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,蛋白质的生物合成,,生物基因的功能主要有两个方面,（1）从亲代接受遗传物质传递给子代，即DNA复制的过程。（2）基因表达的功能，即把从亲代得到的遗传信息在与“环境”相互作用中表达出来，经历了DNARNA的转录过程和RNA蛋白质的翻译过程，最后表现为活性蛋白质。因此蛋白质生物合成是生物体的重要机能之一。,蛋白质生物合成简要归纳如下,（1）RNA是合成蛋白质的“模板”，tRNA是运载各种氨基酸的特异工具，核糖体是蛋白质合成场所，促使肽链生成。各种氨基酸在其各自的运载工具（tRNA）的携带下，按模板（mRNA）要求，在mRNA与多个核糖体组成的多聚核糖体上依次互相连接，生成具有一定氨基酸排列顺序的蛋白质；（2）DNA指导不同mRNA的合成。mRNA不同，氨基酸在其所合成肽中的排列组成也不同。生成的蛋白质也就各异。,mRNA上由三个碱基决定一个氨基酸类型的形式，称三联体密码子或密码子。,排列组合,4,4,44＝16,＜,20,444＝64,＞20,够用,密码子,4种碱基如何表示20种氨基酸呢,排列组合,,多聚苯丙氨酸,苏氨酸Thr,组氨酸His,苏、组氨酸交替出现的多肽,,,研究方法对人工合成的简单多聚核苷酸翻译产物进行判断,密码子表,遗传密码的基本特性,1．密码是无标点符号的即两个密码子之间没有任何起标点符号作用的密码子加以隔开，因此要正确阅读密码必须按一定的读码框架（readdingframe）从一个正确的起点开始，一个不漏地挨着读下去，直至碰到终止信号为止。若插入或删去一个碱基，就会使这以后的读码发生错误，这称移码（frame-shift）。由于移码引起的突变称移码突变。,2．一般情形下遗传密码是不重叠的（nonoverlapping）假设mRNA上的核苷酸序列为ABCDEFGHIJKL，按不重叠规则读码时应读为ABC，DEF，GHI，JKL等，每三个碱基编码一个氨基酸，碱基的使用不发生重复；目前已经证明，在绝大多数生物中读码规则是不重叠的。但是在少数大肠杆菌噬菌体的RNA基因组中，部分基因的遗传密码却是重叠的。,3．密码的简并性大多数氨基酸都可以具有几组不同的密码子。如UUA，UUG、CUU、CUC、CUA及CUG6组密码子都编码亮氨酸。这一现象称密码的简并。可以编码相同氨基酸的密码手称同义密码子。只有色氨酸及甲硫氨酸只有一个密码子。,4．密码子中第三位碱基具有较小的专一性密码的简并性往往只涉及第三位碱基。如丙氨酸有4组密码子GCU，GCC，GCA，GCG头两位碱基都相同，均为GC，而第三位不相同。密码子的专一性主要由头两位碱基决定，第三位碱基的重要性不大。Crick对第三位碱基的这一特性给予一个专门的术语，称“摆动性”。,密码（密码子组合）的特性,无标点符号、读码不重叠,甲硫氨酸,,,一个碱基突变,会如何,,后续全变,一个碱基突变,一个氨基酸改变,但如果是密码子第三个碱基改变，氨基酸有可能不变。,、一定的防突变功能,C,5、64组密码子中，有三组不编码任何氨基酸，而是多肽合成终止密码子。UAG，UAA，UGA。此三组密码子不能被tRNA阅读，只能被肽链释放因子识别。另外一组密码子AUG既是甲硫氨酸的密码子，又是肽链合成起始密码子。,6、密码是近于完全通用的所谓密码的通用性是指各种高等和低等的生物（包括病毒、细菌及真核生物等）在多大程度上可共用同一套密码。但是最近的一些发现对密码的通用性提出了挑战。线粒体DNA中的编码情形显然违背了遗传密码的通用性。如人线粒体中UGA不再是终止密码子，而编码色氨酸。酵母线粒体也有类似情形。原主动物纤毛虫也有类似情形。AGA，AGG不再是终止信号而编编码精氨酸。遗传密码并非是绝对通用，而是近于完全通用。