蛋白质生物合成翻译
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第十五章 蛋白质的生物合成-翻译
二、tRNA
tRNA是氨基酸的搬运工具。 tRNA是多肽链和mRNA之间的 重要转换器。 每一种氨基酸可以有一种以上 tRNA作为运载工具。 能够携带相同氨基酸而反密码子 不同的一组tRNA分子称为氨基 酸的同工受体tRNA （isoaccepting tRNA） 。
tRNA须具备的功能 • 与氨基酸结合（3’末端） • 识别特异的氨酰-tRNA合成酶（D环） • 识别mRNA链上密码子 • 与核糖体结合，使延长中的肽链附着于核糖体上（TψC环）
蛋白质生物合成过程包括： 1. 氨基酸的活化； 2. 合成起始； 3. 肽链延伸：进入、转肽、移位； 4. 终止合成。
一、氨基酸的活化
二、合成的起始阶段
核糖体大小亚基分离； mRNA在小亚基定位结合； 起始氨酰tRNA的结合； 核糖体大亚基结合。
1. 核糖体大、小亚基分离 IF1和IF3与30S小亚基结合，促进核糖体大、小
翻译过程实际上就是由tRNA携带着氨基酸，逐一识别 mRNA上的密码子，并将氨基酸依密码子的排序相互 连接的过程。核糖体是翻译的场所。
一、mRNA模板和遗传密码
• mRNA是翻译的直接模板。 （一）遗传密码的破译
mRNA上四种核苷酸→组成蛋白质的20种aa
核苷酸与氨基酸对应关系？
3个相邻的核苷酸→1个aa， 有43种排列→64种密码子
• 核糖体可以看作是一个大分子的机构，它具有许多精密的 配合部分，来挑选并管理参与蛋白质合成的各个组分。它 参与多肽链的启动、延伸和终止的各种因子的识别。
原核生物核糖体
5S rRNA， 23S rRNA 50S
34种蛋白质 70S
16S rRNA 30S
21种蛋白质
真核生物核糖体
5SrRNA，5.8SrRNA，28SrRNA 60S
蛋白质的合成与翻译
起始tRNA 延长tRNA
起始密码只能辨认甲硫氨（Met)
Met-tRNAimet
延长识别Met时为Met-
tRNAemet
14
三、 肽链合成的“装配机”---核糖体
核糖体结构 由大小二亚基组成
给位（P位，肽位）： 起始时， tRNAimet结合于核糖体的肽位 延长成肽后，肽链转到此位。
27
SD序列
起始密码
28
70s起始复合物形成
1.IF3脱落
70s起始复合物组成
1.大小亚基
2.50S大亚基结合
2.mRNA
3.GTP GDP+Pi 4.IF2、IF1脱落
3. fmet-tRNAimet （结合于核糖体的
给位<肽位>）
29
30S 50S
三.肽链的延长（进位、成肽、移位）
线粒体
成系统
44
第三节 翻译后加工
一级结构的修饰: N-端Met(fMet)去
除 二硫键的形成 个别氨基酸的修饰
羟化作用:羟脯氨酸 羟赖氨酸
酶活性中心的磷酸化
分泌性蛋白
蛋白质前体中不必要
肽段的切除
一条合成后的多肽链经加工产
多蛋白的加工
生多种不同活性的蛋白质/多肽
17
四、可溶性蛋白质因子
起始因子 延长因子 释放因子
initiation factors IF eukaryote initiation factors eIF elongation factors EF eukaryote elongation factors eEF release factors RF
大学生物化学课件蛋白质的生物合成
是细胞中一类保守蛋白质，可识别肽链的非天 然构象，促进各功能域和整体蛋白质的正确折叠。
核糖体结合的分子伴侣
非核糖体结合性分子伴侣— 热休克蛋白 伴侣蛋白
(1)热休克蛋白（heat shock protein, HSP )：
属于应激反应性蛋白，高温应激可诱导该蛋白 合成增加。
在大肠杆菌中包括HSP70, HSP40和GrpE三族
Peptidyl site （P Site）
E位
Aminoacyl site （A Site）
mRNA
肽链合成需要酶类和蛋白质因子
• 蛋白质因子： • （1）起始因子 • 原核生物 IF； 真核生物 eIF • （2）延长因子 • 原核生物 EF； 真核生物 eEF • （3）释放因子 • 原核生物 RF； 真核生物 eRF
第二节 蛋白质生物合成的过程
翻译过程从阅读框架的5’-AUG开始，按mRNA 模板三联体密码的顺序延长肽链，直至终止密码 出现。
整个翻译过程可分为三个阶段：
起始(initiation）
延长（elongation)
终止(termination)
一、肽键合成的起始（Initiation）
多肽链合成后需要逐步折叠成天然空间构象才成为有 功能的蛋白质。
时间： 新生肽链N端在核蛋白体上一出现，肽链的折叠
即开始，折叠在肽链合成中、合成后完成。
细胞中大多数天然蛋白质折叠都不是自动完 成，而需要其他酶、蛋白质辅助 ：
•
分子伴侣
•
蛋白二硫键异构酶
•
肽-脯氨酰顺反异构酶
1．分子伴侣*（molecular chaperon）
需要：
转位酶（原核生物中是EFG，真核生物中是eEF-2）， GTP 结果：
核糖体结合的分子伴侣
非核糖体结合性分子伴侣— 热休克蛋白 伴侣蛋白
(1)热休克蛋白（heat shock protein, HSP )：
属于应激反应性蛋白，高温应激可诱导该蛋白 合成增加。
在大肠杆菌中包括HSP70, HSP40和GrpE三族
Peptidyl site （P Site）
E位
