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1、(Protein Biosynthesis，Translation)蛋白質(zhì)生物合成的概念蛋白質(zhì)生物合成的概念蛋白質(zhì)生物合成蛋白質(zhì)生物合成(protein biosynthesis)也稱(chēng)也稱(chēng)翻譯翻譯(translation)，是指生物細(xì)胞以，是指生物細(xì)胞以mRNA為模為模板，按照板，按照mRNA分子中分子中核苷酸的排列順序核苷酸的排列順序所組所組成的成的密碼信息密碼信息合成蛋白質(zhì)的過(guò)程。合成蛋白質(zhì)的過(guò)程。 n定義定義1. 1. 基本原料：基本原料：2020種基本種基本氨基酸氨基酸2. 2. 信息模板：信息模板：mRNAmRNA （信使（信使RNARNA）3. 3. “裝配工廠裝配工廠”：核糖體核
2、糖體4. 4. “運(yùn)輸工具運(yùn)輸工具”：tRNAtRNA（轉(zhuǎn)運(yùn)（轉(zhuǎn)運(yùn)RNARNA）5. 5. 主要酶：主要酶：氨基酰氨基酰-tRNA-tRNA合成酶合成酶、轉(zhuǎn)肽酶轉(zhuǎn)肽酶6. 6. 蛋白質(zhì)因子：起始因子、延長(zhǎng)因子、釋放因子蛋白質(zhì)因子：起始因子、延長(zhǎng)因子、釋放因子7. 7. 金屬離子：金屬離子：MgMg2+2+、 K K+ +8. 8. 能源物質(zhì)：能源物質(zhì)：ATPATP、GTPGTP蛋白質(zhì)生物合成體系蛋白質(zhì)生物合成體系A(chǔ)UGGUGGCGAGGTGTATTGAUAAAAAA Anm7Gpppp5/5/3/3/mRNA的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu) 從編碼區(qū)從編碼區(qū)5 5 端端AUGAUG（起始密碼子）（起始密碼子）至至
3、3 3 端端UAAUAA（終止密碼（終止密碼子）子）為止，每為止，每3 3個(gè)相鄰核苷酸為一組，稱(chēng)為個(gè)相鄰核苷酸為一組，稱(chēng)為三聯(lián)密碼子三聯(lián)密碼子。 每每3 3個(gè)核苷酸個(gè)核苷酸（即一個(gè)（即一個(gè)三聯(lián)密碼子三聯(lián)密碼子），經(jīng)翻譯后對(duì)應(yīng)于），經(jīng)翻譯后對(duì)應(yīng)于1 1個(gè)氨基酸分子個(gè)氨基酸分子。 編碼區(qū)編碼區(qū)指能夠直接指導(dǎo)合成蛋白質(zhì)的區(qū)域，而指能夠直接指導(dǎo)合成蛋白質(zhì)的區(qū)域，而非編碼區(qū)非編碼區(qū)主要對(duì)合成過(guò)程進(jìn)行調(diào)控，本身不翻譯成相應(yīng)的蛋白質(zhì)。主要對(duì)合成過(guò)程進(jìn)行調(diào)控，本身不翻譯成相應(yīng)的蛋白質(zhì)。一、一、mRNAmRNA是蛋白質(zhì)合成的信息模板是蛋白質(zhì)合成的信息模板n遺傳密碼遺傳密碼在在mRNAmRNA的編碼區(qū)的編碼區(qū)，以
4、每，以每3 3個(gè)相鄰的核苷酸為個(gè)相鄰的核苷酸為一組，代表一種氨基酸信息一組，代表一種氨基酸信息( (或其他信息或其他信息) )，這種，這種三三聯(lián)體形式聯(lián)體形式的核苷酸序列稱(chēng)為的核苷酸序列稱(chēng)為密碼子密碼子或或三聯(lián)密碼子三聯(lián)密碼子。 密碼子（密碼子（codon）u起始密碼子：起始密碼子：AUG-甲酰甲硫氨酸甲酰甲硫氨酸 線(xiàn)粒體和葉綠體以線(xiàn)粒體和葉綠體以AUG、AUU、AUA 為起始密碼子為起始密碼子u終止密碼子：終止密碼子：UAA、UAG、UGAn解碼解碼 反密碼子（反密碼子（anti-codon） 反密碼子是位于反密碼子是位于tRNAtRNA、可、可與與mRNAmRNA的三聯(lián)體密的三聯(lián)體密碼子配
