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1、The flow of genetic information in a typical cell.Central dogmaReverse transcriptiontranslationtranslation蛋白质的生物合成蛋白质的生物合成（翻译（翻译P291）Protein Biosynthesis，Translation第第 十十 二二 章章蛋白质的生物合成蛋白质的生物合成，即即翻译翻译，就是将就是将mRNA中中 4 种种核苷酸序列核苷酸序列编码的遗传信息，通过编码的遗传信息，通过遗传密码遗传密码破破译的方式解读为蛋白质一级结构中译的方式解读为蛋白质一级结构中20种种氨基酸的氨基酸的排
2、列顺序排列顺序 。参与蛋白质生物合成的物质参与蛋白质生物合成的物质Protein Biosynthesis System 第第 一一 节节 参与蛋白质生物合成的物质包括参与蛋白质生物合成的物质包括模板：模板： mRNA原料：原料：20种编码种编码氨基酸氨基酸氨基酸运载体：氨基酸运载体：tRNA场所：场所：核糖体核糖体酶：酶：氨基酰氨基酰-tRNA合成酶、合成酶、 转肽酶转肽酶蛋白质因子：蛋白质因子：IF、EF、 RF能量（能量（ATP、GTP）无机离子（无机离子（Mg2+、Mn2+）一、一、mRNA是蛋白质生物合成的直接模板是蛋白质生物合成的直接模板nmRNA的基本结构的基本结构Start o
3、f genetic messageCapEndTail5-端非翻译区端非翻译区 5 3 3-端非翻译区端非翻译区 开放阅读框架开放阅读框架 从从mRNA 5 -端端起起始始密密码码子子AUG到到3 -端端终终止止密密码码子子之之间间的的核核苷苷酸酸序序列列，称称为为开开放放阅阅读读框框架架(open reading frame, ORF)。翻译模板翻译模板mRNA及遗传密码及遗传密码 翻译方向翻译方向 mRNA的的翻译方向翻译方向从从5 3方向，从方向，从起始密码起始密码到到终止密码终止密码的序列，决定了肽链的合成方向从的序列，决定了肽链的合成方向从N 端端到到C 端端。 遗传密码（遗传密码（
4、genetic codon） mRNA链上由链上由3个个连续连续碱基组成的碱基组成的三联体三联体，决，决定一个定一个氨基酸氨基酸，称为遗传密码或密码子。，称为遗传密码或密码子。遗传密码表（遗传密码表（P292）P292 遗传密码表遗传密码表目目 录录密码子：密码子：起始密码起始密码:终止密码终止密码: 64AUGUAA，UAG，UGA 遗传密码的特点遗传密码的特点（一）（一） 遗传密码的遗传密码的方向性方向性(direction)（二（二）连续性连续性（commaless）（三）（三）简并性简并性（degeneracy）（四）（四）摆动性摆动性（wobble） (五五) 通用性通用性（univ
5、ersal）1.方向性方向性 (direction )2. 连续性连续性(commaless)各个三联体密码各个三联体密码连续阅读连续阅读，密码，密码子子间既间既无间断也无交叉。无间断也无交叉。 3. 简并性简并性(degeneracy)目目 录录编码密码子：编码密码子：编码氨基酸：编码氨基酸：61204. 通用性通用性(universal)蛋白质生物合成的整套密码，从原核生物到蛋白质生物合成的整套密码，从原核生物到人类都通用。人类都通用。 已发现少数例外，如动物细胞的线粒体、植已发现少数例外，如动物细胞的线粒体、植物细胞的叶绿体。物细胞的叶绿体。密码的通用性进一步证明各种生物进化自同密码的通