Aminoacyl site （A Site）
mRNA
肽链合成需要酶类和蛋白质因子
• 蛋白质因子： • （1）起始因子 • 原核生物 IF； 真核生物 eIF • （2）延长因子 • 原核生物 EF； 真核生物 eEF • （3）释放因子 • 原核生物 RF； 真核生物 eRF
第二节 蛋白质生物合成的过程
翻译过程从阅读框架的5’-AUG开始，按mRNA 模板三联体密码的顺序延长肽链，直至终止密码 出现。
整个翻译过程可分为三个阶段：
起始(initiation）
延长（elongation)
终止(termination)
一、肽键合成的起始（Initiation）
多肽链合成后需要逐步折叠成天然空间构象才成为有 功能的蛋白质。
时间： 新生肽链N端在核蛋白体上一出现，肽链的折叠
即开始，折叠在肽链合成中、合成后完成。
细胞中大多数天然蛋白质折叠都不是自动完 成，而需要其他酶、蛋白质辅助 ：
•
分子伴侣
•
蛋白二硫键异构酶
•
肽-脯氨酰顺反异构酶
1．分子伴侣*（molecular chaperon）
需要：
转位酶（原核生物中是EFG，真核生物中是eEF-2）， GTP 结果：
蛋白质的生物合成翻译3(共51张PPT)
AGGA或GAGG（Shine-Dalgarno顺序）互补。正是由这样的
配对将AUG（或GUG，UUG）密码子带到核糖体的起始位置 上 。 fMet-tRNA 与小亚基上的A位点结合。
2. 70S起始复合物的形成
30S起始复合物一旦完全形成后，IF3即释放出来。50S大亚 基参加进来，并引起GTP水解和释放其它两个起始因子，最后
ATP与GTP提供。
蛋白质的生物合成过程主要包括：合成的起始；肽链的延伸；合 成的终止与多肽链释放。
一、氨基酸的激活与氨酰基-tRNA的合成
1. 氨基酸的激活与氨酰基-tRNA的合成过程
氨基酸不能直接与模板相结合，必须首先与相应的tRNA结合， 形成氨酰基‐tRNA。这一过程就是氨基酸的激活。
将氨基酸接合于tRNA以形成氨酰基‐tRNA的激活反应是在氨酰 基‐tRNA合成酶的催化作用下进行的，需要ATP提供能量 。这个反 应是不可逆转的 。
2. 真核生物mRNA为单顺反子；原核生物mRNA为多顺反子。
3. 原核生物的mRNA的5’-端有SD序列。许多真核mRNA的AUG上游 存在Kozak（CCACC）序列。
4. 真核生物的成熟mRNA需要从细胞核中进入细胞质，才能参与蛋 白质的翻译；而原核生物的转录与翻译偶联在一起。
（二）遗传密码
Together with models in the corresponding orientation. The complete 70S ribosome has an asymmetric construction. The partition between the head and body of the small subunit is aligned with the notch of the large subunit, so that the platform of the small subunit fits into the large subunit. There is a cavity between the subunits which contains some of the important sites.
配对将AUG（或GUG，UUG）密码子带到核糖体的起始位置 上 。 fMet-tRNA 与小亚基上的A位点结合。
2. 70S起始复合物的形成
30S起始复合物一旦完全形成后，IF3即释放出来。50S大亚 基参加进来，并引起GTP水解和释放其它两个起始因子，最后
ATP与GTP提供。
蛋白质的生物合成过程主要包括：合成的起始；肽链的延伸；合 成的终止与多肽链释放。
一、氨基酸的激活与氨酰基-tRNA的合成
1. 氨基酸的激活与氨酰基-tRNA的合成过程
氨基酸不能直接与模板相结合，必须首先与相应的tRNA结合， 形成氨酰基‐tRNA。这一过程就是氨基酸的激活。
将氨基酸接合于tRNA以形成氨酰基‐tRNA的激活反应是在氨酰 基‐tRNA合成酶的催化作用下进行的，需要ATP提供能量 。这个反 应是不可逆转的 。
2. 真核生物mRNA为单顺反子；原核生物mRNA为多顺反子。
3. 原核生物的mRNA的5’-端有SD序列。许多真核mRNA的AUG上游 存在Kozak（CCACC）序列。
4. 真核生物的成熟mRNA需要从细胞核中进入细胞质，才能参与蛋 白质的翻译；而原核生物的转录与翻译偶联在一起。
（二）遗传密码
Together with models in the corresponding orientation. The complete 70S ribosome has an asymmetric construction. The partition between the head and body of the small subunit is aligned with the notch of the large subunit, so that the platform of the small subunit fits into the large subunit. There is a cavity between the subunits which contains some of the important sites.
