分子遗传学第6章 蛋白质翻译

1、整理ppt16.1 基本概念基本概念6.2 遗传密码遗传密码6.3 tRNA的功能的功能6.4 核糖体的结构核糖体的结构6.5 原核生物的翻译过程原核生物的翻译过程6.6 真核生物的翻译过程真核生物的翻译过程6.7 翻译初始产物的后加工翻译初始产物的后加工第第6章章 蛋白质翻译蛋白质翻译（Protein TranslationProtein Translation） 整理ppt2整理ppt3整理ppt4典型的酶作用机制典型的酶作用机制酶等待着被作用酶等待着被作用的分子来临的分子来临成为一个新分子放出来成为一个新分子放出来酶抓住被作用的分子酶抓住被作用的分子反应前后酶分子不变反应前后酶分子不变将

2、他们结合将他们结合整理ppt5蛋白质的一级结构：又称初蛋白质的一级结构：又称初级结构或化学结构，是指组级结构或化学结构，是指组成蛋质分子的多肽链中氨基成蛋质分子的多肽链中氨基酸的数目、种类和排列顺序，酸的数目、种类和排列顺序，多肽链的数目，同时也包括多肽链的数目，同时也包括链内或键间二硫键的数目和链内或键间二硫键的数目和位置等。位置等。蛋白质的二级结构：是指多肽蛋白质的二级结构：是指多肽链本身折叠和盘绕方式，是指链本身折叠和盘绕方式，是指蛋白质分子中的肽链向单一方蛋白质分子中的肽链向单一方向卷曲而形成的有周期性重复向卷曲而形成的有周期性重复的主体结构或构象。的主体结构或构象。蛋白质的三级结构：

3、是指在二级蛋白质的三级结构：是指在二级结构的基础上，进一步卷曲折叠，结构的基础上，进一步卷曲折叠，构成一个很不规则的具有特定构构成一个很不规则的具有特定构象的蛋白质分子。象的蛋白质分子。蛋白质的四级结构：是由两蛋白质的四级结构：是由两条或两条以上的具有三级结条或两条以上的具有三级结构的多肽聚合而成特定构象构的多肽聚合而成特定构象的蛋白质分子。构成功能单的蛋白质分子。构成功能单位的各条肽链，称为亚基，位的各条肽链，称为亚基，一般地说，亚基单独存在时一般地说，亚基单独存在时没有生物活力，只有聚合成没有生物活力，只有聚合成四级结构才具有完整的生物四级结构才具有完整的生物活性。活性。整理ppt6整理p

4、pt7 基因表达的第二步 指将mRNA链上的核苷酸从一个特定的起始位 点开始，按每3个核苷酸代表一个氨基酸的原 则，依次合成一条多肽链的过程 参与翻译的RNA分子有tRNA、rRNA和mRNA tRNA 通过 anti-codon(反密码子) 识别codon 6.1 基本概念基本概念 tRNA的功能是转运氨基酸， mRNA作为翻译的 模板， rRNA与多种蛋白质组成核糖体作为蛋白 质合成的场所翻译的起始翻译的起始核糖体与核糖体与mRNAmRNA结合并与氨结合并与氨基酰基酰-tRNA-tRNA生成起始复合物生成起始复合物蛋白质的生物合成是一个比蛋白质的生物合成是一个比DNADNA复制和转录更为复

5、杂的复制和转录更为复杂的过程。过程。Polycistronic transcripts in prokaryotes整理ppt9核糖体沿核糖体沿mRNA5 mRNA5 端向端向3 3 端移动，开始了从端移动，开始了从NN端向端向C C端的多肽合成，这是蛋白质合成过程中速度最快的阶段端的多肽合成，这是蛋白质合成过程中速度最快的阶段肽链的延伸肽链的延伸整理ppt10肽链的终止及释放肽链的终止及释放核糖体从核糖体从mRNAmRNA上解离，准备新上解离，准备新一轮合成反应一轮合成反应整理ppt116.2.1 通用遗传密码通用遗传密码(Universal triplet codon)特征特征 codon

6、是是mRNA 上连续排列的三个核苷酸序列，上连续排列的三个核苷酸序列， 并编码一个氨基酸信息的遗传单位并编码一个氨基酸信息的遗传单位 codon具有四大生物系统（细菌、病毒、动物、植物）具有四大生物系统（细菌、病毒、动物、植物） 的通用性与保守性（除的通用性与保守性（除mt） 在一个基因序列中在一个基因序列中 codon具有不重叠性和无标点性具有不重叠性和无标点性6.2 遗传密码遗传密码(genetic codon)遗传密码是三联体的推测遗传密码是三联体的推测 19541954年俄裔美国大爆炸理论物理学家年俄裔美国大爆炸理论物理学家伽莫夫伽莫夫 （G.GamowG.Gamow）在）在自然自然杂

7、志发表杂志发表 脱氧核糖核酸与蛋白质脱氧核糖核酸与蛋白质之间的关系之间的关系 论文，提出遗传密码的构想，认为在论文，提出遗传密码的构想，认为在DNADNA的双螺旋结构中，四个碱基之间形成一定空穴的双螺旋结构中，四个碱基之间形成一定空穴, ,游离氨游离氨基酸进入空穴形成多肽链，四个碱基中由三个碱基决基酸进入空穴形成多肽链，四个碱基中由三个碱基决定一种氨基酸，因为氨基酸有定一种氨基酸，因为氨基酸有2020种。种。 一个碱基决定一种氨基酸时只能决定一个碱基决定一种氨基酸时只能决定4 41 1 = 4 = 4种种 两个碱基决定一个氨基酸时只能决定两个碱基决定一个氨基酸时只能决定4 42 2=16=16

