第15章 翻译
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GCA GCG
二、tRNA转运氨基酸★★
氨基酸臂
反密码环
三、核蛋白体是多肽链合成的场所★★
核蛋白体由大、小亚基构成，每个亚基又 含不同的蛋白质和rRNA
大亚基
小亚基
大亚基
有转肽酶活性、 GTP酶活性
A位：氨基酰位/受位 P位：肽酰位/给位
E 位 5′
P 位
A 位
E位：卸载tRNA的 排出位
3′
翻译(以mRNA为模板合成蛋白质的过程)
模板 原料 mRNA
★★
氨基酸（需要tRNA的转运）
酶
产物 配对 合成场所
？
蛋白质（肽链） 密码子-反密码子 核糖体（由rRNA和蛋白质构成）
第一节 蛋白质生物合成体系
N
C
密码子
5′
3′
mRNA
反密码子
氨基酸
核糖体
tRNA
一、mRNA是蛋白质合成的直接模板★★
用），水解肽酰-tRNA之间的酯键，使肽链 从核蛋白体上释放。
转肽酶 酯酶 COO
RF
5'
UAG
3'
起始
Pi GTP IF-2 -GTP GDP
5' IF-3
AUG
3' IF-1
进位（entrance）/ 注册（registration）
GTP Tu Ts
Ts Tu GDP
5'
AUG
GTP
3'
5. 摆动性(wobble)
转运氨基酸的tRNA的反密码需要通过碱基 互补与mRNA上的遗传密码反向配对结合，但 反密码与密码间不严格遵守常见的碱基配对规 律，称为摆动配对。 通常发生在反密码 子的1位碱基与密码 子的3位碱基间，以 简并性为基础 5′-GGATGAUGCGUAGCACGCAG……3′
IF-3
IF-1
2. mRNA在小亚基定位结合
S-D序列 5′
AGGAGG UCCUCC
3′
5' IF-3
AUG
3' IF-1
3. 起始氨基酰tRNA( fMet-tRNAimet )结合到 小亚基
IF-2 GTP
5' IF-3
AUG
3' IF-1
4. 核蛋白体大亚基结合，起始复合物形成
GTP IF-2 GDPPi
从核蛋白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 加工过程才转变为天然构象的功能蛋白。 肽链一级结构的修饰 主要包括: 高级结构的形成（多肽链折叠为 天然的三维结构 ）与修饰 靶向运输
一、一级结构的修饰
（一）肽链N端的修饰
（二）个别氨基酸的修饰（共价修饰）
（三）多肽链的水解修饰 （四）二硫键形成
（一）mRNA携带遗传密码
5 mG - PPP
AUG
起始密码
UAG
终止密码
AAAAAA 3
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)。
（二）遗传密码的特点★★
5' IF-3
AUG
3' IF-1
Pi GTP IF-2 -GTP GDP
5' IF-3
AUG
3' IF-1
二、肽链的延长
指根据mRNA密码序列的指导，次 序添加氨基酸从N端向C端延伸肽链，直 到合成终止的过程。是进位、转肽、移 位三步的不断循环（小循环），需延长 因子参与。
进位（entrance）/ 注册（registration）
mRNA借助密码子将遗传信息传递给 蛋白质，通过蛋白质将遗传信息表达出来。 5′-GGATGAUGCGUAGCACGCAG……3′ 由A、G、C、U四类核苷酸可组成64组三 联体密码，编码组成人体蛋白质的20种氨 基酸
1.有的氨基酸只有1个密码子，有的氨基酸有2个 或2个以上的密码子(最多可达6个) 2.其中AUG可编码蛋氨酸，也可作为翻译的起始 信号，又称起始密码，有的密码子不编码氨基酸， 如 UAA 、 UAG 、 UGA ， 它 们 被 称 为 终 止 密 码 （真正编码氨基酸的密码子只有61个） 密码子（codon）：mRNA分子从5′-末端的AUG开 始，每3个核苷酸为一组，决定肽链上一个氨基酸 或合成的终止信号，称为三联体密码或密码子。
（一）肽链合成起始 指mRNA和起始氨基酰-tRNA分别与 核蛋白体结合而形成翻译起始复合物 (translational initiation complex)：