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
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
生物化学第14章翻译
氨基酸 ＋ATP-E —→ 氨基酰-AMP-E ＋ AMP ＋ PPi
第二步反应：酶找相应的tRNA
氨基酰-AMP-E ＋ tRNA
↓
氨基酰-tRNA ＋ AMP ＋ E
氨基酰tRNA合成酶的活性是绝对
专一性的，酶同时对氨基酸和tRNA 高度特异地识别。
氨基酰tRNA合成酶有20种，分别特异
Met f fMet-tRNAi
大肠杆菌起始密码子编码的met须甲酰化
CH3 S 转甲酰基酶 CH2 N10-CHO-FH4 CH2 O H2N CH COO tRNAfMet H-C-HN CH3 S CH2 CH2 CH COO tRNAfMet
真核细胞起始密码子编码的met不须甲酰化
20/56
合成原料：20种有遗传密码的氨基酸
能源：
ATP主要参与氨基酸的活化； GTP提供翻译起始、延长、终止阶段 所需能量
参与的蛋白质因子、酶及酶的辅助因子：
如起始阶段的起始因子、延长阶段的延 长因子、终止阶段的释放因子，转肽酶、
氨基酰-tRNA合成酶。
一、翻译模板mRNA及遗传密码
mRNA是遗传信息的携带者
3. 蛋白质的靶向输送
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
三种RNA
–mRNA（messenger RNA, 信使RNA）
–rRNA（ribosomal RNA, 核蛋白体RNA）
–tRNA（transfer RNA, 转移RNA）
终止密码(termination coden):
UAA，UAG，UGA
遗 传 密 码 表
第二步反应：酶找相应的tRNA
氨基酰-AMP-E ＋ tRNA
↓
氨基酰-tRNA ＋ AMP ＋ E
氨基酰tRNA合成酶的活性是绝对
专一性的，酶同时对氨基酸和tRNA 高度特异地识别。
氨基酰tRNA合成酶有20种，分别特异
Met f fMet-tRNAi
大肠杆菌起始密码子编码的met须甲酰化
CH3 S 转甲酰基酶 CH2 N10-CHO-FH4 CH2 O H2N CH COO tRNAfMet H-C-HN CH3 S CH2 CH2 CH COO tRNAfMet
真核细胞起始密码子编码的met不须甲酰化
20/56
合成原料：20种有遗传密码的氨基酸
能源：
ATP主要参与氨基酸的活化； GTP提供翻译起始、延长、终止阶段 所需能量
参与的蛋白质因子、酶及酶的辅助因子：
如起始阶段的起始因子、延长阶段的延 长因子、终止阶段的释放因子，转肽酶、
氨基酰-tRNA合成酶。
一、翻译模板mRNA及遗传密码
mRNA是遗传信息的携带者
3. 蛋白质的靶向输送
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
三种RNA
–mRNA（messenger RNA, 信使RNA）
–rRNA（ribosomal RNA, 核蛋白体RNA）
–tRNA（transfer RNA, 转移RNA）
终止密码(termination coden):
UAA，UAG，UGA
遗 传 密 码 表
蛋白质的生物合成(翻译)
已发现少数例外，如动物细胞的线粒体、植 物细胞的叶绿体等。 密码的通用性进一步证明各种生物进化自同 一祖先。
16
4. 方向性(direction)： 指阅读mRNA模板上的三联体密码时，只能沿 5’→3’方向进行。
17
5. 摆动性(wobble) 转运氨基酸的tRNA的反密码需要通过碱基互 补与mRNA上的遗传密码反平行配对结合，但 反密码与密码间不严格遵守常见的碱基配对规 律，称为摆动配对。
4
一、mRNA模板及遗传密码
mRNA是翻译的直接模板
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) 。 真核 mRNA只编码一种蛋白质，为单顺反子 (single cistron) 。
47
1. 核蛋白体大、小亚基分离： IF-1和IF-3与小亚基结合，促进核蛋白体大、小 亚基拆离，为新一轮合成作准备。
IF-3
IF-1
48
2. mRNA在小亚基的精确定位结合：
5' IF-3
AUG
3' IF-1
49
S-D序列
原核mRNA的起始部位由一段富含嘌呤的特殊
核苷酸顺序组成，称为S-D序列（核蛋白体结合
39
五、延长因子（EF）
与多肽链合成的延伸过程有关的蛋白因子称为 延长因子（elongation factor，EF）。 原核生物中存在3种延长因子（EFTU，EFTS， EFG），真核生物中存在2种（EF1，EF2）。 EF的作用主要促使氨基酰tRNA进入核蛋白的 受体，并可促进移位过程。
40
分子生物学 蛋白质的生物合成
▪ SD序列后到AUG起始密码间的序列
mRNA序列上紧接S-D序列后的小核苷酸 序 列 （ 可 被 核 蛋 白 体 小 亚 基 蛋 白 rpS-1 识 别并结合。
3.起始氨基酰tRNA(fMet-tRNAfMet )结合到小亚基
IF-2 GTP
5'
AUG
3'
IF-1
IF-3
4.核蛋白体大亚基结合，起始复合物形成
过程。 由核酸四种碱基组成的语言翻译成蛋白质
由20种氨基酸组成的语言
反应过程 （1）氨基酸的活化 （2）肽链的生物合成 （3）肽链形成后的加工和靶向输送
生物学意义
（1）维持多种生命活动 （2）适应环境的变化 （3）参与组织的更新和修复
第一节 蛋白质生物合成体系
Protein Biosynthesis System
IF-2 GGDTPPPi
5'
AUG
3'
IF-1
IF-3
起始复合物形成过程
IF-2G-GGDTTPPPi
5'
AUG
3'
IF-3
IF-1