8、种种 三个碱基决定一个氨基酸时能决定三个碱基决定一个氨基酸时能决定4 43 3=64=64种种 四个碱基决定一个氨基酸时能决定四个碱基决定一个氨基酸时能决定4 44 4=256=256种种整理ppt13遗遗 传传 密密 码码阅读方向为阅读方向为5-35-3整理ppt1420种氨基酸侧链集团的大小和极种氨基酸侧链集团的大小和极性性整理ppt15起始密码的确定：起始密码的确定： 1966年，剑桥分子研究中心年，剑桥分子研究中心A.J.Clark等发等发现在体内进行合成的多肽链，其开头在细菌都现在体内进行合成的多肽链，其开头在细菌都为甲酰甲硫氨酸，在真核生物都为甲硫氨酸，为甲酰甲硫氨酸，在真核生物都

9、为甲硫氨酸，且都是从且都是从AUG这个密码子开始，因此，把这个密码子开始，因此，把AUG定为起始密码子。定为起始密码子。终止密码子的推测：终止密码子的推测： Nirenberg Nirenberg 、KhoranaKhorana的试验都发现的试验都发现UAAUAA、UAGUAG、UGAUGA三个密码子不能代表任何的氨基酸三个密码子不能代表任何的氨基酸。 E.ColiE.Coli的的TrpTrp 突变株不能合成色氨酸合成酶蛋突变株不能合成色氨酸合成酶蛋白，对他进行诱变可得到回复突变，回复突变有两白，对他进行诱变可得到回复突变，回复突变有两种类型：种类型：个别氨基酸发生了变化。个别氨基酸发生了变化

10、。另一种为完全回另一种为完全回复，没有任何氨基酸组成的变化。说明复，没有任何氨基酸组成的变化。说明TrpTrp不是不是任何移码突变任何移码突变 ，从后一种推测可能存在终止密码从后一种推测可能存在终止密码 整理ppt17终止密码子的破译：终止密码子的破译： 1965年剑桥分子研究中心的年剑桥分子研究中心的Brenner,发现发现 E.coli一一些无义突变型是在色氨酸位置上变化些无义突变型是在色氨酸位置上变化,由由UGG 变成变成UGA，把，把UGA定为终止码定为终止码 在酪氨酸位置上变化，由在酪氨酸位置上变化，由UAC 、UAU变成变成UAA、UAG， 所以把所以把UAA、UAG码子也定为终止

11、密码码子也定为终止密码 密码子通用性的例外情况密码子通用性的例外情况密码子密码子 通用情况通用情况 例外情况例外情况 例外的生物例外的生物UGA UGA 终止子终止子 色氨酸色氨酸 人酵母线粒体支原体人酵母线粒体支原体UGA UGA 终止子终止子 半胱氨酸半胱氨酸 纤毛虫核基因组纤毛虫核基因组 CUA CUA 亮氨酸亮氨酸 苏氨酸苏氨酸 酵母线粒体酵母线粒体 AUA AUA 异亮氨酸异亮氨酸 甲硫氨酸甲硫氨酸 人线粒体人线粒体AGA AGA 精氨酸精氨酸 终止子终止子 人线粒体人线粒体AGG AGG 精氨酸精氨酸 终止子终止子 人线粒体人线粒体GUG GUG 缬氨酸缬氨酸 丝氨酸丝氨酸 假丝酵

12、母核基因组假丝酵母核基因组UAA UAA 终止子终止子 谷氨酸谷氨酸 草履虫四膜虫核草履虫四膜虫核G G UAG UAG 终止子终止子 谷氨酸谷氨酸 草履虫核草履虫核G GAAA AAA 赖氨酸赖氨酸 天冬氨酸天冬氨酸 果蝇线粒体果蝇线粒体CUG CUG 亮氨酸亮氨酸 终止子终止子 圆柱念珠菌核圆柱念珠菌核G GCUN CUN 亮氨酸亮氨酸 苏氨酸苏氨酸 酵母线粒体酵母线粒体 整理ppt19 2、第二遗传密码、第二遗传密码 （表观遗传密码）（表观遗传密码） 决定多肽链折叠形成有功能蛋白质的遗传信息，决定多肽链折叠形成有功能蛋白质的遗传信息， 蛋白质一级结构决定其空间结构的密码蛋白质一级结构决定

13、其空间结构的密码整理ppt20由由DNADNA序列以外的化学标记编写的、控制表观遗序列以外的化学标记编写的、控制表观遗 传印记的另一类遗传密码传印记的另一类遗传密码 遗传密码是遗传信息从遗传密码是遗传信息从DNA RNA 流向蛋白质，流向蛋白质， 是明码，又叫第一遗传密码，是遗传信息传递的是明码，又叫第一遗传密码，是遗传信息传递的第第 一层次一层次 第二遗传密码是遗传信息从蛋白质氨基酸序列第二遗传密码是遗传信息从蛋白质氨基酸序列到到蛋蛋 白质的空间结构功能，也既蛋白质分子折叠是遗传白质的空间结构功能，也既蛋白质分子折叠是遗传 信息传递的信息传递的第二层次第二层次 中心法则解决了蛋白质的形成，但

14、没有解决蛋白质中心法则解决了蛋白质的形成，但没有解决蛋白质 如何折叠形成功能蛋白质，给后人留下了新的难如何折叠形成功能蛋白质，给后人留下了新的难 题，从遗传信息到生物功能研究就是研究蛋白质分题，从遗传信息到生物功能研究就是研究蛋白质分 子折叠机制，既破译第二遗传密码子折叠机制，既破译第二遗传密码 整理ppt22我国中科院院士皱承鲁领衔此课题，我国中科院院士皱承鲁领衔此课题，有望破译。现已经发现第二遗传密码有三有望破译。现已经发现第二遗传密码有三个特性个特性简并性：不同序列对应相同结构简并性：不同序列对应相同结构多义性：类似序列具有不同结构多义性：类似序列具有不同结构全局性：局部序列改变会影响整

