蛋白质翻译
蛋白质翻译名词解释

蛋白质翻译名词解释蛋白质(Protein),又称朊(Carboxylic),化学结构通式为C16 H12O10(NH2)2,由20种氨基酸按一定顺序连接而成的一大类生物大分子。
它是与生命及与各种形式的生命活动紧密联系在一起的物质。
它是我们身体的重要组成部分,是在生物遗传、变异和自然选择中起决定性作用的主要遗传物质。
各种蛋白质之间在结构上具有一定的相似性,所以,常常把它们称为同源性物质。
1。
蛋白质:(1) protein,蛋白质: protein2。
蛋白质: ( 1) protein,蛋白质: protein2。
protein,蛋白质: ( 2)RNA(ribonucleic acid)核糖核酸: nucleic acid3。
蛋白质:RNA(ribonucleic acid)核糖核酸: nucleic acid4。
蛋白质:DNA(deoxyribonucleic acid)脱氧核糖核酸: deoxyribonucleic acid5。
蛋白质: RNA(ribonucleic acid)核糖核酸:deoxyribonucleic acid6。
蛋白质: DNA(deoxyribonucleic acid)脱氧核糖核酸: deoxyribonucleic acid7。
蛋白质:DNA(deoxyribonucleic acid)脱氧核糖核酸: deoxyribonucleic acid8。
蛋白质: RNA(ribonucleic acid)核糖核酸:deoxyribonucleic acid9。
蛋白质: DNA(deoxyribonucleic acid)脱氧核糖核酸: deoxyribonucleic acid10。
蛋白质:RNA(ribonucleic acid)核糖核酸: deoxyribonucleic acid11。
蛋白质: RNA(ribonucleic acid)核糖核酸: deoxyribonucleic acid12。
分子生物学--蛋白质的翻译课件

Initiation requires factors and free subunits
(2)细菌中有三种起始因子 IF-3:稳定30S亚基;辅助 30S亚基与mRNA上起始点特 异性结合; IF-1:与30S亚基结合在A位, 阻止氨酰-tRNA进入;阻止 30S与50S亚基结合。 IF-2:结合特定起始因子 tRNA,控制它进入核糖体; 有核糖体依赖GTP酶活性;
5.1.2 氨酰-tRNA合成酶引入的两种错误
◆蛋白质合成真实性主要决定于:
tRNA能否把正确的氨基酸放到新生多肽链的 正确位置。 ◆氨酰-tRNA合成酶会引入两种错误:
一种是将错误的氨基酸加在正确的tRNA上; 另一种是将正确的氨基酸加在错误的tRNA上。 前者现错的可能性更大。
Error rates differ at each stage of gene expression
Eplroontegiantibo5yn.2tRr.ai3bno蛋ssfoe白rmfer质omm合ovpee成spta的idloyn三l-gtR个mNRA阶NtAo段,aem简xitne介onadcinygl-tRNA
Termination Polypeptide chain is released from tRNA, and ribosome dissociates from mRNA
I: 次黄嘌呤
1.4.4 读码的连续性
生物合成过程中,mRNA的编码方向是 5`→3`,从N端向C端延伸肽链。一条肽链 合成起始后,密码子按3个一框读下去不重 叠也不跳格,直到终止。
2 蛋白质合成中使用的RNA
概述 2.1 mRNA 2.2 tRNA 2.3 rRNA
分子生物学-第四章蛋白质的翻译

教案首页课程名称分子生物学任课教师李市场第四章蛋白质翻译计划学时9教学目的和要求:掌握遗传密码的构成及特点。
遗传密码的破译;密码的简并性与变偶假说;密码子的使用频率;起始密码子与终止密码子;遗传密码的突变;重叠密码。
掌握原核生物和真核生物RNA的翻译过程。
核糖体及RNA的结构;氨基酸的激活与氨酰-tRNA的合成;原核生物的蛋白质的生物合成;GTP在蛋白质合成中的作用;真核生物的蛋白质的生物合成;蛋白质折叠与蛋白质生物合成中多肽链的修饰;蛋白质的易位与分泌。
重点:密码的简并性与变偶假说;密码子的使用频率;起始密码子与终止密码子;重叠密码。
核糖体及RNA的结构;氨基酸的激活与氨酰-tRNA的合成;原核生物的蛋白质的生物合成;GTP在蛋白质合成中的作用;真核生物的蛋白质的生物合成;蛋白质折叠与蛋白质生物合成中多肽链的修饰;蛋白质的易位与分泌难点:核糖体及RNA的结构;氨基酸的激活与氨酰-tRNA的合成;原核生物的蛋白质的生物合成;GTP在蛋白质合成中的作用;真核生物的蛋白质的生物合成;蛋白质折叠与蛋白质生物合成中多肽链的修饰;蛋白质的易位与分泌。
思考题:1、以Prok.为例,说明蛋白质翻译终止的机制。
2、简要说明真核生物蛋白质的不同转运机制。
3、说明Prok.和Euk.体内蛋白质的越膜机制。
4、简要说明Prok.与Euk.的翻译起始过程的差别。
第四章蛋白质翻译(Protein Translation)概述:蛋白质翻译是基因表达的第二步,tRNA在翻译过程中起“译员”的作用,参与翻译的RNA 除tRNA外,还有rRNA 和mRNA;tRNA既是密码子的受体,也是氨基酸的受体,tRNA 接受AA要通过氨酰tRNA合成酶及其自身的paracodon的作用才能实现,tRNA通过其自身的anticodon而识别codon,密码子有自身的特性,三联体前两个重要通用性摇摆性,有一定的使用效率;多种翻译因子组成翻译起始复合物,完成翻译的起始、延伸和终止,并且保证其准确性。
第四章蛋白质的翻译

