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生物化学第十三章蛋白质的生物合成第13章蛋白质的生物合成蛋白质合成简介：蛋白质合成的信息来自于DNA合成的模板是mRNA第13章蛋白质的生物合成蛋白质的合成机制是最复杂的生物合成机制:真核细胞中，蛋白质的合成需要：70种以上的核糖体蛋白参与；多于二十种的酶来激活氨基酸；12种或更多的辅酶和其它专一性的蛋白因子来进行肽链合成的起始、延伸、和终止；一百多种酶参与各类蛋白的最后修饰；还需要多于四十种的tRNA和核糖体RNA。共有300多种不同的生物大分子参与且协同地工作来合成多肽。13.1遗传密码13.1遗传密码mRNA（信使RNA）概念的提出：蛋白质的合成是在核糖体上进行的，而遗传信息载体DNA存在于核中，必然有一种中间物来传递DNA上的信息。推测这种中间物极不稳定，在蛋白质合成时产生，合成结束后又分解，半寿期很短。1961年Jacob和MonodJ预言：（1）信使是一种多核苷酸；（2）信使的碱基组成与相应DNA的碱基组成一致；（3）信使的长度各有不同，因为它所编码的多肽链的长短不一；（4）在多肽合成中，信使应与核糖体短暂结合；（5）信使的半寿期很短，其合成速度应该是很快的。13.1遗传密码mRNA的证明:BrennerS,Jacob和MonodM为了验证上述预言是否正确设计了下列一组实验：实验一：用噬菌体T2感染大肠杆菌，发现几乎所有在细胞内合成的蛋白质都不再是细胞本身的蛋白质，而是噬菌体所编码的蛋白质，这些蛋白质的合成速度与细胞总RNA的合成速度无关；T2感染后不久，细胞中出现少量半寿期很短的RNA，它们的碱基与T2DNA是一致的，这些特性与他们上述预言的信使分子特征十分符合。13.1遗传密码mRNA的证明:BrennerS,Jacob和MonodM为了验证上述预言是否正确设计了下列一组实验：实验二：将大肠杆菌接种至含有重标记（15N和14C）的培养基上，再用T2感染，感染后立即转移至含有轻同位素的培养基上培养。将感染前与感染后的细菌破碎，分离出核糖体，用密度梯度离心技术将带有重标记的核糖体与带有轻标记的核糖体分开。他们还用32P和14C的尿苷标记RNA，并用35S-甲硫氨酸去标记新合成的蛋白质。13.1遗传密码实验结果表明：1、T2感染后并无轻标记的核糖体出现，说明在T2感染后并没有引起新核糖体的合成；2、T2感染后，诱发新的RNA的合成，大多数放射标记RNA出现在重标记的核糖体中。这种新合成RNA代谢速度极快；3、32S标记的蛋白质只短暂地出现在重标记的核糖体中，说明新合成的蛋白质是在早就存在的核糖体中合成的。另外，SpiegelmanS又用分子杂交技术证明了经T2感染的新合成RNA可以T2DNA杂交，但细胞内的其它RNA不能与T2DNA杂交。从而证明新合成的RNA是T2噬菌体DNA所编码。13.1遗传密码遗传密码的破译1954年,物理学家GamouvG首先对遗传密码进行探讨。他认为核酸分子中只有四种碱基，显然碱基与氨基酸的关系不是一对一的关系。若两个碱基决定一个氨基酸只能编码16种氨基酸，也是不够的；而三个碱基对一个氨基酸，四个碱基可产生64个密码，足以编码20种氨基酸，所以编码氨基酸的最低碱基数是3，即密码子可能是三联体。1961年，CrickFHC等人用遗传学的方法证明了三联密码子的学说是正确的。1961年，Nirenberg等人用大肠杆菌的无细胞体系在各种RNA的人工模板下合成多肽，从而推断出各氨基酸的密码子。13.1遗传密码三种RNA在蛋白质合成中的作用rRNA与蛋白质构成核糖核蛋白体，是蛋白质合成的场所，核糖体由大亚基和小亚基构成mRNA是蛋白质合成的直接模板tRNA是专一运送氨基酸至mRNA并于密码子配对mRNA是蛋白质合成的直接模板13.2核糖体(一)核糖体是蛋白质的合成部位：20世纪五十年代，PaulZamecnik等给小白鼠注射带放射性标记的氨基酸，然后在不同时间取小白鼠的肝脏，经匀浆、离心、检测发现注射的氨基酸几分钟后出现在核糖核蛋白体颗粒上，几小时或几天后所有的亚细胞成分都含有放射性标记。