15.蛋白质翻译-20131205
蛋白质翻译
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）。
蛋白质的翻译
ProteinsLu Linrong （鲁林荣）PhDLaboratory of Immune Regulation Institute of Immunology Zhejiang University ，School of Medicine Medical Research Building B815-819Email: Lu.Linrong@ Website: /llrMolecular BiologyWhy study proteins?•Part of the central dogma•Proteins are coded by genes•They play crucial functionalroles in almost everybiological processThe life cycle of a protein•Where does a protein come from?•How is a protein processed, modified, translocated to the proper place and degraded?•How to describe theare the functions?••Protein synthesis (Translation) 蛋白质翻译•Protein maturation (folding, modification) and degradation 蛋白质成熟,降解Structure and function of protein 蛋白质的结构与功能•Methods: protein-protein interaction et al 蛋白-蛋白相互作用Protein SynthesisReference and further readings: Chapter 30: Protein Synthesis, Biochemistry, Reginald H.Garrett & Charles M. GrishamChapter 8: Protein Synthesis, Gene IX, Lewin Benjamin Internet Tools: Google, Wiki ……What is translation?--it is the story about decoding the genetic information contained in messenger RNA (mRNA) into proteins.Translation is a big issue for a living cell In rapid growing bacterial cells, protein synthesis consumes80% of the cell’s energy50% of the cell’s dry weightRNAs as both template and machienary:1.mRNAs(~5% of total cellular RNA)2.tRNAs (~15%)3.aminoacyl-tRNA synthetases (氨酰tRNA合成酶)4.ribosomes(~100 proteins and 3-4 rRNAs--~80%)The genetic code is the set of rules by which information encoded in genetic material (DNA or mRNA sequence) is translated into proteins (amino acid sequences) by living cells.The code defines how sequences of three nucleotides, called codons , specify which amino acid will be added next during protein synthesis.Genetic CodeGeorge Gamow (Russian-born theoretical physicist) postulatedthat a three-letter code must be employed to encode the 20standard amino acids used by living cells to encode proteins.With four different nucleotides, a code of 2 nucleotides couldonly code for a maximum of 42or 16 amino acids. A code of 3nucleotides could code for a maximum of 43or 64 amino acids.The Crick, Brenner, Barnett, Watts-Tobin experiment of 1961 demonstrated that three bases of DNA code for one amino acid in the genetic code. The experiment elucidated the nature of gene expression and frameshift mutations.In the experiment, proflavin-induced mutations of the T4 bacteriophage gene, rIIB, were isolated. Proflavin causes mutations by inserting itself between DNA bases, typically resulting in insertion or deletion of a single base pair.The mutants produced by Crick and Brenner could not produce functional rIIB protein because the insertion or deletion of a single nucleotide caused a frameshift mutation. Mutants with two or four nucleotides inserted or deleted were also nonfunctional. However, the mutant strains could be made functional again by using proflavin to insert or delete a total of three nucleotides. This proved that the genetic code uses a codon of three DNA bases that corresponds to an amino acid.The Crick, Brenner, Barnett, Watts-Tobin experiment of 1961The first elucidation of a codon was done by Marshall Nirenberg(sit) and Heinrich J. Matthaei (stand) in 1961 at the National Institutes of Health. They used a cell-free system to translate a poly-uracil RNA sequence (i.e., UUUUU...) and discovered that the polypeptide that they had synthesized consisted of only the amino acid phenylalanine.Similar approaches were taken to decode other codes.Genetic CodeGenetic Code•Start codon: AUG-methionine•Stop codon: UGA, UAA, UAG •Degeneracy: 61 triplets code for 20 amino acids •UniversalProtein Synthesize Machinery•mRNA: the template•tRNA: the amino acid carrier•Ribosome (rRNA &ribosomal proteins): thetranslation apparatus withcatalyzing activityMessenger RNA:Transcribed from DNA and Carries the genetic information out of the nucleus into cytoplasm for protein synthesistRNA•tRNA contains 60-95 nt, commonly 76.