8++蛋白质合成的生物学机制
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EF-Ts则是热稳定的，它不直接与核糖体发生联系， 其功能是使EF-Tu· GDP再生为EF-Tu· GTP，然后再参 与肽链延伸：
2、肽键形成 是由转肽酶/肽基转移酶催化
3、移位
核糖体向mRNA3’端方向移动一个密码子。 需要消耗GTP，并需EF-G延伸因子
自第一个肽链合成以后，每增加一个氨基酸，肽基 -tRNA都要从A 位移至 P 位，核糖体与 mRNA 相对移动 3 个核苷酸（一个密码子） 的距离，该过程需要EF-G 和GTP。 EF-G 是一种依赖于核糖体的 GTPase它能使GTP水解。
RF-1、RF-2和RF-3，哺乳动物只有1种释放因子eRF。
蛋白质合成中的释放因子
释放因子
原核生物 RF-1 RF-2 RF-3 44000 47000 UAA,UAG UAA,UGA 本身无识别密码子性质(增 加RF-1和RF-2活性)
分子量
识别密码子
真核生物
eRF
150000-250000
UAA,UAG,UGA
• 氨基酰-tRNA合成酶具有校正活性
(proofreading activity) 。
• 氨基酰-tRNA的表示方法：
Ala-tRNAAla
Ser-tRNASer
Met-tRNAMet
原核生物中，起始氨基酸是：
甲酰甲硫氨酸
起始AA-tRNA是： fMet-tRNAfMet
真核生物中，起始氨基酸是： 甲硫氨酸
所需成分： 30S小亚基、 50S大亚基、模板mRNA、 fMet-tRNAfMet、GTP、Mg2+ 翻译起始因子：IF-1、IF-2、IF-3、
（1） 起始因子（initiation factors, IF）
起始因子: 起始因子是参与蛋白质生物合成起始的可溶性蛋白因子
起始复合物: 蛋白质合成的起始，生成核糖体· mRNA· 起始-tRNA三元 复合物，也叫起始复合物。
▼ IF-3 （有IF-3a、 IF-3b两种）是个双功能蛋白质，IF-3的功能 是促进 mRNA与核糖体小亚基(30S亚基)结合，同时还具解离因子活 性。
翻译起始(翻译起始复合物形成)又可被分成3步：
1. 30S小亚基首先与翻译起始因子IF-1,IF-3结合,在通过SD 序列与mRNA模板相结合
生物信息的传递
翻译——从mRNA到蛋白质 （蛋白质合成的的生物学机制）
4.4蛋白质合成的生物学机制
• 氨基酸的活化
• 翻译的起始
• 肽链的延伸
• 肽链的终止
(一)氨基酸的活化
氨基酰-tRNA合成酶 ATP
氨基酸 + tRNA
氨基酰- tRNA AMP＋PPi
• 氨基酰-tRNA合成酶对底物氨基酸和tRNA都有高 度特异性。
起始AA-tRNA是： Met-tRNAMet
第一步反应
氨基酸 ＋ATP-E —→ 氨基酰-AMP-E ＋ AMP ＋ PPi
第二步反应
氨基酰-AMP-E ＋ tRNA 氨基酰-tRNA ＋ AMP ＋ E
tRNA与酶 结合的模型
tRNA
ATP
氨基酰-tRNA合成酶
(二)翻译的起始
原核生物（细菌）为例：
延长因子EF-G有转位酶( translocase ) 活性，可结合并水解1分子GTP，促进核蛋 白体向mRNA的3'侧移动 。
fMet fMet
Tu GTP
5'
AUG
3'
（四）肽链的终止
• 当mRNA分子上终止密码子出现在核糖体的A位时， 在一般情况下由于没有任何氨酰 tRNA 可以与终 止密码子结合，不能把这些密码子翻成氨基酸。 • 释放因子(终止因子：原核 RF-1、RF-2、RF-3、 真核RF)在GTP存在下能识别终止密码子。 • RF与A位结合后，活化肽基转移酶，水解P位上 tRNA与肽链之间的键。随着新生肽链和最后一个 非酰化tRNA离开核糖体，完成肽链的合成。 •
释放因子(Release Factor RF) 或终止因子 (termination factor)
释放因子(Release Factor RF)：是一类参与蛋白质合成过程中能识别
