第三章生物信息的传递下翻译详解

第三章生物信息的传递下翻译详解演示文稿第一页，共一百六十八页。优选第三章生物信息的传递下翻译第二页，共一百六十八页。第三页，共一百六十八页。●遗传密码——三联子

●tRNA的结构、功能与种类●核糖体的结构与功能●蛋白质合成的过程●蛋白质的运转机制第四页，共一百六十八页。第一节遗传密码——三联子1,基本概念2,遗传密码的研究历史3,遗传密码的性质

第五页，共一百六十八页。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(tripletcoden)

。mRNA5’GCUAGUACAAAACCU3’第六页，共一百六十八页。

一、遗传密码是三联体的推测

1、遗传密码的前期测想

1944年奥地利物理学家薛定谔(E.Schrodinger)出版了(Whatislife)一书,书中指出:生物学和物理学的主要问题是有机体的信息传递问题,基因由许多异构单位组成,这些单位的确切性和连续性决定着微型密码.微型密码是丝毫不错的对应于一个高度复杂的特定发育计划,并且包含了使密码发生作用的手段,这一点已经不是难以想象的了.（二）三联子密码破译第七页，共一百六十八页。

2、遗传密码是三联体的推测

1954年俄裔美国理论物理学家伽莫夫（G.Gamow）在自然杂志发表《脱氧核糖核酸与蛋白质之间的关系》

论文，提出遗传密码的构想，认为在双螺旋结构中，四个碱基之间形成一定空穴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定一种氨基酸，因为氨基酸有20种.

一个碱基决定一种氨基酸时只能决定41=4种两个碱基决定一个氨基酸时只能决定42=16种三个碱基决定一个氨基酸时能决定43=64种

重叠的密码子更为经济有效???第八页，共一百六十八页。mRNA5′

AUCGACCUGAGC3′420(×)mRNA5′

AUCGACCUGAGC3′42=1620(×)mRNA5′AUCGACCUGAGC3′43=6420(√)核苷酸序列氨基酸序列第九页，共一百六十八页。第十页，共一百六十八页。

二、遗传密码是三联体的证实

1961年，克里克与布伦纳合作，利用大肠杆菌的T4

噬菌体作实验。

T4噬菌体r+：能在大肠杆菌B菌株生长形成嗜菌斑能在大肠杆菌K菌株上生长形成嗜菌斑

T4噬菌体r¯:不能在K菌株上生长，不形成嗜菌斑用可以引起移码突变的丫啶类药物处理野生型噬菌体，在此噬菌体DNA发生缺失1个、2个、3个或插入1

个、2个、3个核苷酸的各种突变类型第十一页，共一百六十八页。

1、缺失一个核苷酸时在K菌株上不生长

ABCABCABCABCABCABCABCABCABABCABCABCABCABC

插入一个核苷酸时在K菌株上不生长

ABCABCABCABCABCABCABCABCABCCABCABCABCABCABC

2、缺失两个核苷酸时在K菌株上不生长

ABCABC

ABCABCABCABCABCABBCABCABCABC

插入两个核苷酸时在K菌株上不生长

ABCABCABCABCABCABCABCABCABCCABCABCCABCABCABC第十二页，共一百六十八页。

3、缺失三个核苷酸时在K菌株上生长（拟野生型）

ABCABC

ABCABCABCABCABCABABABABCABC

插入三个核苷酸时在K菌株上生长（拟野生型）

ABCABCABCABCABCABCABCABCABCCABCABCCABCCABCABC

以上实验证明遗传密码是三联体，因为，若是二联体时，缺失或插入三个核苷酸时不会成为拟野生型的，既不能在K菌株上生长

以上试验结果还表明,三联体密码是非重叠,而且连续编码并无标点符号隔开,这是基因与蛋白质共线性的最早证据.第十三页，共一百六十八页。三、遗传密码的破译Nirenberg尼伦伯格,1927-敏锐,大胆,睿智和创新是科学家的重要素养,一个善于捕捉细节的人才是能领略事物真谛的人.一1968年诺贝尔生理学或医学奖获奖时说第十四页，共一百六十八页。

1、初步破译

1961年春天，当克里克和布伦纳在讨论论证遗传密码为三联体的时候，美国两位年轻的生化学家尼伦伯格（）和马太（）就开始悄悄的进行遗传密码的破译。第十五页，共一百六十八页。大肠杆菌无细胞蛋白合成体系背景资料第十六页，共一百六十八页。1961年Nirenberg建立了无细胞系统这一新技术又是在多核苷酸磷酸化酶发现的基础上建立起来的。1955S.Ochoa在细菌中分离了多核苷酸磷酸化酶（polynucleotidephosphorylase）,合成RNA时不需要DNA模板，使结合上去的核苷酸完全是随机的。