色氨酸-tRNA的分离
用20种AA-tRNA做20组同样的实验, 每组都含20种AA-tRNA和各种三核苷 酸,但只有一种氨基酸用14C标记,看 哪一种AA-tRNA被留在滤膜上,进一 步分析这一组的模板是哪个三核苷酸, 从模板三核苷酸与氨基酸的关系可测 知该氨基酸的密码子。例如,模板是 UUU时,Phe-tRNA结合于核糖体上, 可知UUU是Phe的密码子。
摆动假说:
在密码子与反密码子的配对中,前两对严格遵守碱基配对原则,第三 对碱基有一定的自由度,可以“摆动”,因而使某些tRNA可以识别1个 以上的密码子;
如果有几个密码子同时编码一个氨基酸,凡是第一、二位碱基不同的 密码子都对应于各自独立的tRNA。原核有30-45种tRNA,真核有50种 tRNA。 I: Inosine is formed by deamination of adenosine after tRNA synthesis
4.2 tRNA
tRNA在蛋白质合成中处于关键地位,它不但为每个三 联密码子翻译成氨基酸提供了接合体,还为准确无误地将 所需氨基酸运送到核糖体上提供了运送载体,所以,它又 被称为第二遗传密码。
tRNA参与多种反应,并与多种蛋白质和核酸相互识 别 ,这就决定了它们在结构上存在大量的共性。
4.2.1 tRNA的结构 1、tRNA的二级结构
1954年科学家对破译密码首先提出了设想: A. 若一种碱基对应与一种氨基酸,那么只可能产生4种氨基酸; B. 若2个碱基编码一种氨基酸的话,4种碱基共有42=16种不同的排列
组合; C. 3个碱基编码一种氨基酸,经排列组合可产生43=64种不同形式; D. 若是四联密码,就会产生44=256种排列组合。
贮 存 在 DNA 上 的 遗 传 信 息 通 过 mRNA 传 递 到 蛋 白 质 上 , mRNA与蛋白质之间的联系是通过遗传密码的破译来实现的。 mRNA上每3个核苷酸翻译成蛋白质多肽链上的一个氨基酸, 这3个核苷酸就称为密码,也叫三联子密码。
9. 蛋白质翻译(1)

摇摆的原因(摇摆假说):
一般地,同义密码子的第1、2位是保守的,而第3位 则是可变的,意味着该可变位点的配对具有一定的灵活 性。
tRNA的反密码子在反密码环上呈弧状排列,与密码子 不能保持完全的平行排列;另外,反密码子的第1个核 苷酸位于非双链结构的松弛环内,摇摆的自由度较大, 从而导致密码子的第3位核苷酸和反密码子的第1位核苷 酸之间形成非标准的碱基配对。(反密码子的这个位点 称为摇摆位点) 如果tRNA的摇摆位点是被修饰的碱基,就可能出现更 多的选择配对关系。
上次讲解内容
一、顺式作用元件与反式作用因子(重点) 二、真核生物RNA的转录过程 三、真核生物RNA转录后加工(重点) 1. 5’加帽; 2. 3’加尾; 3. 选择性剪接; 4. RNA编辑 四、RNA编辑
碱基的突变
C变为U
ApoB 基因有 29 个外显子
CAA
第 2153 个密码子编码 Glu 编辑
T-loop(TψC环)
• 这个环中始终含有胸 腺嘧啶-假尿嘧啶-胞嘧 啶的序列。 • 它与核糖体大亚基的 5S rRNA结合,稳定 蛋白质的结构
D-loop (DHU环)
直接与氨基酰tRNA合成酶
结合,使氨基酸连接到 tRNA的受体位点上。
tRNA与氨基酰tRNA合成酶的结合
氨基酸连接到受体位点上的过程:
UAA
3’UTR
AAA
Open reading frame(开放阅读框), ORF (3’非翻译区)
Stop codon(终止密码) UAG UGA UAA
开放阅读框(open reading frame, ORF): mRNA中从起始密码子(AUG)到终止密 码子(UAA、UAG或UGA)的核酸序列, 它可以编码一条完整的多肽链。
5蛋白质的翻译

