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Chapter 21 Protein Synthesis 第1页一、概述一、概述二、参加蛋白质合成三类二、参加蛋白质合成三类RNARNA及核糖体及核糖体三、遗传密码子三、遗传密码子四、蛋白质生物合成过程四、蛋白质生物合成过程五、真核细胞蛋白质合成特点五、真核细胞蛋白质合成特点六、肽链合成后六、肽链合成后“加工处理加工处理”七、蛋白质生物合成调整七、蛋白质生物合成调整第2页一、概述基因遗传信息在转录基因遗传信息在转录基因遗传信息在转录基因遗传信息在转录过程中从过程中从过程中从过程中从DNADNADNADNA转移到转移到转移到转移到mRNAmRNAmRNAmRNA，再由，再由，再由，再由mRNAmRNAmRNAmRNA将这将这将这将这种遗传信息表示为蛋种遗传信息表示为蛋种遗传信息表示为蛋种遗传信息表示为蛋白质中氨基酸次序过白质中氨基酸次序过白质中氨基酸次序过白质中氨基酸次序过程叫做翻译。程叫做翻译。程叫做翻译。程叫做翻译。合成体系：合成体系：合成体系：合成体系：20202020种氨基种氨基种氨基种氨基酸酸酸酸,mRNA,mRNA,mRNA,mRNA、tRNAtRNAtRNAtRNA、核、核、核、核蛋白体、酶和因子蛋白体、酶和因子蛋白体、酶和因子蛋白体、酶和因子,以及无机离子、以及无机离子、以及无机离子、以及无机离子、ATP ATP ATP ATP、GTP GTP GTP GTP 合成方向：合成方向：合成方向：合成方向：NCNCNCNC端。端。端。端。第3页二、参加蛋白质合成三类二、参加蛋白质合成三类RNARNA及核糖体及核糖体1.rRNA1.rRNA 与蛋白质一起组成核糖体与蛋白质一起组成核糖体与蛋白质一起组成核糖体与蛋白质一起组成核糖体蛋白质合成蛋白质合成蛋白质合成蛋白质合成“工厂工厂工厂工厂”核糖体结构组成核糖体结构组成核糖体结构组成核糖体结构组成 核糖体基本功效核糖体基本功效核糖体基本功效核糖体基本功效结合结合结合结合mRNAmRNAmRNAmRNA，在，在，在，在mRNAmRNAmRNAmRNA上选择适当区域开始翻译上选择适当区域开始翻译上选择适当区域开始翻译上选择适当区域开始翻译密码子（密码子（密码子（密码子（mRNAmRNAmRNAmRNA）和反密码子（）和反密码子（）和反密码子（）和反密码子（tRNAtRNAtRNAtRNA）正确配对）正确配对）正确配对）正确配对肽键形成肽键形成肽键形成肽键形成 存在存在存在存在 核核核核糖糖糖糖体体体体可可可可游游游游离离离离存存存存在在在在，真真真真核核核核中中中中，也也也也可可可可同同同同内内内内质质质质网网网网结结结结合合合合，形形形形成成成成粗粗粗粗糙糙糙糙内内内内质质质质网。原核中，与网。原核中，与网。原核中，与网。原核中，与mRNAmRNAmRNAmRNA形成串状形成串状形成串状形成串状多核糖体多核糖体多核糖体多核糖体第4页第5页原核生原核生物核糖物核糖体组成体组成真核生真核生物核糖物核糖体组成体组成第6页2.tRNA 结合氨基酸：一个氨基酸结合氨基酸：一个氨基酸结合氨基酸：一个氨基酸结合氨基酸：一个氨基酸有几个有几个有几个有几个tRNAtRNAtRNAtRNA携带，结合携带，结合携带，结合携带，结合需要需要需要需要ATPATPATPATP供能供能供能供能,氨基酸结氨基酸结氨基酸结氨基酸结合在合在合在合在tRNA3-CCAtRNA3-CCAtRNA3-CCAtRNA3-CCA位置。位置。位置。位置。