(奥乔亚Ochoa,1959)第十七页，共一百六十八页。SeveroOchoaMonumentoutsidetheSchoolofMedicineoftheComplutenseUniversityofMadrid，Spain.(September24,1905–November1,1993)wasaSpanish-American

biochemist,In1959,OchoawasawardedtheNobelPrizeforPhysiologyorMedicineforhisworkonthesynthesisofRNA.第十八页，共一百六十八页。方法是:

(1)大肠杆菌细胞破碎，离心除去细胞碎片(2)去模板：370C温育，内源mRNA模板降解（3）加入polU：合成了多聚苯丙氨酸。（4）试管中的氨基酸只用14C标记，根据标记结果推断合成的氨基酸种类。第十九页，共一百六十八页。

1、初步破译UUUUU20atRNAaseUUUUU20atRNAaseUUUUU20atRNAase

标赖标苯丙标苏

×

×第二十页，共一百六十八页。

每一个试管中的20种氨基酸只用14C标记一种氨基酸，共用20个试管，结果发现用人工合成的多聚U

时得到的是多聚苯丙氨酸，说明苯丙氨酸的遗传密码是UUU

AAAAAAAAAAAAAAAAAAAA20atRNA20atRNA20atRNAaseasease

标赖标苏标色

说明赖氨酸密码子是AAA

××第二十一页，共一百六十八页。

用同样方法证明CCC为脯氨酸的密码子

GGG为甘氨酸的密码子

1961年8月尼伦伯格在莫斯科召开的第五届国际生化会议上宣读了论文，与会的代表们异常兴奋，讨论热烈，尤其是参加会议的克里克、沃森听完后激动万分，意识到彻底破译遗传密码的时刻已经到来，分子生物学将面临一次大的飞跃。

第二十二页，共一百六十八页。遗传密码已证明为三联体，四个密码已有代表的氨基酸，有64种密码子，那么：

另外60种决定什么氨基酸呢？另外16种氨基酸的密码子是什么呢？

第二十三页，共一百六十八页。在取得第一阶段突破性成果之后，尼伦贝格用混合的核苷酸制备人工合成的mRNA模板，分别测试其作用。由于当时还未分离RNApol酶，无法按设计的模板来合成RNA，Nirenberg又想出了一种新的方法，就是按一定的碱基比例来合成RNA。2、进一步破译第二十四页，共一百六十八页。按比例加入２种核苷混合的多聚物比如在底物中加5份的UDP和1份的GDP，碱基比为U：G＝5：1，它们能组成8种三联体：

UUU，UUG，UGU，GUU，

GGG，GGU，GUG，UGG。

U和G将随机地加入到三联体中，这样按比例各个位于上进入U和G的概率不同，如氨基酸测定结果：第二十五页，共一百六十八页。如UUU：UGG＝（555）:（511）＝25：1同理UUU：UUG＝5：1，根据检测结果推测:苯丙氨酸（UUU）：半胱氨酸（UGU）＝5：1苯丙氨酸（UUU）：缬氨酸（GUU）＝5：1苯丙氨酸（UUU）：甘氨酸（GUU）＝5：1第二十六页，共一百六十八页。

1961—1964年，美国国立卫生研究院的尼伦伯格、利用建立的无细胞反应系统：U=0.87A=0.13

U=0.39U=0.76C=0.61

G=0.24

含UA的RNA

含UC的RNA

含UG的RNA

RNA中每种核苷酸的比例取决于各种核苷酸的比例第二十七页，共一百六十八页。

多核苷酸链

UAUCUG密码子推断相对碱基含量

U=0.87U=0.39U=0.76A=0.13C=0.61G=0.24以U3为100%时三联体相对几率

U3=100U3=100U3=100U2A=13U2C=157U2G=32UA2=2.2UC2=244UG2=10.6A3=0.3C3=382G3=3.4苯丙氨酸100100100U3精氨酸001.1丙氨酸1.900丝氨酸0.41603.2U2C脯氨酸02850UC2酪氨酸1300U2A异亮氨酸121.01.0U2A缬氨酸0.6037U2G亮氨酸4.917936U2CU2G半胱氨酸4.9035U2G色氨酸1.1014UG2甘氨酸4.7012UG2

第二十八页，共一百六十八页。

在UA中、UC中、UG中U3

作为100时苯丙氨酸出现的频率为100，则苯丙氨酸的密码子为U3

在UC中U2C概率为157，丝氨酸出现的频率为160，则丝氨酸的密码子为U2C（UUC、UCU、CUU）在UC中UC2概率为244，脯氨酸的频率为285，脯氨酸的密码子为UC2（UCC、CUC、CCU）在UA中U2A概率为13，酪氨酸的频率为13，酪氨酸的密码子为U2A（UUA、AUU、UAU）

