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1、分子生物学大理学院生化学院阿周存第三章 生物信息的传递翻译 参与蛋白质合成的物质蛋白质合成的基本过程蛋白质合成后的加工修饰 影响蛋白质合成的物质蛋白质运转机制 基因表达（gene expression)：转录和翻译。翻译(translation)：指将mRNA链上的核甘酸从一个特定的起始位点开始，按每三个核甘酸代表一个氨基酸的原则，依次合成一条多肽链的过程。以mRNA为模板合成蛋白质的过程。一、参与蛋白质合成的物质 蛋白质合成的场所是 核糖体 蛋白质合成的模板是 mRNA 模板与氨基酸之间的接合体是 tRNA 蛋白质合成的原料是 氨基酸 多种蛋白因子和酶（一）蛋白质合成的原料20种氨基酸(二）
2、蛋白质合成的模板mRNA (messenger RNA)结构： mRNA为单链，但含有部分双链形成发 夹结构。功能：传递DNA上的遗传信息，作为模板指导蛋白 质合成。其上的遗传密码，决定蛋白质氨基酸的组 成和顺序。 在DNA（或mRNA)链上，每三个相邻的碱基序列构成一 个三联体，每个三联体密码能编码某种氨基酸，这种三联体 又称三联体密码（triplet code）、遗传密码（genetic code） 或密码子（codon）。1、 遗传密码的破译美国生物学家尼伦伯格（Nirenberg）等人在961 1966年期间成功破译了遗传密码。（1）理论推断遗传密码为三联体（2）实验证实各种三联体编码
3、的氨基酸 人工合成的RNA为模板合成多肽 核糖体结合技术遗传密码表 总数为个 其中个编 码氨基酸. 蛋氨酸（甲硫 氨酸）的密码 子AUG 也是起 始密码（少数 情况下原物起 始密码子GUG ） 、 、为 终止密码。2、遗传密码的特点1 1、通用性、通用性 （普遍性）（普遍性）所有生命形式共用同一套遗传密码。所有生命形式共用同一套遗传密码。3 3、连续性、连续性 密码子之间没有空格，是连续的。密码子之间没有空格，是连续的。2 2、方向性、方向性 密码子的解读方向为密码子的解读方向为5 5/ /33/。 少数具有特殊性，如动物细胞线粒体、植物细胞叶绿体 。从mRNA 5端起始密码子AUG到3端终止
4、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(open reading frame, ORF)。5 5、兼并性、兼并性两个或以上的密码子同时编码同一个两个或以上的密码子同时编码同一个aaaa。对应于同一氨 基酸的密码子称为同义密码子（synonymous codon）6 6、摆动性、摆动性有的有的tRNAtRNA能识别不同的密码子，即密码子的第三位碱能识别不同的密码子，即密码子的第三位碱 基与反密码子的第一位碱基配对不严格。基与反密码子的第一位碱基配对不严格。7 7、使用的偏倚性、使用的偏倚性一个一个aaaa虽然有多个密码子，但对特定的虽然有多个密码
5、子，但对特定的aaaa而言，有的密码而言，有的密码 子使用的频率显著高于其它密码子。子使用的频率显著高于其它密码子。8 8、非重叠性、非重叠性在在mRNAmRNA上，每个碱基只属于一个密码子。上，每个碱基只属于一个密码子。(三) tRNA (transfer RNA) 转运RNA1、 tRNA的结构一级结构：74-95bp(多数76bp)二级结构：三叶草形三级结构： 倒“L”形（靠氢键形成）2、 tRNA的功能（2）解读mRNA的遗传信息tRNA有两个关键部位： 3端CCA：接受氨基酸，形成氨酰-tRNA。 与mRNA结合部位反密码子部位（1）运输的工具，运载氨基酸（1）起始tRNA和延伸tR
6、NA3、 tRNA的种类能特异地识别mRNA模板上起始密码子的tRNA称起 始tRNA，其他tRNA统称为延伸tRNA。真核生物：起始密码子AUG 所编码的氨基酸是 Met，起始AA-tRNA为Met-tRNAMet。 原核生物：起始密码子AUG 所编码的氨基酸并不 是 甲硫氨酸本身, 而是甲酰甲硫氨酸，起始AA- tRNA为fMet-tRNAfMet（2）同工tRNA代表（或运输）同一种氨基酸的tRNA称为同工tRNA。 同工tRNA有不同的反密码子以识别该氨基酸的各种同义密码。 同工tRNA有某种结构上的共同性，能被相同的 氨基酰-tRNA合成酶识别（3）校正tRNAtRNA能与突变的密码
7、子配对，但携带的氨基 酸仍然是原来密码子所编码的氨基酸，致使突变 得以校正，不会引起蛋白质的改变。 错义突变的校正 无义突变的校正同时，校正tRNA也能引起类似于终止密码的突变效应 和错义突变的效应。（四）核糖体（ribosome) 核糖体是由rRNA（robosomal RNA)和多种蛋白 质组成的多酶复合体。在细胞内呈颗粒状结构。 核糖体是蛋白质合成的工厂 在细胞内有两种存在方式：游离核糖体结合（附着）核糖体（结合在内质网上)1、rRNA5S、5.8S、18S、28S（真核生物）5S、16S、23S（原核生物）核糖体中起主要作用的结构成分。主要作用的结构成分。类型：在蛋白质合成起始时参与同
8、mRNA选择性地结 合以及在肽链的延伸中与mRNA结合；具有肽酰转移酶的活性为tRNA提供结合位点 为多种蛋白质合成因子提供结合位点；核糖体大小亚单位的结合、校正阅读以及抗 菌素的作用等 都与rRNA有关。 功能：2、核糖体的组成结构真核生物：80S 40S（18S rRNA ，33种蛋白质）60S（5S、5.8S、28S rRNA， 49种蛋白质）原核生物：70S 30S50S（5S、5.8S、28S rRNA， 36种蛋白质）（18S rRNA，21种蛋白质）（1）组成大小亚基构成单个核糖体，其上形成多个功能中心:（2）结构mRNA的结合位点 氨酰基位点（A位）：新掺入的氨酰-tRNA的结
