分子生物学翻译

分子生物学翻译第一页，共八十二页，编辑于2023年，星期五翻译:

是蛋白质生物合成过程中的第一步。翻译是根据遗传密码的中心法则，将成熟的mRNA分子中碱基的排列顺序（核苷酸序列）解码，并生成对应的特定氨基酸序列的过程。但也有许多转录生成的RNA，如

tRNA、rRNA和snRNA等并不被翻译为氨基酸序列。

第二页，共八十二页，编辑于2023年，星期五翻译分作三个阶段：起始、延长、终止。翻译主要在细胞质内的核糖体中进行，氨基酸分子通过tRNA被带到核糖体上。生成的多肽链（即氨基酸链）需要通过正确折叠形成蛋白质，许多蛋白质在翻译结束后还需要进行翻译后修饰才能具有真正的生物学活性。第三页，共八十二页，编辑于2023年，星期五mRNA的遗传信息是来自于DNA，经由核糖体被各种tRNA所识别。tRNA可以识别mRNA上以三个核苷酸为代码的密码子，与它们相配的tRNA上的三个核苷酸被称为反密码子。带有特定反密码子的tRNA携带特定的氨基酸。因此通过翻译机制，mRNA上的密码子就可以被“翻译”为对应的氨基酸。氨酰tRNA合成酶是催化将与tRNA相连的氨基酸连到一起组成蛋白质的酶。第四页，共八十二页，编辑于2023年，星期五UCAGUUCAGTCAGATCGAUCAGUATCGAUCAARNADNA5’3’Directionoftranscription3’TCGA5’图6.1转录时DNA可以直接作为生产RNA的模板，因为核糖体核苷酸能与脱氧核糖核苷酸结合6.1遗传密码第五页，共八十二页，编辑于2023年，星期五mRNADirectionoftranslationAUCUCAGCGUUCA5’3’UGHistRNAUAlaNH2fMetCysNH2ACGAAUGCAUGAGCU图6.2翻译时RNA不能直接作为生产氨基酸模板第六页，共八十二页，编辑于2023年，星期五遗传密码是一组规则，将DNA或RNA序列以三个核苷酸为一组的密码子翻译为蛋白质的氨基酸序列，以用于蛋白质合成。几乎所有的生物都使用同样的遗传密码，称为标准遗传密码；即使是非细胞结构的病毒，它们也是使用标准遗传密码。但是也有少数生物使用一些稍微不同的遗传密码。第七页，共八十二页，编辑于2023年，星期五第八页，共八十二页，编辑于2023年，星期五图6.3遗传密码UUUUUCUUAUUGCUUCUCCUACUGAUUAUCAUAAUG=MetGUUGUCGUAGUGUCUUCCUCAUCGCCUCCCCCACCGACUACCACAACGGCUGCCGCAGCGUAUUACUAA=StopUAG=StopCAUCACCAACAGAAUAACAAAAAGGAUGACGAAGAGUGUUGCUGA=StopUGG=TrpCGUCGCCGACGGAGUAGCAGAAGGGGUGGCGGAGGGUCAGUCAGPheLeuLeulleValAspGluAsnLysAlaGlySerArgArgHisGlnSerProThrTyrCysUCAGUCAGUCAGUCAGFirstposition(5’end)Thirdposition(3’end)Secondposition第九页，共八十二页，编辑于2023年，星期五64种密码子以及氨基酸的标准配对。第二位碱基UCAG第

