2012年秋季期 生化理论授课ppt课件-14 蛋白质的生物合成.ppt

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1、1掌握原核生物蛋白质合成体系的组分、作用原理；2熟悉“中心法则”基本内容和蛋白质生物合成的具体 过程；3了解真、原核生物蛋白质合成的差异。,教学目标,教学重点：中心法则的概念、遗传密码的重要性质及蛋白质合成体系的组分、作用原理和蛋白质生物合成的具体过程。,教学难点：蛋白质生物合成的具体过程。,概述 14.1 遗传密码 14.2 核糖体 14.3 转移RNA 14.4 蛋白质生物合成过程,思考与练习,教学纲要,中心法则,生物的遗传信息从 DNA传递给DNA的过程称为复制,mRNA链上的遗传信息合成蛋白质的过程，被称为翻译,遗传信息从 DNA到RNA再到蛋白质的过程称为基因表达,1958年Cric

2、k将生物遗传信息的这种传递方式称为中心法则。1972年Crick将中心法则作进一步修改，补充了逆转录。,概述,生物的遗传信息从 DNA传递给mRNA的过程称为转录,复制、转录、翻译概况图,概述,1.mRNA模板上的碱基顺序是如何决定多肽链 上AA的排列顺序的呢？,翻译中的提出的问题,2.核糖体为什么能作为蛋白质合成的场所？,3.tRNA又是怎样识别和运输它的AA的呢？,概述,14.1 遗传密码,密码子的概念：mRNA分子中为一个氨基酸编码进入蛋白质多肽链特定线性位置的三个核苷酸单位称为密码子.（Coden）或三联体密码或遗传密码。,密码子的确立：数学推算方法,41=4,42=16,43=64,

3、44=256,密码子的证明：移码突变遗传学上把由于mRNA上的硷基增加或减少而 使密码改变，从而造成生物性状突变的现象。mRNA：AUG GUA GAA CGA 若增加一个、两个或丢失一个、两个硷基，都会成其后面全部的密码改变，AA误译，从而导致突变。若同时增加三个或丢失三个或三倍的硷基，只是局 部发生差错，后面的不改变。,AA密码子的证明,生物化学方法 首先人工合成简单的多聚核苷酸来代替天然的mRNA，然后观察这样的mRNA可指导合成怎样的多肽，从而做出推断（自1961年开始）。例1：人工合成：UUUUUUUUUUUU 多聚尿苷酸 结 果：苯丙-苯丙-苯丙-苯丙 多聚苯丙氨酸 结 论：苯丙氨

4、酸的密码子UUU 例2：人工合成：AAAAAAAAAAAA 多聚腺苷酸 结 果：Lys-Lys-Lys-Lys 多聚赖氨酸 结 论：Lys的密码AAA,例3：人工合成：CUCUCUCUCUCU 多胞尿苷酸 结 果：Leu-Ser-Leu-Ser 多亮丝氨酸 结 论：1.Leu的密码CUC 2.Ser的密码UCU,用其他类似的方法进行多次反复的实验，化了4年时间于1965年弄清了20种AA中的64组密码子，从而排列成了一个表。,14.1 遗传密码,遗传密码表,遗传密码的性质,1.通用性。指在生物界是公用的，大家都同用一套密码。但质体（线粒 体、叶绿体）中的有所不同。2.方向性。从5端到3端阅读。

5、3.不重迭性。每个三联体中的三个核苷酸只编码一个氨基酸。4.连续性。密码子之间无标点符号，不能停顿，不能加入一个或两个。5.间并性。几种密码子对应于相同一种氨基酸。这些密码子为同义密码子6.始起密码和终止密码。,（1）始起密码 AUG：代表合成蛋白质时的第一个密码，存在于mRNA的5端。在真核生物中只有一个始起密码，而且也是Met的密码（即在合成多肽中有AUG出现时指导合成蛋氨酸，把AUG叫Met的实义密码。而在原核生物在中，有两个始起密码AUG和GUG，它们在始起时，是fMet的密码，但在合成多肽时，GUG不是fMet的实义密码，而是Val的实义密码。（2）终止密码UAA、UAG、UGA,1

