第四章 生物信息的传递(下)——翻译
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第四章生物信息的传递(下)1
2020/9/19
二、tRNA的三级结构
2020/9/19
tRNA折叠 为紧凑的L 型三级结构。
2020/9/19
三、tRNA的功能
在蛋白质合成中，起着运载氨基酸的作用， 按照mRNA链上的密码子所决定的氨基酸顺 序将氨基酸转运到核糖体的特定部位。
•3’端CCA－OH上的氨基酸接受臂 •识别氨酰tRNA合成酶的位点 •核糖体识别位点 •反密码子位点
20种氨基酸(AA)作为原料 酶及众多蛋白因子，如IF、eIF ATP、GTP、无机离子
2020/9/19
蛋白质生物合成的过程
•氨基酸的活化 •肽链合成的起始 •肽链的延长 •肽链合成的终止和释放 •新合成多肽链的折叠和加工处理
2020/9/19
一、氨基酸的活化
氨基酰-tRNA合成酶
氨基酸 + tRNA
IF-1
2) mRNA在小亚基的精确定位结合：
5'
AUG
3'
IF-1
IF-3
2020/9/19
SD sequence
The site for ribosome binding
细菌、动物还是植物而言都通用。
•在真核细胞线粒体中， •UGA不是终止密码子，是Trp的密码子； •AUA不是Ile的密码子，而是Met的密码子； •AGA和AGG不是Arg密码子，而是终止密码子。
二、tRNA的三级结构
2020/9/19
tRNA折叠 为紧凑的L 型三级结构。
2020/9/19
三、tRNA的功能
在蛋白质合成中，起着运载氨基酸的作用， 按照mRNA链上的密码子所决定的氨基酸顺 序将氨基酸转运到核糖体的特定部位。
•3’端CCA－OH上的氨基酸接受臂 •识别氨酰tRNA合成酶的位点 •核糖体识别位点 •反密码子位点
20种氨基酸(AA)作为原料 酶及众多蛋白因子，如IF、eIF ATP、GTP、无机离子
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蛋白质生物合成的过程
•氨基酸的活化 •肽链合成的起始 •肽链的延长 •肽链合成的终止和释放 •新合成多肽链的折叠和加工处理
2020/9/19
一、氨基酸的活化
氨基酰-tRNA合成酶
氨基酸 + tRNA
IF-1
2) mRNA在小亚基的精确定位结合：
5'
AUG
3'
IF-1
IF-3
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SD sequence
The site for ribosome binding
细菌、动物还是植物而言都通用。
•在真核细胞线粒体中， •UGA不是终止密码子，是Trp的密码子； •AUA不是Ile的密码子，而是Met的密码子； •AGA和AGG不是Arg密码子，而是终止密码子。
分子生物学第四章生物信息的传递下
如果在读框中间插入或缺失一个碱基就会造成 移码突变，引起突变位点下游氨基排列的错误。
（3）密码的简并性：
一种氨基酸有几组密码子，或者几组密 码子代表一种氨基酸的现象称为密码子的简 并性。
（3）密码的简并性：
简并性主要是第３个碱基发生摆动现象形成 的，即密码子专一性由前２个碱基决定。
即使第３个碱基发生突变也能翻译出正确的 氨基酸，这对于保证物种的稳定性有一定意义。 （纠错？？）
中。
2）Francis Crick等人第一次证实只有用三联 子密码的形式才能把包含在由AUGC四个 字母组成遗传信息（核酸）准确无误地翻
译成由20种不同氨基酸组成的蛋白质序列， 实现遗传信息的表达。
实验1: 用吖啶类试剂（诱导核苷酸插入或丢失）处理
T4噬菌体rII位点上的两个基因，使之发生移码 突变（frame-shift），就生成完全不同的、没 有功能的蛋白质。
所谓翻译是指将mRNA链上的核苷酸从一 个特定的起始位点开始，按每3个核苷酸 代表一个氨基酸的原则，依次合成一条多 肽链的过程。
蛋白质分子氨基酸的排列顺序是严格按 照蛋白质的编码基因中的碱基排列顺序 决定的。
基因的遗传信息在转录过程中从DNA转 移到mRNA，再由mRNA将这种遗传信 息表达为蛋白质中氨基酸顺序的过程叫 做翻译。
2．tRNA的L形三级结构
3．tRNA的功能
（3）密码的简并性：
一种氨基酸有几组密码子，或者几组密 码子代表一种氨基酸的现象称为密码子的简 并性。
（3）密码的简并性：
简并性主要是第３个碱基发生摆动现象形成 的，即密码子专一性由前２个碱基决定。
即使第３个碱基发生突变也能翻译出正确的 氨基酸，这对于保证物种的稳定性有一定意义。 （纠错？？）
中。
2）Francis Crick等人第一次证实只有用三联 子密码的形式才能把包含在由AUGC四个 字母组成遗传信息（核酸）准确无误地翻
