第十四章蛋白质的生物合成翻译

第十四章蛋白质的生物合成翻译第1页，共60页，2023年，2月20日，星期二

蛋白质的生物合成过程就是将mRNA分子中由碱基序列组成的遗传信息，通过遗传密码破译的方式转变成为蛋白质中的氨基酸排列顺序，因而称为翻译（translation)。第2页，共60页，2023年，2月20日，星期二

第一节蛋白质合成体系ProteinBiosynthesisSystem第3页，共60页，2023年，2月20日，星期二

20种氨基酸作为原料酶及蛋白因子，如IF、eIF等

ATP、GTP、无机离子参与蛋白质生物合成的物质包括：

三种RNAmRNA---模板

rRNA-----合成氨基酸的机器组分

tRNA------运载氨基酸的工具第4页，共60页，2023年，2月20日，星期二

1961年，Nirenberg证明了mRNA的模板作用。一、翻译模板mRNA及遗传密码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（tripletcodon）。第5页，共60页，2023年，2月20日，星期二遗传密码表密码子的第一个字母密码子的第二个字母第6页，共60页，2023年，2月20日，星期二1.连续性（commaless）遗传密码的特点编码蛋白质氨基酸序列的各个三联体密码连续阅读，密码间既无间隔也无重叠。2.简并性（degeneracy）

遗传密码中，除色氨酸和甲硫氨酸仅有一个密码子外，其余氨基酸有2-4个或多至6个密码子为之编码。第7页，共60页，2023年，2月20日，星期二遗传密码的简并性第8页，共60页，2023年，2月20日，星期二3.通用性（universal）蛋白质生物合成的整套密码，从原核生物到人类都通用。有少数例外，如动物细胞的线粒体、植物细胞的叶绿体。密码的通用性进一步证明各种生物进化自同一祖先。

第9页，共60页，2023年，2月20日，星期二4.摆动性（wobble）tRNA上反密码子的第1位碱基与mRNA密码子的第3位碱基配对时，可以在一定范围内变动，即并不严格遵循碱基配对规律，这一现象称为摆动性。第10页，共60页，2023年，2月20日，星期二二、多肽链合成的装置--核蛋白体

第11页，共60页，2023年，2月20日，星期二第12页，共60页，2023年，2月20日，星期二原核生物核蛋白体结构模式第13页，共60页，2023年，2月20日，星期二A位点(aminoacylsite)氨酰-tRNA结合位点；P位点(Peptidylsite)肽酰-tRNA结合位点；E位点(exitsite)去氨酰-tRNA结合位点。三、核糖体的3个tRNA结合位点第14页，共60页，2023年，2月20日，星期二三、tRNA与氨基酸的活化反密码环氨基酸臂

tRNA在翻译过程中起接合体（adaptor）作用，又是氨基酸的运载体。第15页，共60页，2023年，2月20日，星期二

第16页，共60页，2023年，2月20日，星期二真核生物：Met-tRNAiMet原核生物：fMet-tRNAifMet（二）起始肽链合成的氨基酰-tRNA氨基酰-tRNA的表示方法：

Ala-tRNAAla

Ser-tRNASerMet-tRNAMet第17页，共60页，2023年，2月20日，星期二蛋白质合成的真实性主要决定于tRNA能否把正确的氨基酸放到新生多肽链的正确位置上，而这一步主要决定于AA－tRNA合成酶是否使氨基酸与对应的tRNA相结合。AA-tRNA合成酶既要能识别tRNA，又要能识别氨基酸，它对两者都具有高度的专一性。氨酰-tRNA合成酶第18页，共60页，2023年，2月20日，星期二

第二节蛋白质生物合成过程TheProcessofProteinBiosynthesis第19页，共60页，2023年，2月20日，星期二

蛋白质合成中

mRNA模板的方向：5′→3′；蛋白质的合成方向：N端→C端。蛋白质合成过程：

一、肽链合成起始二、肽链合成延伸三、肽链合成的终止

第20页，共60页，2023年，2月20日，星期二一、肽链合成起始指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

(translationalinitiationcomplex)。参与起始过程的蛋白质因子称起始因子（initiationfactor，IF）。第21页，共60页，2023年，2月20日，星期二参与起始过程的蛋白质因子称起始因子（initiationfactor，IF）。原核生物起始因子有三种：IF-1：占据A位防止结合其他tRNA。IF-2：促进起始tRNA与小亚基结合。IF-3：促进大小亚基分离，提高P位对结合起始tRNA敏感性。第22页，共60页，2023年，2月20日，星期二（一）原核生物翻译起始复合物形成核蛋白体大小亚基分离；mRNA在小亚基定位结合；起始氨基酰-tRNA的结合；核蛋白体大亚基结合。第23页，共60页，2023年，2月20日，星期二IF-3IF-11.核蛋白体大小亚基分离第24页，共60页，2023年，2月20日，星期二AUG5'3'IF-3IF-12.mRNA在小亚基定位结合第25页，共60页，2023年，2月20日，星期二

SD序列：

在原核生物mRNA起始密码AUG上游，存在4-9个富含嘌呤碱的一致性序列，如-AGGAGG-，称为S-D序列。又称为核蛋白体结合位点（ribosomalbindingsite，RBS)