15、个结构全局性：局部序列改变会影响整个结构整理ppt236.2.2 Degeneracy of codon (密码子的简并性密码子的简并性)（1） 概念概念密码子的密码子的简并性：简并性：多种多种codons编码一种氨基酸的现象编码一种氨基酸的现象同义密码子同义密码子(synonyms)：代表同一种氨基酸的密码子：代表同一种氨基酸的密码子61个密码子编码常规的个密码子编码常规的20种氨基酸，种氨基酸，3个为肽链终个为肽链终止密码子止密码子简并性具有的生物学意义：允许生物体的DNA碱基有较大变异的余地，使基因突变可能造成的危害降至最低，而不影响物种性状的表达，对环境的适应性和物种遗传的稳定。 多个

16、遗传密码编码同一种氨基酸的现象多个遗传密码编码同一种氨基酸的现象 简并的例子简并的例子 氨基酸氨基酸 密码子数密码子数 氨基酸氨基酸 密码子数密码子数 丝氨酸丝氨酸 6 6 天冬氨酸天冬氨酸 2 2 亮氨酸亮氨酸 6 6 酪氨酸酪氨酸 2 2 精氨酸精氨酸 6 6 组氨酸组氨酸 2 2 脯氨酸脯氨酸 4 4 谷氨酸谷氨酸 2 2 苏氨酸苏氨酸 4 4 赖氨酸赖氨酸 2 2 丙氨酸丙氨酸 4 4 谷氨酰胺谷氨酰胺 2 2 甘氨酸甘氨酸 4 4 天冬酰胺天冬酰胺 2 2 缬氨酸缬氨酸 4 4 半胱氨酸半胱氨酸 2 2 异亮氨酸异亮氨酸 3 3 色氨酸色氨酸 1 1 终止码终止码 3 3 甲硫氨酸甲

17、硫氨酸 1 1 苯丙氨酸苯丙氨酸 2 2整理ppt25（2） 简并现象的机理简并现象的机理 同功受体（同功受体（Isoacceptor ）：）： 负载同一氨基酸，但识别负载同一氨基酸，但识别 不同密码子的不同密码子的tRNA。 同功同功tRNA间存在结构上的差异，反密码子也可不同间存在结构上的差异，反密码子也可不同 Wobble hypothesis; tRNA 的的 反密码子中反密码子中 : 密码子密码子 1th(Nt34) : 3 rd-NtmRNA5-CGU-CGC-CGA-CGG-AGA-AGG-3GCG GCU UCU353535A A AwobbletRNA3 isoaccepto

18、rs1 codon family 2 extra codons 在在一定范围内一定范围内的可的可选择配对选择配对现象现象整理ppt26 Wobble base的摇摆配对原则的摇摆配对原则n摆动假说摆动假说由由Crick. F 1966年年 提出。提出。即当即当tRNA的反密码的反密码子与子与mRNA的密码的密码子配对时前两对严子配对时前两对严格遵守碱基互补配格遵守碱基互补配对法则，但第三对对法则，但第三对碱基有一定的自由碱基有一定的自由度可以度可以“摆动摆动”。整理ppt27 3 3）简并性的相对性）简并性的相对性 双关密码子双关密码子: :（ambiguous codonambiguous

19、codon）多义密码子）多义密码子 能编码一种以上氨基酸的密码子能编码一种以上氨基酸的密码子 例如密码子例如密码子UUUUUU能编码笨丙氨酸，偶而能编码笨丙氨酸，偶而 也能编码亮氨酸。机制在于也能编码亮氨酸。机制在于UUUUUU码子可码子可 被一种以上被一种以上tRNAtRNA识别，也说明很早以识别，也说明很早以 前前UUUUUU就是亮氨酸的密码子就是亮氨酸的密码子 整理ppt286.2.3 Anti-codon及其两侧碱基修饰对密码子及其两侧碱基修饰对密码子 解读的生物学意义解读的生物学意义Xo5U (5-羟基尿苷羟基尿苷)Cmnm5U (5-羧甲基氨甲基尿苷羧甲基氨甲基尿苷)mCm5U (

20、5-甲氧基羰甲基尿苷甲氧基羰甲基尿苷)Xm5s2U (5-甲基甲基-2硫代尿苷硫代尿苷)K2C (2-赖氨酸胞苷赖氨酸胞苷)Com5U (5(2)-羟羧甲基尿苷羟羧甲基尿苷)I (Inosine次黄嘌呤次黄嘌呤)m7G (7-甲基鸟苷甲基鸟苷)m5C (5-甲基胞苷甲基胞苷)m6A (6-甲基腺苷甲基腺苷)s2C (2-硫代胞苷硫代胞苷) ( (假尿苷假尿苷) )Um (2-O-甲基尿苷甲基尿苷)Q (Queuosine)a) Methylated Nt at anti-codon and flanked 整理ppt29b) 被修饰的被修饰的Nt34的配对能力的配对能力Nt1 of anti-

21、codon Nt3of codonU (mt,ct) A,U,C,GCmO5U A,G,UCmnm5U A,GmCm5U A,GUm A,GXm5S2U AQ U,C I U,C,AXo5U (5-羟基尿苷羟基尿苷)Cmnm5U (5-羧甲基氨甲基尿苷羧甲基氨甲基尿苷)mCm5U (5-甲氧基羰甲基尿苷甲氧基羰甲基尿苷)Xm5s2U (5-甲基甲基-2硫代尿苷硫代尿苷)K2C (2-赖氨酸胞苷赖氨酸胞苷)Com5U (5(2)-羟羧甲基尿苷羟羧甲基尿苷)Um (2-O-甲基尿苷甲基尿苷)I (Inosine次黄嘌呤次黄嘌呤)整理ppt30c) tRNA中中anti-codon碱基修饰的意义碱基

