生物化学课件翻译

生物化学课件翻译第1页/共89页翻译是蛋白质生物合成的同义词

翻译的过程就是将核酸中由4种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20种氨基酸排列顺序。第2页/共89页第一节

蛋白质生物合成体系第3页/共89页20种氨基酸（AA）作为原料酶及众多蛋白因子，如IF、eIF

ATP、GTP、无机离子参与蛋白质生物合成的物质包括：

三种RNAmRNA（messengerRNA,信使RNA）rRNA（ribosomalRNA,核蛋白体RNA）tRNA（transferRNA,转移RNA）第4页/共89页一、翻译模板mRNA及遗传密码*mRNA是遗传信息的携带者

遗传学将编码一个多肽的遗传单位称为顺反子(cistron)。

原核生物的一段mRNA常常编码几种功能相关的蛋白质，这种mRNA被称为多顺反子（polycistron）。

真核生物的一段mRNA常常只能编码一条多肽链，这种mRNA被称为单顺反子（singlecistron）。第5页/共89页多顺反子单顺反子真核生物原核生物非编码序列第6页/共89页*mRNA上存在遗传密码

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（tripletcode）起始密码（initiationcoden）:AUG

终止密码（terminationcoden）:UAA，UAG，UGA第7页/共89页遗

传

密

码

表第8页/共89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9页/共89页1、连续性（Commaless）移码突变（框移突变）遗传密码的特点：第10页/共89页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、3、4个或多至6个三联体为其编码。这称为遗传密码的简并性。

编码同一氨基酸的几组简并密码子上第一二位碱基多相同，而第三位碱基改变往往不影响氨基酸翻译。

第11页/共89页第12页/共89页3、摆动性

（Wobble）

密码子与反密码子配对，有时会出现不遵从碱基配对规律的情况，称为遗传密码的摆动现象。AUC摆动配对123第13页/共89页密码子、反密码子配对的摆动现象反密码子第一位碱基密码子第三位碱基I

UGA,C,U

A,G

U,C第14页/共89页4、通用性（Universal）

从病毒直到人类，细胞核DNA指导的蛋白质合成都使用同一套遗传密码。*研究发现，动物细胞的线粒体DNA、植物细胞的叶绿体DNA，在翻译时，其密码阅读方式不同。第15页/共89页二、核蛋白体是肽链合成的装置

（1）P位：即肽位(peptidylsite)，或给位，在延长成肽之后，3′端连接肽链的肽酰tRNA占据的位置，肽链转位至此，延长继续。

（2）A位：即氨基酰位(aminoacylsite)，或称受位，每次延长，氨基酰tRNA就加入到A位上，延长成肽中，此位因接受肽酰基链，故名受位。

（3）E位：排出位(exitsite)第16页/共89页目录第17页/共89页原核生物真核生物核蛋白体小亚基大亚基核蛋白体小亚基大亚基S70S30S50S80S40S60SrRNA16S-rRNA5S-rRNA23S-rRNA18S-rRNA28S-rRNA5S-rRNA5.8S-rRNA蛋白质rpS21种rpL36种rpS33种rpL49种

不同细胞核蛋白体的组成第18页/共89页核蛋白体的组成目录第19页/共89页原核生物翻译过程中核蛋白体结构模式:A位：氨基酰位(aminoacylsite)P位：肽酰位(peptidylsite)E位：排出位(exitsite)目录第20页/共89页三、tRNA与氨基酸的活化反密码环氨基酸臂ACC123第21页/共89页tRNA的三级结构示意图第22页/共89页（一）氨基酰-tRNA合成酶tRNA分子的反密码环与mRNA上的密码配对。tRNA的3’-末端-CCA-OH是氨基酸的结合位点。由密码—

反密码-氨基酸之间的“对号入座”，保证了从核酸到蛋白质信息传递的准确性。第23页/共89页氨基酸+tRNA氨基酰-tRNAATP

AMP＋PPi氨基酰-tRNA合成酶氨基酰-tRNA合成酶(aminoacyl-tRNAsynthetase)

