药学分子生物学 翻译

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，称为摆动性
U
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
二、tRNA是氨基酸的转运工具 • 双重作用：
• 以氨基酰-tRNA的形 式携带活化的氨基酸 • 识别mRNA上的遗传 密码，带活化氨基酸 对号入座 氨基酸臂
IF-2 GTP
5' IF-3
AUG
3' IF-1
（4） 核糖体大亚基结合，起始复合物形成
GTP Pi IF-2 GDP
5' IF-3
AUG
3' IF-1
起始复合物的组装的全过程
Pi GTP IF-2 -GTP GDP
5' IF-3
AUG
3' IF-1
II. 真核生物翻译起始复合物形成
真核生物起始复合物的形成可分为3个步骤：
蛋白质 真核生物的单顺反子
5- mG - PPP 3
蛋白质
非编码序列 核糖体结合位点 编码序列 起始密码子 终止密码子
Leabharlann Baidu
遗传密码子(genetic coden)
• mRNA分子上从5至3方向，由AUG开始，每3个 核苷酸为一组，决定肽链上某一个氨基酸或蛋白 质合成的起始、终止信号，称为遗传密码、密码 子（coden），也称三联体密码 (triplet coden) mRNA 碱基种类 4 氨基酸 密码子种类 64 （43）
是由转肽酶(transpeptidase)催化的肽键
形成过程。
肽链的延长
• （3）转位(translocation)
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 糖体向mRNA的3'侧移动 。
肽链的延长
II. 真核生物延长过程
真核生物肽链合成的延长过程与原核 基本相似，但有不同的反应体系和延长因 子。 另外，真核细胞核蛋白体没有E位，转 位时卸载的tRNA直接从P位脱落。
蛋白质生物合成的过程
• 翻译
• 起始、延长、终止
• 翻译后修饰
• 三维结构的折叠、一级结构的修饰、空间结构加工
• 成熟蛋白质的定向运输
• 信号肽
参与翻译的物质包括： • 三种RNA
• mRNA（messenger RNA, 信使RNA）
• rRNA（ribosomal RNA, 核糖体RNA）
• tRNA（transfer RNA, 转移RNA）
遗传学将编码一个多肽的遗传单位称为顺反子
• 原核细胞中数个结构基因常串联为一个转录 单位，转录生成的mRNA可编码几种功能相 关的蛋白质，为多顺反子(polycistron) 。 • 真核mRNA只编码一种蛋白质，为单顺反子 (single cistron) 。
原核生物的多顺反子
5- PPP 3
氨基酸的活化
• 第二步
氨基酰-AMP ＋ tRNA ↓ 氨基酰-tRNA ＋ AMP
氨基酰-tRNA
• 氨基酰-tRNA的表示方法：
Ala-tRNAAla
Ser-tRNASer
Met-tRNAMet
…… …… ……
• 起始肽链合成的氨基酰-tRNA
真核生物： Met-tRNAiMet 原核生物： fMet-tRNAifMet（N-甲酰甲硫氨酰-tRNAMet）
肽链合成的延长因子
原核延长 因子
EF-Tu EF-Ts EFG
生物功能 促进氨基酰-tRNA进入A位， 结合分解GTP 调节亚基 有转位酶活性，促进mRNA肽酰-tRNA由A位前移到P位， 促进卸载tRNA释放
对应真核延 长因子
EF-1-α EF-1-βγ EF-2
肽链的延长
• （1）进位(entrance)
三、核糖体RNA是蛋白质合成场所 • 小亚基：
① 容纳mRNA ② 结合起始tRNA ③ 结合、水解ATP
• 大亚基：
① 三个tRNA的结合位点
• A位：接受位（acceptor site） • P位：肽酰tRNA占据的位置 （peptidyl site） • E位：空载tRNA位（exit site）
