生物化学核酸与蛋白质合成考研辅导2010.ppt

生物化学-Biochemistry核酸与蛋白质生物合成考研辅导核酸与蛋白质生物合成考研辅导主讲教师：张丽霞主讲教师：张丽霞大庆师范学院生命科学学院大庆师范学院生命科学学院中心法则复制复制DNA1964-1970 发现劳氏肉瘤病毒的遗传信息传递方式：逆转录。1958年，Crick提出中心法则：遗传信息的单向流动。复制复制DNA翻译翻译蛋白质蛋白质转录转录逆转录逆转录复制复制RNA复制复制DNA 复制：以亲代DNA或RNA为模板，根据碱基配对的原则，在一系列酶的作用下，生成与亲代相同的子代DNA或RNA的过程。几个基本概念 逆转录：以RNA为模板，在逆转录酶的作用下，生成DNA的过程。翻译：亦叫转译，以mRNA为模板，将mRNA的密码解读成蛋白质的氨基酸顺序的过程。转录：以DNA为模板，按照碱基配对原则合成RNA，即将DNA所含的遗传信息传给RNA，形成一条与DNA链互补的RNA的过程。一、DNA半保留复制的机理n1dATPn2dGTPn3dCTPn4dTTPRNA引物DNA模板Mg2+Mn2+DNA聚合酶DNA+（n1+n2+n3+n4)PPi二、DNA的复制规律以亲代DNA双链为模板，以碱基互补方式合成子代DNA，这样新形成的子代DNA中，一条链来自亲代DNA，而另一条链则是新合成的，这种复制方式叫半保留复制。(一）、半保留复制1 1、概念、概念 1958年，Meselson&stahl用同位素N15标记大肠杆菌DNA,证明了半保留复制。2、DNA的半保留复制实验依据3、DNA的半保留复制的生物学意义 DNA在代谢上的稳定性并非指DNA是一种惰性物质。DNA的半保留复制表明DNA在代谢上的稳定性，是保证亲代的遗传信息稳定地传递给后代必要措施。（二）、DNA复制的主要方式原核生物（细菌、病毒）：一个复制起点，双向复制为主，也有单向（某些质粒等）；真核生物：多个复制起点，双向复制为主，也有单向（细胞器DNA）。在特定的部位开始，单向或双向进行。（三）、复制需要RNA引物。（四）、子链DNA延伸方向：53方向 引物上核糖的3-OH能与其它的核苷酸的磷酸以3、5磷酸二酯键相连。前导链前导链滞后链滞后链冈崎片段冈崎片段前导链：以3 5 方向的亲代链为模板连续合成的子代链。滞后链：以5 3方向的亲代链为模板的子代链先逆复制叉移动方向合成冈崎片段，再连接成滞后链。（五）、DNA复制的半不连续性（六）、原核生物DNA聚合反应有关的酶类解旋酶解旋酶DNA聚聚合酶合酶III解解链酶链酶RNA引物引物引物酶引物酶和引发和引发体体DNA聚合酶聚合酶ISSB335355RNA引物引物DNA聚合酶聚合酶35533553大肠杆菌三种大肠杆菌三种DNADNA聚合酶比较聚合酶比较DNA聚合酶聚合酶分子量分子量每个细胞的分子统计数每个细胞的分子统计数5-3 聚合酶作用聚合酶作用3-5 核酸核酸外切酶外切酶作用作用5-3 核酸核酸外切酶外切酶作用作用转化率转化率DNA聚合酶聚合酶109，000400+1120，000100+-0.05400，00010-20+-50比较项目比较项目DNA聚合酶聚合酶切除引物切除引物修复修复修复修复复制复制功能功能 1999年发现聚合酶年发现聚合酶 和和，它们涉及，它们涉及DNA的错误倾向的错误倾向修复（修复（errooune repair）DNA聚合酶聚合酶分子量分子量每个细胞的分子统计数每个细胞的分子统计数5-3 聚合酶作用聚合酶作用3-5 核酸核酸外切酶作用外切酶作用5-3 核酸核酸外切酶作用外切酶作用转化率转化率DNA聚合酶聚合酶120，000100+-0.05400，00010-20+-50比较项目比较项目DNA聚合酶聚合酶切除引物切除引物修复修复修复修复复制复制功能功能DNADNA聚合酶聚合酶异二聚体异二聚体DNADNA聚合酶聚合酶 两个两个 亚基夹住亚基夹住DNADNA 大肠杆菌DNA聚合酶全酶的结构和功能延长因子延长因子核心酶核心酶校对校对引物的结引物的结合和识别合和识别促使核心促使核心酶二聚化酶二聚化Arthur Kornberg Arthur Kornberg 1918 Stanford University