第二十九页，共一百六十八页。用此方法搞清了许多氨基酸的密码子组合，但仅仅是知道组合，具体的顺序搞不清，例如：

U2A组合，是UUA还是AUU还是UAU呢？

U2C组合，是UUC还是UCU？还是CUU呢？上表中可以看到U2G可代表缬氨酸又可代表半胱氨酸和亮氨酸，究竟代表那一种呢？

第三十页，共一百六十八页。为了搞清密码子中核苷酸顺序，尼伦贝格巧妙地设计了第三阶段的实验。他采用的是核糖体结合法新技术，并且加入的模板一律改为具有一定顺序的单个三联体。实验仍在无细胞体系中进行。他们的小组合成了全部64种单个的、顺序固定的三联体密码。实验结果能使50种密码子所对应的氨基酸能确定下来。实验中发现，有三个密码子并不编码任何氨基酸，后来知道它们是终止信号。第三十一页，共一百六十八页。

3、完全破译

1964年，尼伦伯格发现蛋白质翻译过程中三个特点:

每一种氨基酸在酶作用下与自己对应的tRNA结合

tRNA能识别自己所携带的氨基酸的三联体密码三联体密码都在核糖体上，翻译起始后形成一个复合体

tRNA核糖体mRNA三氨基酸联体密码

上述结合的复合体大分子是不能通过硝酸纤维滤膜的微孔，而tRNA-氨基酸的复合体是可以通过的。第三十二页，共一百六十八页。第三十三页，共一百六十八页。

第一步：人工合成只含三个核苷酸的片段，如UUG、

UGU、GUU等

第二步：将三个核苷酸的片段与大肠杆菌核糖体结合

第三步：配制含20种氨基酸和相应tRNA的溶液1—20

号，每号溶液中各有一种氨基酸是14C标记的

第四步：将含有核苷酸片段的核糖体、配制的溶液加在一起，然后硝酸纤维素膜过滤，其他东西可以滤掉，但核糖体过滤不掉，测定核糖体上的放射性可以知道那种氨基酸结合到了核糖体上，测知那种氨基酸的密码子第三十四页，共一百六十八页。

123420

核糖体核糖体核糖体核糖体核糖体

5UUG35UUG35UUG35UUG35UUG3tRNAtRNAtRNAtRNAtRNAaaaaa

色氨酸赖氨酸亮氨酸组氨酸丙氨酸

过滤膜上过滤膜上过滤膜上过滤膜上过滤膜上无放射性无放射性有放射性无放射性无放射性…...

用此方法测得UUG是亮氨酸的密码子第三十五页，共一百六十八页。

起始密码的确定：

Nirenberg的三联体结合试验是在体外进行的试验，合成时能从任何一个密码子开始，可以合成任意一个氨基酸开头的多肽链。分不清哪个是起始密码子

1966年，剑桥分子研究中心等发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，且都是从AUG这个密码子开始，因此，把AUG定为起始密码子。第三十六页，共一百六十八页。

123420

核糖体核糖体核糖体核糖体核糖体

5UAA35UAA35UAA35UAA35UAA3tRNAtRNAtRNAtRNAtRNAaaaaa

色氨酸赖氨酸苏氨酸精氨酸酪氨酸过滤膜上过滤膜上过滤膜上过滤膜上过滤膜上无放射性

无放射性

无放射性

无放射性无放射性

说明UAA为终止密码子，同样方法测得UAG、UGA也为终止密码子第三十七页，共一百六十八页。终止密码子的破译：

1965年剑桥分子研究中心的Brenner,发现

E.coli一些无义突变型是在色氨酸位置上变化,由UGG

变成UGA，把UGA定为终止码在酪氨酸位置上变化，由UAC、UAU变成UAA、UAG，所以把UAA、UAG码子也定为终止密码终止密码子的推测：

Nirenberg的试验发现UAA、UAG、UGA

三个密码子不能代表任何的氨基酸。第三十八页，共一百六十八页。

重复共聚物法破译遗传密码：

1965年美国Khorana设计了更为巧妙的方法合成2个、3个或4个核苷酸为单位的重复

mRNA片段通过对比各片段翻译的氨基酸来进行密码破译方法第三十九页，共一百六十八页。利用重复共聚物破译密码Khorara采用了有机合成一条短的单链DNA重复顺序；然后用DNApol1合成其互补链；再用RNApol及不同的底物合成两条重复的RNA共聚物，作为翻译的mRNA，加入到体外表达系统中。第四十页，共一百六十八页。第四十一页，共一百六十八页。

