期 生化理論授課課件15 蛋白質(zhì)的生物合成

《期 生化理論授課課件15 蛋白質(zhì)的生物合成》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《期 生化理論授課課件15 蛋白質(zhì)的生物合成（32頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、1 1掌握原核生物蛋白質(zhì)合成體系的組分、作用原理；掌握原核生物蛋白質(zhì)合成體系的組分、作用原理；2 2熟悉熟悉“中心法則中心法則”基本內(nèi)容和蛋白質(zhì)生物合成的基本內(nèi)容和蛋白質(zhì)生物合成的具體具體 過程；過程；3 3了解真、原核生物蛋白質(zhì)合成的差異。了解真、原核生物蛋白質(zhì)合成的差異。教學(xué)目標(biāo)教學(xué)目標(biāo)教學(xué)重點：教學(xué)重點：中心法則的概念、遺傳密碼的重要性質(zhì)中心法則的概念、遺傳密碼的重要性質(zhì)及蛋白質(zhì)合成體系的組分、作用原理和蛋白質(zhì)生物合及蛋白質(zhì)合成體系的組分、作用原理和蛋白質(zhì)生物合成的具體過程。成的具體過程。教學(xué)難點教學(xué)難點：蛋白質(zhì)生物合成的具體過程。蛋白質(zhì)生物合成的具體過程。15 15 蛋白質(zhì)的生物合成蛋

2、白質(zhì)的生物合成概述概述 15 . 1 15 . 1 遺傳密碼遺傳密碼 15 . 2 15 . 2 核糖體核糖體 15 . 3 15 . 3 轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)移RNARNA 15 15 . . 4 4 蛋白質(zhì)生物合成過程蛋白質(zhì)生物合成過程 思考與練習(xí)教學(xué)綱要教學(xué)綱要15 15 蛋白質(zhì)的生物合成蛋白質(zhì)的生物合成 生物的遺傳信息從生物的遺傳信息從 DNADNA傳遞給傳遞給DNADNA的過程稱為復(fù)制的過程稱為復(fù)制 mRNAmRNA鏈上的遺傳信息合成鏈上的遺傳信息合成蛋白質(zhì)的過程，被稱為翻譯蛋白質(zhì)的過程，被稱為翻譯u 遺傳信息從遺傳信息從 DNADNA到到RNARNA再再到蛋白質(zhì)的過程稱為基因表達(dá)到蛋白質(zhì)的過程稱

3、為基因表達(dá) 19581958年年CrickCrick將生物遺將生物遺傳信息的這種傳遞方式稱傳信息的這種傳遞方式稱為中心法則。為中心法則。 19721972年年CrickCrick將中心法將中心法則作進(jìn)一步修改，補(bǔ)充了則作進(jìn)一步修改，補(bǔ)充了逆轉(zhuǎn)錄逆轉(zhuǎn)錄和和RNARNA自我復(fù)制自我復(fù)制。Reverse transcription概述 生物的遺傳信息從生物的遺傳信息從 DNADNA傳遞給傳遞給mRNAmRNA的過程稱為轉(zhuǎn)錄的過程稱為轉(zhuǎn)錄15 15 蛋白質(zhì)的生物合成蛋白質(zhì)的生物合成復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、翻譯概況圖復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、翻譯概況圖概述15 15 蛋白質(zhì)的生物合成蛋白質(zhì)的生物合成1. mRNA1. mRNA模

4、板上的堿基順序是如何決定多肽鏈模板上的堿基順序是如何決定多肽鏈 上上AAAA的排列順序的呢？的排列順序的呢？翻譯中提出的問題翻譯中提出的問題2. 2. 核糖體為什么能作為蛋白質(zhì)合成的場所？核糖體為什么能作為蛋白質(zhì)合成的場所？3. tRNA3. tRNA又是怎樣識別和運(yùn)輸它的又是怎樣識別和運(yùn)輸它的AAAA的呢？的呢？概述15 15 蛋白質(zhì)的生物合成蛋白質(zhì)的生物合成密碼子的概念：密碼子的概念：mRNA分子中為一個氨基酸編碼進(jìn)入蛋白質(zhì)分子中為一個氨基酸編碼進(jìn)入蛋白質(zhì)多肽鏈特定線性位置的三個核苷酸單位稱為密碼子。多肽鏈特定線性位置的三個核苷酸單位稱為密碼子。（Coden）或）或或或。密碼子的確立：密碼

