第二十七章 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是合成出具有特定氨基酸顺序的蛋白质，这种以 mRNA 上所携带的遗传信息 , 到多肽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，所以称以 mRNA 为模板的蛋白质合成过程为翻译(translation) 。
翻译过程十分复杂，需要 mRNA 、 tRNA 、 rRNA 和多种蛋白因子参与。在此过程中 mRNA 为合成的模板， tR
NA 为运输氨基酸工具， rRNA 和蛋白质构成核糖体，是合成蛋白质的场所，蛋白质合成的方向为 N—C 端。
思考楚雄师范学院化学与生命科学系 范树国
遗传信息传递的 中心法则
蛋白质翻译
转录逆转录
复制
复制
DNA
RNA
生物的遗传信息以密码的形式储存在 DNA 分子上，表现为特定的核苷酸排列顺序。在细胞分裂的过程中，通过 DNA 复制把亲代细胞所含的遗传信息忠实地传递给两个子代细胞。在子代细胞的生长发育过程中，这些遗传信息通过转录传递给 RNA ，再由 RNA 通过翻译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 RNA 病毒能以自己的 RNA 为模板复制出新的病毒 RNA ，还有一些 RNA 病毒能以其 RNA 为模板合成 DNA，称为逆转录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。
遗传信息流动示意图
核糖体
DNA
mRNA
tRNA
目 录目 录第一节 蛋白质合成体系
第二节 蛋白质合成的机理
第三节 肽链合成后的折叠与与加工
第四节 蛋白质定位
楚雄师范学院化学与生命科学系 范树国
二、 tRNA
三、核糖体
第一节 蛋白质合成体系第一节 蛋白质合成体系
一、 mRNA和遗传密码
四、辅助因子
mRNA (messenger RNA) 是蛋白质生物合成过程中直接指令氨基酸掺入的模板，是遗传信息的载体。
m R N Am R N Am R N Am R N A
原核生物和真核生物mRNA 的比较
遗 传 密 码遗 传 密 码 遗传密码 : DNA （或 mRNA ）中的核苷酸序列与蛋白质中氨基酸序列之间的对应关系称为遗传密码。 密码子 (codon) ： mRNA 上每 3 个相邻的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三联体密码。
遗传密码的破译遗传密码字典
遗传密码性质第二套密码系统
第二套密码系统，蕴含于 tRNA 分子中，这是自 1988 年 5月份以来在分子生物学领域引人注目的新进展。
Christian de Duve 提出了第二套密码系统的概念或学说。该学说认为 :tRNA 氨基酸接受柄有一辅密码区 (Paracodon region)，可以被氨基酰 tRNA 合成酶 (aaRS) 识别，并决定 tRNA 的特异性。他认为第二套密码系统蕴含于 aaRS 结构中作者将第二套密码系统的特征描述为 :[1] 与经典密码系统不同。辅密码子密码系统或第二套密码系统是非简并性的 (nondegenerate) 。可能只有 20 种 aaRS ，每种 aaRS 能够识别特异于某种氨基酸的所有 tRNA ，这种识别与该种特异 tRNA 的不同特征有关。 [2] 第二套密码系统比经典的密码系统对氨基酸更具有决定性，这与密码子和相应的氨基酸间的立体化学相互反应有关。认为辅密码仅与酶 -氨基酰 -腺苷酸 (aaRS-aa-AMP) 发生一个非常简单的反应，而 tRNA 则起着删除错误氨基酰的作用。 [3] 第二套密码系统比经典的密码系统更原始。一些作者猜测 tRNA 起源于携带氨苷酰的寡核苷酸，其原始形式能与氨基酸直接反应。
