蛋白質的代謝

第十一章蛋白質的代謝蛋白質的分解代謝(一)蛋白質的生物合成代謝(二)蛋白質的分解代謝(一)

一、蛋白質的營養(yǎng)作用二、蛋白質的消化吸收三、氨基酸的一般代謝四、氨基酸合成代謝概況五、氨基酸代謝缺陷癥1蛋白質的生理功能*是組織細胞的構件物質，維持細胞組織的生長、更新和修補*參與多種重要的生理活動(如酶、激素)*氧化供能（17.9KJ/g）*可轉化為糖和脂肪等*氨基酸是各種含氮化合物的原料

一、蛋白質的營養(yǎng)作用生物合成蛋白質的原料和途徑固氮生物：N2→NH4+(氨鹽)→aa→pr植物、微生物：無機氮→pr高等動物：

aa→pr2、氮平衡：機體對蛋白質的攝入量等于排出量即為總氮平衡。正氮平衡：攝入量＞排出量；(兒童、孕婦、恢復期的病人）負氮平衡：攝入量＜排出量.（饑餓、消耗性疾病患者）我國營養(yǎng)學會推薦成人最少需要量：

80克/日3、蛋白質的營養(yǎng)價值

蛋白質的營養(yǎng)價值

取決于其含必需氨基酸數量及種類的多少必需氨基酸：人和動物不能合成，需從食物pro供給。包括：

Lys(賴);Trp(色);Thr(蘇);Val(纈);Met(甲硫);Leu(亮);Ile(異亮);Phe(苯丙)半必需氨基酸：人體可合成，但嬰幼兒期合成速度不快，仍需食物供給。包括：

His(組);Ary(精);非必需氨基酸:人和動物機體能夠自身合成的氨基酸.ValLeuIleThrMetLysPheTrp

20種氨基酸的名稱及縮寫代號蛋白質營養(yǎng)效價的評價蛋白質的營養(yǎng)效價主要與氮素轉化有關（1）蛋白質消化率食物蛋白質在人體內消化率的高底，是評價食物蛋白質營養(yǎng)價值的一個重要方面

食物氮-(糞氮-糞代謝氮)蛋白質消化率=————————————

食物氮氮的保留量BV=100%

氮的吸收量*蛋白質的互補作用：

指營養(yǎng)價值較低的蛋白質混合食用，必需氨基酸互相補充從而提高營養(yǎng)價值蛋白質的生理價值（BV）：指食物蛋白的利用率（2）蛋白質的利用率

蛋白來源重量%單食時BV混食時BV——————————————————————

豆腐干426577面筋5867——————————————————————小麥3967

小米135789

牛肉2669

大豆2264

—————————————————混合食物蛋白質的互補作用二、蛋白質的消化吸收消化：

在胃、主要在小腸進行。（一）胃內消化：

1、胃蛋白酶（pepsin):

胃蛋白酶元→胃酸(H+)→胃蛋白酶自身激活作用

2、胃酶作用：

蛋白質

小分子肽→腸道胃酶作用于：Phe(苯丙),Tyr(酪),Trp(色).(芳香族）

Glu(谷),Gln(谷氨酰胺).(酸性氨基酸)。胃蛋白酶（二）小腸消化：1、來自胰腺的酶：

1）內肽酶：水解pro內部肽鍵。

胰蛋白酶：Lys(賴)、Arg(精)羧基端肽鍵；(堿性）

糜蛋白酶：Phe(苯丙)、Tyr(酪)、Trp(色)肽鍵；

(芳香族）

彈性蛋白酶：Val(纈)、Leu(亮)、Ser(絲)、Ala(丙)肽鍵

（脂肪族）幾種蛋白酶原的激活消化道蛋白酶作用位點2）外肽酶：

羧肽酶：從C端水解；

羧肽酶A：水解中性aa為C端的肽鍵；

羧肽酶B：水解堿性aa為C端的肽鍵；2、來自小腸粘膜細胞的寡肽酶：1）氨肽酶：從N端水解，形成二肽。2）二肽酶：作用于二肽。寡肽的水解主要在小腸粘膜細胞進行。3、小腸腔的消化：

肽

小肽

小肽

氨基酸至此：球蛋白幾乎完全分解；纖維蛋白、角蛋白部分水解。胰蛋白酶、糜蛋白酶、彈性蛋白酶羧肽酶、氨肽酶吸收

aa→腸黏膜細胞→血液循環(huán)→肝臟這是一需能需氧的主動運輸過程。由腸黏膜細胞上的需氧氨基酸載體來完成.不同氨基酸的吸收由不同的載體完成.1)中性氨基酸載體2)堿性氨基酸載體3)酸性氨基酸載體4)亞氨基酸及甘氨酸載體三、氨基酸的一般代謝氨基酸生物合成分解代謝蛋白質脫氨α-酮酸脫羧胺（碳骨架）三大代謝能源氨基酸代謝概況氨基酸代謝庫其它含氮化合物(嘌呤、嘧啶等)體內合成氨基酸

(非必需aa)組織蛋白質食物蛋白質a-酮酸胺類氨酮體氧化供能糖尿素脫氨基脫羧基代謝轉變消化吸收合成分解（一）脫氨基作用主要有氧化脫氨、轉氨、聯(lián)合脫氨1、氧化脫氨作用：

1）概念：

α-aa在酶催化下氧化成α-酮酸，反應需氧并產氨此為~。此作用普遍存在于動物細胞中，主要在肝中進行。實驗依據：(1)α-aa灌入肝，流出液含少量α-酮酸；(2)用各種組織切片與α-aa

