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1、第六章 蛋白质的生物合成翻译translation是指由RNA参与的蛋白质生物合成的过程。将核酸序列转变为氨基酸序列。使mRNA由DNA而来的遗传信息正确地传递到蛋白质。3种RNA参与翻译过程tRNA转运氨基酸，rRNA与多种蛋白质组成核糖体做为翻译的场所。mRNA做为翻译的模板。第六章 蛋白质生物合成第一节遗传密码第一节 遗传密码一、遗传密码遗传密码geneticcode是联系核酸的碱基序列和蛋白质氨基酸序列的途径密码子codon是mRNA中编码一个氨基酸的三个碱基称为密码子4种碱基(A、G、C、U)可以组合成64种密码子，编码20(21种)氨基酸。密码表的破译主要应用2项技术。(1)196
2、1年由Nirenberg报道的人工合成多聚核苷酸体外翻译技术；(2)Nirenberg和leader发明的核糖体结合技术。遗传密码表第一节 遗传密码一、遗传密码遗传密码表(1)遗传密码的简并性由遗传密码表可看出,除甲硫氨酸和色氨酸外，其他氨基酸均有两种以上的密码子。多种密码子编码一种氨基酸的现象称为简并(degenerracy)。(2)同义密码子synonyms代表同一氨基酸的简并密码子称为同义密码子。(3)同义密码子在各种生物中使用频率不同(4)密码子中不同位置中碱基的特异性不同第1、2位相同，第3位是嘌呤的密码子是同义密码子，第2位是嘧啶则编码亲水氨基酸。(5)通用与例外第一节 遗传密码一
3、、遗传密码遗传密码表(5)通用与例外在所有的生物体中，密码子字典几乎是通用的。表明密码子可能在生命进化的早期就建立起来了。也用极少数例外的情况。如山羊枝原体，UGA不是终止密码子，而代表色氨酸，有些纤毛虫UAA和UAG不是终止密码子而代表谷氨酰胺。(6)起始密码子和终止密码子编码起始氨基酸的密码子称为起始密码子，不编码氨基酸而作为蛋白质合成终止信号的密码子称为终止密码子。(7)开读框在一个DNA序列中，从起始密码子开始，到终止密码子结束的一段连续序列，当不了解其编码何种蛋白质序列时，称为开读框openreadingframes,ORFs。如果已知其编码某种蛋白质，则称其为编码区。第一节 遗传密
4、码一、遗传密码二、密码子与反密码子的相互作用(1)摆动假说wobblehypothesis密码子与反密码子anticodon识别配对时，密码子的前两位碱基在和反密码子配对时遵循碱基配对原则，而第三位碱基配对时，则有一定的灵活性。第一节 遗传密码一、遗传密码二、密码子与反密码子的相互作用(1)摆动假说wobblehypothesis密码子与反密码子anticodon识别配对时，密码子的前两位碱基在和反密码子配对时遵循碱基配对原则，而第三位碱基配对时，则有一定的灵活性。(2)tRNA修饰碱基影响密码子与反密码子的作用tRNA分子中含有较多的修饰碱基，位于反密码子中的或其他位置的修饰碱基均会对密码子
5、和反密码子的作用产生影响。第一节 遗传密码一、遗传密码二、密码子与反密码子的相互作用(1)摆动假说wobblehypothesis(2)tRNA修饰碱基影响密码子与反密码子的作用tRNA分子中含有较多的修饰碱基，位于反密码子中的或其他位置的修饰碱基均会对密码子和反密码子的作用产生影响。(3)第21种氨基酸及编码第21种氨基酸的密码子近年来发现，生物体内还有一种氨基酸是编码产生的，这种氨基酸就是硒代半胱氨酸，由UGA编码，被硒代半胱氨酰tRNA(seleno-cys-tRNA)识别。含硒代半胱氨酸的蛋白质参与催化氧化还原反应，硒代半胱氨酸属于活性位点。第一节 遗传密码一、遗传密码二、密码子与反密