6、用性进一步证明各种生物进化自同一祖先。一祖先。 UGA 色氨酸色氨酸密码子密码子反密码子反密码子三、三、 tRNA与氨基酸的转运与氨基酸的转运 P2955. 摆动性摆动性(wobble)氨基酸臂反密码子反密码环 密码子密码的摆动性密码的摆动性 mRNA上的密码子与上的密码子与tRNA上的反密码子相互辨认，大多数情况下上的反密码子相互辨认，大多数情况下是遵从碱基配对规律的。但也可出现不严格的配对，这种现象就是遗传是遵从碱基配对规律的。但也可出现不严格的配对，这种现象就是遗传密码的摆动性。密码的摆动性。尤其是密码子的第三位碱基和反密码子的第一位碱基之尤其是密码子的第三位碱基和反密码子的第一位碱基之
7、间常出现摆动现象。间常出现摆动现象。tRNA分子上有相当多的稀有碱基，其中次黄嘌呤分子上有相当多的稀有碱基，其中次黄嘌呤（insosine，I）常出现于反密码子第一位，是最常见的摆动现象。常出现于反密码子第一位，是最常见的摆动现象。tRNA反密码子第1位碱基IUGmRNA密码子第3位碱基U, C, AA, GU, C目目 录录二、核糖体与肽链装配二、核糖体与肽链装配 P295 核糖体由大、小亚基组成，每个亚基含核糖体由大、小亚基组成，每个亚基含有不同的有不同的蛋白质蛋白质和和 rRNA，原核生物和原核生物和真核生物又各有不同真核生物又各有不同。核核糖糖体体的的组组成成目目 录录53N新生肽链新
8、生肽链53氨基酸氨基酸53mRNAA site 氨基酰位氨基酰位肽酰位肽酰位P site53E site排出位排出位P296原核生物翻译过程中核糖体结构模式原核生物翻译过程中核糖体结构模式:第二节、氨基酸的活化第二节、氨基酸的活化 P297 氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶具有具有绝对专一性绝对专一性，对，对氨基酸氨基酸、tRNA 两种底物都能高度特异性地识别。两种底物都能高度特异性地识别。氨基酸氨基酸+tRNA +ATP 氨基氨基酰酰-tRNA+ AMP+ppi Mg2+氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶P297 第二节、氨基酸的活化第二节、氨基酸的活化
9、氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶53CCAOHCRHO C ONH2H氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶ATPMg2+53CCAOCRC ONH2H氨基酰氨基酰-tRNA合成酶具有绝对合成酶具有绝对专一性，对氨基酸、专一性，对氨基酸、tRNA 两种两种底物都能高度特异性地识别。底物都能高度特异性地识别。氨基酰氨基酰-tRNA合成酶具有校正合成酶具有校正活性活性(proofreading activity) 。氨基酰氨基酰-tRNA合成酶对底物氨基酸和合成酶对底物氨基酸和tRNA都有都有高度特异性。高度特异性。氨基酰氨基酰-tRNA合成酶具有校正活性合成酶具有校正活性(proofreading
10、 activity) 。氨基氨基酰酰-tRNA的表示方法：的表示方法：Ala-tRNAAla Ser-tRNASerMet-tRNAMet 真核生物真核生物： Met-tRNAiMet原核生物原核生物： fMet-tRNAifMet起始肽链合成的氨基酰起始肽链合成的氨基酰-tRNAN-甲酰甲硫氨酰甲酰甲硫氨酰-tRNA P298 第三节第三节肽链的生物合成过程肽链的生物合成过程The Biosynthesis Process of Peptide Chain翻译的起始翻译的起始(initiation)翻译的延长翻译的延长(elongation)翻译的终止翻译的终止(termination )整
