09 第八章 蛋白质代谢.ppt

第1页：第八章 蛋白质代谢

第八章蛋白质代谢

第2页：第一节 概述

第一节概述一、蛋白质是生物最重要的基本组成之一氨基酸作为蛋白质的基本构成单位在体内新陈代谢中始终处于动态平衡中，即不断地合成与分解。1、体内氨基酸的来源ν由食物或培养基中摄取ν利用无机氮源（固氮作用）•蛋白质分解ν利用糖、脂肪分解产物合成

第3页：第一节 概述

第一节概述2、体内氨基酸的代谢去处ν合成细胞蛋白质ν分解成胺类、转变成其他含氮物质如嘌呤、嘧啶等其他重要非蛋白质含氮化合物ν分解成酮酸和氨，转变成糖和脂肪；或进一步分解成二氧化碳、水、铵盐、酰胺和尿素等

第4页：氨基酸代谢库食物

二、氨基酸代谢库食物（动物）无机N培养基氨基酸（微生物）外源组织蛋白质内源氨基酸细胞蛋白质的合成胺，CO2氨α-酮酸嘌铵尿酰合成糖糖代谢脂代谢合成脂肪呤盐素胺中间产物中间产物鸟氨酸TCA循环H20+CO2+ATP

第5页：生物的固氮作用

• 三、生物的固氮作用ν大气中的氮气——一切生物体内含氮化合物中氮的最终来源ν能够直接利用氮的细菌——自生固氮菌和共生固氮菌ν固氮作用需要的酶——固氮酶，催化氮气还原为铵盐，有氧不稳定，还原一摩尔氮气要消耗12摩尔高能键和6摩尔NADPH。
• 能够利用铵盐或硝酸盐的生物——高等植物和某些微生物，不能直接利用氮气。
• 必须利用氨基酸和蛋白质为氮源的生物——人、动物和

第6页：蛋白质的消化与吸收

四、蛋白质的消化与吸收1、蛋白质的消化ν人和动物食用蛋白质后经多种蛋白酶水解成氨基酸被肠壁细胞吸收ν某些特殊情况下，少量蛋白质也可能直接被吸收进入血液，可能引起食物蛋白过敏ν微生物分泌蛋白酶到细胞外，将培养基中的蛋白质分解后吸收ν土壤肥料中的蛋白质和动植物尸体中的有机氮化物被土壤微生物分解成氨基酸或简单氮化物

第7页：蛋白水解酶类1）肽链内切酶

• 2、蛋白水解酶类1）肽链内切酶→产生小肽ν胃蛋白酶：水解由芳香族氨基酸（苯丙、酪）的-NH2形成的肽键；
• 胰蛋白酶：水解由碱性氨基酸（赖、精）的-COOH形成的肽键;
• 胰凝乳蛋白酶：水解由芳香族氨基酸的-COOH基形成的肽键；2）肽链外切酶→产生自由氨基酸ν氨肽酶：水解靠近肽链N端的肽键；
• 羧肽酶：水解靠近肽链C端的肽键；3）二肽酶：水解一切二肽

第8页：吸收--需要特定的膜蛋白转运各类氨基

3、吸收--需要特定的膜蛋白转运各类氨基酸需要特定的载体转运到细胞内ν中性氨基酸载体ν碱性氨基酸载体ν酸性氨基酸载体ν亚氨基酸及甘氨酸载体

第9页：氮平衡ν氮平衡——食物中的含氮量和排

五、氮平衡ν氮平衡——食物中的含氮量和排泄物中的含氮量相等即收支相等的情况（成人或动物）•正氮平衡——吃进的氮量大于排出的氮量即一部分氮被保留在体内构成组织，收入大于支出的情况（正在成长的儿童或病后恢复的成人）•负氮平衡——排出的氮量大于吃进的氮量的情况（患有消耗性疾病或蛋白质摄入量不足时）•氮平衡是动态平衡——部分食物氮参与组织合成，部分老组织分解排出。

第10页：蛋白质的营养价值ν必需氨基酸——缺乏

六、蛋白质的营养价值ν必需氨基酸——缺乏时会引起负氮平衡ν非必需氨基酸——缺乏时仍出现正氮平衡

第11页：第二节 氨基酸分解

第二节氨基酸分解代谢的共同途径氨基酸的结构共性——分子中有α-氨基和α-羧基，故它们有共同的分解代谢途径：一、氨基酸的脱氨基作用二、氨基酸的脱羧基作用三、氨基酸代谢产物的去向氨基酸与糖类和脂类物质最显著的区别——含有α-氨基，要彻底氧化脱氨基非常重要

第12页：氨基酸的脱氨基作用

一、氨基酸的脱氨基作用（一）脱氨基作用——氨基酸失去氨基作用1、氧化脱氨基作用——普遍存在于动、植物和需氧微生物R-CH-NH2R-C=NHR-C=O+NH3COOHCOOHCOOH氨基酸亚氨基酸α-酮酸氨反应步骤：（1）酶促脱氢（2）自发水解

