第四章 生物信息的传递(下)——翻译

Contents
● 遗传密码——三联子 ● tRNA的结构、功能与种类 ● 核糖体的结构与功能 ● 蛋白质合成的过程 ● 蛋白质的运转机制
二、tRNA的结构、功能与种类
tRNA在蛋白质合成中处于关键地位，它不但为每个三联 密码子翻译成氨基酸提供了接合体，还为准确无误地将 所需氨基酸运送到核糖体上提供了运送载体 （第二遗传密码）
（二） tRNA的功能
1、解读mRNA的遗传信息 2、运输的工具，运载氨基酸
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
3’
CCAOH
5’
I
5’
CCG GGC
3’
tRNA凭借自身的反密码子与mRNA链上的密码子相 识别，把所带氨基酸放到肽链的一定位置。
一种 Aa 一种 Aa 一种 Aa
41 = 42 = 43 =
4 ＜20 16＜20 64＞20
实验证实三联子密码
（遗传学证据）
1、mRNA模板中插入、删除一个核苷酸后，该密码子后 面的氨基酸序列全部改变。 2、同时插入、删除一个不同核苷酸后，后续蛋白质不 变。 3、同时删除三个核苷酸后，翻译减少一个氨基酸，序 列没有变化。
同样，一个基因错义突变的矫正也可能使另一个基因错误翻译 ，因为如果一个校正基因在突变位点通过取代一种氨基酸的方 式校正了一个突变，它也可以在另一位点这样做，从而在正常 位点上引入新的氨基酸。
tRNA高级结构上的特点 提供了研究其生物学功能的 重要线索。 因为tRNA上所运载的氨 基酸必须靠近位于核糖体大 亚基上的多肽合成位点，而 tRNA上的反密码子必须与小 亚基上的mRNA相配对，所以 分子中两个不同的功能基团 是最大限度分离的。 这个结构形式很可能满 足了蛋白质合成过程中对 tRNA的各种要求而成为tRNA 的通式，研究证实tRNA的性 质是由反密码子而不是它所 携带的氨基酸所决定的。
摆动配对
U
mRNA
5' tRNA
AUU UAI
5' 3' 3'
AUC UAI
5' 3'
AUA UAI
5'
3'
Ile
Ile
Ile
图4-4
密码子、反密码子配对的摆动现象
tRNA反密码子 第1位碱基 mRNA密码子 第3位碱基
I
U
G
A
C
U, C, A
A, G U, C
U
G
图 4-5
遗传密码的总结
• (1) 遗传密码是三联体密码。 • (2)遗传密码无逗号。 • (3)遗传密码是不重叠的。 • (4)遗传密码具有通用性。 • (5)遗传密码具有简并性(degeneracy )。 • (6) 密码子有起始密码子和终止密码子。 • (7) 反密码子中的‚摆动‛。
3.反密码子臂(anticodon arm):常由5bp的茎区和7Nt的环 区组成，它负责对密码子的识 别与配对。 4.D臂(D arm):是根据它含有二 氢尿嘧啶（dihydrouracil）命 名的。茎区长度常为4bp。负责 和氨基酰tRNA聚合酶结合。 5.额外环(extra arm):可变性 大，从4 Nt到21 Nt不等.其功 能是在tRNA的L型三维结构中负 责连接两个区域（D环－反密码 子环和TψC-受体臂）。
错义抑制
错义突变
AUG AGA UAA AUG
错义突变
GGA UAA AUG AGA UAA
UCU
CCU 抑制突变
UCU
Arg
Gly
Gly
图 14-18 反密码子发生突变可抑制错义突变
校正tRNA在进行校正过程中必须与正常的tRNA竞争结合密码子 。无义突变的校正tRNA必须与释放因子竞争识别密码子；错义 突变的校正tRNA必须与该密码的正常tRNA竞争，都会影响校正 的效率。
线粒体与核DNA密码子使用情况的比较
生物 所有
密码 子 UGA
线粒体DNA编 码的氨基酸 色氨酸
核DNA编码的 氨基酸 终止子
酵母
果蝇
CUA
AGA
苏氨酸
丝氨酸 终止子 甲硫氨酸
亮氨酸
精氨酸 精氨酸 异亮氨酸
哺乳类 AGA/G 哺乳类 AUA
（三）遗传密码的性质 3、 连续性
编码蛋白质氨基酸序列的各个三联体密 码连续阅读，密码间既无间断也无交叉。
Tyr-tRNA 阅读 UAG 密码子
AUG UAG UAA AUC UAC AUG
释放因子
抑制突变
Leu
Tyr
Tyr
图 14－17 带有突变反密码子的 tRNA 可抑制无义突变
P120
4-7