•Deliver amino acids to the translational complex.•Binds to mRNA through 3-base anticodon complementary to codon in mRNA.•In bacteria, there are 30-40 tRNAs with different anticodons.In animal and plant cells, about 50 different tRNAs are found. (Coden preference in bacteria and human)•"Wobble" during reading of the mRNA allows some tRNAs to read multiple codons that differ only in the 3rd base.tRNA secondary structure (cloverleaf )•tRNA secondary structureconsistis of stem& loopdomains.•Double helical stem domainsarise from base pairingbetween complementarystretches of bases within thesame strand.•Loop domains occur wherelack of complementarity or thepresence of modified basesprevents base pairing.tRNA tertiary structure (L-shaped)•RNA tertiary structuredepends on interactionsof bases at distant sites.•These interactionsgenerally involve non-standard base pairingand/or interactionsinvolving three or morebases.•Unpaired adenosinespredominate inparticipating in non-standard interactionsthat stabilize tertiary RNAstructures.Synthesis of Aminoacyl-tRNAClass I Class IICodon-Anticodon Recognition Involves WobblingAnti-parallelThe Components of RibosomeRibosome structure----2009 Nobel PrizeThe Components of RibosomeThe Components of RibosomeTwo-dimensional polyacrylamide gel analysis of ribosomal proteins extracted from 50 S subunitsWower I K et al. J. Biol. Chem. 1998;273:19847-19852Structure of RibosomeStructure of Ribosome http://www.molgen.mpg.de/~ag_ribo/ag_franceschi/franceschi-projects-30S-2.htmlhttp://www.molgen.mpg.de/~ag_ribo/ag_franceschi/franceschi-projects-50S-2.html 30 S subunit 50S subunitRibosome from D. radiodurans (耐辐射球菌)Ribosome Has Several Active CentersA site(acceptor site): exposes thecodon representing the next aminoacid due to be added to the chain.P site(donor site): nascentS1polypeptide chain lies. The codonrepresenting the most recent addedamino acid.E site: a temporary tRNA-binding site.S1 site: has a strong affinity forsingle-stranded nucleic acid, and isresponsible for the initial binding of30S subunits to mRNA and initiatortRNA .Protein Synthesis Occurs by Initiation, Elongation, and Termination•Protein synthesis falls into thethree stages: Initiation,Elongation, Termination.•Different sets of accessory factorsassist the ribosome at each stage.•Energy is provided at variousstages by the hydrolysis ofguanine triphosphate (GTP).•Initiation Involves Base PairingBetween mRNA RBS(ribosome binding site) and rRNA •Initiation Needs Accessory Factors (Initiation Factors, IFs)• A Special Initiator tRNA (fMet-tRNAf) Starts the Polypeptide Chain•Small Subunits Scan for Initiation Sites on Eukaryotic mRNA• A rate-limiting stepCritical event:begin protein synthesis at the start codon, thereby setting the stage for the correct in-frame translation of the entire mRNA.Main mechanisms:Base pairing between mRNA and rRNABase pairing between mRNA and tRNAfMet-tRNA i Met can only bind at the P site to begin synthesis Participants:fMet-tRNA i MetmRNAIFssmall subunitlarge subunitInitiation Involves Base Pairing Between mRNAand rRNA•An initiation site on bacterialmRNA consists of the AUGinitiation codon preceded with agap of -10 bases by the Shine-Dalgarno polypurine hexamer (SDsequence).