proteins,r-proteins)组成,rRNA 组成总分子量的 60%~65%。核糖体的相对大小常常用 沉降系数单位来表示。大肠杆菌的核糖体称为 70S 核糖体,其中的小亚基称为 30S 核糖体, 大亚基称为 50S 核糖体(图 5-8) 。小亚基包含 21 种不同的蛋白质(被称为 S1 一 S21)和 16SrRNA。大亚基由 33 种蛋白质(被命名为 L1~L33)和 23S 及 5SrRNAs 组成(图 5-9)。真核 核糖体称为 80S 核糖体,其中 40S 小亚基包含 33 种蛋白质和 18SrRNA,而 60S 大亚基包含 50 种蛋白质(图 5-9)和 3 种 rRNA (28S, 5.8S 和 5S) 。 真核 5.8SrRNA 与细菌 23SrRNA 的 5SrRNAs 部分同源(表 5.1) 。古细菌核糖体类似于细菌核糖体,但有些包含与真核相同的特别亚基。
组织上,原核生物与真核生物有重要的差别(图 5.1、图 5.2 和图 5.3) 。原核生物的 mRNA 的第一个密码子 AUG 上游的一个重要特征就是 Shine-Dalgarno 序列,而真核生物 mRNA 除
第一个密码子 AUG 的上游是核糖体小亚基扫描 AUG 的信号序列(CCACC)外, 5’端非翻译区 上游为帽子结构, 3’端非翻译区内有多聚腺苷化的信号 AAUAAA 以及其下游的多聚 A 尾巴。 mRNA 是由 DNA 的模板链转录而来, 其序列与编码链相同与模板链互补。 mRNA 的 5’ →3 ’ 三联体密码子序列与蛋白质 N 端到 C 端的氨基酸序列线形相关。原核生物 mRNA 的转录和翻 译发生在时间与空间上具有相对的同一性,其 mRNA 通常不稳定,在合成后的几分钟内翻译 成蛋白质。 真核 mRNA 的合成与成熟都在核内, 成熟的 mRNA 被运往胞质, 作为模板翻译蛋白 质 , 其 稳 定 性 相 对 较 高 , 达 几 小 时 。
蛋白质合成与翻译的实验探究

蛋白质合成与翻译的实验探究蛋白质是构成生物体的基本组成部分之一,其合成与翻译过程一直是生物学研究的热点之一。
本文将探讨蛋白质合成与翻译的实验方法及其重要性。
一、蛋白质合成的实验方法蛋白质合成实验主要通过体外翻译和体内翻译两种方法进行。
体外翻译是在离体条件下进行的,可以通过添加适当的底物和酶来合成蛋白质。
体内翻译则是在活体细胞内进行的,通过转染外源性DNA或RNA来实现蛋白质的合成。
在体外翻译实验中,最常用的方法是利用细胞提取物作为反应体系。
首先,将细胞破碎并离心,得到细胞提取物。
然后,将所需的mRNA加入反应体系中,通过添加适当的酶和底物,使蛋白质合成反应发生。
最后,通过SDS-PAGE和Western blot等方法对合成的蛋白质进行分析和检测。
在体内翻译实验中,常用的方法是利用细胞转染技术。
通过将外源性DNA或RNA导入细胞内,使其在细胞内进行蛋白质合成。
这种方法可以用来研究蛋白质的功能和调控机制。
例如,科学家可以通过转染外源性基因来研究某个蛋白质在细胞中的定位和相互作用。
二、蛋白质合成与翻译的重要性蛋白质合成与翻译是生物体内最基本的生化过程之一,对于维持细胞功能和生命活动至关重要。
通过实验探究蛋白质合成与翻译的机制,可以深入了解蛋白质的合成过程以及其在细胞中的功能和调控。
首先,蛋白质合成与翻译的实验研究可以揭示蛋白质合成的机制。
通过研究蛋白质合成的各个环节,可以了解mRNA的翻译、核糖体的组装和蛋白质的折叠等过程。
这对于深入理解细胞的生物学过程具有重要意义。
其次,蛋白质合成与翻译的实验研究可以帮助解析蛋白质的功能和调控机制。
蛋白质是细胞的工作马,参与调控细胞的各种生命活动。
通过实验探究蛋白质的合成和翻译过程,可以揭示蛋白质的功能和相互作用。
这对于研究疾病的发生机制和开发新药具有重要意义。
最后,蛋白质合成与翻译的实验研究对于生物技术的发展也具有重要影响。
蛋白质合成与翻译是基因工程和蛋白质工程的基础,通过实验研究可以提高蛋白质的产量和纯度,并开发出更多的蛋白质表达系统。
分子生物学-蛋白质的翻译课件

