第四章从mRNA到蛋白质

第四章从mRNA到蛋白质第一页，共八十七页，2022年，8月28日翻译(translation):即蛋白质生物合成，是将核酸中由4种核苷酸序列编码的遗传信息，通过遗传密码破译的方式解读为蛋白质一级结构中20种氨基酸的排列顺序。第二页，共八十七页，2022年，8月28日蛋白质合成的场所是蛋白质合成的模板是模板与氨基酸之间的接合体是蛋白质合成的原料是核糖体mRNAtRNA20种氨基酸第三页，共八十七页，2022年，8月28日主要内容第一节蛋白质生物合成体系第二节蛋白质生物合成过程第三节蛋白质合成后加工和运转机制第四页，共八十七页，2022年，8月28日第一节蛋白质合成体系1.遗传密码——三联子2.tRNA3.核糖体第五页，共八十七页，2022年，8月28日1.遗传密码——三联子（一）定义mRNA分子上从5至3方向，由AUG开始，每3个核苷酸为一组，决定肽链上某一个氨基酸或蛋白质合成的起始、终止信号，称为三联体密码(tripletcoden)。起始密码(initiationcoden):AUG终止密码(terminationcoden):

UAA，UAG，UGA

第六页，共八十七页，2022年，8月28日遗传密码表第七页，共八十七页，2022年，8月28日（二）遗传密码的性质1）简并性2）普遍性与特殊性3）连续性4）摆动性第八页，共八十七页，2022年，8月28日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（synonymouscodon）。第九页，共八十七页，2022年，8月28日减少了变异对生物的影响第十页，共八十七页，2022年，8月28日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。第十一页，共八十七页，2022年，8月28日生物密码子线粒体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十二页，共八十七页，2022年，8月28日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。3）连续性第十三页，共八十七页，2022年，8月28日基因损伤引起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)。第十四页，共八十七页，2022年，8月28日从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)。

第十五页，共八十七页，2022年，8月28日转运氨基酸的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。4）摆动性第十六页，共八十七页，2022年，8月28日U摆动配对第十七页，共八十七页，2022年，8月28日第十八页，共八十七页，2022年，8月28日密码子、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第十九页，共八十七页，2022年，8月28日3´OHACCAC-GU-AC-GUG5´PCGC-GG-CCGCGGCCGUCAmCCφTUAGmCCGCGAAGDDGmGDDDAACmDAGAGCGAUGCAUAφCUGUAAATψ环CCA末端DHU环反密码子反密码子环酵母tRNA的一级结构与二级结构2、tRNA二级结构：

“三叶草形”氨基酸臂第二十页，共八十七页，2022年，8月28日与密码子配对连接氨基酸三级结构：倒“L形”第二十一页，共八十七页，2022年，8月28日3.核糖体

核糖体是蛋白质的合成部位，不同细胞核糖体的组成：

原核生物真核生物核糖体小亚基大亚基核糖体小亚基大亚基S值70S30S50S80S40S60SrRNA16S-rRNA5S-rRNA23S-rRNA18S-rRNA28S-rRNA5S-rRNA5.8S-rRNA蛋白质21种34种33种50种第二十二页，共八十七页，2022年，8月28日

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●结合或接受肽基tRNA的部位——大亚基●肽基转移部位（P位）——大亚基●形成肽键的部位（转肽酶中心）——大亚基第二十三页，共八十七页，2022年，8月28日原核生物翻译过程中核糖体结构模式:A位：氨基酰位(aminoacylsite)P位：肽酰位(peptidylsite)E位：排出位(exitsite)第二十四页，共八十七页，2022年，8月28日第二节蛋白质生物合成过程第二十五页，共八十七页，2022年，8月28日蛋白质生物合成过程氨基酸活化肽链的起始、伸长、终止新合成多肽链的折叠和加工第二十六页，共八十七页，2022年，8月28日