5、子的確立：數(shù)學(xué)推算方法數(shù)學(xué)推算方法密碼子的證明密碼子的證明：移碼突變移碼突變遺傳學(xué)上把由于遺傳學(xué)上把由于mRNA上的鹼基增加或減少而上的鹼基增加或減少而 使密碼改變，從而造成生物性狀突變的現(xiàn)象。使密碼改變，從而造成生物性狀突變的現(xiàn)象。mRNA：AUG GUA GAA CGA 若增加一個、兩個或丟失一個、兩個鹼基，都會成其后面全部的密碼改若增加一個、兩個或丟失一個、兩個鹼基，都會成其后面全部的密碼改變，變，AA誤譯，從而導(dǎo)致突變。誤譯，從而導(dǎo)致突變。 若同時增加三個或丟失三個或三倍的鹼基，只是局若同時增加三個或丟失三個或三倍的鹼基，只是局 部發(fā)生差錯，后面的部發(fā)生差錯，后面的不改變。不改變。15

6、 15 蛋白質(zhì)的生物合成蛋白質(zhì)的生物合成AAAA密碼子的證明密碼子的證明 生物化學(xué)方法生物化學(xué)方法 首先人工合成簡單的多聚核苷酸來代替天然的首先人工合成簡單的多聚核苷酸來代替天然的mRNA，然后觀察這樣的，然后觀察這樣的mRNA可指導(dǎo)合成怎樣的多可指導(dǎo)合成怎樣的多肽，從而做出推斷（自肽，從而做出推斷（自1961年開始）。年開始）。 例例1：人工合成：人工合成：UUUUUUUUUUUU 多聚尿苷酸多聚尿苷酸 結(jié)結(jié) 果：苯丙果：苯丙-苯丙苯丙-苯丙苯丙-苯丙苯丙 多聚苯丙氨酸多聚苯丙氨酸 結(jié)結(jié) 論：論：苯丙氨酸的密碼子苯丙氨酸的密碼子UUU 例例2：人工合成：人工合成： AAAAAAAAAAAA

7、多聚腺苷酸多聚腺苷酸 結(jié)結(jié) 果：果： Lys- Lys-Lys- Lys 多聚賴氨酸多聚賴氨酸 結(jié)結(jié) 論：論： Lys的密碼的密碼AAA例例3：人工合成：人工合成：CUCUCUCUCUCU 多胞尿苷酸多胞尿苷酸 結(jié)結(jié) 果：果： Leu- Ser- Leu- Ser 多亮絲氨酸多亮絲氨酸 結(jié)結(jié) 論：論： 1. Leu的密碼的密碼CUC 2. Ser的密碼的密碼UCU用其他類似的方法進(jìn)行多次反復(fù)的實驗，化了用其他類似的方法進(jìn)行多次反復(fù)的實驗，化了4年時間于年時間于1965年弄清了年弄清了20種種AA中的中的64組密碼子，從而排列成了一個表。組密碼子，從而排列成了一個表。15 15 蛋白質(zhì)的生物合成

8、蛋白質(zhì)的生物合成遺傳密碼表15 15 蛋白質(zhì)的生物合成蛋白質(zhì)的生物合成遺傳密碼的性質(zhì)遺傳密碼的性質(zhì)1. 1.通用性。通用性。指在生物界是公用的，大家都同用一套密碼。但質(zhì)體（線粒指在生物界是公用的，大家都同用一套密碼。但質(zhì)體（線粒 體、葉綠體）中的有所不同。體、葉綠體）中的有所不同。2.2.方向性。方向性。從從5 5端到端到3 3端閱讀。端閱讀。3.3.不重迭性。不重迭性。每個三聯(lián)體中的三個核苷酸只編碼一個氨基酸。每個三聯(lián)體中的三個核苷酸只編碼一個氨基酸。4.4.連續(xù)性。連續(xù)性。密碼子之間無標(biāo)點符號，不能停頓，不能加入一個或兩個。密碼子之間無標(biāo)點符號，不能停頓，不能加入一個或兩個。5.5.間并性