氨基酸的活化第24页/共89页第一步反应氨基酸＋ATP-E—→氨基酰-AMP-E

＋PPi

目录第25页/共89页第二步反应氨基酰-AMP-E＋

tRNA↓

氨基酰-tRNA＋AMP

＋

E目录第26页/共89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(proofreadingactivity)。氨基酰-tRNA的表示方法：Ala-tRNAAla

Ser-tRNASerMet-tRNAMet

第27页/共89页（二）氨基酰tRNA的表示方法氨基酰-tRNA书写规则：aa-tRNAaa；Arg-tRNAArg；原核生物：起始密码（AUG、GUG、UUG）

——

编码N-甲酰甲硫氨酸

fMet、tRNAfMet，

fMet-tRNAfMet；真核生物：起始密码（AUG）

——

编码甲硫氨酸

Met、Met-tRNAiMet；翻译过程：密码（AUG）

——

编码甲硫氨酸Met、Met-tRNAeMet。第28页/共89页第二节

蛋白质生物合成过程

第29页/共89页翻译的起始翻译的延伸翻译的终止第30页/共89页一、肽链合成起始

甲硫氨酰tRNA与mRNA结合到核蛋白体上，生成翻译起始复合物

（translationalinitiationcomplex）第31页/共89页起始因子IF和eIF

起始步骤IFeIF

亚基分离

IF3（IF1）

eIF3mRNA就位

核酸–核酸，核酸–蛋白质

eIF3,eIF1,eIF4A

之间的辨认结合

eIF4B,CBP-1

eIF4E

（CBP-2）

起始tRNA就位

IF2,GTP（IF1）

eIF2,co-eIF2-GTP

eIF3,eIF4C

大亚基结合

各种IF脱落，GTP水解eIF5,eIF4D第32页/共89页（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33页/共89页1、核蛋白体亚基分离

起始因子IF3结合到核糖体(70S)的小亚基上，使大亚基(50S)与小亚基(30S)解离；

大小亚基解离核糖体70S+IF3+IF130S小亚基.IF3.IF1+50S大亚基

（促解离）（促IF3作用）

—

利于小亚基与mRNA，fMet-tRNAfMet结合。第34页/共89页2、mRNA在小亚基定位结合

（1)原核生物mRNA通过5’端S－D序列配对结合到核蛋白体小亚基上的16S-rRNA近3’-末端处（有一段短序列…UCCU…）。IF-3对此有固定作用。

(2)紧接S－D序列的小段核苷酸，又可以被核蛋白体小亚基蛋白(rps-l)辨认结合。

第35页/共89页第36页/共89页S-D序列：在翻译起始密码子AUG的上游，相距约8—13个核苷酸处，有一段由4-9个核苷酸组成的富含嘌呤的序列。这一序列以AGGA为核心，因其发现者是Shine-Dalgarno而得名。mRNA上的S-D序列又称为核蛋白体结合位点。原核生物核蛋白体小亚基上的16S-rRNA近3’-末端处，有一段短序列…UCCU…是与S-D序列互补的。第37页/共89页S-D序列第38页/共89页IF-1IF-1EE第39页/共89页3．fMet-tRNA的结合fmet-tRNA和IF-2及GTP形成复合物，只能辨认和结合于mRNA的起始密码子AUG上。这个过程和mRNA在核蛋白体小亚基就位同时发生，这一结合，推动了mRNA的前移，也保证了mRNA就位的准确性。