第13页：催化反应所需的酶

•催化反应所需的酶（1）L-氨基酸氧化酶（FAD或FMN为辅基的黄素蛋白酶），脱下的氢传给氧形成过氧化氢，没有ATP产生，产生的过氧化氢通过过氧化氢酶分解成水和氧以解毒。此类酶活力低，不是主要的氧化脱氨基酶类。（2）L-谷氨酸脱氢酶（以NAD或NADP为辅酶），普遍存在，活力高，专一性强，催化谷氨酸脱氢形成α-酮戊二酸，是氧化脱氨的主要途

第14页：非氧化脱氨基作用

2、非氧化脱氨基作用指除氧化脱氨基作用以外的一些脱氨基方式，存在于厌氧和兼性厌氧微生物中，主要有六种方式。（1）还原型脱氨基作用--产生羧酸和氨催化所需的酶为氢化酶，以NADH为辅酶例：NH2CH2COOH + NADN→CH3COOH + NH3+ NAD 甘氨酸乙酸天冬氨酸+ NADH •琥珀酸+ NH3+ NAD

第15页：分解脱氨基作用

（2）分解脱氨基作用--生成不饱和酸和氨是氨基酸的直接脱氨基反应，脱去氨基后形成一个不饱和双键，生成相应的不饱和酸。例如：天冬氨酸在天冬氨酸酶作用下脱去氨基形成延胡索酸和氨：HOOCCH2CHNH2COOH •HOOCCH=CHCOOH（3）脱水脱氨基作用--生成α-

第16页：脱硫化氢脱氨基反应

（4）脱硫化氢脱氨基反应——生成α-酮酸和氨在氨基酸脱硫酶作用下含有巯基的Cys脱去硫化氢，重排再脱氨，形成α-丙酮酸和氨（5）水解脱氨基反应——形成相应的产物例如：精氨酸Arg水解形成瓜氨酸Cit亮氨酸Leu水解脱氨形成羟酸和氨色氨酸Trp水解脱氨形成吲哚、丙酮酸和氨

第17页：氧化还原

（6）氧化还原偶联脱氨基反应两个氨基酸相互间发生氧化还原脱氨基反应，分别形成相应的有机酸、α-酮酸和氨。其中一个氨基酸发生氧化脱氨基反应作为供氢体，可以作为供氢体的氨基酸有：Ala, Leu, Val, Phe,Cys, Ser, His, Asp;

第18页：氨基酸酰胺的脱氨基作用

3、氨基酸酰胺的脱氨基作用ν进行此反应的氨基酸——Gln和Asn，它们在生物体内广泛存在，是机体贮存氨的一种形式，需要时发生此脱氨反应放出氨供机体利用ν催化反应所需的专一性酶——谷氨酰胺酶和天冬酰胺酶ν脱氨基作用的产物——酰胺基水解产生相应的产物为Glu或Asp

第19页：转氨基反应

（二）转氨基反应1、转氨基作用概念——氨基移换作用是α-氨基酸的氨基通过酶促反应转移到α-酮酸的酮基位置上，形成与原来α-酮酸相应的α-氨基酸，而原来的α-氨基酸则转变成相应的α-酮酸R1R2转氨基酶R1R2CHNH2+CH=OC=O+CHNH2COOH COOH 磷酸吡哆醛COOH COOH氨基酸1α-酮酸1α-酮酸2氨基酸2转氨基反应通式

第20页：转氨酶（1）转氨反应是可逆

2、转氨酶（1）转氨反应是可逆的，由转氨酶催化，普遍存在于动、植物及微生物细胞中，酶活性强，专一性高，大部分以α-酮戊二酸为氨基受体形成Glu，对另一底物要求不严格。如谷草转氨酶GOT，谷丙转氨酶GPT；（2

第21页：生理意义ν转氨基作用普遍存

3、生理意义ν转氨基作用普遍存在，除Lys、Arg和Thr不参加转氨基反应外，大部分都参加ν大多数氨基酸通过Glu—α-酮戊二酸转氨系统进行脱氨基，构成联合脱氨基作用ν转氨基作用作为沟通蛋白质和糖代谢的桥梁，通过丙酮酸、α-

第22页：联合脱氨基作用

• （三）联合脱氨基作用1、谷氨酸脱氢酶系ν联合脱氨基作用是一种间接脱氨基作用，由转氨酶与L-谷氨酸脱氢酶联合作用进行脱氨基；
• L-氨基酸氧化酶活性弱而转氨酶、L谷氨酸脱氢酶活性强；
• α-氨基酸先与α-

第23页：腺嘌呤核苷酸

2、腺嘌呤核苷酸循环联合脱氨作用腺嘌呤核苷酸→腺嘌呤脱氨酶次黄嘌呤核苷酸→Asp，SAMP合成酶腺苷酸基琥珀酸（SAMP）•腺苷酸基琥珀酸分解酶腺嘌呤核苷酸+延胡索酸体内某些组织如骨骼肌、心肌中的L-谷氨酸脱氢酶活性低，这些部位以“嘌呤核苷酸循环”脱氨基作用为主。

