第四章 蛋白质的生物合成

tRNA的功能区：
氨基酸臂：与氨基酸结合
DHU环（D环）：与氨酰tRNA合 成酶结合
反密码子环：识别密码子
TΨC环：与核蛋白体结合
tRNA的种类
• 能够识别 mR 一 种 特 殊 的 tRNA ， 称 为 起 始 tRNA。其他tRNA统称为延伸tRNA。 • 在原核生物中，起始tRNA是一种携带甲 酰蛋氨酸的tRNA，即tRNAifmet； • 而在真核生物中，起始tRNA是一种携带 蛋氨酸的tRNA，即tRNAimet。 • 在原核生物和真核生物中，均存在另一 种携带蛋氨酸的tRNA，识别非起始部位 的蛋氨酸密码，AUG。
Initiation in prokaryotes and eukaryotes
• initiation can occur at internal AUG codons in prokaryotic mRNA • initiation in eukaryotes occurs only at the first AUG codon • lac operon in E. coli is transcribed as a polycistronic mRNA with multiple AUG codons • eukaryotic mRNA
∨ ∨
此实验表明密码子是三联体。
∨
缺少一个碱基
X 增加一个碱基
体外翻译研究密码子
以均聚物为模板指导多肽的合成
1961年，美国科学家M.W.Nirenberg等人,在大肠杆菌的 无细胞体系中外加poly(U)模板、20种标记的氨基酸，经 保温后得到了多聚phe-phe-phe，于是推测UUU编码 phe。利用同样的方法得到CCC编码pro，GGG编码gly， AAA编码lys。 mRNA 多肽
功能：
1、专一性识别氨基酸，在氨基酸tRNA合成酶催化下，形成 氨基酰-tRNA ，运输AA。 2、识别密码子,解读mRNA的遗传信息 。 氨基酸结合位点：3`端CCA-OH。
一种tRNA只能与一种氨基酸结合，一种氨基酸可与几种 tRNA结合。
反密码子(anticoden)：tRNA反密码环中部的三个核苷 酸构成三联体，可以识别mRNA上相应的密码，此三联体 就称为。
个基因与噬菌体能否感染大肠杆菌 K 株有关。实
验结果见后：
Crick等的实验结果表明三联体密码是非重叠 的，而且连续编码无标点符号隔开。
Crick等的实验结果
CAT CAT CAT CAT CAT CAT 正常
-1 CAT CA C ATC ATC ATC ATC 缺陷 -1+1 CAT CA C AXT CAT CAT CAT 正常 +3 CAX TXC ATX CAT CAT CAT 正常
DNA
细胞核 细胞核
转录
RNA前体
加工
成熟mRNA
运输
mRNA
翻译
蛋白质
细胞质
一、遗传密码：
遗传密码：DNA 或 mRNA中的核苷酸 序列与蛋白质中氨基酸序列的对应关 系。 密码子：由三个相邻的碱基编码一种氨 基酸的核苷酸三联体。
密码子的破译
三联体密码（triplet code)
mRNA
5′
AUCGACCUGAGC
• 可以使DNA上的碱基组成有较达的变化余地，而仍然保
持多肽上氨基酸序列不变（意思基本同上）。
遗传密码的简并性和通用性
（3）读码的连续性：不重叠无间隔。编码一个 肽链的所有密码子是一个接着一个地线形排列， 密码子之间既不重叠也不间隔，从起始密码子到 终止密码子（不包括终止子）构成一个完整的读 码框架，又称开放阅读框架（ORF）。 如果在阅读框中插入或删除一个碱基就会使其后 的读码发生移位性错误（称为移码）。
遗传密码的摆动配对
二、参与蛋白质生物合成的物质
生物体内的各种蛋白质都是生物体内利 用约20种氨基酸为原料自行合成的。参与蛋 白质生物合成的各种因素构成了蛋白质合成 体系，该体系包括： ① mRNA：作为蛋白质生物合成的模板，决定 多肽链中氨基酸的排列顺序； ② tRNA：搬运氨基酸的工具； ③ 核糖体（又名核蛋白体）：蛋白体生物合成 的场所； ④ 酶及其他蛋白质因子； ⑤ 供能物质及无机离子。
•目前只发现线粒体和叶绿体内有列外情况， 这也是转基因的前提。但要注意的是不同生物
往往偏爱某一种密码子。
akesu583d TGTCCAACAAGGACCCGCGCCTGAACGAGGGAGTTGTCCTGGATGAGGTC
3d_18-6_pPIC9 TGTCCAACAAGGACCCACGACTGAACGAGGGAGTTGTCCTGGATGAGGTC
-------核糖体结合技术
三核苷酸取代mRNA的实验
1964 年 Nirenberg 发现，用人工合成的三核
