第四章生物信息的传递下翻译

第四章生物信息的传递下翻译第1页，共114页，2023年，2月20日，星期二翻译：指将mRNA链上的核甘酸从一个特定的起始位点开始，按每三个核甘酸代表一个氨基酸的原则，依次合成一条多肽链的过程。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2页，共114页，2023年，2月20日，星期二●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Contents第3页，共114页，2023年，2月20日，星期二一、遗传密码——三联子（一）三联子密码定义

mRNA链上每三个核甘酸翻译成蛋白质多肽链上的一个氨基酸，这三个核甘酸就称为密码子或三联子密码(tripletcoden)

。mRNA5’AUGAGUACAAAACCU、、、3’第4页，共114页，2023年，2月20日，星期二（二）三联子密码破译mRNA5′

AUCGACCUGAGC3′420(×)mRNA5′

AUCGACCUGAGC3′42=1620(×)mRNA5′AUCGACCUGAGC3′43=6420(√)核甘酸序列氨基酸序列第5页，共114页，2023年，2月20日，星期二（1）1954年Gamow首先对遗传密码进行了探讨；（2）1961年Crick证明三联体密码子是正确的；（3）1961年，Nirenberg以均聚物、随机共聚物、特定序列的共聚物作模板合成多肽，破译遗传密码；（4）1964年Nirenberg用核糖体结合技术研究遗传密码，直接测出三联体对应的氨基酸；（5）到1966年，遗传密码全部破译。遗传密码破译简史第6页，共114页，2023年，2月20日，星期二核糖体结合技术保温

硝酸纤维滤膜过滤分析留在滤膜上的核糖体-AA-tRNA

确定与核糖体结合的AA特定三核苷酸为模板+核糖体

+20种AA-tRNA第7页，共114页，2023年，2月20日，星期二遗传密码字典第8页，共114页，2023年，2月20日，星期二（三）遗传密码的性质1、连续性翻译由mRNA的5’端的起始密码子开始，一个密码子接下个密码子连续地阅读直到3’终止密码，密码间既无间断也无重叠，即起始密码子决定了所有后续密码子的位置，说明三联子密码是连续的。第9页，共114页，2023年，2月20日，星期二基因损伤引起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10页，共114页，2023年，2月20日，星期二从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11页，共114页，2023年，2月20日，星期二（三）遗传密码的性质20AA——61种密码子？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）。2、简并性第12页，共114页，2023年，2月20日，星期二第13页，共114页，2023年，2月20日，星期二同义密码子一般不是随机分布的，因为其第一、第二位核苷酸往往是相同的，而第三位核苷酸的改变并不一定影响所编码的氨基酸，这种安排减少了变异对生物的影响。第14页，共114页，2023年，2月20日，星期二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，CG双联子出现的频率较低。第15页，共114页，2023年，2月20日，星期二（三）遗传密码的性质3、通用性与特殊性蛋白质生物合成的整套密码，无论是在体内还是体外，也无论是对病毒、细菌、动物还是植物而言都是通用的。遗传密码子的通用性有助于我们研究生物的进化，在遗传工程中也得到充分运用。已发现少数例外，如支原体、动物细胞的线粒体、植物细胞的叶绿体。P114第16页，共114页，2023年，2月20日，星期二生物密码子线粒体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17页，共114页，2023年，2月20日，星期二（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18页，共114页，2023年，2月20日，星期二U摆动配对第19页，共114页，2023年，2月20日，星期二I:次黄嘌呤第20页，共114页，2023年，2月20日，星期二密码子、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21页，共114页，2023年，2月20日，星期二1、由FrancisCrick提出的密码子与反密码子配对的摆动假说是指（）A反密码子的5’端碱基允许互补碱基有摆动B反密码子的3’端碱基允许互补碱基有摆动C密码子的3’端碱基允许互补碱基有摆动D密码子的5’端碱基允许互补碱基有摆动2、反密码子中哪个碱基对参与了密码子的简并性（摇摆）？（）第一个B.第二个C.第三个D.第一个与第三个3、反密码子IGC可以识别的密码子是()A.GCGB.GCAC.ACGD.ICG第22页，共114页，2023年，2月20日，星期二4、与tRNA中的反义密码子为GCU反向配对的mRNA中的密码子是（）UGAB.CGAC.AGUD.AGI5、()的密码子可以作为起始密码子.酪氨酸B.甲硫氨酸C.色氨酸D.苏氨酸6、只有一个密码子的氨基酸是（）亮氨酸和丝氨酸B.色氨酸和苏氨酸甲硫氨酸和色氨酸D.甘氨酸和色氨酸7、终止密码子包括（）（）（）

第23页，共114页，2023年，2月20日，星期二●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Contents第24页，共114页，2023年，2月20日，星期二二、tRNA的结构、功能与种类