▪ AUG:起始密码：有SD序列 延伸密码：无SD序列
（二）延长
▪ 指在mRNA模板的指导下，氨基酸依次 进入核蛋白体并聚合成多肽链的过程。
➢ 肽链延长在核蛋白体上连续循环式进行，又 称为核蛋白体循环(ribosomal cycle)，包 括以下三步：
遗 传 密 码 表
遗传密码的特点
1. 方向性(directional) 翻译时遗传密码的阅读方向是5’→3’，
即读码从mRNA的起始密码子AUG开始，按5’→3’ 的方向逐一阅读，直至终止密码子。
蛋白质的生物合成(翻译)
新生多肽链需要酶和其他蛋白质辅助，经过 折叠、修饰等加工才能转变为天然构象的功能蛋 白质。 1. 分子伴侣
(1)热休克蛋白(HSP): HSP70、HSP40和GreE族
(2)伴侣素(chaperonins): GroEL和GroES家族
2. 蛋白二硫键异构酶 (PDI)
3. 肽-脯氨酰顺反异构酶 (PPI)
(二) 抗生素对蛋白质合成的影响
1.抗生素类是微生 物产生的能够杀灭 或抑制细菌的一类 药物。
抑制蛋白质生物合成的原理
抗生素 四环素族（金霉素 新霉素、土霉素） 链霉素、卡那霉素、 新霉素 氯霉素、林可霉素 红霉素 梭链孢酸 放线菌酮 嘌呤霉素 作用点 原核核蛋白 体小亚基 原核核蛋白 体小亚基 原核核蛋白 体大亚基 原核核蛋白 体大亚基 原核核蛋白 体大亚基 真核核蛋白 体大亚基 真核、原核 核蛋白体 作用原理 应用 抑制氨基酰-tRNA与小亚基 抗菌药 结合 改变构象引起读码错误、抑 抗菌药 制起始 抑制转肽酶、阻断延长 抗菌药 抑制转肽酶、妨碍转位 与EFG-GTP结合，抑制肽 链延长 抑制转肽酶、阻断延长 氨基酰-tRNA类似物，进位 后引起未成熟肽链脱落 抗菌药 抗菌药 医学研究 抗肿瘤药
5'
UAG
3'
二、真核生物翻译过程
(一)起始
1. 核糖体大小亚基分离； 2. 起始氨基酰-tRNA结合； 3. mRNA在核糖体小亚基就位； 4. 核糖体大亚基结合。
原核先 就位，后 结合；真核 先结合， 后就位
(二) 延长
与原核生物相比，真核生物肽链延长过程有 不同的反应体系和延长因子。真核细胞核糖体没 有E位，转位时卸载的tRNA直接从P位脱落。
2
4 2 3
Thr
(1)热休克蛋白(HSP): HSP70、HSP40和GreE族
(2)伴侣素(chaperonins): GroEL和GroES家族
2. 蛋白二硫键异构酶 (PDI)
3. 肽-脯氨酰顺反异构酶 (PPI)
(二) 抗生素对蛋白质合成的影响
1.抗生素类是微生 物产生的能够杀灭 或抑制细菌的一类 药物。
抑制蛋白质生物合成的原理
抗生素 四环素族（金霉素 新霉素、土霉素） 链霉素、卡那霉素、 新霉素 氯霉素、林可霉素 红霉素 梭链孢酸 放线菌酮 嘌呤霉素 作用点 原核核蛋白 体小亚基 原核核蛋白 体小亚基 原核核蛋白 体大亚基 原核核蛋白 体大亚基 原核核蛋白 体大亚基 真核核蛋白 体大亚基 真核、原核 核蛋白体 作用原理 应用 抑制氨基酰-tRNA与小亚基 抗菌药 结合 改变构象引起读码错误、抑 抗菌药 制起始 抑制转肽酶、阻断延长 抗菌药 抑制转肽酶、妨碍转位 与EFG-GTP结合，抑制肽 链延长 抑制转肽酶、阻断延长 氨基酰-tRNA类似物，进位 后引起未成熟肽链脱落 抗菌药 抗菌药 医学研究 抗肿瘤药
5'
UAG
3'
二、真核生物翻译过程
(一)起始
1. 核糖体大小亚基分离； 2. 起始氨基酰-tRNA结合； 3. mRNA在核糖体小亚基就位； 4. 核糖体大亚基结合。
原核先 就位，后 结合；真核 先结合， 后就位
(二) 延长
与原核生物相比，真核生物肽链延长过程有 不同的反应体系和延长因子。真核细胞核糖体没 有E位，转位时卸载的tRNA直接从P位脱落。
2
4 2 3
Thr
蛋白质翻译
蛋白质的生物合成⎯⎯翻译一切生命现象不能离开蛋白质，由于代谢更新，即使成人亦需不断合成蛋白质(约400g/日)。
蛋白质具有高度特异性。
不同生物，它们的蛋白质互不相同。
所以食物蛋白质不能为人体直接利用，需经消化、分解成氨基酸，吸收后方可用来合成人体蛋白质。
mRNA含有来自DNA的遗传信息，是合成蛋白质的“模板”，各种蛋白质就是以其相应的mRNA为“模板”，用各种氨基酸为原料合成的。
mRNA不同，所合成的蛋白质也就各异。
所以蛋白质生物合成的过程，贯穿了从DNA分子到蛋白质分子之间遗传信息的传递和体现的过程。
mRNA生成后，遗传信息由mRNA传递给新合成的蛋白质，即由核苷酸序列转换为蛋白质的氨基酸序列。
这一过程称为翻译（translation）。
翻译的基本原理见图14-1。
由图14-1可见，mRNA穿过核膜进入胞质后，多个核糖体（亦称核蛋白体，图中为四个）附着其上，形成多核糖体。
作为原料的各种氨基酸在其特异的搬运工具（tRNA）携带下，在多核糖体上以肽键互相结合，生成具有一定氨基酸序列的特定多肽链。
合成后从核糖体释下的多肽链，不一定具有生物学活性。
有的需经一定处理，有的需与其他成分（别的多肽链或糖、脂等）结合才能形成活性蛋白质。
第一节参与蛋白质生物合成的物质参与蛋白质合成的物质，除氨基酸外，还有mRNA（“模板”）、tRNA（“特异的搬运工具”）、核糖体（“装配机”）、有关的酶（氨基酰tRNA合成酶与某些蛋白质因子），以及ATP、GTP等供能物质与必要的无机离子等。
一、mRNA与遗传密码天然蛋白质有1010~1011种，组成蛋白质的氨基酸却只有20种。
这20种氨基1酸排列组合的不同，形成了形形色色的蛋白质。
蛋白质中氨基酸的序列如何决定？（一）三联体密码与密码的简并研究表明，密码子（codon）共有64个，每个密码子是由三个核苷酸（称为三联体，triplet）组成的。
有的氨基酸有多个密码子，这种现象称为简并（degenerate），如UUU和UUC都是苯丙氨酸的密码子，UCU、UCC、UCA、UCG、AGU和AGC都是丝氨酸的密码子，同一氨基酸的不同密码子称为同义词（synonyms）。
