蛋白质的生物合成（翻译Translation

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1、Chapter 17 Protein Biosynthesis（Translation） 翻译（translation）：蛋白质的生物合成过程，就是将DNA传递给mRNA的遗传信息，再具体转译为蛋白质中氨基酸排列顺序的过程。 重要概念：translationSection 1 Protein Biosynthesis System 原料：20种编码氨基酸 模板：mRNA 载体：tRNA 装配机：核糖体（核蛋白体） 酶和蛋白因子：氨基酰-tRNA合成酶、转肽酶、起始因子（IF）、延长因子（EF）、释放因子（RF）等 供能物质：ATP、GTP 无机离子：Mg2+、 K+蛋白质质生物合成体系一、mR

2、NA是多肽链肽链 生物合成的信息模板遗传学将编码一条多肽链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多肽链，为多顺反子（polycistron）。真核mRNA只编码一条多肽链，为单顺反子（single cistron）。 原核生物的多顺顺反子真核生物的单顺单顺 反子非编码序列核蛋白体结合位点起始密码子终止密码子编码序列PPP53蛋白质质PPPmG -53蛋白质质AAA 起始密码（initiation codon）: AUG终止密码（termination codon）:UAA，UAG，UGA n作为指导多肽链生物合

3、成的模板，mRNA中每三个相邻的核苷酸组成三联体，代表一个氨基酸的信息，此三联体就称为遗传遗传 密码码。n遗传密码共有64种，其中： 重要概念：genetic codon标准的通用遗传密码表n从mRNA 5 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，称为开放阅读阅读 框（open reading frame, ORF）。 Start of genetic message CapEndTail5-端非翻译译区 533-端非翻译译区 开放阅读阅读 框架 方向性 连续性 简并性 通用性 摆动性 遗传遗传 密码码的特点向一个方向连续连续 摆摆动动

4、，简简单单并且通用。1. 方向性(direction)指阅读mRNA模板上的三联体密码时，只能沿53方向进行。NC 肽链肽链 延伸方 向53读码读码 方向2. 连续连续 性(commaless)指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。5.5.A U GA U G G C AG C A G U AG U A C A UC A U U A AU A A 3 3AlaValHisMet终止密码遗传遗传 密码码的连续连续 性基因损伤引起mRNA阅读框架内的碱基发生插入或缺失，可能导致框移突变变(frameshift mutation)。 缬 脯 苏 天冬缬 丙 酪 甘缬

5、 丙 丝 精3. 简简并性(degeneracy)同一氨基酸存在多个不同的遗传密码的现象称为遗传密码的简简并性。 (Trp和Met除外）为同一种氨基酸编码的各密码子称为简简并性密码码子，也称同义义密码码子。遗传密码的简并性在保持遗传稳定性上具有重要意义。遗传遗传 密码码的简简并性4. 通用性(universal) 蛋白质多肽链生物合成的整套密码，从原核生物到人类都通用。 密码的通用性进一步证明各种生物进化自同一祖先。 但也发现少数例外，如动物细胞的线粒体、植物细胞的叶绿体、某些原虫、蠕虫等。通用密码码 线线粒体密码码AUA 异亮 蛋、起始AGA 精 终终止AGG 精 终终止UGA 终终止 色线

6、线粒体密码码5. 摆动摆动 性(wobble)转运氨基酸的tRNA的反密码需要通过碱基互补与mRNA上的遗传密码反平行配对结对结 合。反密码子与密码子之间的配对有时并不严格遵守常见的碱基配对规律，这种现象称为摆动摆动 配对对(wobble base pairing)。 密码码子与反密码码子的摆动摆动 配对对tRNA反密码码子 第1位碱基IUGACmRNA密码码子 第3位碱基U, C, AA, GU, CUGU摆摆 动动 配 对对3 2 11 2 3A U摆动摆动 性（三中读读二）IAG CUU CUC CUAtRNAmRNA5335二、氨基酰酰tRNA通过过其反密码码子与mRNA 中对应对应

7、的密码码子互补结补结 合运载载氨基酸：氨基酸各由其特异的tRNA携带，一种氨基酸可有几种对应的tRNA，氨基酸结合在tRNA 3-CCA的位置，结合需要ATP供能。充当“适配器”：每种tRNA的反密码子决定了所携带的氨基酸能准确地在mRNA上对号入座。tRNA的二级结级结 构示意图图反密码环氨基酸臂tRNA的三级结级结 构示意图图三、核糖体是肽链肽链 “装配厂”核蛋白体 核糖体蛋白质（ribosomal protein, rp）rRNA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-rRNA23S-rRNA 5S-rRNA18S-rR

8、NA28S-rRNA 5.8S-rRNA 5S-rRNA蛋白质rpS 21种rpL 36种rpS 33种rpL 49种不同细细胞核蛋白体的组组成核蛋白体的组组成 大肠杆菌核糖体的空间结构为一椭圆球体，其30S亚基呈哑铃状，50S亚基带有三角，中间凹陷形成空穴，将30S小亚基抱住，两亚基的结合面为多肽链生物合成的场所。 原核生物翻译过译过 程中核蛋白体结结构模式A位：氨酰酰基位 (aminoacyl site)P位：肽酰肽酰 位 (peptidyl site)E位：排出位 (exit site)1三个不同的tRNA结合位点：A位/受位/氨酰基位:与新进入的氨基酰tRNA结合(大、小亚基)P位/给