9、。間并性。幾種密碼子對應(yīng)于相同一種氨基酸。這些密碼子為同義密碼幾種密碼子對應(yīng)于相同一種氨基酸。這些密碼子為同義密碼子子6. 6. 始起密碼和終止密碼。始起密碼和終止密碼。（1 1）始起密碼）始起密碼 AUGAUG： 代表合成蛋白質(zhì)時的第一個密碼，存在于代表合成蛋白質(zhì)時的第一個密碼，存在于mRNAmRNA的的5 5端。在真核生物中只有一個始起密碼，而且也是端。在真核生物中只有一個始起密碼，而且也是MetMet的密碼（即在合成多肽中有的密碼（即在合成多肽中有AUGAUG出現(xiàn)時指導(dǎo)合成蛋氨酸，把出現(xiàn)時指導(dǎo)合成蛋氨酸，把AUGAUG叫叫MetMet的實義密碼。而在原核生物在中，有的實義密碼。而在原核生

10、物在中，有兩個始起密碼兩個始起密碼AUGAUG和和GUGGUG，它們在始起時，是，它們在始起時，是fMetfMet的密碼，但在合成多肽的密碼，但在合成多肽時，時，GUGGUG不是不是fMetfMet的實義密碼，而是的實義密碼，而是ValVal的實義密碼。的實義密碼。（2 2）終止密碼）終止密碼UAAUAA、UAGUAG、UGAUGA15 15 蛋白質(zhì)的生物合成蛋白質(zhì)的生物合成核糖體是蛋白質(zhì)合成的部位：核糖體是蛋白質(zhì)合成的部位：1950年用放射性同位素標(biāo)記年用放射性同位素標(biāo)記AA法證明。法證明?；竟δ芑竟δ? :l 結(jié)合結(jié)合mRNAmRNA，在，在mRNAmRNA上選擇適當(dāng)?shù)膮^(qū)域開始翻譯上選

11、擇適當(dāng)?shù)膮^(qū)域開始翻譯l 密碼子（密碼子（mRNAmRNA）和反密碼子（）和反密碼子（tRNAtRNA）的正確配對）的正確配對l 肽鍵的形成肽鍵的形成存在形式存在形式: : 核糖體可游離存在。真核中，也可同內(nèi)質(zhì)網(wǎng)結(jié)合，形成核糖體可游離存在。真核中，也可同內(nèi)質(zhì)網(wǎng)結(jié)合，形成 粗糙的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)。原核中，與粗糙的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)。原核中，與mRNAmRNA形成串狀形成串狀多核糖體。多核糖體。15 15 蛋白質(zhì)的生物合成蛋白質(zhì)的生物合成核糖體的組成與結(jié)構(gòu)核糖體的組成與結(jié)構(gòu)原核原核真核真核15 15 蛋白質(zhì)的生物合成蛋白質(zhì)的生物合成核糖體的功能部位核糖體的功能部位肽酰結(jié)合位點肽酰結(jié)合位點或或P P位或給位位或給位氨酰結(jié)合

12、位點氨酰結(jié)合位點或或A A位或受位位或受位mRNA肽酰結(jié)合位點肽酰結(jié)合位點或或P P位或給位位或給位氨酰結(jié)合位點氨酰結(jié)合位點或或A A位或受位位或受位mRNA15 15 蛋白質(zhì)的生物合成蛋白質(zhì)的生物合成tRNAtRNA在蛋白質(zhì)合成中忙前忙后，非常辛苦，在蛋白質(zhì)合成中忙前忙后，非常辛苦， 將氨基酸運(yùn)到核糖體與密碼子將氨基酸運(yùn)到核糖體與密碼子“對號入座對號入座”。四個非常重要的四個非常重要的功能部位：功能部位：lAA臂臂l反密碼子區(qū)反密碼子區(qū)l氨酰氨酰tRNA 合成酶位點合成酶位點l核糖體結(jié)合位點核糖體結(jié)合位點氨基酸臂氨基酸臂反密碼環(huán)反密碼環(huán)15 15 蛋白質(zhì)的生物合成蛋白質(zhì)的生物合成tRNAtR

