第五章 翻译

第五章翻译

Translation

主要内容

第一节蛋白质翻译系统

遗传密码（/密码子）

mRNA——蛋白质合成RNA模板

tRNA——衔接分子

氨酰-tRNA合成酶

核糖体——蛋白质合成机器/工厂

其它的蛋白质因子

一、遗传密码（genetic code）

（一）、遗传密码的破译

⏹已知存在20种氨基酸，但仅有4种碱基，所以肯定是由几个核苷酸的组合以某种方式来确定一个特定的氨基酸。

⏹1961年，即在mRNA发现后仅一年，采用人工合成mRNA技术和无细胞的蛋白质合成系统使遗传密码的破译成为可能。

⏹突破性的进展来自于Marshall Nirenberg和Heinrich Mattaei的工作。

遗传密码表

（二）、遗传密码的基本特性

1、遗传密码遵循的3条规律

☞第一条规律：密码子从5’→3’方向阅读。

☞第二条规律：密码子不重叠，信息之间无缝隙。

☞第三条规律：信息在固定的可读框上翻译，而可读框是由起始密码子设定的。

2、遗传密码具有简并性（degeneracy）

⏹同一种氨基酸有2个或多个密码子的现象被称为密码子的简并性。

⏹一般情况下，当密码子的第1和第2位核苷酸完全相同时，第3位核苷酸无论是胞苷（C）还是尿苷（U），均编码相同的氨基酸，通常腺苷（A）和鸟苷（G）可以相似地进行互换。

⏹并不是所有的简并密码子的前两位核苷酸都是相同的。

⏹遗传密码简并性具有重要的生物学意义，它可以减少有害突变。

3、遗传密码的变偶性/摆动性（wobble）

密码子的简并性往往表现在密码子的第3个位的碱基上，几乎所有的氨基酸的密码子都可以表示为：

最初，认为每个密码子都有特异的tRNA反密码子。

证据表明：每种高度纯化的、已知序列的tRNA可以识别几种不同的密码子。

也有研究发现反密码子除了4种常见的碱基外，还有第5种碱基次黄嘌呤（inosine，I）。

1966年，Francis Crick提出了摆动理论（wobble concept）来解释

所观察到的现象。

摆动理论指出，反密码子5’端的碱基在空间上不如其他2个位置上的碱基那么受限制，可以和密码子3’端的几种碱基形成氢键。

不是所有的组合都行，配对局限于下表的所列碱基。

4、遗传密码的通用性与变异性

⏹密码的通用性是指各种低等和高等生物，包括病毒、细菌及真核生物，基本上共用同一套遗传密码。

⏹目前已知线粒体DNA（mtDNA）的编码方式与标准的遗传密码有所不同。

二、mRNA

⏹可读框/开放阅读框（open reading frame，ORF），是指一段以起始密码子开头以终止密码子结尾的密码子片段。

问题思考：

⏹假使你得到一段mRNA序列，它可能有几种ORF?

⏹假使你得到一段编码蛋白质的DNA序列，它最多可能有几种ORF?

真核生物与原核生物mRNA比较：

原核生物的mRNA：

⏹mRNA经常含有2个多或多个ORF，因此可编码多个多肽链。

⏹mRNA起始密码子上游含有一段特殊的核糖体结合位点（ribosome-binding site，RBS）序列。

真核生物的mRNA：

⏹mRNA几乎都只有一个ORF。

三、tRNA

（一）、tRNA的一级结构

⏹tRNA的结构相当保守，各种物种的tRNA的一级结构长约60~95 nt，通常为76 nt。

⏹在任何tRNA分子中，均含有许多修饰碱基，有时能占到分子总碱基数的20％。

⏹tRNA分子中的修饰碱基，都是在转录后经修饰形成的。其中有4种是常见的修饰碱基：

✡胸腺嘧啶核糖核苷（rT）

✡假尿嘧啶核苷（ψ）

✡二氢尿苷（D）

✡次黄苷/肌苷（I）

（二）、tRNA的二级结构

⏹所有的tRNA共享共同的二级结构，即三叶草（cloverleaf）形。

⏹4个碱基配对臂定义了3个茎-环（stem-loops）

✩二氢尿嘧啶环（D loop）

✩反密码子环（Anticodon loop）

✩T ψC环（T loop）

⏹接受臂（acceptor stem）是在负载步骤添加氨基酸的位置。

⏹附加环/额外环（variable loop）

（三）、tRNA的三级结构

⏹tRNAs共享共同的三级结构，类似于倒L形（inverted L）。

⏹这种形状通过排列碱基对而取得最佳的稳定性。

D臂加入反密码子臂

T臂加入接受臂

四、氨酰-tRNA合成酶

（aminoacyl-tRNA synthetase，AARS ）

⏹氨酰-tRNA合成酶负责tRNA的负载/荷载，即将氨基酸连接到tRNA 上。

⏹氨酰-tRNA合成酶分为两类：

☐I类酶：通常为单聚体，可将氨基酸连接到tRNA的2’-OH。

☐II类酶：通常为二聚体或四聚体，可将氨基酸连接到tRNA的

3’-OH。

1、tRNA的负载

所有的tRNA在其3’-端都有相同的3个碱基（CCA），而末端的A 是荷载的靶。

氨基酸通过其羧基与tRNA末端A上2’或3’羟基之间形成一个酯键。

翻译期间仅使用3’-氨酰酯键。

tRNA的两步荷载过程：

2、氨酰-tRNA酶的校正活性

⏹氨酰-tRNA合成酶全部的差错率约为10-4。

⏹对待不同的氨基酸有不同的区分策略：

☐在体积、构形和化学组成上有明显差异的氨基酸容易进行区分。

☐结构相似的氨基酸，但具有不同的功能基团