然而， de Duve 认为第二套密码系统存在于 aaRS 结构中，并假定仅仅是辅密码子与 aaRS-aa-AMP 或 aa-aaRS 复合物的一个简单反应。酶是一种蛋白质，而蛋白质怎么能作为携带遗传信息的载体呢 ?aaRS 上的某些区域含有一些残基可与辅密码子的核苷酸反应，但无法把所有氨基酸侧链与 tRNA 的核苷酸匹配起来。一些科学家提出 RNA 在原始时代具有多种功能，例如携带信息，催化活性和转移信息。在进化过程中，才形成分工负责，即 RNA 将携带信息的功能交给 DNA ，催化活性由酶 (蛋白质 )承担， RNA 本身仅保留转递信息功能。至今上述三种功能仍不同程度残留于 RNA 的事实是对上述分子进化的强有力支持。据此认为 :第二套密码系统存在于 tRNA 分子本身，而不应存在于aaRS 结构中。
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三联体密码的破译三联体密码的破译
1954 年 Gamov 确认核酸分子中三个碱基决定一个氨基酸
1961 年 Crick 等用遗传学方法也证实三联体密码子学说是正确的
Nirenberg 以均聚物共聚物为模板指导多肽的合成 , 寻找到了破译遗传密码的途径
Khorana 以共聚物指导多肽的合成，加快了破译遗传密码的步伐
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缺失或插入核苷酸引起三联体密码的改变
CAT CAT CAT CAT CAT CAT
CAT CAC ATC ATC ATC ATC
CAT CAC AXT CAT CAT CAT
CAX TXC ATX CAT CAT CAT
-1
-1,+1
+3
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以均聚物为模板指导多肽的合成
Poly U 为模板，产生的多肽链为 Poly Phe
Poly A 为模板，产生的多肽链为 Poly Lys
Poly C 为模板，产生的多肽链为 Poly Pro
类似的实验不能证明 GGG 是何种氨基酸的密码子，因为polyG 产生牢固的氢键结合，形成三股螺旋，而不与核糖体结合。
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以特定的共聚物为模板指导多肽的合成以特定的共聚物为模板指导多肽的合成
（ 1）以多聚二核苷酸作模板可合成由 2 个氨
基酸组成的多肽 , 如以 Poly UG 为模板，合
成产物为 Poly Lys-Val 。
（ 2）以多聚三核苷酸作为模板，可得三种氨
基酸组成的多肽。
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核糖体结合技术核糖体结合技术技术要点：
保温
硝酸纤维滤膜过硝酸纤维滤膜过滤滤
分析留在滤膜上的核糖体核糖体 -AA-tRNA
确定与核糖体结合的 AA
以人工合成的三核苷酸为模板三核苷酸为模板 + 核糖体核糖体 +AA-tRNA
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遗传密码的性质遗传密码的性质 1 、密码是无标点符号的且相邻密码子互不重叠。
2 、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为简并性（ degeneracy ），对应于同一氨基酸的密码子称为同义密码子 (Synonymous codon) 。密码的简并性可以减少有害突变 。
3 、密码的摆动性（变偶性）：密码的专一性主要是由第一第二个碱基所决定， tRNA 上的反密码子与 mRNA 密码子配对时，密码子的第一、二位碱基是严格的，第三位碱基可以有一定的变动。 Crick 称这一为变偶性（ wobble ） .