在生理條件下保溫1-2hr后，除去pro，利用酮酸與2，4，二硝基苯肼生成苯腙，證實有酮酸生成；(3)用腎提取液證明了氧化脫氨中的定量關系：氧氣：氨：α-酮酸=1：2：22）反應：先脫氫再水解脫氨。3）類型：A、L-aa氧化酶：

有兩類，分別以FAD、FMN（人和動物）為輔基。B、D-aa氧化酶：

以FAD為輔基，脊椎動物在肝腎細胞中，有些微生物也有。L-aa氧化酶的作用：生成的H202在過氧化氫酶作用下分解成水和氧氣。C、氧化專一aa的酶：如：

Glu脫氫酶廣泛分布在生物細胞質和線粒體中，以NAD+或NADP+為輔酶，可直接脫氨，活性最強。2、轉氨作用：1）概念：將一種aa

的α-氨基轉給另一α-酮酸，生成相應酮酸和1分子α-aa的作用。2）轉氨酶：以谷丙轉氨酶(GPT)和谷草轉氨酶(GOT)分布最廣、活性最大。臨床以此判斷肝功能是否正常。正常成人各組織中GOT及GPT活性1620血清19,00091,000腎70010,000肺4,80099,000骨骼肌1,20014,000脾44,000142,000肝2,00028,000胰腺7,100156,000心GPTGOT組織GPTGOT組織(單位/克濕組織)3）輔酶：

所有轉氨酶輔酶為吡哆醛磷酸，

并作為:

脫羧作用、消旋作用及醇醛裂解反應的輔酶。轉氨作用4）轉氨作用的意義：是aa分解代謝與非必需aa合成代謝的重要步驟；溝通了糖代謝與蛋白質代謝。3、聯(lián)合脫氨作用：1）概念：體內氨基酸的脫氨主要靠轉氨和氧化脫氨聯(lián)合進行，簡稱聯(lián)合脫氨。2）反應：主要在肝、腎組織3）嘌呤核苷酸循環(huán)：主要發(fā)生在骨骼肌、心肌、腦等組織。（二）脫羧基作用1、概念：aa在aa脫羧酶作用下生成CO2和一個相應一級胺類化合物的作用。2、酶：專一性強，且只對L-氨基酸起作用。除組氨酸脫羧酶不需輔酶外，余均以

吡哆醛磷酸為輔酶。3、脫羧形成的胺有許多重要生化作用：谷氨酸—γ-氨基丁酸：重要的神經介質，抑制神經中樞；組氨酸—組胺：有降壓、刺激胃液分泌的作用酪氨酸—酪胺：有升壓作用4、胺的去向：

大多數胺類對動物有毒，去向：1）隨尿排出；2）在胺氧化酶作用下可進一步氧化分解：胺氨醛脂肪酸合成尿素CO2H2O新氨基酸（三）氨基酸分解產物的代謝氨基酸分解脫氨脫羧氨α-酮酸胺CO21、氨的去路：

水生動物—直接排氨鳥類、爬行動物—尿酸形式排氨脊椎動物—尿素形式排氨以上生物依次稱：排氨生物、排尿酸生物和排尿素生物。1）有關尿素形成的實驗：尿素形成部位的實驗：

a、蛋白質膳食：尿中尿素↑；

b、切除肝：血、尿中尿素↓

c、aa喂養(yǎng)切肝動物：aa多半在血中，少部分在尿中；

d、切腎：血中尿素↑；

e、同時切肝、腎：血中尿素恒定。證實肝為尿素形成部位。尿素形成實驗依據：A、肝切片+銨鹽混合保溫：銨鹽↓尿素↑B、肝切片+aa：脫下的氨幾乎全成尿素；C、肝切片+aa+鳥aa（Orn)或瓜aa

（Cit）：

尿素合成量及速度↑D、肝切片+Orn或Cit：無尿素

↑

說明Orn或Cit起促進作用。氨是尿素合成的前體的實驗：15N標記銨鹽飼喂動物證明：15N出現在Ary（精）的胍基、及全部的尿素上。2）尿素的生成：A、氨的活化：在線粒體中進行，耗能。氨甲酰磷酸合成酶催化形成氨甲酰磷酸N-乙酰谷氨酸為別構激活劑。B、形成瓜氨酸：在線粒體內；鳥氨酸轉氨甲酰酶將氨甲酰磷酸交給鳥氨酸，進入細胞質。C、精氨琥珀酸生成：在胞質；精氨琥珀酸合成酶催化瓜氨酸與Asp縮合；消耗2個高能鍵。D、形成精氨酸精氨琥珀酸酶催化精氨琥珀酸上Asp骨架以延胡索酸形式移去，E、尿素形成、鳥氨酸再生精氨酸酶作用于精氨酸。鳥氨酸循環(huán)的意義：A、有利于生物體的自身保護；B、防止過量氨積累于血液而引起神經中毒。尿素循環(huán)與TCA的關系2酰胺的合成：（在腦、肝、肌肉中）Gln（谷酰胺）和Asn（天冬酰胺）在許多合成（如蛋白質合成）代謝中起的作用：A、氨基供體；B、體內解毒方式；C、氨以酰胺形式儲存，在腦、肝、肌肉等組織。腎谷酰胺酶將Gln分解成Glu和氨，氨隨尿排出。3嘧啶環(huán)的合成：a-酮酸的代謝經氨基化生成非必需氨基酸轉變成糖及脂類生糖氨基酸、生酮氨基酸生糖兼生酮氨基酸氧化供能氨基酸的三種類型生酮+生糖兼生酮=“一兩色本來老”