第24页：氨基酸的脱羧基作用

二、氨基酸的脱羧基作用1、概念ν氨基酸的脱羧基作用是氨基酸经脱羧酶类催化，脱去羧基，生成相应的胺和CO2的反应；RCHNH2COOH→RCH2NH2+ CO2ν脱羧酶专一性高，诱导酶类，磷酸吡哆醛为辅酶；

第25页：一些重要的氨基酸脱羧基反应

• 2、一些重要的氨基酸脱羧基反应(1)谷氨酸→γ-氨基丁酸（GABA）：γ-氨基丁酸ν对中枢神经系统的传导具有抑制作用；
• VB6是其辅酶，因此临床上用VB6防治神经性妊娠呕吐及小孩抽搐；
• 主要存在于大脑中。

第26页：组氨酸→组胺ν组胺

• （2）组氨酸→组胺ν组胺：
• 血管舒张剂，具有扩张血管降低血压功效；
• 促进胃液分泌；
• 动物性食物腐败产生大量组胺。

第27页：酪氨酸→酪胺ν酪胺

（3）酪氨酸→酪胺ν酪胺：使血压升高。

第28页：酪氨酸→酪胺ν酪胺（续）

• （4）色氨酸→5-羟色胺→5-羟色胺（5-HT，血清素）：
• 促进微血管收缩、血压升高和促进肠胃蠕动；
• 促进睡眠；
• 与神经兴奋传导有关，当其浓度降低时，痛阈降低。

第29页：肉类蛋白质腐败

•肉类蛋白质腐败：鸟氨酸→腐胺，赖氨酸→尸胺机体一般有胺氧化酶，可将这些胺类氧化分解成醛和氨，进一步分解代谢。

第30页：氨基酸的脱氨基

3、氨基酸的脱氨基、脱羧基作用ν某些微生物如细菌和酵母，可以对氨基酸进行加水分解同时发生脱氨基、脱羧基作用，生成少一个碳原子的第一醇、二氧化碳和氨。•如Val水解成异丁醇，Leu水解成异戊醇，Ile水解成活性戊醇ν杂醇油——

第31页：氨基酸分解代谢

三、氨基酸分解代谢产物的代谢氨基酸分解代谢的共同途径的主要分解产物为α-酮酸、NH3、CO2、胺，这些分解产物可以进一步代谢，去路如下：（一）α-酮酸的代谢1、合成新的氨基酸ν转氨基作用ν还原氨基化作用（氧化脱氨基作用的逆反应）

第32页：氧化成CO2

• 2、氧化成CO2和H2O——以各种方式进入TCAν形成丙酮酸（丙酮酸等三碳氨基酸）或乙酰辅酶A（色氨酸等）进入TCA；
• 转变成TCA循环的中间产物，如Glu转变成α-酮戊二酸，Asp转变成草酰乙酸，有些氨基酸需经一些变化后进入TCA；
• 脱羧→醛→脂肪酸→乙酰辅酶A

第33页：用于糖、脂肪的合成

3、用于糖、脂肪的合成ν生糖氨基酸（大部分氨基酸）——可以转变成糖类，此类氨基酸形成的α-酮酸可以变成丙酮酸或其相关物质，通过糖原异生作用合成糖类物质。α-酮酸→丙酮酸→糖ν生酮氨基酸（Leu）——可以转变成乙酰CoA或乙酰

第34页：NH3的代谢

• （二）NH3的代谢游离的氨是对机体有毒的，必须立即代谢，有以下几种去路：1、以酰胺的形式贮存（形成Gln和Asn将NH3贮存起来，需要时可释放出来用于合成新氨基酸或嘌呤、嘧啶核苷酸等）。
• 2、合成新的氨基酸；
• 3、合成尿素——

第35页：合成氨基甲酰磷酸

4、合成氨基甲酰磷酸（在ATP参与下，由氨甲酰磷酸激酶催化NH3、CO2合成氨基甲酰磷酸）•氨基甲酰磷酸NH2COO~P,具有高能磷酸键，是微生物代谢中重要的高能化合物。•此反应的重要性：是机体由无机氮合成有机氮化物的重要反应。ν

第36页：CO2的去路ν大部分排出体外

• （三）CO2的去路ν大部分排出体外；
• 小部分被固定成为细胞内组分；
• 如丙酮酸羧化支路——丙酮酸固定CO2成苹果酸，磷酸烯醇式丙酮酸固定CO2成草酰乙酸；
• （四）胺的去路胺（胺氧化酶）•醛（醛脱氢酶）•羧酸（经β-氧化）•乙酰辅酶A→TCA

第37页：氨基酸分解代谢小结脱羧脱氨胺

四、氨基酸分解代谢小结脱羧脱氨胺，CO2氨基酸α-酮酸+氨氧化氨基化有机酸糖脂代谢糖脂肪新酰氨胺尿中间产物氨胺甲盐素基酰乙酰CoATCA酸磷酸呼吸链嘌呤H20+CO2+ATP嘧啶鸟氨酸循环