22、修饰的意义 限制对密码识读的随意性，以保证遗传的稳定限制对密码识读的随意性，以保证遗传的稳定U A/G Cm5S2U A (only) 在特定表达细胞中在特定表达细胞中S2U A 提高摇摆能力，防止突变效应，以保证遗传的稳定提高摇摆能力，防止突变效应，以保证遗传的稳定A U A I A/C/UU A/G U CmO5U A/G/Ul 保证正确的读码框架，以保证遗传的稳定保证正确的读码框架，以保证遗传的稳定 anti-codon两侧的碱基亦被称为扩展的反密码子两侧的碱基亦被称为扩展的反密码子整理ppt316.3 tRNA的功能的功能 为每个三联体密码子翻译成氨基酸提供了接合体为每个三联体密码子翻

23、译成氨基酸提供了接合体 为准确无误将所需为准确无误将所需aa运送到核糖体提供了运送载体运送到核糖体提供了运送载体 tRNA种类繁多，并与多种蛋白质和核酸相互识种类繁多，并与多种蛋白质和核酸相互识 别，决定了它们在结构上存在大量的共性别，决定了它们在结构上存在大量的共性tRNA的结构的结构“四环一臂四环一臂” 倒倒L形的三级结构形的三级结构 整理ppt33 沉降系数沉降系数 S 生物大分子在离心场中沉降，受到三种力的影响，生物大分子在离心场中沉降，受到三种力的影响，它们是离心力，浮力和摩擦力。物质在单位离心力场的它们是离心力，浮力和摩擦力。物质在单位离心力场的沉降速度是个定值，称为沉降系数（沉降

24、速度是个定值，称为沉降系数（sedimentation coefficient） 。 蛋白质、核酸等的沉降系数在蛋白质、核酸等的沉降系数在1 X 10-13到到 200 X 10-13秒秒 之间。为方便将之间。为方便将10-13秒作为一个单位，称秒作为一个单位，称Svedberg单单位，用位，用S表示。表示。 其数值不仅与物质分子的质量有关，也与分子的形状其数值不仅与物质分子的质量有关，也与分子的形状有关。有关。 整理ppt34 小小RNA; 4S tRNA phe, 77Nt , cloverleaf form (1964 Holly R.) 二级结构为三叶草形二级结构为三叶草形 5 arm

25、s & 4 loops Nt more modified by methylation6.3.1 tRNA的高级结构的高级结构32 tRNA in universal codons整理ppt35aa accept arm； loading aa at 3 endA的的3或或2自由羟基可以被氨酰化自由羟基可以被氨酰化DHU loop; contact with AARSextra loop; classification marker ? I type tRNA : 3/4 tRNA, 3-5 NtII type tRNA: 13-21 NtTC loop; contact with 5

26、s rRNA假尿嘧啶假尿嘧啶anti-codon loop; 34th is wobble base34整理ppt36整理ppt37 tRNA的的“倒倒L”三维结构与功能三维结构与功能“L”构型的结构力构型的结构力 二级结构中双链区的碱基堆积力和氢键二级结构中双链区的碱基堆积力和氢键 二级结构中非双链区在二级结构中非双链区在“L” 结构中，形成氢键结合结构中，形成氢键结合3ACCanticodon loop5TYC loopacceptor armD loopV loop整理ppt38-aa accept arm 位于位于“L”的一端，契合于核糖体的肽的一端，契合于核糖体的肽基基 转移酶结合位

27、点转移酶结合位点 P A, 以利肽键的形成以利肽键的形成-anti-codon arm 位于位于”L”另一端，与结合在核糖体另一端，与结合在核糖体 小亚基上的小亚基上的codon of mRNA配对配对 A P整理ppt39-“L”结构中碱基堆积力大结构中碱基堆积力大 使其拓扑结构趋于稳定使其拓扑结构趋于稳定 wobble base 位于位于“L”结构末端结构末端 堆积力小堆积力小 自由度大自由度大 使碱基配对摇摆使碱基配对摇摆- TC loop & DHU loop 位于位于“L”两臂的交界处，两臂的交界处， 利于利于“L”结构的稳定结构的稳定整理ppt406.3.2 tRNA的种类

28、的种类（1）起始）起始tRNA和延伸和延伸tRNA能特异地识别能特异地识别mRNA模板上起始密码子的模板上起始密码子的tRNA叫叫起始起始tRNA，其他，其他tRNA统称为统称为延伸延伸tRNA。原核生。原核生物起始物起始tRNA携带甲酰甲硫氨酸（携带甲酰甲硫氨酸（fMet），真核生），真核生物起始物起始tRNA携带甲硫氨酸（携带甲硫氨酸（Met）。）。（2）同功）同功tRNA同功同功tRNA既要有不同的反密码子以识别该氨基酸既要有不同的反密码子以识别该氨基酸的各种同义密码，又要有某种结构上的共同性，能的各种同义密码，又要有某种结构上的共同性，能被被AA- tRNA合成酶识别。合成酶识别。（3

29、）校正）校正tRNA 校正校正tRNA分为分为无义突变无义突变及及错义突变校正错义突变校正tRNA 。 整理ppt416.3.3 氨酰基氨酰基tRNA合成酶合成酶 aa-tRNAaa synthetase (AARS) l催化氨基酸与催化氨基酸与tRNA间的反应间的反应l生物体有生物体有20种氨酰基种氨酰基tRNA合成酶合成酶，分子量相，分子量相差很大差很大l一种合成酶只能识别一种氨基酸和该氨基酸一种合成酶只能识别一种氨基酸和该氨基酸的几种同功的几种同功tRNAl将将tRNA分为分为20个同功个同功tRNA组组整理ppt42l氨酰氨酰tRNA合成酶有三个合成酶有三个结合位点：结合位点：氨基酸结

