蛋白质的生物合成(翻译)

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2~4 个或多至6个密码子为之编码。
密码子简并性的生物学意义：减少有 害突变。
遗传密码的特异性主要取决于前两位 碱基。
GCU
GCC Ala GCA
GCG
ACU
ACC Thr ACA
ACG
3. 通用性（universal）
• 真核生物一个mRNA只编码一种蛋白质，为单 顺反子（single cistron）。
mRNA结构简图
mRNA上存在遗传密码
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， 称为三联体密码（triplet codon）。
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 码连续排列编码一条多肽链，称为开放阅读 框架(open reading frame, ORF)。
• 蛋白质生物合成的整套密码，从原核生 物到人类都通用。
• 有少数例外，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。
4. 摆动性（wobble）
tRNA上反密码子的第1位碱基与 mRNA密码子的第3位碱基配对时，可以 在一定范围内变动，即并不严格遵循碱基 配对规律，这一现象称为摆动性。
20种氨基酸作为原料 酶及蛋白因子，如IF、eIF等 ATP、GTP、无机离子
一、翻译模板mRNA及遗传密码
1961年， Nirenberg 证明了 mRNA的模板作用。
• mRNA是遗传信息的携带者
• 遗传学将编码一个多肽的遗传单位称为顺反子 （cistron）。
• 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）。
5' m 7Gppp
AUG
5'非 翻 译 区
编 O码 R区 F
3' UAA AAA… … An
3'非 翻 译 区
遗
传
密
密
码
码 子
表的
第
一
个
字
母
密码子的第二个字母
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 联体密码连续阅读，密码间既无间隔 也无重叠。
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)。
tRNA
↓
氨基酰-tRNA ＋
AMP ＋ E
（二）起始肽链合成的氨基酰-tRNA 真核生物： Met-tRNAiMet 原核生物： fMet-tRNAifMet
fMet-tRNAifMet的生成：
转 甲 酰 基 酶 M e t-tR N A ifM e t N 1 0 -C H O F H 4 fM e t-tR N A ifM e t
第二节
蛋白质生物合成过程
The Process of Protein Biosynthesis
蛋白质合成中 mRNA模板的方向：5′→ 3′； 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
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)。
氨基酸臂
反密码环
氨基酸的活化 （一）氨基酰-tRNA合成酶
(aminoacyl-tRNA synthetase)
氨基酸 + tRNA 氨基酰-tRNA合成酶 氨基酰- tRNA ATP AMP＋PPi
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 ＋
30S小亚基：有mRNA结合位点
50S大亚基： E位：排出位（Exit site）
转肽酶活性
大小亚基共同组成：
A位：氨基酰位 (aminoacyl site)
P位：肽酰位 (peptidyl site)
三、tRNA与氨基酸的活化
tRNA在翻译过程 中起接合体（adaptor） 作用，又是氨基酸的运 载体。
摆动配对
U
二、核蛋白体是多肽链合成的装置
核蛋白体的组成
核蛋
原核生物
真核生物
白体 蛋白质 S值 rRNA 蛋白质 S值 rRNA
小亚基
大亚基
核蛋白 体
21种 30S 16S 34种 50S 23S
5S 70S
33种 49种
40S 18S 28S
60S 5.8S 5S
80S
原核生物核蛋白体结构模式
（一）原核生物翻译起始复合物形成
• 核蛋白体大小亚基分离； • mRNA在小亚基定位结合； • 起始氨基酰-tRNA的结合； • 核蛋白体大亚基结合。
1. 核蛋白体大小亚基分离
IF-1 IF-3
2. mRNA在小亚基定位结合
5'
AUG
3'
IF-1
IF-3
S-D序列：
在原核生物mRNA起始密码AUG上 游，存在4~9个富含嘌呤碱的一致性序列， 如-AGGAGG-，称为S-D序列。又称为核 蛋白体结合位点（ribosomal binding site，RBS)
参与起始过程的蛋白质因子称起始 因子（initiation factor，IF）。
参与起始过程的蛋白质因子称起始因 子（initiation factor，IF）。原核生物起 始因子有三种：
IF-1：占据A位防止结合其他tRNA。
IF-2：促进起始tRNA与小亚基结合。
IF-3：促进大小亚基分离，提高P位对 结合起始tRNA敏感性。
S-D序列
3. 起始氨基酰tRNA与小亚基结合
IF-2 GTP
5'
AUG
3'
IF-1
IF-3
4. 核蛋白体大亚基结合
IF-2 GGDTPPPi
5'
AUG
3'
IF-1
IF-3
IF-2G-GGDTTPPPi
5'
AUG
3'
IF-3
IF-1
起始过程消耗1个GTP。
蛋白质的生物合成过程就是将 mRNA分子中由碱基序列组成的遗传 信息，通过遗传密码破译的方式转变 成为蛋白质中的氨基酸排列顺序，因 而称为翻译（translation)。
第一节
蛋白质合成体系
Protein Biosynthesis System
源自文库
参与蛋白质生物合成的物质包括：
三种RNA – mRNA – rRNA – tRNA