四、氨基酸合成代謝概況（一）氨基酸生物合成途徑的類型1、酸性氨基酸家族的合成途徑：2、脂肪酸家族氨基酸的合成途徑：3、芳香族氨基酸合成途徑1）赤蘚糖-4-磷酸和烯醇式丙酮酸磷酸衍生類型2）組氨酸生物合成4、氨基酸生物合成的調節(jié)二種途徑：1、由終產物對途徑第一酶的別構或反饋抑制作用2、通過同工酶進行調控同工酶(isoenzyme)——能催化相同的化學反應，但在蛋白質分子的結構、理化性質和免疫性能等方面都存在明顯差異的一組酶。(二)一碳單位與氨基酸代謝1.概念：氨基酸在分解過程中產生的含一個碳原子的基團（不包括CO2）。2.種類：甲基（-CH3）亞甲基（-CH2-甲烯基）次甲革（=CH-甲炔基）甲?；?CHO）亞氨甲基（-CH=NH）3.特點：不能游離存在，一般以四氫葉酸為載體參與反應章首四氫葉酸（FH4）

的結構與合成蝶呤+對氨基苯甲酸+L-谷氨酸二氫葉酸四氫葉酸二氫葉酸合成酶二氫葉酸還原酶章首一碳基團的來源與轉變S-腺苷蛋氨酸（SAM）參與

甲基化反應N5-CH2-FH4NAD+NDAH+H+N5，

N10-CH2-FH4還原酶N5N10-

CH2-FH4為胸腺嘧啶合成提供甲基FH4

絲氨酸NAD+NDAH+H+N5，

N10-CH2-FH4脫氫酶

組氨酸甘氨酸FH4N5，N10=CH-FH4參與嘌呤合成H2OH+環(huán)水化酶

N10-CHO-FH4FH4

HCOOH參與嘌呤合成章首節(jié)首參與嘌呤、嘧啶核苷酸及蛋氨酸等的合成。將氨基酸與核苷酸代謝密切相連。一碳單位代謝障礙會影響DNA、蛋白質的合成，引起巨幼紅細胞性貧血?；前奉愃幖鞍奔奏┻实仁峭ㄟ^影響一碳單位代謝及核苷酸合成而發(fā)揮藥理作用。參與許多物質的甲基化過程。一碳單位的生理功用章首節(jié)首（三）氨基酸與生物活性物質1、苯丙氨酸代謝：2、酪氨酸代謝

多巴胺羥化3、半胱氨酸與?；撬?/p>

五、氨基酸代謝缺陷癥1、酪氨酸代謝異常：白化病、尿黑酸癥、帕金森氏病。2、苯丙氨酸代謝異常：苯丙酮尿癥（PKU）白化鱷第十三章

蛋白質代謝(二)蛋白質的生物合成主要內容遺傳密碼核糖體轉移RNA的功能蛋白質生物合成的機制真核生物與原核生物蛋白質合成的差異蛋白質合成后加工蛋白質生物合成下一頁上一頁DNA將其遺傳信息轉移到mRNA，再由mRNA將這種遺傳信息表達為蛋白質中氨基酸順序的過程叫做翻譯。蛋白質合成的必要條件：

20種氨基酸,mRNA、tRNA、核蛋白體、酶和蛋白因子、無機離子、ATP、GTP合成方向：N→C端一、信使RNA和遺傳密碼mRNA與遺傳信息的傳遞遺傳密碼的破譯遺傳密碼的特性

(一）mRNA與遺傳信息的傳遞

蛋白質合成的信息來自于DNA，合成的模板是mRNA上一頁

蛋白質的合成是在核糖體上進行的，而遺傳信息載體DNA存在于核中，必然有一種中間物來傳遞DNA上的信息。推測這種中間物極不穩(wěn)定，在蛋白質合成時產生，合成結束后又分解，半壽期很短。后來科學家用實驗證明這種中間物就是mRNA。節(jié)首章首

(一）mRNA與遺傳信息的傳遞

上一頁

1954年,物理學家GamouvG首先對遺傳密碼進行探討。他認為核酸分子中只有四種堿基，顯然堿基與氨基酸的關系不是一對一的關系。若兩個堿基決定一個氨基酸只能編碼16種氨基酸，也是不夠的；而三個堿基對一個氨基酸，四個堿基可產生64個密碼，足以編碼20種氨基酸，所以編碼氨基酸的最低堿基數是3，即密碼子可能是三聯(lián)體。mRNA上的三個核苷酸決定一個氨基酸節(jié)首

(一）mRNA與遺傳信息的傳遞

上一頁

1961年，CrickFHC等人用遺傳學的方法證明了三聯(lián)密碼子的學說是正確的。

遺傳學上把由于密碼移位而造成的突變稱為移碼突變在E.coli的T4DNA上的一個基因缺失（或增加）一個或二個核苷酸會造成缺失（或增加）部位以后的全部氨基酸誤譯。若同時缺失（或增加）三個核苷酸，前后核苷酸表達仍和正常一樣。必須假設密碼子是三聯(lián)體才能完滿地解釋以上這些實驗結果。節(jié)首

(一）mRNA與遺傳信息的傳遞

上一頁

生物化學上的證據煙草壞死衛(wèi)星病毒中有一分子RNA可編碼外殼蛋白的一個亞基，此RNA由1200個核苷酸組成，而此亞基由400個氨基酸組成，也由此證明三個核苷酸決定一個氨基酸節(jié)首上一頁(二)遺傳密碼的破譯