译成由20种不同氨基酸组成的蛋白质序列， 实现遗传信息的表达。
实验1: 用吖啶类试剂（诱导核苷酸插入或丢失）处理
T4噬菌体rII位点上的两个基因，使之发生移码 突变（frame-shift），就生成完全不同的、没 有功能的蛋白质。
所谓翻译是指将mRNA链上的核苷酸从一 个特定的起始位点开始，按每3个核苷酸 代表一个氨基酸的原则，依次合成一条多 肽链的过程。
蛋白质分子氨基酸的排列顺序是严格按 照蛋白质的编码基因中的碱基排列顺序 决定的。
基因的遗传信息在转录过程中从DNA转 移到mRNA，再由mRNA将这种遗传信 息表达为蛋白质中氨基酸顺序的过程叫 做翻译。
2．tRNA的L形三级结构
3．tRNA的功能
第四章 翻译(下)
Transport receptors carry cargo proteins through the pore A carrier protein binds to a substrate, moves with it through the nuclear pore, is released on the other side, and must be returned for reuse.
第四章 生物信息的传递
——From mRNA to protein
二、生物学机制
概述 合成过程
2.1 概述
活化 起始 延伸 终止 后加工 抑制
•核糖体是蛋白质合成的场所， •mRNA是蛋白质合成的模板， •tRNA是模板与氨基酸之间的接合体, •蛋白质合成是一个需能(90%总能量)反应, •真核生物中有近300种生物大分子参与蛋 白质的生物合成，约占细胞干重的35%。
磷酸化
•主要由多种蛋白激酶催化， •发生在丝氨酸、苏氨酸和酪氨酸等三种氨基酸的 侧链。
糖基化
• 糖蛋白主要是蛋白质侧链上的天冬氨酸、丝氨酸、 苏氨酸残基加上糖基形成的； • 内质网可能是蛋白质N-糖基化的主要场所。ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ• 所有的分泌蛋白和膜蛋白几乎都是糖基化蛋白质。
4、切除新生肽链中非功能片段
前胰岛素原蛋白 翻译后成熟过程
细胞各种合成代谢中所需总能量的 90%消耗在蛋白质合成过程中。
生物信息的传递-从MRNA到蛋白质
2020/4/20
30
• 蛋白质合成的真实性主要决定于 tRNA能否把正确的氨基酸放到新生 多肽链的正确位置上，而这一步主要
决定于AA－tRNA合成酶是否使氨基 酸与对应的tRNA相结合。 • AA-tRNA合成酶既要能识别tRNA，又 要能识别氨基酸，它对两者都具有高 度的专一性。
2020/4/20
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生 物 ， 但 也 有 些 特 殊 情 况 。
表 是 具 有 普 遍 性 的 ， 适 用 于
密 码 的 普 遍 性 与 特 殊 性 。密
一码
切子
密码子
UGA AUA CUA AGA
通用编码
终止码 异亮氨酸
亮氨酸 精氨酸
哺乳动物 色氨酸 蛋氨酸 亮氨酸 终止码
线粒体编码
酵母菌
果蝇
色氨酸 色氨酸
蛋氨酸 蛋氨酸
aa 编码，但不符合生物体在亿万年进化过程中形成并遵循的经济原则。
证明：
– 在模板mRNA中插入或删除一个碱基，会改变该密码子以后全 部氨基酸序列。
– 若同时对模板进行插入和删除试验，插入和删除的碱基数一样， 后续密码子序列就不会变化，翻译得到的后续的蛋白质序列就 保持不变。
– 如果同时删去3个核苷酸，翻译产生少一个氨基酸的蛋白质，序 列不发生变化。
– 其他tRNA统称为延伸tRNA。
• 同工tRNA。几个代表相同氨基酸的tRNA称为同工tRNA。 • 校正tRNA。分两类：无义突变的校正tRNA和错义突变的校
第四章 生物信息的传递(下)4
细胞器发 育 膜的形成
4. 5. 1 翻译-运转同步机制
• 蛋白质定位信息存在于自身结构中，并 蛋白质定位信息存在于自身结构中， 通过与膜上特殊受体的相互作用得以表 达。信号序列在结合核糖体上合成后便 与膜上特定受体相互作用，产生通道， 与膜上特定受体相互作用，产生通道， 允许这段多肽在延长的同时穿过膜结构。 允许这段多肽在延长的同时穿过膜结构。 因此，这种方式是边翻译边跨膜运转。 因此，这种方式是边翻译边跨膜运转。