eIF-4B 促进mRNA扫描定位起始AUG eIF-4E eIF-4F复合物成分，结合mRNA 5’帽子 eIF-4G eIF-4F复合物成分，结合eIF-4E和PAB
eIF-5 促进各种起始因子从小亚基解离，进而结合大亚基
eIF-6 促进核蛋白体分离成大小亚基
40S
elF-3
②
Met Met-tRNAiMet-elF-2 -GTP
反密码环
• tRNA的三级结构示意图
三、核糖体是蛋白质合成场所
原核生物核糖体 70S 真核生物核糖体 80S
核 糖 体 的 组 成
不同细胞核糖体的组成
原核生物 核糖体 S 70S 小亚基 30S 大亚基 50S 核糖体 80S 真核生物 小亚基 40S 大亚基 60S 28S-rRNA 5S-rRNA
• 有多个密码子特异地编码同一个氨基酸 • 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。 • 意义：减少有害突变，保证遗传的稳定性
• 不同生物对密码的使用有“偏向性”
简并性 (degeneracy)
遗传密码的特点
• 3、方向性(direction)
起始密码(initiation codon): AUG 终止密码(termination codon):
UAA，UAG，UGA
遗 传 密 码 表
遗传密码的特点
• 1、连续性(commaless)
• 编码蛋白质氨基酸序列的各个三联体密码中间无标 点，连续阅读，密码间既无间断也无交叉
开放阅读框架(open reading frame, ORF)： 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。
mRNA包括
• 5-非翻译区(5-untranslated region, 5-UTR) • 开放阅读框架区(open reading frame, ORF) • 3-非翻译区(3-untranslated region, 3-UTR)
5- mG - PPP 3
一、翻译模板mRNA及遗传密码 顺反子(cistron):
• 指根据mRNA下一组遗传 密码指导，使相应氨基酰tRNA进入核糖体A位
• 在延长因子EF-T的介导下，
相应氨基酰-tRNA完成进 位
延长因子EF-T的循环：
• EF-T的两个亚基： EF-Tu：GTP酶
EF-Ts：GTP交换蛋白
• 进位(entrance)
肽链的延长
• （2）成肽(peptide bond formation)
蛋白质的合成方向：N端→ C端
蛋白质合成过程：
起始 延长 终止
1. 翻译的起始 I. 原核生物：
——起始复合物的形成过程
（1）核糖体亚基的拆离
（2）mRNA与30S小亚基结合
（3） fMet-tRNAifMet的结合
（4）50S大亚基的结合
起始复合物的形成过程
（1）核糖体大小亚基分离
IF-3
3. 肽链合成的终止
• 当mRNA上终止密码出现后，多肽链合 成停止，肽链从肽酰-tRNA中释出，mR NA、核糖体等分离，这些过程称为肽链 合成终止
• mRNA分子上由起始密码AUG开始，从5→3方向阅 读密码子，直至终止密码
• 4、通用性(universal)
• 已发现少数例外，如动物细胞的线粒体、植物细胞 的叶绿体
• 密码的通用性进一步证明各种生物进化自同一祖先
遗传密码的特点
• 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
第三篇 基因信息的传递
第十二章 蛋白质的生物合成 ——翻译
袁洁 yuanjie@mail.sysu.edu.cn
蛋白质的生物合成——翻译
• 蛋白质的生物合成，即翻译，就是将核酸 中由 4 种核苷酸序列编码的遗传信息，通 过遗传密码破译的方式解读为蛋白质一级 结构中20种氨基酸的排列顺序 。
中心法则：
60S Met ①
eIF-2B、eIF-3、 eIF-6 elF-5
Met
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
真核生物翻译起始的特点