详细描述
核糖体通过识别mRNA上的起始密码子与mRNA结合,形成 翻译起始复合物。这个过程需要消耗能量,以确保核糖体正 确地定位在起始密码子上。
起始复合物的形成
总结词
起始复合物的形成是翻译过程的重要步骤,它涉及到多个蛋白质和RNA分子的相互作 用。
详细描述
起始复合物的形成涉及多个步骤。首先,核糖体与mRNA结合后,需要招募翻译起始 因子,如IF3和IF2。这些因子帮助核糖体正确地定位在起始密码子上,并确保翻译的准 确性。随后,氨酰-tRNA结合到核糖体的A位点上,准备开始多肽链的合成。至此,起
肽链的延长
01
02
03
肽键的形成
氨基酸在加入到肽链中后, 通过肽键的形成相互连接, 形成多肽链。
转肽酶的作用
转肽酶在肽键形成过程中 起催化作用,促进氨基酸 之间的连接。
核糖体的移动
随着肽链的延长,核糖体 沿着mRNA移动,确保下 一个密码子被正确识别和 翻译。
终止密码子的识别
终止密码子的种类
终止密码子有UAA、UAG和UGA三种,它们作为翻译终止的信号 被核糖体识别。
翻译的起始
02
起始密码子
总结词
起始密码子是mRNA上的一个特定 序列,用于标记蛋白质合成的起始位 置。
详细描述
起始密码子是mRNA上的三个连续的 核苷酸,通常为AUG。它不仅标记了 翻译开始的位点,还决定了从这里开 始合成多肽链的方向。
核糖体与mRNA的结合
总结词
核糖体是负责蛋白质合成的细胞器,它通过与mRNA的结合 开始翻译过程。
无意义校正是指当mRNA上的终止密码子提前出现时,核 糖体会提前终止多肽链的合成。这种机制有助于减少多肽 链的错误合成。
蛋白质翻译

如果错误的氨酰-tRNA进入核糖体的A位,那么由 于错误配对,其缔合能偏低,仅为正确配对的 1/3000,延伸因子会将错误进入的aa-tRNA清除。
原核生物:EF-Tu
真核生物:eEF-1
合,再结合mRNA。
(一)真核生物蛋白质翻译起始
(1)40S核糖体小亚基与起始因子eIF-1和eIF-3结 合,使核糖体大小亚基分离;
(2)形成eIF-2-Met-tRNAMet-GTP三联体复合物; 它们与40S小亚基(包括eIF-1和eIF-3)P位点结 合,形成43S前起始复合物。
(3)在帽子结合复合物起始因子eIF-4F的帮助下, 前起始复合物与mRNA的5’端结合,形成起始复 合物。 eIF-4F复合物包括: eIF-4E(结合到mRNA的5’帽 子结构上)、eIF-4A(解旋酶活性)和eIF-4G(连接 eIF-4E与eIF-3)。
原核生物:EF-T (EF-Tu, EF-Ts)和EF-G
1、AA-tRNA与核糖体A位点的结合
需要消耗GTP,并需EF-Tu、EF-Ts两种延伸因子来进 行能量的再利用。
能量的再生: EF-Tu-GDP+ EF-Ts
EF-Tu-Ts + GDP
EF-Tu-Ts + GTP EF-Tu-GTP + EF-Ts 重新参与下一轮循环
二、真核生物蛋白质翻译(起始) 三、保证蛋白质翻译准确起始的机制(翻译 保真性) 四、复习题
一、原核生物翻译的起始
1. 蛋白质合成装备的组装 2. 模板mRNA在核糖体上的准确定位 3. 起始氨基酸的插入
1. 氨基酸的活化
蛋白质翻译ppt课件

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
33
(二)起始肽链合成的氨基酰-tRNA
真核生物:
Met
Met-tRNAi
原核生物: fMet-tRNAifMet
34
fMet-tRNAifMet的生成:
35
第二节
蛋白质生物合成过程
39
(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。
40
1. 核蛋白体大小亚基分离
IF-1 IF-3
41
2. mRNA在小亚基定位结合
5' IF-3
AUG
IF-1
3'
42
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)
48
• 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)
49
肽链合成的延长因子
原核延 长因子
11
重叠密码
非重叠连续的密码 不连续的密码
12
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)。
蛋白质翻译