4 、密码的通用性和变异性
5 、 64 组密码子中， AUG 既是 Met 的密码，又是起始密 码；有三组密码不编码任何氨基酸，而是多肽链合成的终止密码子： UAG 、 UAA 、 UGA 。
反密码子与密码子之间的碱基配对
A U
C G
反密码子第一位碱基 密码子第三位碱基
GU
C
UA
G
I
U
C
A
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1966 年 Crick 根据立体化学原理提出：
（ 2 ）有些反密码子的第一个碱基（按 5-3 ）决定了 该 tRNA 识别密码子的数目。
（ 3 ）当一种氨基酸有几个密码子时，只要他们的第一 和第二个碱基中有一个不同，则需要不同的 tRNA
来识别。
（ 1 ） mRNA 上的密码子的第一、第二个碱基与 tRN
A 上的反密码子相应的碱基形成强的配对；密码的专一性主要是由这两个碱基对的 作用。
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人线粒体中变异的密码子
UGA 终止信号 Trp
AUA Ile Met
AGA Arg 终止信号
AGG Arg 终止信号
密码子 正常情况下编码 线粒体 DNA 编码
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原核细胞 mRNA 的结构特点
5´ 3´
顺反子 顺反子 顺反子
插入顺序 插入顺序
先导区末端顺序
AGGAGGUAGGAGGU
SD 区
特点① 半衰期短② 许多原核生物 mRNA 以多顺反子形式存在③ AUG作为起始密码； AUG 上游 7～ 12 个核苷酸处有一被称为 S
D 序列的保守区， 16S rRNA3’- 端反向互补而使 mRNA 与核糖体结合。
真核细胞 mRNA 的结构特点
5´ “ 帽子” PolyA 3´
顺反子
m7G-5´ppp-N-3 ´ pm7G-5´ppp-N-3 ´ p
帽子结构功能① 使mRNA免遭核酸酶的破坏② 使mRNA能与核糖体小亚基结合并开
始合成蛋白质③ 被蛋白质合成的起始因子所识别，从
而促进蛋白质的合成
Poly(A)Poly(A) 尾巴的功能尾巴的功能① 是mRNA由细胞核进入细
胞质所必需的形式② 它大大提高了mRNA在细
胞质中的稳定性
A （ 50~200 ） -OH
tRNA （ transfer ribonucleic acid ）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，还为准确无误地将活化的氨基酸运送到核糖体中 mRNA 模板上。
1 、 tRNA 的结构特征2 、 tRNA 的功能 （ 1 ） tRNA 的接头 (adaptor) 作用 3´- 端上的氨基酸接受位点 识别氨酰 - tRNA 合成酶的位点 核糖体识别位点
反密码子位点
（ 2 ） tRNA 的突变与校正基因 ( 回复突变， reverse mutation)
t RNAt RNA
(1)3‘ 端含 CCA-OH 序列。 (
2)TψC 环 (TψC loop) 。(3) 额外环或可变环 (extro variabl
e loop) 。(4) 反 密 码 子环 (anticodon loop)
。 (5) 二氢尿嘧啶环 (dihydr-
U loop 或 D-loop)
(6) 上述的 TψC 环，反密码子环，和二氢尿嘧啶分别连接在由 4
或 5 个碱基组成的螺旋区上，依次称为 TψC 茎，反密码子茎和二氢尿嘧啶茎。此外， 15-16 个固定碱基几乎全部位于这些环上。