遺傳密碼的概念：mRNA上的核苷酸順序與蛋白質中的氨基酸之間的對應關系稱為遺傳密碼。mRNA上每三個連續(xù)核苷酸對應一個氨基酸，這三個核苷酸就稱為一個密碼子，或三聯(lián)體密碼（tripletcodons）。以下是三個不同的證明遺傳密碼是mRNA上3個連續(xù)的核苷酸殘基構成的實驗。

1961年，Nirenberg

等人用大腸桿菌的無細胞體系在各種RNA的人工模板下合成多肽，從而推斷出各氨基酸的密碼子，后來他與Khorana以及霍利分享了1968年諾貝爾生理學獎。節(jié)首上一頁(二)遺傳密碼破譯的三個實驗第一個實驗是1961年由美國的M.Nirenberg等人完成的。他首先利用多核苷酸磷酸化酶合成了一條由相同核苷酸組成的多核苷酸鏈,用它作模板,利用大腸桿菌蛋白提取液和GTP在體外合成蛋白質。發(fā)現多聚(U)導致多聚Phe的合成,表明多聚(U)編碼多聚Phe；類似的實驗表明,多聚(A)編碼多聚Lys；多聚(C)編碼多聚Pro(下圖A)。第二個實驗（核糖體結合技術）是1964年也是由美國的M.Nirenberg等人完成的。他們首先合成一個已知序列的核苷酸三聚體，然后與大腸桿菌核糖體和氨酰tRNA一起溫育。由此確定與已知核苷酸三聚體結合的tRNA上連接的是那一種氨基酸。該實驗對于幾種密碼編碼同一個氨基酸提供了直接的、最好的證據（下圖B）。節(jié)首上一頁第三個實驗是由Jones,Khorana等人完成的。他們利用有機化學和酶法制備了已知的核苷酸重復序列，以此多聚核苷酸作模板，在體外進行蛋白質合成，發(fā)現可以生成三種重復的多肽鏈（下圖C）。若從A翻譯，則合成出多聚Ile，即AUC對應Ile；若從U翻譯，則合成出多聚Ser，即UCA對應Ser；若從C翻譯，則合成出多聚His，即CAU對應His。這是因為體外合成是無調控的合成，可以隨機地從A、或U、或C翻譯，所以有三種重復的多肽鏈生成。(二)遺傳密碼破譯的三個實驗節(jié)首上一頁(二)遺傳密碼破譯的三個實驗節(jié)首1966年，Nirenberg和Khorana

全部遺傳密碼字典64個密碼子61個負責20種氨基酸翻譯，1個起始密碼子(AUG和GUG)3個終止密碼子Nirenberg

和Khorana

1968年諾貝爾獎

(三)遺傳密碼的特點

⑴密碼子的方向性

密碼子(mRNA上由三個相鄰的核苷酸組成一個密碼子，代表肽鏈合成中的某種氨基酸或合成的起始與終止信號)

。的閱讀方向及它們在mRNA由起始信號到終止信號的排列方向均為5-3’，與mRNA鏈合成時延伸方向相同。

⑵密碼子的簡并性

64-3=61個代表20種氨基酸，僅甲硫氨酸、色氨酸只有一個密碼子。一個氨基酸可以有幾個不同的密碼子，編碼同一個氨基酸的一組密碼子稱為同義密碼子。這種現象稱為密碼子的簡并性。

⑶密碼子的連續(xù)性（讀碼）（無標點、無重疊）

從正確起點開始至終止信號，密碼子的排列是連續(xù)的。既不存在間隔（無標點），也無重疊。在mRNA分子上插入或刪去一個堿基，會使該點以后的讀碼發(fā)生錯誤，稱為移碼，由這種情況引起的突變稱為移碼突變。

⑷密碼子的基本通用性（近于完全通用）對于高等、低等生物都適用.有例外：真核生物線粒體DNA。一些原核生物中利用終止密碼翻譯AA（UGA-Trp(色)\硒代半胱氨酸）3‘起始密碼子5‘⑸起始密碼子和終止密碼子64種密碼子中，AUG為甲硫氨酸的密碼子，又是肽鏈合成的起始密碼子，UAA，UAG，UGA為終止密碼子，不編碼任何氨基酸，而成為肽鏈合成的終止部位（無義密碼子）。⑹密碼子的擺動性（變偶性）如丙氨酸：GCU，GCC，GCA，GCG，只第三位不同，顯然密碼子的專一性基本取決于前兩位堿基，第三位堿基有較大靈活性。發(fā)現tRNA上的反密碼子與mRNA上的密碼子配對時，密碼子的第一位、第二位堿基配對是嚴格的，第三位堿基可以有一定變動，這種現象稱為密碼的擺動性或變偶性（wobble）。IA、U、C配對。二、核糖體核糖體是蛋白質合成的工廠。（一）核糖體的組成和結構：1、組成：

60-65%rRNA，

30-35%蛋白質。2、結構：

球形顆粒，由大小二個亞基組成。

電鏡下的核糖體大小亞基原核與真核核糖體的主要區(qū)別原核真核直徑大小18nm,70S20-22nm,80S細胞質中部位與mRNA結合

與內質網結合、線粒體、葉綠體數量/細胞

15000106-107（二）核糖體的功能：1、16SrRNA對識別mRNA上肽鏈起始位點起重要作用。2、參與肽鏈的啟動、延長、終止、移動等核糖體大亞基X-衍射圖3、功能位點：1）mRNA結合位點：大小亞基的結合面上，為蛋白質合成處。2）P位點：肽酰-tRNA結合位點，起始-tRNA和肽?；?tRNA結合位點。3）A位點：氨酰-tRNA結合位點。三、轉移RNA的

