第十二章 翻译

1、第十二章第十二章 翻译翻译 翻译：翻译：translation translation 即蛋白质生物合成。即蛋白质生物合成。 把核酸中四种符号把核酸中四种符号(AGCT/U)(AGCT/U)组成的遗组成的遗传信息，以遗传密码破读的手段转变传信息，以遗传密码破读的手段转变为蛋白质的氨基酸排列顺序的过程。为蛋白质的氨基酸排列顺序的过程。第一节、参与蛋白质合成的物质第一节、参与蛋白质合成的物质 各种各种RNARNA、核糖体、氨基酸、酶、核糖体、氨基酸、酶 起始阶段：起始因子起始阶段：起始因子 延长阶段：延长因子延长阶段：延长因子 终止阶段：核糖体释放因子终止阶段：核糖体释放因子一、一、 mRNAmR

2、NA是翻译的模板是翻译的模板 原核生物的一种原核生物的一种mRNAmRNA往往编码几种功往往编码几种功能相近的蛋白质。能相近的蛋白质。 真核生物的真核生物的mRNAmRNA比原核生物多，但一比原核生物多，但一个个RNARNA分子一般只带有一种蛋白质的编分子一般只带有一种蛋白质的编码信息。码信息。遗传密码的特点遗传密码的特点 连续性连续性(commaless)(commaless)：密码之间没有间断：密码之间没有间断 简并性简并性(degeneracy)(degeneracy)： 大多数氨基酸有大多数氨基酸有2626个密码个密码 摆动性摆动性(wobble)(wobble)：密码的第三位碱基与反

3、：密码的第三位碱基与反密码的第一位碱基配对不严格密码的第一位碱基配对不严格 通用性通用性(universal)(universal)：全世界生物共用：全世界生物共用连续性连续性G C A G U A C A U G U C不连续的读法：不连续的读法：G C A C A G A G U G U A .密码之间没有密码之间没有核苷酸间断核苷酸间断简并性简并性 除了色除了色氨酸和氨酸和蛋氨酸蛋氨酸外，其外，其余氨基余氨基酸均有酸均有2 2 -6-6个三个三联体为联体为其编码。其编码。*摆动性摆动性 密码与反密码配对辨认密码与反密码配对辨认时，有时并不完全按照时，有时并不完全按照碱基互补规律。尤其是碱

4、基互补规律。尤其是密码的第三碱基对反密密码的第三碱基对反密码的第一位碱基，更常码的第一位碱基，更常出现这种摆动现象。出现这种摆动现象。mRNA密码子密码子tRNA 反反密密码码碱碱基基IUCmRNA 密密码码碱碱基基A，C，UA，GC，G，UCGI 反密码子反密码子GCC 密码子密码子通用性通用性除了动物细胞中的线粒体和植物细胞中的叶绿体外，除了动物细胞中的线粒体和植物细胞中的叶绿体外，从最简单的病毒、原核生物到人类都使用一套遗传密从最简单的病毒、原核生物到人类都使用一套遗传密码。码。二、核糖体是肽链合成的场所二、核糖体是肽链合成的场所 氨基酸首先在氨基酸首先在核糖体内合成核糖体内合成蛋白质，

5、再输蛋白质，再输送至细胞其它送至细胞其它组分中。组分中。 核糖体由大、核糖体由大、小亚基构成。小亚基构成。亚基中含有不亚基中含有不同的蛋白质和同的蛋白质和RNARNA。二、核糖体是肽链合成的场所二、核糖体是肽链合成的场所 大亚基：大亚基： tRNAtRNA结合位点：结合位点： P P位位：给出：给出AAAA，释放，释放 tRNA tRNA A A位位：接受：接受tRNA-AAtRNA-AA 转肽酶转肽酶，合成肽键，合成肽键 转位酶转位酶 小亚基：小亚基： 识别起始位点识别起始位点 与与mRNAmRNA形成复合物形成复合物三、三、tRNAtRNA和氨基酰和氨基酰tRNAtRNA tRNAtRNA

