第四章 生物信息的传递(下)——翻译

1、第四章 生物信息的传递（下） 从mRNA到蛋白质DNARNA蛋白质复制转录翻译逆转录RNA复制一 蛋白质生物合成的大致框架蛋白质生物合成的大致框架 需要掌握的几个要点：需要掌握的几个要点：1 翻译：以mRNA为模板，按照mRNA分子上的三个核苷酸决定一种氨三个核苷酸决定一种氨基酸的规则（三联体密码）基酸的规则（三联体密码）合成具有特定氨基酸顺序的蛋白质。包括翻译的起始、肽链的延伸、肽链的终止与释放。2 核糖体是蛋白质合成的场所，mRNA是蛋白质合成的模板，转移RNA（tRNA）是模板与氨基酸之间的接合体。 此外，在合成的各个阶段还有许多蛋白质、酶和其他生物大分子参与。翻译（蛋白质的生物合成）翻

2、译（蛋白质的生物合成）: : 以氨基酸为原料 以mRNA为模板 以tRNA为运载工具 以核糖体为合成场所 需Mg2+和适当缓冲体系 起始、延长、终止各阶段蛋白因子参与 合成后加工成为有活性蛋白质翻译的起始翻译的起始核糖体与mRNA结合并与氨基酰-tRNA生成起始复合物。蛋白质的生物合成是一个比DNA复制和转录更为复杂的过程。核糖体沿核糖体沿mRNA5mRNA5 端向端向3 3端端移动，开始了从移动，开始了从N N端向端向C C端端的多肽合成，这是蛋白质合成过程中速度最快的阶段的多肽合成，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肽链的终止及释放肽链的终止及释放核糖体从mRNA上解离

3、，准备新一轮合成反应。 遗传密码三联子 tRNAtRNA的结构、功能与种类的结构、功能与种类 核糖体的结构与功能核糖体的结构与功能 蛋白质合成的过程蛋白质合成的过程 蛋白质的运转机制蛋白质的运转机制Contents一、遗传密码三联子（一）三联子密码定义 mRNA链上每三个核苷酸翻译成蛋白质多肽链上的一个氨基酸，这三个核苷酸就称为密码子或三联子密码(triplet coden) 。mRNA 5 GCU AGU ACA AAA CCU 3 遗传密码的破译，即确定代表每种氨基酸的具体密码。遗传密码的破译，即确定代表每种氨基酸的具体密码。 蛋白质中的氨基酸序列是由蛋白质中的氨基酸序列是由mRNAmRN

4、A中的核苷酸序列决定的。中的核苷酸序列决定的。mRNAmRNA中只有中只有4 4种核苷酸，而蛋白质中有种核苷酸，而蛋白质中有2020种氨基酸。种氨基酸。数学考虑数学考虑 ： 一种碱基一种碱基 一种一种 Aa 4Aa 41 1 = 4 = 4 2020 二种碱基二种碱基 一种一种 Aa 4Aa 42 2 = 16= 162020 三种碱基三种碱基 一种一种 Aa 4Aa 43 3 = 64= 642020（二）三联子密码破译实验证实三联子密码 （遗传学证据）1、mRNAmRNA模板中插入、删除一个核苷酸后，该密码子后模板中插入、删除一个核苷酸后，该密码子后面的氨基酸序列全部改变。面的氨基酸序列全

5、部改变。2 2、同时插入、删除一个不同核苷酸后，后续蛋白质不、同时插入、删除一个不同核苷酸后，后续蛋白质不变。变。3 3、同时删除三个核苷酸后，翻译减少一个氨基酸，序、同时删除三个核苷酸后，翻译减少一个氨基酸，序列没有变化。列没有变化。 烟草花叶病毒外壳蛋白亚基由400个氨基酸组成，而相应的RNA片段长约1200个核苷酸至1966年，20种氨基酸对应的61个密码子和三个终止密码子全部被查清。遗传密码的破译，即确定代表每种氨基酸的具体密码。（三）遗传密码的性质1、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（degeneracy），对应于同一氨基酸的密码子称为同义密码子（synonymo

6、us codon）。减少了变异对生物的影响编码某一氨基酸的密码子越多，该氨基酸在蛋白质中出现的频率就越高。Arg例外（三）遗传密码的性质1、遗传密码是三联密码子 1个密码子由3个核苷酸组成，它特异性地编码多肽链中1个氨基酸。（三）遗传密码的性质2、通用性与特殊性 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。（P114 表4-4）生物密码子线粒体DNA编码的氨基酸核DNA编码的氨基酸所有UGA色氨酸终止子酵母CUA苏氨酸亮氨酸果蝇AGA丝氨酸精氨酸哺乳类AGA/G终止子精氨酸哺乳类AUA甲硫氨酸异亮氨酸线粒体与核DNA密码子使用情况的