功能(一）結構：二級結構：三葉草；三級結構：倒“L”。（二）與蛋白質合成有關的位點：1、反密碼子位點：由密碼子環(huán)下方的3個堿基組成，與mRNA上密碼子的堿基互補。2、3’末端的CCA序列：為aa接受位點，aa共價結合到A殘基上。3、識別aa-tRNA合成酶的位點：4、核糖體識別位點。反密碼子反密碼子環(huán)合成酶aa位點可變環(huán)D臂Tψ環(huán)Tψ臂（三）功能1、有攜帶aa的功能；具倒L型三級結構的tRNA在ATP和酶作用下，可與特定aa結合。2、有接頭作用：

氨酰-tRNA憑借自身的反密碼子，依靠核糖體的特定位點識別mRNA的密碼子并以堿基配對方式與之結合的作用。

將aa帶到肽鏈的一定位置。3、近年的研究1）第二遺傳密碼系統(tǒng)的破譯：

第二遺傳密碼系統(tǒng)：

①將tRNA分子上的某個堿基或bp可決定tRNA攜帶專一aa的作用；②aa-tRNA合成酶和tRNA之間的相互作用稱為~。由此認為：tRNA也儲存遺傳密碼，

如：Lys-tRNA的aa接受臂上的

G3·G70→G3·U70取代時，可接受Ala(丙)tRNA中的識別堿基2、人工合成的小螺旋結構可攜帶aa由此說明：

tRNA攜帶aa

并不一定需要完整的分子結構。四、蛋白質生物合成的分子機制概念：mRNA解讀方向：

5’→3’肽鏈延伸方向：

從N端向C端進行。5’3’N端C端過程：(1)aa的激活；(2)肽鏈合成的啟動；(3)肽鏈延長；(4)肽鏈合成終止釋放；(5)肽鏈折疊和加工。（一）氨基酸的活化（氨酰-tRNA的合成）aa-tRNA合成酶：具高度專一性，表現在：

1）對aa；

2）對tRNA，從而保證了pr合成的忠實性。aa-tRNA合成酶反應過程：分兩步，在細胞質中完成：

1）aa-AMP-E復合物形成：需Mg2+、Mn2+

；

2）aa從aa-AMP-E轉移到相應的tRNA上：E+E--E表示：如：用于起始的第一個aa為N-甲酰甲硫氨酸（fMet），

起始用的氨酰-tRNA表示為：

fMet-tRNAfMet

也可簡寫成：

fMet-tRNA氨酰-tRNA的合成（二）在核糖體上合成肽鏈以E.coil為例1、肽鏈合成的起始（initiation)：1)起始所需材料：

核糖體30S亞基、50S亞基；帶起始密碼的mRNA；

fMet-tRNAfMet

；

起始因子（IF1、IF2、IF3）；

2個GTP；

Mg2+

。通常在起始密碼上游有SD序列（富含嘌呤），有利于與16SrRNA互補，有利于mRNA與rRNA的結合。故又稱核蛋白結合位點（ribosomalbindingsiteRBS)

①SD序列：②原核細胞合成pr都從fMet開始；

由細胞內甲?；复呋疢etα-NH2甲?；?，③起始因子（initiationfactors,IF)：IF3

：阻止30S亞基與50S亞基結合；IF2

：具GTP水解酶的作用；IF1

：協(xié)調IF2、IF3離開小亞基。2）起始過程：①大小亞基分開；②形成復合物；30S·mRNA·IF3③形成30S起始復合物④形成有生物學功能的70S起始復合物。此時空著的A位點準備接受下一個aa-tRNA。2、肽鏈延伸（elongation)：所需組分：

70S起始復合物

aa2-tRNA2

轉肽酶（肽酰轉移酶peptidyl

transferase）

延伸因子：EF-Tu、EF-Ts

移位因子（移位酶，G因子）

2個GTPMg2+反應分三步：1）進入A位點：

Tu-GTP與aa2-tRNA2結合成復合物，aa2-tRNA2與A位點上mRNA密碼子結合，重新生成Tu-GTP。除fMet-tRNAfMet外，所有aa-tRNA進入A位點都需先與Tu-GTP結合。延長因子(elongationfactor,EF-T）的循環(huán)2）肽鍵形成：P位點上fMet與

tRNA脫離，在轉肽酶作用下，其羧基與A位上的aa2-tRNA2的氨基形成肽鍵，成2肽。此時，P位空出。3）移位：在移位酶(G)作用下，肽酰-tRNA從A→P，消耗GTP。核糖體沿mRNA5’→3’移動了1個密碼子的距離，使原來A位上的肽酰-tRNA到P位，原來P位上無負載的tRNA離開核糖體。重復至肽鏈必需長度。延長過程：3、肽鏈合成的終止與釋放1）所需材料：

70S核糖體、帶終止密碼的mRNA、

釋放因子（RF1、RF2、RF3）。2）釋放因子（releasefactor,RF)的功能：

RF1：識別終止密碼UAA、UAG；

RF2：幫助識別終止密碼UAA、UGA；

RF1和RF2還可使P位上的轉肽酶活性轉變成水解酶活性，使肽酰-tRNA

進入水相而不去A位。

RF3：協(xié)助肽鏈從P位點釋放。3)終止(termination)包括兩步：A、RF與mRNA終止信號結合，激活轉肽酶；B、水解肽鏈和tRNA間的鍵，新合成肽鏈、tRNA、mRNA離開核糖體，后者即解離成大、小亞基，進入下一輪反應。蛋白質的合成過程五、真核生物與原核生物蛋白質合成的差異合成機理類似，但真核生物的某些步驟更為復雜，涉及更多的蛋白因子。（一）mRNA：