蛋白质翻译Protein TranslationProtein translation is the process by which genetic information is decoded to synthesize proteins. It is a key step in gene expression and plays a crucial role in the functioning of living organisms.Translation occurs in the ribosomes, which are large complexes of RNA and proteins. The process begins with the binding of the messenger RNA (mRNA) to the small ribosomal subunit. The ribosome then scans the mRNA for the start codon, which signals the beginning of translation. Next, the large ribosomal subunit joins the small subunit, forming a functional ribosome.The translation process requires transfer RNA (tRNA) molecules, which carry amino acids to the ribosome. Each tRNA has an anticodon that is complementary to the codon on the mRNA. The ribosome moves along the mRNA, matching each codon with the appropriate tRNA molecule. As the ribosome moves, the amino acids carried by the tRNAs are joined together to form a protein chain.There are three main steps in protein translation: initiation, elongation, and termination. During initiation, the ribosome assembles on the mRNA and begins scanning for the start codon. Once the start codon is found, the small ribosomal subunit binds to the mRNA, and the large ribosomal subunit joins to form a functional ribosome.In the elongation phase, the ribosome moves along the mRNA,synthesizing the protein chain. Each codon on the mRNA is recognized by a complementary tRNA molecule, which brings the corresponding amino acid to the ribosome. The ribosome catalyzes the formation of a peptide bond between the amino acids, linking them together in a growing protein chain.Finally, during termination, the ribosome reaches a stop codon on the mRNA, signaling the end of translation. The protein chain is released from the ribosome, and the ribosome subunits dissociate from the mRNA.After translation, the protein chain may undergo further modifications, such as folding into its functional structure or being targeted to specific cellular compartments. These modifications are essential for the protein to carry out its specific functions in the cell.Protein translation is a highly regulated process, with multiple checkpoints to ensure the accuracy and fidelity of protein synthesis. Errors in translation can lead to the production of faulty proteins, which can have detrimental effects on cellular function and contribute to various diseases.In conclusion, protein translation is a complex and essential process in the cell. It involves the decoding of genetic information to synthesize proteins, which are vital for the structure, function, and regulation of living organisms. Understanding protein translation has important implications for both basic science and medical research.。
蛋白质翻译

Protein Biosynthesis (Translation)
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)。
•mRNA结构简图
真核细胞mRNA的结构特点
• 根据这样的推测,在无细胞系统中以这种比例合成的mRNA 产生的氨基酸的比例也应是相应的,这样可以推测出密码子 的组成。
起始密码的确定:
Nirenberg的三联体结合试验是在体外进行的试验, 合成时能从任何一个密码子开始,可以合成任意一 个氨基酸开头的多肽链。分不清哪个是起始密码子
1966年,剑桥分子研究中心A.J.Clark等发现在体内 进行合成的多肽链,其开头在细菌都为甲酰甲硫氨 酸,在真核生物都为甲硫氨酸,且都是从AUG这个 密码子开始,因此,把AUG定为起始密码子。
遗传密码的破译:体外翻译系统
尼伦伯格 (.M.W .Nirenberg)
ATP、GTP、AA*
在体外无细胞蛋白质合成体系中加入人工合成的polyU 开创了 破译遗传密码的先河
提取液(DNA、mRNA、tRNA、核糖 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是苯丙氨酸的密码子)
终止密码子的推测:
Nirenberg 、Khorana的试验都发现UAA、UAG、UGA 三个密码子不能代表任何的氨基酸。
1965年剑桥分子研究中心的Brenner,发现E.coli 一些无义突变型是在色氨酸位置上变化,由 UGG变成UGA,把UGA定为终止密码子 在酪氨酸位置上变化,由UAC 、UAU变成UAA、UAG, 所以把UAA、UAG码子也定为终止密码子
蛋白质翻译(外文版)

Accepting an aminoacyl-tRNA
Forming the peptidyl bonds
Releasing the deacylated tRNA
A site, P site and E site
Section 2
Protein Synthetic Process
General concepts
Section 1
Protein Synthetic System
Protein synthesis requires multiple elements to participate and coordinate.
• mRNA, rRNA, tRNA • substrates: 20 amino acids • Enzymes and protein factors:
• The complex of the GTP-bound IF-2 and the fMet-tRNA enters the P site.
Initiation 4
• The 50S subunit combines with this complex.
• GTP is hydrolyzed to GDP and Pi.
overlapping
Frameshift
2. Degeneracy
• Except Met and Trp, the rest amino acids have 2, 3, 4, 5, and 6 triplet codons.
• These degenerated codons differ only on the third nucleotide.
• A ribosome is composed of a large subunit and a small subunit, each of which is made of ribosomal RNAs and ribosomal proteins.
蛋白质翻译生物化学

