蛋白质的生物合成PPT医学课件.ppt

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1、 蛋白质的生物合成蛋白质的生物合成中心法则中心法则指出，遗传信息的表达最终指出，遗传信息的表达最终是合成出具有特定氨基酸顺序的蛋白质，是合成出具有特定氨基酸顺序的蛋白质，这种以这种以mRNAmRNA上所携带的遗传信息上所携带的遗传信息, ,到多肽到多肽链上所携带的遗传信息的传递，就好象以链上所携带的遗传信息的传递，就好象以一种语言翻译成另一种语言时的情形相似一种语言翻译成另一种语言时的情形相似，所以称，所以称以以mRNAmRNA为模板的蛋白质合成过程为模板的蛋白质合成过程为翻译为翻译(translation)(translation)。翻译过程十分复杂，需要翻译过程十分复杂，需要mRNAmRN

2、A、tRNAtRNA、rRNArRNA和多种蛋白因子参与和多种蛋白因子参与。在此过程中。在此过程中mRNAmRNA为合成的模板为合成的模板，tRNAtRNA为运输氨基酸工具为运输氨基酸工具，rRNArRNA和蛋白质构成核糖体，和蛋白质构成核糖体，是合成蛋是合成蛋白质的场所白质的场所，蛋白质合成的方向蛋白质合成的方向为为N NC C端端。遗传信息传递的中心法则遗传信息传递的中心法则蛋白质蛋白质翻译翻译转录转录逆转录逆转录复制复制复制复制DNARNA生物的遗传信息以密码的形式储存在生物的遗传信息以密码的形式储存在DNA分子上，表现为特定分子上，表现为特定的核苷酸排列顺序。在细胞分裂的过程中，通过的

3、核苷酸排列顺序。在细胞分裂的过程中，通过DNA复制复制把把亲代细胞所含的遗传信息忠实地传递给两个子代细胞。在子亲代细胞所含的遗传信息忠实地传递给两个子代细胞。在子代细胞的生长发育过程中，这些遗传信息通过代细胞的生长发育过程中，这些遗传信息通过转录转录传递给传递给RNA，再由，再由RNA通过通过翻译翻译转变成相应的蛋白质多肽链上的氨转变成相应的蛋白质多肽链上的氨基酸排列顺序，由蛋白质执行各种各样的生物学功能，使后基酸排列顺序，由蛋白质执行各种各样的生物学功能，使后代表现出与亲代相似的遗传特征。后来人们又发现，在宿主代表现出与亲代相似的遗传特征。后来人们又发现，在宿主细胞中一些细胞中一些RNA病毒

4、能以自己的病毒能以自己的RNA为模板为模板复制复制出新的病毒出新的病毒RNA，还有一些，还有一些RNA病毒能以其病毒能以其RNA为模板合成为模板合成DNA，称为，称为逆转录逆转录这是中心法则的补充。这是中心法则的补充。中心法则总结了生物体内遗传信息的流动规律，揭示遗传的分中心法则总结了生物体内遗传信息的流动规律，揭示遗传的分子基础，不仅使人们对细胞的生长、发育、遗传、变异等生子基础，不仅使人们对细胞的生长、发育、遗传、变异等生命现象有了更深刻的认识，而且以这方面的理论和技术为基命现象有了更深刻的认识，而且以这方面的理论和技术为基础发展了基因工程，给人类的生产和生活带来了深刻的革命础发展了基因工

5、程，给人类的生产和生活带来了深刻的革命。遗遗传传信信息息流流动动示示意意图图核糖体核糖体DNAmRNAtRNA第一节第一节 RNARNA在蛋白质生物在蛋白质生物合成中的重要功能合成中的重要功能一、一、mRNAmRNA和和遗传密码遗传密码原核生物原核生物mRNAmRNA的结构：的结构：4 4个特点个特点mRNAmRNA的半衰期很短的半衰期很短, ,很不稳定很不稳定, ,一旦完成其使命一旦完成其使命后很快就被水解掉。后很快就被水解掉。 mRNAmRNA的分子大小差异大。的分子大小差异大。mRNAmRNA的合成是在的合成是在DNADNA指导下的指导下的RNARNA聚合酶的催化聚合酶的催化下先合成下先