苷酸取代mRNA，在没有GTP时，不能合成蛋白 质，但三核苷酸却能与其对应的氨酰 tRNA 一起 结合在核糖体上。将此反应混合物通过硝酸纤维 素膜过滤，核糖体和三核苷酸以及特异结合的氨
酰 tRNA 形成的复合物能留在膜上。用此方法，
原核mRNA——多顺反子 SD序列：在起始密码子AUG上游的9~13个核苷酸处有一 段可受核糖体结合、保护和富含嘌呤的共同序列，一般为 AGGA，称SD序列。 作用：与核糖体小亚基16S rRNA 3’端结合，使mRNA与 核糖体结合。（ mRNA与30S亚基结合，并正确定位）—— 翻译起始识别
SD区 顺反子 顺反子 顺反子
5´
AGGAGGU
3´
插入顺序 插入顺序
末端顺序
先导区
一些细菌和病毒mRNA中S.D顺序比较
真核mRNA的 5’端结构 没有SD序列 mRNA ——5’m GpppN，3’poly（A）对翻译效率的调节有协同 作用。
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5’端的二级结构对mRNA的翻译效率也有影响；
原核生物和真核生物mRNA结构的比较
遗传密码的连续性
ATG
（4）有起始密码 AUG 和终止密码 UAA、 UAG、UGA。
（5）方向性：密码子的阅读方向为5`-3`。
（6）变偶性（摆动性）：密码子的前两个碱基相同， 决定了其专一性，而第三个碱基可以发生变化。密码 子中第三位碱基与反密码子第一位碱基的配对有时不 一定完全遵循A-U、G-C的原则，Crick把这种情况称 为摇摆性，有人也称摆动配对或不稳定配对。 密码子的第三位和反密码子的第一位是摇摆位点。 反密码子第一位的G可以与密码子第三位的C、U配对， U可以与A、G配对，I可以和密码子的U、C、A配对， 这使得该类反密码子的阅读能力更强。
可以直接测定三核苷酸与氨基酸的对应关系。
三 核 苷 的酸 实取 验代
mRNA
遗传密码表
第一位碱基 （5’端） U 第二位碱基（中间） U C Ser Ser Ser Ser Pro Pro Pro Pro Thr Thr Thr Thr Ala Ala Ala Ala A Tyr Tyr 终止 终止 His His Gln Gln Asn Asn Lys Lys Asp Asp Glu Glu G Cys Cys 终止 Trp Arg Arg Arg Arg Ser Ser Arg Arg Gly Gly Gly Gly 第三位碱基 （3’端） U C A G U C A G U C A G U C A G
5‘ N
UUUUUUUUUUUU
3‘ C
Phe-Phe-Phe-Phe
用于蛋白质生物合成研究的体外翻译系统主要有： 细菌（大肠杆菌）无细胞系统、动物无核细胞系 统、网织红细胞裂解系统和麦胚系统等。只要加 入外源mRNA模板，则可进行体外翻译。
以特定的共聚物为模板指导多肽的合成
（1）以多聚二核苷酸作模板可合成由2个氨基 酸组成的多肽 ,如以Poly UG 为模板，合成产物 为Poly Lys-Val。 UGU GUG UGU GUG UGU UGU GUG UGU （2）以多聚三核苷酸作为模板，可得三种氨 基酸组成的多肽。
密码子与反密码子配对的摆动现象
mRNA
tRNA
5' tRNA
AUU UAI
AUC UAI
5' 3' 3'
AUA UAI
5'
3'
5' 3'
5' 3'
Ile
Ile
Ile
tRNA反密码子碱基 mRNA密码子碱基
I A,C,U
U A,G
G C, U
意义：
1 若突变发生在第三个碱基上翻译仍可进行。 2 利于mRNA上的密码子与 tRNA 上反密 码子配对时，使 tRNA上稀有碱基可与密码 子配对。 IMP可与AMP、UMP、CMP配对。
C
A
G
Phe Phe Leu Leu Leu Leu Leu Leu Ile Ile Ile Met Val Val Val Val
遗传密码的特点：
（1）通用性
（2）简并性
（3）读码的连续性
（4）有起始密码 和终止密码
（5）方向性
（6）变偶性（摆动性）
遗传密码的特点： （1）通用性：动植物微生物都可使用
含有的密码子
AGA，GAG UGU，GUG AAG, AGA, GAA
合成的多肽
(Arg-Glu)n (Cys-Val)n (Lys)n, (Arg)n, (Glu)n
(UUG)n (GAU)n
UUG, UGU, GUU GAU, AUG, UGA
(Leu)n, (Cys)n, (Val)n (Asp)n, (Met)n,
AAG AAG AAG AAG AAG AAG AAG A AGA AGA AGA AGA AGA AG AA GAA GAA GAA GAA GAA GAA GAA GAA G (Lys)n (Arg)n (Glu)n