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1、 第7章 蛋白质翻译（Protein Translation ） 概述 第一节 基本元件 第二节 遗传密码（Genetic code） 第三节 肽链的合成 第五节 蛋白质前体的加工与转运机制第四节 准确翻译的机制 概述 蛋白质翻译是基因表达的第二步 tRNA 在翻译过程中起“译员”的作用 参与翻译的RNA 除 tRNA外，还有rRNA 和 mRNA tRNA 既是密码子的受体,也是氨基酸的受体 tRNA 接受AA要通过氨酰 tRNA 合成酶及其自身的paracodon 的作用才能实 现 tRNA 通过其自身的 anticodon而识别 codon 密码子有自身的特性三联体 前两个重要 通用性
2、摇摆性 有一定的使用效率 多种翻译因子组成翻译起始复合物，完成翻译的起始、延伸和终止，并且保证其准确性第一节 基本元件 一、 tRNA 最小的 RNA，4S，70 80个base 1、 tRNA的高级结构 1964 Holly. R. 鉴定出 tRNAphe 的二级结构为三叶草形（77个NT） （1） 三叶草结构 （5个臂 4个环） a、氨基酸接受臂（aa accept arm） tRNA 的5与3-末端碱基配对形成 3 端永远为不配对的CCA序列 最后的A的 3 或 2-OH可以被氨酰化b、另外是 D （DHU环 双氢脲嘧啶）环 D臂c、 含丰富的稀有碱基（约70余种 碱基 核糖残基）反密码
3、子 3 端邻近部位稀有碱基出现的频率高，对于维持反密码环的稳定性 、密码子和反密码子之间的配对很重要反密码子环 反密码子臂(anticodon arm)附加臂（extra arm）TC环 TC臂 其中 附加臂通常是可变的 T TC C环环附加环附加环 反密码子环反密码子环DHUDHU环环aa接受臂（2） “ L”形三级结构-anti-codon arm 位于”L”另一端，与结合在核糖体小亚基上的 codon of mRNA配对b、 “L”结构域的功能-aa accept arm 位于“L”的一端，契合于核糖体的肽基转移酶结合位点 P A, 以利肽键的形成a、 “L”构型的结构力 二级结构中的碱
4、基堆积力和氢键 二级结构中未配对碱基形成的氢键- TC loop & DHU loop 位于“L”两臂的交界处，利于“L”结构的稳定-“L”结构中碱基堆积力大使其拓扑结构趋于稳定wobble base 位于“L”结构末端堆积力小自由度大使碱基配对摇摆2、 tRNA 的种类 （2） 同工tRNA（isoaccepting tRNAs） （1） 起始tRNA和延伸tRNA 起始tRNA:Prok中， 携带甲酰甲硫氨酸（fMet）Euk中， 携带甲硫氨酸（Met） 延伸tRNA： 其他tRNA 携带AA相同而反密码子不同的一组tRNA 不同的反密码子识别AA的同义密码 (简并密码 ) 结构上能被AA
5、 tRNA合成酶识别的共性(3) 校正tRNA 3、 副密码子与氨酰基tRNA的合成（1） 氨酰基tRNA的合成执行着双重功能 为肽建的合成提供能量 执行遗传信息的解读 （2） AA tRNA合成酶（AARS） 需要三种底物 AA tRNA ATP实验证实模板mRNA只能识别特异的tRNA而不是AA14C-Cys-tRNACysNi14C-Ala-tRNACys氨酰基与tRNA的 3端A的 2/3OH结合AA tRNA + AMP + ppiAARS 因此有三个位点aa binding site tRNA binding siteATP site 反应为AA + tRNA + ATP Prok
6、中AARS有20种，对AA专一（同工受体） Prok和Euk有一定的差别 可分为两类反应机制的差别：Type 类酶 先将氨酰基转移到 tRNA 3 端A的 2-OH然后通过转酯反应转移到 3 OH上Type类酶 直接将氨酰基转移至 3 OH 上两类酶与tRNA反应时接近模式不同合成酶与tRNA相互束缚的普通模型提出：蛋白沿L型分子的一侧束缚tRNA（tRNA的两端被束缚）（3）Paracodon (副密码子)的概念；tRNA中决定负载特定氨基酸的空间密码AARStRNA binding site aa binding siteParacodon of tRNA 装载 Amino Acid（R）