6、码子的相互作用(1)摆动假说 wobble hypothesis (2)tRNA修饰碱基影响密码子与反密码子的作用(3)第21种氨基酸及编码第21种氨基酸的密码子 近年来发现，生物体内还有一种氨基酸是编码产生的，这种氨基酸就是硒代半胱氨酸，由UGA编码，被硒代半胱氨酰tRNA(seleno-cys-tRNA)识别。 含硒代半胱氨酸的蛋白质参与催化氧化还原反应，硒代半胱氨酸属于活性位点。第一节 遗传密码一、遗传密码二、密码子与反密码子的相互作用(4)4个基因的产物参与硒代半胱氨酸的掺入Sel C编码丝氨酰tRNA，SelA和SelD编码两种酶，将丝氨酰-tRNA转变为硒代半胱氨酰-tRNA。Se
7、lB编码一种延伸因子，能特异识别硒代半胱氨酰-tRNA。第二节 tRNA的功能tRNA在翻译中起转运氨基酸的作用，将氨基酸结构密码子与反密码子间的相互识别定位在肽链中所有的tRNA分子都有相同的二级（三叶草型）和三级(倒L型)结构第二节 tRNA的功能一、氨酰tRNA合成酶(1)同工tRNAiso-accepting tRNA 随带同一种氨基酸的tRNA称为同工tRNA。可将tRNA分为20个同工组。一组同工tRNA在特定的合成酶催化下与相应的氨基酸结合。(2)氨酰tRNA合成酶催化氨基酸与tRNA间的反应 反应可分为两步。第一步氨基酸和ATP形成腺苷酸化氨基酰，释放焦磷酸；第二步活化型的氨基
8、酸被转移至tRNA，释放AMP。 (3)氨酰tRNA合成酶的活性位点 氨酰tRNA合成酶有三个结合位点，氨基酸结合位点、ATP结合位点和tRNA结合位点。(4)关连tRNA cognate tRNA 被同一种氨酰tRNA合成酶识别的tRNA。第二节 tRNA的功能一、氨酰tRNA合成酶(5)不同氨酰tRNA合成酶差异很大 分子量相差大，40-100kDa；结构差距大，单聚体、二聚体和四聚体；不同酶分子几乎没有同源性，表明可能起源于进化早期。(6)氨酰tRNA合成酶识别tRNA的活性位点只占整个分子的极小部分 4个活性区域：催化区域、tRNA接受臂螺旋结合区域、tRNA反密码子结合区域和聚合区域
9、。(7)氨酰tRNA合成酶催化区域包括ATP和氨基酸结合位点，接受臂螺旋结合区域介入至催化区域中，使tRNA的3末端接近催化位点。第二节 tRNA的功能一、氨酰tRNA合成酶(8)氨酰tRNA合成酶按其tRNA结合区域的结构可分为两类，每一类10种(9)第一类合成酶结构区域能形成多聚体，酶分子中有聚合区域，其功能是使酶分子聚合。有一-端催化区域，含有两个短的、部分保守的氨基酸序列(特征序列)。催化区域呈核酸结合折叠形式，由折叠和螺旋组成交叉平行结构。ATP结合位点包含了部分特征序列。介入到催化区域的tRNA接受臂螺旋结合区域在第一类合成酶中差异很大。C端区域包括tRNA 反密码子结合区域和聚合
10、区域，不同第一类合成酶中有很大区别。第二节 tRNA的功能一、氨酰tRNA合成酶(10)第二类合成酶结构区域催化区域中有三个同源性较高的序列，活性位点有一个大的反向平行折叠结构，周围绕着螺旋。tRNA接受臂螺旋结合区域介入到催化区域间，不同酶分子该区域的结构不同。tRNA 反密码子结合区域偏向端，聚合区域的定位变化很大。(11)氨酰tRNA合成酶与tRNA结合的方式 所有tRNA均以其两个端点与合成酶结合，大部分的序列并不被合成酶识别。tRNA与合成酶通过氢键结合。两类合成酶作用方式不同。所形成的复合物互为镜像结构。第二节 tRNA的功能一、氨酰tRNA合成酶(12)tRNA被酶识别的结构特征
11、 tRNA分子中的关键位置很少，在个之间。反密码环中经常有一些关键的核苷酸，通常反密码子中至少有一个被识别，有时三个碱基均很重要。接受茎的最后三个配对碱基中的一对被识别，如丙氨酸的tRNA，只有接受茎的一对碱基受合成酶识别。在接受茎和CCA末端之间，同工tRNA常有些保守碱基，称为鉴别碱基。有些合成酶可识别由接受臂和TC臂组成的小螺旋结构，并催化其与氨基酸的结合。第二节 tRNA的功能一、氨酰tRNA合成酶二、抑制tRNA(1)抑制型tRNA tRNA的突变，特别是反密码子的突变，抑制基因突变效应的产生，这类tRNA称为抑制型tRNA。(2)抑制型tRNA发挥作用的机理 mRNA分子上密码子的
