《季期生化理論授課課件14 蛋白質的生物合成》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《季期生化理論授課課件14 蛋白質的生物合成（32頁珍藏版）》請在裝配圖網上搜索。
1、1 1掌握原核生物蛋白質合成體系的組分、作用原理；掌握原核生物蛋白質合成體系的組分、作用原理；2 2熟悉熟悉“中心法則中心法則”基本內容和蛋白質生物合成的基本內容和蛋白質生物合成的具體具體 過程；過程；3 3了解真、原核生物蛋白質合成的差異。了解真、原核生物蛋白質合成的差異。教學目標教學目標教學重點：教學重點：中心法則的概念、遺傳密碼的重要性質中心法則的概念、遺傳密碼的重要性質及蛋白質合成體系的組分、作用原理和蛋白質生物合及蛋白質合成體系的組分、作用原理和蛋白質生物合成的具體過程。成的具體過程。教學難點教學難點：蛋白質生物合成的具體過程。蛋白質生物合成的具體過程。概述概述 14. 1 14.
2、1 遺傳密碼遺傳密碼 14. 2 14. 2 核糖體核糖體 14. 3 14. 3 轉移轉移RNARNA 14.4 14.4 蛋白質生物合成過程蛋白質生物合成過程 思考與練習教學綱要教學綱要 生物的遺傳信息從生物的遺傳信息從 DNADNA傳遞給傳遞給DNADNA的過程稱為的過程稱為復制復制 mRNAmRNA鏈上的遺傳信息合成鏈上的遺傳信息合成蛋白質的過程，被稱為蛋白質的過程，被稱為翻譯翻譯u 遺傳信息從遺傳信息從 DNADNA到到RNARNA再再到蛋白質的過程稱為到蛋白質的過程稱為基因表達基因表達 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
3、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一步修改，補充了則作進一步修改，補充了逆轉錄。逆轉錄。Reverse transcriptionD NAR NA蛋白質轉錄反轉錄翻譯復制復制概述 生物的遺傳信息從生物的遺傳信息從 DNADNA傳遞給傳遞給mRNAmRNA的過程稱為的過程稱為轉錄轉錄復制、轉錄、翻譯概況圖復制、轉錄、翻譯概況圖概述1. mRNA1. mRNA模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？翻譯中的提出的問題翻譯中的提出的問題2. 2. 核糖體為什么能作為蛋白質合
4、成的場所？核糖體為什么能作為蛋白質合成的場所？3. tRNA3. tRNA又是怎樣識別和運輸它的又是怎樣識別和運輸它的AAAA的呢？的呢？概述密碼子的概念：密碼子的概念：mRNA分子中為一個氨基酸編碼進入蛋白質分子中為一個氨基酸編碼進入蛋白質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：密碼子的確立：數(shù)學推算方法數(shù)學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上把由于遺傳學上把由于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
5、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，從而導致突變。誤譯，從而導致突變。 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。AAAA密碼子的證明密碼子的證明 生物化學方法生物化學方法 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可指導合成怎樣的多可指導合成怎樣的多肽，
6、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 結結 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 結結 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 多聚腺苷酸多聚腺苷酸 結結 果：果： Lys- Lys-Lys- Lys 多聚賴氨酸多聚賴氨酸 結結 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 結結 果：果： Leu- Ser- Leu- Ser 多
7、亮絲氨酸多亮絲氨酸 結結 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行多次反復的實驗，化了用其他類似的方法進行多次反復的實驗，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。遺傳密碼表遺傳密碼的性質遺傳密碼的性質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。但質體（線粒指在生物界是公用的，大家都同用一套密碼。但質體（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
8、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。密碼子之間無標點符號，不能停頓，不能加入一個或兩個。密碼子之間無標點符號，不能停頓，不能加入一個或兩個。5.5.間并性。間并性。幾種密碼子對應于相同一種氨基酸。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： 代表合成蛋白質時的第一個密碼，存在于代表合成蛋白質時的第一個密碼，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
9、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)時指導合成蛋氨酸，把出現(xiàn)時指導合成蛋氨酸，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、UGAUGA核糖體是蛋白質合成的部
10、位：核糖體是蛋白質合成的部位：1950年用放射性同位素標記年用放射性同位素標記AA法證明法證明基本功能基本功能: :l 結合結合mRNAmRNA，在，在mRNAmRNA上選擇適當?shù)膮^(qū)域開始翻譯上選擇適當?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，也可同內質網結合，形成核糖體可游離存在，真核中，也可同內質網結合，形成 粗糙的內質網。原核中，與粗糙的內質網。原核中，與mRNAmRNA形成串狀形成串狀多核糖體多核糖體核糖體的組成與結構核糖體的組成與結構原
11、核原核真核真核核糖體的功能部位核糖體的功能部位肽酰結合位點肽酰結合位點或或P P位或給位位或給位氨酰結合位點氨酰結合位點或或A A位或受位位或受位mRNA肽酰結合位點肽酰結合位點或或P P位或給位位或給位氨酰結合位點氨酰結合位點或或A A位或受位位或受位mRNAtRNAtRNA在蛋白質合成中忙前忙后，非常辛苦，在蛋白質合成中忙前忙后，非常辛苦， 將氨基酸運到核糖體與密碼子將氨基酸運到核糖體與密碼子“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核糖體結合位點核糖體結合位點氨基酸臂氨基酸臂反密碼環(huán)反密