（一）tRNA的结构

1、二级结构：三叶草形P116第25页，共114页，2023年，2月20日，星期二第26页，共114页，2023年，2月20日，星期二二、tRNA的结构、功能与种类

（一）tRNA的结构

2、三级结构：“L”形P117氢键第27页，共114页，2023年，2月20日，星期二第28页，共114页，2023年，2月20日，星期二第29页，共114页，2023年，2月20日，星期二（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30页，共114页，2023年，2月20日，星期二tRNAisanadaptor第31页，共114页，2023年，2月20日，星期二3’5’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32页，共114页，2023年，2月20日，星期二tRNA特异性只取决于反密码子,与携带的氨基酸无关P119第33页，共114页，2023年，2月20日，星期二1、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（P119）。第34页，共114页，2023年，2月20日，星期二P119：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（fMet），起始AA-tRNA为fMet-tRNAfMet第35页，共114页，2023年，2月20日，星期二2、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（P119）。第36页，共114页，2023年，2月20日，星期二3、校正tRNA（三）tRNA的种类第37页，共114页，2023年，2月20日，星期二无义突变：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甘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）第38页，共114页，2023年，2月20日，星期二校正tRNA在进行校正过程中必须与正常的tRNA竞争结合密码子一般校正效率不会超过50%第39页，共114页，2023年，2月20日，星期二(四)氨酰—tRNA合成酶氨酰—tRNA合成酶是一类催化氨基酸与tRNA结合的特异性酶，其反应式如下：AA+tRNA+ATPAA-tRNA+AMP+PPi分两步进行：（P120）蛋白质合成的真实性主要取决于tRNA能否把正确的AA放到新生多肽链的正确位置上，而这主要取决于AA-tRNA合成酶是否能使AA与其对应的tRNA相结合。酶对AA和tRNA都具有高度的专一性。第40页，共114页，2023年，2月20日，星期二●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Contents第41页，共114页，2023年，2月20日，星期二三、核糖体的结构与功能（一）核糖体的结构P121:几十种蛋白质+几种rRNA第42页，共114页，2023年，2月20日，星期二/80S/40S/60S第43页，共114页，2023年，2月20日，星期二SizecomparisonsshowthattheribosomeislargeenoughtobindtRNAsandmRNA.第44页，共114页，2023年，2月20日，星期二Ribosomesarelargeribo­nucleoproteinparticlesthatcontainmoreRNAthanproteinanddissociateintolargeandsmallsubunits.第45页，共114页，2023年，2月20日，星期二

细胞器核糖体：与胞质中的存在明显差异，并具不同形式。有时与细菌核糖体大小相当（70%rRNA），有时仅60S（<30%rRNA）核糖体存在于每个进行蛋白质合成的细胞中。虽然在不同生物内其大小有别，但组织结构基本相同，而且执行的功能也完全相同。NOTE：第46页，共114页，2023年，2月20日，星期二

表14-7原核和真核生物核糖体的组成及功能P123-126核糖体亚基

rRNAs

蛋白RNA的特异顺序和功能

细菌

70S50S23S=2904b31种(L1-L31）含CGAAC和GTψCG互补2.5×106D5S=120b66%RNA30S16S=1542b21种(S1-S21)16SRNA(CCUCCU)和S-D

顺序(AGGAGG)互补

哺乳动物

80S60S28S=4718b49种有GAUC和tRNAfMat的TψCG互补4.2×106D5S=120b60%RNA5.8S=160b

40S18S=1874b33种和Capm7G结合

第47页，共114页，2023年，2月20日，星期二三、核糖体的结构与功能（二）核糖体的功能：合成蛋白质第48页，共114页，2023年，2月20日，星期二第49页，共114页，2023年，2月20日，星期二

①mRNA结合部位；②结合AA-tRNA部位（A位）；③结合肽基tRNA部位（P位）；④空载tRNA移出部位（E位）；⑤形成肽键的部位。

此外，还有用于起始和延伸的各种蛋白质因子结合部位。

核糖体发挥生物学功能的5个基本部位第50页，共114页，2023年，2月20日，星期二第51页，共114页，2023年，2月20日，星期二第52页，共114页，2023年，2月20日，星期二大小亚基的生物学功能小亚基：通过密码子与反密码子的配对，识别并结合模板mRNA，蛋白质合成中A位、P位、E位的一部分等。大亚基：

结合多肽链，催化肽键形成、蛋白质合成中A位、P位、E位的一部分等。第53页，共114页，2023年，2月20日，星期二●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Contents第54页，共114页，2023年，2月20日，星期二四、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蛋白质前体的加工第55页，共114页，2023年，2月20日，星期二(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56页，共114页，2023年，2月20日，星期二氨基酰-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：Ala-tRNAAla