1、核蛋白体大小亚基分离；2、mRNA在小 亚基定位结合；3、起始氨基酰-tRNA的结合； 4、核蛋白体大亚基结合。
1. 核蛋白体大小亚基分离
亮氨酸：UUA UUG CUU CUC CUA CUG 脯氨酸：CCU CCC CCA CCG
密码第一、二位碱基多相同，第三位差异
3. 通用性(universal)
蛋白质生物合成的整套密码，从原核生 物到人类都通用。 密码的通用性进一步证明各种生物进 化自同一祖先。
4.方向性（sideness）
5′→ 3′
GTP Tu Ts
Ts Tu GDP
5'
AUG
GTP
3'
转肽/成肽
转肽酶 GTP
fMet
fMet
来自百度文库
移位/ 转位 5'
Tu GTP
AUG
进位
3'
GTP
fMet
成肽
AA
转位
5'
AUG
Tu GDP GTP Tu GTP
进位
3'
蛋白质合成是耗能（ATP、GTP）过程，每 生成一个肽键，至少消耗4个高能磷酸键
信号肽（signal peptide）
细胞核
线粒体
体液
第四节 蛋白质生物合成的 干扰和抑制
阻断原核生物的蛋白质合成从而抑制原 核生物的生长
一、抗生素类
放线菌酮
氯霉素
嘌呤霉素
链霉素和卡那霉素
四 环 素 族
二、其他干扰蛋白质生物合成的物质
1、白喉毒素(toxin) 使真核生物翻译过程中的延长因子 eEF-2发生ADP糖基化而失活 2、干扰素(interferon，INF) 真核细胞感染病毒后分泌的一类有 抗病毒作用的蛋白质
elF-3
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
第三节 蛋白质合成后加工 和输送
二、高级结构的修饰 （一）新生肽链的折叠
需 分子伴侣 (molecular chaperon) 或折叠酶帮助
（二）亚基聚合
（三）辅基连接
三、蛋白质合成后的靶向输送
蛋白质的靶向输送(protein targeting) 蛋白质三种去向: 1）保留在胞液 2）进入细胞器 3）分泌到体液，再被输送到其他组织
Ala-tRNAAla、Ser-tRNASer、Met-tRNAMet
（二）起始肽链合成的氨基酰-tRNA 真核生物：
甲硫 氨酸 甲硫 氨酸
Met-tRNAiMet
5 mG - PPP
Met-tRNAeMet
UAC
AAAAAA 3
UAC
起始密码
AUG ……….. AUG
甲硫氨酸
原核生物：
N-甲酰甲硫氨酸
A位 P位
三、肽链合成的终止
A位上出现终止密码 释放因子(release factor, RF):
原核生物释放因子：RF-1，RF-2，RF-3 一 是识别 终止密 码并结 合 ，如 RF-1 特 异识别 UAA、UAG；而RF-2可识别UAA、UGA。
二 是诱导 转肽酶 改变为 酯酶 活 性（ RF-3 的 作
1.连续性(commaless)、不重叠性
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。
5′-GGATGAUGCGUAGCACGCAG……3′
2. 简并性(degeneracy)
遗传密码中，除色氨酸和甲硫氨酸仅有一 个密码子外，其余氨基酸有2、3、4个或多至6 个三联体为其编码。
蛋白质 真核生物的m A RN
5
mG
- PPP
AAAAAA 3
蛋白质
3.无SD序列 4.核糖体更大
（一）真核与原核的翻译过程主 要区别在起始阶段★
1.更多起始因子参与（前面加e） 2.起始tRNA不需甲酰化 3.mRNA、小亚基和起始tRNA结合顺 序不同 4.寻找起始密码子的方式不同
40S
Pi GTP IF-2 -GTP GDP
5' IF-3
AUG
3' IF-1
DNA
5 3
RNA
RNA聚合酶 核糖体
转录和翻译紧密偶联
三、真核生物与原核生物蛋白质合成异同
1.翻译转录不偶联 2.mRNA不同：真核有帽尾结构，是单顺反 子，原核无帽尾结构，是多顺反子
原核生物的m A RN
5 PPP 3
转肽/成肽
转肽酶 GTP
fMet
fMet
移位/ 转位 5'
Tu GTP
AUG
进位
3'
GTP
fMet
成肽
A位 P位
AA
转位
5'
AUG