Stanford University Stanford,CA,USAStanford,CA,USA The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1959for their discovery of the mechanisms in the biological synthesis of ribonucleic acid and deoxyribonucleic acid 引发体可以沿模板链5 3方向移动,具有识别合成起始位点的功能，移动到一定位置上即可引发RNA引物的合成。移动和引发均需要ATP提供能量。引发体的移动与复制叉移动的方向相同，与冈崎片段的合成方向相反。引物合成酶与引发前体 引物合成酶：催化引物RNA的生成。引发前体:它由多种蛋白质组成，可与引发酶结合组装成引发体。DNA连接酶：连接DNA双链中的单链切口作用特点：大肠杆菌和其它细菌的DNA连接酶要求NAD+提供能量；在高等生物和噬菌体中，则要求ATP提供能量。DNA连接酶在DNA复制、损伤修复、重组等过程中起重要作用。解螺旋酶（解链酶）解螺旋酶（解链酶）单链结合蛋白单链结合蛋白(SSB)拓扑异构酶（七）、参与DNA复制的酶与蛋白因子总览图三、原核生物 DNA的复制过程（以大肠杆菌为例）复制的终止 复制的起始识别起始位点 DNA解链 RNA引物的合成 链的延伸（一）复制起始（一）复制起始1、拓扑异构酶解开超螺旋。2、DnaA蛋白识别并在ATP存在下结合于四个9bp的重复序列。3、在类组蛋白（HU、ATP参与下,DnaA蛋白与13个bp的重复序列,形成开链复合物。4、DnaB借助于水解ATP产生的能量在DnaC的帮助下沿5 3 方向移动，解开DNA双链，形成前引发复合物。5、单链结合蛋白结合于单链。6、引物合成酶（DnaG蛋白）开始合成RNA引物。(二)链的延长（冈崎片段的合成）真核生物的冈崎片段为：100-200bp 原核生物的冈崎片段为：1000-2000bp DNADNA链的延伸链的延伸 在DNA聚合酶的催化下，以四种5-脱氧核苷三磷酸为底物，在RNA引物的3端以磷酸二酯键连接上脱氧核糖核苷酸并释放出焦磷酸。DNA链的延伸同时进行前导链和滞后链的合成。两条链方向相反。前导链 滞后链 冈崎片段 半不连续复制冈崎模型冈崎片段引物的切除、缺口的填补和切口的连接:(三)复制的终止：新链与各自的模板链组成双螺旋顺时针终止陷阱顺时针终止陷阱逆时针终止陷阱逆时针终止陷阱 TerTer:终止陷阱，引起复制终止的特定区域，终止陷阱，引起复制终止的特定区域，20bp20bp的序列，终止的序列，终止利用物质利用物质TusTus可识别并结合，从而导致可识别并结合，从而导致DNADNA复制的终止。复制的终止。三、DNA复制的精确性（高保真复制）1、碱基的配对规律：模板链与新生链之间的碱基配对保证碱基配错几率约为1/104-1/105。2、DNA聚合酶的35外切酶活性的校对功能，使碱基的错配几率又降低100-1000倍。3、DNA的损伤修复系统。DNA复制必须具有高度精确性，在大肠杆菌的细胞DNA复制中其错误率约为1/109-1/1010，即每109-1010个核苷酸才出现一个错误，也就是大肠杆菌染色体DNA复制1000-10000次才出现一个核苷酸的错误。这么高的精确性的保证主要与下列因素有关：2、DNA突变：DNA的核苷酸顺序永久性的改变称为DNA的突变。其主要形式有：点突变：DNA分子中一个碱基对替代另一个碱基对称为点的突变。插入作用：DNA分子中插入一个或几个碱基称为插入作用。缺失作用：DNA分子中缺失一个或多个碱基对称为缺失作用。1、DNA的损伤：某些物理化学因素，如紫外线、电离辐射和化学诱变剂等，都有引起生物突变和致死的作用，其机理是作用于DNA，造成DNA结构和功能的破坏。一、DNA的损伤与DNA突变二、DNA突变可能导致肿瘤的发生:着色性干皮病：嘧啶二聚体和大的DNA损伤修复酶的缺失而产生的一种皮肤癌。沉默突变：突变影响非必需的DNA或突变对一个基因的功能的影响可忽略，称为沉默突变。回复突变：一些突变可以克服第一次突变造成的影响，这类突变称为回复突变。