9、合位点 肽酰基位点（P位）：延伸中的肽酰-tRNA的结合位点 转肽酶中心：形成肽键的部位 E位点(exit site)：即将释放的tRNA的结合位点 与蛋白质合成有关的其它的结合位点：起始因子、 延伸因子和终止因子的结合位点 由多个甚至几十个核糖体串连在一条mRNA分子上高 效地进行肽链的合成，这种具有特殊功能与形态结构 的核糖体与 mRNA的聚合体称为多聚核糖体。3、多聚核糖体生物学意义 细胞内各种多肽的合成，不论其分子量的大小 或是 mRNA的长短如何，单位时间内所合成的 多肽分子 数目都大体相等。 以多聚核糖体的形式进行多肽合成，对mRNA 的利用及对其浓度的调控更为经济和有效。（五）参
10、与蛋白质合成的蛋白因子和酶如：氨酰tRNA合成酶起始因子延伸因子终止因子二、蛋白质合成的过程氨基酸的活化翻译的起始肽链的延伸肽链的终止蛋白质前体的加工(一)氨基酸的活化氨基酸 + tRNA氨基酰- tRNAATP AMPPPi氨基酰-tRNA合成酶 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合成酶还有校对机制来控制识别正确 的tRNA和氨基酸，保证了遗传信息准确翻译。(二)翻译的起始 起始复合物的形成1、原核生物翻译（细菌）的起始所需成分：30S小亚基、 50S大亚基、模板mRNA、 fMet-tRNAfMet、GTP、Mg2+翻译起始因子：IF-1、IF-2
11、、IF-3过程：1、30S小亚基与IF-1、IF-3结合，再通过SD序列与 mRNA模板相结合。2、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。3、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，GTP水解，释放翻译 起始因子。2、真核生物翻译起始的特点核糖体较大,为 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 80SmRNAMet-tRNAMet起始复合物。 起始因子比较多； Met-tRNAMet mRNA的5端帽子结构和3端
12、polyA都参与形成 翻译起始复合物；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 、 肽键的生成 和 移位。 (三) 肽链的延伸延伸因子(elongation factor, EF) ： 原核生物：EF-T (EF-Tu, EF-Ts) EF-G真核生物：EF-1 、EF-2 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2、肽键形成由转肽酶/肽基转移酶催化，P位和A位的氨基酸之间 形成肽键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（四）肽链的终止在肽链延
13、伸过程中，遇到终止密码子时， 没有相应的AA-tRNA与结合，合成停止，在释放 因子的作用下，肽链释放，核糖体解体。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UGARF3：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）三、蛋白质合成后的加工修饰（蛋白质前体的加工 ）1、N端fMet或Met的切除2、二硫键的形成两个半胱氨酸-SH 二硫键氧化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4、切除新生肽链中非功能片段5、蛋白质的折叠 分子伴侣前胰岛素原蛋白翻译后 成熟过程示意图四、蛋白质
14、合成抑制剂五、蛋白质运转机制 运转机制；核糖体上合成的蛋白质要运输到各种细胞器发 挥各自的功能或运输到细胞外（分泌）。翻译运转同步机制翻译后运转机制蛋白性质 运转机制 主要类型 分泌 蛋白质在附着核糖体上 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 （一）翻译-运转同步机制在mRNA起始密码子后有一段序列编码信号肽 （信号序列），信号肽在附着核糖体上合成后便与内 质网膜（ER）
15、上的特定受体相互作用，产生通道，使 多肽在延伸的同时穿过膜。1、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。2、 信号肽介导的蛋白质跨膜运输过程b、信号识别蛋白（SRP）和信号肽结合，翻译 暂时终止。 c、SRP与SRP受体蛋白结合，核糖体与ER上 的受体结合，翻译重新开始。d、通过核糖体受体形成的通道，信号肽进入ER内。e、蛋白质通过膜进入ER内，信号肽被切除，翻译 继续进行。f、蛋白质完全通过膜，核糖体解体。a 、 合成信号肽。（二）、翻译后运转机制线粒体、叶绿体、许 多蛋白质以及细胞核 内所有蛋白质以翻译 后转运机制运输。(1)线粒体蛋白质跨膜运转a
16、、蛋白前体（含有前导肽 ）与Hsp70或MFS（线粒 体输入刺激因子）结合。 b、Tom受体复合蛋白识别 上述复合物，c、mHSP70 水解ATP产 生电位差（外正内负）， 蛋白前体在前导肽（带正 电荷）的牵引下，通过 Tom-Tim组成的通道， 进入线粒体。d、前导肽酶被水解(2)叶绿体蛋白质的跨膜运转叶绿体膜上有蛋白质前体 信号肽的特异性受体，内 部的蛋白水解酶是可溶性 的。在运输过程中，信号肽分 两步切除。 （3）核定位蛋白的运转机制核蛋白中信号肽-核定位序列（NLS），核转运因子（、）、GTP酶（Ran)参与 核蛋白的运输。本章小结1、遗传密码的特点2、翻译有关的三种RNA的结构和功能3、翻译所需物质、基本过程4、 重要概念翻译、遗传密码