根据信号肽假说，同细胞质中其他蛋白质的合成一样， 根据信号肽假说，同细胞质中其他蛋白质的合成一样，分泌蛋白 的生物合成开始于结合核糖体，当翻译进行到大约50 70个氨基酸残 50～ 的生物合成开始于结合核糖体，当翻译进行到大约50～70个氨基酸残 基之后，信号肽开始从核糖体的大亚基露出， 基之后，信号肽开始从核糖体的大亚基露出，被粗糙内质网膜上的受 体识别，并与之相结合。信号肽过膜后被内质网腔的信号肽酶水解， 体识别，并与之相结合。信号肽过膜后被内质网腔的信号肽酶水解， 正在合成的新生肽随之通过蛋白孔道穿越疏水的双层磷脂。 正在合成的新生肽随之通过蛋白孔道穿越疏水的双层磷脂。一旦核糖 体移到mRNA mRNA的 终止”密码子，蛋白质合成即告完成，翻译体系解散， 体移到mRNA的“终止”密码子，蛋白质合成即告完成，翻译体系解散， 膜上的蛋白孔道消失，核糖体重新处于自由状态。 膜上的蛋白孔道消失，核糖体重新处于自由状态。
分子生物学： 翻译-精简版
了所有密码，取得了重大的突破。
三联密码的证实 （4） ——三联体结合实验
1964年Nirenberg又采用三联体结合实验，这
个方法的思路是建立在两项基础上的：
(1) tRNA和氨基酸及三联体的结合是特异的；
(2) 上述结合的复合体大分子是不能通过硝酸纤维 滤膜的微孔，而tRNA-氨基酸的复合体是可以 通过的。
我们把这种突变的tRNA称为抑制子tRNA。
在tRNA抑制系统中，最初的突变改变了mRNA上的密码子，使产
生的蛋白质不再有功能。随后，抑制突变改变了tRNA上的反密码 子，使它能够识别突变的密码子而不是 ( 或也能 )识别它最初的靶 密码子。这时插入的氨基酸又恢复了蛋白的功能。依据最初突变 的性质，把这种抑制子称为无义抑制子(nonsense suppressor)或 是错义抑制子(missense suppressor) 。
三叶草型的二维结构
④ 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。 ⑤ D 环 (D arm) 的茎区长度常为 4bp ，也称双氢尿嘧啶环。负 责和氨基酰tRNA聚合酶结合; ⑥ 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）。
真核生物的翻译过程
第4章
生物信息的传递(下)
--从mRNA到蛋白质
主讲人：
真核生物的翻译
（注意与原核生物的各个过程进行对比）
一、翻译的起始
1.起始氨基酸： Met-tRNAiMet 2. 起始复合物结合顺序：
Met-tRNAiMet先与40s小亚基相结合 再结合模板mRNA 60s大小亚基结合生成翻译起始复合物
80S.mRNA. Met-tRNAiMet 3. 起始复合物结合位置
ATP
mRNA
③
elF4E, eFra Baidu bibliotekF4G, elF4A,
elF4B,PAB
ADP+Pi
60S
①
eIF-2B、eIF-3、 eIF-6
40S
60S
Met
elF-5
④
Met
各种elF释放 GDP+Pi
真核生物翻译起始 复合物形成过程
二、肽链合成延长
真核生物延伸因子：eEF-1 、eEF-2 eEF-1（相对于原核的EF-Tu、 EF-Ts） 能够促进AA-tRNA进入A位点 eEF-2（相当于EF-G） 促进卸载tRNA的释放 真核细胞核糖体没有E位，转位时卸载的tRNA直 接从P位脱落。
先与mRNA 5 ′帽结合，移动到起始密码子AUG
真核生物起始因子
起始因子 eIF -2 eIF -2B,eIF -3 eIF-4A
生物信息的传递(下)
--从mRNA到蛋白质
主讲人：
真核生物的翻译
（注意与原核生物的各个过程进行对比）
一、翻译的起始
1.起始氨基酸： Met-tRNAiMet 2. 起始复合物结合顺序：
Met-tRNAiMet先与40s小亚基相结合 再结合模板mRNA 60s大小亚基结合生成翻译起始复合物
80S.mRNA. Met-tRNAiMet 3. 起始复合物结合位置
ATP
mRNA
③
elF4E, eFra Baidu bibliotekF4G, elF4A,
elF4B,PAB
ADP+Pi
60S
①
eIF-2B、eIF-3、 eIF-6
40S
60S
Met
elF-5
④
Met
各种elF释放 GDP+Pi
真核生物翻译起始 复合物形成过程
二、肽链合成延长
真核生物延伸因子：eEF-1 、eEF-2 eEF-1（相对于原核的EF-Tu、 EF-Ts） 能够促进AA-tRNA进入A位点 eEF-2（相当于EF-G） 促进卸载tRNA的释放 真核细胞核糖体没有E位，转位时卸载的tRNA直 接从P位脱落。
先与mRNA 5 ′帽结合，移动到起始密码子AUG
真核生物起始因子
起始因子 eIF -2 eIF -2B,eIF -3 eIF-4A
分子生物学课件—蛋白质翻译
解释了反密码子中某些稀有成分的配对，以及 许多氨基酸有2个以上密码子的问题。
一个tRNA究竟能识别多少个密码子是由反密码子 的第一位碱基的性质决定的。
如果有几个密码子同时编码一个氨基酸，凡是 第一、二位碱基不同的密码子都对应于各自独 立的tRNA.