5、對(duì)碼子配對(duì)的的三個(gè)相鄰核苷酸三個(gè)相鄰核苷酸。在蛋白質(zhì)的合成中，。在蛋白質(zhì)的合成中，起起解讀密碼解讀密碼、輔助將特異的、輔助將特異的氨基酸引入合成位點(diǎn)氨基酸引入合成位點(diǎn)。A U G53密碼子密碼子反密碼子反密碼子n遺傳密碼的特點(diǎn)遺傳密碼的特點(diǎn)1. 1. 方向性方向性(directional)(directional)翻譯時(shí)遺傳密碼的閱讀方向是翻譯時(shí)遺傳密碼的閱讀方向是 ，即讀，即讀碼從碼從mRNA的起始密碼子的起始密碼子AUG開(kāi)始，按開(kāi)始，按53的方向逐一閱讀，直至終止密碼子。的方向逐一閱讀，直至終止密碼子。 532. 2. 連續(xù)性連續(xù)性(non-punctuated)(non-punctuat
6、ed)編碼蛋白質(zhì)氨基酸序列的各個(gè)三聯(lián)體密編碼蛋白質(zhì)氨基酸序列的各個(gè)三聯(lián)體密碼連續(xù)閱讀，密碼子及密碼子的各堿基之間碼連續(xù)閱讀，密碼子及密碼子的各堿基之間既無(wú)間隔也無(wú)交叉既無(wú)間隔也無(wú)交叉。 3. 3. 簡(jiǎn)并性簡(jiǎn)并性 (degenerate)(degenerate)一種氨基酸可具有一種氨基酸可具有2個(gè)或個(gè)或2個(gè)以上的密碼個(gè)以上的密碼子為其編碼。這一特性稱(chēng)為遺傳密碼的簡(jiǎn)并子為其編碼。這一特性稱(chēng)為遺傳密碼的簡(jiǎn)并性。性。編碼氨基酸的編碼氨基酸的密碼子共密碼子共61組組氨基酸氨基酸共共20種種一種氨基酸一種氨基酸多組密碼子多組密碼子一組密碼子一組密碼子一種氨基酸一種氨基酸4. 4. 擺動(dòng)性擺動(dòng)性 (wobb
7、le)(wobble) 反密碼子與密碼子之間的配對(duì)有時(shí)并不反密碼子與密碼子之間的配對(duì)有時(shí)并不嚴(yán)格遵守常見(jiàn)的堿基配對(duì)規(guī)律，這種現(xiàn)象稱(chēng)嚴(yán)格遵守常見(jiàn)的堿基配對(duì)規(guī)律，這種現(xiàn)象稱(chēng)為擺動(dòng)配對(duì)。為擺動(dòng)配對(duì)。 U5. 5. 通用性通用性 (universal)(universal)二、核糖體是蛋白質(zhì)合成的場(chǎng)所二、核糖體是蛋白質(zhì)合成的場(chǎng)所n核糖體核糖體1. 核糖體是核糖體是多肽鏈的多肽鏈的“裝配工廠裝配工廠”，負(fù)責(zé)將，負(fù)責(zé)將小分子的氨基酸組裝成大分子的多肽鏈；小分子的氨基酸組裝成大分子的多肽鏈；2. 核糖體是由核糖體是由rRNA和多種和多種蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)結(jié)合而成，結(jié)合而成，包括一個(gè)包括一個(gè)大亞基大亞基和一個(gè)和一個(gè)