这证明蛋白质的合成是在核糖体上进行的。13.2核糖体(二)核糖体的组成和结构：核糖体的存在形态有三种：单核糖体、核糖体亚基和多核糖体。真核生物：游离核糖体或与内质网结合原核生物：游离核糖体或与mRNA结合成串状的多核糖体(提高翻译效率)。核糖体亚基可在10mmol/L浓度的Mg2+溶液中聚合，在0.1mmol/L浓度的Mg2+溶液中解聚。13.2核糖体(二)核糖体的组成和结构：13.2核糖体(二)核糖体的组成和结构：13.2核糖体(二)核糖体的组成和结构：13.2核糖体(二)核糖体的组成和结构：大肠杆菌由一定数目的单个核糖体与一个mRNA分子结合而成的念珠状结构。每个核糖体可独立完成一条肽链的合成，所以在多核糖体上可以同时进行多条肽链的合成，提高了翻译的效率。13.2核糖体(二)核糖体的组成和结构：13.2核糖体(三)核糖体的功能：大肠杆菌中30S的亚基能单独与mRNA结合成30S核糖体-mRNA复合体，后者与tRNA可以专一性结合。50S亚基不能单独与mRNA结合，但可以非专一地与tRNA结合，50S亚基上有两个tRNA结合位点：氨酰基位点-A；肽酰基位点-P。还有一个GTP结合位点。13.2核糖体(三)核糖体的功能：P位和A位，二者紧密连接，各占一个密码子的距离。P：结合起始的氨酰-tRNA和肽酰-tRNA，A：结合新掺入的氨酰-tRNA。P位上肽酰-tRNA上的羧基与进入A位的氨酰-tRNA上的氨基形成新的肽键P位上tRNA卸下肽链成为无负载的tRNA核糖体移动一个密码子的距离，A位上的肽酰-tRNA又回到P位，A位又空，再进行下一次循环。核糖体的A部位与P部位：A5’3’p13.3转移RNA的功能tRNA是将mRNA的核苷酸顺序转换成蛋白质多肽链顺序的适配器：在蛋白质合成中，tRNA起着运载氨基酸的作用，按照mRNA链上的密码子所决定的氨基酸顺序将氨基酸转运到核糖体的特定部位。同义tRNA:一种氨基酸可以有一种以上tRNA作为运载工具。通常把携带相同氨基酸而反密码子不同的一组tRNA称为同义tRNA.tRNA分子上三个特定的碱基组成一个反密码子，位于反密码子环上,这是tRNA与mRNA的识别部位。13.4蛋白质生物合成的分子机制13.4.1氨基酸的活化13.4.2在核糖体上合成多肽（一）肽链合成的起始13.4.2在核糖体上合成多肽（一）肽链合成的起始fMet－tRNA启动蛋白质的合成13.4.2在核糖体上合成多肽（一）肽链合成的起始13.4.2在核糖体上合成多肽（一）肽链合成的起始13.4.2在核糖体上合成多肽（二）肽链的延长13.4.2在核糖体上合成多肽（二）肽链的延长13.4.2在核糖体上合成多肽（二）肽链的延长13.4.2在核糖体上合成多肽（二）肽链的延长13.4.2在核糖体上合成多肽（二）肽链的延长13.4.2在核糖体上合成多肽（三）肽链合成的终止和释放13.4.2在核糖体上合成多肽（三）肽链合成的终止和释放13.4.2在核糖体上合成多肽（三）肽链合成的终止和释放13.4.2在核糖体上合成多肽（三）肽链合成的终止和释放13.4.2在核糖体上合成多肽（三）肽链合成的终止和释放13.4.2在核糖体上合成多肽（三）肽链合成的终止和释放13.4.3肽链合成后的“加工处理”13.4.3肽链合成后的“加工处理”13.4.3肽链合成后的“加工处理”13.4.3肽链合成后的“加工处理”13.4.4蛋白质合成所需要的能量每生成一个肽键消耗四个高能键：1、氨基酸的“活化”消耗二个高能键；2、氨酰-tRNA的“进位”消耗一个高能键；3、肽酰-tRNA的“移位”消耗一个高能键。合成一个100个氨基酸残基的多肽要消耗398个高能键。第13章蛋白质的生物合成