•The rRNA of the 30S bacterialribosomal subunit has acomplementary sequence thatbase pairs with the SD sequenceduring initiation.Small Subunits Scan for Initiation Sites onEukaryotic mRNA•Eukaryotic 40S ribosomal subunits bind to the 5' end of mRNA and scan the mRNA until they reach an initiation site.•The eukaryotic initiation site consists of a ten nucleotide sequence that includes an AUG codon. •60S ribosomal subunits join the complex at the initiationsite.Cozak sequence•Cozak sequence: NNN(A/G)NN AUG G•IRES (Internal ribosome entry site): Independent of 5’cap; co-expression of two proteinsCozak sequence vsIRESCozak sequence vs IRESInitiation in bacteria needs 30S subunits andaccessory factorsInitiation factors (IF in prokaryotes, eIFin eukaryotes) are proteins that associatewith the small subunit of the ribosomespecifically at the stage of initiation ofprotein synthesis.They are released when the 30S associatewith 50S subunit to form 70S ribosome.Bacterial rRNA plays a direct role in recruitingthe small ribosomal subunit to a translationstart site on the mRNA:Shine-Dalgarno sequence is complementaryto the 3 terminus of the 16S rRNA.IF2 has a ribosome-dependent GTPase activity.Energy is needed to form an active ribosome.The Function of Initiation Factors in Bacteria Initiation factors: IF-1, IF-2, and IF-3.IF-3 is needed for 30S subunits to bind specifically to initiation sites in mRNA.IF-2binds a special initiator tRNA and controls its entry into the ribosome.has a ribosome-dependent GTPase activityIF-1binds to 30S subunit in the A site as a part of the complete initiation complex. Associates Prevents an aminoacyl-tRNA from entering. Modulates IF2 binding to the ribosome.A Special Initiator tRNA Starts the PolypeptideChainThe initiator N-formyl-methionyl-tRNA(fMet-tRNAf) is generated by formylation(甲酰化) of methionyl-tRNA, using formyl-tetrahydrofolate (四氢叶酸脂) as cofactor.fMet-tRNAf has unique features thatdistinguish it as the initiator tRNA.Protein Synthesis ElongationProtein Synthesis Elongation Essentials:1)mRNA: 70S ribosome: peptidyl-tRNAcomplex1)Aminoacyl-tRNAs2)Elongation factors3)GTPThe ribosome has three tRNA-binding sites.An aminoacyl-tRNA enters the A site.Peptidyl-tRNA is bound in the P site.Deacylated tRNA exits via the E site.An amino acid is added to the polypeptide chain by transferring the polypeptide from peptidyl-tRNA in the P site to aminoacyl-tRNA in the A site.The Process of ElongationElongation Steps:1.Binding of incoming aminoacyl-tRNAat A site.2.Peptide bond formation：transfer ofthe peptidyl chain from the tRNAbearing it to the –NH2 group of thenew AA.3.Translocation of the one-residue-longer peptidyl-tRNA to the P siteElongation Factor Tu Loads Aminoacyl-tRNA intothe A Site•EF-Tu is a monomeric Gprotein whose active form(bound to GTP) bindsaminoacyl-tRNA.•The EF-Tu-GTP-aminoacyl-tRNA complex binds to theribosome A site.The Polypeptide Chain Is Transferred toAminoacyl-tRNA•The 50S subunit (mainly 23SrRNA) has peptidyltransferase activity.•The nascent polypeptidechain is transferred frompeptidyl-tRNA in the P siteto aminoacyl-tRNA in the Asite.•Peptide bond synthesisgenerates deacylated tRNAin the P site and peptidyl-tRNA in the A site.Translocation Moves the Ribosome•The hybrid state modelproposes that translocationoccurs in two stages:•First, the 50S moves relativeto the 30S;•Second, the 30S movesalong mRNA to restore theoriginal conformation.Translocation requires EF-G•EF-G is a G protein whichresembles the aminoacyl-tRNA-EF-Tu-GTP complex.