蛋白质的生物合成翻译

关于蛋白质的生物合成翻译第1页，讲稿共72页，2023年5月2日，星期三2

中心法则指出，遗传信息的表达最终是合成出具有特定氨基酸顺序的蛋白质，这种以mRNA上所携带的遗传信息,到多肽链上所携带的遗传信息的传递，就好象以一种语言翻译成另一种语言时的情形相似，所以称以mRNA为模板的蛋白质合成过程为翻译(translation)。

翻译过程十分复杂，需要mRNA、tRNA、rRNA和多种蛋白因子参与。在此过程中mRNA为合成的模板，tRNA为运输氨基酸工具，rRNA和蛋白质构成核糖体，是合成蛋白质的场所，蛋白质合成的方向为N—C端。第2页，讲稿共72页，2023年5月2日，星期三3遗传信息流动示意图第3页，讲稿共72页，2023年5月2日，星期三4第4页，讲稿共72页，2023年5月2日，星期三5一、遗传密码（geneticcode)1、概念遗传密码:DNA（或mRNA）中的核苷酸序列与蛋白质中氨基酸序列之间的对应关系称为遗传密码。密码子(codon)：mRNA上每3个相邻的核苷酸编码蛋白质多肽链中的一个氨基酸，这三个核苷酸就称为一个密码子或三联体密码

(tripletcoden)。

。第5页，讲稿共72页，2023年5月2日，星期三遗传密码表第6页，讲稿共72页，2023年5月2日，星期三72.遗传密码的基本特点密码子是近于完全通用(universal)的。密码间无标点符号且相邻密码子互不重叠。密码的简并性(degeneracy)

：由一种以上密码子编码同一个氨基酸的现象称为简并，对应于同一氨基酸的密码子称为同义密码子(Synonymouscodon)。密码子的摆动性(wobble):转运氨基酸的tRNA的反密码需要通过碱基互补与mRNA上的遗传密码反向配对结合，但反密码与密码间不严格遵守常见的碱基配对规律，称为摆动配对。64组密码子中，AUG既是的密码，又是起始密码；有三组密码不编码任何氨基酸，而是多肽链合成的终止密码子：UAG、UAA、UGA。第7页，讲稿共72页，2023年5月2日，星期三基因损伤引起mRNA阅读框架内的碱基发生插入或缺失，可能导致移码突变(frameshiftmutation)。插入缺失第8页，讲稿共72页，2023年5月2日，星期三9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9页，讲稿共72页，2023年5月2日，星期三10二、蛋白质合成的分子基础核糖体是蛋白质合成的工厂tRNA是氨基酸的转运工具mRNA是模板第10页，讲稿共72页，2023年5月2日，星期三11（一）mRNA是蛋白质合成的模板mRNA(messengerRNA)是蛋白质生物合成过程中直接指令氨基酸掺入的模板，是遗传信息的载体。遗传学将编码一个多肽的遗传单位称为顺反子(cistron)。原核细胞中数个结构基因常串联为一个转录单位，转录生成的mRNA可编码几种功能相关的蛋白质，为多顺反子(polycistron)

。真核mRNA只编码一种蛋白质，为单顺反子(singlecistron)

。

第11页，讲稿共72页，2023年5月2日，星期三12原核细胞mRNA的结构特点5´3´顺反子顺反子顺反子插入顺序插入顺序先导区末端顺序AGGAGGUSD区半衰期短许多原核生物mRNA以多顺反子形式存在AUG作为起始密码；AUG上游7～12个核苷酸处有一被称为SD序列的保守区，16SrRNA3’-端反向互补而使mRNA与核糖体结合。第12页，讲稿共72页，2023年5月2日，星期三13SD序列(shine-Dalgarno序列):---原核生物1.位于起始密码上游约10个核苷酸处，2.序列富含嘌呤(如AGGA/GAGG）3.能和原核生物核糖体小亚基的16srRNA相应互补。4.在IF3、IF1促进下和30S亚基结合。第13页，讲稿共72页，2023年5月2日，星期三14起始密码SD序列第14页，讲稿共72页，2023年5月2日，星期三15真核细胞mRNA的结构特点