蛋白质的生物合成-翻译
3´
先导区
插入顺序
插入顺序
末端顺序
① 半衰期短 ② 许多原核生物mRNA以多顺反子形式存在 ③ AUG作为起始密码；AUG上游7～12个核苷酸处有一被称为SD序列的
保守区， 16S rRNA3’- 端反向互补而使mRNA与核糖体结合。
精选ppt课件
12
SD序列(shine-Dalgarno序列):---原核生物 1.位于起始密码上游约10个核苷酸处， 2.序列富含嘌呤(如AGGA /GAGG） 3.能和原核生物核糖体小亚基的16s rRNA相 应 互补。
Hale Waihona Puke 精选ppt课件33
5.70s起始复合物形成
IF3脱落 50S大亚基结合 GTP GDP+Pi IF2、IF1脱落
70s起始复合物组成
大小亚基 mRNA fmet-tRNAimet （结合于核糖体的P位<肽位>）
精选ppt课件
34
核蛋白体大小亚基分离
IF-1 IF-3
mRNA在小亚基定位结合
精选ppt课件
5
遗 传 密 码 表
2. 遗传密码的基本特点
密码子是近于完全通用(universal)的。 密码间无标点符号且相邻密码子互不重叠。 密码的简并性(degeneracy) ：由一种以上密码子编码同一个 氨基酸的现
象称为简并，对应于同一氨基酸的密码子称为同义密码子(Synonymous codon)。 密码子的摆动性(wobble) :转运氨基酸的tRNA的反密码需要通过碱基互 补与mRNA上的遗传密码反向配对结合，但反密码与密码间不严格遵守 常见的碱基配对规律，称为摆动配对。 64组密码子中，AUG既是的密码，又是起始密 码；有三组密码不编码 任何氨基酸，而是多肽链合成的终止密码子：UAG、UAA、UGA。
先导区
插入顺序
插入顺序
末端顺序
① 半衰期短 ② 许多原核生物mRNA以多顺反子形式存在 ③ AUG作为起始密码；AUG上游7～12个核苷酸处有一被称为SD序列的
保守区， 16S rRNA3’- 端反向互补而使mRNA与核糖体结合。
精选ppt课件
12
SD序列(shine-Dalgarno序列):---原核生物 1.位于起始密码上游约10个核苷酸处， 2.序列富含嘌呤(如AGGA /GAGG） 3.能和原核生物核糖体小亚基的16s rRNA相 应 互补。
Hale Waihona Puke 精选ppt课件33
5.70s起始复合物形成
IF3脱落 50S大亚基结合 GTP GDP+Pi IF2、IF1脱落
70s起始复合物组成
大小亚基 mRNA fmet-tRNAimet （结合于核糖体的P位<肽位>）
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核蛋白体大小亚基分离
IF-1 IF-3
mRNA在小亚基定位结合
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遗 传 密 码 表
2. 遗传密码的基本特点
密码子是近于完全通用(universal)的。 密码间无标点符号且相邻密码子互不重叠。 密码的简并性(degeneracy) ：由一种以上密码子编码同一个 氨基酸的现
象称为简并，对应于同一氨基酸的密码子称为同义密码子(Synonymous codon)。 密码子的摆动性(wobble) :转运氨基酸的tRNA的反密码需要通过碱基互 补与mRNA上的遗传密码反向配对结合，但反密码与密码间不严格遵守 常见的碱基配对规律，称为摆动配对。 64组密码子中，AUG既是的密码，又是起始密 码；有三组密码不编码 任何氨基酸，而是多肽链合成的终止密码子：UAG、UAA、UGA。
第十二章 蛋白质的生物合成(翻译)
2） 简并性： 除色氨酸、蛋氨酸外均有2-3个或4-6个密码。其三联体上1，2位碱基相同，而第三位上碱基则不同。
密码专一性由头2个碱基决定，三中读二；生物学意义：减少突变的有害效应。
不同生物对密码子具有偏爱性。
3）摆动性：翻译过程氨基酸的正确加入，需靠mRNA上的密码子与tRNA上的反密码子相互以碱基配对辨认。
大小亚基共同组成核糖体。
核蛋白体蛋白(rps，rpl)种类繁多，其中有些就是参与蛋白质合成的酶和各种因子，靠这些蛋白质、rRNA，还有mRNA、 tRNA等特异性的、准确的相互配合，使氨基酸按mRNA上的遗传密码指引依次聚合为肽链。
原核生物转录过程电镜下看到的羽毛状模型，在长短不一的尚未转录完成的mRNA上，已附着了若干个核蛋白体。
(二) 起始肽链合成的氨基酰-tRNA
密码子AUG可编码甲硫氨酸，同时作为起始密码。
氨基酰-tRNA书写规则：Arg-tRNAarg；AA—tRNAaa；
原核生物：起始密码（AUG、GUG、UUG）——编码甲酰蛋氨酸fMet、tRNAfMet，
fMet—tRNAifMet；
真核生物：起始密码Met、Met-tRNAiMet；延长过程： Met、Met-tRNAeMet
一、肽链合成起始 （熟悉）
翻译起始是把带有甲硫氨酸的起始tRNA连同mRNA结合到核蛋白体上，生成翻译起始复合物(translational inition complex)。此过程需多种起始因子参加。原核生物与真核生物所需的起始因子不相同，氨基酰-tRNA、mRNA结合到核蛋白体上的步骤，大致上是一样的。
第二节 蛋白质生物合成过程
RNA的碱基序列是从5’-端自左至右书写至3’端，对应肽链的氨基酸序列从 N-端自左至右书写至 C端。翻译过程从读码框架的5’-AUG……开始，按mRNA模板三联体的顺序延长肽链，直至终止密码出现。终止密码前一位三联体，翻译出肽链 C—端氨基酸。翻译过程也可分起始、延长、终止阶段来描述。氨基酰-tRNA的合成，是伴随着起始、延长阶段不断地进行和配合着的。此外，蛋白质合成后，还需要加工修饰。
密码专一性由头2个碱基决定，三中读二；生物学意义：减少突变的有害效应。