第38页：第三节 氨基酸的生物合成

第三节氨基酸的生物合成一氨基化作用二转氨基作用三氨基酸之间的相互转化及鸟氨酸循环四氨基酸合成的其它方式

第39页：氨基化作用

一、氨基化作用（一）还原氨基化反应——氧化脱氨基的逆反应，是酮酸氨基化的主要反应。1.原料：α-酮酸和氨α-酮酸来自糖代谢产物如丙酮酸及TCA循环的中间产物如草酰乙酸等，主要底物为α-酮戊二酸。氨可由体内代谢产生，也可以其它物质为氮源，如氮

第40页：氨基化作用（续）

2.酶：为氨基酸脱氢酶种类很多，以NADH为辅酶，谷氨酸脱氢酶活力最强。故还原氨基化合成谷氨酸是生物体的重要反应。3.反应过程：R-COCOOH + NH3→氨基酸脱氢酶R-CNHCOOH + H2O→NADHR-CHNH2COOH + NAD

第41页：直接氨基化反应

（二）直接氨基化反应——是分解脱氨基反应的逆过程。1.原料：不饱和酸和氨2.反应过程：如Asp的合成HOOCCH=CHCOOH + NH3→天冬氨酸酶HOOCCH2CHNH2COOH（三）酰氨化反应——由Glu和Asp和氨为原料，在Gln和Asn合成酶作用下，合成Gln和Asn的反应。

第42页：转氨基作用

二、转氨基作用1.原料：α-酮酸必须具有相应的α-酮酸才能形成相应的氨基酸，植物和大多数微生物一般能合成全部氨基酸的碳链骨架，因此可以合成全部氨基酸，有些微生物不能合成个别α-酮酸，而人因不能合成8种α-

第43页：氨基酸之间的相互转化及鸟氨酸循环

三、氨基酸之间的相互转化及鸟氨酸循环（一）氨基酸之间的互相转化——利用氨基酸侧链基团的变化合成新的氨基酸。由Glu可以变化成Pro、Orn、Cit、Arg和Gln由Asp可以转化成Lys、Met、Thr、Ile和Asn由Ser转化成Cys由Gly转化成Ser

第44页：鸟氨酸循环——氨基酸转化实例

（二）鸟氨酸循环——氨基酸转化实例1.鸟氨酸的合成：由Glu开始(液泡)HOOCCHNH2CH2CH2COOH+ CH3CO~S-CoA→乙酰化酶HOOCCHNHCH2CH2COOH（N-乙酰Glu）|COCH3→乙酰Glu激酶+ ATPHOOCCHNHCH2CH2COOPO3H2（N-乙酰谷氨酰磷酸）|COCH3+ ADP

第45页：鸟氨酸循环——氨基酸转化实例（续）

•脱氢酶+ NADHHOOCCHNHCH2CH2CHO（N-乙酰谷氨酸-γ-半醛）|COCH3+ NAD +磷酸→转氨酶HOOCCHNHCH2CH2CH2NH2（N-乙酰鸟氨酸）|COCH3→乙酰鸟氨酸酶+ H2OHOOCCHNH2CH2CH2CH2NH2+乙酸鸟氨酸（Or n）(进入线粒体)

第46页：瓜氨酸（Cit）的合成

2.瓜氨酸（Cit）的合成(在线粒体中)以鸟氨酸和氨基甲酰磷酸为底物，在鸟氨酸转甲酰基酶的作用下，鸟氨酸接受氨基甲酰磷酸分子上的甲酰基，形成瓜氨酸。HOOCCHNH2CH2CH2CH2NH2+H2NCOO~PO3H2鸟氨酸（Or n）氨基甲酰磷酸→鸟氨酸转甲酰基酶

第47页：瓜氨酸（Cit）的合成（续）

3.精氨酸的合成和鸟氨酸循环HOOCCHNH2CH2CH2CH2NH2+H2NCOO~PO3H2鸟氨酸（Or n）氨基甲酰磷酸（2）•鸟氨酸转甲酰基酶HOOCCHNH2CH2CH2CH2NHCONH2+磷酸瓜氨酸（Cit）（3）•精氨琥珀酸合成酶+ Asp + ATPHOOCCHNH2CH2CH2CH2NHC=NH+ ADP +磷酸精氨琥珀酸|NH|HOOCCHCH2COOH

第48页：瓜氨酸（Cit）的合成（续）

（4）•精氨琥珀酸分解酶HOOCCHNH2CH2CH2CH2NHC=NH+延胡索酸L-精氨酸（Arg）|NH2（5）•精氨酸酶HOOCCHNH2CH2CH2CH2NH2+H2NCONH2鸟氨酸（Or n）尿素由鸟氨酸开始，以氨基甲酰磷酸和Asp为原料，中间产物有Cit和Arg，又回到鸟氨酸，产物为延胡索

第49页：

第50页：鸟氨酸循环的生理意义

• 4.鸟氨酸循环的生理意义（1）鸟氨酸循环是生物合成Arg、Orn、Cit的途径。
• （2）是尿素合成途径，是机体氨代谢的重要方式和解毒方式。
• （3）尿素合成在肝脏进行。
• （4）肝脏病变时，由于尿素合成受阻会引起肝昏迷。肝功能受损→尿素合成障碍→