Tu GDP GTP Tu GTP
进位
3'
蛋白质合成是耗能（ATP、GTP）过程，每 生成一个肽键，至少消耗4个高能磷酸键
转肽酶 酯酶 COO
RF
5'
UAG
3'
起始
第15章 蛋白质的生 物合成（翻译）
目的与要求
★★
★
1．掌握蛋白质生物合成的概念，mRNA， tRNA及核糖体在蛋白质生物合成中的作用， 密码子及其特点。 2．熟悉原核生物蛋白质生物合成的基本过 程，真核生物翻译起始的特点及分子病。 3．了解肽链合成后一级和高级结构的修饰 及靶向运输，蛋白质生物合成与医学的关 系。
干扰素的作用机理 1. 干扰素诱导eIF2磷酸化而失活
干扰素诱导的蛋白激酶
dsRNA
ATP ADP
eIF2
Pi
eIF2-P（失活） 磷酸酶
2. 干扰素诱导病毒RNA降解
干扰素
A dsRNA
PPP PPP A 2 P 5 5 A 2 P 5 A
2-5A合成酶
2- 5A
ATP
RNaseL
fMet-tRNAifMet
5 PPP
起始密码
UAC AUG
3
二、核糖体循环★
——起始、延长、终止
原核细胞的核糖体循环
还 需 辅 助 因 子 ： 起 始 因 子 （ initiation factor, IF ） 、 延 长 因 子 （ elongation factor, EF）、释放/终止因子（release factor, RF）
mRNA
小亚基
蛋白质生物合成需：
模板：mRNA
原料：氨基酸（需tRNA的转运） 酶：氨基酰tRNA合成酶、转肽酶
场所：核糖体（蛋白质和rRNA构成）
第二节 蛋白质生物合成过程★
氨基酸的活化、转运、核糖体循环
一、氨基酰的活化★
氨基酸 + tRNA
氨基酰-tRNA合成酶 ATP
OH
氨基酰- tRNA AMP＋PPi
O－OC氨基
氨基酸COOH
+
反密 码子
氨基酸的活化过程
反密 码子 氨基酰-tRNA
1）氨基酰-tRNA合成酶对底物氨基酸和 tRNA都有高度特异性。 2 ） 氨 基 酰 -tRNA 合 成 酶 具 有 校 正 活 性 (proofreading activity) 。 氨基酰-tRNA的表示方法：
活化
RNaseL 降解mRNA
二、tRNA转运氨基酸★★
氨基酸臂
反密码环
三、核蛋白体是多肽链合成的场所★★
核蛋白体由大、小亚基构成，每个亚基又 含不同的蛋白质和rRNA
大亚基
小亚基
大亚基
有转肽酶活性、 GTP酶活性
A位：氨基酰位/受位 P位：肽酰位/给位
E 位 5′
P 位
A 位
E位：卸载tRNA的 排出位
3′
翻译(以mRNA为模板合成蛋白质的过程)
模板 原料 mRNA
★★
氨基酸（需要tRNA的转运）
酶
产物 配对 合成场所
？
蛋白质（肽链） 密码子-反密码子 核糖体（由rRNA和蛋白质构成）
第一节 蛋白质生物合成体系
N
C
密码子
5′
3′
mRNA
反密码子
氨基酸
核糖体
tRNA
一、mRNA是蛋白质合成的直接模板★★
用），水解肽酰-tRNA之间的酯键，使肽链 从核蛋白体上释放。
转肽酶 酯酶 COO
RF
5'
UAG
3'
起始
Pi GTP IF-2 -GTP GDP
5' IF-3
AUG
3' IF-1
进位（entrance）/ 注册（registration）
GTP Tu Ts
Ts Tu GDP
5'
AUG
GTP
3'
5. 摆动性(wobble)
转运氨基酸的tRNA的反密码需要通过碱基 互补与mRNA上的遗传密码反向配对结合，但 反密码与密码间不严格遵守常见的碱基配对规 律，称为摆动配对。 通常发生在反密码 子的1位碱基与密码 子的3位碱基间，以 简并性为基础 5′-GGATGAUGCGUAGCACGCAG……3′
IF-3
IF-1
2. mRNA在小亚基定位结合
S-D序列 5′
AGGAGG UCCUCC
3′
5' IF-3
AUG
3' IF-1
3. 起始氨基酰tRNA( fMet-tRNAimet )结合到 小亚基
IF-2 GTP
5' IF-3
AUG
3' IF-1
4. 核蛋白体大亚基结合，起始复合物形成
GTP IF-2 GDPPi