一

位

碱

基UUUU(Phe/F)苯丙氨酸

UUC(Phe/F)苯丙氨酸

UUA(Leu/L)亮氨酸

UUG(Leu/L)亮氨酸

UCU(Ser/S)丝氨酸

UCC(Ser/S)丝氨酸

UCA(Ser/S)丝氨酸

UCG(Ser/S)丝氨酸

UAU(Tyr/Y)酪氨酸

UAC(Tyr/Y)酪氨酸

UAA终止

UAG终止

UGU(Cys/C)半胱氨酸

UGC(Cys/C)半胱氨酸

UGA终止

UGG(Trp/W)色氨酸

CCUU(Leu/L)亮氨酸

CUC(Leu/L)亮氨酸

CUA(Leu/L)亮氨酸

CUG(Leu/L)亮氨酸

CCU(Pro/P)脯氨酸

CCC(Pro/P)脯氨酸

CCA(Pro/P)脯氨酸

CCG(Pro/P)脯氨酸

CAU(His/H)组氨酸

CAC(His/H)组氨酸

CAA(Gln/Q)谷氨酰胺

CAG(Gln/Q)谷氨酰胺

CGU(Arg/R)精氨酸

CGC(Arg/R)精氨酸

CGA(Arg/R)精氨酸

CGG(Arg/R)精氨酸

AAUU(Ile/I)异亮氨酸

AUC(Ile/I)异亮氨酸

AUA(Ile/I)异亮氨酸

AUG(Met/M)甲硫氨酸,起始1

ACU(Thr/T)苏氨酸

ACC(Thr/T)苏氨酸

ACA(Thr/T)苏氨酸

ACG(Thr/T)苏氨酸

AAU(Asn/N)天冬酰胺

AAC(Asn/N)天冬酰胺

AAA(Lys/K)赖氨酸

AAG(Lys/K)赖氨酸

AGU(Ser/S)丝氨酸

AGC(Ser/S)丝氨酸

AGA(Arg/R)精氨酸

AGG(Arg/R)精氨酸

GGUU(Val/V)缬氨酸

GUC(Val/V)缬氨酸

GUA(Val/V)缬氨酸

GUG(Val/V)缬氨酸

GCU(Ala/A)丙氨酸

GCC(Ala/A)丙氨酸

GCA(Ala/A)丙氨酸

GCG(Ala/A)丙氨酸

GAU(Asp/D)天冬氨酸

GAC(Asp/D)天冬氨酸

GAA(Glu/E)谷氨酸

GAG(Glu/E)谷氨酸

GGU(Gly/G)甘氨酸

GGC(Gly/G)甘氨酸

GGA(Gly/G)甘氨酸

GGG(Gly/G)甘氨酸

第十页，共八十二页，编辑于2023年，星期五遗传密码在纤毛虫和线粒体中的改变

第十一页，共八十二页，编辑于2023年，星期五遗传密码的特点(1)遗传密码是三联体密码。(2)遗传密码无逗号。(3)遗传密码是不重迭的。(4)遗传密码具有通用性。(5)遗传密码具有简并性(degeneracysynonyms)。(6)密码子有起始密码子和终止密码子。第十二页，共八十二页，编辑于2023年，星期五

遗传密码的破译1954年G.Gamov对破译密码首先提出了设想若一种碱基对应与一种氨基酸，那么只可能产生4种氨基酸;若2个碱基编码一种氨基酸的话，4种碱基共有42=16种不同的排列组合;3个碱基编码一种氨基酸，经排列组合可产生43=64种不同形式若是四联密码，就会产生44=256种排列组合。第十三页，共八十二页，编辑于2023年，星期五Codons

UCAGAminoAcidsaa1aa2aa3aa4Codons

UUUCUAUGCUCCCACGAUACAAAGGUGCGAGGAminoacidsaa1aa2aa3aa4aa5aa6aa7aa8aa9aa10aa11aa12aa13aa14aa15aa16FirstbaseUCAGSecondbase

UCAGUCAGUCAGUCAGCodonsUUUUUCUUAUUGUCUUCCUCAUCGUAUUACUAAUAGUGUUGCUGAUGGAminoacidsaa1aa2aa3aa4

aa5aa6aa7aa8

aa9aa10aa11aa12

aa13aa14aa15aa16SecondbaseUCAGThirdbase

UCAGUCAGUCAGUCAGFirstbaseU*IfeachcodonhasonebaseIfeachcodonhastwobasesIfeachcodonhasthreebases*CodonsandaminoacidsfromusingC,AorGasthefirstbasearenotlistedinthiscase.第十四页，共八十二页，编辑于2023年，星期五6.2原核生物翻译机理核糖体是细胞内一种核糖核蛋白颗粒(ribonucleoproteinparticle)，主要由rRNA和蛋白质构成，其惟一功能是按照mRNA的指令将氨基酸合成蛋白质多肽链，所以核糖体是细胞内蛋白质合成的分子机器。第十五页，共八十二页，编辑于2023年，星期五