原核生物中大约有30-50中tRNA，真核生物中 可能存在50种tRNA。
4.1.1 三联子密码及其破译
• 遗传密码的破译是多位科学家经过一系列 的数学推理和试验研究，于1966年解决。
• 基因密码的破译先后经历了二十世纪五十 年代的数学推理阶段和1961-1965年的实 验研究阶段。
•719.542年.物2理.学1家G遗amov传首先密对遗码传密的码进推行探测讨，提 出不可能是一个碱基或两个碱基决定一个氨基酸 （41=4，42=16 ），如果用三个碱基决定一个氨基酸， 43=64，就足以编码20种氨基酸，密码子应是三联体 （triplet）；是否重叠？
子参与。
4.1 遗传密码——三联子
• mRNA与蛋白质之间的联系是通过遗传密码的 破译来实现的。
• mRNA上每3个核苷酸翻译成蛋白质多肽链上的 一个AA，这3个核苷酸就称为密码，也叫三联 子密码（codon)
• 翻译时从起始密码子开始，沿着mRNA5‘-3’连 续阅读密码子，直至终止密码子为止，生成一 条具有特定序列的多肽链—蛋白质。
一个tRNA究竟能识别多少个密码子是由反密码子 的第一位碱基的性质决定的。
如果有几个密码子同时编码一个氨基酸，凡是 第一、二位碱基不同的密码子都对应于各自独 立的tRNA.
原核生物中大约有30-50中tRNA，真核生物中 可能存在50种tRNA。
4.1.1 三联子密码及其破译
• 遗传密码的破译是多位科学家经过一系列 的数学推理和试验研究，于1966年解决。
• 基因密码的破译先后经历了二十世纪五十 年代的数学推理阶段和1961-1965年的实 验研究阶段。
•719.542年.物2理.学1家G遗amov传首先密对遗码传密的码进推行探测讨，提 出不可能是一个碱基或两个碱基决定一个氨基酸 （41=4，42=16 ），如果用三个碱基决定一个氨基酸， 43=64，就足以编码20种氨基酸，密码子应是三联体 （triplet）；是否重叠？
子参与。
4.1 遗传密码——三联子
• mRNA与蛋白质之间的联系是通过遗传密码的 破译来实现的。
• mRNA上每3个核苷酸翻译成蛋白质多肽链上的 一个AA，这3个核苷酸就称为密码，也叫三联 子密码（codon)
• 翻译时从起始密码子开始，沿着mRNA5‘-3’连 续阅读密码子，直至终止密码子为止，生成一 条具有特定序列的多肽链—蛋白质。
第四章 生物信息的传递(下)从RNA到蛋白质
错义突变：由于结构基因中某个核甘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
错义抑制
六、 氨酰-tRNA合成酶
• 氨基酰-tRNA合成酶对氨基酸和tRNA都有 高度特异性。 • 氨基酰-tRNA合成酶具有校正活性 • 氨基酰-tRNA的表示方法：
（一）核糖体的结构
原核：大亚基 50S 小亚基 30S 真核：大亚基 60S 小亚基 40S
能特异地识别mRNA模板上起始密码子的tRNA叫 起始tRNA，其他tRNA统称为延伸tRNA。 原核生物起始tRNA携带甲酰甲硫氨酸（fMet）， 真核生物起始tRNA携带甲硫氨酸（Met）。
五、 tRNA的种类
1、起始tRNA和延伸tRNA 2、同工tRNA 3、校正tRNA
将几个代表同一种氨基酸的tRNA称为同工tRNA。 同工tRNA既要有不同的反密码子以识别该氨基酸 的各种同义密码，又要有某种结构上的共同性， 能被相同的氨基酰-tRNA合成酶识别。
Ala-tRNAAla
Ser-tRNASer Met-tRNAMet
目录
第一节 遗传密码——三联子
第二节 tRNA的结构、功能与种类
第三节 核糖体的结构与功能
第四节 蛋白质合成的过程
第五节 蛋白质的运转机制
现代分子生物学(第4版)_课后思考题答案
现代分子生物学(第4版)_课后思考题答
案
分子生物学课后(4版)答案
第一章绪论
1．染色体具有哪些作为遗传物质的特征？
答：①分子结构相对稳定；
②能够自我复制，使亲子代之间保持连续性；
③能够指导蛋白质的合成，从而控制整个生命过程；
④能够产生可遗传的变异。
。
2.什么是核小体？简述其形成过程。
答：由DNA和组蛋白组成的染色质纤维细丝是许多核小体连成的念珠状结构。核小体是由H2A,H2B,H3,H4各两个分子生成的八聚体和由大约200bp的DNA组成的。八聚体在中间，DNA分子盘绕在外，而H1则在核小体外面
核小体的形成是染色体中DNA压缩的第一阶段。在核小体中DNA盘绕组蛋白八聚体核心，从而使分子收缩至原尺寸的1/7。200bpDNA完全舒展时长约68nm,却被压缩在10nm的核小体中。核小体只是DNA压缩的第一步。