动物细胞的突变与癌的发生有强烈的相关性。DNA损伤的修复种类（一）光裂合酶修复（二）切除修复（三）重组修复（四）诱导修复（一）光裂合酶修复(二二)切除修复切除修复（1 1）DNADNA糖基化酶糖基化酶切除损伤的碱基产切除损伤的碱基产生无碱基酸生无碱基酸。（2 2）无碱基核酸）无碱基核酸内切酶在无碱基酸内切酶在无碱基酸处切开产生切口。处切开产生切口。（3 3）DNADNA聚合酶聚合酶将无碱基酸切除并将无碱基酸切除并填补缺口。填补缺口。（4 4）DNADNA连接酶连连接酶连接切口。接切口。（三）DNA的重组修复（发生在复制后）：复制时，跳过损伤部位，新链产生缺口由母链弥补，原损伤部位并没有切除,但在后代逐渐稀释。（四）SOS反应和诱导修复（易错修复）SOS反应：细胞DNA受到严重损伤或DNA复制系统受到抑制的紧急状态下，为求生存而出现的应急反应。SOS反应包括:避免差错的修复能力增强诱导产生无校正功能的DNA聚合酶合成抑制细胞分裂 SOS反应是生物在不利环境中求得生存的一种基本功能。对原核生物它产生高变异，对高等动物则是致癌的。本章主要内容本章主要内容一、DNA指导下的RNA的合成：转录二、转录后RNA的加工三、RNA指导下DNA的合成：逆转录四、RNA指导下的RNA的合成：RNA复制一、DNA指导下的RNA的合成转录与DNA复制比较DNA指导下的RNA聚合酶大肠杆菌的转录过程启动子与终止子真核生物的转录过程返回 转录(transcription)：以DNA为模板，根据碱基配对的原则合成与DNA互补的RNA的过程。1、相同点：都需要模板 都以三磷酸核苷酸为底物（NTP或dNTP）合成方向都是5 3（一）转录与DNA复制的比较：返回2、转录与DNA复制的不同点 模板链：双链DNA中具有转录活性的的链称为模板链，又称反义链（或负链）。编码链：双链DNA中无转录活性的链称为编码链，又称返回有义链（或正链）。转录不需引物；只转录DNA分子中的一个片段（称为转录单位或操纵子,operon)；双链DNA中只有一条链具有转录活性（称为模板链）；哪个基因被转录与特定的时间、空间、生理状态有关。RNA聚合酶无校对功能。（二）DNA指导下RNA聚合酶：1、RNA聚合酶：催化性质 四种核苷三磷酸（ATP、GTP、CTP、UTP）为底物；模板以双链状态下活性最大；聚合酶无校对功能；转录时双链局部解开，新生RNA链与模板链形成杂螺旋，转录结束后，DNA双螺旋恢复，RNA释放。返回2、大肠杆菌的RNA聚合酶大肠杆菌的RNA聚合酶全酶由5种亚基2组成，因子与其它部分的结合不是十分紧密，它易于与2分离，没有、亚基的酶称为核心酶只催化链的延长，对起始无作用。称为起始因子。酶酶类类分分布布产产物物-鹅膏蕈碱鹅膏蕈碱对酶的作用对酶的作用分子量分子量反应条件反应条件I核仁核仁核质核质核质核质rRNA5.8SrRNA18SrRNA28SrRNAmRNAshnRNAtRNA 5SrRNA不抑制不抑制低浓度抑制低浓度抑制高浓度抑制高浓度抑制500 000700 000700 000_低离子强度低离子强度,要要求求Mg2+或或Mn2+高离子强度高离子强度高高Mn2+浓度浓度3、真核细胞的RNA聚合酶同样，真核RNA聚合酶无校对功能。（三）启动子与终止子1、启动子(promotor)：指RNA聚合酶识别、结合和开始转录的一段特定的DNA序列。利用足迹法（footprint）和DNA测序法可以确定启动子的序列结构。返回2、终止子(terminator)终止子：提供转录终止信号的DNA序列称为终止子。终止因子：协助RNA聚合酶识别终止信号的辅助因子（或蛋白质）。通读：RNA聚合酶越过终止子继续转录的现象称为通读，通读是由于终止子被特异性的因子抑制产生的。（四）大肠杆菌的转录过程1、识别阶段：RNA聚合酶在亚基的引导下结合于启动子上；2、DNA双链局部解开；3、起始阶段：在模板链上通过碱基配对合成最初RNA链；4、延伸阶段：核心酶向前移动，RNA链不断生长；5、终止阶段：RNA聚合酶到达终止子；6、RNA和RNA聚合酶从DNA上脱落。返回二、RNA转录后的加工原核生物RNA的加工真核生物RNA的加工RNA的拼接机理拼接方式的不同导致一个基因多个产物返回 原核生物的mRNA大多不需要加工，一经转录即可直接转译。