5´

“帽子”PolyA

3´

顺反子m7G-5´ppp-N-3´p帽子结构功能使mRNA免遭核酸酶的破坏使mRNA能与核糖体小亚基结合并开始合成蛋白质被蛋白质合成的起始因子所识别，从而促进蛋白质的合成。Poly(A)尾巴的功能是mRNA由细胞核进入细胞质所必需的形式它大大提高了mRNA在细胞质中的稳定性

AAAAAAA-OH第15页，讲稿共72页，2023年5月2日，星期三16(二).tRNA（transferribonucleicasid）

tRNA在蛋白质合成中处于关键地位，它不但为每个三联体密码子译成氨基酸提供接合体，还为准确无误地将所需氨基酸运送到核糖体上提供运送载体。1.tRNA的结构:

(1)3’端的氨基酸结合位点

(2)识别氨酰-tRNA合成酶位点

(3)核糖体识别位点

(4)反密码子

第16页，讲稿共72页，2023年5月2日，星期三第17页，讲稿共72页，2023年5月2日，星期三182.反密码子与密码子的”摆动配对”第18页，讲稿共72页，2023年5月2日，星期三19密码

mRNA5’3’3’5’反密码

tRNAGCUCGICAtRNA的反密码子与mRNA分子上的密码子摆动配对123123自由度的大小由tRNA反密码子第一位碱基的种类决定第19页，讲稿共72页，2023年5月2日，星期三203、”第二套遗传密码”贮存在mRNA的遗传密码称为第一套遗传密码氨酰-tRNA合成酶只催化一种氨基酸和其相对应的一种和几种tRNA结合.原核细胞内至少有32种tRNAtRNA分子上某些碱基能决定其携带氨基酸的专一性.氨酰-tRNA合成酶和tRNA之间的相互作用和tRNA分子中某些碱基对决定携带专一氨基酸的作用称为第二套遗传密码第20页，讲稿共72页，2023年5月2日，星期三21(三)、核糖体1.核糖体的组成第21页，讲稿共72页，2023年5月2日，星期三222.核糖体的结构原核细胞70S核糖体的A位、P位及mRNA结合部位示意图P位（结合或接受肽基的部位）A位（结合或接受AA-tRNA的部位）50S53mRNA30S第22页，讲稿共72页，2023年5月2日，星期三23anticodoncodon第23页，讲稿共72页，2023年5月2日，星期三第24页，讲稿共72页，2023年5月2日，星期三25三．蛋白质合成的分子机制（原核生物）氨基酸的活化肽链合成的起始肽链的延长－“核糖体循环”肽链合成的终止蛋白质的加工、修饰第25页，讲稿共72页，2023年5月2日，星期三26(一)、氨基酸的活化在氨酰-tRNA合成酶(aminoacyl-tRNAsynthetase)的催化下进行氨基酸+tRNA氨基酰-tRNAATP

AMP＋PPi氨酰-tRNA合成酶第26页，讲稿共72页，2023年5月2日，星期三27第一步反应氨基酸＋ATP-E—→氨酰-AMP-E

＋PPi

第27页，讲稿共72页，2023年5月2日，星期三28第二步反应氨酰-AMP-E＋

tRNA↓

氨酰-tRNA＋AMP

＋

E第28页，讲稿共72页，2023年5月2日，星期三29tRNA与酶结合的模型tRNA氨基酰-tRNA合成酶ATP第29页，讲稿共72页，2023年5月2日，星期三30(二)、肽链合成的起始－７０Ｓ复合物的形成1.所需的条件游离的核糖体大小亚基mRNA5’端的起始信号起始fmet-tRNAmetGTP三种可溶性起始因子(initiationfactorsIF)第30页，讲稿共72页，2023年5月2日，星期三312.N-甲酰甲硫氨酰-tRNAtMet的形成转甲酰基酶N10-甲酰FH4FH4Met-tRNAtMetfMet-tRNAtMet