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

70S50S23S=2904b32种(L1-L32）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=4718b50种有GAUC和tRNAfMat的TψCG互补4.2×106D5S=120b60%RNA5.8S=160b

40S18S=1874b33种和Capm7G结合

第十六页，共八十二页，编辑于2023年，星期五图6.4原核生物与真核生物核糖体的组成16SrRNA5SrRNA23SrRNA30Ssubunit50Ssubunit70Sprokaryoticribosome18SrRNA5SrRNA28SrRNA5.8SrRNA40Ssubunit60Ssubunit80SeukaryoticribosomeProkaryoticEukaryoticL2L3L32S1S2S3S21L132proteinsoflargesubunit(L1~L32)21proteinsofsmallsubunit(S1~S21)L2L3L50S1S2S3S33L150proteinsoflargesubunit(L1~L50)33proteinsofsmallsubunit(S1~S33)第十七页，共八十二页，编辑于2023年，星期五多聚核糖体：原核生物中带有很多核糖体的mRNA称为多聚核糖体。开放阅读框（OpenReadingFrame）

就是直接翻译成蛋白质的那段DNA序列。从atg开始到终止密码子结束，中间没有内含子。非翻译区（UnTranslatedRegions)

转录产物开头和末尾不翻译成蛋白质的那段序列。6.2.1起始第十八页，共八十二页，编辑于2023年，星期五

ACGAGGCTTTCTCCTCCTCCCTGCTCGGCCTCCATTCGCCGTCCGCGGTTCTCTCCACCG

AACAAGCTCACACATCAAGACAATAAATAGAGCCTCGTCTGTTTGGGGCCAATCAAACCA

AACAACAAGTTCATGTCTGATCTCGACGTCCAGGTTCCAACTGCTTTTGATCCGTTTGCT

M

S

D

L

D

V

Q

V

P

T

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F

D

P

F

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GAGGCAAATGCTGAGGACTCCGGCGCTGGTGCTGGATCAAAGAACTATGTGCATGTGCGT

E

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N

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G

A

G

A

G

S

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Y

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V

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GTACAGCAGCGCAACGGAAGAAAGAGTCTGACAACTGTTCAGGGCTTGAAGAAAGATTAC

V

Q

Q

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N

G

R

K

S

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T

T

V

Q

G

L

K

K

D

Y

AGCTACAACAAGATTCTCAAGGATCTCAAAAAGGAGTTCTGCTGTAATGGTACTGTAGTC

S

Y

N

K

I

L

K

D

L

K

K

E

F

C

C

N

G

T

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V

CAGGATCCAGAACTAGGCCAGGTCATTCAACTCCAAGGTGATCAGCGTAAAAATGTTGCT

Q

D

P

E

L

G

Q

V

I

Q

L

Q

G

D

Q

R

K

N

V

A

ACTTTTCTAGTTCAGGCTGGACTTGCAAAGAAAGAGAGCATCAAGATTCACGGATTTTAG

T

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L

V

Q

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G

L

A

K

K

E

S

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K

I

H

G

F

*

GCAACACACAAATGCCCGTGTGCCGTCACCGAAGCCTGGAAGTTGTCATATACTTGGTATTGTCACATCTAAGACATTTGAATTGCTAGTAGTCGTGTGAGGCATCTGTGTTTGATGCACTTCTACACCAAGACATTTGAATTGGCATCGGTGTGTTGATGCAAGTTGTCCTTCACCATGGTTTGTATGCGCCACCAGTATGGCAGTATGGTTTATCCAGGTTAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA

羊草eIF1基因的全长cDNA第十九页，共八十二页，编辑于2023年，星期五图6.5SD序列可以通过与16SrRNA杂交而被识别。SD序列标明了哪一个AUG应该作为起始密码子。SDsequence5’-CAGUACGUC