30、合氨基酸结合位点、位点、ATP结合位点、结合位点、tRNA结合位点结合位点催化反应分两步：催化反应分两步：第一步：氨基酸和第一步：氨基酸和ATP形成相应腺苷酸化氨酰形成相应腺苷酸化氨酰基，释放焦磷酸基，释放焦磷酸第二步：活化型的氨基第二步：活化型的氨基酸被转移至酸被转移至tRNA，释放，释放AMP整理ppt43-由若干由若干Nt组成，存在于组成，存在于tRNA不定位置上不定位置上-与与AARS侧链基团的分子发生特异的侧链基团的分子发生特异的“契合契合”-成为成为tRNA准确负载氨基酸的机制之一准确负载氨基酸的机制之一6.3.4 Paracodon（副密码子）（副密码子）定义：定义：tRNA上被

31、氨酰基上被氨酰基tRNA合成酶所识别的碱合成酶所识别的碱基，功能是促进基，功能是促进tRNA与所携带氨基酸的准确识别与所携带氨基酸的准确识别整理ppt44 paracodon paracodon 的特征的特征- 被同一种被同一种AARS 所识别的一组同功受体具有相同的副密码子所识别的一组同功受体具有相同的副密码子- paracodon paracodon 是为是为AARS 特定氨基酸所识别的若干碱基特定氨基酸所识别的若干碱基 （并非均为一对核苷酸）（并非均为一对核苷酸）tRNA Ala(GGC)tRNA Ala(UGC)具有具有G3 ：U70 paracodonparacodon- parac

32、odonparacodon位于位于tRNA 的各种环或臂上，不同的各种环或臂上，不同tRNA 的的 paracodonparacodon 的定位不同的定位不同- AARS 对对paracodon paracodon 的识别与结合是通过氨基酸与碱基的识别与结合是通过氨基酸与碱基 之间的连接实现的之间的连接实现的整理ppt45a) tRNA abundance 正相关正相关 codon usegeb) 需要量多的蛋白质（除需要量多的蛋白质（除mRNA转录速率高外）转录速率高外）需要量少的蛋白质（除需要量少的蛋白质（除mRNA转录速率低外）转录速率低外）有关有关codon usage 高高 相应相应

33、tRNA量多量多有关有关codon usage 低低 相应相应tRNA量少量少6.3.5 tRNA 的丰富度与的丰富度与codon 的使用频率的使用频率 (bias)- 识别同一氨基酸的不同识别同一氨基酸的不同tRNA(isoacceptor)量不等量不等- 不同生物间同一不同生物间同一isoacceptor的量不等的量不等整理ppt46自然选择自然选择codon/anti-codon 间适度结合强度的间适度结合强度的codon usage以保证最佳的蛋白质合成速率以保证最佳的蛋白质合成速率 codon 与与anti-codon间的作用强度间的作用强度 codon usagetRNA abun

34、dance ; codon usage (codon bias)是进化中形成的基因表达调控机制之一是进化中形成的基因表达调控机制之一整理ppt47Codon usage Observed for E. coli1209 codons整理ppt48Codon usage in the genes of Animals2244 codons整理ppt496.3.6 two of three codon-reading in mitochondriala) 线粒体中具有与通用密码不同的编码信息线粒体中具有与通用密码不同的编码信息 线粒体中线粒体中codon较为整齐（均为较为整齐（均为2/4/6）2

35、codon; F, I, Y, H, Q, N, E, k, D,W, M, C 1个个tRNA4 codon; V, P, T, A, R, G, (family) & stop codon 1个个tRNA6 codon; Leu, Ser (2 isoacceptors each) 2个个tRNA In mt 22 tRNA only (32 tRNA in universal codons) 线粒体线粒体“三中读二三中读二”方式可减少方式可减少tRNA整理ppt50Changes occur in the mitochondrial genetic code整理ppt51 Cod

36、on-readingtwo of three readingcodon UCU-UCA-UCG-UCCanti-codon AGUUC Ser codon N3rd (U) A/U/C/G 仅起将仅起将codon隔开的作用隔开的作用 摇摆性的摇摆性的“三中读二三中读二”原则：原则： 密码子的密码子的1、2位碱基与反密码子能形成位碱基与反密码子能形成6个氢键个氢键 时，可三中读二，如：时，可三中读二，如：CCX,CGX,GCX,GGX 密码子的密码子的1 1、2 2位碱基与反密码子能形成位碱基与反密码子能形成4 4个氢键个氢键 时，不可三中读二，时，不可三中读二， AAX,AUX,UAG,UUX

37、 密码子的密码子的1 1、2 2位碱基与反密码子能形成位碱基与反密码子能形成5 5个氢键时个氢键时 分两种情况：当第二个碱基为嘧啶时可三中读二，分两种情况：当第二个碱基为嘧啶时可三中读二， 如如 UCX,ACX,CUX,GUX。当第二个碱基为嘌呤时。当第二个碱基为嘌呤时 不可三中读二，如不可三中读二，如CAX,GAX,UGX,AGC 原核生物、真核生物只有大约原核生物、真核生物只有大约30种反密码子，而密种反密码子，而密 码子却有码子却有61种，反密码子少的原因就在于反密码子种，反密码子少的原因就在于反密码子 具有摇摆的特性具有摇摆的特性整理ppt53 mt tRNA 与通用与通用 密码密码