Ser-tRNASerMet-tRNAMet

第57页，共114页，2023年，2月20日，星期二原核生物中，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58页，共114页，2023年，2月20日，星期二第一步反应氨基酸＋ATP-E—→氨基酰-AMP-E

＋AMP＋PPi

目录第59页，共114页，2023年，2月20日，星期二第二步反应氨基酰-AMP-E＋

tRNA↓

氨基酰-tRNA＋AMP

＋

E目录第60页，共114页，2023年，2月20日，星期二

tRNA与酶结合的模型tRNA氨基酰-tRNA合成酶ATP第61页，共114页，2023年，2月20日，星期二(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62页，共114页，2023年，2月20日，星期二IF-3IF-1翻译起始(翻译起始复合物形成)又可被分成3步：

（P130）1.核蛋白体大小亚基分离第63页，共114页，2023年，2月20日，星期二2、30S小亚基通过SD序列与mRNA模板相结合。AUG5'3'IF-3IF-1第64页，共114页，2023年，2月20日，星期二S-D序列第65页，共114页，2023年，2月20日，星期二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66页，共114页，2023年，2月20日，星期二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67页，共114页，2023年，2月20日，星期二IF-3IF-1AUG5'3'IF-2GTPIF-2-GTPGDPPi第68页，共114页，2023年，2月20日，星期二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-tRNAiMet

●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69页，共114页，2023年，2月20日，星期二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（P131）。第70页，共114页，2023年，2月20日，星期二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71页，共114页，2023年，2月20日，星期二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72页，共114页，2023年，2月20日，星期二1、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73页，共114页，2023年，2月20日，星期二第74页，共114页，2023年，2月20日，星期二通过延伸因子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75页，共114页，2023年，2月20日，星期二2、肽键形成

是由转肽酶/肽基转移酶催化

第76页，共114页，2023年，2月20日，星期二3、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77页，共114页，2023年，2月20日，星期二延长因子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78页，共114页，2023年，2月20日，星期二fMetAUG5'3'fMetTuGTP目录第79页，共114页，2023年，2月20日，星期二第80页，共114页，2023年，2月20日，星期二原核肽链合成终止过程

（四）肽链的终止第81页，共114页，2023年，2月20日，星期二

RF1：识别终止密码子UAG和UAA

释放因子RF2：识别终止密码子UGA和UAA

RF3：具GTP酶活性，刺激RF1和

RF2活性，协助肽链的释放（原核生物）真核生物的I、II类只有一种释放因子（eRF1，3）第82页，共114页，2023年，2月20日，星期二(五)蛋白质前体的加工1、N端fMet或Met的切除第83页，共114页，2023年，2月20日，星期二新生蛋白质经蛋白酶切后变成有功能的成熟蛋白质第84页，共114页，2023年，2月20日，星期二2、二硫键的形成（对稳定蛋白质的天然构象具有重要作用）两个半胱氨酸-SH

-SH

-SH

二硫键氧化第85页，共114页，2023年，2月20日，星期二3、特定氨基酸的修饰（P137）磷酸化、糖基化、甲基化、乙基化、羟基化和羧基化等第86页，共114页，2023年，2月20日，星期二4、切除新生肽链中非功能片段第87页，共114页，2023年，2月20日，星期二前胰岛素原蛋白翻译后成熟过程示意图第88页，共114页，2023年，2月20日，星期二5、蛋白质的折叠分子伴侣：辅助新生肽链正确折叠的蛋白质。序列上无相关性但有共同功能的保守性蛋白质。包括：热休克蛋白伴侣素第89页，共114页，2023年，2月20日，星期二6、蛋白质合成的抑制剂第90页，共114页，2023年，2月20日，星期二●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Contents第91页，共114页，2023年，2月20日，星期二五、蛋白质的运转机制第92页，共114页，2023年，2月20日，星期二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、类囊体中的蛋白质几类主要蛋白质的转送机制第93页，共114页，2023年，2月20日，星期二

第94页，共114页，2023年，2月20日，星期二1、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）。——能启动蛋白质转运的任何一段多肽。第95页，共114页，2023年，2月20日，星期二●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96页，共114页，2023年，2月20日，星期二第97页，共114页，2023年，2月20日，星期二●信号肽假说内容：第98页，共114页，2023年，2月20日，星期二第99页，共114页，2023年，2月20日，星期二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P146第100页，共114页，2023年，2月20日，星期二2、翻译后运转机制叶绿体线粒体第101页，共114页，2023年，2月20日，星期二(1)线粒体蛋白质跨膜运转第102页，共114页，2023年，2月20日，星期二(2)叶绿体蛋白质的跨膜运转第103页，共114页，2023年，2月