tRNA 的三级结构 (1)tRNA 的三维结构是和个 " 倒 L形 "。(2) 氨基酸接受臂 CCA序列和反密码子处于倒 L的两端，二者相距 70A 。(3)D环和 TψC环形成了倒 L的角。(4)许多三维结构的氢键形成涉及的都是固定碱基，说明 tRNA 具有相同的三维或三级结构。(5)绝大多数形成的三级结构的氢键涉及的碱基种类不同于标准的 A-U和 G-C碱基对 ;少数三级结构反应涉及核糖体 - 磷酸骨架中的基团，包括核糖的 2‘OH基。(6)几乎所有的碱基均是定向排列的，以致成摞 (stacking) ，因此在它们疏水平面之间有最大反应。(7) 只有少数几个三级结构氢键把的密码茎固定于分子的其它部位，因此反密码子区的相对方向，在蛋白质生物合成期间可以改变。
密码子与反密码子的配对关系
反密码子
tRNA
5
3
A U C5 mRNA 3
密码子1 2 3
基因间的校正突变
GluH2N COOH
第一个突变：由于 DNA 突变使 mRNA 分子中 GAG 变为 UAG
GAG(Glu)
UAG （终止密码）
H2N COOH
TyrH2N COOH
第二个突变： tRNA Ty
r 的反密码子 GUA 突变成 CUA
突变 tRNATyr 可以将终止密码 UAG 读作 Tyr
3-A-U-C- 5
5-U-A-G- 3
突变 tRNA Tyr 的反密码子（正常时应为 3-A-U-G- 5）
此终止密码被读作 Tyr
核糖体
核 糖 体
是由 rRNA （ ribosomal ribonucleic acid ）和多种蛋白质结合而成的一种大的核糖核蛋白颗粒，蛋白质肽键的合成就是在这种核糖体上进行的。
2 、核糖体的功能
1 、核糖体的结构和组成
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核糖体的组成
原核生物核糖体的组成原核生物核糖体的组成
34 protein
21 protein
23S RNA 5S RNA
16S RNA
50S subunit
70S ribosome
30S subunit
原核生物核糖体结构示意图
30S subunit
50S subunit
RNA 和蛋白质的分布相对集中 ,RNA主要定位于核糖体中央 ,蛋白质在颗粒外围。
电子显微镜是研究核糖体形状和大体结构的最直接方法。小亚基是一扁平不对称颗粒 ,由头和体组成 ,分别占小亚基的 1/3 和 2/3 。在头和体之间的部分是颈 ,并有 1-2 个突起称为叶或平台。
大亚基呈半对称性皇冠状 (quasi-symmetric "crown") 和对称性肾状。大亚基由半球形主体和三个大小与形状不同的突起组成。中间的突起称为 " 鼻 ", 呈杆状 ;两侧的突起分别称为柄 (stalk) 和脊 (ridge) 。柄含二种蛋白质 L7/L12,向颗粒外伸出 8-12 nm。脊含蛋白质 L1, 故脊又称为 L1 肩 (L1 shoulder) 。电镜下的 70S 核糖体大体是圆形颗粒 ,直径约 23 nm。小亚基斜 (45° 角 )卧在 50S亚基的 L1肩和中心突之间。
现在一般认为 , 核糖体的基本功能依赖于其中的 rRNA, 核糖体蛋白质起着加强 rRNA 功能的作用。核糖体最初由 rRNA 构建 ,在进化过程中一些蛋白质加在其上。体内外的实验均证明了缺乏某些蛋白质的核糖体仍有生物活性 ;此外 ,rRNA 基因 (rDNA)突变及甲基化等均可引起对抗菌素 ( 如红霉素、氯霉素 ) 的抵抗。
核糖体亚基的自我装配 (self-assembly) 过程于 1968 年被认识。该过程不需其它任何因子参与 ,只要把 rRNA 和相应的蛋白质加入反应系统即可。如加入 16S rRNA 和 21 种蛋白质 (S1-S21), 即可装配成有天然活性的 30S小亚基。核糖体蛋白质与 rRNA 结合有先后之差 , 这可能是某一种蛋白质的结合 , 可诱导核糖体构象改变而暴露出结合位点。
原核细胞 70S 核糖体的 A 位、 P 位及 mRNA 结合部位示意图
anticodonanticodonanticodonanticodon
codoncodoncodoncodon
30S30S与 mRNA 结合部位