+H2N-CH-COO-tRNACH2CH2SCH3CHO-HN-CH-COO-tRNA

CH2

CH2

S

CH3第31页，讲稿共72页，2023年5月2日，星期三323.三种起始因子IF1IF2

IF3辅助IF3有GTP酶活性特异识别fmet-tRNAimet形成fmet-tRNAimet-IF2-GTP促进30S小亚基结合mRNA终止时：促使核糖体解离第32页，讲稿共72页，2023年5月2日，星期三331.核糖体亚基的拆离2.mRNA在小亚基上就位3.fmet-tRNAfmet的结合

起始序列（SD序列）30S小亚基与mRNA识别、结合IF1、IF3协助

fmet-tRNAfmet-IF2-GTP通过其反密码与mRNA上的起始密码AUG相配对4.30s起始复合物形成第33页，讲稿共72页，2023年5月2日，星期三34IF3脱落50S大亚基结合GTPGDP+PiIF2、IF1脱落大小亚基mRNAfmet-tRNAimet

（结合于核糖体的P位<肽位>）5.70s起始复合物形成70s起始复合物组成第34页，讲稿共72页，2023年5月2日，星期三IF-3IF-1核蛋白体大小亚基分离第35页，讲稿共72页，2023年5月2日，星期三AUG5'3'IF-3IF-1mRNA在小亚基定位结合第36页，讲稿共72页，2023年5月2日，星期三IF-3IF-1IF-2GTP起始氨基酰tRNA(fMet-tRNAimet)结合到小亚基AUG5'3'第37页，讲稿共72页，2023年5月2日，星期三IF-3IF-1IF-2GTPGDPPi核蛋白体大亚基结合，起始复合物形成AUG5'3'第38页，讲稿共72页，2023年5月2日，星期三IF-3IF-1AUG5'3'IF-2GTPIF-2-GTPGDPPi第39页，讲稿共72页，2023年5月2日，星期三30S50S第40页，讲稿共72页，2023年5月2日，星期三41

(三).肽链的延长（进位、成肽、移位）所需的条件70S起始复合物延长tRNA转运氨基酸延长因子(elongationfactors

EF)GTP

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)移位(translocation)第41页，讲稿共72页，2023年5月2日，星期三421.进位

氨基酰-tRNA根据遗传密码的指引，进入核糖体的受位。又称注册(registration)参与的延长因子EF-Tu：协助AA-tRNA进入A位具有GTP酶活性EF-Ts：促进EF-Tu的再利用第42页，讲稿共72页，2023年5月2日，星期三第43页，讲稿共72页，2023年5月2日，星期三TuTsGTPGDPAUG5'3'TuTsGTP第44页，讲稿共72页，2023年5月2日，星期三452.成肽

酶肽键位置肽酰基转移酶（大亚基）P位：f-met-（肽酰）的α-COO-+A位：氨基酰的α-NH4+

形成肽键A位：反应在此位上进行（P位上的f-met退至A位）生成的二肽在A位上。P位：无负载tRNA第45页，讲稿共72页，2023年5月2日，星期三第46页，讲稿共72页，2023年5月2日，星期三473.移位

在A位的二肽链连同mRNA从A位进入P位酶位置方向结果移位因子----EFG有GTP酶活性协助核糖体沿mRNA前移,游离tRNA释放P位：肽-tRNA-mRNAA位：空留,下一个氨酰-tRNA进入mRNA：从5’3’

移动1个带有肽链的tRNA：从A位B位肽链合成：从N端C端延长P位上无负载的tRNA在肽键形成前从E位脱落。第47页，讲稿共72页，2023年5月2日，星期三48第48页，讲稿共72页，2023年5月2日，星期三fMetAUG5'3'fMetTuGTP第49页，讲稿共72页，2023年5月2日，星期三50合成中能量的消耗70S复合物形成时的能量消耗延长时的能量消耗