第51页：四氨基酸合成

四氨基酸合成的其它方式氨基酸的合成还可以采用其它特殊方式直接从糖代谢产物活性乙醛、丙酮酸等合成不同的碳链骨架如枝链骨架、芳香族含环骨架等，这进一步合成氨基酸。例：Val的生物合成丙酮酸+活性乙醛→缩合酶α-乙酰乳酸

第52页：四氨基酸合成（续）

•还原异构酶+ NADH→，β-二羟异戊酸+ NAD→脱水酶α-酮异戊酸+ H2O→转氨酶Val酵母能使Val合成中间产物α-乙酰乳酸脱羧、脱氢形成啤酒风味物质双乙酰，进一步可还原形成丁二醇。双乙酰限量为0.2mg/L，超量有馊味。

第53页：第四节 谷氨酸发酵谷氨酸发酵是利用微

第四节谷氨酸发酵谷氨酸发酵是利用微生物的糖代谢和氨基酸代谢来生产谷氨酸。一.谷氨酸生物合成代谢途径以葡萄糖为碳源的代谢途径分两阶段：（一）由葡萄糖转变成α-酮戊二酸主要经历EMP、TCA。（二）由α-

第54页：谷氨酸生产菌的主要生化特点

二.谷氨酸生产菌的主要生化特点在正常情况下，机体各代谢中间物形成一种平衡，故α-酮戊二酸不会大量积累，无法转变成大量谷氨酸。要达到生产目的，必须对其代谢途径加以控制，使其代谢途径不同于常，筛选优良菌株是非常关键的，一般应具有特

第55页：细胞膜对谷氨酸的通透性好

（三）细胞膜对谷氨酸的通透性好，使生成的谷氨酸及时分泌到细胞外，减少细胞内谷氨酸浓度，避免抑制作用产生。一般采取生物素亚适量，控制细胞膜的合成，其饥饿状态造成膜通透性好。

第56页：环境条件

三.环境条件对谷氨酸发酵的影响有了优良菌株，还要控制一定条件，造成适于谷氨酸高产的特定环境：1.供氧量要适中：供氧不足，丙酮酸转变成乳酸α-酮戊二酸生成减弱；供氧过多，NADH过度被氧化，使α-酮戊二酸还原氨基化减弱。2.

第57页：第五节 蛋白质的生物合成

第五节蛋白质的生物合成（翻译）Section 5 Protein Biosynthesis，Translation

第58页：蛋白质的生物合成过程

•蛋白质的生物合成过程，就是将DNA传递给mRNA的遗传信息，再具体转译为蛋白质中氨基酸排列顺序的过程，这一过程被称为翻译（translation）。

第59页：蛋白质的生物合成过程（续）

5.1 蛋白质生物合成体系5.1 Protein Biosynthesis System

第60页：20种氨基酸

•20种氨基酸(AA)作为原料ν酶及众多蛋白因子，如IF、EF、RFν供能物质（ATP、GTP）、无机离子参与蛋白质生物合成的物质三种RNAmRNA（messenger RNA, 信使RNA）rRNA（ribosomal RNA, 核蛋白体RNA）tRNA（transfer RNA, 转移RNA）

第61页：20种氨基酸（续）

• 一、mRNA模板及遗传密码νmRNA是翻译的直接模板。
• 遗传学将编码一个多肽的遗传单位称为顺反子（cistron）。
• 原核细胞中数个结构基因常串联为一个转录单位，转录生成的mRNA可编码几种功能相关的蛋白质，为多顺反子（polycistron）。
• 真核mRNA只编码一种蛋白质，为单顺反子（singlecistron）。

第62页：多顺反子与单顺反子

多顺反子与单顺反子

第63页：多顺反子与单顺反子（续）

mRNA上的遗传密码作为指导蛋白质生物合成的模板，mRNA中每三个相邻的核苷酸组成三联体，代表一个氨基酸的信息，此三联体就称为密码（codon）。遗传密码共有64种，其中：起始密码（initiation codon）: AUG终止密码（termination codon）:UAA，UAG，UGA

第64页：

第65页：从mRNA 5′端起始密码子

•从mRNA 5′端起始密码子AUG到3′端终止密码子之间的核苷酸序列，各个三联体密码连续排列编码一个蛋白质多肽链，称为开放阅读框（open reading frame, ORF）。AUGUAAORF

第66页：遗传密码具有以下特点

•遗传密码具有以下特点：①连续性；②简并性；③通用性；④方向性；⑤摆动性。

第67页：遗传密码具有以下特点（续）

1.连续性（commaless）：遗传密码的特点指编码蛋白质氨基酸序列的各个三联体密码连续阅读，密码间既无间断也无交叉。

第68页：遗传密码的连续性

遗传密码的连续性

第69页：基因损伤引起

基因损伤引起mRNA开放阅读框内的碱基发生插入或缺失，可能导致框移突变（frameshift mutation）。

第70页：基因损伤引起（续）

• 2.简并性（degeneracy）：
• 遗传密码中，除色氨酸和甲硫氨酸仅有一个密码子外，其余氨基酸有2、3、4个或多至6个三联体为其编码。
• 同一氨基酸存在多个不同的遗传密码的现象称为遗传密码的简并性。
• 遗传密码的简并性在保持遗传稳定性上具有重要意义。