疾病发生与治疗
蛋白质翻译的异常与多种疾病的发生和发展密切 相关,如癌症、神经退行性疾病等。因此,对蛋 白质翻译的研究有助于深入理解疾病机制,为疾 病治疗提供新的思路和靶点。
激素调控
一些激素如生长激素和胰岛素可以影响氨基 酸的合成。
05
蛋白质合成的调控
蛋白质合成的调控机制
转录水平调控
通过调节基因的转录,控制蛋白质合成的数量。
转录后水平调控
通过控制mRNA的稳定性、翻译和降解,影响蛋白质的合成。
翻译后水平调控
通过蛋白质的磷酸化、乙酰化等修饰,影响蛋白质的功能。
蛋白质合成的抑制剂
蛋白质翻译的未来展望
1 2 3
新技术发展
随着新技术的发展和应用,蛋白质翻译的研究将 更加深入和精确,有望发现更多未知的蛋白质翻 译机制和功能。
跨学科融合
蛋白质翻译涉及到多个学科领域,未来将有更多 的跨学科融合,推动蛋白质翻译研究的发展和应 用。
个性化医疗
随着个性化医疗的兴起,蛋白质翻译的研究有望 为个体化诊断和治疗提供更精确和有效的方案。
02
遗传密码与tRNA
遗传密码的特性
简并性
遗传密码具有简并性,即一种密码子只能决定一种氨基酸,但一 种氨基酸可能由一种或多种密码子决定。
通用性
遗传密码在不同生物中具有通用性,即生物界中的绝大多数生物都 使用相同的遗传密码。
连续性
遗传密码的阅读具有连续性,即从左到右按照三联体密码的顺序逐 个读取。
蛋白质翻译在医学研究中的应用
疾病诊断与治疗
蛋白质翻译的异常与多种疾病的发生和发展密切相关,通 过对蛋白质翻译的研究可以为疾病诊断和治疗提供新的思 路和方法。
生命科学中蛋白质折叠和翻译的研究

生命科学中蛋白质折叠和翻译的研究蛋白质是生命中不可或缺的一种分子。
它们在机体内扮演着极为重要的角色,一个细胞中包含了数百万甚至上亿个蛋白质,其中每一个蛋白质都拥有着特定的生物学功能。
然而,蛋白质的构成并不是固定不变的,而是需要经过折叠和翻译的过程,这也是生命科学中极为关注的领域。
在本文中,我们将探讨生命科学中蛋白质折叠和翻译的研究。
蛋白质折叠蛋白质折叠是指蛋白质线性序列在空间中的构象变化,包括疏水效应、氢键、疏水键、离子键和范德华力等作用。
蛋白质在折叠的过程中,对于变化的构象非常敏感,即使是很小的构象变化也可能导致其生物学功能失调。
因此,蛋白质的折叠错误或失调可能引发众多疾病,如阿尔茨海默氏病、克罗恩病、帕金森病以及囊性纤维化等。
在蛋白质折叠研究方面,科学家们探索了许多方法来研究蛋白质的折叠过程,例如光学光谱学、核磁共振技术、X射线晶体学等技术手段。
此外,分子动力学模拟也成为了近年来蛋白质折叠研究的热点领域。
蛋白质翻译蛋白质翻译是指RNA通过载体mRNA所携带的信息,被翻译为蛋白质的过程。
蛋白质是由氨基酸组成的,翻译过程需要依赖着RNA、核糖体、tRNA等多种分子的协同作用。
蛋白质的翻译速度非常快,每秒钟可以合成数千个氨基酸。
翻译过程的可控性非常重要,翻译的准确性和速度直接影响蛋白质的功能和机能。
在蛋白质翻译的研究方面,科学家们主要关注着RNA的结构和作用,RNA是生命中重要的核酸之一,其在翻译过程中发挥着关键作用。
去年,美国加州大学圣克鲁兹分校(UC Santa Cruz)的科学家们发现,一类新的蛋白质——CCR4-Not复合物,可以调控编码RNA的稳定性和组装过程,这为RNA在生命中发挥作用提供了全新的视角。
结语蛋白质折叠和翻译是生命科学中极为关注的领域,它们的研究不仅涉及着生物学的基础研究,还直接关系到医学上的临床应用。
未来,我们相信新的技术手段和科学家们的不断努力,能够深化我们对蛋白质折叠和翻译这一重要生命现象的理解。
蛋白质。翻译。遗传密码