7、比较（三）遗传密码的性质3、 连续性编码蛋白质氨基酸序列的各个三联体密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。码连续阅读，密码间既无间断也无交叉。 基因损伤引起mRNA阅读框架内的碱基发生插入或缺失，可能导致框移突变(frameshift mutation)。 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，称为开放阅读框架(open reading frame, ORF)。 可译框架、可读框。 密码子是不重叠的并且无标点密码子是不重叠的并且无标点 A B C D E F G H I J K H Aa1

8、 Aa2 Aa3 Aa4 （三）遗传密码的性质4、摆动性（密码子与反密码子的相互作用）转运氨基酸的转运氨基酸的tRNA上上的反密码子需要通过碱基的反密码子需要通过碱基互补与互补与mRNA上的遗传密码子反向配对结合，在密码上的遗传密码子反向配对结合，在密码子与反密码子的配对中，前两对严格遵守碱基配对原子与反密码子的配对中，前两对严格遵守碱基配对原则，第三对碱基有一定的自由度，可以则，第三对碱基有一定的自由度，可以“摆动摆动”，这，这种现象称为种现象称为密码子的摆动性密码子的摆动性。 U摆动配对摆动配对mRNA5AUUAUUAUCAUCAUAAUA3UAIUAIIleIle5UAIUAIIleIl

9、e5UAIUAIIleIle5tRNA333图4-4密码子、反密码子配对的摆动现象密码子、反密码子配对的摆动现象tRNA反密码子第1位碱基IUGACmRNA密码子第3位碱基U, C, AA, GU, CUG图 4-5遗传密码的总结遗传密码的总结 (1) (1) 遗传密码是遗传密码是三联体三联体密码。密码。 (2)(2)遗传密码遗传密码无逗号无逗号。 (3)(3)遗传密码是遗传密码是不重叠不重叠的。的。 (4)(4)遗传密码具有遗传密码具有通用性通用性。 (5)(5)遗传密码具有遗传密码具有简并性简并性( (degeneracy )degeneracy )。 (6) (6) 密码子有密码子有起始

10、密码子起始密码子和和终止密码子终止密码子。 (7) (7) 反密码子中的反密码子中的“摆动摆动”。 遗传密码三联子 tRNAtRNA的结构、功能与种类的结构、功能与种类 核糖体的结构与功能核糖体的结构与功能 蛋白质合成的过程蛋白质合成的过程 蛋白质的运转机制蛋白质的运转机制Contents二、tRNA的结构、功能与种类tRNAtRNA在蛋白质合成中处于关键地位，它不但为每个三在蛋白质合成中处于关键地位，它不但为每个三联密码子翻译成氨基酸提供了联密码子翻译成氨基酸提供了接合体接合体，还为准确无误地，还为准确无误地将所需氨基酸运送到核糖体上提供了将所需氨基酸运送到核糖体上提供了运送载体运送载体（第

11、二遗传密码）（第二遗传密码）tRNAtRNA参与多种反应，并与多种蛋白质和核酸相互识别参与多种反应，并与多种蛋白质和核酸相互识别 ，这就决定了它们在结构上存在大量的共性。这就决定了它们在结构上存在大量的共性。作为氨基酸受体的作为氨基酸受体的tRNAtRNA在结构上必须具备以下在结构上必须具备以下识别位点识别位点: : A A、氨基酸接受位点氨基酸接受位点 B B、氨酰氨酰tRNAtRNA合成酶识别位点合成酶识别位点 C C、核糖体识别位点核糖体识别位点 D D、反密码子反密码子（一） tRNA的结构 三叶草型三叶草型各种各种tRNAtRNA均含有均含有70-8070-80个碱基，其个碱基，其中

12、中2222个碱基是恒定的。具个碱基是恒定的。具四臂四四臂四环环结构。结构。1.1.受体臂（受体臂（acceptor armacceptor arm）其其3 3端的最后端的最后3 3个碱基序列永远是个碱基序列永远是CCACCA此臂负责携带特异的氨基酸此臂负责携带特异的氨基酸。2.2.T TC C臂臂: : tRNA中含有胸腺嘧啶核苷酸-假尿嘧啶核苷酸-胞嘧啶核苷酸残基序列的茎-环结构。是是根根据据3 3个核苷酸命名的，其中个核苷酸命名的，其中（ Psi ）表示表示拟尿嘧啶，是拟尿嘧啶，是tRNAtRNA分子所拥分子所拥有的不常见核苷酸。常由有的不常见核苷酸。常由5 5bpbp的茎的茎和和7 7N