13、NA的三級結(jié)構(gòu)示意圖的三級結(jié)構(gòu)示意圖15 15 蛋白質(zhì)的生物合成蛋白質(zhì)的生物合成擺動學(xué)說擺動學(xué)說19661966年年CrickCrick提出的：一個反密碼子可以識提出的：一個反密碼子可以識別幾個密碼子，這種堿基配對的不嚴(yán)格性叫之。表現(xiàn)出別幾個密碼子，這種堿基配對的不嚴(yán)格性叫之。表現(xiàn)出一定的靈活性和擺動性。一定的靈活性和擺動性。反密碼子反密碼子第一位堿基第一位堿基密碼子密碼子第三位堿基第三位堿基密碼子、反密碼子配對的擺動現(xiàn)象 I U CA，C，U A，G C，G，U15 15 蛋白質(zhì)的生物合成蛋白質(zhì)的生物合成以以mRNAmRNA為模板，為模板，2020種氨基酸經(jīng)活化獲得的氨酰種氨基酸經(jīng)活化獲得的

14、氨酰tRNAtRNA為原料，酶和因子為原料，酶和因子, ,以及無機(jī)離子，以及無機(jī)離子，ATP ATP 、GTPGTP供能等作用下在核糖體中完成蛋白質(zhì)的合成供能等作用下在核糖體中完成蛋白質(zhì)的合成。15 15 蛋白質(zhì)的生物合成蛋白質(zhì)的生物合成包括包括三方面三方面的內(nèi)的內(nèi)容容1.氨基酸的激活：在可溶性細(xì)胞質(zhì)中進(jìn)行氨基酸的激活：在可溶性細(xì)胞質(zhì)中進(jìn)行2.多肽鏈的合成多肽鏈的合成 3.新生肽鏈的加工處理：在可溶性細(xì)胞質(zhì)中進(jìn)行新生肽鏈的加工處理：在可溶性細(xì)胞質(zhì)中進(jìn)行 肽鏈合成的肽鏈合成的起始起始肽鏈合成的肽鏈合成的延伸延伸肽鏈合成的肽鏈合成的終止終止（在核糖體中進(jìn)行）（在核糖體中進(jìn)行）以以mRNAmRNA為

15、模板，為模板，2020種氨基酸經(jīng)活化獲得的氨酰種氨基酸經(jīng)活化獲得的氨酰tRNAtRNA為原料，酶和因子為原料，酶和因子, ,以及無機(jī)離子，以及無機(jī)離子，ATP ATP 、GTPGTP供能等作用下在核糖體中完成蛋白質(zhì)的合成供能等作用下在核糖體中完成蛋白質(zhì)的合成。15 15 蛋白質(zhì)的生物合成蛋白質(zhì)的生物合成14.4.1 14.4.1 氨基酸氨基酸的激活的激活 tRNA在氨基酰在氨基酰-tRNA 合成酶的幫助下，能夠識別相應(yīng)的氨基酸，并通過合成酶的幫助下，能夠識別相應(yīng)的氨基酸，并通過tRNA氨基酸臂的氨基酸臂的 3-OH 與氨基酸的羧基形成活化與氨基酸的羧基形成活化(酯酯)氨基酰氨基酰-tRNA。

16、氨基酰氨基酰-tRNA的形成是一個兩步反應(yīng)過程：的形成是一個兩步反應(yīng)過程：第一步是氨基酸與第一步是氨基酸與 ATP 作用作用, 形成氨基酰腺嘌呤核苷酸（氨酰形成氨基酰腺嘌呤核苷酸（氨酰AMP）第二步是氨基?；D(zhuǎn)移到第二步是氨基?；D(zhuǎn)移到tRNA的的3-OH端上端上,形成氨酰形成氨酰-tRNA（氨酰（氨酰tRNA）15 15 蛋白質(zhì)的生物合成蛋白質(zhì)的生物合成是核糖體的大小亞基，是核糖體的大小亞基，mRNA以及一種具有起譯作用的以及一種具有起譯作用的fMettRNA共同結(jié)合成起始復(fù)合體的過程，需起動因子共同結(jié)合成起始復(fù)合體的過程，需起動因子（IF）、）、GTP和和Mg2+的參與，分三小步進(jìn)行：的參