终止密码子而终止肽链延伸，使肽链从核糖体释放出的蛋白因子。
原核生物中发现有3种释放因子(Release Factor)
eIF4A
eIF4B eIF4E eIF4G eIF5 eIF6
表4-14a 真核细胞中参与翻译起始的蛋白质因子及其功能
真核生物翻译起始复合物形成(区别原核生物)
原核生物中30S小亚基首先与mRNA模板相结合，再
与fMet-tRNAfMet结合，最后与50S大亚基结合。而 在真核生物中，40S小亚基首先与Met-tRNAMet相结 合，再与模板mRNA结合，最后与60S大亚基结合生 成80S· mRNA· Met-tRNAMet起始复合物。
参与形成翻译起始复合物；
•
真核生物的起始因子对于生成80S核 糖体· mRNA· Met-tRNAMet三元起始复合物是必 要的。
真核因子
eIF2 eIF2B eIF3
功能
促进Met-tRNAMet与核糖体40S小亚基结合。（最重要的） 是最早与核糖体40S小亚基结合的促进因子，蛋白质合成反应的正常进。 具有RNA解旋酶活性，解除mRNA模板的次级结构并使之与40S小亚基结 合，形成eIF4F复合物。 与mRNA模板相结合，协助核糖体扫描模板序列，定位AUG。 与mRNA 5'的帽子结构相结合，形成eIF4F复合物。 与eIF4E和poly（A）结合蛋白（PAB）相结合，形成eIF4F复合物。 促使多个蛋白因子与40S小亚基解体，以此帮助大小亚基结合形成80核糖 体，形成翻译起始复合物。 促进没有蛋白质合成活性的80S核糖体解离成40S和60S两个亚基。
5' IF-3
AUG
3' IF-1
S-D序列
2.在IF-2和GTP的帮助下， fMet-tRNAfMet进入小亚基
的P位，tRNA上的反密码子与mRNA上的起始密码子配
对。
IF-2 GTP
5' IF-3
AUG
3' IF-1
3、带有tRNA、mRNA和3个翻译起始因子的小亚基复合
物与50S大亚基结合，GTP水解，释放翻译起始因子。
EF-Tu具高度专一性，只能识别并结合除了fMettRNA f Met 外的所有aa-tRNA。
EF-Tu的这一特性保证了起始tRNA携带的fMet不 能进入肽链内部，因为无论甲酰或非甲酰的起始tRNA 都不能与EF-Tu和GTP生成复合物。 GTP水解后，EF-Tu· GDP从核糖体释放出来。EFTu是一个热不稳定的蛋白因子。
起始复合物生成顺序
2. 30S-mRNA· fMet-tRNA fMet 3.70S-mRNA· fMet-tRNA fMet
40S
elF-3
② met Met Met-tRNAMet-elF-2 -GTP ③
ATP elF4E, elF4G, elF4A, elF4B,PAB ADP+Pi
mRNA
原核生物 EF-Tu、EF-Ts
真核生物 EF-1
wk.baidu.com
另一类：是使肽基tRNA从核糖体的A位向P位移动的EF
原核生物 EF-G 真核生物 EF-2
▼ 在原核生物中： EF-Tu的功能是按照mRNA上的编 码携带aa-tRNA进入A位。EF-Tu 有GTP存在下与aa-tRNA 形成稳定的三元复合物： (EF-Tu ·GTP ·aa-tRNA)
Met
elF-5
④
各种elF释放 GDP+Pi
Met
真核生物翻译起始 复合物形成过程
(三)肽链的延伸
肽链延伸由许多循环组成，每加一个氨基酸 就是一个循环，每个循环包括：AA-tRNA与核 糖体结合、 肽键的生成 和 移位。 延伸因子(elongation factor, EF) ：
原核生物：EF-T (EF-Tu, EF-Ts)
GTP Pi IF-2 GDP
5' IF-3
AUG
3' IF-1
Pi GTP IF-2 -GTP GDP
5' IF-3
AUG
3' IF-1
真核生物翻译起始的特点
●核糖体较大,为８０Ｓ；
●起始因子比较多（约有10种）；
● mRNA 5′端具有m7Gppp帽子结构
● Met-tRNAMet
● mRNA的5′端帽子结构和3′端polyA都