蛋白质合成的忠实性取决于AA-tRNA合成酶正确识别相应的tRNA和氨 基酸,使二者结合形成氨酰tRNA。
Aminoacyl- tRNA Synthesis Reaction 氨基酰-tRNA合成两步反应
① 氨基酸活化生成氨酰-腺苷酸。 ② 氨酰基转移到 tRNA 3‘ 末端腺苷残基的2’或3‘-羟基上。
Translation 翻译
翻译:指将mRNA链上的核苷酸从一个特定的起始位点开始,按每三个核
苷酸代表一个氨基酸的原则,依次合成一条多肽链的过程。这一 过程犹如电报的翻译过程,故又将蛋白质的生物合成称为翻译。
Functions of proteins
蛋白质的功能
蛋白质是生命活动的物质基础,几乎所有生物的生命活动过 程都离不开蛋白质。
遗传密码的试拼
1954年 G. Gamov 对破译密码首先提出了设想 ① 若一种碱基对应于一种氨基酸,那么只可能产生4种氨
基酸; ② 若2 个碱基编码一种氨基酸的话,4种碱基共有42=16种
不同的排列组合; ③ 3个碱基编码一种氨基酸,经排列组合可产生43=64种不
同形式 ④ 若是四联密码,就会产生44=256种排列组合。
每个 tRNA 分子至少有两个功能: ① 专一性地识别氨基酸,形成氨基酰-tRNA,是氨基酸活化
阶段;
② 依靠核糖体的特定位点,识别mRNA的密码子。
tRNA 的三个功能区
① 氨基酸结合位点 ② 反密码子区 ③ 识别区
aminoacyl-tRNAs (charged tRNAs) 氨基酰-tRNAs
蛋白质的功能
1. Enzymes 酶
2. Structure and movement 结构与运动
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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)。
64个密码子中61个密码子代表一定的氨基酸,只有3个密码子不代表任何氨基酸,为肽链合成的终止信号。
总之,在DNA或mRNA分子内,每3个相邻核苷酸按其排列序列可体现一种氨基酸或体现蛋白质合成终止信号的,统称为遗传密码(genetic code)。
密码子与各种氨基酸的对应关系如表14-1。
(二)起始信号与终止信号在表14-1的64个密码子中,61个代表氨基酸。
每一种氨基酸少的只有一个密码子,多的可有6个,但以2个和4个的居多。
另有3个密码子(UAA、UAG、UGA)为肽链的终止密码子(terminator codon)不代表任何氨基酸,为终止信号。
密码子AUG具有特殊性,不仅代表甲硫氨酸,如果位于mRNA起始部位,它还代表肽链合成的起始密码子(initiator codon)。
起始密码子常在mRNA的5′端附近。
作为起始信号的AUG与其局部构象有关,而局部构象常取决于AUG邻近核苷酸序列。
例如真核生物起始信号AUG周围最合适的上下文顺序为CC AGCC[AUG]G。
这种上下文顺序如有改动,会使起始效率降低。
非起始部位的AUG不作为起始信号,只代表甲硫氨酸。
(三)方向性与无间隔性mRNA的起动信号到终止信号的排列是有一定方向性的。
起动信号总是位于mRNA的5′侧,终止信号总是在3′侧。
mRNA分子中遗传信息具有方向性(从5′端至3′端)的排列,决定了翻译过程肽链从N端向C端合成的方向性。
mRNmRNA A 的密码子之间无标点符号隔开,所以在相应基因的DNA链上,如因突变插入一个2碱基或缺失一个碱基,都会引起mRNA的阅读框移位(frame shift),使其编码code e)的蛋白质丧失功能。
(cod(四)通用性(universal)从细菌到人,遗传密码可以通用,这一点不仅为地球上的生物来自同一起源的进化学说提供有力依据,而且使我们有可能利用细菌等生物制造人类蛋白质。
UAG G 但遗传密码的通用性有个别例外。
如哺乳动物线粒体的蛋白质合成体系中,UA 不代表终止信号而代表色氨酸,由AGA与AGG代表终止信号,CUA、AUA不代表亮氨酸,却分别代表苏氨酸和蛋氨酸等。
二、氨基酸的“搬运工具”—tRNA体内的20种氨基酸都各有其特定的tRNA,而且一种氨基酸常有数种tRNA,在ATP和酶的存在下,它可与特定的氨基酸结合。
每个tRNA都有1个由3个核苷酸编成的特珠的反密码子(anticodon)。
此反密码子可以根据碱基配对的原则,与mRNA上对应的密码子相配合。
tRNA上的反密码子,只有与mRNA上的密码子相对应时,才能结合。
因此,在翻译时,带着不同氨基酸的各个tRNA就能准确地在核糖体上与mRNA的密码子对号入座。
(一)密码子与反密码子的摆动配对本书第3章已经介绍,DNDNA A双股结构中的碱基配对原则很严格,必须A与T,或G与C相配。
但tRNA的反密码子中的第1个核苷酸与mRNA的第3个核苷酸(由5′端向3′端方向计数)配对时,并不严格遵循这一原则,除A—U(相当于DNA中的T)G—C可以配对外,U—G,I—C,I—A亦可相配(表14-2),此种配对称为摆动配对(wobble base pair)或不稳定配对。
(二)起始tRNA与普通tRNA普通tRNA只在肽链延长阶段起作用。
