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1、第十三章 蛋白质的生物合成,翻译,翻译(translation)：根据mRNA链上的遗传信息合成蛋白质的过程。, 翻译的过程十分复杂，几乎涉及到细胞内所有种类的RNA和几十种蛋白质因子。,原料：20种L-氨基酸； 3种RNA：mRNA, tRNA, rRNA 酶：氨基酰tRNA合成酶、转肽酶 两种高能核苷酸： ATP、 GTP 金属离子：K+ 、Mg2+（促进肽键形成),多种蛋白质因子: 起始因子: IF或eIF 延长因子：EF或eEF 释放因子：RF或eRF,方向：氨基端 羧基端,第一节 RNA在蛋白质生物合成中的重要功能,一、mRNA和遗传密码, 真核mRNA在核质内合成时是一种大分子量的
2、mRNA前体，叫核内不均一RNA（hnRNA）。hnRNA经过细胞内加工为成熟的mRNA，转移到细胞质行使其功能。, mRNA 是蛋白质合成的直接模板，其核苷酸排列顺序取决于相应DNA 的碱基排列顺序，它又决定了所形成的蛋白质多肽链中的氨基酸的排列顺序。,原核生物mRNA分子结构:,真核生物mRNA分子结构：,SD序列,SD序列富含嘌呤碱基，可与16s rRNA的3末端富含嘧啶碱基的序列互补，这与mRNA对核糖体的快速识别有关。,、遗传密码的破译, mRNA都是由4种核苷酸构成，而组成多肽的氨基酸有20种；4种核苷酸与20种氨基酸怎样对应起来？,显然，必须是几个核苷酸的组合编码一个氨基酸才能应
3、付局面。用数学方法很容易算出：,3个相邻的核苷酸 1种氨基酸，有43种排列 64种密码子,在mRNA链上以相邻的三个核苷酸为一组，起编码多肽链中一种氨基酸的作用，叫密码子 (codon) 。由于它是相邻的三个核苷酸又称三联体密码 (triplet code)。, 早在1961年，Nirenberg等人在大肠杆菌的无细胞体系中外加poly(U)模板、20种标记的氨基酸，经保温后得到了多聚phe-phe-phe，于是推测UUU编码phe。利用同样的方法得到CCC编码pro，GGG编码gly，AAA编码lys。,如果利用poly(UC)，则得到多聚Ser-Leu-Ser-Leu，推测UCU编码Ser
4、，CUC编码Leu，因为poly(UC)有两种读码方式：UCUCUC和CUCUCU。,Established the chemical structure of tRNA,Established the in vitro system for revealing the genetic codes,Devised methods to synthesize well defined nucleic acids,在64个密码子中有61个编码氨基酸，3个不编码任何氨基酸而起肽链合成的终止作用，称为终止密码子，它们是UAA、UAG、UGA，密码子AUG（编码Met）又称起始密码子。,、遗传密码的特性
5、,1. 密码的无标点性、无重叠性,编码一个肽链的所有既不重叠也不间隔，从起始密码子到终止密码子构成一个完整的读码框架（不包括终止子）。那么如果在阅读框中插入或删除一个碱基就会使其后的读码发生移位性错误，称为移码突变。,几种密码子编码一种氨基酸的现象称为密码子的简并性。编码同一个氨基酸的一组密码子称为同义密码子。如GGN（GGA、GGU、GGG、GGC）都编码Gly，那么这4种密码子就称为Gly的简并密码，一般情况下密码子的简并性只涉及第三位碱基。 只有Met和Trp没有简并密码。,2. 密码子的简并性,问：密码子简并性的生物学意义？,密码子的专一性主要由前两位碱基决定的，而第三位碱基有较大的灵
6、活性，Click将第三位碱基的这一特性称为摆动性（wobble）。 密码子第三位碱基与反密码子第一位碱基不严格互补，但不影响翻译正确。,3. 密码子的摆动性,问：细胞内有几种tRNA？,当遗传密码破译后，由于有61个密码子编码氨基酸，于是人们预测细胞内有61种，但事实上绝大多数细胞内只有50种左右，Crick也正是在这种情况下提出了摇摆假说并合理解释了这种情况。,根据摇摆性和61个密码子，经过仔细计算，要翻译61个密码子至少需要31种tRNA，外加1个起始tRNA，共需32种。但是，在叶绿体和线粒体内，由于基因组很小用到的密码子少，因此，叶绿体内只有30种左右tRNAs，线粒体只有24种。,病
7、毒、原核细胞、真核细胞都用同一套遗传密码子表，叫密码的通用性。 目前只发现线粒体和叶绿体内有例外情况，这也是如火如荼的转基因的前提。,4. 密码子的通用性,二、tRNA, tRNA 起运载氨基酸的作用，将氨基酸按照mRNA链上的密码子所决定的氨基酸顺序搬运到蛋白质合成的场所（即核糖体）的特定部位。,每一种氨基酸可以有一种以上tRNA 作为运载工具，人们把携带相同氨基酸而反密码子不同的一组tRNA 称为同功受体tRNA (isoaccepting tRNAs),tRNA的二、三级结构,tRNA的功能,、3端接受氨基酸,氨基酸,tRNA,氨酰tRNA,、识别mRNA链上的密码子,反密码子,密码子,