但有少数多顺反子mRNA需要内切酶切成更小单位。1、mRNA前体的加工:返回（一）、原核生物RNA的加工2 2、rRNArRNA前体的加工前体的加工甲基化甲基化6500个核苷酸个核苷酸核酸内切酶核酸内切酶RNase、P核酸外切酶核酸外切酶3 3、tRNAtRNA的加工的加工包括：核酸内切酶tRNA两端切断；核酸外切酶从两端向内切去多余序列：修剪；在3-端加CCAOH序列;切除居间序列；核苷酸的修饰与异构化。(二二)真核生物真核生物RNARNA的一般加工的一般加工 转录初始产物转录初始产物（hnRNAhnRNA）1 1、mRNAmRNA前体的加工前体的加工返回真核mRNA前体的加工步骤:（1）hnRNA被剪接，把内含子（DNA上非编码序列）转录序列剪掉，把外显子（DNA上的编码序列）转录序列）拼接上，真核生物一般为不连续基因。加工包括：（4）分子内部的核苷酸甲基化修饰。（3）5端连接“帽子”结构（m7G5ppp5NmpNp-）；（2）3端添加polyA“尾巴”；2、真核rRNA前体的加工3 3、真核、真核tRNAtRNA前体的加工前体的加工包括：核酸内切酶tRNA两端切断；核酸外切酶从两端向内切去多余序列：修剪；在3-端加CCAOH序列;切除居间序列；核苷酸的修饰与异构化。(三）RNA的拼接机理 大多真核生物基因是断裂基因，即含有内含子。断裂基因的转录产物必需通过拼接，去除插入部分（内含子,intron），使编码区（外显子,exon）成为连续序列。这是基因表达的重要环节。内含子的结构多种多样，拼接机制也是多种多样的。RNA的拼接方式 类型内含子的自我拼接：核酶的作用 类型内含子的自我拼接：核酶的作用hnRNA的拼接：核内小RNA(SnRNA)与蛋白质组成核糖核蛋白体（snRNP）的作用(类型内含子的切除）。核tRNA的拼接：酶促拼接返回（四）不同RNA拼接方式导致一个基因多种产物降钙素降钙素甲状腺甲状腺脑脑降钙素基因降钙素基因相关肽相关肽返回三、逆转录（reverse transcription）定义:以RNA为模板，按照RNA中的核苷酸顺序合成DNA的过程称为逆转录，由逆转录酶催化进行。逆转录酶是多功能酶，兼有3种酶的活性：RNA指导的DNA聚合酶活性；DNA指导的DNA聚合酶活性；核糖核酸酶的活性，专一水解RNA-DNA杂交分子中的RNA，可沿53方向起核酸外切酶的作用；无校对功能，错误率高，易产生变异。以前病毒形式整合到宿主细胞DNA中而使细胞恶性转化单链病毒RNA RNA-DNA杂交分子 双链DNA（前病毒）逆转录酶和DNA聚合酶一样，沿53方向合成DNA，底物为四种dNTP,并要求短链RNA作引物。+RNA+RNA+DNA-DNA-RNA+RNA+DNA-DNA-DNA+DNA+致癌RNA病毒的逆转录过程 cDNA：反义DNA 几乎所有真核生物mRNA分子的3末端都有一段polyA,当加入寡聚dT作为引物时，mRNA就可作为模板，在逆转录酶催化下在体外合成与该mRNA互补的DNA，称为cDNA。不能把“中心法则”绝对化，遗传信息也可以从RNA传递到DNA。促进了分子生物学、生物化学和病毒学的研究，为肿瘤的防治提供了新的线索。目前逆转录酶已经成为研究这些学科的工具。1983年,发现人类免疫缺陷病毒(human immune deficience virus,HIV),感染T淋巴细胞后即杀死细胞,造成宿主机体免疫系统损伤,引起艾滋病(acquired immunodeficiency syndrome,AIDS)，该病毒为逆转录病毒。逆转录酶发现的理论与实践意义：端粒酶是一种逆转录酶端粒酶是一种逆转录酶 端粒(telomere)是真核染色体末端的特殊结构。端粒结构提出了一个特别的生物学问题。DNA复制需要引物，但在线形DNA分子中，DNA复制结束后，引物去除留下的链的短缺无法进行补缺，若没有特殊的机制解决末端复制，DNA就会因为复制而不断变短。这个问题是由一种特殊的酶端粒酶（telomerase）解决的。端粒酶，端粒的合成酶，含有一段RNA和蛋白质，端粒酶是以该段RNA为模板的逆转录酶，端粒合成时以该段RNA为引物和模板，合成因引物切除而产生的DNA末端缺口，使染色体的端粒达到正常的长度。