第四章 从mRNA到蛋白质

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。本文档共86页；当前第1页；编辑于星期三\14点53分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种氨基酸本文档共86页；当前第2页；编辑于星期三\14点53分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本文档共86页；当前第3页；编辑于星期三\14点53分第一节蛋白质合成体系1.遗传密码——三联子2.tRNA3.核糖体本文档共86页；当前第4页；编辑于星期三\14点53分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

本文档共86页；当前第5页；编辑于星期三\14点53分遗传密码表本文档共86页；当前第6页；编辑于星期三\14点53分（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）摆动性本文档共86页；当前第7页；编辑于星期三\14点53分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）。本文档共86页；当前第8页；编辑于星期三\14点53分减少了变异对生物的影响本文档共86页；当前第9页；编辑于星期三\14点53分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。本文档共86页；当前第10页；编辑于星期三\14点53分生物密码子线粒体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本文档共86页；当前第11页；编辑于星期三\14点53分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）连续性本文档共86页；当前第12页；编辑于星期三\14点53分基因损伤引起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)。本文档共86页；当前第13页；编辑于星期三\14点53分从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)。

本文档共86页；当前第14页；编辑于星期三\14点53分转运氨基酸的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）摆动性本文档共86页；当前第15页；编辑于星期三\14点53分U摆动配对本文档共86页；当前第16页；编辑于星期三\14点53分本文档共86页；当前第17页；编辑于星期三\14点53分密码子、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本文档共86页；当前第18页；编辑于星期三\14点53分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”氨基酸臂本文档共86页；当前第19页；编辑于星期三\14点53分与密码子配对连接氨基酸三级结构：倒“L形”本文档共86页；当前第20页；编辑于星期三\14点53分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种本文档共86页；当前第21页；编辑于星期三\14点53分

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）——大亚基本文档共86页；当前第22页；编辑于星期三\14点53分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)本文档共86页；当前第23页；编辑于星期三\14点53分第二节蛋白质生物合成过程本文档共86页；当前第24页；编辑于星期三\14点53分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本文档共86页；当前第25页；编辑于星期三\14点53分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+本文档共86页；当前第26页；编辑于星期三\14点53分（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本文档共86页；当前第27页；编辑于星期三\14点53分氨基酰-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

本文档共86页；当前第28页；编辑于星期三\14点53分原核生物中，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本文档共86页；当前第29页；编辑于星期三\14点53分第一步反应氨基酸＋ATP-E—→氨基酰-AMP-E＋AMP＋PPi

本文档共86页；当前第30页；编辑于星期三\14点53分第二步反应氨基酰-AMP-E＋tRNA↓

氨基酰-tRNA＋AMP＋E本文档共86页；当前第31页；编辑于星期三\14点53分

tRNA与酶结合的模型tRNA氨基酰-tRNA合成酶ATP本文档共86页；当前第32页；编辑于星期三\14点53分指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）肽链的起始本文档共86页；当前第33页；编辑于星期三\14点53分肽链起始必需组分：

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）

本文档共86页；当前第34页；编辑于星期三\14点53分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本文档共86页；当前第35页；编辑于星期三\14点53分（2）30S小亚基通过SD序列与mRNA模板相结合AUG5'3'IF-3IF-1本文档共86页；当前第36页；编辑于星期三\14点53分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。

本文档共86页；当前第37页；编辑于星期三\14点53分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'本文档共86页；当前第38页；编辑于星期三\14点53分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'本文档共86页；当前第39页；编辑于星期三\14点53分IF-3IF-1AUG5'3'IF-2GTPIF-2-GTPGDPPi本文档共86页；当前第40页；编辑于星期三\14点53分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；本文档共86页；当前第41页；编辑于星期三\14点53分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）。本文档共86页；当前第42页；编辑于星期三\14点53分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本文档共86页；当前第43页；编辑于星期三\14点53分

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。本文档共86页；当前第44页；编辑于星期三\14点53分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本文档共86页；当前第45页；编辑于星期三\14点53分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本文档共86页；当前第46页；编辑于星期三\14点53分（1）AA-tRNA与核糖体A位点的结合需要消耗GTP，并需EF-Tu、EF-Ts两种延伸因子本文档共86页；当前第47页；编辑于星期三\14点53分本文档共86页；当前第48页；编辑于星期三\14点53分通过延伸因子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本文档共86页；当前第49页；编辑于星期三\14点53分（2）肽键形成

是由转肽酶/肽基转移酶催化本文档共86页；当前第50页；编辑于星期三\14点53分（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延伸因子本文档共86页；当前第51页；编辑于星期三\14点53分延长因子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。本文档共86页；当前第52页；编辑于星期三\14点53分fMetAUG5'3'fMetTuGTP本文档共86页；当前第53页；编辑于星期三\14点53分进位转位成肽本文档共86页；当前第54页；编辑于星期三\14点53分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。

本文档共86页；当前第55页；编辑于星期三\14点53分

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)本文档共86页；当前第56页；编辑于星期三\14点53分原核肽链合成终止过程本文档共86页；当前第57页；编辑于星期三\14点53分UAG5'3'RFCOO-本文档共86页；当前第58页；编辑于星期三\14点53分多聚核蛋白体(polysome)——使蛋白质合成高速、高效进行。本文档共86页；当前第59页；编辑于星期三\14点53分电镜下的多聚核蛋白体现象本文档共86页；当前第60页；编辑于星期三\14点53分蛋白质合成后加工和运转机制第三节本文档共86页；当前第61页；编辑于星期三\14点53分主要包括一、蛋白质前体的加工二、蛋白质合成抑制剂三、蛋白质运输本文档共86页；当前第62页；编辑于星期三\14点53分一）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本文档共86页；当前第63页；编辑于星期三\14点53分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本文档共86页；当前第64页；编辑于星期三\14点53分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、羟基化和羧基化本文档共86页；当前第65页；编辑于星期三\14点53分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本文档共86页；当前第66页；编辑于星期三\14点53分二）蛋白质合成抑制剂本文档共86页；当前第67页；编辑于星期三\14点53分三）蛋白质运转本文档共86页；当前第68页；编辑于星期三\14点53分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、类囊体中的蛋白质本文档共86页；当前第69页；编辑于星期三\14点53分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。本文档共86页；当前第70页；编辑于星期三\14点53分●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）。本文档共86页；当前第71页；编辑于星期三\14点53分●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。

本文档共86页；当前第72页；编辑于星期三\14点53分本文档共86页；当前第73页；编辑于星期三\14点53分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本文档共86页；当前第74页；编辑于星期三\14点53分2、翻译后运转机制本文档共86页；当前第75页；编辑于星期三\14点53分(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水解和膜电位差本文档共86页；当前第76页；编辑于星期三\14点53分(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。本文档共86页；当前第77页；编辑于星期三\14点53分（3）核定位蛋白的