原 核 肽 链 合 成 终 止 过 程
RF具有依赖核糖体的GTPase活性，催化GTP水解 使RF与核糖体解离，“空的”核糖体进入核糖体循环。 由mRNA翻译出来的多肽链是没有功能的，这叫新 生蛋白质或蛋白质前体，它们需要经过加工改造才能成 为有功能的蛋白质。
EF-G
真核生物：EF-1 、EF-2
1、AA-tRNA与核糖体A位点的结合
需要消耗GTP，并需EF-Tu、EF-Ts两种延伸因子
延伸因子（elongation factors EF）
延伸因子：是一类参与蛋白质合成过程中肽链延伸的 蛋白因子。 无论原核或真核生物，延伸因子可分为二类： 一 类 ： 是 帮 助 氨 酰 tRNA( 延 伸 tRNA) 进 入 核 糖 体 与 mRNA结合的EF。
通过延伸因子EF-Ts再生GTP, 形成EF-Tu·GTP复合物 EF-Tu-GDP+ EF-Ts EF-Tu-Ts + GDP
EF-Tu-Ts + GTP EF-Tu-GTP + EF-Ts
重新参与下一轮循环
EF-Tu· GDP
EF-Ts
EF-Tu· GTP
GDP
EF-Tu· EF-Ts
GTP
原核生物和真核生物蛋白质合成起始的区别
内 容 核糖体 完整 亚基 原核生物 70S 50S, 30S 真核生物 80S 60S, 40S
起始tRNA
起始因子
fMet-tRNA fMet
三种 1. 30S-mRNA
Met-tRNAi Met
至少七种 1. 40S- Met-tRNAMet 2. 40S-mRNA· Met-tRNAMet 3. 80S-mRNA· Met-tRNAMet
起始复合物必须在起始因子帮助下才能形成。目前已知原核生物有3种 起始因子，而真核生物约有10种。
原核生物的3种起始因子： ▼ IF-1 （9.5×103）为一小的碱性蛋白、已结晶、热稳定、没有 专一的功能，只能增加其他两个起始因子的活性。
▼ IF-2 (9.0×104～1.18×105， 有 IF-2a 和 IF-2b 两种形式) 热 不稳定。IF-2的功能是通过生成IF-2· GTP· Met-tRNAfMet三元复合物， 使起始tRNA与核糖体小亚基(30S亚基)结合。
2、肽键形成 是由转肽酶/肽基转移酶催化
3、移位
核糖体向mRNA3’端方向移动一个密码子。 需要消耗GTP，并需EF-G延伸因子
自第一个肽链合成以后，每增加一个氨基酸，肽基 -tRNA都要从A 位移至 P 位，核糖体与 mRNA 相对移动 3 个核苷酸（一个密码子） 的距离，该过程需要EF-G 和GTP。 EF-G 是一种依赖于核糖体的 GTPase它能使GTP水解。
RF-1、RF-2和RF-3，哺乳动物只有1种释放因子eRF。
蛋白质合成中的释放因子
释放因子
原核生物 RF-1 RF-2 RF-3 44000 47000 UAA,UAG UAA,UGA 本身无识别密码子性质(增 加RF-1和RF-2活性)
分子量
识别密码子
真核生物
eRF
150000-250000
UAA,UAG,UGA
• 氨基酰-tRNA合成酶具有校正活性
(proofreading activity) 。
• 氨基酰-tRNA的表示方法：
Ala-tRNAAla
Ser-tRNASer
Met-tRNAMet
原核生物中，起始氨基酸是：
甲酰甲硫氨酸
起始AA-tRNA是： fMet-tRNAfMet
真核生物中，起始氨基酸是： 甲硫氨酸
所需成分： 30S小亚基、 50S大亚基、模板mRNA、 fMet-tRNAfMet、GTP、Mg2+ 翻译起始因子：IF-1、IF-2、IF-3、
（1） 起始因子（initiation factors, IF）
起始因子: 起始因子是参与蛋白质生物合成起始的可溶性蛋白因子
起始复合物: 蛋白质合成的起始，生成核糖体· mRNA· 起始-tRNA三元 复合物，也叫起始复合物。
▼ IF-3 （有IF-3a、 IF-3b两种）是个双功能蛋白质，IF-3的功能 是促进 mRNA与核糖体小亚基(30S亚基)结合，同时还具解离因子活 性。