（1）病毒RNA可充当mRNA，利用寄主中的核糖体合成外壳蛋白和复制酶的亚基。概念：RNA病毒以自身RNA为模板合成与自身RNA完全相同RNA分子的过程称为RNA的复制。四、RNA的复制（噬菌体Q和灰质炎病毒）（2）复制酶的亚基与来自宿主细胞的亚基自 动装配成RNA复制酶，进行RNA复制，通常以分子中 单链RNA为模板（正链），复制出一条新的RNA链（负链），然后以负链为模板复制出大量正链，再 与外壳蛋白组装成新的噬菌体颗粒。返回 两个阶段:RNA复制酶的催化性质:以四种NTP为底物；专一性地选择病毒RNA为模板；按5 3的方向合成病毒RNA；无外切酶活性（即无校对功能）。中心法则指出，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)。二、tRNAtRNA一、一、mRNAmRNA和和遗传密码遗传密码四、四、辅助因子辅助因子三、核糖体核糖体蛋白质合成体系的组分 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 Am R N Am R N A蛋白质合成的模板蛋白质合成的模板蛋白质合成的模板蛋白质合成的模板蛋白质合成的模板蛋白质合成的模板一、一、mRNAmRNA与遗传密码与遗传密码 mRNA占总RNA的5%，种类多、寿命短、更新快。如大肠杆菌mRNA的平均寿命只有1、5-1、8min。（一）（一）53顺反子顺反子顺反子顺反子顺反子顺反子插入顺序插入顺序插入顺序插入顺序先导区先导区末端顺序末端顺序AGGAGGUAGGAGGUSD区区原核细胞mRNA特点半衰期短许多原核生物以多顺反子形式存在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，16SrRNA3-端反向互补而使mRNA与核糖体结合。5“帽子帽子”PolyA 3 顺反子顺反子m7G-5ppp-N-3 pAAAAAAA-OH真核细胞真核细胞mRNAmRNA的结构特点的结构特点 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。（二）遗传密码53 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，还能准确无误地将活化的氨基酸运送到核糖体中mRNA模板上。1 1、tRNAtRNA的功能的功能2 2、反密码子、反密码子3 3、氨基酰氨基酰tRNAtRNA的表示方法的表示方法 tRNAtRNA-运载氨基酸的工具运载氨基酸的工具二、二、1 1、tRNAtRNA的的功能区功能区氨基酸臂-与氨基酸结合DHU环-与氨酰-tRNA合成酶结合反密码环-识别密码子TC环-与核糖体蛋白结合 一种tRNA可携带一种氨基酸,而一种氨基酸可有数种tRNA携带。由于密码子的简并性，绝大多数氨基酸需要一种以上tRNA作为运载工具。2 2、氨基酰氨基酰tRNAtRNA的表示方法的表示方法丙氨酰丙氨酰tRNAtRNA：ala-ala-tRNAtRNAalaala精氨酰精氨酰tRNAtRNA：arg-arg-tRNAtRNAargarg甲硫氨酰甲硫氨酰tRNAtRNA：met-met-tRNAtRNAmetmet原核生物：tRNAfMet:携带fMet（甲酰蛋氨酸)参与蛋白质合成的起始。tRNAmMet:把Met运到肽链中间。真核生物：tRNAiMet:携带Met蛋氨酸参与蛋白质合成的起始。tRNAMet:把Met运到肽链中间。核糖体核糖体-蛋白质合成的场所蛋白质合成的场所核糖体是由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、核糖体的功能核糖体的功能1、核糖体的结构和组成核糖体的结构和组成三、三、3、多聚、多聚核糖体核糖体34 protein21 protein23SrRNA、5SrRNA16SrRNA50S subunit70S ribosome30S subunit原核生物核糖体结构示意图原核生物核糖体结构示意图30S subunit50S subunit核核糖糖体体的的组组成成原核生物核原核生物核糖体的组成糖体的组成 核糖体含有两个结合tRNA的部位：（1）、氨酰基位点(A位)：位于大小亚基结合处,结合氨酰-tRNA。