17、與，分三小步進(jìn)行：30S30S亞基在亞基在IF3IF3的作用下，識別的作用下，識別mRNAmRNA上的起始密碼上的起始密碼AUG,AUG,與與mRNAmRNA結(jié)合產(chǎn)生結(jié)合產(chǎn)生30S30SmRNAmRNA復(fù)合物復(fù)合物fMettRNAmRNA此時此時fMetfMettRNAtRNA占據(jù)了占據(jù)了P P位，位，A A位空出位空出14.4.2 14.4.2 原核生物多肽鏈的合成原核生物多肽鏈的合成15 15 蛋白質(zhì)的生物合成蛋白質(zhì)的生物合成是新的氨酰是新的氨酰tRNA進(jìn)入核糖體與進(jìn)入核糖體與mRNA上的密上的密碼子碼子“對號入座對號入座”，即占據(jù)，即占據(jù)A位，然后位，然后P位上的氨酰（或肽酰）脫落位上的

18、氨酰（或肽酰）脫落與與A位上的氨酰形成肽鍵，核糖體不斷沿著位上的氨酰形成肽鍵，核糖體不斷沿著mRNA從從5/ 3/滑動，滑動，從而推動肽鏈不斷延伸的過程。需要延長因子（從而推動肽鏈不斷延伸的過程。需要延長因子（EF）、）、GTP、轉(zhuǎn)肽、轉(zhuǎn)肽酶、移位酶參與，分四小步進(jìn)行：酶、移位酶參與，分四小步進(jìn)行：14.4.2 14.4.2 原核生物多肽鏈的合成原核生物多肽鏈的合成15 15 蛋白質(zhì)的生物合成蛋白質(zhì)的生物合成15 15 蛋白質(zhì)的生物合成蛋白質(zhì)的生物合成15 15 蛋白質(zhì)的生物合成蛋白質(zhì)的生物合成15 15 蛋白質(zhì)的生物合成蛋白質(zhì)的生物合成是是A位上出現(xiàn)位上出現(xiàn)了終止密碼，肽鏈延長停止，新合成了

19、終止密碼，肽鏈延長停止，新合成的肽鏈被水解釋放，核糖體與的肽鏈被水解釋放，核糖體與mRNA，大小亞基分離的過程，需終止因子大小亞基分離的過程，需終止因子（RF）參與，分三小步完成）參與，分三小步完成14.4.2 14.4.2 原核生物多肽鏈的合成原核生物多肽鏈的合成A A位上出現(xiàn)終止密碼（位上出現(xiàn)終止密碼（UAAUAA或或UAGUAG或或UGAUGA），），RFRF與終止密碼結(jié)與終止密碼結(jié)合，肽鏈延長即自行終止。合，肽鏈延長即自行終止。 P P位上的肽鏈被水解釋放形成新位上的肽鏈被水解釋放形成新生肽鏈。生肽鏈。 最后一個最后一個tRNAtRNA脫落，脫落，mRNAmRNA離離開核糖體，大小亞基

20、分開。投入開核糖體，大小亞基分開。投入下一個核糖體循環(huán)。下一個核糖體循環(huán)。15 15 蛋白質(zhì)的生物合成蛋白質(zhì)的生物合成多聚核糖體多聚核糖體高速、高效高速、高效15 15 蛋白質(zhì)的生物合成蛋白質(zhì)的生物合成新生肽鏈新生肽鏈蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)加工處理加工處理15.5 肽鏈合成后的肽鏈合成后的“加工處理加工處理”15 15 蛋白質(zhì)的生物合成蛋白質(zhì)的生物合成蛋白質(zhì)的生物合成包括蛋白質(zhì)的生物合成包括氨基酸的激活：在可溶性細(xì)胞質(zhì)中進(jìn)行氨基酸的激活：在可溶性細(xì)胞質(zhì)中進(jìn)行多肽的合成多肽的合成 新生肽鏈的加工處理：在可溶性細(xì)胞質(zhì)中進(jìn)行新生肽鏈的加工處理：在可溶性細(xì)胞質(zhì)中進(jìn)行肽鏈合成的起始肽鏈合成的起始肽鏈合成的延伸：肽