13、tNt和环组成。和环组成。此臂负责和核糖此臂负责和核糖体上的体上的rRNArRNA识别识别结合。结合。二级结构二级结构: : 3.3.反密码子臂反密码子臂( (anticodon anticodon arm):arm):常由常由5 5bpbp的茎区和的茎区和7 7NtNt的环的环区组成区组成，它它负责对密码子的识负责对密码子的识别与别与配对。配对。4.4.D D臂臂( (D arm):D arm):是根据它含有二是根据它含有二氢尿嘧啶（氢尿嘧啶（dihydrouracildihydrouracil）命命名的。茎区长度常为名的。茎区长度常为4 4bpbp。负责负责和氨基酰和氨基酰tRNAtRNA

14、聚合酶聚合酶结合结合。5.5.额外环额外环( (extra arm):extra arm):可变性可变性大，从大，从4 4 NtNt到到21 21 NtNt不等不等. .其功其功能是能是在在tRNAtRNA的的L L型三维结构中负型三维结构中负责连接两个区域责连接两个区域（D D环反密码环反密码子环和子环和TC-TC-受体臂）。受体臂）。 tRNAtRNA的的L L形三级结构形三级结构 酵母和大肠杆菌tRNA的三级结构都呈L形折叠式。这种结构是靠氢键来维持的，tRNA的三级结构与AA- tRNA合成酶的识别有关。 “L L”结构域结构域2. 2. -anti-codon anti-codon

15、arm arm （反密码子环（反密码子环或或 反密码子臂）反密码子臂） 位于位于”L L”另一端另一端，3. -3. -TC loop & DHU loop TC loop & DHU loop 位于位于“L L”两臂的交界处，利于两臂的交界处，利于“L L”结构的稳定结构的稳定 “L L”结构中碱基堆积力大，使其拓扑结构中碱基堆积力大，使其拓扑结构趋于稳定结构趋于稳定 wobble base wobble base （摆动基础成对）位（摆动基础成对）位于于“L L”结构末端，堆积力小，自由度结构末端，堆积力小，自由度大，使碱基配对摇摆大，使碱基配对摇摆1. -1. -aa a

16、ccept armaa accept arm（氨基酸接受臂）（氨基酸接受臂）位于位于“L L”的一端的一端 tRNA高级结构上的特点提供了研究其生物学功能的重要线索。 因为tRNA上所运载的氨基酸必须靠近位于核糖体大亚基上的多肽合成位点，而tRNA上的反密码子必须与小亚基上的mRNA相配对，所以分子中两个不同的功能基团功能基团是最大限度分离的是最大限度分离的。 这个结构形式很可能满足了蛋白质合成过程中对tRNA的各种要求而成为tRNA的通式，研究证实tRNA的性质是由反密码子而不是它所携带的氨基酸所决定的。（二） tRNA的功能1、解读mRNA的遗传信息2、运输的工具，运载氨基酸tRNA有两个

17、关键部位： 3端CCA：接受氨基酸，形成氨酰-tRNA。 与mRNA结合部位反密码子部位35ICCA-OH53CCA-OHG G CC C GtRNA凭借自身的反密码子与mRNA链上的密码子相识别，把所带氨基酸放到肽链的一定位置。1、起始tRNA和延伸tRNA（三） tRNA的种类能特异地识别mRNA模板上起始密码子的tRNA称起始tRNA，其他tRNA统称为延伸tRNA。真核生物：起始密码子AUG 所编码的氨基酸是Met，起始AA-tRNA为Met-tRNAMet。原核生物：起始密码子AUG 所编码的氨基酸并不是 甲硫氨酸本身, 而是甲酰甲硫氨酸，起始AA-tRNA为fMet-tRNAfMe

18、t2、同工tRNA（三） tRNA的种类 代表同一种氨基酸的tRNA称为同工tRNA。 同工tRNA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，能被相同的氨基酰-tRNA合成酶识别。3、校正tRNA（三） tRNA的种类 无义突变：在蛋白质的结构基因中，一个核苷酸的改变可能使代表某个氨基酸的密码子变成终止密码子（UAG、UGA、UAA），使蛋白质合成提前终止，合成无功能的或无意义的多肽，这种突变就称为无义突变。 错义突变：由于结构基因中某个核苷酸的变化使一种氨基酸的密码子变为另一种氨基酸的密码子，这种基因突变叫错义突变。 GGA（甘氨酸） AGA（精氨酸）无义突

