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1、蛋白质的生物合成蛋白质的生物合成背景环境分析一、概一、概 述述 以以RNARNA中的中的mRNAmRNA为模板，将为模板，将mRNAmRNA的碱基的碱基所组成的遗传密码转变为蛋白质分子中氨所组成的遗传密码转变为蛋白质分子中氨基酸的排列顺序，称为蛋白质的生物合成，基酸的排列顺序，称为蛋白质的生物合成，也称为翻译（也称为翻译（translationtranslation）。简言之，就）。简言之，就是生物体以是生物体以mRNAmRNA为模板合成蛋白质的过程。为模板合成蛋白质的过程。翻译过程中核酸的作用翻译过程中核酸的作用: : 背景环境分析背景环境分析二、蛋白质生物合成体系二、蛋白质生物合成体系基本
2、原料：基本原料：2020种编码氨基酸种编码氨基酸模板：模板：mRNAmRNA适配器：适配器：tRNAtRNA装配机：核蛋白体装配机：核蛋白体主要酶和蛋白质因子：氨基酰主要酶和蛋白质因子：氨基酰-tRNA-tRNA合成合成酶、转肽酶、起始因子、延长因子、释放酶、转肽酶、起始因子、延长因子、释放因子等因子等能源物质：能源物质：ATPATP、GTPGTP无机离子：无机离子：Mg2+Mg2+、 K+K+背景环境分析（一）（一）mRNAmRNA是遗传信息的携带者是遗传信息的携带者mRNAmRNA来源、生物遗传信息储存于来源、生物遗传信息储存于DNADNA mRNA mRNA分子中的碱基排列序列决定了蛋白
3、分子中的碱基排列序列决定了蛋白质分子中的氨基酸排列顺序。质分子中的氨基酸排列顺序。mRNAmRNA中相邻的中相邻的3 3个碱基代表一个氨基酸，三个相个碱基代表一个氨基酸，三个相邻的碱基称为一组密码（邻的碱基称为一组密码（codencoden），或称三联），或称三联体密码。体密码。6464组密码组成遗传密码表：组密码组成遗传密码表：起始密码：起始密码：1 1组（组（AUGAUG），兼作），兼作MetMet的密码的密码终止密码：终止密码：3 3组（组（UAAUAA、UGAUGA、UAGUAG）6161组密码编码组密码编码2020种种-氨基酸氨基酸背景环境分析遗遗 传传 密密 码码 表表密码的第1位
4、碱基(5端） 密 码 的 第 二 位 碱 基 密码的第3位碱基(3端) UCAGUUUU苯丙氨酸 UUC苯丙氨酸 UUA亮氨酸UUG亮氨酸 UCU 丝氨酸 UCC 丝氨酸 UGA 丝氨酸 UCG 丝氨酸 UAU 酪氨酸 UAC 酪氨酸 UAA终止密码UAG终止密码 UGU半胱氨酸 UGC半胱氨酸UGA终止密码UGG 色氨酸 UCAG CCUU 亮氨酸CUC 亮氨酸CUA 亮氨酸 CUG 亮氨酸 CCU 脯氨酸CCC 脯氨酸CCA 脯氨酸CCG 脯氨酸 CAU 组氨酸CAC 组氨酸CAA谷胺酰胺CAG谷胺酰胺 CGU 精氨酸 CGC 精氨酸 CGA 精氨酸 CGG 精氨酸 UCA G A AUU
5、异亮氨酸AUC异亮氨酸AUA异亮氨酸AUG甲硫氨酸 （兼起始密码 ）ACU 苏氨酸ACC 苏氨酸ACA 苏氨酸ACG 苏氨酸 AAU天冬酰胺 AAC天冬酰胺AAA赖氨酸AAG 赖氨酸 AGU 丝氨酸AGC 丝氨酸AGA 精氨酸AGG 精氨酸 UCAG G GUU 缬氨酸GUC 缬氨酸GUA 缬氨酸GUG 缬氨酸 GCU 丙氨酸GCC 丙氨酸GCA 丙氨酸GCG 丙氨酸 GAU天冬氨酸GAC天冬氨酸GAA谷氨酸 GAG 谷氨酸 GGU 甘氨酸GGC 甘氨酸GGA 甘氨酸GGG 甘氨酸 UCAG 背景环境分析mRNA的基本结构的基本结构Start of genetic messageCapEndT
