生物化学(简单清晰)第12章 翻译

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。
（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
tRNA在翻译过程 中起接合体（adaptor） 作用，又是氨基酸的运 载体。
氨基酸臂
反密码环
l 氨基酸的活化
（一）氨基酰-tRNA合成酶 (aminoacyl-tRNA synthetase)
氨基酰-tRNA合成酶
氨基酸 + tRNA
氨基酰- tRNA
ATP AMP＋PPi
第一步反应
氨基酸＋ATP＋E —→氨基酰-AMP-E＋AMP ＋ PPi
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
原 核 肽 链 合 成 终 止 过 程
COO-
RF
5'
UAG
3'
原核生物蛋白质合成的能量计算
氨基酸活化：2个~P
ATP
起始： 1个
GTP
延长： 2个
GTP
终止： 1个
GTP
结论：每合成一个肽键至少消耗4个~P。
多聚核蛋白体
（polysome) 一个mRNA分子可
同时有多个核蛋白体在 进行同一种蛋白质的合 成，这种mRNA和多个 核蛋白体的聚合物称为 多聚核蛋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)
S-D序列
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 21种 30S 16S 23S
大亚基 34种 50S 5S
核蛋白 70S
体
33种 49种
40S 18S
28S 60S 5.8S
5S
80S
原核生物核蛋白体结构模式
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
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
体、酶、离子） 保温
蛋白质合成停止
poly U，ATP，GTP，氨基酸 多聚苯丙氨酸 （UUU是Phe的密码子）
同样方法证明了CCC是Pro的密码子， AAA是Lys的密码子。
遗
传
密密
码
码 子
表的
第
一
个
字
母
密码子的第二个字母
l 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。
fMet fMet
Tu GTP
5'
AUG
3'
进 位
成肽
转 位
（四）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。
三、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， mRNA、核蛋白体等分离，这些过程称 为肽链合成终止。
第十二章
蛋白质的生物合成(翻译)
Protein Biosynthesis (Translation)
The biochemistry and molecular biology department of CMU
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)。
④
GDP+Pi
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
二、肽链的延长
终止相关的蛋白因子称为释放因子 (release factor, RF)
原核生物释放因子：RF-1，RF-2，RF-3 真核生物释放因子：eRF
释放因子的功能
• 识别终止密码，如RF-1特异识别UAA、UAG； 而RF-2可识别UAA、UGA。
• 诱导转肽酶改变为酯酶活性，使肽链从核蛋 白体上释放。
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
② ③
Met-tRNAiMet-elF-2 -GTP
ATP mRNA
elF4E, elF4G, elF4A, elF4B,PAB
ADP+Pi
①
eIF-6
elF-5
氨基酸的活化形式：氨基酰－tRNA 氨基酸的活化部位：α－羧基 氨基酸与tRNA连接方式：酯键 氨基酸活化耗能：2个~P
（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：
Met-tRNAifMet
第一节
蛋白质合成体系
Protein Biosynthesis System
参与蛋白质生物合成的物质包括：
l 三种RNA – mRNA – rRNA – tRNA
l 20种氨基酸作为原料 l 酶及蛋白因子，如IF、eIF等 l ATP、GTP、无机离子
一、翻译模板mR NA及遗传密码
1961年， Nirenberg 证明了 mRNA的模板作用。
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。
• 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。
第二步反应
氨基酰-AMP-E ＋
tRNA
↓
氨基酰-tRNA ＋
AMP ＋ E
• 氨基酰-tRNA合成酶对氨基酸和tRNA都有高度 特异性。
• 氨基酰-tRNA合成酶具有校正活性(proofreading activity) 。
• 氨基酰-tRNA的表示方法： Ala-tRNAAla Ser-tRNASer Met-tRNAMet
指按照mRNA密码序列的指导，依 次添加氨基酸从N端向C端延伸肽链，直 到合成终止的过程。
• 肽链的延长是在核蛋 白体上连续性循环式
进行，又称为核蛋白体循环（ribosomal cycle)，每次循环增加一个氨基酸，分为 以下三步：
– 进位（entrance） – 成肽（peptide bond formation） – 转位（translocation）
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。
（二）真核生物翻译起始复合物形成
• 核蛋白体大小亚基分离； • 起始氨基酰-tRNA结合； • mRNA在核蛋白体小亚基就位； • 核蛋白体大亚基结合。
重 叠密码
非重叠连续的密码
不连续的密码
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)。
mRNA编辑
由于对mRNA外显子的加工，造成 mRNA与其DNA模板序列之间不匹配， 使同一mRNA前体翻译出序列、功能不同 的蛋白质。这种基因表达的调节方式称为 mRNA编辑（mRNA editing)。
肽链合成的延长因子
原核延 长因子
生物功能
EF-Tu 促进氨基酰-tRNA进入A位， 结合分解GTP
对应真核 延长因子
EF-1-α
EF-Ts 调节亚基
EF-1-βγ
EFG
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
EF-2
（一）进位
指根据mRNA 下一组遗传密码指 导，使相应氨基酰 -tRNA进入核蛋白 体A位。
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。
遗传密码的简并性
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 ACU GCC A la ACC Thr GCA ACA GCG ACG
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)。
5' m7Gppp
AUG
编O码R区F
UAA
3' AAA……An
5'非翻译区
3'非翻译区
遗传密码的破译
提取液（DNA、mRN A、tRNA、核糖
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)。
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：
• 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
l 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）。
第三节
蛋白质合成后加工和输送
Posttranslational Processing & Protein Transportation
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。
主要包括
• 多肽链折叠为天然的三维结构 • 肽链一级结构的修饰 • 高级结构修饰
延长因子EF-T催化 进位（原核生物）
Tu TGsTP
Tu GDP
Ts GTP
5'
AUG
3'
（二）成肽
是由转肽酶（transpeptidase）催化的肽 键形成过程。
（三）转位
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。
转甲酰基酶 N10-CHO FH4
fMet-tRNAifMet
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
细菌＋矾土颗粒
轻轻研磨
细菌液
离心，去除细胞壁和膜
提取液（DNA、mRNA、tRNA、 核糖体、酶、离子）
DNA水解酶，20种氨基酸等
蛋白质
蛋
白
DNase
质
合
成
量
时间
• 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）。