7、tRNA中的特定序列与AARS 的tRNA binding site 的特异基团间的分子契合a、 1988. Schimmel 和侯雅明G3 : U70 是决定tRNA 负载 Ala 的特异密码信息b、 1991. schumman L. 证明；tRNAmetf 的paracodon 位于anti-codonc、 paracodon 的特征- 为同一种AARS 所识别的一组同功受体具有相同的副密码子- paracodon 是为AARS（特定氨基酸）所识别的若干碱基（并非均为一对核苷酸）- AARS 对paracodon 的识别与结合是通过氨基酸与碱基之间的连接实现的。属于生物 II 型空间密码
8、tRNA Ala(GGC)tRNA Ala(UGC)具有G3 ：U70 paracodond、按paracodon在tRNA上的位置(氨基 酸序列) 将AARS分为两类type I 包括 Val,Arg,Gln,Glu,Ile,Leu,Met,Trp,Tyrparacodon 大多位于反密码子臂type IIparacodon 大多位于氨基酸接受臂个别还同时在附加臂上有相应碱基二、 mRNA单顺反子mRNA（monocistronic mRNA）：只编码一个蛋白质的部分Prok 所有Euk的mRNA 多顺反子mRNA（polycistronic mRNA ）:mRNA 分子的组成： 编码区 起
9、始AUG到终止密码子 前导序列 AUG之前的 5 端非编码区（5UTR） 尾巴 终止密码子之后，不翻译的 3 端1、 原核生物mRNA的特征 （1） 大部分为多顺反子 spacer: 各顺反子之间（基因之间）的非编码区长度变化很大 因此，多顺反子的mRNA翻译有两种情况：a、spacer较长时，下一个基因的产物合成起始是独立的b、spacer长度较短时,两个顺反子使用相同的核糖体或小亚基( 相当（正常的S-D序列到起始密码子的距离 ），有S-D 序列的特征） 所以-Prok中多顺反子mRNA中各基因的产物数量不一定相等Spacer 较长时Spacer 较短时(2) 其他特征 a、 5 端有30
10、0个左右NT的leader（A/GAUG）b、 AUG作为起始密码子（GUG、UUG） c、 AUG前有 S D 序列 S D序列（Shine-Dalgarno sequence）： 位于AUG上游 4 13 个NT处的富含嘌呤的 3 9个NT的共同序列，其一致序列为 AGGAGG 可受核糖体结合并保护 与核糖体小亚基内16S rRNA 的 3端富含嘧啶的序列3-UCCUCC-5互补，使 tRNA正确定位于起始codon(3) Prok.mRNA转录、翻译和降解周期 2、 真核生物mRNA的特征 （1） 一般为单顺反子 （2） 5 端的帽子对翻译有增强作用，且 5 帽子和 3polyA尾对翻译
11、效率的调节有协同作用 （3） “第一AUG规律” 即- 绝大部分以AUG作为起始codon（4） 起始AUG有如下特点a、 其合适“上下文”为 （Kozak等人） C C A C C AUG G-3 只有 5 10的情况下 +1+4b、 3位的A和4位的G至关准确翻译（5） 双功能mRNA一条mRNA可以合成两种蛋白质许多病毒都具有 如SV40的衣壳蛋白VP2和VP3 三、核糖体及rRNA的结构 Euk中大多与细胞骨架和内质网膜结合在一起(游离、多聚) 是翻译进行的场所 ，含大小亚基 Prok. protein 约占细胞的10，RNA占总RNA的80，Euk中相对比例小些 细菌中常以多聚核糖体
12、的形式 1、 核糖体的结构 (2) 核糖体的装配 （1） Prok E.coli小亚基 16SRNA 21种proteins S1-S21大亚基 23SRNA 5SRNA 34种proteins L1- L34 Euk大亚基 28SRNA 5SRNA 5.8SRNA 49种proteins小亚基 18SRNA 33种proteins核糖体蛋白质rRNA按一定的顺序形成完整的核糖体3、核糖体的活性位点 30S小亚基 头部 基底部 中间有一豁口50S大亚基 三个突起 两者之间形成一个mRNA通道 (Prok.与 Euk.之间互有异同) 根据功能将核糖体上的活性部位分为两类 翻译译区域 7个活性位点 占2/3 逐出位点 2个位点（多肽的逐出） 占1/3 (1) mRNA结合位点 a、位于30S 亚基的头部 b、S1 （可防止mRNA 链内碱基对的形成）（与S18和S21mRNA、起始tRNA IF3） c、 16S rRNA 3端是mRNA 与小亚基初始结合不可缺少的 （2） P位点： 肽酰tRNA位点 a、 大部分在小亚基内 ，小部分在大亚基内 16SrRNA的3末端、L2等蛋白b、