原核；多順反子（為二條或多條多肽鏈編碼的mRNA）；

真核：單順反子（為一條多肽鏈編碼的mRNA），無富含嘌呤的起始序列。（二）起始復合物形成所需蛋白因子

的差異：

原核；3種（IF1、2、3）；

真核：9種；（三）核糖體：原核：70S；

真核：80S（60S、40S）：（四）起始復合物形成過程的差異1、起始的tRNA：

原核：

fMet-tRNAfMet

真核：

Met-tRNAMet2、起始密碼：

原核：多種；

真核：AUG3、起始復合物形成所需能量：原核：GTP；

真核：ATP

：4、形成過程的不同：真核起始過程如下：43S起始復合物48S起始復合物80S起始復合物（五）肽鏈延長和終止過程：1、肽鏈延伸因子不同；

原核：Tu、Ts；

真核：EF1αEF1βγ2、移位因子不同：

原核：G因子；

真核：EF23、釋放因子不同：

原核：RF1.RF2；

真核：釋放因子RF識別終止密碼，終止消耗GTP。六、肽鏈合成后處理肽鏈合成后，經若干加工后，才能使合成的肽鏈具一定的空間結構和生物學活性。真核生物的加工部位在高爾基體。蛋白質的合成、分揀和成熟粗面內質網高爾基體細胞膜后處理類型如下：1、切除氨基末端的fMet：去甲?；?、氨肽酶催化下，切去1或幾個aa。2、個別aa的修飾：羥基化、磷酸化、甲基化、乙?；?、糖化、酯化等。3、二硫鍵的形成——胰島素：。4、在肽酶作用下，切除N端信號肽：

信號肽：13-26個aa組成，中間有高度疏水

aa組成的肽鏈。

功能：引導pr前往細胞固定位置。受體蛋白循環(huán)核糖體循環(huán)5、切除一段肽鏈：

酶原激活。6、肽鏈與輔助成分的締合：膠原蛋白的形成7、在輔助蛋白參與下，新生肽折疊成有活性的構象。分子伴侶、監(jiān)護蛋白：參與生物體內多肽鏈折疊組裝的輔助蛋白。功能：通過與新生肽或部分折疊的pr結合，加速折疊和組裝成天然構象的進程?；|引導信號hsp70胞質溶膠線粒體外膜線粒體內膜受體蛋白蛋白酶切除信號肽線粒體hsp70接觸位點跨雙層膜的蛋白質通道（四）蛋白質合成所需能量：在合成1個肽鍵的過程中：氨基酸活化：2個GTP肽鏈延長：

1個GTP肽鏈移位：

1個GTP

共計：4個GTP×7.3=29.2Kcal/mol而1mol肽鍵水解，釋放-5Kcal/mol;∴肽鍵合成標準自由能變化-24.2Kcal/mol。反應不可逆。能量的消耗保證了翻譯的準確性。（五）活性肽合成的特征：活性肽：在生物體內具特殊生物學功能的多肽。如：許多激素、催產素、加壓素、舒緩激肽等。合成：是從非活性的pr前體經特殊酶加工而成。步驟：1、在內質網合成：由信號肽引入內質網腔，信號肽由信號肽酶水解，有特殊位點。2、在高爾基體上進行選擇性酶促加工：修飾或調整，將無活性的激素原前體加工成活性肽。作業(yè)1.能直接生成游離氨的氨基酸脫氨基方式有哪些?2.什么是密碼子?遺傳密碼的特點?3.總結原核生物的蛋白質合成第十三章

蛋白質代謝(二)蛋白質的生物合成主要內容遺傳密碼核糖體轉移RNA的功能蛋白質生物合成的機制真核生物與原核生物蛋白質合成的差異蛋白質合成后加工蛋白質生物合成下一頁上一頁DNA將其遺傳信息轉移到mRNA，再由mRNA將這種遺傳信息表達為蛋白質中氨基酸順序的過程叫做翻譯。蛋白質合成的必要條件：

20種氨基酸,mRNA、tRNA、核蛋白體、酶和蛋白因子、無機離子、ATP、GTP合成方向：N→C端一、信使RNA和遺傳密碼mRNA與遺傳信息的傳遞遺傳密碼的破譯遺傳密碼的特性

(一）mRNA與遺傳信息的傳遞

蛋白質合成的信息來自于DNA，合成的模板是mRNA上一頁

蛋白質的合成是在核糖體上進行的，而遺傳信息載體DNA存在于核中，必然有一種中間物來傳遞DNA上的信息。推測這種中間物極不穩(wěn)定，在蛋白質合成時產生，合成結束后又分解，半壽期很短。后來科學家用實驗證明這種中間物就是mRNA。節(jié)首章首

(一）mRNA與遺傳信息的傳遞

上一頁

1954年,物理學家GamouvG首先對遺傳密碼進行探討。他認為核酸分子中只有四種堿基，顯然堿基與氨基酸的關系不是一對一的關系。若兩個堿基決定一個氨基酸只能編碼16種氨基酸，也是不夠的；而三個堿基對一個氨基酸，四個堿基可產生64個密碼，足以編碼20種氨基酸，所以編碼氨基酸的最低堿基數是3，即密碼子可能是三聯(lián)體。mRNA上的三個核苷酸決定一個氨基酸節(jié)首