不同生物对密码子具有偏爱性。
3）摆动性：翻译过程氨基酸的正确加入，需靠mRNA上的密码子与tRNA上的反密码子相互以碱基配对辨认。
大小亚基共同组成核糖体。
核蛋白体蛋白(rps，rpl)种类繁多，其中有些就是参与蛋白质合成的酶和各种因子，靠这些蛋白质、rRNA，还有mRNA、 tRNA等特异性的、准确的相互配合，使氨基酸按mRNA上的遗传密码指引依次聚合为肽链。
原核生物转录过程电镜下看到的羽毛状模型，在长短不一的尚未转录完成的mRNA上，已附着了若干个核蛋白体。
(二) 起始肽链合成的氨基酰-tRNA
密码子AUG可编码甲硫氨酸，同时作为起始密码。
氨基酰-tRNA书写规则：Arg-tRNAarg；AA—tRNAaa；
原核生物：起始密码（AUG、GUG、UUG）——编码甲酰蛋氨酸fMet、tRNAfMet，
fMet—tRNAifMet；
真核生物：起始密码Met、Met-tRNAiMet；延长过程： Met、Met-tRNAeMet
一、肽链合成起始 （熟悉）
翻译起始是把带有甲硫氨酸的起始tRNA连同mRNA结合到核蛋白体上，生成翻译起始复合物(translational inition complex)。此过程需多种起始因子参加。原核生物与真核生物所需的起始因子不相同，氨基酰-tRNA、mRNA结合到核蛋白体上的步骤，大致上是一样的。
第二节 蛋白质生物合成过程
RNA的碱基序列是从5’-端自左至右书写至3’端，对应肽链的氨基酸序列从 N-端自左至右书写至 C端。翻译过程从读码框架的5’-AUG……开始，按mRNA模板三联体的顺序延长肽链，直至终止密码出现。终止密码前一位三联体，翻译出肽链 C—端氨基酸。翻译过程也可分起始、延长、终止阶段来描述。氨基酰-tRNA的合成，是伴随着起始、延长阶段不断地进行和配合着的。此外，蛋白质合成后，还需要加工修饰。
分子生物学课件第七章 蛋白质的生物合成-翻译
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原核生物翻译过程中核蛋白体结构模式:
P位：肽酰位 (peptidyl site)
A位：氨基酰位 (aminoacyl site)
E位：排出位 (exit site)
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蛋白质生物合成体系
mRNA、tRNA、rRNA n 氨基酸
大多数简并性表现在密码子的第三个核苷酸上，即 第一、二个核苷酸确定后，第三个核苷酸可变。
色氨酸
意义： 简并密码子越多，生物遗传的稳定性越大，
氨基酸出现频率越高
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（3）摆动性（wobble）
转运氨基酸的tRNA的反密码需要通过碱基互补与 mRNA上的遗传密码反向配对结合，但反密码与密码间 不严格遵守常见的碱基配对规律，称为摆动配对。
氨基酰-tRNA + AMP +PPi
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（2）氨基酰tRNA合成酶(amino acyl-tRNA synthetase，AARS)
存在于胞液中，催化一个特定的aa结合到相应的 tRNA分子上。
每种氨基酰tRNA合成酶对相应氨基酸以及携带氨 基酸的数种tRNA具有高度特异性，保证tRNA能够 携带正确的氨基酸对号入座。
UUU，UUG，UGU，GUU， GGG，GGU，GUG，UGG。 • U和G随机加入到三联体中，这样按比例各个位置 上进入U和G的概率不同，如氨基酸测定结果：
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• 如UUU：UGG＝（555）:（511）
＝ 25 ： 1
• 同理UUU：UUG ＝5 ：1，
• 根据检测结果推测:
生物化学：蛋白质的生物合成(翻译)
目录
（三）tRNA是氨基酸的运载工具及蛋白质生 物合成的适配器
tRNA的作用 运载氨基酸：氨基酸各由其特异的tRNA携带， 一种氨基酸可有几种对应的tRNA，氨基酸结合 在tRNA 3ˊ-CCA的位置，结合需要ATP供能；
充当“适配器”：每种tRNA的反密码子决定了 所携带的氨基酸能准确地在 mRNA 上对号入座。
蛋白质的生物合成 （翻译）
Protein Biosynthesis， Translation
蛋白质的生物合成，即翻译，就是将核酸中由 4
种核苷酸序列编码的遗传信息，通过遗传密码破
译的方式解读为蛋白质一级结构中20种氨基酸的
排列顺序 。（分子语言的转换）
第一节
参与蛋白质生物合成的物质
一、参与蛋白质生物合成的物质及特点
密码也称遗传密码子(genetic coden)。 4种核苷酸则可构建64（43）个密码子
•编码20种氨基酸：61个密码子 起始密码—AUG（甲硫氨酸） •无意义密码子:终止密码—UAA，UAG，UGA
遗 传பைடு நூலகம்密 码 表
目录
遗传密码的特点
1. 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。 • 已发现少数例外，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. 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2～6个密码子。
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目录
5. 摆动性(wobble)
转运氨基酸的 tRNA 的反密码需要通过 碱基互补与mRNA上的遗传密码反向配对结 合，但反密码与密码间不严格遵守常见的碱 基配对规律，称为摆动配对。
蛋白质生物合成—翻译及翻译后过程