11、个翻译过程可分为整个翻译过程可分为 ：翻翻译译过过程程从从5-AUG开开始始，按按mRNA模模板板三三联联体体密密码码的的顺顺序序延延长长肽肽链链，直直至至终终止止密密码出现。码出现。 以原核生物为例以原核生物为例一、肽链合成起始一、肽链合成起始指指mRNA和起始和起始氨基酰氨基酰-tRNA分别分别与与核糖体核糖体结合而形成结合而形成翻译起始复合物翻译起始复合物 (translational initiation complex)，此过程需要多种起始因子的参与此过程需要多种起始因子的参与。（一）原核生物翻译起始复合物形成（一）原核生物翻译起始复合物形成核蛋白体大小亚基分离；核蛋白体大小亚基分离
12、；mRNA在小亚基定位结合；在小亚基定位结合；起始氨基酰起始氨基酰-tRNA的结合；的结合； 核蛋白体大亚基结合。核蛋白体大亚基结合。4. 核蛋白体大亚基结合核蛋白体大亚基结合原核生物起始复合物的生成原核生物起始复合物的生成1. 核蛋白体亚基的分离核蛋白体亚基的分离2. mRNA在核蛋白体小亚基上就位在核蛋白体小亚基上就位3. fmet-tRNA的结合的结合70SIF-3IF-11. 核蛋白体大小亚基分离核蛋白体大小亚基分离目目 录录PA U G53IF-3IF-12. mRNA在小亚基定位结合在小亚基定位结合目目 录录SDSD序列序列序列序列 P299P299：原核生物原核生物mRNA翻译起
13、始子翻译起始子AUG的的上游上游413个核苷酸之前有个核苷酸之前有富含嘌呤富含嘌呤的序列。这一序的序列。这一序列以列以AGGA为核心，称之为为核心，称之为SD序列。该序列与序列。该序列与30s小亚基上小亚基上16srRNA 3-端富含嘧啶端富含嘧啶序列结合，稳固了序列结合，稳固了mRNA与小亚基的结合。与小亚基的结合。IF-3IF-1IF-2GTP3. 起始氨基酰起始氨基酰tRNA( fMet-tRNAimet )结合到结合到小亚基小亚基A U G53目目 录录IF-3IF-1IF-2GTPGDPPi4. 核蛋白体大亚基结合，起始复合物形成核蛋白体大亚基结合，起始复合物形成A U G53目目
14、录录IF-3IF-1A U G53IF-2GTPIF-2-GTPGDPPi目目 录录二、肽链合成延长二、肽链合成延长指指根根据据mRNA密密码码序序列列的的指指导导，次次序序添添加加氨氨基基酸酸从从N端端向向C端端延延伸伸肽肽链链，直直到到合合成成终终止止的过程。的过程。 肽链延长在核糖体上连续性循环式进行，又称肽链延长在核糖体上连续性循环式进行，又称为为核糖体循环核糖体循环(ribosomal cycle)，每次循环增每次循环增加一个氨基酸，包括以下三步：加一个氨基酸，包括以下三步：进位进位(registration)成肽成肽(peptide bond formation)转位转位(tran
15、slocation)延伸过程所需蛋白因子称为延长因子延伸过程所需蛋白因子称为延长因子 (elongation factor, EF)原核生物：原核生物：EF-T (EF-Tu, EF-Ts)EF-G真核生物：真核生物：EF-1 、EF-2 （一）进位（注册）（一）进位（注册）指根据指根据mRNA下下一组遗传密码指导，一组遗传密码指导，使相应氨基酰使相应氨基酰-tRNA进入核糖体进入核糖体A位。位。 （二）成肽（二）成肽是由转肽酶是由转肽酶(transpeptidase)催化的肽键催化的肽键形成过程。形成过程。（三）转位（三）转位 由由转位酶转位酶（translocase；活性存在于活性存在于E