例如tRNA met就是普通tRNA中的一员,上标“met”表示它是甲硫氨酸的tRNA,可携带甲硫氨酸,识别mRNA非起始部位的AUG。
3起始tRNA(tRNAimet)与众不同,下标“i”代表起始(initiation)。
它在蛋白质合成的起始中起重要作用,它是识别mRNA起始部位AUG的tRNA。
此种tRNtRNA A 在真核生物携带蛋氨酸,在原核生物携带经过甲酰化的甲硫氨酸。
甲酰甲硫氨酰tRNAi met是甲硫氨酰tRNAim et在原核生物中经甲硫氨酰tRNA转甲酰基酶催化后的产物。
三、肽链合成的“装配机”—核糖体核糖体由大小不同的两个亚基所组成,这两个亚基分别由不同的RNA分子(称为rRNA)与多种蛋白质分子共同构成的。
原核生物的核糖体为70S,由3030S S 小亚基与50S大亚基组成;真核生物的核糖体为80S,由30S小亚基与50S大亚基组成。
胞质中的核糖体分为两类,一类附着于粗面内质网,主要参与白蛋白,胰岛素等分泌蛋白质的合成;另一类游离于胞质,主要参与细胞固有蛋白质的合成。
(一)转肽酶以及给位与受位核糖体相当于“装配机”能够促进tRNA所带的氨基酸缩合成肽。
核糖体有2个位置分别称为给位(donor site)与受位(acceptor site),供携带氨基酸或新生肽链的tRNA附着。
给位又称为P位(peptidyl site,肽位);受位有时又称A 位(aminoacyl site,氨基酰位)。
核糖体的大亚基具有转肽酶(transpeptidase)活性,可使附着于给位上的肽酰tRNA转移到受位上tRNA所带氨基酸上,使两者缩合,形成肽键。
(二)多核糖体在细胞内合成蛋白质的核糖体并不是单个核糖体,而是多个核糖体聚在一起的多核糖体。
多核糖体中的各个核糖体可在同一时间内与同一个mRNA相连,如图14-1。
在一条mRNA上可以同时合成多条同样的多肽链。
多核糖体合成肽链的效率甚高,其每一个核糖体每秒钟可翻译约40个密码子,即每秒钟可以合成相当于一个由40个左右氨基酸残基组成的,分子量约为4000的多肽链。
4第二节蛋白质的合成过程蛋白质生物合成的具体步骤包括:①氨基酸的活化与活化氨基酸的搬运;②活化氨基酸在核糖体上的缩合。
前者是后者的准备阶段,后者是蛋白质合成的中心环节。
一、氨基酸的活化与转运在蛋白质分子中,氨基酸借其—NH2基及—COOH基互相联结成肽。
氨基酸的活化过程及其活化后与相应tRNA的结合过程,都是由同一类酶所催化;此类酶称为氨基酰tRNA合成酶(aminoacyl-tRNA synthetase)。
氨基酰t RNA合成酶催化的反应必须有ATP参加,其反应步骤如下:(一)氨基酸的活化与转运是酶促需能反应首先,在酶促下ATP分解为焦磷酸与AMP;AMP、酶及氨基酸三者结合成为一种中间复合体。
在复合体中,氨基酸的羧基与磷酸腺苷的磷酸以酐键相联,变为活化的氨基酸。
进入称为“核糖体循环”(ribosomal cycle)的氨基酸缩合成肽过程。
(二)氨基酰tRNA合成酶对氨基酸的高度专一性保证了翻译的准确性(fidelity)氨基酰tRNA合成酶在胞液中存在,具有高度专一性。
它们既能识别特异的氨基酸,又能辨认该氨基酸的专一tRNA分子。
氨基酰tRNA合成酶分子中有两个位点:一个位点能从多种氨基酸中选出与其对应的一种,与专一氨基酸结合;另一位点为水解位点,在酶与专一tRNA分子结合后,起校对作用,将错误结合的氨基酸水解释放。
tRNA所携带的氨基酸,是通过“核糖体循环”在核糖体上缩合成肽,完成翻译过程的,现以原核生物中蛋白质生物合成为例,将核糖体循环人为地分为起始、肽链延长(elongation)和终止(termination)三个阶段进行介绍。
二、肽链合成的起始在蛋白质生物合成的起始阶段,核糖体的大、小亚基,mRNA与甲酰甲硫氨酰5met共同构成70S起始复合体。
这一过程需要一些称为起始因子(initiation tRNAifactor,简称IF)的蛋白质以及GTP与镁离子的参与(图14—3)。
已知原核生物中的起始因子有3种。
IF3可使核糖体30S亚基不与50S亚基结合,而与mRNA结合(表14—3),IF1起辅助作用。
IF2特异识别甲酰甲硫氨酰tRNAi met,可促进30S亚基与甲酰甲硫氨酰tRNAi m et结合,在核糖体存在时有GTP 酶活性。
起始阶段可分两步:先形成30S起始复合体,再形成70S起始复合体。
(一)30S起始复合体的形成原核生物mRNA的5′端与起始信号之间,相距约25个核苷酸,此处存在富含嘌呤区(如AGGA或GAGG),称为Shine-Dalgarno(SD)序列。
核糖体3030S S 亚基的16S rRNA有一相应的富含嘧啶区可与SD序列互补。
由此,30S亚基在IF3与IF1的促进下,与mRNA的起始部位结合。
met结合,形成三元复合物,并IF2在GTP参与下可特异与甲酰甲硫氨酰tRNAi使此三元复合物中tRNA的反密码子与上述30S亚基上mRNA的起始密码子互补结合,形成30S起始复合体(图14-3)。
met及IF1、所以,30S起始复合体是由30S亚基、mRNA、甲酰甲硫氨酰tRNAiIF2、IF3与GTP共同构成。