6、ail5-端非翻译区端非翻译区 5 3 3-端非翻译区端非翻译区 开放阅读框架开放阅读框架 从从mRNA 5 -端起始密码子端起始密码子AUG到到3 -端终止密端终止密码子之间的核苷酸序列，称为开放阅读框架码子之间的核苷酸序列，称为开放阅读框架(open reading frame, ORF)。背景环境分析原核生物的多顺反子原核生物的多顺反子真核生物的单顺反子真核生物的单顺反子非编码序列非编码序列核蛋白体结合位点核蛋白体结合位点起始密码子起始密码子终止密码子终止密码子编码序列编码序列PPP5 3 蛋白质蛋白质PPPmG -5 3 蛋白质蛋白质AAA 背景环境分析遗传密码的特点：遗传密码的特点：
7、1 1连续性（连续性（commalesscommaless）编码蛋白质氨基酸序列的各个三联体密编码蛋白质氨基酸序列的各个三联体密码连续阅读，密码子及密码子的各碱基之间码连续阅读，密码子及密码子的各碱基之间既无间隔也无交叉。既无间隔也无交叉。 AlaValHisMet终止密码终止密码背景环境分析基因损伤引起基因损伤引起mRNAmRNA阅读框架内的碱基发生阅读框架内的碱基发生插入或缺失，可能导致框移突变插入或缺失，可能导致框移突变(frameshift (frameshift mutation)mutation)。缬缬 脯脯 苏苏 天冬天冬缬缬 丙丙 酪酪 甘甘缬缬 丙丙 丝丝 精精背景环境分析2
8、. 2. 方向性方向性(sideness)(sideness)翻译时遗传密码的阅读方向是翻译时遗传密码的阅读方向是5 533，即读，即读码从码从mRNAmRNA的起始密码子的起始密码子AUGAUG开始，按开始，按5 533的方的方向逐一阅读，直至终止密码子。向逐一阅读，直至终止密码子。 NC肽链延伸方向肽链延伸方向53读码方向读码方向背景环境分析3 3简并性（简并性（degeneracydegeneracy） 在遗传密码表中，共有在遗传密码表中，共有6464组密码组密码（4 43 3）。其中，）。其中，3 3组作为翻译的终止密码组作为翻译的终止密码（UAAUAA、UAGUAG和和UGAUGA）
9、；）；AUGAUG兼作翻译的起始兼作翻译的起始密码（密码（AUGAUG是蛋氨酸的密码），其余是蛋氨酸的密码），其余6161组密组密码（包括码（包括AUGAUG作为亮氨酸的密码）共同编码作为亮氨酸的密码）共同编码2020种种-氨基酸。因此，必然有一种氨基酸氨基酸。因此，必然有一种氨基酸由多组密码编码的现象，称为密码的简并由多组密码编码的现象，称为密码的简并性。实际上，除色氨酸与蛋氨酸（由一个性。实际上，除色氨酸与蛋氨酸（由一个密码编码）外，其余氨基酸均由两个或两密码编码）外，其余氨基酸均由两个或两个以上的密码编码（个以上的密码编码（2 26 6个）。个）。背景环境分析各种氨基酸的密码子数目各种氨
10、基酸的密码子数目背景环境分析4 4通用性（通用性（universaluniversal）: : 无论原核生物如病毒、细菌等和真核无论原核生物如病毒、细菌等和真核生物包括人类都共用一套遗传密码即三联生物包括人类都共用一套遗传密码即三联体密码。只是不同生物对密码子具有偏爱体密码。只是不同生物对密码子具有偏爱性。性。背景环境分析 背景环境分析tRNAtRNA分子中与蛋白质合成有关的位点：分子中与蛋白质合成有关的位点：1 1）氨基酸结合位点；）氨基酸结合位点；2 2）氨酰）氨酰-tRNA-tRNA合成酶识别位点；合成酶识别位点；3 3）核糖体识别位点；）核糖体识别位点；4 4）反密码位点：）反密码位点
11、： 反密码与密码结合时方向相反。即反密码的第反密码与密码结合时方向相反。即反密码的第1 1、2 2、3 3位碱基分别与密码的第位碱基分别与密码的第3 3、2 2、1 1位碱基配位碱基配对。对。背景环境分析 反密码与密码配对时，反密码的第反密码与密码配对时，反密码的第2 2、3 3位碱基分位碱基分别与密码的第别与密码的第2 2、1 1位碱基配对时严格遵循碱基配对规位碱基配对时严格遵循碱基配对规则（即则（即A A与与U U、G G与与C C配对），而反密码的第配对），而反密码的第1 1位碱基与位碱基与密码的第密码的第3 3位碱基配对时不严格遵循碱基配对规则，位碱基配对时不严格遵循碱基配对规则，后者