UUGACCUAUGGACGAUCUU---mRNA16SrRNAin30SribosomalsubunitA•UG•CG•CA•UG•CG•CU•AUCUCGCUA3’StarttomakeproteinherefMetAspAspLeu第二十页，共八十二页，编辑于2023年，星期五SD序列（Shine-Dalgarnosequence）：mRNA中用于结合原核生物核糖体的序列。

SD序列在细菌mRNA起始密码子AUG上游10个碱基左右处，富含嘌呤的碱基序列，能与细菌16SrRNA3’端识别，帮助从起始AUG处开始翻译。在原核生物中，核糖体中与mRNA结合位点位于16SrRNA的3`端，mRNA中与核糖体16SrRNA结合的序列称为SD序列(SDsequence)，它是1974年由J.Shine和L.Dalgarno发现的，故此而命名。SD序列是mRNA中5`端富含嘌呤的短核苷酸序列，一般位于mRNA的起始密码AUG的上游3至11个核苷酸处，并且同16SrRNA3`端的序列互补。第二十一页，共八十二页，编辑于2023年，星期五

tRNA的结构三叶草型的二维结构(1)各种tRNA均含有70~80个碱基，其中22个碱基是恒定的。(2)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。

第二十二页，共八十二页，编辑于2023年，星期五(3)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；(4)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。(5)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;(6)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）。第二十三页，共八十二页，编辑于2023年，星期五tRNA的三维结构第二十四页，共八十二页，编辑于2023年，星期五第二十五页，共八十二页，编辑于2023年，星期五图6.6原核生物中N-甲酰甲硫氨酸连接的起始tRNA。CH3SCH2CH2CHCONHCHOfMetACCOOHCH2POOOAOOOHCH2POOOOCON-formylmethionine(fMet)ProkaryoticinitiatorfMet-tRNA5’5’3’3’4’2’1’第二十六页，共八十二页，编辑于2023年，星期五图6.730S起始复合体AUG5’3’mRNAfMetACCUAC•••30SribosomalsubunitInitiationcodon30S起始复合体：30S亚基、mRNA和起始tRNA的集合称为30S起始复合体。第二十七页，共八十二页，编辑于2023年，星期五起始因子（initiationfactors,IF)参与蛋白质起始复合物的形成第二十八页，共八十二页，编辑于2023年，星期五IF-1：

1.结合到30s亚基的A位点上

2.阻止氨酰tRNA与A位结合，

3.阻止30s亚基和50s亚基结合。

IF-2:

1.使fMet-tRNA特异的结合到P位点上

2.与GTP结合为70亚基的形成提供能量

IF-3：

1．使30S亚基与mRNA的特异位点结合

2．能保持30s亚基的稳定性，阻止30s亚基和50s亚基结合第二十九页，共八十二页，编辑于2023年，星期五第三十页，共八十二页，编辑于2023年，星期五第三十一页，共八十二页，编辑于2023年，星期五核糖体的作用位点⑴A位点（或称acceptorsite）可以进入氨基酰-tRNA(aminoacyl-tRNA)。⑵P位点(或称供位，donorsite)是被肽基酰-tRNA(peptidyl-tRNA)所占据。(3)E位点(Exitsite)脱酰tRNA(deacylated-tRNA)短暂地占据。第三十二页，共八十二页，编辑于2023年，星期五图6.8(a)70S起始复合体上的三个tRNA结合位点；(b)起始tRNA最初结合在P位。UAC•••5’3’mRNAPsiteAsiteEsitefMetAUGCAGGCUACGGAGACUAGG5’3’mRNAAUGCAGGCUACGGAGACUAGG(a)(b)第三十三页，共八十二页，编辑于2023年，星期五6.2.2延伸在多肽链上每增加一个氨基酸都需要经过进位、转位和移位三个步骤：进位：为密码子所特定的氨基酸tRNA结合到核蛋白体的A位，称为进位。转位：涉及肽键的形成。移位：转位作用发生后，氨基酸都位于A位，P位上无负荷氨基酸的tRNA就此脱落，核蛋白体沿着mRNA向3’端方向移动一组密码子，使得原来结合二肽酰tRNA的A位转变成了P位，而A位空出，可以接受下一个新的氨基酰tRNA进入。第三十四页，共八十二页，编辑于2023年，星期五以后，肽链上每增加一个氨基酸残基，即重复上述进位、转位、移位的步骤，直至所需的长度，实验证明mRNA上的信息阅读是从5’端向3’端进行，而肽链的延伸是从氨基端到羧基端。所以多肽链合成的方向是N端到C端。第三十五页，共八十二页，编辑于2023年，星期五图6.9翻译延伸的循环机理AUG123aa1AUG123aa1Peptidyltransfer(Round1)MetMetfftRNA1enteringAUG123aa1fMetTranslocationAUG123aa1Metfaa2tRNA2enteringInitiatortRNAleaving第三十六页，共八十二页，编辑于2023年，星期五AUG123Metfaa2aa1Translocation4AUG123aa145Metfaa2tRNA1leavingaa3tRNA3enteringAUG123aa1Metfaa2Peptidyltransfer(Round2)第三十七页，共八十二页，编辑于2023年，星期五tRNA2O图6.10肽键形成，由肽基转移酶催化。AUG123aa1Metfaa2HNCCR1OHNHCCR2O••tRNA1OAUG123Metfaa2aa1tRNA2ONCCR1ONHCCR2OtRNA1OHHHHHHPsiteAsitePsiteAsitePeptidyltransferase肽基转移酶：在核糖体内催化形成肽键的酶称为肽基转移酶。第三十八页，共八十二页，编辑于2023年，星期五过去认为，大亚基的蛋白质具有酶的活性，促使肽键形成，故称为转肽酶。20世纪90年代初，H.F.Noller等证明大肠杆菌的23SrRNA能够催化肽键的形成，才证明rRNA是一种核酶，从而根本改变了传统的观点。核糖体催化肽键合成的是rRNA，蛋白质只是维持rRNA构象，起辅助的作用。第三十九页，共八十二页，编辑于2023年，星期五第四十页，共八十二页，编辑于2023年，星期五延伸因子是参与蛋白合成过程中肽链延伸的蛋白因子，在原核生物中有三种延伸因子，即EF-Tu、EF-Ts、EF-G。第四十一页，共八十二页，编辑于2023年，星期五原核生物蛋白质合成的延伸因子

因子基因功能抑制剂

EF-TutufA,tufB与氨基酰tRNA黄色霉素及GTP结合

EF-Tstsr结合EF-Tu，取代GDPEF-G结合核糖体梭链孢酸

和GTP

第四十二页，共八十二页，编辑于2023年，星期五终止密码UAA,UGA,UAG；在E.coli中释放因子（releasefactors（RF））;终止反应是释放因子识别终止位点并与之结合，激活肽基转移酶，水解了P位点上多肽与tRNA之间的键，然后释放了多肽和tRNA。在真核系统中只有一种释放因子——eEF可识别3种终止密码子。6.2.3终止第四十三页，共八十二页，编辑于2023年，星期五释放因子（releasefactors，RF）：又称终止因子。在GTP存在下能识别终止密码子的一种因子。其作用是终止肽链合成并使肽链释放出核糖体。RF与核糖体A位结合后，活性肽基转移酶水解P位上的tRNA与肽链之间的链，把P位上的肽基转移至水分子。随后，新生肽链与最后一个去酰化的tRNA释放出核糖体。在原核生物中发现三个释放因子RF-1，RF-2，RF-3。

第四十四页，共八十二页，编辑于2023年，星期五图6.11翻译终止机理StopcodonGlySerUAAReleasefactorPheAlaLeuValLys第四十五页，共八十二页，编辑于2023年，星期五6.3真核生物翻译真核生物的翻译和原核生物的最大区别：

原核生物起始tRNA携带N-甲酰甲硫氨酸起始阶段

真核生物起始tRNA携带甲硫氨酸

但只能跟起始密码子结合。

第四十六页，共八十二页，编辑于2023年，星期五扫描：为寻找起始密码子的位置，48S复合体会从mRNA的5`帽结构开始沿mRNA滑行，这一过程称为扫描。在大部分mRNA中，遇到的第一个AUG会被作为起始密码子。第四十七页，共八十二页，编辑于2023年，星期五第四十八页，共八十二页，编辑于2023年，星期五AUGAUG40SScanningTranslationinitiationmRNAIRESAUGTranslationinitiationAUG40SsubunitentersIRESsitedirectly80S80S(a)TranslationinitiationatAUGchosenbyscanning(b)TranslationinitiationatIRESsite40SAUGAUGmRNA图6.12通过扫描寻找AUG(a)和通过直接进入IRES位点