19、变4-7P120错义抑制 错义突变 错义突变AUG AGA UAA AUG GGA UAA AUG AGA UAAUCU CCU UCU 抑制突变 Arg Gly Gly图 14-18 反密码子发生突变可抑制错义突变校正校正tRNAtRNA在进行校正过程中必须与正常的在进行校正过程中必须与正常的tRNAtRNA竞争结合密码子竞争结合密码子。无义突变的校正。无义突变的校正tRNAtRNA必须与释放因子竞争识别密码子；错义必须与释放因子竞争识别密码子；错义突变的校正突变的校正tRNAtRNA必须与该密码的正常必须与该密码的正常tRNAtRNA竞争，都会影响校正竞争，都会影响校正的效率。的效率。所以

20、，某个校正基因的效率不仅决定于反密码子与密码子的亲所以，某个校正基因的效率不仅决定于反密码子与密码子的亲和力，也决定于它在细胞中的浓度及竞争中的其他参数。一般和力，也决定于它在细胞中的浓度及竞争中的其他参数。一般说来，说来，校正效率不会超过校正效率不会超过50%50%。无义突变的校正基因无义突变的校正基因tRNAtRNA不仅能校正无义突变，也会抑制该基不仅能校正无义突变，也会抑制该基因因3 3 末端正常的终止密码子，导致翻译过程的通读，合成更末端正常的终止密码子，导致翻译过程的通读，合成更长的蛋白质，长的蛋白质，这种蛋白质过多就会对细胞造成伤害这种蛋白质过多就会对细胞造成伤害。同样，一个基因错

21、义突变的矫正也可能使另一个基因错误翻译同样，一个基因错义突变的矫正也可能使另一个基因错误翻译，因为如果一个校正基因在突变位点通过取代一种氨基酸的方，因为如果一个校正基因在突变位点通过取代一种氨基酸的方式校正了一个突变，它也可以在另一位点这样做，从而在正常式校正了一个突变，它也可以在另一位点这样做，从而在正常位点上引入新的氨基酸。位点上引入新的氨基酸。 遗传密码三联子 tRNAtRNA的结构、功能与种类的结构、功能与种类 核糖体的结构与功能核糖体的结构与功能 蛋白质合成的过程蛋白质合成的过程 蛋白质的运转机制蛋白质的运转机制Contents三、核糖体的结构与功能 （一）核糖体的结构肽链合成的“装

22、配机”-核糖体 核糖体像一个能沿核糖体像一个能沿mRNAmRNA模板移动的工厂，执行着蛋模板移动的工厂，执行着蛋白质合成的功能。它是由几白质合成的功能。它是由几十种蛋白质和几种核糖体十种蛋白质和几种核糖体RNARNA（ribosomal RNAribosomal RNA，rRNArRNA）组成的亚细胞颗粒。组成的亚细胞颗粒。 一个细菌细胞内约有一个细菌细胞内约有2000020000个核糖体个核糖体，而，而真核细真核细胞内可达胞内可达10106 6个个，在未成熟，在未成熟的蟾蜍卵细胞内则高达的蟾蜍卵细胞内则高达10101212。核糖体和它的辅助因子为蛋核糖体和它的辅助因子为蛋白质合成提供了必要条

23、件。白质合成提供了必要条件。 在生物细胞中，核糖体在生物细胞中，核糖体数量非常大。数量非常大。“Large” 50S subunit“Small” 30S subunittRNA (3 bound)核糖体的组成核糖体的组成 原核生物核糖体由约2/3的RNA及1/3的蛋白质组成。真核生物核糖体中RNA占3/5，蛋白质占2/5。核糖体核糖体是一个致密的核糖致密的核糖核蛋白颗粒核蛋白颗粒，可以解离为两个亚基，每个亚基都含有一个相对分子质量较大的rRNA和许多不同的蛋白质分子。 大肠杆菌核糖体小亚基小亚基有21种蛋白质，分别用S1S21表示，大亚基大亚基有36种蛋白质，分别用L1L36表示。真核生物细

24、胞核糖体大亚基大亚基含有49种蛋白质，小亚基小亚基有33种蛋白质。36图 4-9 原核和真核生物核糖体的组成及功能（P124）核糖体亚基 rRNAs 蛋白 RNA的特异顺序和功能 细菌 70S 50S 23S=2904b 36种(L1-L36）CGAAC和tRNA的GTCG互补2.5106D 5S=120b66%RNA 30S 16S=1542b 21种(S1-S21) 16SRNA(CCUCCU)和S-D 顺序(AGGAGG)互补 哺乳动物 80S 60S 28S=4718b 49种 有GAUC和tRNAfMat的TCG互补4.2106D 5S=120b 60%RNA 5.8S=160b 真