第71页：遗传密码的简并性

遗传密码的简并性

第72页：遗传密码的简并性（续）

3.通用性（universal）：蛋白质生物合成的整套密码，从原核生物到人类都通用。已发现少数例外，如动物细胞的线粒体、植物细胞的叶绿体等。密码的通用性进一步证明各种生物进化自同一祖先。

第73页：遗传密码的简并性（续）

4.方向性（direction）：•指阅读mRNA模板上的三联体密码时，只能沿5’→3’方向进行。

第74页：遗传密码的简并性（续）

5.摆动性（wobble）：转运氨基酸的tRNA的反密码需要通过碱基互补与mRNA上的遗传密码反平行配对结合，但反密码与密码之间常常不严格遵守碱基配对规律，称为摆动配对。

第75页：密码子与反密码子的摆动配

密码子与反密码子的摆动配对tRNA反密码子第1位碱基IUGACmRNA密码子第3位碱基U, C, AA, GU, CUG

第76页：U摆动配对现象示意

U摆动配对现象示意图

第77页：

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第79页：三个与tRNA结合的位点

1．三个与tRNA结合的位点：⑴A位：又称受位或氨酰基位，可与新进入的氨基酰tRNA结合；由大、小亚基成分构成。⑵P位：又称给位或肽酰基位，可与延伸中的肽酰基tRNA结合；由大、小亚基成分构成。⑶E位：又称排出位，空载tRNA脱离核蛋核蛋白体大、小亚基的功能

第80页：原核生物翻译

原核生物翻译过程中核蛋白体结构模式A位：氨基酰位(aminoacyl site)P位：肽酰位(peptidyl site)E位：排出位(exit site)

第81页：与模板mRNA和起始

2.与模板mRNA和起始tRNA结合位点：主要与小亚基有关。3.转肽酶活性：将给位上的肽酰基转移给受位上的氨基酰tRNA，形成肽键；由大亚基成分构成。

第82页：分别由大、小亚基成分构成

4.GTPase活性：水解GTP，获得能量；分别由大、小亚基成分构成。5.起动因子、延长因子及释放因子的结合位点：分别由大、小亚基成分构成。

第83页：在蛋白质生物合成过程中

•在蛋白质生物合成过程中，常常由若干核蛋白体结合在同一mRNA分子上，同时进行翻译，但每两个相邻核蛋白之间存在一定的间隔，形成念球状结构。•由若干核蛋白体结合在一条mRNA上同时进行多肽链的翻译所形成的念球状结构称为多聚核蛋白体（polysome）。

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第87页：氨基酸的活化与携带反应

• 氨基酸的活化与携带反应由氨基酰tRNA合成酶催化。
• 特定的tRNA与相应的氨基酸结合，生成氨基酰tRNA，从而由tRNA携带活化的氨基酸参与蛋白质的生物合成。
• （一）氨基酰-tRNA合成酶氨基酸+ tRNA氨基酰-tRNAATPAMP＋PPi氨基酰-tRNA合成酶

第88页：

第89页：氨基酰tRNA合成

氨基酰tRNA合成酶催化的反应氨基酸＋ATP-E → 氨基酰-AMP-E ＋PPi第一步：活化反应

第90页：

第91页：氨基酰-tRNA合成

•氨基酰-tRNA合成酶对底物氨基酸和tRNA都有高度特异性。•氨基酰-tRNA的表示方法：Ala-tRNAAlaSer-tRNASerMet-tRNAMet

第92页：能够识别

• 能够识别mRNA中5´端起始密码AUG的tRNA是一种特殊的tRNA，称为起始tRNA。
• 在原核生物中，起始tRNA是一种携带甲酰蛋氨酸的tRNA，即fMet-tRNAifmet；而在真核生物中，起始tRNA是一种携带蛋氨酸的tRNA，即Met-tRNAimet。
• 在原核生物和真核生物中，均存在另一种携带蛋氨酸的tRNA，识别非起动部位的蛋氨酸密码AUG。
• （二）起始tRNA

第93页：能够识别（续）

与多肽链合成起始有关的蛋白因子

起始因子（initiationfactor，IF）

四、起始因子（IF）

第94页：原核生物中存在3种起始因子

原核生物中存在3种起始因子，分别

IF1-3

在真核生物中存在9种起始因子（eIF）。•IF的作用主要是促进核蛋白体小亚基与起始tRNA及模板mRNA结合。

第95页：原核和真核生物中各种起始因子的生物功

原核和真核生物中各种起始因子的生物功能

第96页：原核和真核生物中各种起始因子（续）

与多肽链合成的延伸过程有关的蛋白因子

延长因子（elongationfactor，EF）

五、延长因子（EF）EF-Tu bound with ribosome

第97页：原核和真核生物中各种起始因子（续）

•原核生物中存在3种延长因子（EF-TU，EF-TS，EF-G），真核生物中存在2种（EF1，EF2）。•EF的作用主要促使氨基酰tRNA进入核蛋白的受体，并可促进移位过程。