8、小亞基小亞基兩部分；兩部分；3. 核糖體能夠核糖體能夠沿著模板沿著模板mRNA鏈鏈從從5 端向端向3 端端移動(dòng)移動(dòng)；核糖體的組成核糖體的組成氨基酸與氨基酸與tRNA的連接的連接氨基酰氨基酰-tRNA-tRNA合成酶合成酶 氨基酸氨基酸 + tRNA氨基酰氨基酰- tRNAATP AMPPPi氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶OHHCOO氨基氨基酰酰-tRNA-tRNA 1. 高度專(zhuān)一性：高度專(zhuān)一性：氨基酰氨基酰-tRNA合成酶既能夠識(shí)合成酶既能夠識(shí)別特定的氨基酸，又能夠辨認(rèn)應(yīng)該結(jié)合這種別特定的氨基酸，又能夠辨認(rèn)應(yīng)該結(jié)合這種氨基酸的氨基酸的tRNA。 氨基酰氨基酰-tRNA-tRNA合成酶的特點(diǎn)
9、合成酶的特點(diǎn) 2. 校對(duì)活性：校對(duì)活性：能識(shí)別錯(cuò)誤結(jié)合的氨基酸并將其水能識(shí)別錯(cuò)誤結(jié)合的氨基酸并將其水解釋放，避免蛋白質(zhì)合成過(guò)程的氨基酸錯(cuò)配。解釋放，避免蛋白質(zhì)合成過(guò)程的氨基酸錯(cuò)配。保證蛋白質(zhì)合成的高保真性保證蛋白質(zhì)合成的高保真性翻譯過(guò)程翻譯過(guò)程(The Process of Protein Biosynthesis )( (一一) )起始起始IF-3IF-11. 核糖體大小亞基分離核糖體大小亞基分離A U G53IF-3IF-12. mRNA在小亞基定位結(jié)合在小亞基定位結(jié)合核糖體核糖體結(jié)合位點(diǎn)結(jié)合位點(diǎn)起始密碼子上游一段起始密碼子上游一段4-9 4-9 bpbp的保守序列，可的保守序列，可與核糖
10、體與核糖體16S 16S rRNArRNA通通過(guò)堿基互補(bǔ)精確配對(duì)。過(guò)堿基互補(bǔ)精確配對(duì)。IF-3IF-1IF-2GTP3. 起始氨基酰起始氨基酰tRNA( fMet-tRNA )結(jié)合到小亞基結(jié)合到小亞基A U G53IF-3IF-1IF-2GTPGDPPi4. 核糖體大亞基結(jié)合，起始復(fù)合物形成核糖體大亞基結(jié)合，起始復(fù)合物形成A U G53mRNA氨基酰氨基酰- -tRNAtRNA核糖體核糖體IF-3IF-1A U G53IF-2GTPIF-2-GTPGDPPi原核生物翻譯起始總結(jié)原核生物翻譯起始總結(jié)( (二二) ) 原核生物肽鏈延長(zhǎng)原核生物肽鏈延長(zhǎng)物理位置的轉(zhuǎn)變物理位置的轉(zhuǎn)變酶催化的化學(xué)反應(yīng)酶催
11、化的化學(xué)反應(yīng)進(jìn)進(jìn)位位轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)位位成肽成肽成肽是由成肽是由轉(zhuǎn)肽酶轉(zhuǎn)肽酶催化形成催化形成肽鍵肽鍵的過(guò)程。的過(guò)程。TuGTPGDPA U G53TufMetA U G53fMetTuGTP 當(dāng)當(dāng)mRNAmRNA上的上的終止密碼子終止密碼子出現(xiàn)后，多肽鏈合成出現(xiàn)后，多肽鏈合成停止停止，肽鏈從肽酰，肽鏈從肽酰-tRNA-tRNA中中脫落脫落，mRNAmRNA、核糖體、核糖體等等解體解體，此時(shí)翻譯過(guò)程終止。，此時(shí)翻譯過(guò)程終止。( (三三) ) 原核生物翻譯終止原核生物翻譯終止 終止密碼子不被任何氨基酰終止密碼子不被任何氨基酰-tRNA-tRNA識(shí)別，只有識(shí)別，只有釋放因子釋放因子（RFRF）能夠識(shí)別它并進(jìn)入核