UCUCUCUCUCUCUCUCUCUCUCUC

UCUCUCUCUCUCUCUCUCUCUCUC共聚物丝亮丝亮丝亮丝亮翻译物

亮丝亮丝亮丝亮

有UCUCUC两种读法

每次标记1种氨基酸第四十二页，共一百六十八页。

UUCUUCUUCUUCUUCUUCUUCUUCUUCUUCUUCUUCUUCUUCUUCUUC共聚物

苯苯苯苯苯苯苯苯丝丝丝丝丝丝丝丝多聚翻译物亮亮亮亮亮亮亮亮

有UUC、UCU、CUU三种读法每次试验标记1种氨基酸第四十三页，共一百六十八页。完整的密码子表，由与尼伦贝格共获1968年诺贝尔生理学或医学奖的霍拉纳（Khorana，HarGobind，1922-）共同确定的。第四十四页，共一百六十八页。第四十五页，共一百六十八页。●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。第四十六页，共一百六十八页。（三）遗传密码的性质1、简并性2、普遍性与特殊性3、连续性4、摆动性第四十七页，共一百六十八页。（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性（degeneracy），对应于同一氨基酸的密码子称为同义密码子（synonymouscodon）。第四十八页，共一百六十八页。第四十九页，共一百六十八页。减少了变异对生物的影响第五十页，共一百六十八页。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例外第五十一页，共一百六十八页。（三）遗传密码的性质2、普遍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。第五十二页，共一百六十八页。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密码子使用情况的比较第五十三页，共一百六十八页。（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码连续阅读，密码间既无间断也无交叉。第五十四页，共一百六十八页。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(frameshiftmutation)。第五十五页，共一百六十八页。从mRNA5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(openreadingframe,ORF)。

第五十六页，共一百六十八页。（三）遗传密码的性质4、摆动性转运氨基酸的tRNA上的反密码子需要通过碱基互补与mRNA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则，第三对碱基有一定的自由度，可以“摆动”，这种现象称为密码子的摆动性。第五十七页，共一百六十八页。U摆动配对第五十八页，共一百六十八页。第五十九页，共一百六十八页。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第六十页，共一百六十八页。第二节

tRNA的结构、功能与种类

（一）tRNA的结构

1、二级结构：三叶草形第六十一页，共一百六十八页。第六十二页，共一百六十八页。各种tRNA均含有70-80个碱基，其中22个碱基是恒定的。

5’端和3’端配对（常为7bp）形成茎区，称为受体臂（acceptorarm）或称氨基酸臂。在3’端永远是4个碱基（XCCA）的单链区，在其末端有2’-OH或3’-OH，是被氨基酰化位点。此臂负责携带特异的氨基酸。TψC常由5bp的茎和7Nt和环组成。此臂负责和核糖体上的rRNA识别结合；第六十三页，共一百六十八页。反密码子臂(anticodonarm)常由5bp的茎区和7Nt的环区组成，它负责对密码子的识别与配对。

D环(Darm)的茎区长度常为4bp，也称双氢尿嘧啶环。负责和氨基酰tRNA聚合酶结合。

额外环(extraarm)可变性大，从4Nt到21Nt不等，其功能是在tRNA的L型三维结构中负责连接两个区域（D环－反密码子环和TψC-受体臂)。第六十四页，共一百六十八页。二、tRNA的结构、功能与种类

（一）tRNA的结构

2、三级结构：“L”形第六十五页，共一百六十八页。第六十六页，共一百六十八页。第六十七页，共一百六十八页。（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—反密码子部位第六十八页，共一百六十八页。3’5’ICCA-OH5’3’CCA-OHGGCCCGtRNA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。第六十九页，共一百六十八页。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.第七十页，共一百六十八页。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-tRNAiMet。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-tRNAfMet第七十一页，共一百六十八页。2、同功tRNA代表同一种氨基酸的tRNA称为同功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。第七十二页，共一百六十八页。三、核糖体的结构与功能（一）核糖体的结构第七十三页，共一百六十八页。

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，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（sedimentationcoefficient）。蛋白质、核酸等的沉降系数在1×10-13到200×10-13秒之间。为方便将10-13秒作为一个单位，称Svedberg单位，用S表示。其数值不仅与物质分子的质量有关，也与分子的形状有关。第七十四页，共一百六十八页。TheodorSvedberg（August30,1884–February25,1971）