表 14-6 由反密码子突变而产生的无义抑制基因 基因 tRNA 野生型 识别的密码子 SupD(su1) SupE(su2) SupF(su3) SupC(su4) SupG(su5) SupU(su7) Ser Gln Tyr Tyr Lys Trp UCG CAG UAC, UAU UAC/UAU AAA/AAG UGG 反密码子 CGA CUG GUA GUA UUU CCA 反密码子 CUA CUA CUA UUA UUA UCA 抑制基因 识别的密码子 UAG UAG UAG UAA/UAG UAA/UAG UGA/UGG
2 核糖体是蛋白质合成的场所，mRNA是蛋白质合成的模板，转移 RNA（tRNA）是模板与氨基酸之间的接合体。 此外，在合成的各个阶段还有许多蛋白质、酶和其他生物大 分子参与。
翻译（蛋白质的生物合成）: • 以氨基酸为原料 • 以mRNA为模板 • 以tRNA为运载工具 • 以核糖体为合成场所 • 需Mg2+和适当缓冲体系 • 起始、延长、终止各阶段蛋白因子参与 • 合成后加工成为有活性蛋白质
码子（UAG、UGA、UAA），使蛋白质合成提前终止，
合成无功能的或无意义的多肽，这种突变就称为无 义突变。 错义突变：由于结构基因中某个核苷酸的变化使 一种氨基酸的密码子变为另一种氨基酸的密码子，
这种基因突变叫错义突变。
GGA（甘氨酸） AGA（精氨酸）
无义突变
无义突变使 UUG 变为 UAG
AUG UUG UAA AAC AUG UAG UAA
Contents
● 遗传密码——三联子 ● tRNA的结构、功能与种类 ● 核糖体的结构与功能 ● 蛋白质合成的过程 ● 蛋白质的运转机制
一、遗传密码——三联子 （一）三联子密码定义 mRNA链上每三个核苷酸翻译成蛋白质 多肽链上的一个氨基酸，这三个核苷酸就 称为密码子或三联子密码(triplet coden) 。
三叶草型 各种tRNA均含有 70-80个碱基，其 中 22 个碱基是恒定的。具四臂四 环结构。 1. 受体臂（ acceptor arm）其 3 ’ 端的最后3个碱基序列永远是CCA 此臂负责携带特异的氨基酸。
2.TψC 臂 : tRNA 中含有胸腺嘧啶 核苷酸-假尿嘧啶核苷酸-胞嘧啶核 苷酸残基序列的茎 - 环结构。 是根 据 3 个核苷酸命名的，其中 ψ （ Psi ）表示拟尿嘧啶，是tRNA分子所拥 有的不常见核苷酸。常由 5bp 的茎 和 7Nt 和环组成。此臂负责和核糖 体上的rRNA识别结合。
（三） tRNA的种类
1、起始tRNA和延伸tRNA
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
•基因损伤引起mRNA阅读框架内的碱基发生插入或缺 失，可能导致框移突变(frameshift mutation)。
从 mRNA 5 端起始密码子 AUG 到 3 端终止 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)。 可译框架、可读框。
烟草花叶病毒外壳蛋白亚基由400个氨基酸组成，而 相应的RNA片段长约1200个核苷酸
遗传密码的破译，即确定代表每种氨基酸的具体密码。
●至1966年，20种氨基酸对应的61个密码子和三 个终止密码子全部被查清。
（三）遗传密码的性质
1、简并性
由一种以上密码子编码同一个氨基酸的现象称为 简并（degeneracy），对应于同一氨基酸的密码 子称为同义密码子（synonymous codon）。
tRNA参与多种反应，并与多种蛋白质和核酸相互识别 ， 这就决定了它们在结构上存在大量的共性。
（一） tRNA的结构
作为氨基酸受体的 tRNA 在结构上必须具备以下 识别位点:
• • • • A、氨基酸接受位点 B、氨酰—tRNA合成酶识别位点 C、核糖体识别位点 D、反密码子
tRNA二级结构:
mRNA 5’ GCU AGU ACA AAA CCU 3’
（二）三联子密码破译
• 遗传密码的破译，即确定代表每种氨基酸的具体密码。
• 蛋白质中的氨基酸序列是由mRNA中的核苷酸序列决定的。 mRNA中只有4种核苷酸，而蛋白质中有20种氨基酸。 数学考虑 ： 一种碱基 二种碱基三级结构
酵母和大肠杆菌tRNA 的三级结构都呈L形折叠 式。这种结构是靠氢键 来维持的，tRNA的三级 结构与AA- tRNA合成酶 的识别有关。
‚L”结构域
1. ---aa accept arm（氨基酸接受臂） 位于‚L”的一端 2. ---anti-codon arm （反密码子环 或 反密码子臂） 位于‛L”另一端， 3. ---TΨC 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 （摆动基础成对）位 于‚L”结构末端，堆积力小，自由度 大，使碱基配对摇摆