6、在蛋白质翻译中起接合的作用。在蛋白质翻译中起接合的作用。 tRNAtRNA的氨基酸臂上携带氨基酸。的氨基酸臂上携带氨基酸。 tRNAtRNA分子的反密码环与分子的反密码环与mRNAmRNA上的密码配上的密码配对。对。 密码密码- -反密码反密码- -氨基酸三联体保证了翻译的氨基酸三联体保证了翻译的准确性。准确性。氨基酰氨基酰-tRNA-tRNA的生成的生成 氨基酰氨基酰-AMP-E + tRNA -AMP-E + tRNA 氨基酰氨基酰-tRNA + AMP + E-tRNA + AMP + E 氨基酸氨基酸ATPATPE E 氨基酰氨基酰AMP-E + PPiAMP-E + PPi E :

7、E : 氨基酰氨基酰-tRNA-tRNA合成酶，具高度专一性合成酶，具高度专一性 1 . 1 . 存在于胞质中存在于胞质中 2 . 2 . 需需ATPATP供能供能, , 需需MgMg+, Mn, Mn+ + 3 . 3 . 有二个识别位点有二个识别位点 氨基酰氨基酰-tRNA-tRNA的书写的书写 Arg-tRNAarg Met-tRNAmetm fMet-tRNAmetf 原核生物起始密码子需要在原核生物起始密码子需要在Met-tRNAmetf上进行甲酰化，上进行甲酰化，而真核生物不需要。而真核生物不需要。 Met-tRNAmetf+FH4-CHO 转甲酰基酶转甲酰基酶 fMet-tRNA

8、metf 第二节、蛋白质生物合成过程第二节、蛋白质生物合成过程 起始起始 延长延长 终止终止原核生物的翻译起始原核生物的翻译起始 起始因子起始因子(IF)(IF)：胞液中的可溶性因子。：胞液中的可溶性因子。 已知有三种：已知有三种： IF-1IF-1：促进：促进IF-3IF-3与小亚基结合与小亚基结合 IF-2IF-2：使：使 fMet-tRNAmetf 与小亚基结合与小亚基结合 IF-3IF-3：使大小亚基分离：使大小亚基分离 核糖体结合序列核糖体结合序列：原核生物的：原核生物的mRNAmRNA有一有一非常保守的序列，与核糖体的非常保守的序列，与核糖体的16S-rRNA16S-rRNA结结合

9、，引导合，引导mRNAmRNA进入核糖体，这样的序列进入核糖体，这样的序列称为称为S-DS-D序列，也叫核糖体结合序列。序列，也叫核糖体结合序列。核糖体结合序列核糖体结合序列原核生物起始过程原核生物起始过程 70S70S核糖体核糖体IF3IF3IF1IF1 30S 30S小亚基小亚基 IF3 IF3 IF1 + 50SIF1 + 50S大亚基大亚基 fmet-tRNAfmet先形成先形成fmet tRNAfmet IF2 GTP，再与，再与小亚基和小亚基和mRNA形成复合物形成复合物 ，最后形成，最后形成70S起始复合物。起始复合物。 P位为位为mRNA上的上的AUG及及fmet tRNAfm

10、et 所占据所占据 , A位空缺。位空缺。70S 70S mRNA mRNA fmet fmet tRNAtRNAf fmetmet 70S 70S起始复合物起始复合物fmet-tRNAfmet+GTP+IF2 fmet tRNAfmet IF2 GTP +mRNA30S mRNA fmet tRNAfmet GTP IF1 IF2 IF350S IF1,IF2,IF3,GDP+Pi原核生物起始过程原核生物起始过程真核生物的翻译起始真核生物的翻译起始 起始因子起始因子（eIFeIF）：有）：有1010种种 起始甲硫氨酰起始甲硫氨酰tRNAmet无甲酰化无甲酰化 mRNAmRNA结构有所不同结构

11、有所不同 核糖体有所不同核糖体有所不同 原核生物与真核生物的翻译起始比较原核生物与真核生物的翻译起始比较真核生物的翻译起始真核生物的翻译起始二、肽链的延长二、肽链的延长 核糖体循环：核糖体循环：翻译过程中的肽链延长，翻译过程中的肽链延长， 延长因子：延长因子：延长过程所需的蛋白质因子延长过程所需的蛋白质因子称称 (EF)(EF)。 核糖体循环核糖体循环分为分为注册注册、成肽成肽和和转位转位三个三个步骤。步骤。二、肽链的延长二、肽链的延长原原核核生生物物功功能能真真核核生生物物EF-TuEF-Ts协协助助氨氨基基酰酰- -t tR RN NA A 进进入入 A A 位位, 结结合合 G GT T