PP位位（（结合或接受肽基的部位）
AA位位（（结合或接受 AA- tRNA的部位）50S50S
55 33
mRNAmRNA
真核和原核细胞参与翻译的蛋白质因子阶段 原核 真核 功 能
IF1
IF2 eIF2 参与起始复合物的形成
IF3 eIF3 、 eIF4C
起始 CBP I 与 mRNA 帽子结合
eIF4A B F 参与寻找第一个 AUG
eIF5 协助 eIF2 、 eIF3 、 eIF4C 的释放
eIF6 协助 60S 亚基从无活性的核糖体上解离
EF-Tu eEF1 协助氨酰 -tRNA 进入核糖体
延长 EF-Ts eEF1 帮助 EF-Tu 、 eEF1周转
EF-G eEF2 移位因子
RF-1
终止 eRF 释放完整的肽链
RF-2
阶段 原核 真核 功 能
IF1
IF2 eIF2 参与起始复合物的形成
IF3 eIF3 、 eIF4C
起始 CBP I 与 mRNA 帽子结合
eIF4A B F 参与寻找第一个 AUG
eIF5 协助 eIF2 、 eIF3 、 eIF4C 的释放
eIF6 协助 60S 亚基从无活性的核糖体上解离
EF-Tu eEF1 协助氨酰 -tRNA 进入核糖体
延长 EF-Ts eEF1 帮助 EF-Tu 、 eEF1周转
EF-G eEF2 移位因子
RF-1
终止 eRF 释放完整的肽链
RF-2
第二节 蛋白质合成的机理第二节 蛋白质合成的机理
一、一、氨基酸的活化氨基酸的活化
二、二、原核生物多肽链的合成过程原核生物多肽链的合成过程
四、四、真核生物多肽链的合成真核生物多肽链的合成
三、三、多核糖体与核糖体循环多核糖体与核糖体循环
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氨基酸的活化
E
EAA
EAA
tRNA
AA
E
tRNA
AA
E
tRNA
AA
氨基酸ATP +ATP +
氨酰腺苷酸E-AMPAMP
PPiPPi第一步
AMPAMP
第二步
E
氨基酸的活化
3- 氨酰 -tRNA
N- 甲酰甲硫氨酰 -tRNAiMet 的形成
CHO-HN-CH-COO-tRNA
CH2 CH2 S
COO-
+H2N-CH-COO-tRNA
CH2 CH2 S
COO-
Met-tRNAiMet fMet-tRNAt
Met
NN1010-CHO-FH-CHO-FH44 FHFH44
转甲酰酶
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氨酰氨酰 - tRNA- tRNA 合成酶特点合成酶特点 aa 、专一性、专一性： 对氨基酸有极高的专一性，每种氨基酸都有专一的酶，只作用于 L- 氨基酸，不作用于 D- 氨基酸。 对 tRNA 具有极高专一性。
bb 、校对作用、校对作用：氨酰 - tRNA 合成酶的水解 部位可以水解错误活化的氨基酸。
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原核生物多肽链的合成过程原核生物多肽链的合成过程
原核生物多肽链的合成分为三个阶段：肽链合成的起始、肽链的延伸、肽链合成的终止和释放。
1 、肽链合成的起始2 、肽链的延长3 、肽链合成的终止及释放
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肽链合成的起始肽链合成的起始
30S 亚基• mRNA IF3- IF1复合物
30S• mRNA • GTP- fMet –tRNA- IF2- IF1复合物
70S 起始复合物 codoncodon
anticodonanticodon
AA 位位PP 位位
mRNA +30S 亚基 -IF3AA 位位
IF-3
55 33
IF2GTP
PP位位
IF3 IF2 IF1
IF2-GTP-fMet-tRNA
IF3
50S亚基
IF2+ IF1+GDP+Pi
