《2012年秋季期 生化理论授课ppt课件-15 蛋白质的生物合成.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2012年秋季期 生化理论授课ppt课件-15 蛋白质的生物合成.ppt（32页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
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。,15 蛋白质的生物合成,概述 15.1 遗传密码 15.2 核糖体 15.3 转移RNA 15.4 蛋白质生物合成过程,思考与练习,教学纲要,15 蛋白质的生物合成,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
2、再到蛋白质的过程称为基因表达,1958年Crick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，补充了逆转录和RNA自我复制。,概述,生物的遗传信息从 DNA传递给mRNA的过程称为转录,15 蛋白质的生物合成,复制、转录、翻译概况图,概述,15 蛋白质的生物合成,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,15 蛋白质的生物合成,15.1 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
3、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=64,44=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。,15 蛋白质的生物合成,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
4、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。,15.1 遗
5、传密码,15 蛋白质的生物合成,遗传密码表,15 蛋白质的生物合成,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。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
6、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,15.1 遗传密码,15 蛋白质的生物合成,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。,15.2 核糖体,15 蛋白质的生物合成,核糖
7、体的组成与结构,rRNA 60-65%,Pro 30-35%,rRNA 55%,Pro 45%,原核,真核,15.2 核糖体,15 蛋白质的生物合成,核糖体的功能部位,15.2 核糖体,15 蛋白质的生物合成,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,15.3 转运核糖核酸,15 蛋白质的生物合成,tRNA的三级结构示意图,15.3 转运核糖核酸,15 蛋白质的生物合成,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
8、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,密码子、反密码子配对的摆动现象,I U C,A，C，U A，G C，G，U,15.3 转运核糖核酸,15 蛋白质的生物合成,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。,15.4 蛋白质生物合成过程,15 蛋白质的生物合成,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）,15.4
9、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。,15 蛋白质的生物合成,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(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）,15.4 蛋白质生物合成过程,15 蛋白质的生
10、物合成,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30SmRNA复合物具有起译作用的fMettRNA进入与起始密码“对号入座”，形成30SmRNAfMet-tRNA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,15.4 蛋白质生物合成过程,15 蛋白质的生物合成,肽链合成的延伸：是新的氨
11、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,15.4 蛋白质生物合成过程,进位 转肽 移位 脱落,15 蛋白质的生物合成,进位：在EF和GTP的参与下，一个新的氨酰tRNA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。脱落：P位上的tRNA脱离核糖体,肽链合成的延伸：,15 蛋白质的生物合成,肽链合
12、成的延伸：,15 蛋白质的生物合成,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。,肽链的延伸是重复过程,15 蛋白质的生物合成,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 原核生物多肽链的合成,15.4 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
13、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。,15 蛋白质的生物合成,多聚核糖体,高速、高效,15 蛋白质的生物合成,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）,15.5 肽
14、链合成后的“加工处理”,15 蛋白质的生物合成,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,15 蛋白质的生物合成,15.5 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（?不用移位）。,15 蛋白质的生物合成,
15、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？,15 蛋白质的生物合成,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,15 蛋白质的生物合成,谢谢！,