反密码子：每种反密码子：每种反密码子：每种反密码子：每种tRNAtRNAtRNAtRNA反密反密反密反密码子，决定了所带氨基码子，决定了所带氨基码子，决定了所带氨基码子，决定了所带氨基酸能准确在酸能准确在酸能准确在酸能准确在mRNAmRNAmRNAmRNA上对号上对号上对号上对号入座入座入座入座 。反密码子与反密码子与反密码子与反密码子与mRNAmRNAmRNAmRNA第三个核第三个核第三个核第三个核苷酸配对时，不严格遵苷酸配对时，不严格遵苷酸配对时，不严格遵苷酸配对时，不严格遵从碱基配对标准从碱基配对标准从碱基配对标准从碱基配对标准 第7页3.mRNA 携带着携带着携带着携带着DNADNADNADNA遗传信息，是多遗传信息，是多遗传信息，是多遗传信息，是多肽链合成模板肽链合成模板肽链合成模板肽链合成模板 在原核细胞内，存在时间在原核细胞内，存在时间在原核细胞内，存在时间在原核细胞内，存在时间短，在转录同时翻译短，在转录同时翻译短，在转录同时翻译短，在转录同时翻译 在真核细胞内，较稳定在真核细胞内，较稳定在真核细胞内，较稳定在真核细胞内，较稳定蛋白质合成时，蛋白质合成时，蛋白质合成时，蛋白质合成时，mRNAmRNAmRNAmRNA结合结合结合结合于核糖体小亚基上，大亚于核糖体小亚基上，大亚于核糖体小亚基上，大亚于核糖体小亚基上，大亚 基结合带氨基酸基结合带氨基酸基结合带氨基酸基结合带氨基酸tRNAtRNAtRNAtRNA，tRNAtRNAtRNAtRNA反密码子与反密码子与反密码子与反密码子与mRNAmRNAmRNAmRNA密码密码密码密码子配对，子配对，子配对，子配对，ATPATPATPATP供能，合成蛋供能，合成蛋供能，合成蛋供能，合成蛋白质。白质。白质。白质。第8页三、遗传密码子为一个氨基酸编码进入蛋白质多肽链为一个氨基酸编码进入蛋白质多肽链特定线性位置三个核苷酸单位称为密特定线性位置三个核苷酸单位称为密码子（码子（CodenCoden）或三联体密码。）或三联体密码。第9页密码子发觉密码子发觉 统计学方法 人工合成仅由一个核苷酸组成多聚核苷酸，推测由哪一个氨基酸合成多肽核糖体结合试验 1965年，Nirenberg用poly u加入14C标识20种aa,仅有苯丙氨酸寡肽,UUU=苯丙氨酸,用此法破译了全部密码，编出遗传密码表。第10页遗传密码遗传密码第11页遗传密码子特点遗传密码子特点遗传密码子特点遗传密码子特点无标点、不重合无标点、不重合无标点、不重合无标点、不重合 密码子是不重合，每个三联体密码子是不重合，每个三联体中三个核苷酸只编码一个氨基酸，核苷酸不重合使用中三个核苷酸只编码一个氨基酸，核苷酸不重合使用（噬菌体（噬菌体 x174x174中一些基因之间有重合现象）中一些基因之间有重合现象）简并简并简并简并(degeneracy)(degeneracy)几个密码子对应于相同一个氨基酸。几个密码子对应于相同一个氨基酸。这些密码子为同义密码子这些密码子为同义密码子通用性通用性通用性通用性 绝大多数密码子对各种生物都适用，一些线绝大多数密码子对各种生物都适用，一些线粒体中遗传密码有例外粒体中遗传密码有例外终止信号终止信号终止信号终止信号 UAG UAG、UAAUAA、UGAUGA起始信号起始信号起始信号起始信号 AUG AUG（真核中起始为（真核中起始为MetMet、原核中起始为、原核中起始为fMet,fMet,翻译中间为翻译中间为MetMet）和缬）和缬氨酸密码子氨酸密码子(GUG)(GUG)(极少出现）极少出现）第12页四、蛋白质生物合成过程以以以以mRNAmRNAmRNAmRNA为模板，氨基酸经活化取得氨酰为模板，氨基酸经活化取得氨酰为模板，氨基酸经活化取得氨酰为模板，氨基酸经活化取得氨酰tRNAtRNAtRNAtRNA为原料，为原料，为原料，为原料，GTPGTPGTPGTP、ATPATPATPATP供能，在核糖体中完成供能，在核糖体中完成供能，在核糖体中完成供能，在核糖体中完成。