6、4.1 遗传密码,核糖体是蛋白质合成的部位：,1950年用放射性同位素标记AA法证明,基本功能:结合mRNA，在mRNA上选择适当的区域开始翻译 密码子（mRNA）和反密码子（tRNA）的正确配对 肽键的形成,存在形式:核糖体可游离存在，真核中，也可同内质网结合，形成 粗糙的内质网。原核中，与mRNA形成串状多核糖体,14.2 核糖体,核糖体的组成与结构,rRNA60-65%,Pro30-35%,rRNA55%,Pro45%,原核,真核,14.2 核糖体,核糖体的功能部位,14.2 核糖体,tRNA在蛋白质合成中忙前忙后，非常辛苦，将氨基酸运到核糖体与密码子“对号入座”。,四个非常重要的功能部

7、位：AA臂反密码子区氨酰tRNA 合成酶位点核糖体结合位点,氨基酸臂,反密码环,14.3 转运核糖核酸,tRNA的三级结构示意图,14.3 转运核糖核酸,摆动学说1966年Crick提出的：一个反密码子可以识别几个密码子，这种碱基配对的不严格性叫之。表现出一定的灵活性和摆动性。,反密码子第一位碱基,密码子第三位碱基,A，C，U A，G C，G，U,I U C,反密码,密码子第三位碱基,I U C,密码子、反密码子配对的摆动现象,I U C,I U C,A，C，U A，G C，G，U,14.3 转运核糖核酸,以mRNA为模板，20种氨基酸经活化获得的氨酰tRNA为原料，酶和因子,以及无机离子，A

8、TP、GTP供能等作用下在核糖体中完成蛋白质的合成。,14.4 蛋白质生物合成过程,包括三方面的内容,1.氨基酸的激活：在可溶性细胞质中进行,2.多肽链的合成,3.新生肽链的加工处理：在可溶性细胞质中进行,肽链合成的起始,肽链合成的延伸,肽链合成的终止,（在核糖体中进行）,14.4 蛋白质生物合成过程,以mRNA为模板，20种氨基酸经活化获得的氨酰tRNA为原料，酶和因子,以及无机离子，ATP、GTP供能等作用下在核糖体中完成蛋白质的合成。,14.4.1 氨基酸的激活,tRNA在氨基酰-tRNA 合成酶的帮助下，能够识别相应的氨基酸，并通过tRNA氨基酸臂的 3-OH 与氨基酸的羧基形成活化(

9、酯)氨基酰-tRNA。氨基酰-tRNA的形成是一个两步反应过程：第一步是氨基酸与 ATP 作用,形成氨基酰腺嘌呤核苷酸（氨酰AMP）第二步是氨基酰基转移到tRNA的3-OH端上,形成氨酰-tRNA（氨酰tRNA）,14.4 蛋白质生物合成过程,肽链合成的起始：是核糖体的大小亚基，mRNA以及一种具有起译作用的fMettRNA共同结合成起始复合体的过程，需起动因子（IF）、GTP和Mg2+的参与，分三小步进行：,30S亚基在IF3的作用下，识别mRNA上的起始密码AUG,与mRNA结合产生30SmRNAIF3复合物具有起译作用的fMettRNA进入与起始密码“对号入座”，形成30SfMettRN

10、AGTP复合物 50S亚基参与反应形成fMettRNAmRNA70S起始复合体。.此时fMettRNA占据了P位，A位空出,14.4.2 原核生物多肽链的合成,14.4 蛋白质生物合成过程,肽链合成的延伸：是新的氨酰tRNA进入核糖体与mRNA上的密码子“对号入座”，即占据A位，然后P位上的氨酰（或肽酰）脱落与A位上的氨酰形成肽键，核糖体不断沿着mRNA从5/3/滑动，从而推动肽链不断延伸的过程。需要延长因子（EF）、GTP、转肽酶、移位酶参与，分四小步进行：,14.4.2 原核生物多肽链的合成,14.4 蛋白质生物合成过程,进位 转肽 移位 脱落,进位：在EF和GTP的参与下，一个新的氨酰t