从核蛋白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 加工过程才转变为天然构象的功能蛋白。 肽链一级结构的修饰 主要包括: 高级结构的形成（多肽链折叠为 天然的三维结构 ）与修饰 靶向运输
一、一级结构的修饰
（一）肽链N端的修饰
（二）个别氨基酸的修饰（共价修饰）
（三）多肽链的水解修饰 （四）二硫键形成
（一）mRNA携带遗传密码
5 mG - PPP
AUG
起始密码
UAG
终止密码
AAAAAA 3
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)。
（二）遗传密码的特点★★
5' IF-3
AUG
3' IF-1
Pi GTP IF-2 -GTP GDP
5' IF-3
AUG
3' IF-1
二、肽链的延长
指根据mRNA密码序列的指导，次 序添加氨基酸从N端向C端延伸肽链，直 到合成终止的过程。是进位、转肽、移 位三步的不断循环（小循环），需延长 因子参与。
进位（entrance）/ 注册（registration）
mRNA借助密码子将遗传信息传递给 蛋白质，通过蛋白质将遗传信息表达出来。 5′-GGATGAUGCGUAGCACGCAG……3′ 由A、G、C、U四类核苷酸可组成64组三 联体密码，编码组成人体蛋白质的20种氨 基酸
1.有的氨基酸只有1个密码子，有的氨基酸有2个 或2个以上的密码子(最多可达6个) 2.其中AUG可编码蛋氨酸，也可作为翻译的起始 信号，又称起始密码，有的密码子不编码氨基酸， 如 UAA 、 UAG 、 UGA ， 它 们 被 称 为 终 止 密 码 （真正编码氨基酸的密码子只有61个） 密码子（codon）：mRNA分子从5′-末端的AUG开 始，每3个核苷酸为一组，决定肽链上一个氨基酸 或合成的终止信号，称为三联体密码或密码子。
（一）肽链合成起始 指mRNA和起始氨基酰-tRNA分别与 核蛋白体结合而形成翻译起始复合物 (translational initiation complex)：
1、核蛋白体大小亚基分离；2、mRNA在小 亚基定位结合；3、起始氨基酰-tRNA的结合； 4、核蛋白体大亚基结合。
1. 核蛋白体大小亚基分离
亮氨酸：UUA UUG CUU CUC CUA CUG 脯氨酸：CCU CCC CCA CCG
密码第一、二位碱基多相同，第三位差异
3. 通用性(universal)
蛋白质生物合成的整套密码，从原核生 物到人类都通用。 密码的通用性进一步证明各种生物进 化自同一祖先。
4.方向性（sideness）
5′→ 3′
GTP Tu Ts
Ts Tu GDP
5'
AUG
GTP
3'
转肽/成肽
转肽酶 GTP
fMet
fMet
来自百度文库
移位/ 转位 5'
Tu GTP
AUG
进位
3'
GTP
fMet
成肽
AA
转位
5'
AUG
Tu GDP GTP Tu GTP
进位
3'
蛋白质合成是耗能（ATP、GTP）过程，每 生成一个肽键，至少消耗4个高能磷酸键
信号肽（signal peptide）
细胞核
线粒体
体液
第四节 蛋白质生物合成的 干扰和抑制
阻断原核生物的蛋白质合成从而抑制原 核生物的生长
一、抗生素类
放线菌酮
氯霉素
嘌呤霉素
链霉素和卡那霉素
四 环 素 族
二、其他干扰蛋白质生物合成的物质
1、白喉毒素(toxin) 使真核生物翻译过程中的延长因子 eEF-2发生ADP糖基化而失活 2、干扰素(interferon，INF) 真核细胞感染病毒后分泌的一类有 抗病毒作用的蛋白质
elF-3
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
第三节 蛋白质合成后加工 和输送
二、高级结构的修饰 （一）新生肽链的折叠
需 分子伴侣 (molecular chaperon) 或折叠酶帮助
（二）亚基聚合
（三）辅基连接
三、蛋白质合成后的靶向输送
蛋白质的靶向输送(protein targeting) 蛋白质三种去向: 1）保留在胞液 2）进入细胞器 3）分泌到体液，再被输送到其他组织
Ala-tRNAAla、Ser-tRNASer、Met-tRNAMet
（二）起始肽链合成的氨基酰-tRNA 真核生物：