25、核生物特有，可能与原核5S功能类似 40S 18S=1874b 33种 和Capm7G结合 三、核糖体的结构与功能 （二）核糖体的功能：合成蛋白质核糖体的功能核糖体的功能 小亚基：结合小亚基：结合mRNAmRNA及及tRNAtRNA反密码区段反密码区段 功能功能 大亚基：结合大亚基：结合tRNAtRNA其它区段其它区段 A A位位氨酰氨酰tRNA tRNA 进入部位进入部位核糖体的活性中心核糖体的活性中心 P P位位与正在延伸的肽酰与正在延伸的肽酰 tRNAtRNA结合部位结合部位 核糖体包括至少核糖体包括至少5 5个活性个活性中心，中心，即即mRNAmRNA结合部位、结结合部位、结合或接受合

26、或接受AA- tRNAAA- tRNA部位（部位（A A位）、结合或接受肽基位）、结合或接受肽基tRNAtRNA的部位（的部位（P P位）及肽基转移部位）及肽基转移部位、形成肽键的部位（转肽位、形成肽键的部位（转肽酶中心），此外，还有负责酶中心），此外，还有负责肽链延伸的各种延伸因子的肽链延伸的各种延伸因子的结合位点。结合位点。 小亚基上拥有小亚基上拥有mRNAmRNA结合结合位点位点，负责对序列特异的识，负责对序列特异的识别过程，如起始位点的识别别过程，如起始位点的识别和密码子与反密码子的相互和密码子与反密码子的相互作用。作用。大亚基负责携带氨基大亚基负责携带氨基酸及酸及tRNAtRNA的功

27、能的功能，如肽键的，如肽键的形成、形成、AA- tRNAAA- tRNA、肽基肽基- - tRNAtRNA的结合等。的结合等。A A位、位、P P位、位、转肽酶中心转肽酶中心等主要在大亚基等主要在大亚基上。上。 E E位点是脱酰胺离开核糖位点是脱酰胺离开核糖体的位点。体的位点。 遗传密码三联子 tRNAtRNA的结构、功能与种类的结构、功能与种类 核糖体的结构与功能核糖体的结构与功能 蛋白质合成的过程蛋白质合成的过程 蛋白质的运转机制蛋白质的运转机制Contents四、蛋白质合成的过程已证明核酸是生命体内已证明核酸是生命体内最基本的物质，因为蛋最基本的物质，因为蛋白质的合成和结构最终白质的合成

28、和结构最终都取决于核酸，但都取决于核酸，但蛋白蛋白质质仍是生物活性物质中仍是生物活性物质中最重要的大分子组分，最重要的大分子组分，生物有机体的遗传学特生物有机体的遗传学特性仍然要通过蛋白质来性仍然要通过蛋白质来得到表达。得到表达。蛋白质的生物合成包括蛋白质的生物合成包括氨基酸活化、肽链的起氨基酸活化、肽链的起始、伸长、终止、蛋白始、伸长、终止、蛋白前体的加工。前体的加工。 GTP(一)氨基酸的活化氨基酸氨基酸 + tRNA氨基酰氨基酰- tRNAATP AMPPPi氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶 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合成酶具有校正活

29、性(proofreading activity) 。 氨基酰-tRNA的表示方法：Ala-tRNAAlaSer-tRNASerMet-tRNAMet 原核生物中，起始氨基酸是： 起始AA-tRNA是：真核生物中，起始氨基酸是： 起始AA-tRNA是：甲酰甲硫氨酸fMet-tRNAfMet甲硫氨酸Met-tRNAMet第一步反应第一步反应氨基酸氨基酸 ATP-E 氨基酰氨基酰-AMP-E AMP PPi目目 录录第二步反应第二步反应氨基酰氨基酰-AMP-E tRNA 氨基酰氨基酰-tRNA AMP E目目 录录 tRNA与酶与酶结合的模型结合的模型tRNA氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶ATP

30、(二)翻译的起始原核生物（细菌）为例：所需成分：30S小亚基、 50S大亚基、模板mRNA、 fMet-tRNAfMet、GTP、Mg2+翻译起始因子：IF-1、IF-2、IF-3、IF-3IF-1翻译起始(翻译起始复合物形成)又可被分成3步： （P129）1. 核蛋白体大小亚基分离2、30S小亚基通过SD序列与mRNA模板相结合。A U G53IF-3IF-13030S S小亚基首先与翻译起始因子小亚基首先与翻译起始因子IF-1IF-1，IF-3IF-3结合，结合，再在再在SDSD序列的帮助下与序列的帮助下与mRNAmRNA模板结合模板结合S-D序列序列 Initiation codon 3