1.1.氨基酸活化氨基酸活化tRNAtRNAtRNAtRNA在在在在氨氨氨氨基基基基酰酰酰酰-tRNA-tRNA-tRNA-tRNA 合合合合成成成成酶酶酶酶帮帮帮帮助助助助下下下下，能能能能够够够够识识识识别别别别对对对对应应应应氨氨氨氨基基基基酸酸酸酸，并并并并经经经经过过过过tRNAtRNAtRNAtRNA氨氨氨氨基基基基酸酸酸酸臂臂臂臂 3-OH 3-OH 3-OH 3-OH 与与与与氨氨氨氨基基基基酸酸酸酸羧羧羧羧基基基基形形形形成成成成活活活活化酯氨基酰化酯氨基酰化酯氨基酰化酯氨基酰-tRNA-tRNA-tRNA-tRNA。氨氨氨氨基基基基酰酰酰酰-tRNA-tRNA-tRNA-tRNA形形形形成成成成是是是是一一一一个个个个两两两两步步步步反反反反应应应应过过过过程程程程：第第第第一一一一步步步步是是是是氨氨氨氨基基基基酸酸酸酸与与与与 ATP ATP ATP ATP 作作作作用用用用,形形形形成成成成氨氨氨氨基基基基酰酰酰酰腺腺腺腺嘌嘌嘌嘌呤呤呤呤核核核核苷苷苷苷酸酸酸酸；第第第第二二二二步步步步是是是是氨基酰基转移到氨基酰基转移到氨基酰基转移到氨基酰基转移到 tRNA 3-OH tRNA 3-OH tRNA 3-OH tRNA 3-OH 端上端上端上端上,形成氨基酰形成氨基酰形成氨基酰形成氨基酰-tRNA-tRNA-tRNA-tRNA。第13页氨基酸活化图示氨基酸活化图示第14页氨基酸活化总反应式是：氨基酸活化总反应式是：氨基酰氨基酰氨基酰氨基酰-tRNA-tRNA-tRNA-tRNA 合成酶合成酶合成酶合成酶氨基酸氨基酸氨基酸氨基酸+ATP+tRNA+H2O +ATP+tRNA+H2O +ATP+tRNA+H2O +ATP+tRNA+H2O 氨基酰氨基酰氨基酰氨基酰-tRNA+AMP+PPi-tRNA+AMP+PPi-tRNA+AMP+PPi-tRNA+AMP+PPi每每每每一一一一个个个个氨氨氨氨基基基基酸酸酸酸最最最最少少少少有有有有一一一一个个个个对对对对应应应应氨氨氨氨基基基基酰酰酰酰-tRNA-tRNA-tRNA-tRNA 合合合合成成成成酶酶酶酶。它它它它既既既既催化氨基酸与催化氨基酸与催化氨基酸与催化氨基酸与 ATP ATP ATP ATP 作用作用作用作用,也催化氨基酰基转移到也催化氨基酰基转移到也催化氨基酰基转移到也催化氨基酰基转移到 tRNA tRNA tRNA tRNA。氨氨氨氨基基基基酰酰酰酰-tRNA-tRNA-tRNA-tRNA 合合合合成成成成酶酶酶酶含含含含有有有有高高高高度度度度专专专专一一一一性性性性。每每每每一一一一个个个个氨氨氨氨基基基基酰酰酰酰-tRNA tRNA tRNA tRNA 合成酶只能识别一个对应合成酶只能识别一个对应合成酶只能识别一个对应合成酶只能识别一个对应 tRNA tRNA tRNA tRNA。tRNA tRNA tRNA tRNA 分分分分子子子子能能能能接接接接收收收收对对对对应应应应氨氨氨氨基基基基酸酸酸酸,决决决决定定定定于于于于它它它它特特特特有有有有碱碱碱碱基基基基次次次次序序序序,而这种碱基次序能够被氨基酰而这种碱基次序能够被氨基酰而这种碱基次序能够被氨基酰而这种碱基次序能够被氨基酰-tRNA-tRNA-tRNA-tRNA 合成酶所识别。合成酶所识别。合成酶所识别。合成酶所识别。