SwedenTheNobelPrizeinChemistry1926

“forhisworkondispersesystems”Duringthiswork,hedevelopedthetechniqueofanalyticalultracentrifugation,anddemonstrateditsutilityindistinguishingpureproteinsonefromanother.第七十五页，共一百六十八页。核糖体的组成第七十六页，共一百六十八页。

原核和真核生物核糖体的组成及功能核糖体亚基rRNAs蛋白RNA的特异顺序和功能

细菌

70S50S23S31种(L1-L31）2.5×106D5S含CGAAC和GTψCG互补66%RNA30S16S21种(S1-S21)16SRNA(CCUCCU)和S-D

顺序(AGGAGG)互补

哺乳动物

80S60S28S49种4.2×106D5S60%RNA5.8S

40S18S33种和Capm7G结合

第七十七页，共一百六十八页。三、核糖体的结构与功能（二）核糖体的功能：合成蛋白质第七十八页，共一百六十八页。在单个核糖体上，可化分多个功能活性中心，在蛋白质合成过程中各有专一的识别作用和功能。●mRNA结合部位——小亚基●结合或接受AA-tRNA部位（A位）——大亚基●结合起始氨酰tRNA和肽基tRNA（P位）——小亚基●肽基转移酶活性位点——P位和A位连接处第七十九页，共一百六十八页。第八十页，共一百六十八页。四、蛋白质合成的过程氨基酸的活化翻译的起始肽链的延伸肽链的终止第八十一页，共一百六十八页。(一)氨基酸的活化氨基酸+tRNA氨基酰-tRNAATP

AMP＋PPi氨基酰-tRNA合成酶第八十二页，共一百六十八页。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合成酶具有校正活性.氨基酰-tRNA的表示方法：Ala-tRNAAla

Ser-tRNASerMet-tRNAMet

第八十三页，共一百六十八页。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-tRNAiMet第八十四页，共一百六十八页。第一步反应氨基酸＋ATP—→氨基酰-AMP

＋AMP＋PPi

第八十五页，共一百六十八页。第二步反应氨基酰-AMP-E＋

tRNA↓

氨基酰-tRNA＋AMP

＋

E第八十六页，共一百六十八页。

tRNA与酶结合的模型tRNA氨基酰-tRNA合成酶ATP第八十七页，共一百六十八页。(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第八十八页，共一百六十八页。IF-3IF-1翻译起始(翻译起始复合物形成)又可被分成4步：1.核糖体大小亚基分离:在IF1、IF3参与下，70S核糖体解离为50S大亚基和30S小亚基，IF3与30S小亚基结合。IF1占据A位；第八十九页，共一百六十八页。第九十页，共一百六十八页。2、30S小亚基通过SD序列与mRNA模板相结合:

mRNA模板结合在30S

小亚基上,并使小亚基上的P位正好对准mRNA上的AUG位，形成mRNA—30S—IF1—IF3复合物；AUG5'3'IF-3IF-1第九十一页，共一百六十八页。S-D序列：mRNA起始密码AUG上游约8~13个核苷酸处，有4~9个核苷酸组成的富含嘌呤的一致序列，以…AGGA…为核心,

可与核糖体小亚基16S-rRNA上富含嘧啶序列相结合,有利于翻译的正确起始。

第九十二页，共一百六十八页。IF-3IF-1IF-2GTP3.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。AUG5'3'第九十三页，共一百六十八页。IF-3IF-1IF-2GTPGDPPi4、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。AUG5'3'第九十四页，共一百六十八页。IF-3IF-1AUG5'3'IF-2GTPIF-2-GTPGDPPi第九十五页，共一百六十八页。真核生物翻译起始的特点

●核糖体较大,为80S；●起始因子比较多；●mRNA5′端具有m7Gppp帽子结构●Met-tRNAMet

●mRNA的5′端帽子结构和3′端polyA都参与形成翻译起始复合物；

第九十六页，共一百六十八页。真核生物翻译起始复合物形成(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80S·mRNA·Met-tRNAMet起始复合物。第九十七页，共一百六十八页。met40S60SMetMet40S60SmRNAeIF-2B、eIF-3、

eIF-6①elF-3②GDP+Pi各种elF释放elF-5④ATPADP+PielF4E,elF4G,elF4A,elF4B,PAB③MetMet-tRNAMet-elF-2

-GTP真核生物翻译起始复合物形成过程第九十八页，共一百六十八页。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(elongationfactor,EF)：

