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1、蛋白质的生物合成（翻译）Protein Biosynthesis，Translation,第 十 三 章,蛋白质的生物合成，即翻译，就是将核酸中由 4 种核苷酸序列编码的遗传信息，通过遗传密码破译的方式解读为蛋白质一级结构中20种氨基酸的排列顺序。,蛋白质合成体系Protein Biosynthesis System,第 一 节,20种氨基酸(AA)作为原料酶及众多蛋白因子，如IF、eIF ATP、GTP、无机离子,参与蛋白质生物合成的物质包括,三种RNAmRNA（messenger RNA,信使RNA）rRNA（ribosomal RNA,核蛋白体RNA）tRNA（transfer RNA,
2、转移RNA）,一、翻译模板mRNA及遗传密码,mRNA是遗传信息的携带者,遗传学将编码一个多肽的遗传单位称为顺反子(cistron)。原核细胞中数个结构基因常串联为一个转录单位，转录生成的mRNA可编码几种功能相关的蛋白质，为多顺反子(polycistron)。真核mRNA只编码一种蛋白质，为单顺反子(single cistron)。,原核生物的多顺反子,真核生物的单顺反子,目 录,mRNA上存在遗传密码,mRNA分子上从5至3方向，由AUG开始，每3个核苷酸为一组，决定肽链上某一个氨基酸或蛋白质合成的起始、终止信号，称为三联体密码(triplet coden)。,起始密码(initiatio
3、n coden):AUG,终止密码(termination coden):UAA，UAG，UGA,遗传密码表,目 录,1.连续性(commaless),遗传密码的特点,编码蛋白质氨基酸序列的各个三联体密码连续阅读，密码间既无间断也无交叉。,基因损伤引起mRNA阅读框架内的碱基发生插入或缺失，可能导致框移突变(frameshift mutation)。,2.简并性(degeneracy),遗传密码中，除色氨酸和甲硫氨酸仅有一个密码子外，其余氨基酸有2、3、4个或多至6个三联体为其编码。,目 录,2.简并性(degeneracy),目 录,3.通用性(universal),蛋白质生物合成的整套密码
4、，从原核生物到人类都通用。已发现少数例外，如动物细胞的线粒体、植物细胞的叶绿体。密码的通用性进一步证明各种生物进化自同一祖先。,4.方向性,5，3，,二、核蛋白体是多肽链合成的装置,目 录,原核生物翻译过程中核蛋白体结构模式:,A位：氨基酰位(aminoacyl site),P位：肽酰位(peptidyl site),E位：排出位(exit site),目 录,三、tRNA与氨基酸的活化,反密码环,氨基酸臂,（一）氨基酰-tRNA合成酶(aminoacyl-tRNA synthetase),氨基酸的活化,氨基酰-tRNA合成酶对底物氨基酸和tRNA都有高度特异性。氨基酰-tRNA合成酶具有校正
5、活性(proofreading activity)。氨基酰-tRNA的表示方法：Ala-tRNAAla Ser-tRNASerMet-tRNAMet,蛋白质生物合成过程 The Process of Protein Biosynthesis,第 二 节,翻译的起始(initiation)翻译的延长(elongation)翻译的终止(termination),整个翻译过程可分为：,翻译过程从阅读框架的5-AUG开始，按mRNA模板三联体密码的顺序延长肽链，直至终止密码出现。,一、肽链合成起始,指mRNA和起始氨基酰-tRNA分别与核蛋白体结合而形成翻译起始复合物(translational in
6、itiation complex)。,（一）原核生物翻译起始复合物形成,核蛋白体大小亚基分离；mRNA在小亚基定位结合；起始氨基酰-tRNA的结合；核蛋白体大亚基结合。,IF-3,IF-1,1.核蛋白体大小亚基分离,目 录,IF-3,IF-1,2.mRNA在小亚基定位结合,目 录,IF-3,IF-1,3.起始氨基酰tRNA(fMet-tRNAimet)结合到小亚基,目 录,IF-3,IF-1,IF-2,GTP,GDP,Pi,4.核蛋白体大亚基结合，起始复合物形成,目 录,IF-3,IF-1,IF-2,-GTP,GDP,Pi,目 录,（二）真核生物翻译起始复合物形成,核蛋白体大小亚基分离；起始氨
7、基酰-tRNA结合；mRNA在核蛋白体小亚基就位；核蛋白体大亚基结合。,真核生物翻译起始复合物形成过程,二、肽链合成延长,指根据mRNA密码序列的指导，次序添加氨基酸从N端向C端延伸肽链，直到合成终止的过程。,肽链延长在核蛋白体上连续性循环式进行，又称为核蛋白体循环，每次循环增加一个氨基酸，包括以下三步：进位(entrance)成肽(peptide bond formation)转位(translocation),延伸过程所需蛋白因子称为延长因子(EF)原核生物：EF-T(EF-Tu,EF-Ts)EF-G真核生物：EF-1、EF-2,又称注册(registration),（一）进位,指根据mR
8、NA下一组遗传密码指导，使相应氨基酰-tRNA进入核蛋白体A位。,目 录,延长因子EF-T催化进位（原核生物）,目 录,Tu,Ts,GTP,GDP,Tu,Ts,GTP,目 录,（二）成肽,是由转肽酶(transpeptidase)催化的肽键形成过程。,（三）转位,延长因子EF-G有转位酶(translocase)活性，可结合并水解1分子GTP，促进核蛋白体向mRNA的3侧移动。,fMet,fMet,目 录,三、肽链合成的终止,当mRNA上终止密码出现后，多肽链合成停止，肽链从肽酰-tRNA中释出，mRNA、核蛋白体等分离，这些过程称为肽链合成终止。,终止相关的蛋白因子称为释放因子(RF),一是
9、识别终止密码，如RF-1特异识别UAA、UAG；而RF-2可识别UAA、UGA。二是诱导转肽酶改变为酯酶活性，相当于催化肽酰基转移到水分子-OH上，使肽链从核蛋白体上释放。,释放因子的功能,原核生物释放因子：RF-1，RF-2，RF-3 真核生物释放因子：eRF,原核肽链合成终止过程,RF,目 录,多聚核蛋白体(polysome),使蛋白质合成高速、高效进行。,目 录,蛋白质合成后加工和输送Posttranslational Processing&Protein Transportation,第 三 节,从核蛋白体释放出的新生多肽链不具备蛋白质生物活性，必需经过不同的翻译后复杂加工过程才转变为天然构象的功能蛋白。,主要包括,多肽链折叠为天然的三维结构 肽链一级结构的修饰高级结构修饰,一级结构的修饰,（一）肽链N端的修饰（二）个别氨基酸的修饰（三）多肽链的水解修饰,高级结构的修饰,（一）亚基聚合（二）辅基连接（三）疏水脂链的共价连接,蛋白质生物合成与医学,第 四 节,一、分子病 由于分子的基因缺陷，使和蛋白质合成异常，导致机体某些结构与功能障碍所造成的疾病。,镰形红细胞贫血病人Hb(HbS)亚基,正常成人Hb(HbA)亚基,四环素族,目 录,二、抗生素,