氨基酸的活化必需组分：

20种氨基酸

20种或更多的tRNA20种氨酰-tRNA合成酶

ATP,Mg2+第二十七页，共八十七页，2022年，8月28日（1）氨基酰-tRNA合成酶氨基酸+tRNA氨基酰-tRNAATP

AMP＋PPi氨基酰-tRNA合成酶

氨基酸的活化第二十八页，共八十七页，2022年，8月28日氨基酰-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(proofreadingactivity)。氨基酰-tRNA的表示方法：Ser-tRNASerMet-tRNAMet

第二十九页，共八十七页，2022年，8月28日原核生物中，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（2）起始肽链合成的氨基酰-tRNA第三十页，共八十七页，2022年，8月28日第一步反应氨基酸＋ATP-E—→氨基酰-AMP-E

＋AMP＋PPi

第三十一页，共八十七页，2022年，8月28日第二步反应氨基酰-AMP-E＋

tRNA↓

氨基酰-tRNA＋AMP

＋

E第三十二页，共八十七页，2022年，8月28日

tRNA与酶结合的模型tRNA氨基酰-tRNA合成酶ATP第三十三页，共八十七页，2022年，8月28日指mRNA和起始氨基酰-tRNA分别与核蛋白体结合而形成翻译起始复合物。肽链的起始、伸长、终止1）肽链的起始第三十四页，共八十七页，2022年，8月28日肽链起始必需组分：

mRNAN-甲酰甲硫氨酸-tRNAmRNA上的起始密码子（AUG）核糖体大、小亚基

GTP,Mg2+

起始因子（IF-1,IF-2,IF-3等）

第三十五页，共八十七页，2022年，8月28日IF-3IF-1翻译起始(原核生物)为例又可被分成4步：（P122）

（1）核蛋白体大小亚基分离第三十六页，共八十七页，2022年，8月28日（2）30S小亚基通过SD序列与mRNA模板相结合AUG5'3'IF-3IF-1第三十七页，共八十七页，2022年，8月28日S-D序列：mRNA起始密码前的一段富含嘌呤核苷酸的序列,可与核糖体小亚基16S-rRNA上富含嘧啶序列相结合。

第三十八页，共八十七页，2022年，8月28日IF-3IF-1IF-2GTP（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。AUG5'3'第三十九页，共八十七页，2022年，8月28日IF-3IF-1IF-2GTPGDPPi（4）GTP水解，释放翻译起始因子，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。AUG5'3'第四十页，共八十七页，2022年，8月28日IF-3IF-1AUG5'3'IF-2GTPIF-2-GTPGDPPi第四十一页，共八十七页，2022年，8月28日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；第四十二页，共八十七页，2022年，8月28日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（P124）。第四十三页，共八十七页，2022年，8月28日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四十四页，共八十七页，2022年，8月28日

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（进位）、肽键的生成（成肽）和

移位（转位）。

2）肽链的延伸指根据mRNA密码序列的指导，次序添加氨基酸从N端向C端延伸肽链，直到合成终止的过程。第四十五页，共八十七页，2022年，8月28日延伸过程所需蛋白因子称为延长因子(elongationfactor,EF)原核生物：EF-T(EF-Tu,EF-Ts)EF-G真核生物：EF-1、EF-2第四十六页，共八十七页，2022年，8月28日原核延长因子生物功能对应真核延长因子EF-Tu促进氨基酰-tRNA进入A位，结合分解GTPEF-1-αEF-Ts调节亚基EF-1-βγEF-G有转位酶活性，促进mRNA-肽酰-tRNA由A位前移到P位，促进卸载tRNA释放EF-2肽链合成的延长因子第四十七页，共八十七页，2022年，8月28日（1）AA-tRNA与核糖体A位点的结合需要消耗GTP，并需EF-Tu、EF-Ts两种延伸因子第四十八页，共八十七页，2022年，8月28日第四十九页，共八十七页，2022年，8月28日通过延伸因子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五十页，共八十七页，2022年，8月28日（2）肽键形成

是由转肽酶/肽基转移酶催化第五十一页，共八十七页，2022年，8月28日（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延伸因子第五十二页，共八十七页，2022年，8月28日延长因子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。第五十三页，共八十七页，2022年，8月28日fMetAUG5'3'fMetTuGTP第五十四页，共八十七页，2022年，8月28日进位转位成肽第五十五页，共八十七页，2022年，8月28日3）肽链的终止当mRNA上终止密码出现后，多肽链合成停止，肽链从肽酰-tRNA中释出，mRNA、核蛋白体等分离，这些过程称为肽链合成终止。