第15页氨基酸活化氨基酸活化第16页第17页The Second Genetic Code(第二套遗传密码第二套遗传密码):Aminoacyl-tRNA synthetase recognition of the proper substrates1.tRNA recognition sites in E.coli glutaminyl-tRNAGln synthetase2.The identity elements recognized by some aminoacyl-tRNA synthetase reside in the anticodon3.Five different bases in yeast tRNAPhe serve as its identity elemnts4.Twelve nucleotides in common define the tRNASer family5.A single G:U base pair defines tRNAAlas第18页第19页第20页第21页第22页2.2.在核糖体上合成肽链在核糖体上合成肽链氨氨氨氨基基基基酰酰酰酰-tRNA-tRNA-tRNA-tRNA经经经经过过过过反反反反密密密密码码码码臂臂臂臂上上上上三三三三联联联联体体体体反反反反密密密密码码码码子子子子识识识识别别别别mRNAmRNAmRNAmRNA上上上上对对对对应应应应遗遗遗遗传传传传密密密密码码码码，并并并并将将将将所所所所携携携携带带带带氨氨氨氨基基基基酸酸酸酸按按按按mRNAmRNAmRNAmRNA遗遗遗遗传传传传密密密密码码码码次次次次序序序序安安安安置置置置在在在在特特特特定定定定位位位位置置置置，最最最最终终终终在在在在核糖体中合成肽链。核糖体中合成肽链。核糖体中合成肽链。核糖体中合成肽链。肽链合成过程（以原核为例）起始延伸终止与释放第23页肽链合成起始肽链合成起始起始密码识别起始密码识别首先识别出mRNA链上起始点（AUG），核糖体小亚基上16S rRNA和mRNASD序列（位于起始位点上游413个核苷酸）结合第24页第25页N甲酰甲硫氨酸tRNA活化形成起始复合物形成起始复合物形成（图示）第26页肽链延长肽链延长进位进位（氨酰tRNA进入A位点）参加因子：延长因子EFTu（Tu）、EFTs（Ts）、GTP、氨酰tRNA肽链形成肽链形成肽酰基从P位点转移到A位点，形成新肽链移位移位（translocase）在移位因子（移位酶）EFG作用下，核糖体沿mRNA（5-3）作相对移动，使原来在A位点肽酰tRNA回到P位点第27页第28页进位进位核糖体移位核糖体移位肽链形成肽链形成第29页第30页延长过程中肽链生成延长过程中肽链生成延长过程中肽链生成延长过程中肽链生成肽基转移酶肽基转移酶第31页肽链合成终止与释放肽链合成终止与释放识别识别识别识别mRNAmRNAmRNAmRNA终止密码子，水解所合终止密码子，水解所合终止密码子，水解所合终止密码子，水解所合成肽链与成肽链与成肽链与成肽链与tRNAtRNAtRNAtRNA间酯键，释放肽链间酯键，释放肽链间酯键，释放肽链间酯键，释放肽链R1识别UAA、UAGR2识别UAA、UGAR3影响肽链释放速度RR帮助P位点tRNA残基脱落，而后核糖体脱落第32页多核糖体多核糖体在细胞内一条在细胞内一条在细胞内一条在细胞内一条mRNAmRNAmRNAmRNA链上结合着多链上结合着多链上结合着多链上结合着多个核糖体，甚至可多到几百个。个核糖体，甚至可多到几百个。个核糖体，甚至可多到几百个。个核糖体，甚至可多到几百个。