第四章 翻译

(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)
EF-G
真核生物：EF-1 、EF-2
1、AA-tRNA与核糖体A位点的结合
fMet-tRNAfMet
（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
用于矫正两种突变：无义突变和错义突变
真核生物与原核生物蛋白合成方面的区别
真核生物蛋白质合成材料特点
●核糖体较大,为８０Ｓ； ●起始因子比较多，表示为eIF。
● mRNA 5′端具有m7Gppp帽子结构
● Met-tRNAMet
● mRNA的5′端帽子结构和3′端polyA都参与形
成翻译起始复合物；
真核生物翻译起始复合物形成(区别原核生物)
氨基酸 + tRNA
氨基酰- tRNA AMP＋PPi
第一步反应
氨基酸 ＋ATP-E —→ 氨基酰-AMP-E ＋ AMP ＋ PPi
目录
第二步反应
氨基酰-AMP-E ＋ tRNA
↓
氨基酰-tRNA ＋ AMP ＋ E
目录
• 氨基酰-tRNA合成酶对底物氨基酸和tRNA都有高 度特异性。
• 氨基酰-tRNA合成酶具有校正活性
物与50S大亚基结合，GTP水解，释放翻译起始因子。
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
Shine-Dalgarno sequence(S-D序列)
原核生物mRNA起始密码子AUG上游有一段保守的 5’AGGAGGU3’序列，这个富嘌呤区命名为SD序列， 也称为核糖体结合位点。
释放因子（Release factor, RF） RF1和RF2属于I类终止因子，识别终止密码子，催化 新和成多肽链从P位点的tRNA中水解释放出来。RF1 识别终止密码子UAA和UAG；RF2识别终止密码子 UAA和UGA。 RF3属于II类释放因子，具GTP酶活性，刺激RF1和 RF2从核糖体中解离。
需要消耗GTP，并需EF-Tu、EF-Ts两种延伸因子
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
2、肽键形成 是由肽基转移酶催化
（二）三联子密码破译
核苷酸序列 mRNA 5′
mRNA 5′ 氨基酸序列
AUCGACCUGAGC
4 20 (×)
3′
AUCGACCUGAGC
42=16 20 (×)
3′
mRNA 5′
AUCGACCUGAGC
43=64 20 (√)
3′
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
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” ( 即
碱基配对要求不严格 ) ，这种现象称为密码子的摆动
性。
摆动配对
U
mRNA
5' tRNA
AUU UAI
5' 3' 3'
AUC UAI
5' 3'
AUA UAI
5'
3'
Ile
Ile
Ile
密码子、反密码子配对的摆动现象
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)。
（三）遗传密码的性质 4、摆动性
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
(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
起始AA-tRNA是： Met-tRNAMet
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
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 ● 原核生物蛋白质合成的过程 ● 真核生物蛋白质合成的过程 ● 蛋白质的运转机制
二、tRNA的结构、功能与种类
● 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 ● 原核生物蛋白质合成的过程 ● 真核生物蛋白质合成的过程 ● 蛋白质的运转机制
四、原核生物蛋白质合成的过程 • 氨基酸的活化 • 翻译的起始 • 肽链的延伸 • 肽链的终止 • 蛋白质前体的加工
(一)氨基酸的活化
氨基酰-tRNA合成酶 ATP
IF-3
IF-1
2、30S小亚基通过SD序列与mRNA模板相结合。
5' IF-3
AUG
3' IF-1
3.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
4、带有tRNA、mRNA和3个翻译起始因子的小亚基复合
21种(RPS1-RPS21)
哺乳动物 80S 60S 28S=4718b 49种 4.2×106D 5S=120b 60%RNA 5.8S=160b 40S 18S=1874b 33种
有CGAAC和tRNAfMat的TψCG互补 和Capm7G结合
三、核糖体的结构与功能
（二）核糖体的功能：
合成蛋白质
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： 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、
翻译起始(翻译起始复合物形成)又可被分成4步： 1. 核蛋白体大小亚基分离
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。
（一） tRNA的结构
1、二级结构：三叶草形
二、tRNA的结构、功能与种类
（一） tRNA的结构
2、三级结构： “L”形 氢键
（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
蛋白质合成的原料是 20种氨基酸
原核生物转录翻译同步
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 ● 原核生物蛋白质合成的过程 ● 真核生物蛋白质合成的过程 ● 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 codon) 。
（三）遗传密码的性质 2、通用性与特殊性
• 从原核生物到人类，从染色体到质粒，蛋白 质生物合成的整套密码都是通用的。 • 已发现少数例外，如动物细胞的线粒体密码 子和植物细胞的叶绿体密码子。
线粒体与核DNA密码子使用情况的比较
生物 所有 酵母 果蝇
密码 子 UGA CUA AGA
线粒体DNA编 码的氨基酸 色氨酸 苏氨酸 丝氨酸
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）。
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
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
翻译：指将mRNA链上的核苷酸从一个特定的起始位
点开始，按每三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。 蛋白质合成的场所是 蛋白质合成的模板是 核糖体 mRNA tRNA
模板与氨基酸之间的接合体是
核DNA编码的 氨基酸 终止子 亮氨酸 精氨酸
哺乳类 AGA/G 哺乳类 AUA
终止子 Βιβλιοθήκη Baidu硫氨酸
精氨酸 异亮氨酸
（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。起
始密码子决定了所有后续密码子的位置。
•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)。
（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
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
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。
无义突变
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 抑制基因 反密码子 CUA CUA CUA UUA UUA UCA 识别的密码子 UAG UAG UAG UAA/UAG UAA/UAG UGA/UGG
在单个核糖体上，可化分多个功能活性中心，在蛋白
质合成过程中各有专一的识别作用和功能。
●mRNA结合部位——小亚基 ●结合或接受AA-tRNA部位（A位）——大亚基 ●结合或接受肽酰tRNA的部位（P位）——大亚基 ●空载tRNA移出部位（E位）——大亚基 ●形成肽键的部位（转肽酶中心）——大亚基
Contents
三、核糖体的结构与功能
（一）核糖体的结构
核 糖 体 的 组 成
表14-7 原核和真核生物核糖体的组成及功能
核糖体亚基 细菌
rRNAs
蛋白
RNA的特异顺序和功能
50S 23S=2904b 36种 (RPL1-RPL36) 70S 2.5×106D 5S=120b 66%RNA 30S 16S=1542b (1) GCGCCGAAUGGUAGU (2) 含CGAAC和GTψCG互补 16SRNA(ACCUCCUUA)和 S-D顺序(AGGAGG)互补
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）
错义抑制
●校正tRNA在校正过程中，必须与正
常tRNA竞争结合密码子。
●校正tRNA的校正效率一般小于50%。
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 ● 原核生物蛋白质合成的过程 ● 真核生物蛋白质合成的过程 ● 蛋白质的运转机制
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
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'
目录
（四）肽链的终止
原 核 肽 链 合 成 终 止 过 程