基,tRNA,结合部位；,tRNA,这两个结合部位有一小部分在30,S,亚基内，大部分在50,S,亚基内。,三、,核糖体,37/45,催化肽键形成部位：,称为肽基转移酶，又叫转肽酶。位于大亚基上。,1992年发觉该活性是由23,S rRNA,提供。,3.,核糖体上活性部位,(2)催化部位,催化,GTP,水解部位：,位于大亚基上，在核糖体移位期间将,GTP,水解成,GDP,和,Pi。,(1)结合部位,三、,核糖体,38/45,四、,tRNA,The general structure of tRNA molecules,39/45,四、,tRNA,Ribbon diagram of tRNA tertiary structure,40/45,四、,tRNA,被特定氨酰-,tRNA,合成酶所识别。,识别,mRNA,链上密码子，这是因为,tRNA,上有3个特定碱基组成一个反密码子与,mRNA,链上密码子配对，确保氨基酸按,mRNA,碱基次序入号。,tRNA,将多肽链联结在核糖体上。,tRNA,功效,41/45,五,、,辅助,因子,在蛋白质合成体系中，还有溶解在胞质中蛋白质，在蛋白质合成不一样阶段起作用，分别有：,起始因子（,IF）,：,原核生物中有,IF1、IF2、IF3,延长因子（,EF）,：,原核生物中有,EF-Tu、EF-Ts、EF-G,终止因子（,RF）,：,原核生物中有,RF1、RF2、RF3,蛋白质因子,42/45,五,、,辅助,因子,ATP、GTP、Mg,2+,其它因子,43/45,知识窗,抗生素,抗生素在治疗人类疾病方面含有非常主要作用。大多数抗生素是经过阻断原核生物蛋白质合成而抑制或杀死病原菌。如链霉素与原核细胞30,S,核糖体相结合，可引发密码错读，从而抑制病原细胞生长。氯霉素是第一个广谱性抗生素，能抑制细菌50,S,核糖体亚基肽酰转移酶活性，但因为线粒体核糖体对氯霉素也敏感，所以氯霉素含有一定毒副作用，在临床上只限用于严重感染者。,44/45,四环素能与核糖体小亚基相互作用，从而抑制了氨酰,-,tRNA,反密码子结合，但当前四环素抗性菌株已经很常见，主要原因是细菌细胞膜对四环素通透性降低了。,白喉是一个由白喉棒状杆菌感染引发疾病，白喉棒状杆菌能分泌一个由噬菌体编码白喉毒素。白喉毒素与,eEF,2,结合，能够抑制肽链移位作用。能够经过免疫接种类毒素（甲醛灭活毒素）来预防这种疾病。患白喉病人也能够用抗毒素马血清（可与白喉毒素结合）治疗，同时结合抗生素反抗病菌感染。,45/45,
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