进入起始密码位置

fMet-tRNA+IF2+GTP

小亚基上就位（IF1协助）（严格）第40页/共89页4．核蛋白体大亚基结合

IF-3脱落，在已有mRNA和fMet-tRNA的小亚基上，加入核蛋白体的大亚基，成为一个已准备好的翻译系统整体，即翻译起始复合物。

+50S大亚基mRNA+fMet-tRNA+小亚基70S.mRNA.fMet-tRNA

IF3IF1IF2GDP+Pi第41页/共89页起始氨基酰tRNA

(fMet-tRNAfmet)结合到小亚基上IF-1核蛋白体大亚基结合EE第42页/共89页第43页/共89页

原核：起始因子——

三种；IF-l、2和3

真核：起始因子——

十种；eIF

翻译起始：

1）IF-3结合—核蛋白体30S亚基，使大、小亚基拆离；

2）IF-1协助IF-3结合和亚基拆离；

3）单独的30S亚基易于与mRNA及起始tRNA结合。

4）IF-2促进fMet-tRNA结合mRNA及核蛋白体。

起始因子IF和eIF第44页/共89页IF-3IF-11.核蛋白体大小亚基分离E第45页/共89页AUG5'3'IF-3IF-12.mRNA在小亚基定位结合目录E第46页/共89页IF-3IF-1IF-2GTP3.起始氨基酰tRNA(fMet-tRNAimet)结合到小亚基AUG5'3'目录E第47页/共89页4.核蛋白体大亚基结合，起始复合物形成AUG5'3'E第48页/共89页（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49页/共89页真核生物翻译的起始

首先，起始因子eIF3结合到核糖体（80S）的小亚基（40S）上，使大亚基（60S）与小亚基解离甲硫酰tRNA（Met-tRNAimet

）结合

mRNA结合（需帽结合蛋白CBP）第50页/共89页met40S60SMetMet40S60SmRNAeIF-2B、eIF-3、

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

-GTP真核生物翻译起始复合物形成过程第51页/共89页二、肽链合成延长根据mRNA密码序列的指导，顺序添加的氨基酸从N端向C端延伸肽链，直到合成终止的过程。

肽链延长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，包括以下三步：进位(entrance)成肽(peptidebondformation)转位(translocation)第52页/共89页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53页/共89页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-βγEFG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54页/共89页5′3′mRNA小亚基AUGP位A位fMet翻译起始复合物E位第55页/共89页5′3′mRNA小亚基AUGP位A位fMet乙注册E位第56页/共89页5′3′mRNA小亚基AUGP位A位fMet乙成肽E位第57页/共89页5′小亚基3′mRNAAUGP位A位乙fMet转位E位第58页/共89页3′mRNAAUG5′P位A位乙fMet再一轮注册E位丙第59页/共89页又称注册(registration)（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60页/共89页延长因子EF-T催化进位（原核生物）

第61页/共89页第62页/共89页TuTsGTPAUG5'3'TuTsGTP第63页/共89页fMetAUG5'3'TuGTP第64页/共89页

转肽酶催化

——

核蛋白体大亚基上的蛋白质(rpL)

P位-fMet-tRNAfMet+A位-aa-tRNA肽(fMet成（酰基）（氨基）为N—末端)

（A位上）

A位成肽后，P位留下空载tRNA（二）成肽第65页/共89页是由转肽酶(transpeptidase)催化的肽键形成过程。第66页/共89页E位第67页/共89页（三）转位（Translocation）转位酶（Translocase）（活性存在于EFG中）EE第68页/共89页延长因子EF-G有转位酶活性，可结合并水解1分子GTP，促进核蛋白体向mRNA的3'侧移动。第69页/共89页进位转位成肽第70页/共89页

核蛋白体阅读mRNA密码子是从5’向3’方向进行，肽链合成是从N-端向C端方向进行的。第71页/共89页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72页/共89页三、肽链合成终止（Termination）

终止密码的辨认及

肽链从肽酰-tRNA水解出。

mRNA从核蛋白体中分离及大小亚基的拆开。

终止过程也需蛋白质因子被称为释放因子(RF）。

第73页/共89页终止相关的蛋白因子称为释放因子(releasefactor,RF)一、是识别终止密码，如RF-1特异识别UAA、UAG；而RF-2可识别UAA、UGA。二、是诱导转肽酶改变为酯酶活性，相当于催化肽酰基转移到水分子-OH上，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74页/共89页原核肽链合成终止过程

第75页/共89页UAG5'3'RFCOO-第76页/共89页多聚核蛋白体(polysome)——使蛋白质合成高速、高效进行。第77页/共89页蛋白质合成后加工和输送PosttranslationalProcessing&ProteinTransportation第三节第78页/共89页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79页/共89页蛋白质生物合成的干扰和抑制

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