IF-1
IF1
70S 起始复合物
肽链合成的起始1.三元复合物 (trimer complex) 的形成 ：
核糖体 30S小亚基附着于 mRNA 的起始信号部位，该结合反应是由起始因子3(IF3)介导的，另外有 Mg2+ 的参与。故形成 IF3-30S亚基 -mRNA 三元复合物。
2.30S 前起始复合物 (30S pre-initiation complex) 的形成 ：
在起始因子 2(IF2) 的作用下，甲酰蛋氨酸 - 起始型 tRNA(fMet-tRNA Met)与 mRNA 分子中的起始密码子 (AUG 或 GUG) 相结合，即密码子与反密码子相互反应。同时 IF3从三元复合物脱落，形成 30S 前起始复合物，即 IF2-30S亚基 -mRNA-fMet-tRNAMef复合物。此步亦需要 fGTP和 Mg2+参与。
3.70S起始复合物 (70S initiation complex) 形成。
50S亚基与上述的 30S 前起始复合物结合，同时 IF2 脱落，形成 70S起始复合物，即 30S亚基 -mRNA-50S亚基 -fMer-tRNA Met 复合物。此时 fMet-tRNA Met 占据着 50S亚基的肽酰位（ peptidyl site ，简称为 P 位或给位），而 50S的氨基酰位（ aminoacyl site ，简称为 A位或受位）暂为空位。
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11 2211 22
22 3322 33
进位进位 肽键形成
移位移位
进位进位
((Tu\Ts)GTPGTP
GTPGTP
N-N-端端
22 33
55´́ 33´́
C-C-端端
肽键形成肽键形成
11
55´́ 33´́
（（ EF-EF-GG ））
肽链的延长
肽链合成的延长这一过程包括进位、肽键形成、脱落和移位等四个步骤。
1.进位 即新的氨基酰 -tRNA 进入 50S大亚基 A位，并与 mRNA 分子上相应的密码子结合 .在 70S起始复合物的基础上，原来结合在 mRNA 上的 fMet-tRNAMet占据着 50S亚基的 P 位点 (当延长步骤循环进行二次以上时，在 P 位点则为肽酰 -tRNA) 。新进入的氨基酰 -tRNA则结合到大亚基的 A位点，并与 mRNA 上起始密码子随后的第二个密码子结合。此步需 GTP、 EF-T及 Mg2+的参与。
2.肽键形成 在大亚基上肽酰转移酶的催化下，将 P位点上的 tRNA 所携带的甲酰蛋氨酰 ( 或肽酰基 )转移给 A位上新进入的氨基酰 -tRNA 的氨基酸上，即由P 位上的氨基酸 ( 或肽的 3' 端氨基酸 ) 提供 α-COOH基，与 A位上的氨基酸的 α-NH2基形成肽链。此后，在 P 位点上的 tRNA 成为无负载的 tRNA ，而 A位上的tRNA负载的是二肽酰基或多肽酰基。此步需 Mg2+及 K+的存在。
3. 脱落 即 50S亚基 P 位上无负载的 tRNA( 如 tRNAMet)脱落。4. 移位 指在 EF-G 和 GTP的作用下，核糖体沿 mRNA 链 (5'→3') 作相对移动。每次移动相当于一个密码子的距离，使得下一个密码子能准确的定位于 A位点处。与此同时，原来处于 A位点上的二肽酰 tRNA转移到 P 位点上，空出 A位点。随后再依次按上述的进位、肽键形成和脱落步骤进行下一循环，即第三个氨基酰 -tRNA 进入 A位点，然后在肽酰转移酶催化下， P 位上的二肽酰 tRNA又将此二肽基转移给第三个氨基酰 -tRNA ，形成三肽酰 tRNA 。同时，卸下二肽酰的 tRNA又迅速从核糖体脱落。像这样继续下去，延长过程每重复一次，肽链就延伸一个氨基酸残基。多次重复，就使肽链不断地延长，直到增长到必要的长度。通过实验已经证明， mRNA 上的信息的阅读是从多核苷酸链的 5' 端向 3' 端进行的，而肽链的延伸是从 N端开始的。