蛋白质开始合成时，第一个核糖蛋白质开始合成时，第一个核糖蛋白质开始合成时，第一个核糖蛋白质开始合成时，第一个核糖体在体在体在体在mRNAmRNAmRNAmRNA起始部位结合，引入第起始部位结合，引入第起始部位结合，引入第起始部位结合，引入第一个蛋氨酸，然后核糖体向一个蛋氨酸，然后核糖体向一个蛋氨酸，然后核糖体向一个蛋氨酸，然后核糖体向mRNA3mRNA3mRNA3mRNA3端移动一定距离后，第端移动一定距离后，第端移动一定距离后，第端移动一定距离后，第二个核糖体又在二个核糖体又在二个核糖体又在二个核糖体又在mRNAmRNAmRNAmRNA起始部位结起始部位结起始部位结起始部位结合，现向前移动一定距离后，在合，现向前移动一定距离后，在合，现向前移动一定距离后，在合，现向前移动一定距离后，在起始部位又结合第三个核糖体，起始部位又结合第三个核糖体，起始部位又结合第三个核糖体，起始部位又结合第三个核糖体，依次下去，直至终止。每个核糖依次下去，直至终止。每个核糖依次下去，直至终止。每个核糖依次下去，直至终止。每个核糖体都独立完成一条多肽链合成，体都独立完成一条多肽链合成，体都独立完成一条多肽链合成，体都独立完成一条多肽链合成，所以这种多核糖体能够在一条所以这种多核糖体能够在一条所以这种多核糖体能够在一条所以这种多核糖体能够在一条mRNAmRNAmRNAmRNA链上同时合成多条相同多肽链上同时合成多条相同多肽链上同时合成多条相同多肽链上同时合成多条相同多肽链，这就大大提升了翻译效率链，这就大大提升了翻译效率链，这就大大提升了翻译效率链，这就大大提升了翻译效率 第33页第34页五、真核细胞蛋白质合成特点l核糖体为核糖体为80S，由，由60S大亚基和大亚基和40S小亚基组成小亚基组成l起始密码起始密码AUGl起始起始tRNA为为MettRNAl起始复合物起始复合物结合在结合在mRNA 5端端AUG上游帽子结构，真核上游帽子结构，真核mRNA无富含嘌呤无富含嘌呤SD序列（除一些病毒序列（除一些病毒mRNA外）外）l已发觉真核起始因子有近已发觉真核起始因子有近9种（种（eukaryote Initiation factor,eIF）eIF4A.eIF4E.P220复合物称为帽子结构结合复合物称为帽子结构结合蛋白复合物（蛋白复合物（CBPC）l肽链终止因子（肽链终止因子（EF1 EF1 ）及释放因子（）及释放因子（RF）线粒体、叶绿体内蛋白质合成同于原核细胞线粒体、叶绿体内蛋白质合成同于原核细胞线粒体、叶绿体内蛋白质合成同于原核细胞线粒体、叶绿体内蛋白质合成同于原核细胞第35页第36页蛋白质合成过程小结蛋白质合成过程小结肽链合成方向肽链合成方向N CN C（同位素证实）（同位素证实）以以mRNA5-3mRNA5-3方向阅读遗传密码方向阅读遗传密码该合成过程是一个耗能过程该合成过程是一个耗能过程 肽链起始需要肽链起始需要?ATP?ATP，延长时只需，延长时只需4ATP4ATP，合成一，合成一个个n n肽最少需能量肽最少需能量ATP ATP？原核生物与真核生物有区分吗？原核生物与真核生物有区分吗？第37页六、肽链合成后“加工处理”1.1.N N端改造端改造端改造端改造 fMetfMet切除切除切除切除2.2.信号肽（能透膜，进行蛋白质锚定）切除信号肽（能透膜，进行蛋白质锚定）切除信号肽（能透膜，进行蛋白质锚定）切除信号肽（能透膜，进行蛋白质锚定）切除3.3.氨基酸修饰氨基酸修饰氨基酸修饰氨基酸修饰/改造改造改造改造4.4.4.4.肽链内或肽链间二硫键形成、乙酰化、甲基化肽链内或肽链间二硫键形成、乙酰化、甲基化肽链内或肽链间二硫键形成、乙酰化、甲基化肽链内或肽链间二硫键形成、乙酰化、甲基化5.5.5.5.氨基酸残基修饰（氨基酸残基修饰（氨基酸残基修饰（氨基酸残基修饰（Pro-OH/Cys-OHPro-OH/Cys-OHPro-OH/Cys-OHPro-OH/Cys-OH）4.4.糖基化糖基化糖基化糖基化 （AspAspAspAsp、SerSerSerSer、ThrThrThrThr、AsnAsnAsnAsn）5.5.一些多肽要经特殊酶切一段肽链后才有生物活性一些多肽要经特殊酶切一段肽链后才有生物活性一些多肽要经特殊酶切一段肽链后才有生物活性一些多肽要经特殊酶切一段肽链后才有生物活性(如：胰岛如：胰岛如：胰岛如：胰岛素素素素)6.6.