12、成为摆动配对或不稳定配对（后者成为摆动配对或不稳定配对（wobble base wobble base pairpair）。）。摆动配对情况摆动配对情况 通过摆动配对，使得携带有同种氨基通过摆动配对，使得携带有同种氨基酸的不同酸的不同tRNAtRNA分子可分别结合在几种同义分子可分别结合在几种同义密码上。如反密码为密码上。如反密码为IGCIGC的丙氨酰的丙氨酰-tRNA-tRNA，可分别结合到同义密码可分别结合到同义密码GCUGCU、GCCGCC、GCAGCA上上（GCUGCU、GCCGCC、GCAGCA均为编码丙氨酸的密码）。均为编码丙氨酸的密码）。摆动配对的存在对于保持生物物种的稳定摆动配
13、对的存在对于保持生物物种的稳定具有重要意义。具有重要意义。反密码的第反密码的第1 1位碱基位碱基G GC CA AU UI I密码的第密码的第3 3位碱基位碱基U U或或C C G GU UA A或或G GA A、U U或或C CtRNAtRNA是氨基酸与遗传密码间的适配器是氨基酸与遗传密码间的适配器2.2.氨酰氨酰-tRNA-tRNA 各种氨基酸和对应的各种氨基酸和对应的tRNAtRNA结合后形成结合后形成的氨基酰的氨基酰-tRNA-tRNA表示为：表示为： 氨基酸的三字母缩写氨基酸的三字母缩写-tRNA-tRNA氨基酸的三字母缩写氨基酸的三字母缩写 例如：例如： 丙氨酰丙氨酰-tRNA-t
14、RNA：Ala-tRNAAla-tRNAAlaAla 精氨酰精氨酰-tRNA-tRNA：Arg-tRNAArg-tRNAArgArg 甲硫氨酰甲硫氨酰-tRNA-tRNA： Met-tRNAMet-tRNAMetMet 起始者甲硫氨酰起始者甲硫氨酰-tRNA-tRNA： Met-tRNAiMet-tRNAiMetMet 延长甲硫氨酰延长甲硫氨酰-tRNA-tRNA： Met-tRNAeMet-tRNAeMetMet 在生物体内，一种在生物体内，一种tRNAtRNA只能与一种氨只能与一种氨基酸结合（即一种基酸结合（即一种tRNAtRNA只能搬运一种氨基只能搬运一种氨基酸），而一种氨基酸可与一种以
15、上的酸），而一种氨基酸可与一种以上的tRNAtRNA分子结合，所以，分子结合，所以，tRNAtRNA的种类的种类(80(80种以上）种以上）比氨基酸（比氨基酸（2020种）多。种）多。( (三三) )核糖体是蛋白质生物合成的场所核糖体是蛋白质生物合成的场所 核糖体是肽链合成的核糖体是肽链合成的“装配机装配机”。 胞质中核糖体种类：胞质中核糖体种类： 核糖体由大、小亚基组成，其组成成份核糖体由大、小亚基组成，其组成成份包括包括rRNArRNA和蛋白质。和蛋白质。原核生物真核生物核蛋白体小亚基大亚基核蛋白体小亚基大亚基S值70S30S50S80S40S60SrRNA16S-rRNA23S-rRNA
16、5S-rRNA18S-rRNA28S-rRNA5.8S-rRNA5S-rRNA蛋白质rpS 21种rpL 36种rpS 33种rpL 49种 不同细胞核蛋白体的组成不同细胞核蛋白体的组成 在核糖体上，与蛋白质生物合成有关的主要在核糖体上，与蛋白质生物合成有关的主要结构有：结构有：1 1有容纳有容纳mRNAmRNA的部位；的部位；2 2有结合氨酰有结合氨酰-tRNA-tRNA的部位，称为氨酰基部位，简的部位，称为氨酰基部位，简称称A A位位; ;有结合肽酰有结合肽酰-tRNA-tRNA的部位，称为肽酰基部位，的部位，称为肽酰基部位，简称简称P P位；位；3.3.有结合蛋白质因子的部位；有结合蛋白质因子的部位；4 4有转肽基酶（有转肽基酶（transpeptidasetranspeptidase）存在，可催化肽）存在，可催化肽键的形成；键的形成；5.5.具有延长因子依赖的具有延长因子依赖的GTPGTP酶活性。酶活性。 A A位和位和P P位呈紧密相邻，每个部位的宽度正好位呈紧密相邻，每个部位的宽度正好相当于相当于mRNAmRNA上一个遗传密码的宽度。上一个遗传密码的宽度。mRNAmRNA与