翻译起始(翻译起始复合物形成)又可被分成3步：
1. 30S小亚基首先与翻译起始因子IF-1,IF-3结合,在通过SD 序列与mRNA模板相结合
生物信息的传递
翻译——从mRNA到蛋白质 （蛋白质合成的的生物学机制）
4.4蛋白质合成的生物学机制
• 氨基酸的活化
• 翻译的起始
• 肽链的延伸
• 肽链的终止
(一)氨基酸的活化
氨基酰-tRNA合成酶 ATP
氨基酸 + tRNA
氨基酰- tRNA AMP＋PPi
• 氨基酰-tRNA合成酶对底物氨基酸和tRNA都有高 度特异性。
起始AA-tRNA是： Met-tRNAMet
第一步反应
氨基酸 ＋ATP-E —→ 氨基酰-AMP-E ＋ AMP ＋ PPi
第二步反应
氨基酰-AMP-E ＋ tRNA 氨基酰-tRNA ＋ AMP ＋ E
tRNA与酶 结合的模型
tRNA
ATP
氨基酰-tRNA合成酶
(二)翻译的起始
原核生物（细菌）为例：
延长因子EF-G有转位酶( translocase ) 活性，可结合并水解1分子GTP，促进核蛋 白体向mRNA的3'侧移动 。
fMet fMet
Tu GTP
5'
AUG
3'
（四）肽链的终止
• 当mRNA分子上终止密码子出现在核糖体的A位时， 在一般情况下由于没有任何氨酰 tRNA 可以与终 止密码子结合，不能把这些密码子翻成氨基酸。 • 释放因子(终止因子：原核 RF-1、RF-2、RF-3、 真核RF)在GTP存在下能识别终止密码子。 • RF与A位结合后，活化肽基转移酶，水解P位上 tRNA与肽链之间的键。随着新生肽链和最后一个 非酰化tRNA离开核糖体，完成肽链的合成。 •
释放因子(Release Factor RF) 或终止因子 (termination factor)
释放因子(Release Factor RF)：是一类参与蛋白质合成过程中能识别
终止密码子而终止肽链延伸，使肽链从核糖体释放出的蛋白因子。
原核生物中发现有3种释放因子(Release Factor)
eIF4A
eIF4B eIF4E eIF4G eIF5 eIF6
表4-14a 真核细胞中参与翻译起始的蛋白质因子及其功能
真核生物翻译起始复合物形成(区别原核生物)
原核生物中30S小亚基首先与mRNA模板相结合，再
与fMet-tRNAfMet结合，最后与50S大亚基结合。而 在真核生物中，40S小亚基首先与Met-tRNAMet相结 合，再与模板mRNA结合，最后与60S大亚基结合生 成80S· mRNA· Met-tRNAMet起始复合物。
参与形成翻译起始复合物；
•
真核生物的起始因子对于生成80S核 糖体· mRNA· Met-tRNAMet三元起始复合物是必 要的。
真核因子
eIF2 eIF2B eIF3
功能
促进Met-tRNAMet与核糖体40S小亚基结合。（最重要的） 是最早与核糖体40S小亚基结合的促进因子，蛋白质合成反应的正常进。 具有RNA解旋酶活性，解除mRNA模板的次级结构并使之与40S小亚基结 合，形成eIF4F复合物。 与mRNA模板相结合，协助核糖体扫描模板序列，定位AUG。 与mRNA 5'的帽子结构相结合，形成eIF4F复合物。 与eIF4E和poly（A）结合蛋白（PAB）相结合，形成eIF4F复合物。 促使多个蛋白因子与40S小亚基解体，以此帮助大小亚基结合形成80核糖 体，形成翻译起始复合物。 促进没有蛋白质合成活性的80S核糖体解离成40S和60S两个亚基。
5' IF-3
AUG
3' IF-1
S-D序列
2.在IF-2和GTP的帮助下， fMet-tRNAfMet进入小亚基
的P位，tRNA上的反密码子与mRNA上的起始密码子配
对。
IF-2 GTP
5' IF-3
AUG
3' IF-1
3、带有tRNA、mRNA和3个翻译起始因子的小亚基复合
物与50S大亚基结合，GTP水解，释放翻译起始因子。
EF-Tu具高度专一性，只能识别并结合除了fMettRNA f Met 外的所有aa-tRNA。