(b)启动的翻译。IRES:内部核糖体进入序列第四十九页，共八十二页，编辑于2023年，星期五IRES为内核糖体进入序列（internalribosomeentrysite），它可翻译一条mRNA上的两个开放读框，由其连接的两个基因的表达率相同。第五十页，共八十二页，编辑于2023年，星期五真核起始因子(eukaryoticinitiationfactor，eIF)，又称为真核翻译起始因子，是指参与真核翻译起始这一过程的蛋白质。与原核起始因子只有三种（IF1、IF2、IF3）相比，真核起始因子种类多且复杂，目前已鉴定的真核起始因子共有12种。通过这些真核起始因子之间以及不同的真核起始因子与核糖体、mRNA和起始tRNA之间的相互作用，来完成真核生物的翻译起始。第五十一页，共八十二页，编辑于2023年，星期五因此相比于原核生物，真核生物的翻译起始过程更多得依赖于蛋白质与蛋白质以及蛋白质与RNA之间的相互作用，而非RNA与RNA间的相互作用。第五十二页，共八十二页，编辑于2023年，星期五第五十三页，共八十二页，编辑于2023年，星期五eIF1是一种参与真核翻译起始的重要的蛋白质。eIF1在起始密码子AUG的识别中发挥重要的作用，它能使起始密码子的识别具有很高的保真度。在酵母中，eIF1是维持其生存不可或缺的蛋白质。第五十四页，共八十二页，编辑于2023年，星期五eIF1A是一种在真核翻译起始进程中发挥重要作用的蛋白质，也是一种RNA结合蛋白。其主要的功能是稳定Met-tRNAi与40S核糖体亚基间的结合，参与激活mRNA的结合，还可以通过结合到40S亚基上以阻止其与60S亚基结合形成无活性的核糖体。在酵母中，eIF1A是维持其生存不可或缺的蛋白。eIF1A被认为是最保守的起始因子：小麦和兔子的eIF1A在体外实验中是可互换的；而且在体内实验中，人eIF1A可以取代酵母eIF1A。eIF1A与原核生物中的IF1同源。eIF1A与IF1结合核糖体相似的是，在没有其他真核起始因子的协助下，eIF1A依然能够结合到40S亚基上。eIF1A的基因存在于X染色体(基因名:EIF1AX)和Y染色体(基因名：EIF1AY)中。第五十五页，共八十二页，编辑于2023年，星期五第五十六页，共八十二页，编辑于2023年，星期五第五十七页，共八十二页，编辑于2023年，星期五图6.13真核起始因子（eIF）在真核翻译中的作用。eIF3MetInitiatortRNAeIF2MeteIF3eIF2AUG40S43SmRNAeIF4FMet48SAUGeIF3：在不发生翻译时防止核糖体两个亚基之间的结合。eIF2：在起始tRNA结合到40S的亚基的过程中起作用。eIF4:促使翻译从mRNA的5`末端开始。eIF1和eIF1A:稳定48S起始复合体的作用。eIF5和eIF5B:使形成80S起始复合体。第五十八页，共八十二页，编辑于2023年，星期五Met48SAUGeIF1AeIF1eIF1eIF1AScanningMet48SAUGeIF1eIF1A第五十九页，共八十二页，编辑于2023年，星期五eIF5B60SeIF5eIF1eIF1AeIF4FMetAUGeIF5BeIF5Met80SAUGTranslationeIF5BeIF5第六十页，共八十二页，编辑于2023年，星期五第六十一页，共八十二页，编辑于2023年，星期五第六十二页，共八十二页，编辑于2023年，星期五第六十三页，共八十二页，编辑于2023年，星期五相关疾病目前已知的真核起始因子中，eIF2B与人类遗传病的关系最为密切。eIF2B的五个亚基基因的常染色体遗传性隐性突变会导致白质异常，在临床上表现为一系列严重的连续症状，称为“eIF2B相关紊乱”。典型的如脑白质病，即白质消失（vanishingwhitematter，VWM）和卵巢衰竭（ovarianfailure）。这种紊乱疾病持续时间久，伴随年龄增长而不断恶化，而且当感染发烧或轻微脑部外伤都可以恶化病情而导致死亡。最严重时会在婴儿期就造成死亡，而如果持续到最后会导致成人卵巢发育失败并可能伴随神经退化。第六十四页，共八十二页，编辑于2023年，星期五在哺乳动物中，eIF3的e亚基（eIF3e）由Int6基因编码，而Int6基因是鼠乳腺癌病毒（mousemammarytumorvirus）基因组的整合位点。而病毒基因组的插入能够导致生成被剪切的eIF3e，表达被剪切的eIF3e就能够导致细胞发生癌变。因此，eIF3e虽然不直接引发癌症，但却与癌症的发生密切相关。此外，eIF2的α亚基中磷酸化位点的突变能够导致与PERK（PKR-likeendoplasmicreticulumkinase）基因缺失相似的症状。而PERK基因突变能够遗传性疾病Wolcott-Rallison综合症，表现为幼年重糖尿病伴随骨骼异常生长延迟。但目前还没有关于该磷酸化位点的突变发生在人体中的报道。第六十五页，共八十二页，编辑于2023年，星期五6.4tRNA结构与摇摆反密码子（anticodon）：tRNA分子二级结构的反密码环中部的三个相邻核苷酸组成反密码子。它们与结合在核糖体上的mRNA中的核苷酸（密码子）根据碱基配对原则互补成对，因此在蛋白质合成过程中，携带特定氨基酸的tRNA凭借自身的反密码子识别mRNA上的密码子，把所携带的氨基酸掺入到多肽链的一定位置上。第六十六页，共八十二页，编辑于2023年，星期五第六十七页，共八十二页，编辑于2023年，星期五氨酰化氨酰化（Aminoacylation）是添加一个氨酰基团到化合物的过程。在氨酰tRNA合成酶（aminoacyltRNAsynthetase）的作用下，tRNA与特异的氨基酸进行氨酰化反应，对于一种氨基酸而言，尽管可能有多种tRNA和多种反密码子，但是通常只有一种氨酰tRNA合成酶。合成酶对合适的tRNA的识别不仅仅是反密码子，受体臂也起了显著的作用。反应：氨基酸+ATP→氨基酰-AMP+PPi