原核生物：EF-T(EF-Tu,EF-Ts)EF-G

真核生物：EF-1、EF-2(三)肽链的延伸第九十九页，共一百六十八页。1、AA-tRNA与核糖体A位点的结合

需要消耗GTP，并需EF-Tu、EF-Ts两种延伸因子一个新的氨酰tRNA与EF-Tu-GTP结合后进入核糖体，然后GTP水解为GDP后到达A位，EF-Tu-GDP释放，再与EF-Ts和GTP形成EF-Tu-GTP参与下一轮反应；P位：被fMet—tRNAf占据；

A位：氨酰tRNA。第一百页，共一百六十八页。第一百零一页，共一百六十八页。通过延伸因子EF-Ts再生GTP,形成EF-Tu·GTP复合物

EF-Tu-GDP+EF-TsEF-Tu-Ts+GDP

EF-Tu-Ts+GTPEF-Tu-GTP+EF-Ts重新参与下一轮循环第一百零二页，共一百六十八页。

2、肽键形成P位的甲酰甲硫氨酰基在肽基转移酶作用下转移到A位的氨酰tRNA的氨基上形成第一个肽键；P位：tRNAf

A位：肽基tRNA。第一百零三页，共一百六十八页。通过氨酰基－转移反应形成肽键第一百零四页，共一百六十八页。是由转肽酶/肽基转移酶催化

第一百零五页，共一百六十八页。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延伸因子第一百零六页，共一百六十八页。结果：A位上的肽基tRNA到达P位，A位空出；

P位上的tRNAf移到E位,排出核糖体，P位上是肽基tRNA。延伸因子EF-G有转位酶(translocase)活性，可结合并水解1分子GTP，促进核糖体向mRNA的3'侧移动。第一百零七页，共一百六十八页。第一百零八页，共一百六十八页。fMetAUG5'3'fMetTuGTP第一百零九页，共一百六十八页。第一百一十页，共一百六十八页。起始因子生物功能原核生物IF-1促进大、小亚基分离，占据A位防止结合其他tRNAIF-2促进起始tRNA与小亚基结合IF-3阻止大小亚基的重新结合，提高P位对结合起始tRNA的敏感性真核生物eIF-2促进起始tRNA与小亚基结合eIF-2B，eIF-3最先结合小亚基促进大、小亚基分离IF-4AeIF-4F复合物成分，有解螺旋酶活性，促进mRNA结合小亚基IF-4B结合mRNA，促进mRNA扫描定位起始tRNAIF-4EeIF-4F复合物成分，结合mRNA5`-帽子IF-4GeIF-4F复合物成分，结合eIF-4E和PABeIF-5促进各种起始因子从小亚基解离，进而结合大亚基eIF-6促进核蛋白体分离成大、小亚基原核、真核生物各种起始因子的生物功能第一百一十一页，共一百六十八页。肽链合成的延伸因子原核生物功能真核生物EF-TuEF-Ts促进氨基酰-tRNA进入A位，结合分解GTP调节亚基EF-1EF-2EF-G有转位酶活性，协助mRNA-肽酰-tRNA由A位前移至P位，促进卸载tRNA释放第一百一十二页，共一百六十八页。

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）（四）肽链的终止第一百一十三页，共一百六十八页。

当A位上对应于mRNA的终止密码子时，终止因子作用于A位，使多肽链从核糖体上释放，同时核糖体离开mRNA，解离为50S、30S二个亚基，重新进入下一条多肽链的合成；或变为单核糖体。第一百一十四页，共一百六十八页。原核肽链合成终止过程

第一百一十五页，共一百六十八页。五、蛋白质的运转机制第一百一十六页，共一百六十八页。NTERBLOBEL1936年5月21日出生于德国1999年获得诺贝尔生理或医学奖第一百一十七页，共一百六十八页。获得者:京特·布洛贝尔成就:发现了蛋白质带有控制其在细胞中传输和定位的信号简介:瑞典科学院在宣布获奖结果时称：“人类的许多遗传疾病是由于在这些信号和传输机制中的错误导致的。”“布洛贝尔的贡献将大大促进对作为‘蛋白质’工厂的细胞的有效利用，有助于开发生产对人类至关重要的新药。”获奖声明中称布洛贝尔的工作具有多层重要含义。“比如原发性过草酸尿是一种遗传病，可以引发早年肾结石，它和囊性纤维变性等遗传病都是由蛋白质不能传输到位而引起的。”第一百一十八页，共一百六十八页。基本概念:信号肽（signalpeptide）:

常指新合成多肽链中用于指导蛋白质跨膜转移（定位）的N-末端的氨基酸序列（有时不一定在N端）。

第一百一十九页，共一百六十八页。●信号序列特点：（1）一般带有10-15个疏水氨基酸；（2）在靠近该序列N-端常常有1个或数个带正电荷的氨基酸；第一百二十页，共一百六十八页。第一百二十一页，共一百六十八页。细菌中蛋白质的越膜