核小体长链200bp→核酸酶初步处理→核小体单体200bp→核酸酶继续处理→核心颗粒146bp
3简述真核生物染色体的组成及组装过程
答：组成：蛋白质+核酸。
组装过程：1，首先组蛋白组成盘装八聚体，DNA缠绕其上，成为核小体颗粒，两个颗粒之间经过DNA连接，形成外径10nm 的纤维状串珠，称为核小体串珠纤维；2，核小体串珠纤维在酶的作用下形成每圈6个核小体，外径30nm 的螺线管结构；3，螺线管结构再次螺旋化，形成超螺旋结构；4，超螺线管，形成绊环，即线性的螺线管形成的放射状环。绊环在非组蛋白上缠绕即形成了显微镜下可见的染色体结构。
4. 简述DNA的一,二,三级结构的特征
答：DNA一级结构：4种核苷酸的的连接及排列顺序，表示了该DNA分子的化学结构
第四章 生物信息的传递(下)--从mRNA到蛋白质习题答案
第四章生物信息的传递（下）--从RNA到蛋白质习题
一名词解释
1．密码子(codon)
2．同义密码子(synonymous codon)
3．反密码子(anticodon)
4．信号肽(signal peptide)
5．简并密码(degenerate code)
6．氨酰基部位(aminoacyl site)
7．肽酰基部位(peptidy site)
8．肽基转移酶(peptidyl transferase)
9．氨酰- tRNA合成酶(amino acy-tRNA synthetase)
二英文缩写符号
1．IF（initiation factor）：
2．EF（elongation factor）：
3．RF（release factor）：
4．hnRNA（heterogeneous nuclear RNA）：
5．fMet-tRNA f ：
6．Met-tRNA i ：
三填空题
1．蛋白质的生物合成是以______作为模板，______作为运输氨基酸的工具，_____作为合成的场所。
2．细胞内多肽链合成的方向是从_____端到______端，而阅读mRNA的方向是从____端到____端。
3．核糖体上能够结合tRNA的部位有_____部位，______部位。
4．蛋白质的生物合成通常以_______作为起始密码子，有时也以_____作为起始密码子，以______，______，和______作为终止密码子。
5．SD序列是指原核细胞mRNA的5ˊ端富含_____碱基的序列，它可以和16SrRNA的3ˊ端的_____序列互补配对，而帮助起始密码子的识别。
第四章生物信息的传递(下)---从mRNA到蛋白质-P
▪ (3)肽链的终止及释放 核糖体从mRNA上 解离，准备新一轮合成反应。
▪ 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(transfer RNA，tRNA)是模板与氨基酸 之间的接合体。
▪ 在合成的各个阶段有许多蛋白质、酶和其他生物大 分子参与。参与蛋白质合成的各种组分约占细胞干 重的35%。在真核生物中有将近300种生物大分子 与蛋白质的生物合成有关。
▪ 无义突变的校正tRNA会与释放因子 竞争识别密码子；错义突变的校正 tRNA则与该密码的正常tRNA竞争。 这些都会影响校正的效率。
▪ 无义突变的校正基因tRNA不仅能校 正无义突变，也会抑制该基因3’末 端正常的终止密码子，导致翻译过 程的通读，合成更长的蛋白质，这 对细胞会造成伤害。
▪ 一个基因错义突变的校正也可能使另一 个基因错误翻译，因为如果一个校正 tRNA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 与前述突变位点对应的氨基酸，造成错 误。
▪ 蛋白质合成速度很高。大肠杆菌只需要5s就 能合成一条由100个氨基酸组成的多肽。
4．1 遗传密码――三联子
▪ 贮存在DNA上的遗传信息通过mRNA传递 为蛋白质。mRNA上每3个核苷酸翻译成蛋 白质多肽链上的一个氨基酸，这3个核苷酸 称为密码，也叫三联子密码。
▪ 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(transfer RNA，tRNA)是模板与氨基酸 之间的接合体。
▪ 在合成的各个阶段有许多蛋白质、酶和其他生物大 分子参与。参与蛋白质合成的各种组分约占细胞干 重的35%。在真核生物中有将近300种生物大分子 与蛋白质的生物合成有关。