,蛋白质的生物合成（1）氨基酸的活化,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；第二步是氨基酰基转移到tRNA的3-OH端上,形成氨基酰-tRNA。,（1）氨基酸的活化,氨基酸活化的总反应式是,每一种氨基酸至少有一种对应的氨基酰-tRNA合成酶。它既催化氨基酸与ATP的作用,也催化氨基酰基转移到tRNA。氨基酰-tRNA合成酶具有高度的专一性。每一种氨基酰-tRNA合成酶只能识别一种相应的tRNA。tRNA分子能接受相应的氨基酸,决定于它特有的碱基顺序,而这种碱基顺序能够被氨基酰-tRNA合成酶所识别。,2氨基酰-tRNA在mRNA模板指导下组装成蛋白质,氨基酰-tRNA通过反密码臂上的三联体反密码子识别mRNA上相应的遗传密码，并将所携带的氨基酸按mRNA遗传密码的顺序安置在特定的位置，最后在核糖体中合成肽链。,蛋白质的合成工厂核糖体,,,大亚基,小亚基,,,P,A,2tRNA停靠位点,反密码子,氨基酸臂-载运氨基酸,tRNA是翻译官兼操作工。,反密码子识别密码子,,多肽的合成过程,,1.识别起始符，P位安插甲硫氨酸-tRNA,2.新的合适的氨基酸-tRNA插入A位,3.P位上的氨基酸以肽键连接至A位氨基酸上；,,,4.核糖体延mRNA5→3移动，空tRNA从P位脱落，肽-tRNA被动至P位；,5→3,,PA,,,5.重复2、3、4步,5→3,动画演示,PA,6.识别终止码，各自分离。,蛋白质合成所需的能量,每一分子氨酸－tRNA的形成需要两个高能磷酸键。在延长过程中有一分子GTP水解成GDP。在移位过程中又有一分子GTP水解。因此完整多肽链中每形成一个肽键至少需要4个高能键。,真核生物的多核糖体蛋白质合成。,,,原核生物蛋白质多核糖体合成。（1条mRNA上对应数个基因）,肽链合成后的“加工处理”,由信使RNA翻译出来的多肽，多数还不是有功能的蛋白质，新生蛋白质一般要经过各种方式的“加工处理”才能转变成为有一定生物学功能的蛋白质。,1．细菌蛋白质的N－端为甲酰甲硫氨酸，往往先被脱甲酰基酶催化水解除去N-端的甲酰基，然后在氨肽酶的作用下，再切去一个或多个N-端氨基酸．在真核生物中，N-端的甲硫氨酸常常在肽键的其他部分还未完全合成时就已经水解下来。2．某些蛋白质在合成过程中，在氨基末端额外生成15～30个氨基酸组成的信号顺序（信号肽），用以指导合成的蛋白质去往细胞的固定部位。最后，这些信号顺序将在特异的肽酶作用下除去。,3．某些蛋白质的一些丝氨酸、苏氨酸及酪氨酸残基中的羟基，可通过酶促磷酸化作用，生成磷酸丝氨酸、磷酸苏氨酸及磷酸酪氨酸残基。例如有些酸的活化需要酶分子中的特异丝氨酸羟基磷酸化。正常细胞转化成癌细胞，某些蛋白质中特异的酪氨酸的磷酸化可能是重要的步骤。,4．信使RNA中没有胱氨酸的密码子，二硫键是通过两个半胱氨酸的硫氢基氧化形成的。5．某些氨基酸的侧键要经过专一性的改变。如胶原中的脯氨酸和赖氨酸的羟基化，又如在翻译完成后糖蛋白的天冬氨酸、丝氨酸和苏氨酸的侧链基团才与糖基相结合。,6．有些新生的多肽链要在专一性的蛋白酶水解去掉部分肽段后，才能转变成有功能的蛋白质。如前胰岛素转变为胰岛素，前胶原转变为胶原，蛋白酶原转变为蛋白酶等。有些动物病毒的信使RNA则先翻译成很长的多肽链，然后再水解成好多个有功能的蛋白质分子。最近积累的许多证据证明大量哺乳动物蛋白质在细胞中生成时首先合成较大的前体，再从细胞运出。,7．由多个肽链及其他辅助成分（如脂类、核酸、血红素等）构成的蛋白质，在多肽链合成后，还需要经过多肽键之间以及多肽键与辅助成分之间的缔合过程，才能形成有活性的蛋白质。,肽链合成后的“加工处理”,指导新形成的蛋白质去各自合适的位置。,2.到位置后切除信号肽；,,3.糖基化修饰（对于糖蛋白）；,4.多亚基、辅基缔合；,,
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