(一）mRNA與遺傳信息的傳遞

上一頁

1961年，CrickFHC等人用遺傳學的方法證明了三聯(lián)密碼子的學說是正確的。

遺傳學上把由于密碼移位而造成的突變稱為移碼突變在E.coli的T4DNA上的一個基因缺失（或增加）一個或二個核苷酸會造成缺失（或增加）部位以后的全部氨基酸誤譯。若同時缺失（或增加）三個核苷酸，前后核苷酸表達仍和正常一樣。必須假設密碼子是三聯(lián)體才能完滿地解釋以上這些實驗結果。節(jié)首

(一）mRNA與遺傳信息的傳遞

上一頁

生物化學上的證據煙草壞死衛(wèi)星病毒中有一分子RNA可編碼外殼蛋白的一個亞基，此RNA由1200個核苷酸組成，而此亞基由400個氨基酸組成，也由此證明三個核苷酸決定一個氨基酸節(jié)首上一頁(二)遺傳密碼的破譯

遺傳密碼的概念：mRNA上的核苷酸順序與蛋白質中的氨基酸之間的對應關系稱為遺傳密碼。mRNA上每三個連續(xù)核苷酸對應一個氨基酸，這三個核苷酸就稱為一個密碼子，或三聯(lián)體密碼（tripletcodons）。以下是三個不同的證明遺傳密碼是mRNA上3個連續(xù)的核苷酸殘基構成的實驗。

1961年，Nirenberg

等人用大腸桿菌的無細胞體系在各種RNA的人工模板下合成多肽，從而推斷出各氨基酸的密碼子，后來他與Khorana以及霍利分享了1968年諾貝爾生理學獎。節(jié)首上一頁(二)遺傳密碼破譯的三個實驗第一個實驗是1961年由美國的M.Nirenberg等人完成的。他首先利用多核苷酸磷酸化酶合成了一條由相同核苷酸組成的多核苷酸鏈,用它作模板,利用大腸桿菌細胞提取液和GTP在體外合成蛋白質。發(fā)現多聚(U)導致多聚Phe的合成,表明多聚(U)編碼多聚Phe；類似的實驗表明,多聚(A)編碼多聚Lys；多聚(C)編碼多聚Pro(下圖A)。第二個實驗（核糖體結合技術）是1964年也是由美國的M.Nirenberg等人完成的。他們首先合成一個已知序列的核苷酸三聚體，然后與大腸桿菌核糖體和氨酰tRNA一起溫育。由此確定與已知核苷酸三聚體結合的tRNA上連接的是那一種氨基酸。該實驗對于幾種密碼編碼同一個氨基酸提供了直接的、最好的證據（下圖B）。節(jié)首上一頁第三個實驗是由Jones,Khorana等人完成的。他們利用有機化學和酶法制備了已知的核苷酸重復序列，以此多聚核苷酸作模板，在體外進行蛋白質合成，發(fā)現可以生成三種重復的多肽鏈（下圖C）。若從A翻譯，則合成出多聚Ile，即AUC對應Ile；若從U翻譯，則合成出多聚Ser，即UCA對應Ser；若從C翻譯，則合成出多聚His，即CAU對應His。這是因為體外合成是無調控的合成，可以隨機地從A、或U、或C翻譯，所以有三種重復的多肽鏈生成。(二)遺傳密碼破譯的三個實驗節(jié)首上一頁(二)遺傳密碼破譯的三個實驗節(jié)首1966年，Nirenberg和Khorana

全部遺傳密碼字典64個密碼子61個負責20種氨基酸翻譯，1個起始密碼子(AUG和GUG)3個終止密碼子Nirenberg

和Khorana

1968年諾貝爾獎

(三)遺傳密碼的特點

⑴密碼子的方向性

密碼子(mRNA上由三個相鄰的核苷酸組成一個密碼子，代表肽鏈合成中的某種氨基酸或合成的起始與終止信號。)

的閱讀方向及它們在mRNA由起始信號到終止信號的排列方向均為5-3’，與mRNA鏈合成時延伸方向相同。

⑵密碼子的簡并性

64-3=61個代表20種氨基酸，僅甲硫氨酸、色氨酸只有一個密碼子。一個氨基酸可以有幾個不同的密碼子，編碼同一個氨基酸的一組密碼子稱為同義密碼子。這種現象稱為密碼子的簡并性。

⑶密碼子的連續(xù)性（讀碼）（無標點、無重疊）

從正確起點開始至終止信號，密碼子的排列是連續(xù)的。既不存在間隔（無標點），也無重疊。在mRNA分子上插入或刪去一個堿基，會使該點以后的讀碼發(fā)生錯誤，稱為移碼，由這種情況引起的突變稱為移碼突變。

⑷密碼子的基本通用性（近于完全通用）對于高等、低等生物都適用.有例外：真核生物線粒體DNA。一些原核生物中利用終止密碼翻譯AA（UGA-Trp(色)\硒代半胱氨酸）3‘起始密碼子5‘⑸起始密碼子和終止密碼子64種密碼子中，AUG為甲硫氨酸的密碼子，又是肽鏈合成的起始密碼子，UAA，UAG，UGA為終止密碼子，不編碼任何氨基酸，而成為肽鏈合成的終止部位（無義密碼子）。⑹密碼子的擺動性（變偶性）如丙氨酸：GCU，GCC，GCA，GCG，只第三位不同，顯然密碼子的專一性基本取決于前兩位堿基，第三位堿基有較大靈活性。發(fā)現tRNA上的反密碼子與mRNA上的密碼子配對時，密碼子的第一位、第二位堿基配對是嚴格的，第三位堿基可以有一定變動，這種現象稱為密碼的擺動性或變偶性（wobble）。IA、U、C配對。二、核糖體核糖體是蛋白質合成的工廠。（一）核糖體的組成和結構：1、組成：