▪ 无义突变的校正tRNA会与释放因子 竞争识别密码子；错义突变的校正 tRNA则与该密码的正常tRNA竞争。 这些都会影响校正的效率。
▪ 无义突变的校正基因tRNA不仅能校 正无义突变，也会抑制该基因3’末 端正常的终止密码子，导致翻译过 程的通读，合成更长的蛋白质，这 对细胞会造成伤害。
▪ 一个基因错义突变的校正也可能使另一 个基因错误翻译，因为如果一个校正 tRNA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 与前述突变位点对应的氨基酸，造成错 误。
▪ 蛋白质合成速度很高。大肠杆菌只需要5s就 能合成一条由100个氨基酸组成的多肽。
4．1 遗传密码――三联子
▪ 贮存在DNA上的遗传信息通过mRNA传递 为蛋白质。mRNA上每3个核苷酸翻译成蛋 白质多肽链上的一个氨基酸，这3个核苷酸 称为密码，也叫三联子密码。
CHAPTER4翻译
③ 如果数个密码子同时编码一个氨基酸，凡是 第一、二位碱基不相同的密码子都对应于各 自的tRNA。
原核mRNA的5’端序列
多顺反子，含有几个蛋白质的编码序列，在5‘端非 编码区有控制翻译的关键序列：
在起始密码子AUG上游的9-13个核苷酸有一 段可受核糖体结合、保护和富含嘌呤的3-9个 核苷酸共同序列，一般为AGGA，称为SD序列。
tRNA合成酶等
OUTLINE
4.1 三联子密码及mRNA的5‘端结构 4.2 tRNA 4.3 核糖体 4.4 原核生物蛋白质合成的过程 4.5 真核生物蛋白质合成的过程 4.6 翻译的调控 4.7 新生肽的加工和折叠 4.8 蛋白质运转机制
4.1 三联子密码
密码子:mRNA上3个核苷酸翻译成蛋白质多肽链上 的一个氨基酸，这3个核苷酸就称为密码子。
4.1.1 三联子密码及其破译
4.1.2 遗传密码的性质
1. 密码子的连续性。密码间无间断也没有重叠， 即起始密码子决定了后续密码子的位置。 2.简并性(degeneracy)：由一种以上密码子编码 同一个氨基酸的现象。61个编码氨基酸，3个终止 密码子UAA(赭石)，UAG(琥珀)，UGA(蛋白石)。 3. 密码子的通用性与特殊性。密码子对各种生物 都适用。但也有特殊性：支原体中UGA编码色氨 酸，嗜热四膜虫中UAA编码谷氨酰胺。
structure of prokaryotic mRNA
原核mRNA的5’端序列
多顺反子，含有几个蛋白质的编码序列，在5‘端非 编码区有控制翻译的关键序列：
在起始密码子AUG上游的9-13个核苷酸有一 段可受核糖体结合、保护和富含嘌呤的3-9个 核苷酸共同序列，一般为AGGA，称为SD序列。
tRNA合成酶等
OUTLINE
4.1 三联子密码及mRNA的5‘端结构 4.2 tRNA 4.3 核糖体 4.4 原核生物蛋白质合成的过程 4.5 真核生物蛋白质合成的过程 4.6 翻译的调控 4.7 新生肽的加工和折叠 4.8 蛋白质运转机制
4.1 三联子密码
密码子:mRNA上3个核苷酸翻译成蛋白质多肽链上 的一个氨基酸，这3个核苷酸就称为密码子。
4.1.1 三联子密码及其破译
4.1.2 遗传密码的性质
1. 密码子的连续性。密码间无间断也没有重叠， 即起始密码子决定了后续密码子的位置。 2.简并性(degeneracy)：由一种以上密码子编码 同一个氨基酸的现象。61个编码氨基酸，3个终止 密码子UAA(赭石)，UAG(琥珀)，UGA(蛋白石)。 3. 密码子的通用性与特殊性。密码子对各种生物 都适用。但也有特殊性：支原体中UGA编码色氨 酸，嗜热四膜虫中UAA编码谷氨酰胺。
structure of prokaryotic mRNA
真核生物的翻译过程(王2)
二、肽链合成延长
真核生物延伸因子：eEF-1 、eEF-2 eEF-1（相对于原核的EF-Tu、 EF-Ts）
能够促进AA-tRNA进入A位点
eEF-2（相当于EF-G）
促进卸载tRNA的释放
真核细胞核糖体没有E位，转位时卸载的tRNA直 接从P位脱落。
三、肽链合成的终止
mRNA上终止密码子出现在A位 真核细胞的I类和II类释放因子各有一种： eRF1
和eRF 3.
eRF 1能够识别3个终止密码子
eRF 3 释放因子在多肽链释放后刺激 I类（eRF 1 ）释放因子从核糖体中解离出来。
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② met Met Met-tRNAiMet-elF-2 -GTP 60S Met ①
eIF-2B、eIF-3、 eIF-6 elF-5