21、鏈合成的延伸：-進(jìn)位、轉(zhuǎn)肽、脫落、移位進(jìn)位、轉(zhuǎn)肽、脫落、移位肽鏈合成的終止肽鏈合成的終止真核和原核的區(qū)別：核糖體的大小不同；起譯氨酰真核和原核的區(qū)別：核糖體的大小不同；起譯氨酰-tRNA-tRNA不同不同（在核糖體中進(jìn)行）（在核糖體中進(jìn)行）蛋白質(zhì)的生物合成小結(jié)蛋白質(zhì)的生物合成小結(jié)15 15 蛋白質(zhì)的生物合成蛋白質(zhì)的生物合成15.5 蛋白質(zhì)合成中能量問題蛋白質(zhì)合成中能量問題按ATP的摩爾數(shù)計算呢？活化每個氨基酸需活化每個氨基酸需1ATP，肽鏈的，肽鏈的起始要起始要1ATP（相當(dāng)于第一個（相當(dāng)于第一個AA進(jìn)位用去），延長時（進(jìn)位和移位）需進(jìn)位用去），延長時（進(jìn)位和移位）需2ATP。合成一個合成一個

22、n肽所需能量肽所需能量3n1 ATP（ ?不用移位）。不用移位）。15 15 蛋白質(zhì)的生物合成蛋白質(zhì)的生物合成翻譯中的幾個重點問題翻譯中的幾個重點問題 1. 核糖體沿著核糖體沿著mRNA閱讀的方向閱讀的方向是從哪端到是從哪端到 哪端？哪端？多肽鏈合成的方向多肽鏈合成的方向又是從哪端到哪又是從哪端到哪端？端？2. 蛋白質(zhì)合成過程中蛋白質(zhì)合成過程中mRNA慢慢移動，每次慢慢移動，每次移動的距離移動的距離是多少？移動后，是多少？移動后，5端露出的又端露出的又可結(jié)合核糖體，所形成的結(jié)構(gòu)是什么？它可結(jié)合核糖體，所形成的結(jié)構(gòu)是什么？它有什么作用？有什么作用？3. 合成一個二肽至少合成一個二肽至少用去幾摩爾

23、用去幾摩爾ATP？ 合成合成100肽又用去幾摩爾肽又用去幾摩爾ATP？ 利用蛋白質(zhì)供能是否劃算利用蛋白質(zhì)供能是否劃算？15 15 蛋白質(zhì)的生物合成蛋白質(zhì)的生物合成1試述遺傳中心法則的主要內(nèi)容，該法則的揭示在生命科學(xué)的試述遺傳中心法則的主要內(nèi)容，該法則的揭示在生命科學(xué)的 發(fā)展中有何意義？發(fā)展中有何意義？2什么是遺傳密碼？簡述其基本特點。什么是遺傳密碼？簡述其基本特點。3mRNA、tRNA、rRNA在蛋白質(zhì)生物合成中各具什么作在蛋白質(zhì)生物合成中各具什么作 用？用？4蛋白質(zhì)的生物合成包括哪幾方面的內(nèi)容？多肽的合成又包括蛋白質(zhì)的生物合成包括哪幾方面的內(nèi)容？多肽的合成又包括 哪些步驟？其中每增加一個氨基酸殘基的過程是如何進(jìn)行的？哪些步驟？其中每增加一個氨基酸殘基的過程是如何進(jìn)行的？5合成二肽至少需要多少摩爾合成二肽至少需要多少摩爾ATP？合成？合成200肽有需要用去多少肽有需要用去多少 摩爾摩爾ATP？思考與練習(xí)思考與練習(xí)15 15 蛋白質(zhì)的生物合成蛋白質(zhì)的生物合成