38、tRNA 的结构差异的结构差异- no TC loop in mt-tRNA- no DHU loop in some mt-tRNA-G+C/A+U = 0.250.94 in mt-tRNAG+C/A+U = 12 in universal tRNA U含量高，二级结构松弛，对含量高，二级结构松弛，对 codon family的的识读具有更大的摇摆性。识读具有更大的摇摆性。整理ppt54l所有mRNA都具有两个必须特征：一段可翻译的密码子序列（开放阅读框，open reading frame，ORF）和一个核糖体结合位点（ribosome binding site, RBS）l在原核生物和

39、真核生物间有重要区别P原核生物mRNA的第一个密码子AUG上游的重要特征是SD序列P真核生物mRNA除第一个密码子AUG的上游是核糖体小亚基扫描AUG的信号序列（CCACC）外，5端非翻译区上游为帽子结构， 3端非翻译区内有多聚腺苷化的信号AAUAAA以及其下游的多聚A尾巴6.3.7 mRNA整理ppt55 In Prokaryote Shine-Dalgarno seq. (S.D seq)：只存在于原核生物中，在：只存在于原核生物中，在mRNA起始密码子起始密码子AUG的上游约的上游约10个核苷酸处含有一段富含个核苷酸处含有一段富含嘌呤核苷酸的序列，嘌呤核苷酸的序列，能与能与16S rRN

40、A3末端的富含嘧啶的序列末端的富含嘧啶的序列结合。结合。前导序列（前导序列（leading sequence) 不同基因的不同基因的SD序列不完全相同，从而控制翻译产物的数量序列不完全相同，从而控制翻译产物的数量poly-cistron：即参与一个代谢途径的若干基因编码在同一：即参与一个代谢途径的若干基因编码在同一个转录单位内，具有多个个转录单位内，具有多个ORF。ORF：按照一定的阅读框，从起始密码到终止密码子可：按照一定的阅读框，从起始密码到终止密码子可连续解读遗传密码的区域。连续解读遗传密码的区域。阅读框：解读阅读框：解读mRNA中遗传密码的三联体方式。中遗传密码的三联体方式。整理ppt

41、56整理ppt57In Eukaryote3-end of 18S rRNA 与原核生物高度相似与原核生物高度相似,但无与但无与 S.D.seq.互补的保守序列互补的保守序列 在在 mRNA的的AUG上游存在上游存在CCACC核糖体核糖体scanning seq 成为核糖体识别第一个成为核糖体识别第一个 AUG的信号的信号AMEAMECCUGCGGUUGGAUGACCUCCUUAMEAMECCUGCGGAAGGAUGAUUA16SBacterial18S rRNAMammalian高度相似高度相似整理ppt58 In Eukaryote5 m7Gppp- -CCACC-A-3-A1U2G3G4

42、leading seq.核糖体小亚基扫描核糖体小亚基扫描AUG的信号序列的信号序列 至关准确翻译至关准确翻译mono-cistron整理ppt596.4 核糖体的结构核糖体的结构 在一个生长旺盛的细菌中，大约有2万个核糖体。其中蛋白质占细胞总蛋白的10，RNA占细胞总RNA的80 真核生物中核糖体的数量更多，蛋白质和RNA占细胞总蛋白质和总RNA相当大比例 Prokaryote 23s, 16s, 5s / Eukaryote 28s-5.8s, 18s, 5s Rich methylation (m2U, m3A, m3U, m26A(二甲基二甲基)整理ppt60核糖体的结构核糖体的结构整理

43、ppt61整理ppt62n核糖体:由几十种蛋白质和几种RNA组成的亚细胞颗粒，基本不含脂肪核核糖糖体体的的组组装装|所有核糖体蛋白都首先在细胞质中被合成，运转到所有核糖体蛋白都首先在细胞质中被合成，运转到细胞核内，在细胞核内，在核仁中被装配成核仁中被装配成40S和和60S核糖体亚基核糖体亚基，然后运转到细胞质中行使作为蛋白质合成机器的功能然后运转到细胞质中行使作为蛋白质合成机器的功能整理ppt64Ribosomes70S (2.5M)80S (4.2M)50S (1.6M)30S (0.9M)60S (2.8M)40S (1.4M)5S rRNA (120 nt)23S rRNA (2900

44、nt)34 proteins16S rRNA (1540 nt)21 proteins5S rRNA (120 nt)28S rRNA (4700 nt)5.8S rRNA (160 nt)49 proteins18S rRNA (1900 nt)33 proteinsProkaryotesEukaryotes整理ppt65Complete initiation Complex of translationComplete initiation Complex of translation Translation domainExit domain menbraneExit site5s si

45、te转肽酶中心，形成肽键转肽酶中心，形成肽键P siteA siteEF-G siteEF-Tu sitemRNA site20 Nt肽基转移部位肽基转移部位结合或接受结合或接受aatRNA部位部位8个重要的功能域个重要的功能域或位点：或位点：小亚基与小亚基与mRNA的的结合位点；结合位点；大亚基与氨酰基大亚基与氨酰基tRNA结合的位点结合的位点A；大亚基与肽链结合大亚基与肽链结合的位点的位点P；空载空载tRNA离开核离开核糖体的出口位点糖体的出口位点E；大亚基的肽基转移大亚基的肽基转移酶结构域；酶结构域；EF-Tu进入核糖体进入核糖体的位点；的位点；EF-G结合位点；结合位点；大亚基与大亚基