6、合成mRNAmRNA的前体，即的前体，即核内不均一核内不均一RNARNA（hnRNAhnRNA）。）。 hnRNAhnRNA在细胞核内加工成在细胞核内加工成mRNAmRNA，然后转移到细胞质中。然后转移到细胞质中。 mRNA(messenger RNA)是蛋白质生物合成过程是蛋白质生物合成过程中直接指令氨基酸掺入的模板，是遗传信息的中直接指令氨基酸掺入的模板，是遗传信息的载体。载体。m R N A原核生物和真核生物原核生物和真核生物mRNA的比较的比较原核细胞原核细胞mRNAmRNA的结构特点的结构特点5 3 顺反子顺反子顺反子顺反子顺反子顺反子插入顺序插入顺序插入顺序插入顺序先导区先导区末端

7、顺序末端顺序AGGAGGUSD区区帽子结构功能帽子结构功能 半衰期短半衰期短 许多原核生物许多原核生物mRNAmRNA以多顺反子形式存在以多顺反子形式存在 AUGAUG作为起始密码；作为起始密码；AUGAUG上游上游7 71212个核苷酸处有一被称为个核苷酸处有一被称为SDSD序列的序列的保守区，保守区， 16S rRNA3- 16S rRNA3- 端反向互补而使端反向互补而使mRNAmRNA与核糖体结合。与核糖体结合。真核细胞真核细胞mRNAmRNA的结构特点的结构特点5 “帽子帽子”PolyA 3 顺反子顺反子m7G-5 ppp-N-3 p帽子结构功能帽子结构功能 使使mRNAmRNA免遭

8、核酸酶的破坏免遭核酸酶的破坏 使使mRNAmRNA能与核糖体小亚基结合并开始能与核糖体小亚基结合并开始合成蛋白质合成蛋白质 被蛋白质合成的起始因子所识别，从被蛋白质合成的起始因子所识别，从而促进蛋白质的合成。而促进蛋白质的合成。 是是mRNAmRNA由细胞核进入细胞质所由细胞核进入细胞质所必需的形式必需的形式 它大大提高了它大大提高了mRNAmRNA在细胞质中在细胞质中的稳定性的稳定性AAAAAAA-OH(一)遗传密码的破译1.1.三联体密码与阅读框三联体密码与阅读框 遗传密码遗传密码: DNA: DNA（或（或mRNAmRNA）中的核苷酸）中的核苷酸序列与蛋白质中氨基酸序列之间的对应序列与蛋

9、白质中氨基酸序列之间的对应关系称为遗传密码。关系称为遗传密码。 密码子密码子(codon(codon) )：mRNAmRNA上每上每3 3个相邻的个相邻的核苷酸编码蛋白质多肽链中的一个氨基核苷酸编码蛋白质多肽链中的一个氨基酸，这三个核苷酸就称为一个密码子或酸，这三个核苷酸就称为一个密码子或三联体密码。三联体密码。2.2.人工合成多核苷酸和人工合成多核苷酸和无细胞体系蛋白质合成无细胞体系蛋白质合成19611961年，年，M.W.NirenbergM.W.Nirenberg等人等人, ,大肠杆菌的无细大肠杆菌的无细胞体系中外加胞体系中外加poly(U)poly(U)模板、模板、2020种标记的氨基

10、种标记的氨基酸，经保温后得到了多聚酸，经保温后得到了多聚phe-phe-phephe-phe-phe，于是，于是推测推测UUUUUU编码编码phephe。利用同样的方法得到。利用同样的方法得到CCCCCC编编码码propro，GGGGGG编码编码glygly，AAAAAA编码编码lyslys。如果利用如果利用polypoly（UCUC），则得到多聚），则得到多聚Ser-Leu-Ser-Leu-Ser-LeuSer-Leu，推测，推测UCUUCU编码编码SerSer，CUCCUC编码编码LeuLeu. .到到19651965年就全部破译了年就全部破译了4 43 3 = = 64 64组密码子组密

11、码子。M.W.NirenbergM.W.Nirenberg等等,1968,1968年获诺贝尔生理医学奖年获诺贝尔生理医学奖. .遗传密码字典遗传密码字典UACGUCAGUCAG第二位第二位 第一位第一位（5） 第三位第三位（3）UCAGUCAGUCAGtRNA对对保温保温 分析留在滤膜上的分析留在滤膜上的-AAtRNA 确定与核糖体结合的确定与核糖体结合的AA技术要点：人工合成技术要点：人工合成+AA-tRNA（二）遗传密码的性质（二）遗传密码的性质1 1、密码是、密码是无标点符号无标点符号的且相邻密码子的且相邻密码子互不重叠互不重叠。编码一个肽链的所有密码子是一个接着一个地编码一个肽链的所有

