第15章 蛋白质翻译

蛋白质翻译系统示意图
1.1 信使RNA (mRNA)
mRNA是遗传信息的载体（载有遗传密码，genetic code），
是合成蛋白质的蓝图（模板），它以一系列三联体密码子
（codon）的形式从DNA转录了遗传信息。每个密码子代表一个 氨基酸。
mRNA占细胞总RNA的5-10%，不稳定，寿命短。
原核的mRNA 是多顺反子;真核的mRNA 是单顺反子。
多肽链上 的氨基酸序列）。
密码子与反密码子的配对方式
变偶性或摆动性——反密码子5’端的碱基与 密码子的第三位配对不严格
1.3 核糖体（ribosome）与核糖体rRNA
核糖体是rRNA 与几十种蛋白质的复合体，有大、小两个亚基构成。
含有合成蛋白质多肽链所必需的酶、起始因子（IF）、延伸因子（EF）、
3. 肽酰基位点（P位点），可结合肽酰基tRNA（肽-tRNA）； 4. 脱氨基酰tRNA的出口位(E位点) ;
5. 肽酰基转移酶中心，是形成肽键的位
点等。
2
蛋白质的生物合成过程
2.1 氨基酸的活化
所有参与合成多肽链的氨基酸都要激活，并由数十种高度专一的 氨基酰-tRNA合成酶催化。该酶由两个识别位点，它们能识别特定的
氨基酸和选择其所对应的tRNA，使两者连接起来（利用ATP）。
反应如下：
AA tRNA ATP AA-tRNA AMP PPi
氨基酸的羧基与tRNA 的3’端CCA-OH 以酯键相连，因此其氨基是 自由的。
氨酰基-tRNA合成酶
tRNAfmet fMet-tRNA合成酶
沉降系数 S
生物大分子在离心场中沉降，受到三种力的影响，它们是离
心力，浮力和摩擦力。物质在单位离心力场的沉降速度是个定值， 称为沉降系数（sedimentation coefficient） 。
蛋白质、核酸等的沉降系数在1 X 10-13到 200 X 10-13秒 之间。
为方便将10-13秒作为一个单位，称Svedberg单位，用S表示。 其数值不仅与物质分子的质量有关，也与分子的形状有关。
第15章
蛋白质翻译
Protein Biosynthesis (Translation)
本章主要内容
翻译系统 蛋白质生物合成的过程 多肽链翻译后的修饰 蛋白质的到位
原核
真核
基因在原核和真核细胞中最终得到表达
1 蛋白质的翻译系统
原料氨基酸，20种 mRNA是合成蛋白质的“蓝图（或模板）” tRNA是原料氨基酸的“搬运工” rRNA与多种蛋白质结合成核糖体,作为合成多肽链的 “装配机（操作台）”
氨基酸进位，肽链形成和延伸，核糖体沿着mRNA的5’— —3’ 方向移位，循环往复，新合成的肽链由N端向着C端不断延 长，直至mRNA上出现终止密码，相应的肽链释放因子RF1 （对应UAA、UAG），RF2（对应UAA、UGA）占据A位。肽 链的合成终止，并从核糖体上释放。
核糖体大、小亚基解聚，并进入下一轮合成。
氨酰基tRNA进入A位
新的氨基酸-tRNA的进位依赖Tu-Ts因子和GTP的协助
肽键的形成
肽键的形成由肽酰基转移酶催化（此酶具有核酶的活性）
原核生物肽链的延长
核糖体沿着mRNA 5’——3’方向移位，多肽链沿着N端向着C端延伸， 须有EF-G因子和GTP参与，空载的tRNA从E位点离开
2.4 肽链的终止
遗传密码
上世纪60年代，利用均聚核苷酸实验，破译了遗传密码。 遗传密码为三联体（每三个碱基代表一个氨基酸），由5’到3’阅读， 无间断。即使在少数重叠基因（如病毒）中，其开放阅读框架（open reading frame, ORF）仍按此原则。 起始密码为AUG, 终止密码为UAA，UAG和UGA。
多个核糖体结合在同一条mRNA上，由5’——3’进行翻译，形成 多核糖体（polyribosome），以提高翻译的效率
3 多肽链的修饰和加工