12、突变，可造成其所编码的蛋白质的结构变化，导致蛋白质功能的丧失。tRNA反密码子的突变使其可识别突变的密码子，蛋白质的结构不发生变化。即tRNA突变抑制了mRNA的突变(3)无义抑制突变 无义突变指密码子变为终止密码子而使翻译提前终止。抑制突变产生一种tRNA,识别终止密码子,使翻译通过无义突变继续进行。无义抑制突变有三种，分别识别三种终止密码子UAA(赭石型),UAG(琥珀型)和UGA(乳石型)。第二节 tRNA的功能一、氨酰tRNA合成酶二、抑制tRNA(4)抑制错义突变某一密码子发生突变，能识别突变密码子且携带野生密码子编码的基酸的tRNA，就能抑制这种突变的交应。有两种方式可以形成抑制型
13、tRNA，一是tRNA反密码子发生突变，另一种是tRNA其他的结构变化或是氨酰tRNA合成酶的突变而改变了其荷载氨基酸的变化。(5)抑制型tRNA与反密码子间的识别与正常密码子与反密码子间的相互识别不同正常情况下，密码子只有一个含义；在抑制突变体中，密码子可被抑制型tRNA识别，也可被正常的tRNA识别。因此，无义突变抑制型tRNA必须和释放因子竞争与终止密码子的结合，错义突变抑制型tRNA要和正常tRNA竞争与密码子的结合。竞争的程度会影响对突变抑制的效应。第二节 tRNA的功能一、氨酰tRNA合成酶二、抑制tRNA三、tRNA可影响可读框mRNA分子中的一个碱基的插入或缺失突变会使可读框变
14、化，产生完全不同的翻译产物。移码抑制可恢复正确的可读框架。第三节 核糖体的结构核糖体的功能核糖体是细胞的重要器官，是翻译进行的场所，提供蛋白质全盛过程中所需的各种生物活性。核糖体含量在一个生长旺盛的细菌中，约有20000个核糖体。核糖体占细胞干重的25%。其蛋白占细菌的总蛋白的10%左右，RNA占细菌总RNA的80%左右。核糖体由大小两个亚基组成。RNA和蛋白质几乎都只有一个。RNA和蛋白质相互作用，有的形成活性部位，有的提供构象，形成一个复杂而有序的结合体。第三节 核糖体的结构一、核糖体的构成不同生物核糖体组成情况差异很大,共同特征是RNA含量比蛋白质高大肠杆菌的核糖体小亚基(30S)由16
15、SrRNA和21种蛋白质组成。大亚基(50S)由23S、5SrRNA和31种蛋白质组成。只有一种蛋白质有四个拷贝，其余的均为一个。蛋白质大小各异,大亚基蛋白L1-L34(双向电泳),L26S20,L7L12乙酰化,L8=L7+L10。大多为碱性蛋白质。第三节 核糖体的结构一、核糖体的构成不同生物核糖体组成情况差异很大,共同特征是RNA含量比蛋白质高大肠杆菌的核糖体核糖体的形状和结构细菌、叶绿体和真核生物细胞质核糖体的形状类似。细菌核糖体小亚基近似平台状，大亚基近似圆形。整个核糖体呈对称结构，大小亚基间有一定的缝隙，或称为通道(tunnel)。真核生物细胞质核糖体的结构与细菌相似。第三节 核糖体
16、的结构一、核糖体的构成不同生物核糖体组成情况差异很大,共同特征是RNA含量比蛋白质高大肠杆菌的核糖体 核糖体的形状和结构mRNA和tRNA在核糖体中的定位 mRNA在核糖体中的定位还不是十分确定，较一致的看法是位于两个亚基的结合部。也有些模型认为mRNA像线一样穿过核糖的缝隙，但似乎应该位于较肤浅的部位。因为两个tRNA比核糖体还要大，插入核糖体内部的可能性不大，而位于其表面形成的空隙中的可能性较大。第三节 核糖体的结构一、核糖体的构成不同生物核糖体组成情况差异很大,共同特征是RNA含量比蛋白质高大肠杆菌的核糖体核糖体的形状和结构mRNA和tRNA在核糖体中的定位核糖体中的RNA核糖体中RNA的含量很高，几乎所有的蛋白质都与之结合存在。rRNA主要形成核糖体的骨架，像一根线将蛋白质串起来，并决定蛋白质的定位。每种rRNA都有二级结构。第三节 核糖体的结构一、核糖体的构成不同生物核糖体组成情况差异很大,共同特征是RNA含量比蛋白质高大肠杆菌的核糖体核糖体的形状和结构mRNA和tRNA在核糖体中的定位核糖体中的RNA16SrRNA的结构在16SrRNA中，形成了四个区域，有不足一半碱基呈配