第26页，共60页，2023年，2月20日，星期二S-D序列第27页，共60页，2023年，2月20日，星期二IF-3IF-1IF-2GTPAUG5'3'3.起始氨基酰tRNA与小亚基结合第28页，共60页，2023年，2月20日，星期二IF-3IF-1IF-2GTPGDPPiAUG5'3'4.核蛋白体大亚基结合第29页，共60页，2023年，2月20日，星期二IF-3IF-1AUG5'3'IF-2GTPIF-2-GTPGDPPi起始过程消耗1个GTP。第30页，共60页，2023年，2月20日，星期二（二）真核生物翻译起始复合物形成核蛋白体大小亚基分离；起始氨基酰-tRNA结合；mRNA在核蛋白体小亚基就位；核蛋白体大亚基结合。第31页，共60页，2023年，2月20日，星期二Met40SMetMet40S60SmRNAeIF-2B、eIF-3、

eIF-6

①elF-3②GDP+Pi各种elF释放elF-5④ATPADP+PielF4E,elF4G,elF4A,elF4B,PAB③真核生物翻译起始复合物形成过程Met-tRNAiMet-elF-2

-GTPMet60S第32页，共60页，2023年，2月20日，星期二

原核生物的起始tRNA是fMet-tRNAfMet，而真核生物是Met-tRNAMet。原核生物中30S小亚基首先与mRNA相结合，再与fMet-tRNAfMet结合，最后与50S大亚基结合。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。起始复合物的生成需要GTP提供能量，需要Mg2＋、NH4＋及3个起始因子(IF-l、IF-2、IF-3)的参与。原核生物与真核生物翻译起始复合物形成的区别第33页，共60页，2023年，2月20日，星期二

真核生物翻译起始的特点核蛋白体是80S；起始因子种类多；起始tRNA的Met不需甲酰化；mRNA的5’帽子和3’polyA尾结构与mRNA在核蛋白体就位有关；起始tRNA先与核蛋白体小亚基结合，然后再结合mRNA第34页，共60页，2023年，2月20日，星期二二、肽链的延长指按照mRNA密码序列的指导，依次添加氨基酸从N端向C端延伸肽链，直到合成终止的过程。肽链的延长是在核蛋白体上连续性循环式进行，又称为核蛋白体循环（ribosomalcycle)，每次循环增加一个氨基酸，分为以下三步：进位（entrance）；成肽（peptidebondformation）；转位（translocation).第35页，共60页，2023年，2月20日，星期二（一）进位指根据mRNA下一组遗传密码指导，使相应氨基酰-tRNA进入核蛋白体A位。

第36页，共60页，2023年，2月20日，星期二第37页，共60页，2023年，2月20日，星期二TuTsGTPGDPAUG5'3'TuTsGTP第38页，共60页，2023年，2月20日，星期二（二）成肽是由转肽酶（transpeptidase）催化的肽键形成过程。第39页，共60页，2023年，2月20日，星期二（三）转位延长因子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40页，共60页，2023年，2月20日，星期二

第41页，共60页，2023年，2月20日，星期二fMetAUG5'3'fMetTuGTP第42页，共60页，2023年，2月20日，星期二进位转位成肽第43页，共60页，2023年，2月20日，星期二真核生物肽链合成的延长过程与原核基本相似，但有不同的反应体系和延长因子。另外，真核细胞核蛋白体没有E位，转位时卸载的tRNA直接从P位脱落。（四）真核生物延长过程第44页，共60页，2023年，2月20日，星期二

三、肽链合成的终止当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45页，共60页，2023年，2月20日，星期二终止相关的蛋白因子称为释放因子(releasefactor,RF)

识别终止密码，如RF-1特异识别UAA、UAG；而RF-2可识别UAA、UGA。诱导转肽酶改变为酯酶活性，使肽链从核蛋白体上释放。释放因子的功能原核生物释放因子：RF-1，RF-2，RF-3真核生物释放因子：eRF第46页，共60页，2023年，2月20日，星期二原核肽链合成终止过程

第47页，共60页，2023年，2月20日，星期二UAG5'3'RFCOO-第48页，共60页，2023年，2月20日，星期二蛋白质合成后加工和输送PosttranslationalProcessing&ProteinTransportation第三节第49页，共60页，2023年，2月20日，星期二从核蛋白体释放出的新生多肽链不具备蛋白质生物活性，必需经过不同的翻译后复杂加工过程才转变为天然构象的功能蛋白。主要包括多肽链折叠为天然的三维结构肽链一级结构的修饰高级结构修饰第50页，共60页，2023年，2月20日，星期二蛋白质前体的加工

新生多肽链的加工修饰1．N端fMet或Met的切除：细菌蛋白质N端的甲酰基能被脱甲酰化酶水解，原核生物和真核生物N端的甲硫氨酸在多肽链合成完毕之前被切除2．二硫键的形成二硫键是蛋白质合成后通过两个半胱氨酸的氧化作用生成的。第51页，共60页，2023年，2月20日，星期二

蛋白质前体的加工3．特定氨基酸的修饰氨基酸侧链的修饰包括磷酸化(如核糖体蛋白质)、糖基化(如各种糖蛋白)、甲基化(如组蛋白、肌肉蛋白质)、乙基化(如组蛋白)、羟基化(如胶原蛋白)和竣基化等。糖蛋白是通过蛋白质中天冬氨酸、丝氨酸、苏氨酸残基侧链上加上糖基形成的，胶原蛋白上的脯氨酸和赖氨酸为羟基化的。内质网是蛋白质N-糖基化的主要场所。新生多肽链的加工修