（2）、肽酰基位点(P位)：主要位于大亚基,结合肽酰-tRNA和起始Met-tRNAmet。这两个部位紧挨在一起，各占据一个密码子的空间。（3）、转肽酶、GTP酶：位于大亚基上。2、核糖体的功能原核细胞70S核糖体的A位、P位及mRNA结合部位示意图anticodoanticodoanticodon nncodoncodoncodon30S30S与与mRNA结合部位结合部位（肽酰基位点）肽酰基位点）（氨酰基位点）氨酰基位点）50S50S5 5 3 3 mRNAmRNAP P P P位位位位A A位位3、多聚核糖体：一个mRNA与多个核糖体的聚合物，体现了蛋白质合成的高速度和高效性。多核糖体多核糖体3mRNA延伸中的肽链延伸中的肽链5四、反应主要酶系和辅助因子 （一）酶系：（一）酶系：氨酰-tRNA合成酶：氨基酸的活化 肽酰转移酶：转移肽酰基 （二）辅助因子：（二）辅助因子：一、氨基酸的活化二、原核生物多肽链的合成过程三、多核糖体与核糖体循环四、真核生物多肽链的合成一、氨基酸的活化1、氨基酰-tRNA合成酶：高度特异识别氨基酸和tRNA，具有校对活性。2、能量：ATP3、过程：氨基酰-tRNA的形成氨基酸与ATP作用,形成氨基酰腺嘌呤核苷酸；氨基酰基转移到tRNA的3-OH端上,形成氨基酰-tRNA。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。1、氨酰-tRNA合成酶特点2、氨基酸的活化过程过程氨基酸氨基酸+ATP+tRNAATP+tRNA氨基酰氨基酰-tRNA+AMP+PPitRNA+AMP+PPi氨基酸活化的意义n氨基酸必须由tRNA携带进入核糖体，由tRNA识别密码子。n氨酰键储存了能量，具有相当高的转移势能，由于以后肽键的形成，不需另外的能量。原核生物多肽链的合成分为三个阶段：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二、原核生物多肽链的合成过程1、肽链合成的起始n起始密码子：AUG(GUG)n起始氨基酸：fMetnSD序列n核糖体n消耗能量：GTPn三种起始因子：IF1、IF2和IF3n起始tRNA:fMet-tRNAfMet看得清楚吗甲酰甲硫氨酰甲酰甲硫氨酰-tRNAfMet的形成的形成CHOCHO-HN-CH-COO-HN-CH-COO-tRNAtRNA CH CH2 2 CH CH2 2 S S COO-COO-+H H2 2N-CH-COO-tRNAN-CH-COO-tRNA CH CH2 2 CH CH2 2 S S COO-COO-Met-tRNAfMetfMet-tRNAfMetN N1010-CHO-FH-CHO-FH4 4FHFH4 4转甲酰酶转甲酰酶30S亚基亚基 mRNA IF3-IF1复合复合物物30S mRNA GTP-fMet tRNA-IF2-IF1复合物复合物70S起始复合物起始复合物codoncodonanticodonanticodonA A位位位位P P位位位位 mRNA+30S亚基亚基-IF3A A A A位位位位IF-35 5 3 3 IF2GTPP P P P位位位位IF3 IF2 IF1IF2-GTP-fMet-tRNAIF350S50S亚基亚基IF2+IF1+GDP+PiIF-1IF170S起始起始复合物复合物2、肽链合成的延长进位：进位：EF-TsEF-Ts、EF-EF-TuTu、GTPGTP 、氨酰、氨酰tRNAtRNA进入核糖体进入核糖体A A位位成肽：成肽：转肽酶；转肽酶；P P位酰基与位酰基与A A位氨基反应。位氨基反应。转位、脱落、移位：转位、脱落、移位：EFG(EFG(转位酶转位酶)、GTP;GTP;二肽二肽基基由由A A位移至位移至P P位，位，A A位留空。位留空。步步骤骤（1）延长因子：）延长因子：EF-TEF-T和和EF-GEF-G两种（原核两种（原核)（2）能量：）能量：GTPGTP（3）过程：）过程：延长因子（延伸因子）：EF原核生物的EF有EF-T和EF-G两种。