氨基酰-AMP+tRNA→氨基酰-tRNA+AMP第六十八页，共八十二页，编辑于2023年，星期五•••

UAU5’3’mRNAACCAUAUAU5’3’mRNACodonoftyrosineNH2CCOHOAnticodonoftyrosineTyrosineCodonandanticodoninteractionCH2OH5’3’ACCAUANH2CCOHOCH2OH5’3’图6.14含有氨基酸连接位点和反密码子的tRNA的三叶草形二维结构。tRNA的反密码子与密码子（对应于tRNA上携带的氨基酸）结合第六十九页，共八十二页，编辑于2023年，星期五AnticodonAminoacidattachmentsite图6.15tRNA的三维结构第七十页，共八十二页，编辑于2023年，星期五LinkageofaminoacidtotRNANH2CCOHOGCUCH3NH2CCOHHOGCUCH3AlaninetRNAwithanti-codonofUGCAminoacyltRNAsynthetaseOH图6.16氨酰tRNA合成酶识别tRNA反密码子并将合适的氨基酸加到tRNA上第七十一页，共八十二页，编辑于2023年，星期五在蛋白质合成体系中，密码子中第三位碱基与反密码子第一位碱基的配对有时不一定完全遵循A-U、G-C的原则，Crick把这种情况称为摇摆（wobble），有人也称摆动配对或不稳定配对。