31、030S S亚基具有专一性的识别和选择亚基具有专一性的识别和选择mRNAmRNA起始位点的性质起始位点的性质，而，而IF3IF3能协助能协助该亚基完成这种选择。研究发现，该亚基完成这种选择。研究发现，3030S S亚基通亚基通过其过其1616S rRNAS rRNA的的3 3末端与末端与mRNA5mRNA5端起始密码子上游碱基配对端起始密码子上游碱基配对结合。结合。ShineShine及及DalgarnoDalgarno等证明几乎所有原核生物等证明几乎所有原核生物mRNAmRNA上都有上都有一个一个5 5- -AGGAGGU-3AGGAGGU-3序列，这个富嘌呤区与序列，这个富嘌呤区与3030

32、S S亚基上亚基上1616S S rRNA 3rRNA 3末端的富嘧啶区序列末端的富嘧啶区序列5 5- -GAUCACCUCCUUA-3GAUCACCUCCUUA-3相互补。相互补。 各种各种mRNAmRNA的核糖体结合位点中能与的核糖体结合位点中能与1616S rRNAS rRNA配对的核配对的核苷酸数目及这些核苷酸到起始密码子之间的距离是不一样苷酸数目及这些核苷酸到起始密码子之间的距离是不一样的，反映了起始信号的不均一性。一般说来，的，反映了起始信号的不均一性。一般说来，相互补的核相互补的核苷酸越多，苷酸越多，3030S S亚基与亚基与mRNAmRNA起始位点结合的效率也越高起始位点结合的

33、效率也越高。互。互补的核苷酸与补的核苷酸与AUGAUG之间的距离也会影响之间的距离也会影响mRNA-mRNA-核糖体复合物核糖体复合物的形成及其稳定性的形成及其稳定性。IF-3IF-1IF-2GTP3.3.在IF-2和GTP的帮助下， fMet-tRNAfMet进入小亚基的P位，tRNA上的反密码子与mRNA上的起始密码子配对。A U G53IF-3IF-1IF-2GTPGDPPi4 4、带有tRNA、mRNA和3个翻译起始因子的小亚基复合物与50S大亚基结合，GTP水解，释放翻译起始因子。A U G53 细菌核糖体上一般存在三个与 -tRNA结合的位点，即A A位点（位点（aminoacyl

34、 siteaminoacyl site），），P P位点（位点（peptidyl sitepeptidyl site）和和E E位点（位点（Exit siteExit site）。只有fMet-tRNAfMetfMet能与第一个P位点相结合，其它所有tRNA都必须通过A位点到达P位点，再由E位点离开核糖体。真核生物翻译起始的特点真核生物翻译起始的特点真核生物蛋白质生物合成的起始机制与原核生物真核生物蛋白质生物合成的起始机制与原核生物基本相同，其差异主要基本相同，其差异主要核糖体较大,为；起始因子比较多； mRNA 5端具有m7Gppp帽子结构 Met-tRNAMet mRNA的5端帽子结构和3

35、端polyA都参与形成翻译起始复合物； 真核生物翻译起始复合物形成真核生物翻译起始复合物形成(区别原核生物区别原核生物) 原核生物中30S小亚基首先与mRNA模板相结合，再与fMet-tRNAfMet结合，最后与50S大亚基结合。而在真核生物中，40S小亚基首先与Met-tRNAMet相结合，再与模板mRNA结合，最后与60S大亚基结合生成80SmRNAMet-tRNAMet起始复合物（P131）。mRNA eIF-6 GDP+PielF-5ATPADP+PielF4E, elF4G, elF4A, elF4B,PABMetMet-tRNAMet-elF-2 -GTP真核生物翻译起始真核生物翻

36、译起始复合物形成过程复合物形成过程 肽链延伸由许多循环组成，每加一个氨基酸就是一个循环，每个循环包括：AA-tRNA与核糖体结合、 肽键的生成 和 移位。 延伸因子(elongation factor, EF) ： 原核生物：EF-T (EF-Tu, EF-Ts) EF-G 真核生物：EF-1 、EF-2 (三)肽链的延伸1、AA-tRNA与核糖体A位点的结合需要消耗GTP，并需EF-Tu、EF-Ts两种延伸因子通过延伸因子通过延伸因子EF-Ts再生再生GTP,形成形成EF-TuGTP复合物复合物EF-Tu-GDP+ EF-Ts EF-Tu-Ts + GDP EF-Tu-Ts + GTP EF