③
ATP elF4E, elF4G, elF4A, elF4B,PAB ADP+Pi
mRNA
④
各种elF释放 GDP+Pi
40S
60S Met 真核生物翻译起始 复合物形成过程
eIF -4B
结合mRNA,促进mRNA扫描定位起始AUG
eIF -4E
eIF -4G eIF -5 eIF -6
eIF -4F复合物的成分，结合mRNA5’帽子
eIF -4F复合物的成分，结合eIF -4E和PAB 促进各种起始因子从小亚基解离，进而结合大亚基 促进核糖体分离成大小亚基
4.从mRNA到蛋白质
根据多余臂的特性将tRNA分 为2类：第一类占75%，含有 3-5个核苷酸；第二类含有杆 状结构上的5个核苷酸，套索 结构上的3-11个核苷酸。
tRNA的三叶草形二级结构
4.2.1 tRNA的L形三级结构
tRNA的三级结构呈倒L形折叠，这种结构是二级 结构中未配对碱基间形成氢键而引发的，三级结 构与AA-tRNA合成酶对tRNA的识别有关。
原核细胞核糖体
真核细胞核糖体
4) 核糖体有3个tRNA结合位点
A位点：新进入的氨酰-tRNA的结合位点； P位点：肽酰-tRNA的结合位点； E位点：延伸过程中的多肽链转移到氨酰-tRNA上 释放tRNA的位点。
tRNA移动顺序是A位→P位→E位，通过密码子与 反密码子间的互作保证反应正向进行。
核糖体上有多个活性中心，每个中心都由一组核 糖体蛋白构成，单个蛋白要在总体结构内才具有 催化活性。 E.coli 核糖体小亚基由21种r-蛋白组成，用S1-
S21表示，大亚基有36种，L1-L36。 真核细胞大亚基含有49种，小亚基33种。
3) 核糖体RNA
①5S rRNA 细菌含有120个（G-）或116个（G+）核苷酸。
④ 5.8S rRNA
真核生物核糖体大亚基特有的rRNA，160个核苷酸， 含有修饰碱基。
含有5S rRNA中与tRNA相互识别的保守序列 CGAAC →可能与原核生物5S rRNA具有相似的功能。
生物信息的传递
生物信息的传递
生物信息的传递是生物学研究的重要领域之一，是指在生物体
内通过一系列生物过程将遗传信息、代谢信息等从一个细胞、组织、
器官传递到另一个细胞、组织、器官的过程。
1. DNA复制和转录
生物信息的传递始于DNA复制和转录，DNA作为遗传信息的载体，通过复制和转录来使得生物个体的基因信息传递给下一代个体。DNA复制是指DNA双链分离后由DNA聚合酶进行拓展复制形成两个完全相同
的DNA分子。转录是指DNA分子的信息被转录成RNA分子的过程，RNA
是将DNA信息传递到细胞质中进行翻译的中介物质。DNA复制和转录是生物信息传递的第一步。
2. RNA翻译
RNA在细胞质中被翻译成蛋白质，RNA翻译是生物信息传递的第
二步。在此过程中，mRNA被核糖体识别并和tRNA匹配，通过tRNA上
的氨基酸和mRNA上对应的密码子形成蛋白质链。
3. 蛋白质后修饰和传递
蛋白质在合成后还需要经过修饰以及进一步传递。蛋白质后修饰
是指蛋白质在合成后需要进一步翻译，修饰成为完整、活性的蛋白质。蛋白质在细胞内还需要进一步被传递到其他细胞或基质中完成其生物
学功能。
4. 细胞信号传递
细胞信号传递指的是细胞内外信息的传递过程，管理着各种生命
活动，细胞信号主要由信号分子、受体分子和信号转导分子构成。信
号分子和细胞表面受体分子的结合将激活信号转导分子，从而激活信
号传递通路，使得生物信息得以产生、传递以及执行。
综上所述，生物信息的传递是非常复杂的，由DNA复制和转录、RNA翻译、蛋白质后修饰和传递以及细胞信号传递等多个过程组成。这些过程紧密联系，共同构建了生物体内信息传递网络。通过细致地了
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•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。
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
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。
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:
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
蛋白质的生物合成是一个比 DNA复制和转录更为复杂的过 程。 翻译的起始