60-65%rRNA，

30-35%蛋白質。2、結構：

球形顆粒，由大小二個亞基組成。

電鏡下的核糖體大小亞基原核與真核核糖體的主要區(qū)別原核真核直徑大小18nm,70S20-22nm,80S細胞質中部位與mRNA結合

與內質網結合、線粒體、葉綠體數量/細胞

15000106-107（二）核糖體的功能：1、16SrRNA對識別mRNA上肽鏈起始位點起重要作用。2、參與肽鏈的啟動、延長、終止、移動等核糖體大亞基X-衍射圖3、功能位點：1）mRNA結合位點：大小亞基的結合面上，為蛋白質合成處。2）P位點：肽酰-tRNA結合位點，起始-tRNA和肽?；?tRNA結合位點。3）A位點：氨酰-tRNA結合位點。三、轉移RNA的

功能(一）結構：二級結構：三葉草；三級結構：倒“L”。（二）與蛋白質合成有關的位點：1、反密碼子位點：由密碼子環(huán)下方的3個堿基組成，與mRNA上密碼子的堿基互補。2、3’末端的CCA序列：為aa接受位點，aa共價結合到A殘基上。3、識別aa-tRNA合成酶的位點：4、核糖體識別位點。反密碼子反密碼子環(huán)合成酶aa位點可變環(huán)D臂Tψ環(huán)Tψ臂（三）功能1、有攜帶aa的功能；具倒L型三級結構的tRNA在ATP和酶作用下，可與特定aa結合。2、有接頭作用：

氨酰-tRNA憑借自身的反密碼子，依靠核糖體的特定位點識別mRNA的密碼子并以堿基配對方式與之結合的作用。

將aa帶到肽鏈的一定位置。3、近年的研究1）第二遺傳密碼系統(tǒng)的破譯：

第二遺傳密碼系統(tǒng)：

①將tRNA分子上的某個堿基或bp可決定tRNA攜帶專一aa的作用；②aa-tRNA合成酶和tRNA之間的相互作用稱為~。由此認為：tRNA也儲存遺傳密碼，

如：Lys-tRNA的aa接受臂上的

G3·G70→G3·U70取代時，可接受Ala(丙)tRNA中的識別堿基2、人工合成的小螺旋結構可攜帶aa由此說明：

tRNA攜帶aa

并不一定需要完整的分子結構。四、蛋白質生物合成的分子機制概念：mRNA解讀方向：

5’→3’肽鏈延伸方向：

從N端向C端進行。5’3’N端C端過程：(1)aa的激活；(2)肽鏈合成的啟動；(3)肽鏈延長；(4)肽鏈合成終止釋放；(5)肽鏈折疊和加工。（一）氨基酸的活化（氨酰-tRNA的合成）aa-tRNA合成酶：具高度專一性，表現在：

1）對aa；

2）對tRNA，從而保證了pr合成的忠實性。aa-tRNA合成酶反應過程：分兩步，在細胞質中完成：

1）aa-AMP-E復合物形成：需Mg2+、Mn2+

；

2）aa從aa-AMP-E轉移到相應的tRNA上：E+E--E表示：如：用于起始的第一個aa為N-甲酰甲硫氨酸（fMet），

起始用的氨酰-tRNA表示為：

fMet-tRNAfMet

也可簡寫成：

fMet-tRNA氨酰-tRNA的合成（二）在核糖體上合成肽鏈以E.coil為例1、肽鏈合成的起始（initiation)：1)起始所需材料：

核糖體30S亞基、50S亞基；帶起始密碼的mRNA；

fMet-tRNAfMet

；

起始因子（IF1、IF2、IF3）；

2個GTP；

Mg2+

。通常在起始密碼上游有SD序列（富含嘌呤），有利于與16SrRNA互補，有利于mRNA與rRNA的結合。故又稱核蛋白結合位點（ribosomalbindingsiteRBS)

①SD序列：②原核細胞合成pr都從fMet開始；

由細胞內甲?；复呋疢etα-NH2甲?；?，③起始因子（initiationfactors,IF)：IF3

：阻止30S亞基與50S亞基結合；IF2

：具GTP水解酶的作用；IF1

：協(xié)調IF2、IF3離開小亞基。2）起始過程：①大小亞基分開；②形成復合物；30S·mRNA·IF3③形成30S起始復合物④形成有生物學功能的70S起始復合物。此時空著的A位點準備接受下一個aa-tRNA。2、肽鏈延伸（elongation)：所需組分：

70S起始復合物

aa2-tRNA2

轉肽酶（肽酰轉移酶peptidyl

transferase）

延伸因子：EF-Tu、EF-Ts

移位因子（移位酶，G因子）

2個GTPMg2+反應分三步：1）進入A位點：

Tu-GTP與aa2-tRNA2結合成復合物，aa2-tRNA2與A位點上mRNA密碼子結合，重新生成Tu-GTP。除fMet-tRNAfMet外，所有aa-tRNA進入A位點都需先與Tu-GTP結合。延長因子(elongationfactor,EF-T）的循環(huán)2）肽鍵形成：P位點上fMet與

tRNA脫離，在轉肽酶作用下，其羧基與A位上的aa2-tRNA2的氨基形