高级结构形成高级结构形成高级结构形成高级结构形成 在分子伴侣帮助下形成正确结构在分子伴侣帮助下形成正确结构在分子伴侣帮助下形成正确结构在分子伴侣帮助下形成正确结构7.7.锚定（定位）锚定（定位）锚定（定位）锚定（定位）第38页七、蛋白质生物合成调整1.1.转录水平调整转录水平调整2.2.转录后水平调整转录后水平调整3.3.翻译水平调整翻译水平调整4.4.蛋白质合成抑制剂：蛋白质合成抑制剂：5.5.抗生素类阻断剂抗生素类阻断剂a.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链霉素、卡那霉素、新霉素等，主要抑制革兰氏阴性细菌蛋白链霉素、卡那霉素、新霉素等，主要抑制革兰氏阴性细菌蛋白链霉素、卡那霉素、新霉素等，主要抑制革兰氏阴性细菌蛋白质合成三个阶段：质合成三个阶段：质合成三个阶段：质合成三个阶段：50S50S50S50S起始复合物形成，使氨基酰起始复合物形成，使氨基酰起始复合物形成，使氨基酰起始复合物形成，使氨基酰tRNAtRNAtRNAtRNA从复从复从复从复合物中脱落；合物中脱落；合物中脱落；合物中脱落；在肽链延伸阶段，使氨基酰在肽链延伸阶段，使氨基酰在肽链延伸阶段，使氨基酰在肽链延伸阶段，使氨基酰tRNAtRNAtRNAtRNA与与与与mRNAmRNAmRNAmRNA错配；错配；错配；错配；在终止阶段，妨碍终止因了与核蛋白体结合，使已合成多在终止阶段，妨碍终止因了与核蛋白体结合，使已合成多在终止阶段，妨碍终止因了与核蛋白体结合，使已合成多在终止阶段，妨碍终止因了与核蛋白体结合，使已合成多肽链无法释放，而且还抑制肽链无法释放，而且还抑制肽链无法释放，而且还抑制肽链无法释放，而且还抑制70S70S70S70S核糖体介离。核糖体介离。核糖体介离。核糖体介离。第39页b.b.b.b.四环素和土霉素四环素和土霉素四环素和土霉素四环素和土霉素 c.c.c.c.氯霉素氯霉素氯霉素氯霉素d.d.白喉霉素（白喉霉素（白喉霉素（白喉霉素（diphtheria toxindiphtheria toxindiphtheria toxindiphtheria toxin）由白喉杆菌所产生白喉霉素是真核细胞蛋白质合成抑制由白喉杆菌所产生白喉霉素是真核细胞蛋白质合成抑制剂。它对真核生物延长因子剂。它对真核生物延长因子-2-2（EF-2EF-2）起共价修饰作用，）起共价修饰作用，生成生成EF-2EF-2腺苷二磷酸核糖衍生物，从而使腺苷二磷酸核糖衍生物，从而使EF-2EF-2失活，失活，它催化效率很高，只需微量就能有效地抑制细胞整个蛋它催化效率很高，只需微量就能有效地抑制细胞整个蛋白质合成，而造成细胞死亡白质合成，而造成细胞死亡 e.e.e.e.亚胺环己酮（放线菌酮）亚胺环己酮（放线菌酮）亚胺环己酮（放线菌酮）亚胺环己酮（放线菌酮）只抑制真核只抑制真核60S60S亚基肽酰转移酶活性亚基肽酰转移酶活性 干扰素对病毒蛋白合成抑制干扰素对病毒蛋白合成抑制 第40页Good Luck&Enjoy Yourself Good Luck&Enjoy Yourself in Studyin Study第41页习题1.遗传密码有哪些特点？2.简述原核和真核细胞翻译起始异同点。3.按以下DNA单链：5TCGTCGACGATGATCATCGGCTACTCG 3 4.请写出（1）DNA复制时另一单链序列；（2）转录成mRNA序列；（3）合成多肽序列。5.4.蛋白质合成后加工有哪些内容？第42页
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