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真核生物mRNA的特点
真核生物没有S-D序列， 靠帽子结构识别核糖体 真核生物的起始密码位 于Kozak序列 （CCACCAUGG）中， 增加翻译起始的效率
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二、生物合成的场所 — 核蛋白体 (Ribosomes)
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核蛋白体蛋白及rRNA的组成特点
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进 位
成肽
转 位
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三、肽链合成终止 （Termination）
1. 终止密码的辨认及肽链从 肽酰-tRNA水解出。
2. mRNA从核蛋白体中分 离及大小亚基的拆开
3. 终止过程需释放因子 (RF）。
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释放因子(release factor, RF)：与肽链合成 终止相关的蛋白因子
等是由小泡介导的 49
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阅读框架(reading frames)
开放阅读框(open reading frame, ORF): 从起始密码AUG 到终止密码处的正确可阅读序列
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原核生物mRNA的特点
S-D序列：原核生物mRNA起始密码AUG上游8~13核苷酸 处，存在一段5′-UAAGGAGG-3′的保守序列，称为S-D 序列。是mRNA与核蛋白体识别、结合的位点
原核生物释放因子：RF-1，RF-2，RF-3 真核生物释放因子：eRF
1. 识别终止密码，如RF-1特异识别UAA、UAG；而RF-2可识 别UAA、UGA
2. 诱导转肽酶改变为酯酶活性，催化肽酰基转移到-OH上，使 肽链从核蛋白体上释放。
第十三章蛋白质生物合成翻译
•
个过程；每循环一次，肽链增加一个氨
•
基酸残基。
• 2.过程
•
进位
•
成肽
•
转位
a.进位：
氨基酰-tRNA进入A位。
需GTP，EF-Tu。 图
• b.成肽：
• P位氨基(肽) 酰-tRNA的AA (肽) 、转给A位氨基
• 酰-tRNA并在A位生成肽链,空tRNA留P位。
• rpl发挥转肽酶活性. 图
• （2）方向性
5’ 3’ ; ORF
• （3）连续性 密码子间连续阅读；不重叠、不间断
• （4）简并性 一种氨基酸有多个密码子
• （5）摆动性 密码子第三个碱基与反密码的第一
•
个碱基不严格的配对现象。
•
图
• （6）通用( 普遍)性
原核到人通用,人线粒体除外
二、核蛋白体
• 1．作 用：是蛋白质的合成场所。
met-tRNAemet met-tRNAemet
四、蛋白因子 （e.g 原核）
• 1.IF
• IF1 • IF2 • IF3 • 2.EF
促fmet-tRNA fmet与小亚基结合 促mRNA与小亚基结合，大、小亚基分离
•
EFTS
•
EFTU
•
EFG
• 3.RF
促AA-tRNA进入A位 (转位酶活性)促核蛋白体沿mRNA移动
met
图 13-6 真核生物的翻译起始复合物生成
fMet-tRNA AA-tRNA
P
A
H
转
O C R1 HN C H
肽
R2
酶
H2
NCH
OC
OC
O
O
第5章 翻译
一、 mRNA是蛋白质生物合成的直接模板 (一)mRNA结构
• 不同生物mRNA序列，都具有5-端非翻译 区、开放阅读框架区和3-端非翻译区。 • 真核生物mRNA的5-端有帽子结构， 3-端 有多聚腺苷酸(polyA)尾。 1961年，Nirenberg 证明 了mRNA的模板作用。
5'
一、原核生物的肽链合成过程
（一）肽链合成的起始
• 指 mRNA 和起始氨基酰-tRNA分别与核糖体结合 而形成翻译起始复合物 (translational initiation complex)的过程。 • 参与起始物质：30S小亚基、50S大亚基、mRNA、 fMet-tRNAfMet、起始因子、GTP和Mg2+。
摆动配对
密码子、反密码子摆动配对
tRNA反密码 子第1位碱基
U
I
U
G
A C
mRNA密码 子第3位碱基
C,A,U A,G C,U U G
二、核糖体是蛋白质生物合成的场所
核糖 体的 组成
核糖体的组成
核蛋 白体 原核生物 蛋白质 S值 真核生物
rRNA 蛋白质
S值
rRNA
小亚基
大亚基
核蛋白体
21种
36种
同义密码子
为同一种氨基酸编码的各密码子,亦称简并性密码子。 • 前两个碱基均相同，只是第三个碱基不同。 • 若头两个碱基发生点突变，可译出不同氨基酸，而第 三个碱基的突变，不会影响氨基酸的翻译。 •遗传密码的特异性主要取决于前两位碱基。 密码子简并性的生物学意义：减少基因突变对蛋白质功 能的影响。 GCU ACU
ORF 编码区
AUG UAA
3'
m7Gppp
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• 细胞内蛋白质实际合成形式：多聚核蛋白体
• 多聚核蛋白体：是指多个核蛋白体同时与一条
•
mRNA结合形成的串珠状结构。
•
图
四.与真核生物的区别 资料仅供参考,不当之处，请联系改正。
• 过程相同。 所需物质不同。 •
• 区别：图
资料仅供参考,不当之处，请联系改正。
•
原核
• 合成体系: 参与物质 少
•
b.核酸-蛋白辨认结合
•
rps-1把 mRNA结合到小亚基上