9、位/肽酰位:与延伸中的肽酰基tRNA结合(大、小亚基)E位/排出位:见于原核生物，空载tRNA脱离核蛋白体前的结合位点(大亚基）核蛋白体大、小亚亚基的功能核糖体的计算机模型图mRNA35延伸中的多肽链tRNA分子EPA大亚基小亚基2. 与模板mRNA和起始tRNA结合位点（小亚基）3. 转肽酶活性：将P位上的肽酰基转移给A位上的氨基酰-tRNA，形成肽键（大亚基）4. GTPase活性：水解GTP，获得能量（大、小亚基）5. IF、EF、RF的结合位点（大、小亚基）（一）重要的酶类类1.氨基酰-tRNA合成酶(aminoacyl tRNA synthetase)催化氨基酸的活化。2.转肽酶(p

10、eptidase)活性存在于核蛋白体大亚基，催化核蛋白体P位上的肽酰基转移至A位氨基酰-tRNA的氨基上。3.转位酶(translocase) 活性存在于原核EF-G或真核eEF-2中，催化核蛋白体向mRNA3-端移动一个密码子的距离。四、肽链肽链 生物合成需要酶类类及蛋白质质因子概念：与多肽链合成起始有关的蛋白质。1、起始因子（initiation factor，IF）（二）蛋白质质因子作用：促进核糖体小亚基与起始tRNA及模板mRNA结合。种类：原核生物3种（IF13）真核生物10种（eIF）原核和真核生物中各种起始因子的生物功能概念：与多肽链合成的延伸过程有关的蛋白质。2、延长因子（el

11、ongation factor，EF）EF-Tu bound with ribosome作用：促使氨基酰tRNA进入核蛋白的受位；并可促进移位过程，即具有转位酶活性，可催化核糖体向mRNA 3-端移动一个密码子的距离，使下一个密码子定位于A位。种类：原核生物 3种（EF-Tu，EF-Ts，EF-G）真核生物 3种（eEF）多肽链肽链 合成的延长长因子 概念：与多肽链合成终止并从核蛋白体上释放有关的蛋白质，又名终止因子（termination factor，TF）3、释放因子（release factor，RF）Eukaryotic Release Factor功能：识别终止密码，如RF-1特异

12、识别UAA、UAG, RF-2识别UAA、UGA;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，使肽链从核糖体上释放。 种类： 原核生物3种（RF1-3）真核生物1种（eRF ） 多肽链合成时，需ATP、GTP作为供能物质，并需Mg2+、K+参与。 氨基酸活化时需消耗2个高能磷酸键，肽键形成时（进位和转位）又消耗2个高能磷酸键，合成错误的校正和消除也需消耗高能磷酸键，故缩合一分子氨基酸残基平均需消耗5个高能磷酸键/5分子ATP。(书P.344)。 五、供能物质质和无机离子Section 2 Connection of Amino Acids with tRNA一、氨基酰酰-t

13、RNA合成酶识别识别 特定氨基酸 和tRNA氨基酸 + tRNA氨基酰酰- tRNA ATP AMPPPi氨基酰酰-tRNA合成酶氨基酸的活化与连接均由氨基酰tRNA合成酶催化。特异的tRNA与相应的氨基酸结合，生成氨基酰tRNA，从而由tRNA携带活化的氨基酸参与多肽链的生物合成。tRNA与氨基酰酰tRNA合成酶的结结合模型 一种tRNA只能转运一种特定的氨基酸。 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合成酶具有编辑校正活性。 氨基酰-tRNA的表示方法：Ala-tRNAAla ，Ser-tRNASer，Met-tRNAMet 能够识别mRNA中5端起

14、始密码AUG的tRNA是一种特殊的tRNA，称为起始氨基酰-tRNA。真核生物起始氨基酰-tRNA: Met-tRNAiMet原核生物起始氨基酰-tRNA: fMet-tRNAfMet （甲酰蛋氨酰-tRNA）参与肽链延长的甲硫氨酰-tRNA：Met-tRNAMet二、肽链肽链 合成的起始需要特殊的起始氨基酰酰- tRNA原核生物起始氨基酰酰-tRNA的形成N10-甲酰酰四氢氢叶酸Section 3 The Biosynthesis Process of Peptide Chain1、氨基酸的活化与搬运 2、肽链肽链 的生物合成3、多肽链肽链 合成后的加工修饰饰起始延长（核糖体循环） 进进位成

15、肽肽转转位终止 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的过程。1. 核糖体大小亚基分离2. 核糖体小亚基结合于mRNA的起始密码子附近3. fMet-tRNAfMet结合在核糖体P位 4. 核糖体大亚基结合形成起始复合物一、原核生物的肽链肽链 合成过过程The processes of peptide synthesis in prokaryotes （一）起始(initiation)IF-3IF-11.核糖体大小亚亚基分离IF-1和IF-3与小亚基结合，促进核蛋白体大、小亚基拆离，为新一轮合成作准备。此时，IF-1占据核糖体的A位。A U G53IF-3IF-12. 核糖体小亚亚基结结合于mRNA的起始密码码 子附近 原核生物核糖体小亚基与mRNA的准确定位和结合涉及两种机制：n核糖体小亚基对模板mRNA S-D序列的辨认和结合；n核糖体小亚基对模板mRNA短核苷酸序列的辨认结合。原核生物mRNA的起始AUG上游由一段富含嘌呤的特殊核苷酸顺序组成，如-AGGAGG-，称为Shine-Dalgarno序列(S-D序列)，又称核糖体结合位点(ribosomal binding site, RBS)。 原核生物小亚基16S rRNA