蛋白质生物合成的抑制剂
蛋白质生物合成的抑制剂(1)嘌呤霉素（ puromycin) 嘌呤霉素的结构很类似氨基酰 -tRNA ，故能与后者相竞争作为转肽反应中氨基酰异常复合体，从而抑制蛋白质的生物合成 : 当生长着的肽链 ( 或甲酰甲硫氨酸 ) 被转移到嘌呤霉素的氨基上去时，新生成的肽酰 -嘌呤霉素会从核糖体上脱落下来，从而终止翻译。因此肽链合成过早终止，而且在此截短的肽链的羧基端连有一分子嘌呤霉素。(2) 链霉素 (streptomycin) 链霉素能与 30S- 亚基结合从而抑制蛋白质的合成 ; 此 30S- 链霉素复合体是一种效率很低且很不稳定的起始解离而终止翻译的复合体。链霉素结合在 30S亚基上时亦能改变氨基酰 -tRNA 在 A位点上与其对应的密码子配对的精确性和效率。 (3)四环素 (tetracyclines) 四环素能阻断氨基酰 -tRNA 进入 A位点，从而抑制肽链的延长 ;新生的肽链存留在 P 位点上，并能与嘌呤霉素反应。
(4) 氯霉素 (chloramphenicol) 氯霉素能阻断 70S核糖体中的 50S大亚基的肽酰转移酶的活性，从而抑制肽链的延长。(5)放线菌酮 (cycloheximide)放线菌酮被认为与氯霉素的作用类似，但它主要作用于真核生物的 80S核糖体中的 60S亚基。(6) 红霉素 (erythromycin) 红霉素与 50S大亚基结合，并阻断移位作用因而将肽酰 -tRNA" 冻结 "在 A位点上。对红霉素产生抗性是由于 50S大亚基中某一个蛋白质产生突变之故。 上述各种抗菌素对细菌的完整细胞或无细胞系统均有抑制作用，它们都作用于核糖体循环的起始和 /或延长步骤。 由于细菌核糖体与哺乳动物线粒体核糖体相似，因此能抑制细菌核糖体功能的抗菌素，往往也能抑制哺乳动物线粒体的核糖体循环。线粒体是一个 " 半自养 "的细胞器，它的蛋白质除由胞浆核糖体循环产生供应外，并有其自身的翻译系统。 四环素族类 (包括四环素、土霉素、金霉素等 ) 对真核细胞的无细胞系统蛋白质合成具有抑制作用，但对完整的真核细胞无抑制作用，这是由于四环素族类抗菌素不易透入真核细胞膜。
（ 1 ）释放因子 RF1
或 RF2 进入核糖体 A
位。
（ 2 ）多肽链的释放
（ 3 ） 70S 核糖体解
离
55 33UAGUAG
30S30S 亚基亚基
50S50S亚基亚基
55 33UAGUAG
tRNA
RF
肽链合成的肽链合成的终止终止及释放及释放
肽链合成的终止 1.多肽链的合成已经完毕，这时，虽然多肽链仍然附着在核蛋白体及 tRNA 上，但 mRNA 上肽链合成终止密码子 UAA(亦可以是 UAG或 UGA)已在核蛋白体的 A 位点上出现。终止因子用以识别这些密码子，并在 A位点上与终止密码子相结合，从而阻止肽链的继续延伸。 RF3 的作用还不能肯定，可能具有加强 RF1 和 RF2 的终止作用。 RF1 和 RF2 对终止密码子的识别具有一定特异性， RF1 可识别 UAA和 UAG， RF2 识别 UAA 和 UGA 。 RF与 EF在核糖体上的结合部位是同一处，它们重叠的结合部位防止了 EF与 RF同时结合于核糖体上，而扰乱正常功能。
2. 终止因子可能还可以使核蛋白体 P 位点上的肽酰转移酶发生变构，酶的活性从转肽作用改变为水解作用，从而使 tRNA 所携带的多肽链与 tRNA之间的酯键被水解切断，多肽链从核蛋白体及 tRNA释放出来。
最后，核蛋白体与 mRNA 分离 ;同时，在核蛋白体 P 位上的 tRNA 和 A 位上的 RF 亦行脱落。与 mRNA 分离的核蛋白体又分离为大小两个亚基，可重新投入另一条肽链的合成过程。核蛋白体分离为大小两个亚基的反应需要起始因子(IF3) 的参与。
采用温和的条件小心地从细胞中分离核蛋白体时，可以得到 3-4个甚至上百个成串的核蛋白体。称为多核蛋白体，即在一条 mRNA 链上同一时间内结合着许多个核蛋白体，两个核蛋白体之间有一定的长度间隔，是裸露的 mRNA 链段，所以多核蛋白体可以在一条 mRNA 链上同时合成几条多肽链，这就大提高了翻译的效率。