•
3.起始AA-tRNA就位 识别AUG
•
4. 大亚基结合
资料仅供参考,不当之处，请联系改正。
S-D序列：以AGGA核心的原核mRNA 起始点上游序列。能结合小 亚基（16s-rRNA的UCCU序 列）。由Shine-Dalgarno发现， 也称RBS（核蛋白体结合位点）
二、肽链延长 资料仅供参考,不当之处，请联系改正。
• 1.特点: 核蛋白体循环
•
广义 指翻译全过程。
• 定义
即tRNA转运氨基酸到核糖体上，以
•
mRNA为模板合成多肽链的过程。
•
狭义 指肽链延长过程。
•
即每次循环都包括进位、成肽、转位3
•
个过程；每循环一次，肽链增加一个氨
•
基酸残基。
• 2.过程
•
met-tRNAemet met-tRNAemet
四、蛋白因子 （e.g 原核） 资料仅供参考,不当之处，请联系改正。
• 1.IF
• IF1 • IF2 • IF3 • 2.EF
促fmet-tRNA fmet与小亚基结合 促mRNA与小亚基结合，大、小亚基分离
•
EFTS
•
EFTU
•
EFG
• 3.RF
• 定义：mRNA链上每三个相邻的核苷酸编成一组，
•
代表某种氨基酸或肽链合成的起始或终止信号。
• 特点：
• （1）密码子64个：1个起始密码（AUG）
•
3个终止密码 UAG、UAA 、UGA
•
61个密码代表20种AA
• （2）方向性
5’ 3’ ; ORF
• （3）连续性 密码子间连续阅读；不重叠、不间断
第一节 参与蛋白质生物合成的 资料仅供参考,不当之处，请联系改正。 物质
• 合成体系：
•
原料：20种氨基酸
•
运载体：tRNA
•
模板：mRNA
•
合成场所：核蛋白（rRNA+蛋白质）
•
蛋白质因子： IF EF RF RR
•
酶：氨基酰t-RNA合成酶、转肽酶等
•
能量：GTP、ATP
资料仅供参考,不当之处，请联系改正。
进位
•
成肽
•
转位
资料仅供参考,不当之处，请联系改正。
a.进位：
氨基酰-tRNA进入A位。
需GTP，EF-Tu。 图
• b.成肽：
• P位氨基(肽) 酰-tRNA的AA (肽) 、转给A位氨基
• 酰-tRNA并在A位生成肽链,空tRNA留P位。
• rpl发挥转肽酶活性. 图
• c.转位：
• 核糖体沿mRNA5′→3′方向移动一个密
• （4）简并性 一种氨基酸有多个密码子
• （5）摆动性 密码子第三个碱基与反密码的第一
•
个碱基不严格的配对现象。
•
图
• （6）通用( 普遍)性
原核到人通用,人线粒体除外
资料仅供参考,不当之处，请联系改正。
二、核蛋白体
• 1．作 用：是蛋白质的合成场所。
2． 组成：
小亚基：结合mRNA。
•
•
大亚基： A位：结合氨基酰-tRNA
码子, 肽 酰-tRNA在P位,A位空留。
需EFG、GTP。
图
• 3.方向 •
资料仅供参考,不当之处，请联系改正。
模板方向：5′→3 ′
肽链延长方向： N→C
三、肽链终止 资料仅供参考,不当之处，请联系改正。
• A位出现终止密码, RF识别。释放肽链；mRNA及 • 大.小亚基拆开。 图
• 能量：至少耗4ATP /肽键
资料仅供参考,不当之处，请联系改正。
• 多聚核蛋白体
• 定义：一个mRNA分子同时有多个核蛋白体
•
在进行蛋白质合成。
•
即 一个mRNA与多个核蛋白体形成的
•
串珠状聚合物。
形成机制：起始密码只有一个、可反复使用。 图
三、tRNA 资料仅供参考,不当之处，请联系改正。
• 1．作 用：搬运氨基酸，识别mRNA遗传密码。
•
模板加工 不需
•
核蛋白体 70S
• 起始： 形成起始复合物 70S
•
起始tRNA fmet-tRNAifmet
•
需IF种类
3
• 延长： 需EF种类
3
• 终止：
3种RF识别
•
3个终止密码
• 其他: 转录和翻译 同时进行
•
（羽毛状）
•
P位：结合肽酰基-tRNA
•位(原核):结合空载tRNA
• 3、区别（原核与真核）：
• 4、形式: 多核蛋白体（羽毛状 ) 图
资料仅供参考,不当之处，请联系改正。
• 区别
•
原核 70s
• 小亚基 rRNA
•
蛋白质(rps) 30s
大亚基 rRNA
•
蛋白质(rpl) 50s
真核 80s 40s 60s
一、mRNA
• 1．作用：蛋白合成直接模板。
•
依靠三联遗传密码，决定蛋白质
•
分子中氨基酸排列顺序。
• 2．区别：
•
原核： 多顺反子：一条mRNA指导合
•
成 多个蛋白质。
•
真核： 单顺反子：一条mRNA只指导
•
合成一条多肽链。
3．遗传密码
资料仅供参考,不当之处，请联系改正。
(genetic codon)
• 2．搬运形式：氨基酰-tRNA。
•
氨基酰-tRNA合成酶：
•
作 用：催化生成氨基酰-tRNA 。
•
特点： （1）绝对专一性(AA)
•
（2）校正活性
• 3．种类：
•
起始tRNA：识别起始密码
•
延伸tRNA：肽链延伸时转运氨基酸
• 4、表示法：
结合的AA
tRNA的特异性
•
起始tRNA
延伸tRNA
• 原核生物：fmet-tRNAifmet • 真核生物：met-tRNAimet
• 过程：
•
起始
•
延长
•
终止
• E.g 原核生物
一、翻译的起始 资料仅供参考,不当之处，请联系改正。
• 形成70S起始复合物：
•
核糖体--mRNA-- fmet-tRNAimet
• 形成过程： 图
•
1.亚基分离
•
2.mRNA就位
•
机制：a.核酸-核酸辨认结合
•
rRNA（小亚基）与S-D序列（mRNA）
促AA-tRNA进入A位 (转位酶活性)促核蛋白体沿mRNA移动
•
RF1 识别终止密码,诱导酯酶活性水解肽
•
RF2 链－tRNA的酯键，肽链脱落
•
RF3 介导RF1 .2
• RR 促mRNA从核蛋白体上脱落
• 真核：eIF, eEF, eRF
资料仅供参考,不当之处，请联系改正。
第二节 蛋白质的生物合成过程