12、密码子是一个接着一个地线形排列，密码子之间线形排列，密码子之间既不重叠也不间隔既不重叠也不间隔，从，从起始密码子到终止密码子（不包括终止子）构起始密码子到终止密码子（不包括终止子）构成一个完整的读码框架，又称开放阅读框架成一个完整的读码框架，又称开放阅读框架（ORFORF）。方向：）。方向：从从mRNAmRNA的的55到到33。33起始密起始密码子码子55如果在阅读框中插入或删除一个碱基如果在阅读框中插入或删除一个碱基就会使其后的读码发生移位性错误就会使其后的读码发生移位性错误（称为（称为移码移码）。）。2.密码的简并性密码的简并性由一种以上密码子编码同一个氨基酸的现象称由一种以上密码子编码同

13、一个氨基酸的现象称为简并，对应于同一氨基酸的一组密码子称为简并，对应于同一氨基酸的一组密码子称为为同义密码子同义密码子(Synonymous codon(Synonymous codon) )。简并性的生物学意义？简并性的生物学意义？A A、可以降低由于遗传密码突变造成的灾难性、可以降低由于遗传密码突变造成的灾难性后果后果B B、可以使、可以使DNADNA上的碱基组成有较达的变化余地，上的碱基组成有较达的变化余地，而仍然保持多肽上氨基酸序列不变（意思基而仍然保持多肽上氨基酸序列不变（意思基本同上）。本同上）。3 3、密码的摆动性：、密码的摆动性：密码子中第三位碱基与反密码子第一位密码子中第三位

14、碱基与反密码子第一位碱基的配对有时不一定完全遵循碱基的配对有时不一定完全遵循A-UA-U、G-CG-C的原则，的原则，CrickCrick把这种情况称为把这种情况称为摇摆摇摆性性，有人也称摆动配对或不稳定配对。，有人也称摆动配对或不稳定配对。反密码子第一位的反密码子第一位的G G可以与密码子第三位可以与密码子第三位的的C C、U U配对，配对，U U可以与可以与A A、G G配对，配对，I I可以可以和密码子的和密码子的U U、C C、A A配对，这配对，这使得该类使得该类反密码子的阅读能力更强反密码子的阅读能力更强。tRNAtRNA分子上三个特定的碱基组成一个反密分子上三个特定的碱基组成一个

15、反密码子，位于反密码子环上。码子，位于反密码子环上。35ICCA-OH53CCA-OHG G CC C G密码子与反密码子的密码子与反密码子的阅读方向均为阅读方向均为55 3 3，两者反向平行配对。两者反向平行配对。4 4、密码子是近于完全通用的、密码子是近于完全通用的。这是如火如荼的转基因的前提。这是如火如荼的转基因的前提。目前只发现目前只发现线粒体和叶绿体内有列外情况线粒体和叶绿体内有列外情况。6464组密码子中，组密码子中，AUGAUG既是编码蛋氨酸的密既是编码蛋氨酸的密码码，又是，又是起始密码起始密码；有三组密码不编码；有三组密码不编码任何氨基酸，而是多肽链合成的任何氨基酸，而是多肽链

16、合成的终止密终止密码子：码子：UAGUAG、UAAUAA、UGAUGA。 tRNAtRNA在蛋白质合成中处于关键地位，它不但在蛋白质合成中处于关键地位，它不但为每个三联体密码子译成氨基酸提供接合体，为每个三联体密码子译成氨基酸提供接合体，还为准确无误地将所需氨基酸运送到核糖体上还为准确无误地将所需氨基酸运送到核糖体上提供运送载体。提供运送载体。同工受体同工受体tRNAtRNA: :一种氨基酸可以有一种以上一种氨基酸可以有一种以上tRNAtRNA作为运载工具。把作为运载工具。把携带相同氨基酸而携带相同氨基酸而反密码子不同的一组反密码子不同的一组tRNAtRNA称为同功受体称为同功受体tRNAtRNA 二、二、t RNAtRNAtRNA的结构特征的结构特征三叶草型二级结构三叶草型二级结构tRNAtRNA的功能的功能（一）被特定的（一）被特定的氨酰氨酰- tRNA- tRNA合成酶合成酶识别，识别，使使tRNAtRNA接受正确的活化氨基酸接受正确的活化氨基酸。（二）识别（二）识别mRNAmRNA链上的密码子。链上的密码子。（三）在蛋白质合成过程中，（三）在蛋白质合成过程中，tRNAtRNA起