信号肽（N端信号序列）:分泌蛋白的N端15～30个AA的前导序列为越膜信号。1—10aa15—20aa15—30aa1—3aa反向平行，形成发夹结构S.S.酶切割位点插入到膜中富含Arg+,Lys+-----富含Phe,Leu,Ile…亲水螺旋疏水螺旋第一百二十二页，共一百六十八页。信号肽带正电的区段与带负电的磷脂膜互作,引导蛋白质进入内膜。疏水区段嵌入磷脂膜内或形成αhelix,---并对磷脂双层膜产生扰动效应，---诱发形成非脂双层结构，以保证信号肽所牵引的蛋白质顺利穿膜作用机制：第一百二十三页，共一百六十八页。α-αHelixhairpingS.S.酶原核生物分泌性蛋白质穿膜的分子模式第一百二十四页，共一百六十八页。真核生物蛋白质的运转机制第一百二十五页，共一百六十八页。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、类囊体中的蛋白质第一百二十六页，共一百六十八页。第一百二十七页，共一百六十八页。

第一百二十八页，共一百六十八页。

蛋白质的运送类型

1、伴同转移的运送：蛋白合成与跨膜运送是同时进行的。新合成的多肽链通过内质网膜进入内质网腔内，进一步有两种选择：（1）留在内质网；（2）被送往高尔基体和其他部位，如细胞表面、溶酶体。

2、翻译后运送：蛋白在跨膜运送时，合成过程已完成。有两个去向：（1）没有分选信号，被留在胞质中；（2）带有分选信号，按其信号“对号入座”，从胞质分别运往细胞核、线粒体、叶绿体和过氧化物酶体。

第一百二十九页，共一百六十八页。蛋白质的运输过程

（一）胞质内质网

涉及到分泌蛋白、溶酶体蛋白、某些膜蛋白。特点：（1）需信号肽SRP；（2）先转移，再加工。

第一百三十页，共一百六十八页。

过程：蛋白的N末段都含有信号肽(15—35)个AA残基，中部具疏水区，胞质中的信号识别颗粒SRP专一识别信号肽段，并与核糖体结合，从而使多肽合成暂时终止。

SRP将带有信号肽的蛋白引向内质网表面，与其膜上的SRP受体结合，然后SRP释放，多肽穿越内质网(蛋白转位装置参与，转位装置由跨膜蛋白组成)，最后切除信号肽，再加工。第一百三十一页，共一百六十八页。第一百三十二页，共一百六十八页。（二）内质网高尔基体

位于内质网和高尔基体之间的中间区室内的一些蛋白起“质量监督”作用，使折叠不正确的新生肽链和没有装配好的单体不能进入高尔基体，通过质量检查合格的有正确构象的肽链由运输小泡（内质网芽生长出，到达高尔基体后与高尔基体囊膜融合）送往高尔基体。大量的蛋白在高尔基体中有一系列的加工，然后被分拣和投送。第一百三十三页，共一百六十八页。（三）高尔基体溶酶体

1、蛋白经高尔基体加工修饰后有三个去向：（1）送往溶酶体，参与溶酶体的形成；（2）运送到分泌颗粒，再经胞吐作用分泌到细胞外；（3）直接送往质膜或胞外。第一百三十四页，共一百六十八页。

2、运输方式：受体介导运输蛋白质的分选信号是6-磷酸-甘露糖(6-P-M)，在高尔基体管网上存在6-P-M受体，二者特异结合后，高尔基体网以芽生方式形成有笼蛋白外衣的运输小泡，把溶酶体酶蛋白包入其中.

运输小泡离开高尔基体后很快失去笼蛋白外衣，并与前溶酶体融合，把溶酶体酶蛋白以及膜蛋白和膜脂送到前溶酶体.第一百三十五页，共一百六十八页。

（四）高尔基体细胞表面

1、固有分泌途径：被运输的物质通过高尔基体长出的运输小泡，不需分选信号；但对有极性的细胞（上皮细胞）的蛋白的运输需要分选信号。

2、受调分泌途径：被分泌的蛋白储存在分泌颗粒中，在适当的外界条件下释放，如一些特殊的分泌细胞（胰腺细胞)。

第一百三十六页，共一百六十八页。第一百三十七页，共一百六十八页。靶向输送蛋白信号序列或成分分泌蛋白信号肽内质网腔蛋白信号肽，C端-Lys-Asp-Glu-Leu-COO-(KDEL序列)线粒体蛋白N端靶向序列（20～35氨基酸残基）核蛋白核定位序列（-Pro-Pro-Lys-Lys-Lys-Arg-Lys-Val-，SV40T抗原）过氧化体蛋白-Ser-Lys-Leu-（PST序列）溶酶体蛋白Man-6-P（甘露糖-6-磷酸）靶向输送蛋白的信号序列或成分第一百三十八页，共一百六十八页。（五）胞质线粒体、叶绿体、过氧化物体和细胞核