11、RNA识别mRNA上相应的密码子进入A位。转肽：在转肽酶的作用下，肽酰基从P位点转移到A位点，形成新的肽链。,进位,转肽,肽链的形成,肽链合成的延伸：,移位：在移位酶和GTP的作用下，核糖体沿mRNA从5端向3端作相对滑动，每次滑动一个密码子的距离。结果是：原来A位上的肽链tRNA随即转到P位，mRNA的下一个密码进入A位，A位空出，又准备接受下一个氨酰tRNA。脱落：P位上的tRNA脱离核糖体,肽链合成的延伸：,肽链的延伸过程,肽链合成的终止：是A位上出现了终止密码，肽链延长停止，新合成的肽链被水解释放，核糖体与mRNA，大小亚基分离的过程，需终止因子（RF）参与，分三小步完成,14.4.2

12、 原核生物多肽链的合成,14.4 蛋白质生物合成过程,A位上出现终止密码（UAA或UAG或UGA），RF与终止密码结合，肽链延长即自行终止。P位上的肽链被水解释放形成新生肽链。最后一个tRNA脱落，mRNA离开核糖体，大小亚基分开。投入下一个核糖体循环。,多聚核糖体,高速、高效,新生肽链,蛋白质,加工处理,（1）N端改造：fMet/Met的切除（2）信号肽（能透膜，进行蛋白质的锚定）的切除（3）氨基酸的修饰/改造 肽链内或肽链间的二硫键的形成、乙酰化、甲基化 氨基酸残基的修饰（Pro-OH/Lys-0H）（4）某些多肽要经特殊的酶切一段肽链后才有生物活性(如：胰岛素)（5）高级结构的形成(在分

13、子伴侣的协助下形成正确的结构)（6）缔合（辅酶之间的连接或亚基之间的聚合）,14.4.5 肽链合成后的“加工处理”,蛋白质的生物合成包括,氨基酸的激活：在可溶性细胞质中进行,多肽的合成,新生肽链的加工处理：在可溶性细胞质中进行,肽链合成的起始,肽链合成的延伸：进位、转肽、脱落、移位,肽链合成的终止,真核和原核的区别：核糖体的大小不同；起译氨酰-tRNA不同,（在核糖体中进行）,蛋白质的生物合成小结,14.5 蛋白质合成中能量问题,按ATP的摩尔数计算呢？活化每个氨基酸需1ATP，肽链的起始要1ATP（相当于第一个AA进位用去），延长时（进位和移位）需2ATP。合成一个n肽所需能量3n1 ATP

14、（?不用移位）。,翻译中的几个重点问题,核糖体沿着mRNA阅读的方向是从哪端到 哪端？多肽链合成的方向又是从哪端到哪端？蛋白质合成过程中mRNA慢慢移动，每次移动的距离是多少？移动后，5端露出的又可结合核糖体，所形成的结构是什么？它有什么作用？3.合成一个二肽至少用去几摩尔ATP？合成100肽又用去几摩尔ATP？利用蛋白质供能是否划算？,1试述遗传中心法则的主要内容，该法则的揭示在 生命科学的发展中有何意义？2什么是遗传密码？简述其基本特点。3mRNA、tRNA、rRNA在蛋白质生物合成中各具 什么作用？4蛋白质的生物合成包括哪几方面的内容？多肽的 合成又包括哪些步骤？其中每增加一个氨基酸残 基的过程是如何进行的？5合成二肽至少需要多少摩尔ATP？合成200肽有 需要用去多少摩尔ATP？,思考与练习,谢谢！,