12、P P EF-1 EF-G转转位位酶酶, 协协助助 m mR RN NA A前前移移,由由 A A 位位进进至至 P P位位; ; 释释放放 t tR RN NA A EF-2注册注册 注册：氨注册：氨基酰基酰-tRNA-tRNA根据遗传根据遗传密码的指密码的指引，进入引，进入核糖体的核糖体的A A位。位。mRNA成肽和转位成肽和转位 成肽由成肽由转肽酶转肽酶催化，反应在催化，反应在A A位上进行，位上进行，即即P P位上的蛋氨酸退位到位上的蛋氨酸退位到A A位成肽。成肽位成肽。成肽后无负载的后无负载的tRNAtRNA从核糖体上脱落下来。从核糖体上脱落下来。 转位：在转位：在A A位上的肽连同

13、位上的肽连同mRNAmRNA从从A A位进入位进入P P位。由位。由转位酶转位酶催化。这实际上是肽催化。这实际上是肽- -tRNA-mRNAtRNA-mRNA与核糖体位置的相对变更。与核糖体位置的相对变更。 注册注册、成肽成肽和和转位转位三个步骤多次反复，三个步骤多次反复，肽链就不断延长。肽链就不断延长。三、肽链合成的终止三、肽链合成的终止 肽链合成终止包括：肽链合成终止包括： 终止密码的辨认终止密码的辨认 肽链从肽肽链从肽-tRNA-tRNA上水解上水解 mRNAmRNA从核糖体中分离从核糖体中分离 核糖体大小亚基的拆分核糖体大小亚基的拆分三、肽链合成的终止三、肽链合成的终止 释放因子释放因

14、子RFRF： 终止过程中的蛋白质因子终止过程中的蛋白质因子 辨认终止密码辨认终止密码 促进肽链促进肽链C C端与端与tRNA 3-OHtRNA 3-OH酯键的水解，使酯键的水解，使肽链从翻译中的核糖体上释放下来。肽链从翻译中的核糖体上释放下来。 RF-1RF-1：UAAUAA和和UAGUAG； RF-2RF-2：UAAUAA和和UGAUGA； RF-3RF-3：结合：结合GTPGTP，促进，促进RF-1RF-1和和RF-2RF-2对核糖体对核糖体的结合。的结合。翻译的终止过程翻译的终止过程 当翻译到当翻译到A A位出现位出现mRNAmRNA的终止密码时，的终止密码时，由由RF-1RF-1或或R

15、F-2RF-2识别终止密码，进入识别终止密码，进入A A位。位。 释放因子的结合诱导核糖体上的转肽酶释放因子的结合诱导核糖体上的转肽酶将合成的肽链转移到水分子，将将合成的肽链转移到水分子，将P P位上肽位上肽链从链从tRNAtRNA分离出来。分离出来。 通过通过GTPGTP水解水解GDPGDP及及Pi Pi，使残留在核糖体，使残留在核糖体上的上的tRNAtRNA和各种释放因子脱离，最后核和各种释放因子脱离，最后核糖体从糖体从mRNAmRNA上脱落下来。上脱落下来。翻译的终止示意图翻译的终止示意图翻译的终止示意图翻译的终止示意图翻译的终止示意图翻译的终止示意图多聚核糖体多聚核糖体 在一条在一条m

16、RNAmRNA上常上常有多个核糖体呈有多个核糖体呈串珠状排列，串珠状排列，核核糖体是以多核糖糖体是以多核糖体形式存在体形式存在。 多核糖体的形成多核糖体的形成是由于一条是由于一条mRNAmRNA链上多个部位有链上多个部位有核糖体在进行蛋核糖体在进行蛋白质合成，这样白质合成，这样可以大大加速蛋可以大大加速蛋白质合成的速度，白质合成的速度，mRNAmRNA得到充分的得到充分的利用。利用。翻译全过程翻译全过程IF-1IF-3IF-2GTPfMet起始起始翻译全过程翻译全过程IF-1IF-3IF-2GTPfMetfMet核糖体循环核糖体循环翻译全过程翻译全过程fMet核糖体循环核糖体循环fMet翻译全