第98页：多肽链合成

多肽链合成的延长因子

第99页：多肽链合成（续）

•与多肽链合成终止并使之从核蛋白体上释放相关的蛋白因子称为释放因子（release factor，RF）。六、释放因子（RF）Eukaryotic release factor

第100页：RF在原核生物中有3种

•RF在原核生物中有3种，在真核生物中只有1种。原核生物释放因子：RF-1，RF-2，RF-3真核生物释放因子：eRF

第101页：RF的生物学功能主要有

•RF的生物学功能主要有：①识别终止密码，如RF-1特异识别UAA、UAG；而RF-2可识别UAA、UGA。②诱导转肽酶改变为酯酶活性，相当于催化肽酰基转移到水分子-OH上，使肽链从核蛋白体上释放。

第102页：多肽链合成时

• 多肽链合成时，需ATP、GTP作为供能物质，并需Mg2+、K+参与。
• 氨基酸活化时需消耗2分子高能磷酸键，肽键形成时又消耗2分子高能磷酸键，故缩合一分子氨基酸残基需消耗4分子高能磷酸键。
• 七、供能物质和无机离子

第103页：多肽链合成时（续）

5.2蛋白质生物合成过程5.2 The Process of ProteinBiosynthesis

第104页：蛋白质生物合成

• 蛋白质生物合成过程包括三大步骤：①氨基酸的活化与搬运；
• ②活化氨基酸在核蛋白体上的缩合；
• ③多肽链合成后的加工修饰。
• 本节主要介绍活化氨基酸在核蛋白体上的缩合过程，这一过程包括多肽链合成的起始、延长和终止三个阶段。

第105页：包括以下几个步骤

• 包括以下几个步骤：
• 核蛋白体大小亚基分离；
• mRNA在小亚基定位结合；
• 起始氨基酰-tRNA的结合；
• 核蛋白体大亚基结合。
• 一、多肽链合成的起始阶段（一）原核生物翻译起始复合物形成

第106页：包括以下几个步骤（续）

IF-3IF-11. 核蛋白体大、小亚基分离：IF-1和IF-3与小亚基结合，促进核蛋白体大、小亚基拆离，为新一轮合成作准备。

第107页：包括以下几个步骤（续）

AUG5'3'IF-3IF-12. mRNA在小亚基的精确定位结合：

第108页：包括以下几个步骤（续）

IF-2GTP3. 起始氨基酰tRNA( fMet-tRNAimet)结合到小亚基IF-3IF-1AUG5'3'起始fMet-tRNAimet以及IF2-GTP一起，识别结合小亚基P位，并对应模板mRNA的起始密码AUG。

第109页：包括以下几个步骤（续）

IF-3IF-1IF-2-GTP-GDPPi4. 核蛋白体大亚基结合，起始复合体形成：AUG5'3'IF2结合的GTP被水解，三种IF脱离，50S大亚基与30S小亚基、模板mRNA以及起始fMet-tRNAifMet构成起始复合体。

第110页：真核生物翻译起始复合体

• （二）真核生物翻译起始复合体形成ν真核生物翻译起始复合体的形成过程与原核生物类似，但参与的蛋白因子更多。
• ①核蛋白体大小亚基分离；
• ②起始氨基酰-tRNA结合；
• ③mRNA在核蛋白体小亚基就位；
• ④核蛋白体大亚基结合。

第111页：真核生物翻译起始复合体（续）

met40S60SMetMet40S60SmRNAeIF-2B、eIF-3、eIF-6①elF-3②GDP+Pi各种elF释放elF-5④ATPADP+PielF4E, elF4G, elF4A, elF4B,PAB③MetMet-tRNAiMet-elF-2-GTP真核生物翻译起始复合体形成过程

第112页：多肽链合成

•多肽链合成的延长阶段由一循环反应过程来完成，即核蛋白体循环；每次循环增加一个氨基酸残基。二、多肽链合成的延长阶段

第113页：活化氨基酸在核蛋白体上反复翻译

•活化氨基酸在核蛋白体上反复翻译mRNA上的密码并缩合生成多肽链的循环反应过程，称为核蛋白体循环（ribosomal cycle）。•核蛋白体循环包括多肽链合成的进位、成肽和转位三步反应。

第114页：

第115页：活化氨基酸在核蛋白体上反复翻（续）

• 2.成肽（peptide bond formation）：
• 成肽是由转肽酶（transpeptidase）催化的肽键形成过程。
• 在转肽酶的催化下，将P位上的tRNA所携带的甲酰蛋氨酰基或肽酰基转移到A位上的氨基酰tRNA上，与其α-氨基缩合形成肽键。
• 此步骤需Mg2+，K+。

第116页：

第117页：活化氨基酸在核蛋白体上反复翻（续）

• 3.转位（translocation）：
• 延长因子EF-G有转位酶（translocase）活性，可促进核蛋白体向mRNA的3´侧移动相当于一个密码的距离，同时使肽酰基tRNA从A位移到P位。
• 此步骤需GTP和Mg2+参与。

