蛋白质翻译
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蛋白质的生物合成(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
标赖
标苏
×
说明赖氨酸密码子是AAA
标色
×
体外翻译系统
• 混合共聚物(mixed copolymers)实验对密码子中碱基组成的 测定:按一定的碱基比例来合成RNA(1963年，Speyer和Ochoa 等)。 碱基比为U:G＝5:1， 三联体8种：UUU，UUG，UGU，GUU，GGG，GGU，GUG，UGG。 UUU:UGG ＝（5´5´5）:（5´1´1）＝25:1 UUU:UUG＝5:1
许多氨基酰-tRNA合成酶似乎含有第二个活性部位， 叫做校正部位，用于水解非正确组合的氨基酸和 tRNA之间形成的共价联系。
例如，异亮氨酸与缬氨酸只有一个甲基的差异， 较难区别。异亮氨酸-tRNA合成酶能够在酰化部位 区分这两种氨基酸，然而也会偶尔生成缬氨酰tRNA。当异亮氨酸-tRNA合成酶遇到缬氨酰-tRNA 时，它的水解活性部位就会将其水解掉。
• 二级结构
tRNA
氨基酸臂
反密码子环
氨基酸的活化
（一）氨酰-tRNA合成酶帮助氨基酸结合到 特定的tRNA上
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
（二）氨基酰-tRNA合成酶能够纠正酰化错误
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）
tRNA与氨基酸的活化
当通过将特定氨基酸连接 到它们的3'-末端变成氨基 酰基-tRNA时，tRNA分 子在蛋白质合成中充当衔 接分子。
氨基酸臂
反密码环
tRNA
• 功能:应接器 1.结合氨基酸:氨基酸各有其特异的tRNA携带，
一种氨基酸有几种tRNA携带，结合需要ATP供 能,氨基酸结合在tRNA 3’-CCA的位置 2.反密码子:每种tRNA的反密码子，决定了所带 氨基酸能准确的在mRNA上对号入座
m7G-5´ppp-N-3 ´ p
Poly(A)尾巴的功能 ① 是mRNA由细胞核进入细胞质
所必需的形式 ② 它大大提高了mRNA在细胞质
中的稳定性ຫໍສະໝຸດ Baidu
5´ “帽子 ”
帽子结构功能
① 使mRNA免遭核酸酶的破坏 ② 使mRNA能与核糖体小亚基结合并开始
合成蛋白质 ③ 被蛋白质合成的起始因子所识别，从
而促进蛋白质的合成。
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
PolyA 3´ AAAAAAA-OH
mRNA上存在遗传密码
mRNA分子上从5至3方向，由AUG开始， 每3个核苷酸为一组，决定肽链上某一个氨 基酸或蛋白质合成的起始、终止信号，称 为三联体密码（triplet codon）。
遗传密码的破译
• 基因密码的破译是六十年代分子生物学最辉煌的成就； • 1954年，物理学家George Gamow的数学推理（43=64 ）； • 1961年，Brenner和Crick首先肯定了三个核苷酸的推理 ；
同样方法证明了CCC是脯氨酸的密码 子，AAA是赖氨酸的密码子。
每一个试管中的20种氨基酸只用14C标记一种氨基 酸，共用20个试管，结果发现用人工合成的多聚U 时得到的是多聚苯丙氨酸，说明苯丙氨酸的遗传密 码是UUU
AAAAAA 20a tRNA ase
AAAAAAA 20a tRNA ase
AAAAAAA 20a tRNA ase
• 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。
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
标赖
标苏
×
说明赖氨酸密码子是AAA
标色
×
体外翻译系统
• 混合共聚物(mixed copolymers)实验对密码子中碱基组成的 测定:按一定的碱基比例来合成RNA(1963年，Speyer和Ochoa 等)。 碱基比为U:G＝5:1， 三联体8种：UUU，UUG，UGU，GUU，GGG，GGU，GUG，UGG。 UUU:UGG ＝（5´5´5）:（5´1´1）＝25:1 UUU:UUG＝5:1
许多氨基酰-tRNA合成酶似乎含有第二个活性部位， 叫做校正部位，用于水解非正确组合的氨基酸和 tRNA之间形成的共价联系。
例如，异亮氨酸与缬氨酸只有一个甲基的差异， 较难区别。异亮氨酸-tRNA合成酶能够在酰化部位 区分这两种氨基酸，然而也会偶尔生成缬氨酰tRNA。当异亮氨酸-tRNA合成酶遇到缬氨酰-tRNA 时，它的水解活性部位就会将其水解掉。
• 二级结构
tRNA
氨基酸臂
反密码子环
氨基酸的活化
（一）氨酰-tRNA合成酶帮助氨基酸结合到 特定的tRNA上
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
（二）氨基酰-tRNA合成酶能够纠正酰化错误
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）
tRNA与氨基酸的活化
当通过将特定氨基酸连接 到它们的3'-末端变成氨基 酰基-tRNA时，tRNA分 子在蛋白质合成中充当衔 接分子。
氨基酸臂
反密码环
tRNA
• 功能:应接器 1.结合氨基酸:氨基酸各有其特异的tRNA携带，
一种氨基酸有几种tRNA携带，结合需要ATP供 能,氨基酸结合在tRNA 3’-CCA的位置 2.反密码子:每种tRNA的反密码子，决定了所带 氨基酸能准确的在mRNA上对号入座
m7G-5´ppp-N-3 ´ p
Poly(A)尾巴的功能 ① 是mRNA由细胞核进入细胞质
所必需的形式 ② 它大大提高了mRNA在细胞质
中的稳定性ຫໍສະໝຸດ Baidu
5´ “帽子 ”
帽子结构功能
① 使mRNA免遭核酸酶的破坏 ② 使mRNA能与核糖体小亚基结合并开始
合成蛋白质 ③ 被蛋白质合成的起始因子所识别，从
而促进蛋白质的合成。
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
PolyA 3´ AAAAAAA-OH
mRNA上存在遗传密码
mRNA分子上从5至3方向，由AUG开始， 每3个核苷酸为一组，决定肽链上某一个氨 基酸或蛋白质合成的起始、终止信号，称 为三联体密码（triplet codon）。
遗传密码的破译
• 基因密码的破译是六十年代分子生物学最辉煌的成就； • 1954年，物理学家George Gamow的数学推理（43=64 ）； • 1961年，Brenner和Crick首先肯定了三个核苷酸的推理 ；
同样方法证明了CCC是脯氨酸的密码 子，AAA是赖氨酸的密码子。
每一个试管中的20种氨基酸只用14C标记一种氨基 酸，共用20个试管，结果发现用人工合成的多聚U 时得到的是多聚苯丙氨酸，说明苯丙氨酸的遗传密 码是UUU
AAAAAA 20a tRNA ase
AAAAAAA 20a tRNA ase
AAAAAAA 20a tRNA ase
• 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。