46、与5S rRNA结合位点。结合位点。整理ppt66核糖体有两个结合携带核糖体有两个结合携带氨基酸的氨基酸的tRNA 的位点的位点P位点：结合多肽链位点：结合多肽链-tRNAA位点：氨酰位点：氨酰-tRNA进入的位点进入的位点整理ppt67原核生物和真核生物的翻译过程分为原核生物和真核生物的翻译过程分为三个阶段：三个阶段： 起始（起始（initiation） 延伸（延伸（elongation） 终止（终止（termination）6.4 6.4 原核生物的翻译过程原核生物的翻译过程整理ppt686.4.1 6.4.1 起始起始IF-1 9.5kd 热稳定蛋白质，加强热稳定蛋白质，加强IF-2、I

47、F-3的酶活的酶活IF-2 95kd-117kd 热不稳定蛋白质，促使热不稳定蛋白质，促使fMet-tRNA fmet (起始起始tRNA)选择性的结合在选择性的结合在30S亚基上亚基上IF-3 20kd 促使促使30S亚基结合于亚基结合于mRNA起始部位，起始部位， 稳定游离的稳定游离的30S亚基，使其不与亚基，使其不与50S亚亚 基结合成基结合成70S的颗粒的颗粒即核糖体的大小亚基、tRNA和mRNA在起始因子的协助下组合成70S起始复合物的过程（1）起始因子(initiation factor，IF)IF并不牢固结合于核糖体，在起始复合物形成后就很快解离并不牢固结合于核糖体，在起始复合物

48、形成后就很快解离整理ppt69(2) 起始起始tRNA与起始密码子的识别与起始密码子的识别l起始密码子为起始密码子为 AUG，细菌中有时也用，细菌中有时也用GUG和和UUG。但三种起始密码子的使用效率不同。用但三种起始密码子的使用效率不同。用GUG代替代替AUG起始效率下降一半；用起始效率下降一半；用 UUG代替代替GUG起始效起始效率又下降一半率又下降一半lAUG和和GUG作为起始密码子代表甲酰化甲硫氨酸；作为起始密码子代表甲酰化甲硫氨酸；位于内部时位于内部时AUG代表甲硫氨酸，代表甲硫氨酸，GUG代表缬氨酸代表缬氨酸l甲硫氨酸有两种甲硫氨酸有两种tRNA，一种识别起始，一种识别起始AUG，

49、另一，另一种识别延伸过程中的种识别延伸过程中的AUGl在细菌和真核生物的细胞器，起始在细菌和真核生物的细胞器，起始tRNA携带的是携带的是甲酰化的甲硫氨酸甲酰化的甲硫氨酸(fMet-tRNAf)。内部的。内部的AUG由由Met-tRNA识别识别整理ppt70Initiation of translation in Prok.IF-2fmetfmet30s-mRNA complexBinary complexGTPCompleteInitiation complexfmetfmetIF3IF3(3) 起始复合物与起始复合物与70S核糖体的形成核糖体的形成A. IF3促进促进70S亚基的解离，并与

50、亚基的解离，并与30S亚基结合。结合有亚基结合。结合有IF3因子的因子的30S亚基亚基与与mRNA结合结合B. IF2结合于起始结合于起始tRNA，然后，然后IF2再与再与30S亚基结合，或者顺序颠倒。在亚基结合，或者顺序颠倒。在IF2与起始与起始tRNA形成的二元复合物结合于形成的二元复合物结合于30S亚基后，亚基后，GTP分子立即与分子立即与30S亚基结合。亚基结合。C. 50S亚基结合上来，亚基结合上来，GTP水解，释放出的能量改变了水解，释放出的能量改变了30S亚基和亚基和50S亚基的构象，亚基的构象，促进促进70S核糖体亚基的形成，核糖体亚基的形成，同时释放出同时释放出IF3和和IF

51、2因子。因子。整理ppt716.4.2 肽链的延伸肽链的延伸 肽链的延伸以肽链的延伸以氨酰基氨酰基tRNA进入进入70S起始复合物（进位）起始复合物（进位） 的的A位为标志，这一过程需要延伸因子位为标志，这一过程需要延伸因子(elongation factor， EF)参与参与 细菌中的延伸因子为细菌中的延伸因子为EF-Tu (热不稳定热不稳定) 、EF-Ts (热稳定热稳定) 、 EF-G(又叫转位因子，依赖又叫转位因子，依赖GTP) （1） 延伸因子延伸因子 EF-Tu只有在氨酰基只有在氨酰基tRNA进位时才能与核糖体结合，进位时才能与核糖体结合， 进位完成后从核糖体上解离下来，参与下一个

52、进位过程，进位完成后从核糖体上解离下来，参与下一个进位过程， 是一个典型的辅助因子是一个典型的辅助因子整理ppt72A. 转肽与肽键的形成转肽与肽键的形成EF-Tu首先与首先与GTP结合，然后与氨酰基结合，然后与氨酰基tRNA结合形成三元复合物，此三元复合物才能进入结合形成三元复合物，此三元复合物才能进入核糖体的核糖体的A位。位。GTP的存在是氨酰基的存在是氨酰基tRNA能够能够进入进入A位的先决条件之一，不需要位的先决条件之一，不需要GTP的水解的水解一旦进入一旦进入A位后，位后，GTP立即水解成立即水解成GDP，EF-Tu、GDP二元复合物就与氨酰基二元复合物就与氨酰基tRNA解离而释放出

53、来解离而释放出来(2) 延伸过程延伸过程然后肽基转移酶把位于然后肽基转移酶把位于P位的甲酰甲硫位的甲酰甲硫氨酰基或肽基转移到氨酰基或肽基转移到A位的氨酰基位的氨酰基tRNA的氨基上并的氨基上并形成第一个肽键或新的肽键形成第一个肽键或新的肽键B. 转位转位肽键形成后，肽键形成后，转位因子转位因子EF-G和和GTP结合上来。核糖体中具有结合上来。核糖体中具有GTP酶活性的蛋白质将酶活性的蛋白质将GTP水解，水解，在在A位生成的肽基位生成的肽基tRNA转移到转移到P位位，同时将原来同时将原来P位上空载的位上空载的tRNA逐出核糖体，逐出核糖体，mRNA移动一个密码移动一个密码子子，核糖体沿，核糖体沿