12、碼環(huán)tRNAtRNA的三級結構示意圖的三級結構示意圖擺動學說擺動學說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格性叫之。表現(xiàn)出別幾個密碼子，這種堿基配對的不嚴格性叫之。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A，C，U A，G C，G，U I U C 反密碼反密碼 密碼子密碼子第三位堿基第三位堿基 I U C密碼子、反密碼子配對的擺動現(xiàn)象 I U C I U CA，C，U A，G C，G，U以以mRNAmRNA為模板，為模板，202
13、0種氨基酸經活化獲得的氨酰種氨基酸經活化獲得的氨酰tRNAtRNA為原料，酶和因子為原料，酶和因子, ,以及無機離子，以及無機離子，ATP ATP 、GTPGTP供能等作用下在核糖體中完成蛋白質的合成供能等作用下在核糖體中完成蛋白質的合成。包括包括三方面三方面的內的內容容1.氨基酸的激活：在可溶性細胞質中進行氨基酸的激活：在可溶性細胞質中進行2.多肽鏈的合成多肽鏈的合成 3.新生肽鏈的加工處理：在可溶性細胞質中進行新生肽鏈的加工處理：在可溶性細胞質中進行 肽鏈合成的起始肽鏈合成的起始肽鏈合成的延伸肽鏈合成的延伸肽鏈合成的終止肽鏈合成的終止（在核糖體中進行）（在核糖體中進行）以以mRNAmRNA
14、為模板，為模板，2020種氨基酸經活化獲得的氨酰種氨基酸經活化獲得的氨酰tRNAtRNA為原料，酶和因子為原料，酶和因子, ,以及無機離子，以及無機離子，ATP ATP 、GTPGTP供能等作用下在核糖體中完成蛋白質的合成供能等作用下在核糖體中完成蛋白質的合成。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，能夠識別相應的氨基酸，并通過合成酶的幫助下，能夠識別相應的氨基酸，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。 氨基酰氨基酰-tRNA的形成是一個兩步反應
15、過程：的形成是一個兩步反應過程：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移到第二步是氨基?；D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）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共同結合成起始復合體的過程，需起動因子共同結合成起始復合體的過程，需起動因子（IF）、）、GTP和和Mg2+的參與，分三小步進行：的參與，分三小步進行：30S30S亞基在亞基在IF3IF3的作用下，識別的作用下，識別mR
16、NAmRNA上的起始密碼上的起始密碼AUG,AUG,與與mRNAmRNA結合產生結合產生30S30SmRNAmRNAIF3IF3復合物復合物fMettRNA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是新的氨酰是新的氨酰tRNA進進入核糖體與入核糖體與mRNA上的密碼子上的密碼子“對號入對號入座座”，即占據(jù)，即占據(jù)A位，然后位，然后P位上的氨酰位上的氨酰（或肽酰）脫落與（或肽酰）脫落與A位上的氨酰形成肽鍵，位上的氨酰形成肽鍵，核糖體不斷沿著核糖體不斷沿著mRNA從從5/ 3/滑動，滑動，
17、從而推動肽鏈不斷延伸的過程。需要延長從而推動肽鏈不斷延伸的過程。需要延長因子（因子（EF）、）、GTP、轉肽酶、移位酶參、轉肽酶、移位酶參與，分四小步進行：與，分四小步進行：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進位進位肽鏈的形成肽鏈的形成P位點A位點 核糖體移動方向核糖體移動方向是是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
18、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與終止密碼結與終止密碼結合，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)。多聚核糖體多聚核糖體高速、高效高速、高效新生肽鏈新生肽鏈蛋白質蛋白質加工處理加工處理14.4.5 14.4.5 肽鏈合成后的肽鏈合成后的“加工處理加工處理”蛋
19、白質的生物合成包括蛋白質的生物合成包括氨基酸的激活：在可溶性細胞質中進行氨基酸的激活：在可溶性細胞質中進行多肽的合成多肽的合成 新生肽鏈的加工處理：在可溶性細胞質中進行新生肽鏈的加工處理：在可溶性細胞質中進行肽鏈合成的起始肽鏈合成的起始肽鏈合成的延伸：進位、轉肽、肽鏈合成的延伸：進位、轉肽、 脫落、移位脫落、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（在核糖體中進行）（在核糖體中進行）蛋白質的生物合成小結蛋白質的生物合成小結14.5 14.5 蛋白質合成中能量問題蛋白質合成中能量問題按AT
20、P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（相當于第一個（相當于第一個AA進位用去），延長時（進位和移位）需進位用去），延長時（進位和移位）需2ATP。合成一個合成一個n肽所需能量肽所需能量3n1 ATP（ ?不用移位）。不用移位）。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. 蛋白質合成過程中蛋白質合成過程中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
21、？移動后，5端露出的又端露出的又可結合核糖體，所形成的結構是什么？它可結合核糖體，所形成的結構是什么？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？ 利用蛋白質供能是否劃算？利用蛋白質供能是否劃算？1試述遺傳中心法則的主要內容，該法則的揭示在試述遺傳中心法則的主要內容，該法則的揭示在 生命科學的發(fā)展中有何意義？生命科學的發(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在蛋白質生物合成中各具在蛋白質生物合成中各具 什么作用？什么作用？4蛋白質的生物合成包括哪幾方面的內容？多肽的蛋白質的生物合成包括哪幾方面的內容？多肽的 合成又包括哪些步驟？其中每增加一個氨基酸殘合成又包括哪些步驟？其中每增加一個氨基酸殘 基的過程是如何進行的？基的過程是如何進行的？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肽有肽有 需要用去多少摩爾需要用去多少摩爾ATP？思考與練習思考與練習
季期生化理論授課課件14 蛋白質的生物合成