EF-TEF-G：与核糖体结合时需要GTP，当GTP水解时，这类延伸因子就从核糖体上解离下来。EF-Ts:稳定蛋白质的作用EF-Tu：直接参与了氨酰tRNA与核糖体的结合。1 12 21 12 22 23 32 23 3进位进位进位进位肽键形成肽键形成移位移位移位移位进位进位进位进位(TuTuTsTs)GTPGTPGTPGTPN-N-端端端端2 23 35 5 3 3 C-C-端端端端肽键形成肽键形成肽键形成肽键形成1 15 5 3 3（EF-GEF-G）肽键的形成肽键的形成3、肽链合成的终止及释放（1 1）释放因子（）释放因子（release factor RF)release factor RF)能识别终止密码能识别终止密码子。子。RF-1RF-1：识别识别UAAUAA和和UAGUAG。RF-2RF-2：识别识别UAAUAA和和UGAUGA。RF-3RF-3：与与GTPGTP形成复合物，是一种形成复合物，是一种GTPGTP结合蛋白，可促进结合蛋白，可促进核糖体与核糖体与RF-1RF-1和和RF-2RF-2的结合。的结合。（2 2）能量：）能量：GTPGTP（3）转肽酶活性改变：）转肽酶活性改变：转肽酶转肽酶 酯酶（水解酶）酯酶（水解酶）（1 1）释释放放因因子子RF1RF1或或RF2RF2进进入入核核糖体糖体A A位。位。（2 2）多多肽肽链链的的释释放放（3 3）70S70S核核糖糖体体解离解离5 5 3 3 UAGUAG30S30S亚基亚基亚基亚基50S50S亚基亚基亚基亚基5 5 3 3 UAGUAGtRNARFRF机体自身合成蛋白质的必要性与可能性1、蛋白质是生命活动的物质基础。2、蛋白质具有种属及个体特异性，人体不能直接利用外源性蛋白质。3、遗传信息决定蛋白质的氨基酸序列。4、细胞具有蛋白质合成体系。合成完毕合成完毕的肽链的肽链多核糖体多核糖体3mRNA延伸中的肽链延伸中的肽链5核糖体循环核糖体循环三、多核糖体与核糖体循环多核糖体 肽链折叠是指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 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。一、肽链合成后的折叠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、辅基的加入实例：实例：胰岛素原的加工胰岛素原的加工二、肽链合成后的加工修饰A链区链区B链区链区间插序列（间插序列（C肽区）肽区）HSSHSHSHHSHS信号肽信号肽NC核糖体上合成出无规核糖体上合成出无规则卷曲的则卷曲的前胰岛素原前胰岛素原切除切除C肽后，形成肽后，形成成熟的胰岛素分子成熟的胰岛素分子切除信号肽后切除信号肽后折叠成稳定构折叠成稳定构象的胰岛素原象的胰岛素原SSSSNNCCA链链B链链胰岛素胰岛素CNSSSS胰岛素原胰岛素原SS蛋白质合成的能量消耗蛋白质合成的能量消耗 每生成一个肽键消耗四个高能键：1、氨基酸的“活化”消耗二个高能键；2、氨酰-tRNA的“进位”消耗一个高能键；3、肽酰-tRNA的“移位”消耗一个高能键。合成一个100个氨基酸残基的多肽要消耗396个高能键。蛋白质合成要点遗传密码的特点mRNA信息的翻译核糖体循环遗传信息的传递于与表达1、试述遗传中心法则的主要内容。、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。、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？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？、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：、试比较下列生物分子结构单元的激活机制：蛋白质蛋白质 脂肪酸脂肪酸 多糖多糖 名词解释名词解释中心法则遗传密码密码子简并性中心法则遗传密码密码子简并性 翻译翻译冈崎片段冈崎片段 多核糖体多核糖体