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肽键的形成
Tu\Ts 循环Ts
Ts-GDP
多多核糖体与核糖体循环
合成完毕的肽链
多核糖体3ˊmRNA
延伸中的肽链
5ˊ
核糖体循环
真核生物多肽链的合成（自学）真核生物多肽链的合成（自学）
1 、真核细胞核糖体比原核细胞核糖体更大更复杂；2 、起始氨基酸为 Met ，不是 fMet；3 、肽链合成的起始：由 40S 核糖体亚基首 先识别mRNA 的 5'端 -帽子，然后沿 mRNA 移动寻找 AU
G；4 、起始因子有 12 种，但只有 2 种延长因子和 1 种终止因子；5 、真核细胞种线粒体、叶绿体的核糖体大小、组成及蛋白质合成过程都类似于原核细胞。
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肽链折叠是指从多肽链的氨基酸序列形成具有正确三维空间结构的蛋白质的过程。 体内多肽链的折叠目前认为至少有两类蛋白质参与，称为助折叠蛋白 : （ 1 ）酶：蛋白质二硫键异构酶（ PDI ）； （ 2 ）分子伴侣
肽 链 的 折 叠肽 链 的 折 叠
Lasky 于 1978 年首先提出分子伴侣（ mulecular chaperone ）的概念，这是一类在细胞内能帮助新生肽链正确折叠与装配组装成为成熟蛋白质，但其本身并不构成被介导的蛋白质组成部分的一类蛋白因子，在原核生物和真核生物中广泛存在。
1 、肽链末端的修饰： N-端 fMet 或 Met 的切除2 、信号序列的切除3 、二硫键的形成4 、部分肽段的切除5 、个别氨基酸的修饰6 、糖基侧链的添加7 、辅基的加入
蛋白质的加工修饰蛋白质的加工修饰
实例：胰岛素原的加工
胰岛素原的加工
A 链区
B 链区
间插序列（ C 肽区）
HS
SH
SH
SH
HS
HS
信号肽NC
核糖体上合成出无规则卷曲的前胰岛素原
切除 C 肽后，形成成熟的胰岛素分子
切除信号肽后折叠成稳定构象的胰岛素原
SS
SS
N
NC
CA 链
B 链
胰岛素
C
N
S － S
SS
胰岛素原
SS
S － S
多核糖体
第一个编码区第一个编码区
第一个编码区第一个编码区
第二个编码区第二个编码区
第二个编码区第二个编码区
终止终止 \\ 起始起始
终止终止
起始起始
mRNAmRNA
mRNAmRNA
55´́
55´́
33´́
33´́
第四节 蛋白质定位
1 、分泌蛋白
● 信号肽假说简图
● 分泌蛋白质的合成和胞吐作用
2、线粒体与叶绿体蛋白
● 蛋白质向线粒体的定位机制楚雄师范学院化学与生命科学系 范树国
信号肽假说简图
3ˊ
5ˊ
SRP循环
mRNA
内质网膜
内质网腔信号肽酶信号肽
一些真核细胞多肽链上 N- 端的信号肽的结构
楚雄师范学院化学与生命科学系 范树国
分泌蛋白质的合成和胞吐作用
内质网 高尔基体
泡 泡
泡融入质膜
核糖体
芽泡
楚雄师范学院化学与生命科学系 范树国
线粒体外膜线粒体外膜
线粒体内膜线粒体内膜
带有导肽的线粒体蛋白质前体跨膜运送过程示意图
内外膜接触位点的内外膜接触位点的蛋白质通道蛋白质通道
线粒体线粒体hsp70hsp70
受体蛋白受体蛋白
hsp70hsp70
导肽导肽
蛋白酶切蛋白酶切除导肽除导肽
问答题
1 、试述遗传中心法则的主要内容。
2 、遗传密码如何编码？简述其基本特点。
3 、 mRNA 、 tRNA 、 rRNA 在蛋白质生物合成中各具什么作用？
4 、肽链合成后的加工处理主要有哪些方式？
5 、试比较下列生物分子结构单元的激活机制：
蛋白质 脂肪酸 多糖
名词解释
中心法则 遗传密码 密码子 简并性 翻译
冈崎片段 多核糖体
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