37、-Tu-GTP + EF-Ts重新参与下一轮循环2、肽键形成是由转肽酶/肽基转移酶催化3、移位核糖体向mRNA3端方向移动一个密码子。需要消耗GTP，并需EF-G延伸因子延长因子EF-G有转位酶( translocase )活性，可结合并水解1分子GTP，促进核蛋白体向mRNA的3侧移动 。fMetA U G53fMetTuGTP目目 录录原原核核肽肽链链合合成成终终止止过过程程 （四）肽链的终止 RF1：识别终止密码子UAA和UAG 终止因子 RF2：识别终止密码子UAA和UGA RF3：具GTP酶活性，刺激RF1和 RF2活性，协助肽链的释放（原核生物）真核生物只有一个终止因子（eRF）v

38、蛋白质的合成是一个高耗能过程蛋白质的合成是一个高耗能过程 AAAA活化活化 2 2个高能磷酸键（个高能磷酸键（ATPATP） 肽链起始肽链起始 1 1个（个（7070S S复合物形成，复合物形成，GTPGTP） 进位进位 1 1个（个（GTPGTP） 移位移位 1 1个（个（GTPGTP） 第一个氨基酸参入需消耗第一个氨基酸参入需消耗3 3个（活化个（活化2+2+起始起始1 1 ）以后每掺入一个以后每掺入一个AAAA需要消耗需要消耗4 4个（活化个（活化2 +2 +进位进位 1 1个个 + +移位移位1 1个）。个）。(五)蛋白质前体的加工1、N端fMet或Met的切除图4-20新生蛋白质经蛋

39、白酶切后变成有功能的成熟蛋白质2、二硫键的形成两个半胱氨酸-SH-SH -SH-SH -SH-SH 二硫键氧化3、特定氨基酸的修饰（图4-21） 磷酸化（核糖体蛋白）、糖基化（糖蛋白）、甲基化（组蛋白和肌肉蛋白）、乙基化（组蛋白）、羟基化（胶原蛋白）和羧基化小牛组蛋白H3前35个氨基体残基中的化学修饰4、切除新生肽链中非功能片段前胰岛素原蛋白翻译后成熟过程示意图(六)蛋白质的折叠 新生肽连在细胞内特定的部位，在多种蛋白质新生肽连在细胞内特定的部位，在多种蛋白质的帮助下卷曲成正确构象，大多数蛋白质的折的帮助下卷曲成正确构象，大多数蛋白质的折叠是边翻译边折叠的，至少有两类因子参与了叠是边翻译边折叠

40、的，至少有两类因子参与了折叠过程：折叠过程： 酶：二硫键异构酶、脯氨酰顺反异构酶酶：二硫键异构酶、脯氨酰顺反异构酶 分子伴侣：由若干在结构上不相关的蛋白质家族组分子伴侣：由若干在结构上不相关的蛋白质家族组成，但它们具有共同的功能，成，但它们具有共同的功能，在细胞内帮助其他多在细胞内帮助其他多肽链的结构完成正确的组装肽链的结构完成正确的组装，而且在组装完毕后与，而且在组装完毕后与之分离，不构成这些蛋白质在执行功能时的结构组之分离，不构成这些蛋白质在执行功能时的结构组分。分。热休克蛋白：应激反应蛋白,HSP70,HSP40和GrpE三个家族；伴侣素：HSP60,HSP10(原核生物中为GroEL,

41、GroES) 分子伴侣(七)蛋白质合成抑制剂 许多微生物可以生产抗生素，它们利用这些抗生许多微生物可以生产抗生素，它们利用这些抗生素作为化学防御武器抵御竞争者和来犯之敌。素作为化学防御武器抵御竞争者和来犯之敌。某些抗某些抗生素通过抑制肽键的形成防止细菌的生长。生素通过抑制肽键的形成防止细菌的生长。肽酰转移酶催化新生成的多肽酰转移酶催化新生成的多肽转移至嘌呤霉素的游离的氨基上。由于肽酰嘌呤肽转移至嘌呤霉素的游离的氨基上。由于肽酰嘌呤霉素在霉素在A位处的结合弱，很快就从核糖体上解离，因位处的结合弱，很快就从核糖体上解离，因此就可终止蛋白质的合成。此就可终止蛋白质的合成。临床上可用的抗生素应当是临床

42、上可用的抗生素应当是对细菌的蛋白质合成是特异的，而对人是没有对细菌的蛋白质合成是特异的，而对人是没有作用的抑制剂。作用的抑制剂。嘌呤霉素的作用机制嘌呤霉素的作用机制抑制蛋白质合成的起始，也能引起抑制蛋白质合成的起始，也能引起肽链延伸阶段的肽链延伸阶段的mRNA的错读，改变细菌中翻的错读，改变细菌中翻译的忠实性。译的忠实性。 是已知的毒性最大的毒素，只要是已知的毒性最大的毒素，只要一分子的白喉毒素就足可以使真核细胞内的延一分子的白喉毒素就足可以使真核细胞内的延伸因子伸因子eEF-2失活，导致死亡。失活，导致死亡。 是从蓖麻中分离出来的，其作是从蓖麻中分离出来的，其作用模式是通过除去腺嘌呤碱基使真