(1)N—端修饰 原核生物修饰时是由肽甲酰基酶除去甲酰基，多数 情况甲 硫氨酸也被氨肽酶除去，真核生物中甲硫氨酸则全部被切除。 (2)多肽链的水解切除 水解切除其中多余的肽段，使之折叠成为有 活性的酶或蛋白质。如酶原激活 (3)氨基酸侧链的修饰 氨基酸侧链的修饰包括羟化、羧化、甲基化 及二硫链的形成等。 (4)糖基化修饰 糖蛋白是细胞蛋白质组成的重要成分。它是在翻译 后的肽链上以共 价键与单糖或寡聚糖连接而成。糖基化是在酶催化 下进行的。
倒L形的三级结构
tRNA的功能是解读mRNA上的密码子和搬运氨基酸。 tRNA上至少有4 个位点与多肽链合成有关：即3’CCA氨基酸接受位 点、氨基酰-tRNA合成酶识别位点、核糖体识别位点和反密码子位点。 每一个氨基酸有其相应的tRNA携带, 氨基酸的羧基与tRNA的 3’ CCA-OH 以酯键结合。而tRNA的反密码子可以与mRNA上相应的密码 子互补结合, 以使氨基酸正确“对号入座” （因为密码子的序列对应于
分泌型蛋白质在翻译过程中通过信号肽协助转入内质网的机制
信号肽（signal peptide）是在新生的多肽链中，可被细胞识别系统识别的 特征性氨基酸序列，在蛋白质翻译过程中或翻译后的定位发挥引导的作用。
本章结束
rRNA只有4-5种，但占细胞 RNA 的大部分 。 图为原核生物的两种RNA 16S rRNA和5S rRNA 的结构
核糖体的结构
核糖体有4个基本功能
1. 容纳mRNA，并能沿着mRNA由5’—— 3’ 移动，由tRNA解读其密码； 2. 氨基酰位点（A位点），可结合氨基酰 -tRNA（AA-tRNA）；
释放因子（RF）等。
原核的核糖体（70S）= 30S小亚基 + 50S大亚基
30S小亚基: 16S rRNA + 21种蛋白质
50S大亚基: 23S，5SrRNA + 34种蛋白质
真核的核糖体（80S）= 40S小亚基 + 60S大亚基
40S 小亚基: 18S rRNA + 33种蛋白质 60S 大亚基: 28S，5.8S，5SrRNA + 45种蛋白质
原核tRNA有30-40种，真核有50-60种，含70-90个核苷酸， 并有多种稀有碱基。
tRNA是最小的RNA， 占细胞总RNA 的15%左右，其功能 是搬运氨基酸和解读密码子。
tRNA 具有“四环一臂”和“三叶草” 形的典型结构。
注意：3’端CCA氨基酸受位和反密码子环
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tRNA的结构—“四环一臂”
复合物，需要GTP。甲酰甲硫
氨酸-tRNA处于P位。
一个嘌呤丰富区
起始密码
起始密码AUG上游的S.D序列(一个嘌呤丰富区)与其核糖 体小亚基中16S rRNA的3’端互补结合有利于30S起始复合 物的形成
2.3 肽键的形成和延伸
（注意新的AA-tRNA如何定位，第一个肽键如何形成，核糖体如何移动…）
5’AUG CCA UGC ACC CGG GUU …………..CAA UAG 3’ Pro Cys Thr Arg Val …………..Gln
密码有简并性（degeneracy），即一个氨基酸可由几个密码子表示； 通用性，大多数生物使用同样的遗传密码，但也会有所偏爱。
遗 传 密 码 表
1.2 转运RNA (tRNA)
Met 酯键 甲酰FH4
翻译起始时， 第一个氨基酸 一般是甲硫氨酸， 其氨基要甲酰 化成为甲酰甲硫 氨酸，予以保护。
甲酰基
氨基酸与tRNA的 连接方式
fMet-tRNA
2.2 起始复合物的形成
首先IF3、IF1帮助30S小亚基
与mRNA结合，IF2和GTP帮助
甲酰甲硫氨酸-tRNA与AUG配 对，接着IF3脱离，形成30S 起始复合物。50S大亚基进入， IF1和IF2脱离，形成70S起始