12、糖體的）能夠識(shí)別它并進(jìn)入核糖體的A A位。位。 1. 1. 釋放因子可釋放因子可引起轉(zhuǎn)肽酶活性的改變引起轉(zhuǎn)肽酶活性的改變，從而使，從而使肽鏈從肽鏈從tRNAtRNA上脫落。上脫落。 2. 2. 釋放因子可釋放因子可引起核糖體結(jié)構(gòu)的改變引起核糖體結(jié)構(gòu)的改變，從而使，從而使復(fù)合體趨于解體。復(fù)合體趨于解體。U A G53RFCOO-蛋白質(zhì)翻譯后加工和靶向輸送蛋白質(zhì)翻譯后加工和靶向輸送一、一、 分子伴侶輔助肽鏈折疊分子伴侶輔助肽鏈折疊二、蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)修飾主要是二、蛋白質(zhì)一級(jí)結(jié)構(gòu)修飾主要是肽鍵水解和化學(xué)修飾肽鍵水解和化學(xué)修飾 （一）肽鏈末端的修飾（一）肽鏈末端的修飾（二）個(gè)別氨基酸的共價(jià)修飾（二）個(gè)別
13、氨基酸的共價(jià)修飾 1 1糖基化糖基化 2 2羥基化羥基化 3 3甲基化甲基化 4 4磷酸化磷酸化 5 5二硫鍵形成二硫鍵形成 6 6親脂性修飾親脂性修飾例：鴉片促黑皮質(zhì)素原例：鴉片促黑皮質(zhì)素原(POMC)(POMC)的水解修飾的水解修飾（三）多肽鏈的水解修飾（三）多肽鏈的水解修飾三、空間結(jié)構(gòu)的修飾三、空間結(jié)構(gòu)的修飾結(jié)合蛋白質(zhì)合成后都需要結(jié)合相應(yīng)輔基，結(jié)合蛋白質(zhì)合成后都需要結(jié)合相應(yīng)輔基，才能成為具有功能活性的天然蛋白質(zhì)。才能成為具有功能活性的天然蛋白質(zhì)。 具有四級(jí)結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)由兩條以上的肽鏈具有四級(jí)結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)由兩條以上的肽鏈通過(guò)非共價(jià)鍵聚合，形成寡聚體。通過(guò)非共價(jià)鍵聚合，形成寡聚體。（一）亞基
14、聚合形成具有（一）亞基聚合形成具有四級(jí)結(jié)構(gòu)四級(jí)結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)的蛋白質(zhì)（二）（二）輔基輔基連接后形成完整的結(jié)合蛋白質(zhì)連接后形成完整的結(jié)合蛋白質(zhì)四、合成后蛋白質(zhì)可被四、合成后蛋白質(zhì)可被靶向輸送至細(xì)胞特定部位靶向輸送至細(xì)胞特定部位 蛋白質(zhì)在核糖體上合成后，必須分選出來(lái)，蛋白質(zhì)在核糖體上合成后，必須分選出來(lái)，定向輸送到一個(gè)合適的部位才能行使各自的生物定向輸送到一個(gè)合適的部位才能行使各自的生物學(xué)功能。蛋白質(zhì)的靶向輸送與翻譯后修飾過(guò)程同學(xué)功能。蛋白質(zhì)的靶向輸送與翻譯后修飾過(guò)程同步進(jìn)行。步進(jìn)行。 一、許多抗生素通過(guò)抑制蛋白質(zhì)一、許多抗生素通過(guò)抑制蛋白質(zhì)生物合成發(fā)揮作用生物合成發(fā)揮作用四四環(huán)環(huán)素素族族氯霉素氯霉素鏈霉素和卡那霉素鏈霉素和卡那霉素嘌呤霉素嘌呤霉素放線(xiàn)菌酮放線(xiàn)菌酮（一）毒素（一）毒素
第15章 蛋白質(zhì)的生物合成