甲硫 氨酸 甲硫 氨酸
Met-tRNAiMet
5 mG - PPP
Met-tRNAeMet
UAC
AAAAAA 3
UAC
起始密码
AUG ……….. AUG
甲硫氨酸
原核生物：
N-甲酰甲硫氨酸
A位 P位
三、肽链合成的终止
A位上出现终止密码 释放因子(release factor, RF):
原核生物释放因子：RF-1，RF-2，RF-3 一 是识别 终止密 码并结 合 ，如 RF-1 特 异识别 UAA、UAG；而RF-2可识别UAA、UGA。
二 是诱导 转肽酶 改变为 酯酶 活 性（ RF-3 的 作
1.连续性(commaless)、不重叠性
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。
5′-GGATGAUGCGUAGCACGCAG……3′
2. 简并性(degeneracy)
遗传密码中，除色氨酸和甲硫氨酸仅有一 个密码子外，其余氨基酸有2、3、4个或多至6 个三联体为其编码。
蛋白质 真核生物的m A RN
5
mG
- PPP
AAAAAA 3
蛋白质
3.无SD序列 4.核糖体更大
（一）真核与原核的翻译过程主 要区别在起始阶段★
1.更多起始因子参与（前面加e） 2.起始tRNA不需甲酰化 3.mRNA、小亚基和起始tRNA结合顺 序不同 4.寻找起始密码子的方式不同
40S
Pi GTP IF-2 -GTP GDP
5' IF-3
AUG
3' IF-1
DNA
5 3
RNA
RNA聚合酶 核糖体
转录和翻译紧密偶联
三、真核生物与原核生物蛋白质合成异同
1.翻译转录不偶联 2.mRNA不同：真核有帽尾结构，是单顺反 子，原核无帽尾结构，是多顺反子
原核生物的m A RN
5 PPP 3
转肽/成肽
转肽酶 GTP
fMet
fMet
移位/ 转位 5'
Tu GTP
AUG
进位
3'
GTP
fMet
成肽
A位 P位
AA
转位
5'
AUG
Tu GDP GTP Tu GTP
进位
3'
蛋白质合成是耗能（ATP、GTP）过程，每 生成一个肽键，至少消耗4个高能磷酸键
转肽酶 酯酶 COO
RF
5'
UAG
3'
起始
第15章 蛋白质的生 物合成（翻译）
目的与要求
★★
★
1．掌握蛋白质生物合成的概念，mRNA， tRNA及核糖体在蛋白质生物合成中的作用， 密码子及其特点。 2．熟悉原核生物蛋白质生物合成的基本过 程，真核生物翻译起始的特点及分子病。 3．了解肽链合成后一级和高级结构的修饰 及靶向运输，蛋白质生物合成与医学的关 系。
干扰素的作用机理 1. 干扰素诱导eIF2磷酸化而失活
干扰素诱导的蛋白激酶
dsRNA
ATP ADP
eIF2
Pi
eIF2-P（失活） 磷酸酶
2. 干扰素诱导病毒RNA降解
干扰素
A dsRNA
PPP PPP A 2 P 5 5 A 2 P 5 A
2-5A合成酶
2- 5A
ATP
RNaseL
fMet-tRNAifMet
5 PPP
起始密码
UAC AUG
3
二、核糖体循环★
——起始、延长、终止
原核细胞的核糖体循环
还 需 辅 助 因 子 ： 起 始 因 子 （ initiation factor, IF ） 、 延 长 因 子 （ elongation factor, EF）、释放/终止因子（release factor, RF）
mRNA
小亚基
蛋白质生物合成需：
模板：mRNA
原料：氨基酸（需tRNA的转运） 酶：氨基酰tRNA合成酶、转肽酶
场所：核糖体（蛋白质和rRNA构成）
第二节 蛋白质生物合成过程★
氨基酸的活化、转运、核糖体循环
一、氨基酰的活化★
氨基酸 + tRNA
氨基酰-tRNA合成酶 ATP
OH
氨基酰- tRNA AMP＋PPi
O－OC氨基
氨基酸COOH
+
反密 码子
氨基酸的活化过程
反密 码子 氨基酰-tRNA
1）氨基酰-tRNA合成酶对底物氨基酸和 tRNA都有高度特异性。 2 ） 氨 基 酰 -tRNA 合 成 酶 具 有 校 正 活 性 (proofreading activity) 。 氨基酰-tRNA的表示方法：
活化
RNaseL 降解mRNA