1、线粒体：

被运送的蛋白的N末端有一端导肽（约20-80个AA)，对蛋白跨膜运输具导向和识别功能。蛋白在跨膜过程中呈解折叠状态，待运送完成后，重新折叠，呈“成熟”形式，导肽即被信号肽酶切除。该过程是一个需能过程：由ATP和线粒体内膜的膜电位提供。第一百三十九页，共一百六十八页。线粒体蛋白的靶向输送第一百四十页，共一百六十八页。这个过程有如下特征：①通过线粒体膜的蛋白质在运转之前大多数以前体形式存在，它由成熟蛋白质和位于N端的一段前导肽（leaderpeptide）共同组成。迄今已有40多种线粒体蛋白质前导肽的一级结构被阐明，它们约含20-80个氨基酸残基，当前体蛋白过膜时，前导肽被一种或两种多肽酶所水解，释放成熟蛋白质第一百四十一页，共一百六十八页。

②蛋白质通过线粒体内膜的运转是一种需能过程；③蛋白质通过线粒体膜运转时，首先由外膜上的Tom受体复合蛋白识别Hsp70等分子，多肽通过与Tom和Tim组成的膜通道进入线粒体内腔。第一百四十二页，共一百六十八页。线粒体的蛋白质转运子是几种多亚基蛋白复合体.TOM和TIM复合体的功能是分别帮助蛋白质穿过线粒体外膜和内膜.TOM和TIM分别是线粒体外膜和内膜的转运酶；它们的一些组分是线粒体蛋白质的受体,另一些组分则构成蛋白质的转运通道.第一百四十三页，共一百六十八页。2,叶绿体蛋白质的跨膜运转第一百四十四页，共一百六十八页。3,细胞核蛋白的靶向输送细胞核蛋白在胞液合成后，通过核孔进入细胞核。所有输向胞核的蛋白多肽链内都含有特异信号序列，称为核定位序列(nuclearlocalizationsequence，NLS)。

NLS由4-8个氨基酸残基组成，富含带正电的赖氨酸和精氨酸。NLS可以位于肽链的不同部位，而不只在N端。

不穿越膜结构，而是通过核孔,蛋白质被运入细胞核后，NLS一般都不被切除。第一百四十五页，共一百六十八页。

NLS蛋白质向核内运输过程需要一系列循环于核内和细胞质的蛋白因子，包括核运转因子α,β和一个相对分子质量较低的GTP酶.α和β组成的异源二聚体是核定位蛋白的可溶性受体，与核定位序列相结合的是α亚基。由上述3个蛋白组成的复合物停靠在核孔处，依靠GTP酶水解提供能量进入细胞核，α和β亚基解离，核蛋白与α亚基解离，α和β分别通过核孔复合体回到细胞质中，起始新一轮蛋白质运转第一百四十六页，共一百六十八页。第一百四十七页，共一百六十八页。六、蛋白质生物合成的干扰和抑制

Interference&InhibitionofProteinBiosynthesis第一百四十八页，共一百六十八页。蛋白质生物合成是很多天然抗生素和某些毒素的作用靶点。它们就是通过阻断真核、原核生物蛋白质翻译体系某组分功能，干扰和抑制蛋白质生物合成过程而起作用的。可针对蛋白质生物合成必需的关键组分作为研究新抗菌药物的作用靶点。同时尽量利用真核、原核生物蛋白质合成体系的任何差异，以设计、筛选仅对病原微生物特效而不损害人体的药物。

第一百四十九页，共一百六十八页。抗生素(antibiotics)是微生物产生的能够杀灭或抑制细菌的一类药物。抗代谢药物指能干扰生物代谢过程，从而抑制细胞过度生长的药物，如：6-MP

(6-巯基嘌呤)

。某些毒素也作用于基因信息传递过程。第一百五十页，共一百六十八页。6-MP(6-巯基嘌呤)的代谢途径：1,由次黄嘌呤磷酸核糖转移酶催化先形成硫基次黄嘌呤单磷酸盐(TIMP),硫基黄嘌呤单磷酸盐(TXMP),硫基鸟嘌呤单磷酸盐(TGMP),这三种物质统称为TGNs,它整合到肿瘤细胞中影响DNA的复制及RNA的表达,发挥抗肿瘤作用。2,6-MP,TIMP,TGMP均可