43、核生物的用模式是通过除去腺嘌呤碱基使真核生物的28S rRNA失活，导致翻译终止。失活，导致翻译终止。 干扰蛋白质生物合成的生物活性物质干扰蛋白质生物合成的生物活性物质n白喉毒素白喉毒素 对真核生物剧毒对真核生物剧毒n 可对可对EF-2起共价修饰作用起共价修饰作用n干扰素干扰素(interferon，IF)是细胞感是细胞感染病毒后产生的一类蛋白质。可抑染病毒后产生的一类蛋白质。可抑制病毒繁殖，保护宿主。制病毒繁殖，保护宿主。 遗传密码三联子 tRNAtRNA的结构、功能与种类的结构、功能与种类 核糖体的结构与功能核糖体的结构与功能 蛋白质合成的过程蛋白质合成的过程 蛋白质的运转机制蛋白质的运转

44、机制Contents五、蛋白质的运转机制蛋白性质 运转机制 主要类型 分泌 蛋白质在结合核糖体上合成，并以翻译-运转同步机制运输免疫球蛋白、卵蛋白、水解酶、激素等细胞器发育 蛋白质在游离核糖体上合成，以翻译后运转机制运输 核、叶绿体、线粒体、乙醛酸循环体、过氧化物酶体等细胞器中的蛋白质 膜的形成 两种机制兼有 质膜、内质网、类囊体中的蛋白质 表4-14 几类主要蛋白质的转运机制 P143 1、翻译-运转同步机制信号肽假说信号肽：常指新合成多肽链中用于指导蛋白质跨膜转移的N-末端氨基酸序列（有时不一定在N端）。信号序列特点：（1 1）一般带有）一般带有10-1510-15个疏水氨基酸；个疏水氨基

45、酸；（2 2）在靠近该序列）在靠近该序列N-N-端常常有端常常有1 1个或数个带正电个或数个带正电荷的氨基酸；荷的氨基酸；（3 3）在其）在其C-C-末端靠近蛋白酶切割位点处常常带有末端靠近蛋白酶切割位点处常常带有数个极性氨基酸，离切割位点最近的那个氨基数个极性氨基酸，离切割位点最近的那个氨基酸往往带有很短的侧链（丙氨酸或甘氨酸）。酸往往带有很短的侧链（丙氨酸或甘氨酸）。图 4-29信号肽假说内容：信号识别蛋白信号识别蛋白信号识别颗粒信号识别颗粒, signal recognition particle 图4-31 新生蛋白质通过同步转运途径进入内质网内腔的主要过程2、翻译后运转机制(1)(1

46、)线粒体蛋白质跨膜运转线粒体蛋白质跨膜运转（1）转运前以前体形式存在（2）需能过程 能量来自线粒体Hsp70引发的ATP水解和膜电位差（3）首先外膜上的Tom受体复合蛋白识别与Hsp70或MSF等分子伴侣相结合的等转运多肽 通过Tom和Tim组成的膜通道进入线粒体内腔图 4-32前导肽的作用与性质前导肽的作用与性质 一般特性：碱性氨基酸（如Arg）含量较丰富 羟基氨基酸（如Ser）含量较高 缺少酸性氨基酸 前导肽跨膜时首先与线粒体外膜上的受体相结合，研究表明，Tom受体可能是线粒体蛋白跨膜时最主要的受体蛋白； 前导肽的不同部位可能在跨膜运输过程中发挥不同的作用。(2)(2)叶绿体蛋白质的跨膜运转叶绿体蛋白质的跨膜运转（1）活性蛋白水解酶位于叶绿体基质内，这是鉴别翻译后转运的指标之一（2）叶绿体膜能特异性地与叶绿体蛋白的前体结合（3）叶绿体蛋白前体内可降解序列因植物和蛋白质种类不同而表现出明显的差异（3 3）核定位蛋白的运转机制）核定位蛋白的运转机制（1）核定位序列 (Nuclear localization signal, NLS)，一般不切除，可位于核蛋白的任何部位；（2）需要核运转因子，GTP酶供能蛋白质的降解 生物体内蛋白质的降解过程是一个有序的过程生物体内蛋白质的降解过程是一个有序的过程 半衰期：半衰期：3030s s 到到 许多天许多天 真核蛋白：数小时到数天，蛋