8、 反密码子与mRNA链上密码子反向互补配对，保证了氨基酸按照密码子所规定的顺序进入肽链。,一种tRNA经常能识别一种以上的同义密码子,、连接多肽链和核糖体,核糖体,多肽链,tRNA, 在多肽链合成过程中，多肽链通过tRNA暂时结合在核糖体的正确位置，直到多肽合成终止才从核糖体上脱落下来。,可以说tRNA是一个万能接头： 对氨酰- tRNA合成酶的识别位点（接头合成酶） 3端-CCA上的氨基酸运载位点（接头氨基酸，装载） 对核糖体的识别位点（将氨基酸运送到目的地） 反密码子位点（接头mRNA，验货并卸载）,三、rRNA及核糖体, 核糖体是蛋白质合成的场所。由rRNA和几十种蛋白质分子组成的一个巨
9、大的复合体。不同类型生物中核糖体的结构高度保守，尽管其rRNA和核糖体蛋白的一级结构有所不同，但其三级结构却惊人的相似。, 每个核糖体是由大小两个亚基组成，每个亚基都有自己不同的rRNA和蛋白质分子。,原核生物,真核生物,原核生物核糖体,核糖体的有两个重要的功能部位：,A部位：氨酰基部位，接受氨酰基tRNA P部位：肽酰基部位，起始氨酰 tRNA或延伸的肽基 tRNA结合的部位，及tRNA被释放的部位。,A位,P位,氨酰基tRNA,肽酰基tRNA,第二节 原核生物蛋白质的合成过程,氨基酸活化 起始阶段 进位 过程 延长阶段 成肽 终止阶段 转位, 翻译从 mRNA 5 3 5 AUG 3 UA
10、A、UAG、UGA 肽链延长方向 N端 C端,一、氨基酸的活化, 氨基酸的活化和氨酰tRNA的合成是蛋白质生物合成的第一步，由氨酰tRNA合成酶催化。氨酰tRNA合成酶既能识别氨基酸，又能识别tRNA。,ATP,氨基酸,氨酰AMP,tRNA,氨酰tRNA, 氨基酸+ATP+E 氨酰-AMP-E + ppi, 氨酰-AMP-E+tRNA 氨酰-tRNA+AMP+E,tRNAGln,Gln-tRNA synthetase,Amino acid arm,Anticodon arm,ATP,3个结合位点,氨酰tRNA合成酶,氨酰AMP,氨酰tRNA, 氨酰tRNA 合成酶既能识别相应的氨基酸，又能识别
11、与此氨基酸相对应的一个或多个tRNA分子。因此把这种氨酰tRNA 合成酶与tRNA分子间的相互作用称为第二套遗传密码（second genetic codon）。,二、合成起始,内部密码子：tRNAMet Met-tRNAMet 起始密码子：tRNAfMet fMet-tRNAfMet, AUG既是起始密码子，又是肽链内部甲硫氨酸密码子。如何区分： 起始AUG处于mRNA的特殊部位，比如原核生物5有SD序列；携带甲硫氨酸的tRNA不同，分别是tRNAfMet 、tRNAMet 。,甲酰甲硫氨酸, 甲硫氨酸+ tRNAf +ATP Met-tRNAf +AMP+PPi,N10甲酰四氢叶酸,四氢叶
12、酸,1. 甲酰甲硫氨酸的形成, N10甲酰四氢叶酸+ Met-tRNAf 四氢叶酸+ fMet-tRNAf,转甲酰酶,2. 蛋白质合成起始需要:,30S核糖体亚基；50S核糖体亚基；mRNA；fMet-tRNAfMet； 3个起始因子（IF1、IF2、IF3）； Mg2+等。,3个起始因子的功能： IF1：无专一功能，增加IF-2，IF-3活性。 IF2：促进fMet- tRNAf 与30S亚基结合。 IF3：与30S亚基结合，阻止30S亚基与50S亚基过早结合。,3. 蛋白质合成起始过程,30s.IF1 .IF3 . mRNA,IF2.GTP.fMet-tRNAf,mRNA.30s . fM
13、et-tRNAf . IF2 . GTP . IF1 . IF3,IF-3,mRNA.70s . fMet-tRNAf,50S,IF-1,IF-2. GDP,三、肽链的延伸, 肽链的延伸需要：70S起始复合体、第二个氨酰tRNA、3种延伸因子（EF-Tu、EF-Ts、EF-G）、GTP等。,EF-TU, EF-TS: 共同促使氨酰-tRNA 进入核糖体的A位，具有GTP酶活性。 EF-G: 具有GTP酶活性，促使肽酰-tRNA 位移至P位及空的tRNA 离开核糖体。,1. 进入, 氨酰-tRNA 与核糖体A位结合。消耗1分子GTP。,2. 转肽, 核糖体A位和P位上的氨基酸间形成肽键。,3.
14、移位, 核糖体延mRNA的5 3方向移动一个密码子。,移位酶,肽链的延伸,进入,转肽,移位,3. 移位, 核糖体延mRNA的5 3方向移动一个密码子。,移位酶,四、肽链的终止,释放因子(RF)：终止肽链合成并将其从核糖体上释放出来的一类蛋白质因子。 终止密码子：UAA、UAG、UGA RF1: UAA、UAG RF2: UAA、UGA RF3: 与GTP结合，并促进RF1和RF2与A位点结合。,肽链的终止,五、蛋白质合成中GTP的作用,氨基酸活化 2ATP /AA 起始 1GTP 延长 2GTP /cycle 终止 1GTP,思考题：合成100个氨基酸的多肽需要消耗多少个高能磷酸键？(400),1.名词解释,2. 遗传密码如何编码？有哪些基本特性？,中心法则 密码子 同义密码子 摆动假说,3.简述三种RNA在蛋白质生物合成中的作用。,4.简述蛋白质的生物合成过程。,某一原核基因的核酸序列为5-TTACTGCAATGCGCGATGGTACAT-3，其转录产物mRNA的核苷酸排列顺序是_，此mRNA编码的多肽链N端第一个氨基酸为 _，此多肽含_ 个肽键。,