• 核蛋白体是80S； • 起始因子种类多； • 起始tRNA的Met不需甲酰化； • mRNA的5’帽子和3’poly A尾结构与mRNA在 核蛋白体就位有关； • 起始tRNA先与核蛋白体小亚基结合，然后再 结合mRNA • 无S-D序列，有Kozak共有序列（ACCAUGG）
• （一）氨基酸的活化与转运
• （二）核糖体循环
• 肽链合成的起始
• 肽链的延长
• 肽链合成的终止
（一）氨基酸的活化与转运
• 氨基酰-tRNA合成酶催化
• 活化反应在氨基酸的羧基上进行
氨基酸 + tRNA
氨基酰-tRNA合成酶
ATP
氨基酰- tRNA AMP＋PPi
氨基酸的活化
• 第一步
氨基酸 ＋ATP —→ 氨基酰-AMP ＋ AMP ＋ PPi
rRNA
16S-rRNA
23S-rRNA
18S-rRNA
5S-rRNA 5.8S-rRNA
蛋白质
rpS 21种
rpL 36种
rpS 33种
rpL 49种
核糖体在蛋白质合成中有主要作用：
① 核糖体通过将mRNA、氨基酰-tRNA和相关 的蛋白因子放置在正确的位置来调节蛋白 质的合成。
② 核糖体的成分可催化翻译过程的一部分化 学反应
fMet-tRNAifMet的生成：
转甲酰基酶 N -CHO FH4
10
Met-tRNAifMet
fMet fMet-tRNAi
（二）核糖体循环（ribosome cycle）
• 活化的氨基酸，由tRNA携带至核糖体上， 以mRNA为模板合成多肽的过程
蛋白质合成中
mRNA模板的方向：5′→ 3′
② 催化肽键形成 ③ 结合IF、 EF、RF等因子
小结：蛋白质生物合成的体系
• 原料：20种氨基酸
• 模板：mRNA
• 场所：核糖体（核蛋白体）
• 氨基酸的“搬运工具”：tRNA
• 酶与蛋白质因子： EF、IF、RF等因子
• 能量：ATP、GTP
• 无机离子：Mg2+ ,K+
蛋白质生物合成的过程——翻译
① 43S前起始复合物形成：起始氨基酰-tRNA结合
② 48S前起始复合物形成： mRNA在核糖体小亚基就位
③ 80S起始复合物形成：核糖体大亚基结合
真核生物翻译起始因子
起始因子 生物功能 eIF-2 促进起始tRNA与小亚基结合 eIF-2B, eIF-3 促进大小亚基分离
eIF-4A eIF-4F复合物成分，有解螺旋酶活性，促进mRNA结合小亚基
• 20种氨基酸(AA)作为原料 • 酶及众多蛋白因子 • ATP、GTP、无机离子
起始因子：initiation factor,IF 延伸因子：elongation factor,EF 释放因子：release factor，RF
一、翻译模板mRNA及遗传密码 • mRNA是遗传信息的携带者
mRNA含有从DNA转录的遗传信息，是蛋 白质合成的模板。
2. 肽链的延长
• 指根据mRNA密码序列的指导，按次序添 加氨基酸，从N端向C端延伸肽链，直到 合成终止的过程
• 肽链延长在核糖体上连续性循环式进行，又 称为核糖体循环(ribosomal cycle)，每次循 环增加一个氨基酸，包括以下三步： 进位(entrance) 成肽(peptide bond formation) 转位(translocation)
框移突变(frameshift mutation)
• 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
mRNA editing
• 特定的碱基插入、缺失或置换，使同 一mRNA前体翻译出序列、功能不同 的蛋白质，这种基因表达调节的方式 叫做mRNA编辑
遗传密码的特点
• 2. 简并性(degeneracy)
IF-1
（2） mRNA在小亚基定位结合
5' IF-3
AUG
3' IF-1
S-D序列：原核生物mRNA 5’端起始密码子的上游有一段富含嘌呤的 特殊序列，可被核糖体小亚基16S rRNA 3’端（富含嘧啶） 序列辨认结合
S-D序列 和 rpS辨认序列
（3） 起始氨基酰tRNA( fMet-tRNAiMet )结 合到小亚基