第五十六页，共八十七页，2022年，8月28日

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）

终止相关的蛋白因子称为终止因子或释放因子(releasefactor,RF)第五十七页，共八十七页，2022年，8月28日原核肽链合成终止过程第五十八页，共八十七页，2022年，8月28日UAG5'3'RFCOO-第五十九页，共八十七页，2022年，8月28日多聚核蛋白体(polysome)——使蛋白质合成高速、高效进行。第六十页，共八十七页，2022年，8月28日电镜下的多聚核蛋白体现象第六十一页，共八十七页，2022年，8月28日蛋白质合成后加工和运转机制第三节第六十二页，共八十七页，2022年，8月28日主要包括一、蛋白质前体的加工二、蛋白质合成抑制剂三、蛋白质运输第六十三页，共八十七页，2022年，8月28日一）蛋白质前体的加工

1、N端fMet或Met的切除2、二硫键的形成3、特定氨基酸的修饰4、切除新生肽链中非功能片段第六十四页，共八十七页，2022年，8月28日1）N端fMet或Met的切除新生蛋白质经蛋白酶切后变成有功能的成熟蛋白质第六十五页，共八十七页，2022年，8月28日2）二硫键的形成

mRNA中没有胱氨酸的密码子，蛋白质中的二硫键是通过两个半胱氨酸的-SH基氧化生成的3）特定氨基酸的修饰

磷酸化、糖基化、甲基化、乙基化、羟基化和羧基化第六十六页，共八十七页，2022年，8月28日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第六十七页，共八十七页，2022年，8月28日二）蛋白质合成抑制剂第六十八页，共八十七页，2022年，8月28日三）蛋白质运转第六十九页，共八十七页，2022年，8月28日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七十页，共八十七页，2022年，8月28日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），长度一般在13~36个残基之间。第七十一页，共八十七页，2022年，8月28日●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；（3）在其C-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酸往往带有很短的侧链（丙氨酸或甘氨酸）。第七十二页，共八十七页，2022年，8月28日●信号肽假说内容：

信号肽假说认为，编码分泌蛋白的mRNA在翻译时首先合成的是N末端带有疏水氨基酸残基的信号肽，它被内质网膜上的受体识别并与之相结合。信号肽经由膜中蛋白质形成的孔道到达内质网内腔，随即被位于腔表面的信号肽酶水解，由于它的引导，新生的多肽就能够通过内质网膜进入腔内，最终被分泌到胞外。翻译结束后，核糖体亚基解聚、孔道消失，内质网膜又恢复原先的脂双层结构。

第七十三页，共八十七页，2022年，8月28日第七十四页，共八十七页，2022年，8月28日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第七十五页，共八十七页，2022年，8月28日2、翻译后运转机制第七十六页，共八十七页，2022年，8月28日(1)线粒体蛋白质跨膜运转①在运转前大多以前体形式存在，由成熟蛋白质和位于N端的一段前导肽组成，当前体蛋白过膜时，前导肽被多肽酶水解，释放成熟蛋白质；蛋白质通过线粒体内膜的运转是个需能过程；运转时，首先由外膜上的Tom受体复合蛋白识别Hsp70或MSF等分子伴侣结合的待转运多肽，通过Tom和Tim组成的膜通道进入线粒体内腔。

蛋白质跨膜运转时的能量来自线粒体Hsp70引发的ATP水解和膜电位差第七十七页，共八十七页，2022年，8月28日(2)叶绿体蛋白质的跨膜运转特点：①活性蛋白水解酶位于叶绿体基质内②叶绿体膜能够特异地与叶绿体蛋白的前体结合③叶绿体蛋白质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。第七十八页，共八十七页，2022年，8月28日（3）核定位蛋白的运转机制第七十九页，共八十七页，2022年，8月28日第八十页，共八十七页，2022年，8月28日复习体1．多数氨基酸都有两个以上密码子，下列哪组氨基酸