活化:2个ATP70S复合物形成时消耗1个ATP每合成一个肽键，消耗4个高能磷酸键活化：2个ATP进位：1个GTP移位：1个GTP第50页，讲稿共72页，2023年5月2日，星期三51(四).肽链合成的终止和释放终止密码的辨认肽链从肽酰-tRNA水解出mRNA从核糖体中分离及大小亚基的拆开终止因子(releasefactors)的参与UAA、UAG、UGAGTPGDP+PiIF3结合30小亚基RF1：作用于UAA、UAGRF2：作用于UGARF3：促进释放结合GTP/GTP酶活性

第51页，讲稿共72页，2023年5月2日，星期三UAG5'3'RFCOO-第52页，讲稿共72页，2023年5月2日，星期三53多核糖体一条mRNA链上同时具有许多个核糖体（每隔80核苷酸有一个核糖体）一条mRNA可同时合成多条多肽链第53页，讲稿共72页，2023年5月2日，星期三54(五).翻译后加工一级结构的修饰:N-端Met(fMet)去除二硫键的形成个别氨基酸的修饰蛋白质前体中不必要肽段的切除多蛋白的加工羟化作用:羟脯氨酸羟赖氨酸酶活性中心的磷酸化分泌性蛋白一条合成后的多肽链经加工产生多种不同活性的蛋白质/多肽第54页，讲稿共72页，2023年5月2日，星期三55●分泌性蛋白的加工分泌性蛋白合成时带有“信号肽”（signalpeptide)有些蛋白质前体在合成结束后仍需切除其他肽段例如：胰岛素的加工第55页，讲稿共72页，2023年5月2日，星期三56信号肽(signalpeptide):(1)在真核生物未成熟分泌性蛋白质中,可被细胞转运系统识别的特征性氨基酸序列,

约15-30AA(含疏水AA较多)。(2)作用：把合成的蛋白质移向粗面内质网膜与粗面内质网膜结合(信号肽颗粒识别、结合)

把合成的蛋白质送入粗面内质网膜(3)信号肽对靶向输送有决定作用。

第56页，讲稿共72页，2023年5月2日，星期三57信号肽颗粒识别、结合胞浆

带有信号肽的分泌蛋白粗面内质网通道识别信号肽酶切除信号肽肽链合并高尔基体进一步加工分泌出胞外带有信号肽的分泌性蛋白的加工、分泌的过程第57页，讲稿共72页，2023年5月2日，星期三SRP:信号识别体信号肽的识别过程第58页，讲稿共72页，2023年5月2日，星期三胰岛素的加工过程第59页，讲稿共72页，2023年5月2日，星期三●多蛋白的加工

一条合成后的多肽链经加工产生多种不同活性的蛋白质/多肽第60页，讲稿共72页，2023年5月2日，星期三61高级结构的修饰:亚基的聚合结合蛋白质的合成辅基连接HbA亚单位聚合糖蛋白的合成辅基(辅酶)与肽链的结合第61页，讲稿共72页，2023年5月2日，星期三62四.真核生物翻译的特点：核糖体起始tRNA合成过程线粒体原核生物简单fmet-tRNAimet需ATP、GTPIF1、IF2、IF3EF-TU、EF-TS、EFGRF1、RF2、RF3

真核生物大而复杂

Met-tRNAimet需ATP起始因子多延长因子少（EFT1、EFT2）一种释放因子独立的蛋白质合成系统第62页，讲稿共72页，2023年5月2日，星期三63五.蛋白质合成与医学(一)、分子病：蛋白质分子中氨基酸序列异常的遗传病。例如：镰刀红细胞贫血原因：DNA中出现了一个碱基突变。第63页，讲稿共72页，2023年5月2日，星期三64正常人Hb(HbA)：β链N端第6个氨基酸为GluHbS：β链N端第6个氨基酸为Val导致：HbS携氧能力下降,缺氧时RBC呈镰刀状，脆性增加，溶血第64页，讲稿共72页，2023年5月2日，星期三65(二)、蛋白质生物合成的阻断剂1、抗菌素类阻断剂2、作为蛋白质合成阻断剂的毒素细菌毒素----白喉毒素对真核生物有剧毒