17、过程翻译全过程终止终止IF-1IF-3核糖体循环核糖体循环原核生物中：原核生物中：复制、转录、翻译同步，复制、转录、翻译同步，多肽合成后，进入大亚多肽合成后，进入大亚基的管腔内，经滑面内基的管腔内，经滑面内质网进高尔基体，进行质网进高尔基体，进行后加工。后加工。翻译后加工翻译后加工 翻译后加工：翻译后加工： posttranslational processionposttranslational procession 蛋白质合成后，还必须进行后加工，蛋白质合成后，还必须进行后加工，才能表现出生理活性，这些蛋白质的才能表现出生理活性，这些蛋白质的修饰过程称为修饰过程称为翻译后加工翻译后加工。翻

18、译后加工翻译后加工 去除去除N-N-甲酰基或甲酰基或N-N-蛋氨酸蛋氨酸 个别氨基酸的修饰个别氨基酸的修饰 亚基聚合亚基聚合 辅基连接辅基连接 水解修饰水解修饰 分泌性蛋白质分泌性蛋白质去除去除N-N-甲酰或甲酰或N-N-蛋氨酸蛋氨酸 由由脱甲酰基酶脱甲酰基酶或或氨基肽酶氨基肽酶催化催化 可与翻译同步可与翻译同步个别氨基酸的修饰个别氨基酸的修饰 脯氨酸脯氨酸羟羟脯氨酸脯氨酸 赖氨酸赖氨酸羟羟赖氨酸赖氨酸 磷酸化：磷酸化：SerSer、ThrThr、TyrTyr 二硫键的形成：二硫键的形成： 空间相邻的二个空间相邻的二个CysCys氧化而成氧化而成亚基聚合亚基聚合 具有四级结构的蛋白质由两条以上

19、肽链具有四级结构的蛋白质由两条以上肽链通过非共价键聚合，形成寡聚体，才有通过非共价键聚合，形成寡聚体，才有生物活性。生物活性。 HbHb： 2 2 2 2 PKCPKC：R R2 2C C2 2辅基连接辅基连接 蛋白质分为单蛋白质分为单纯蛋白质和结纯蛋白质和结合蛋白质两类。合蛋白质两类。 如糖蛋白、脂如糖蛋白、脂蛋白等都需要蛋白等都需要加工后才能生加工后才能生成。成。水解修饰水解修饰 在真核在真核 生物中，往往会有一条已合成的生物中，往往会有一条已合成的多肽链经翻译后加工产生多种不同活性多肽链经翻译后加工产生多种不同活性的蛋白质或肽。的蛋白质或肽。信号肽信号肽 ACTH -LT -MSHEnd

20、ophin -MSH103肽肽POMC分泌性蛋白质分泌性蛋白质 分泌蛋白质：分泌蛋白质： 合成后分泌到血液循环中，或再合成后分泌到血液循环中，或再到靶细胞去发挥功能的蛋白质。到靶细胞去发挥功能的蛋白质。 信号肽：信号肽：具疏水性的肽段，可使蛋白质移向细具疏水性的肽段，可使蛋白质移向细胞膜并与细胞膜结合，然后将合成的蛋白质送胞膜并与细胞膜结合，然后将合成的蛋白质送出细胞。出细胞。 大多数分泌性蛋白质是一种蛋白质前身。大多数分泌性蛋白质是一种蛋白质前身。 肽类激素、血浆蛋白、凝血因子、抗体蛋白、肽类激素、血浆蛋白、凝血因子、抗体蛋白、蛋白酶等蛋白酶等第四节、抗生素对翻译的抑制作用第四节、抗生素对翻

21、译的抑制作用 抗生素抗生素一般是细菌或真菌所产生的具有一般是细菌或真菌所产生的具有抑制其它生物生长的物质。抑制其它生物生长的物质。 抗生素因具有杀菌或抑制细菌生长的作抗生素因具有杀菌或抑制细菌生长的作用而被广泛用于临床，部分用于科研。用而被广泛用于临床，部分用于科研。 某些抗生素可抑制翻译某些抗生素可抑制翻译四环素四环素 抑制起始氨基酰抑制起始氨基酰-tRNA-tRNA与原核生物或真核与原核生物或真核细胞的核糖体小亚基的结合而抑制翻译细胞的核糖体小亚基的结合而抑制翻译 由于不能透过真核细胞膜，故只能对原由于不能透过真核细胞膜，故只能对原核细胞的翻译过程发生抑制。核细胞的翻译过程发生抑制。氯霉素氯霉素 能与原核生物的核糖体大亚基结合，抑能与原核生物的核糖体大亚基结合，抑制转肽酶活性而阻断翻译的延长过程。制转肽酶活性而阻断翻译