EF-Tu的这一特性保证了起始tRNA携带的fMet不 能进入肽链内部，因为无论甲酰或非甲酰的起始tRNA 都不能与EF-Tu和GTP生成复合物。 GTP水解后，EF-Tu· GDP从核糖体释放出来。EFTu是一个热不稳定的蛋白因子。
起始复合物生成顺序
2. 30S-mRNA· fMet-tRNA fMet 3.70S-mRNA· fMet-tRNA fMet
40S
elF-3
② met Met Met-tRNAMet-elF-2 -GTP ③
ATP elF4E, elF4G, elF4A, elF4B,PAB ADP+Pi
mRNA
原核生物 EF-Tu、EF-Ts
真核生物 EF-1
wk.baidu.com
另一类：是使肽基tRNA从核糖体的A位向P位移动的EF
原核生物 EF-G 真核生物 EF-2
▼ 在原核生物中： EF-Tu的功能是按照mRNA上的编 码携带aa-tRNA进入A位。EF-Tu 有GTP存在下与aa-tRNA 形成稳定的三元复合物： (EF-Tu ·GTP ·aa-tRNA)
Met
elF-5
④
各种elF释放 GDP+Pi
Met
真核生物翻译起始 复合物形成过程
(三)肽链的延伸
肽链延伸由许多循环组成，每加一个氨基酸 就是一个循环，每个循环包括：AA-tRNA与核 糖体结合、 肽键的生成 和 移位。 延伸因子(elongation factor, EF) ：
原核生物：EF-T (EF-Tu, EF-Ts)
GTP Pi IF-2 GDP
5' IF-3
AUG
3' IF-1
Pi GTP IF-2 -GTP GDP
5' IF-3
AUG
3' IF-1
真核生物翻译起始的特点
●核糖体较大,为８０Ｓ；
●起始因子比较多（约有10种）；
● mRNA 5′端具有m7Gppp帽子结构
● Met-tRNAMet
● mRNA的5′端帽子结构和3′端polyA都
原 核 肽 链 合 成 终 止 过 程
RF具有依赖核糖体的GTPase活性，催化GTP水解 使RF与核糖体解离，“空的”核糖体进入核糖体循环。 由mRNA翻译出来的多肽链是没有功能的，这叫新 生蛋白质或蛋白质前体，它们需要经过加工改造才能成 为有功能的蛋白质。
EF-G
真核生物：EF-1 、EF-2
1、AA-tRNA与核糖体A位点的结合
需要消耗GTP，并需EF-Tu、EF-Ts两种延伸因子
延伸因子（elongation factors EF）
延伸因子：是一类参与蛋白质合成过程中肽链延伸的 蛋白因子。 无论原核或真核生物，延伸因子可分为二类： 一 类 ： 是 帮 助 氨 酰 tRNA( 延 伸 tRNA) 进 入 核 糖 体 与 mRNA结合的EF。
通过延伸因子EF-Ts再生GTP, 形成EF-Tu·GTP复合物 EF-Tu-GDP+ EF-Ts EF-Tu-Ts + GDP
EF-Tu-Ts + GTP EF-Tu-GTP + EF-Ts
重新参与下一轮循环
EF-Tu· GDP
EF-Ts
EF-Tu· GTP
GDP
EF-Tu· EF-Ts
GTP
原核生物和真核生物蛋白质合成起始的区别
内 容 核糖体 完整 亚基 原核生物 70S 50S, 30S 真核生物 80S 60S, 40S
起始tRNA
起始因子
fMet-tRNA fMet
三种 1. 30S-mRNA
Met-tRNAi Met
至少七种 1. 40S- Met-tRNAMet 2. 40S-mRNA· Met-tRNAMet 3. 80S-mRNA· Met-tRNAMet
起始复合物必须在起始因子帮助下才能形成。目前已知原核生物有3种 起始因子，而真核生物约有10种。
原核生物的3种起始因子： ▼ IF-1 （9.5×103）为一小的碱性蛋白、已结晶、热稳定、没有 专一的功能，只能增加其他两个起始因子的活性。
▼ IF-2 (9.0×104～1.18×105， 有 IF-2a 和 IF-2b 两种形式) 热 不稳定。IF-2的功能是通过生成IF-2· GTP· Met-tRNAfMet三元复合物， 使起始tRNA与核糖体小亚基(30S亚基)结合。