密码子的第三位和反密码子的第一位是摇摆位点。反密码子第一位的G可以与密码子第三位的C、U配对，U可以与A、G配对，I可以和密码子的U、C、A配对，这使得该类反密码子的阅读能力更强。第七十二页，共八十二页，编辑于2023年，星期五CGAlaAGCUCGAlaGCUGICGAlaGC5’3’mRNAICGAlaGC5’3’mRNAUCAICGAlaGC5’3’mRNA5’3’mRNA5’3’mRNA5’5’5’5’5’3’3’3’3’3’图6.17摇摆。反密码子的第一位碱基通常可以与不止一个碱基结合，是一个反密码子能够识别不止一个密码子。当次黄苷（I）出现在第一位时，反密码子的功能尤其广泛。第七十三页，共八十二页，编辑于2023年，星期五6.5实验研究（破译遗传密码）基因密码的破译是六十年代分子生物学最辉煌的成就。先后经历了五十年代的数学推理阶段和1961-1965年的实验研究阶段。第七十四页，共八十二页，编辑于2023年，星期五1954年，物理学家GeorgeGamov根据在DNA中存在四种核苷酸，在蛋白质中存在二十种氨基酸的对应关系，做出如下数学推理:如果每一个核苷酸为一个氨基酸编码，只能决定四种氨基酸(41=4);如果每二个核苷酸为一个氨基酸编码，可决定16种氨基酸(42=16)。上述二种情况编码的氨基酸数小于20种氨基酸，显然是不可能的。那么如果三个核苷酸为一个氨基酸编码的，可编64种氨基酸(43=64);若四个核苷酸编码一个氨基酸，可编码256种氨基酸(44=256)，以此类推。第七十五页，共八十二页，编辑于2023年，星期五乔治伽莫夫乔治·伽莫夫（GeorgeGamow，1904年－1968年），美籍俄裔物理学家、天文学家、科普作家，热大爆炸宇宙学模型的创立者。伽莫夫1904年生于乌克兰，1922年进入新俄罗斯大学就读，曾师从著名宇宙学家亚力山大·弗里德曼学习弗里德曼宇宙模型。1928年获得博士学位。1928年到1932年间曾先后在德国格丁根大学、丹麦哥本哈根大学理论物理研究所和英国剑桥大学卡文迪许实验室师从著名物理学家玻尔和卢瑟福从事研究工作。1931年，伽莫夫被召回苏联，任命为列宁格勒科学院首席研究员，1933年出席在比利时布鲁塞尔召开的一次会议时，伽莫夫抓住机会离开了苏联。伽莫夫在法国巴黎的居里研究所从事研究，1934年移居美国，在密歇根大学担任讲师。在华盛顿大学工作期间，伽莫夫主要从事宇宙学和天体物理学研究，发展了大爆炸宇宙模型，这个时期是他学术生涯的顶峰，取得了一系列重要的研究成果。1954年起，伽莫夫担任伯克利加州大学教授，1956年起任科罗拉多大学教授，并将研究中心转向分子生物学。这期间，伽莫夫提出了DNA分子的“遗传密码”。第七十六页，共八十二页，编辑于2023年，星期五Gamov认为只有43=64这种关系是理想的，因为在有四种核苷酸条件下，64是能满足于20种氨基酸编码的最小数。而44=256以上。虽能保证20种氨基酸编码，但不符合生物体在亿万年进化过程中形成的和遵循的经济原则，因此认为四个以上核苷酸决定一个氨基酸也是不可能的。1961年，Brenner和Grick根据DNA链与蛋白质链的共线性(colinearity)，首先肯定了三个核苷酸的推理。随后的实验研究证明上述假想是正确的。第七十七页，共八十二页，编辑于2023年，星期五1)在体外无细胞蛋白质合成体系中加入人工合成的polyＵ开创了破译遗传密码的先河。

1961年，美国NIH的Nirenberg和Mathaei，设想:即然mRNA有刺激无细胞系统中的蛋白质合成作用，加入人工合成的多聚核苷酸亦将会有这种促进作用。按此设想，他们合成了polyU作为模板，以观察无细胞系统中蛋白质合成速率。当把翻译产物分离、纯化和做序列分析后，结果出乎意料，合成的肽链中的氨基酸残基全部是苯丙氨酸，即polyPhe。于是第一次确认了UUU