54、mRNA5 3方向移动，每次移动一个密码子的距方向移动，每次移动一个密码子的距离，同时一个新的密码子进入空的离，同时一个新的密码子进入空的A位，位， EF-G 催化的催化的移位过程需移位过程需水解水解GTPGTP提供能量。提供能量。 肽链合成肽链合成从从N-CN-C。转位后转位后EF-G和和GDP必须必须释放出来，释放出来，下一个氨酰下一个氨酰基基tRNA的的三元复合物三元复合物才能进入才能进入A位位能使核糖体停能使核糖体停在转位后的状在转位后的状态，因为它稳态，因为它稳定了定了EF-G GDP与核糖体的复与核糖体的复合物，使下一合物，使下一个氨基酸不能个氨基酸不能加到肽链上来加到肽链上来整理

55、ppt74C. 两类延伸因子的交替作用两类延伸因子的交替作用 只有只有EF-Tu离开核糖体后，离开核糖体后，EF-G和和GTP才能结合才能结合上来；同样，只有上来；同样，只有EF-G离开核糖体后，新的氨酰离开核糖体后，新的氨酰基基tRNA三元复合物才能进入三元复合物才能进入A位位 只有当只有当P位点被肽基位点被肽基tRNA占据而占据而A位点空着时，位点空着时，氨酰基氨酰基tRNA三元复合物才能进入三元复合物才能进入A位；只有当肽位；只有当肽键生成后，肽基转移到键生成后，肽基转移到A位的氨酰基位的氨酰基tRNA上，上，P位位tRNA空载，空载， EF-G和和GTP才能结合到核糖体上来才能结合到核

56、糖体上来整理ppt75D. Ts循环循环EF-Ts的作用：使用过的EF-Tu-GDP能够转变为有用的形式EF-Tu-GTP 。 EF-Tu-GDP+ EF-Ts EF-Tu-EF-Ts + GDP EF-Tu-EF-Ts + GTP EF-Tu-GTP + EF-Ts重新参与下一轮循环重新参与下一轮循环整理ppt76整理ppt776.4.3 终止和肽链的释放终止和肽链的释放l 原核生物和真核生物都有三种终止密码子原核生物和真核生物都有三种终止密码子UAG(amber，琥，琥珀密码子珀密码子)、UAA(ochre，赭石密码子，赭石密码子)、UGA(opal，乳石，乳石密码子密码子)l 在细菌中，

57、在细菌中，UAA使用频率最高，使用频率最高，UGA次之，次之，UAG最低最低l 没有一种没有一种tRNA能与终止密码子作用，而是能与终止密码子作用，而是由特殊的蛋白质由特殊的蛋白质因子促成终止作用因子促成终止作用，称为释放因子（，称为释放因子（releasing factor，RF）l 原核生物有三种释放因子：原核生物有三种释放因子：RF1（识别（识别UAA和和UAG）、）、RF2（识别（识别UGA和和UAA）、）、RF3（刺激（刺激RF1和和RF2的活性）的活性）l 释放因子作用于释放因子作用于A位点，并且需要位点，并且需要P位被肽基位被肽基tRNA占据，占据，此过程需要肽基的转移以及空载此

58、过程需要肽基的转移以及空载tRNA逐出核糖体逐出核糖体整理ppt78TerminationTerminationM P LPAAUG UUU CUG UAGM P LPA UUU CUG UAGTFM P LPA UUU CUG UAGM P LTF整理ppt79tRNA和和mRNA在核糖体中的移动在核糖体中的移动 mRNA 和和 tRNA 以相同的方向穿过核糖以相同的方向穿过核糖 体体 整理ppt806.5.1 合成起始合成起始 需要甲硫氨酰需要甲硫氨酰tRNA、ATP、GTP和十几种起始因子和十几种起始因子(eIF)参与参与eIF2 3种亚基种亚基 形成三元起始复合体（形成三元起始复合体（

59、eIF2, GTP, tRNA) eIF2-A 65kd 促使促使Met-tRNAmet与与40S亚基结合亚基结合ieIF1 15kd 促使促使mRNA 与与40S亚基结合亚基结合eIF3 500kd 促使促使mRNA 与与40S亚基结合亚基结合eIF4b 80kd 促使促使mRNA 与与40S亚基结合亚基结合 eIF4a 50kd 促使与促使与mRNA ,GTP结合结合eIF4C 19kd 促使两亚基结合促使两亚基结合 eIF5 150kd 释放释放eIF2, eIF3 eIF4e (eIF4f 的亚基的亚基) 与与5端帽子结合端帽子结合起始因子起始因子6.5 真核生物的翻译过程真核生物的翻

60、译过程整理ppt81l真核生物的起始复合物真核生物的起始复合物40S小亚基不是在起始密小亚基不是在起始密码子码子AUG处形成，而是首先在处形成，而是首先在mRNA的的5末端形末端形成，其识别信号是成，其识别信号是mRNA 5末端的帽子结构末端的帽子结构l在帽子处形成的起始复合物沿着在帽子处形成的起始复合物沿着mRNA移动，在移动，在向下游移动过程中扫描翻译起始密码子前的信号，向下游移动过程中扫描翻译起始密码子前的信号，直到发现起始密码子直到发现起始密码子AUG，60S亚基结合上来形亚基结合上来形成成80S核糖体核糖体l起始因子的作用细节大多不太清楚起始因子的作用细节大多不太清楚 整理ppt82Initiation