第118页：

第119页：此时，核蛋白体的A位留空

•此时，核蛋白体的A位留空，与下一个密码相对应的氨基酰tRNA即可再进入，重复以上循环过程，使多肽链不断延长。•已失去蛋氨酰基或肽酰基的tRNA从核蛋白体E位上脱落。

第120页：进位转位成肽核蛋白体循环

进位转位成肽核蛋白体循环的反应过程

第121页：核蛋白体沿

• 核蛋白体沿mRNA链滑动，不断使多肽链延长，直到终止信号进入A位。
• 1．识别：RF识别终止密码，进入核蛋白体的A位。
• 2．水解：RF使转肽酶变为酯酶，多肽链与tRNA之间的酯键被水解，多肽链释放。
• 3.脱离：模板mRNA、RF以及空载tRNA与核蛋白体脱离。
• 三、肽链合成的终止阶段

第122页：

第123页：核蛋白体沿（续）

多肽链合成终止演示UAG5'3'RFCOO-

第124页：核蛋白体沿（续）

5.3蛋白质合成后加工和输送5.3 Posttranslational Processing &Transportation of Protein

第125页：从核蛋白体释放出的新生多肽链不具备蛋

• 从核蛋白体释放出的新生多肽链不具备蛋白质生物活性，必需经过不同的翻译后复杂加工过程才转变为天然构象的功能蛋白。
• 主要包括：①多肽链折叠为天然的三维结构肽链；
• ②一级结构的修饰；
• ③高级结构修饰。

第126页：新生肽链的折叠在肽链合成中

• 新生肽链的折叠在肽链合成中、合成后完成，新生肽链N端在核蛋白体上一出现，肽链的折叠即开始。可随着序列的不断延伸肽链逐步折叠，产生正确的二级结构、模序、结构域到形成完整的空间构象。
• 一般认为，多肽链自身氨基酸顺序储存着蛋白质折叠的信息，即一级结构是空间构象的基础。
• 细胞中大多数天然蛋白质折叠都不是自动完成，而需要其他酶、蛋白辅助。
• 一、多肽链折叠为天然功能构象的蛋白质

第127页：几种有促进蛋白折叠功能

• 几种有促进蛋白折叠功能的大分子→分子伴侣（molecular chaperon）；
• 蛋白二硫键异构酶（protein disulfideisomerase, PDI）；
• 肽-脯氨酰顺反异构酶（peptide prolylcis-trans isomerase, PPI）。

第128页：分子伴侣

1.分子伴侣：•分子伴侣是细胞内一类保守蛋白质，可识别多肽链的非天然构象，促进各功能域和整体蛋白质的正确折叠。包括：⑴热休克蛋白（heat shock protein, HSP）：HSP70、HSP40和GreE族⑵伴侣素（chaperonins）：GroEL和GroES家族

第129页：蛋白二硫键异构酶

• 2.蛋白二硫键异构酶：
• 多肽链内或肽链之间二硫键的正确形成对稳定分泌蛋白、膜蛋白等的天然构象十分重要，这一过程主要在细胞内质网进行。
• 二硫键异构酶在内质网腔中活性很高，可在较大区段肽链中催化错配二硫键断裂并形成正确二硫键连接，最终使蛋白质形成热力学最稳定的天然构象。

第130页：肽酰-脯氨酰顺反异构酶

• 3.肽酰-脯氨酰顺反异构酶：
• 多肽链中肽酰-脯氨酸间形成的肽键有顺反两种异构体，空间构象明显差别。
• 肽酰-脯氨酰顺反异构酶可促进上述顺反两种异构体之间的转换。
• 肽酰-脯氨酰顺反异构酶是蛋白质三维构象形成的限速酶，在肽链合成需形成顺式构型时，可使多肽在各脯氨酸弯折处形成准确折叠。

第131页：N端甲酰蛋氨酸或蛋氨酸残基

•N端甲酰蛋氨酸或蛋氨酸残基，必须在多肽链折迭成一定的空间结构之前被切除。二、一级结构的加工修饰①去甲酰化：甲酰化酶甲酰蛋氨酸-肽甲酸+ 蛋氨酸-肽②去蛋氨酰基：蛋氨酸氨基肽酶蛋氨酰-肽蛋氨酸+ 肽（一）N端甲酰蛋氨酸或蛋氨酸的切除

第132页：由专一性的蛋白酶催化

• 由专一性的蛋白酶催化，将部分肽段切除。
• （二）氨基酸的共价修饰由专一性的酶催化进行修饰，包括糖基化、羟基化、磷酸化、甲酰化等。
• （三）多肽链的水解修饰

第133页：空间结构的修饰

三、空间结构的修饰（一）亚基的聚合具有四级结构的蛋白质由两条以上的多肽链通过非共价键聚合形成寡聚体。（二）辅基的连接结合蛋白合成后需要结合相应的辅基才能成为具有天然活性的蛋白质。

第134页：某些蛋白质需要在肽链的特定位点区价连

•某些蛋白质需要在肽链的特定位点区价连接一个疏水性的脂链，并借此嵌入膜脂双层。（三）疏水脂链的共价连接