16、F-G ）催化，核糖体向催化，核糖体向mRNA的的3端移动端移动相相当于当于一个密码子一个密码子的距离，原有带肽链的的距离，原有带肽链的tRNA由由A位转移至位转移至P位位, mRNA分子第三个密码子分子第三个密码子定位于定位于A位，位，空着的空着的A位位等待接受下一个氨基等待接受下一个氨基酰酰-tRNA（三）转位（三）转位*肽链延伸方向：肽链延伸方向：N端端 C端端进进位位转转位位成肽成肽核糖体核糖体循环循环肽链的延长1 12 21 12 22 23 32 23 3进位进位进位进位肽键形成肽键形成肽键形成肽键形成移位移位移位移位进位进位进位进位( (TuTuTsTs) )GTPGTPGTPG
17、TPN-N-N-N-端端端端2 23 35 5 3 3 C-C-C-C-端端端端肽键形成肽键形成肽键形成肽键形成1 15 5 3 3 （EF-GEF-G） 三、肽链合成的终止三、肽链合成的终止当当mRNA上终止密码出现后，多肽链合成上终止密码出现后，多肽链合成停止，肽链从肽酰停止，肽链从肽酰-tRNA中释出，中释出，mRNA、核、核糖体等分离，这些过程称为肽链合成终止。糖体等分离，这些过程称为肽链合成终止。 终止相关的蛋白因子称为终止相关的蛋白因子称为释放因子释放因子 (release factor, RF) 原核生物释放因子：原核生物释放因子：RF-1，RF-2，RF-3 释放因子的功能释放
18、因子的功能一是一是识别终止密码识别终止密码二是二是诱导转肽酶改变为酯酶活性诱导转肽酶改变为酯酶活性原原核核肽肽链链合合成成终终止止过过程程 多聚核糖体多聚核糖体(polysome)使蛋白质合成使蛋白质合成高速、高效进行。高速、高效进行。P 1条条mRNA模板链都可附着模板链都可附着10100个核糖体，这些核个核糖体，这些核蛋白体依次结合起始密码子蛋白体依次结合起始密码子并沿并沿53方向读码移动，方向读码移动，同时进行肽链合成，这种同时进行肽链合成，这种mRNA与多个核糖体形成的与多个核糖体形成的聚合物称为多聚核糖体聚合物称为多聚核糖体(polysome) 。 第四节第四节蛋白质翻译后修饰和靶向
19、输送蛋白质翻译后修饰和靶向输送Posttranslational Modification and Targeting Transfer of Protein从核糖体释放出的新生多肽链不具备蛋白从核糖体释放出的新生多肽链不具备蛋白质生物活性，必需经过不同的翻译后复杂加工质生物活性，必需经过不同的翻译后复杂加工过程才转变为天然构象的功能蛋白。过程才转变为天然构象的功能蛋白。主要包括主要包括加工与修饰加工与修饰( (肽链一级结构肽链一级结构) )折叠与组装折叠与组装( (高级结构修饰高级结构修饰) ) 靶向输送靶向输送蛋白质合成后需要经过复杂机制，定蛋白质合成后需要经过复杂机制，定向输送到最终发挥
20、生物功能的细胞靶部位，向输送到最终发挥生物功能的细胞靶部位，这一过程称为蛋白质的靶向输送。这一过程称为蛋白质的靶向输送。 蛋白质的靶向输送蛋白质的靶向输送(protein targeting)蛋白质结构中存在蛋白质结构中存在N末端特异氨基酸序列末端特异氨基酸序列蛋白质生物合成的干扰和抑制蛋白质生物合成的干扰和抑制第第 五五 节节抗生素抗生素(antibiotics)是微生物产生的能够杀灭或抑制细菌是微生物产生的能够杀灭或抑制细菌的一类药物。抑制细菌代谢过程或基的一类药物。抑制细菌代谢过程或基因信息传递特别是翻译过程。因信息传递特别是翻译过程。P317四四环环素素族族氯霉素氯霉素链霉素和卡那霉素链霉素和卡那霉素嘌呤霉素嘌呤霉素放线菌酮放线菌酮常用抗生素对翻译过程的作用位点常用抗生素对翻译过程的作用位点P318第第 十十 二二 章章蛋白质生物合成蛋白质生物合成翻译翻译mRNA、tRNA、rRNA的结构特点的结构特点及生物学功能及生物学功能遗传密码的五个特点遗传密码的五个特点 (起始密码、终止密码起始密码、终止密码)S-D序列序列 ，核糖体循环，核糖体循环抗生素对蛋白翻译过程的作用位点抗生素对蛋白翻译过程的作用位点