核糖体与mRNA结合并与氨基 酰-tRNA生成起始复合物。
肽链的延伸
核糖体沿mRNA5‘ 端向3’端移动，开始了从N端向C端 的多肽合成，这是蛋白质合成过程中速度最快的阶段
肽链的终止及释放
核糖体从mRNA上 解离，准备新一 轮合成反应。
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。
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 三种碱基
→ → →
密码子是不重叠的并且无标点
•
ABCDEFGHIJKH Aa1 Aa2 Aa3 Aa4
•
（三）遗传密码的性质
4、摆动性（密码子与反密码子的相互作用）
转运氨基酸的 tRNA 上的反密码子需要通过碱基 互补与mRNA上的遗传密码子反向配对结合，在密码 子与反密码子的配对中，前两对严格遵守碱基配对原 则，第三对碱基有一定的自由度，可以“摆动”，这 种现象称为密码子的摆动性。
减 少 了 变 异 对 生 物 的 影 响
编码某一氨基酸的密码子越多，该氨基酸在蛋白质 中出现的频率就越高。Arg例外
（三）遗传密码的性质 1、遗传密码是三联密码子
• 1个密码子由3个核苷酸组成，它特异性地编 码多肽链中1个氨基酸。
（三）遗传密码的性质 2、通用性与特殊性
• 蛋白质生物合成的整套密码，从原核生物到 人类都通用。 • 已发现少数例外，如动物细胞的线粒体、植 物细胞的叶绿体。（P114 表4-4）
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‛。
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）
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）。
所以，某个校正基因的效率不仅决定于反密码子与密码子的亲 和力，也决定于它在细胞中的浓度及竞争中的其他参数。一般 说来，校正效率不会超过50%。 无义突变的校正基因tRNA不仅能校正无义突变，也会抑制该基 因3‘ 末端正常的终止密码子，导致翻译过程的通读，合成更 长的蛋白质，这种蛋白质过多就会对细胞造成伤害。
（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。
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。
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）。
（三） tRNA的种类
2、同工tRNA
代表同一种氨基酸的tRNA称为同工tRNA。 同工tRNA既要有不同的反密码子以识别该氨基酸 的各种同义密码，又要有某种结构上的共同性， 能被相同的氨基酰-tRNA合成酶识别。
（三） tRNA的种类
3、校正tRNA
无义突变：在蛋白质的结构基因中，一个核苷酸 的改变可能使代表某个氨基酸的密码子变成终止密
tRNA的L形三级结构
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
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。
错义抑制
错义突变
AUG AGA UAA AUG
错义突变wenku.baidu.com
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。
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。
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) 。
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
第四章 生物信息的传递（下） —从mRNA到蛋白质
RNA 复制 复制
DNA
转录 逆转录
RNA
翻译
蛋白质
一 蛋白质生物合成的大致框架
需要掌握的几个要点：
1 翻译：以mRNA为模板，按照mRNA分子上的三个核苷酸决定一种氨 基酸的规则（三联体密码）合成具有特定氨基酸顺序的蛋白质。 包括翻译的起始、肽链的延伸、肽链的终止与释放。
（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