•Binding of EF-Tu and EF-G tothe ribosome is mutuallyexclusive.•EF-G binds to the ribosome tosponsor translocation.•The hydrolysis of GTP is neededto release EF-G.PolyribosomesActive protein-synthesizing units consist of an mRNA with several ribosomes attached to it. Such structures are polyribosomes or polysomes.Termination •The codons UAA, UAG , and UGAterminate protein synthesis.•Termination codons are recognized by protein release factors (RF).•The structures of the class 1 release factors resemble aminoacyl-tRNA-EF-Tu and EF-G.•The class 1 release factors respond to specific termination codons and hydrolyze the polypeptide tRNA linkage.The Process of Termination•The RF (release factor)terminates proteinsynthesis by releasing theprotein chain.•The RRF (ribosome recyclingfactor) releases the lasttRNA.•EF-G releases RRF, causingthe ribosome to dissociate.Movie Here!Eukaryotic Translation InitiationEukaryotic 48s initiation complexRegulation of Eukaryotic Translation InitiationRegulation of initiation factor 4ERegulation of initiation factor eIF-2Regulation by microRNAsRegulation of initiation factor 4E4E-BP binds to 4E as a limitingstep for initiationGrowth signals activate mTOR,which will in turn phosphorylate4E-BPPhosphorylated 4E-BPdissociates from 4EFree 4E assemble with othereIF4 members and bind to theCap of mRNATranslation initiatedStress/Starvation will block theactivation of mTOR pathwayRegulation of initiation factor 4E•Closely related tometabolic andenvironmental status•eIFs•eIF-binding protein: 4E-BP1Cell Signaling Technology。
proteins翻译
proteins翻译proteins的中文翻译为蛋白质。
蛋白质是生命体内重要的营养物质，由氨基酸构成。
它在维持身体健康和功能方面起着重要作用。
以下是一些蛋白质的用法和中英文对照例句：1. 蛋白质的功能：- 蛋白质是构成细胞、组织和器官的基本组成部分。
Proteins are the basic building blocks of cells, tissues, and organs.- 蛋白质参与细胞信号传导和调节生物化学反应。
Proteins are involved in cell signaling and regulating biochemical reactions.- 蛋白质在免疫系统中起到抗体和免疫调节剂的作用。
Proteins play a role in the immune system as antibodies and immune modulators.- 蛋白质在运输和储存营养物质方面具有重要功能。
Proteins have important functions in transporting and storing nutrients.- 蛋白质参与肌肉收缩和运动能力的维持。
Proteins are involved in muscle contraction and maintaining physical performance.2. 蛋白质的来源：- 动物性食品，如肉、鱼、奶制品和蛋类，富含高质量的蛋白质。
Animal-based foods such as meat, fish, dairy products, and eggs are rich sources of high-quality proteins.- 植物性食品，如豆类、谷物、坚果和种子，也含有蛋白质。
Plant-based foods such as legumes, grains, nuts, and seeds also contain proteins.- 蛋白质补充剂可以作为蛋白质摄入的补充或替代品。
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-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。
第15章蛋白质翻译
ATP
mRNA
③
elF4E, elF4G, elF4A,
elF4B,PAB
ADP+Pi
60S
①
eIF-2B、eIF-3、 eIF-6
40S
60S
Met
elF-5
④
Met
各种elF释放 GDP+Pi
真核生物翻译起始 复合物形成过程
二、肽链合成延长
指根据mRNA密码序列的指导，次序添加 氨基酸从N端向C端延伸肽链，直到合成终止 的过程。
从核蛋白体释放出的新生多肽链不具备蛋 白质生物活性，必需经过不同的翻译后复杂加 工过程才转变为天然构象的功能蛋白。
主要包括:
多肽链折叠为天然的三维结构 肽链一级结构的修饰 高级结构修饰
一、多肽链折叠为天然功能构象的蛋白质
新生肽链的折叠在肽链合成中、合成后完成，新 生肽链N端在核蛋白体上一出现，肽链的折叠即 开始。可能随着序列的不断延伸肽链逐步折叠， 产生正确的二级结构、模序、结构域到形成完整 空间构象。
1. 核蛋白体大小亚基分离
IF-1 IF-3
2. mRNA在小亚基定位结合
5'
AUG
3'
IF-1
IF-3
S-D序列
3. 起始氨基酰tRNA( fMet-tRNAimet )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
IF-2 GGDTPPPi
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）
蛋白质的翻译课件
一是作为领导干部一定要树立正确的 权力观 和科学 的发展 观，权 力必须 为职工 群众谋 利益， 绝不能 为个人 或少数 人谋取 私利
3．tRNA的种类 ➢ 起始tRNAi和延伸tRNAe 原核生物：fMet-tRNAifMet；真核生物：Met-tRNAiMet 原核Met残基被N-甲酰化的形式，由转甲酰基酶催化。 ➢ 同工tRNA 均专一于相同的氨酰-tRNA合成酶 ➢ 校正tRNA 抑制无义突变和错义突变
ATP +
氨基酸
第ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ步
PPi
氨
基
E-AMP
酸
氨酰腺苷酸
的
活
化
AMP
第二步
E
3-氨酰-tRNA
AA
E
AA
E
tRNA
AA tRNA
AA
E
AA
E
tRNA
E
一是作为领导干部一定要树立正确的 权力观 和科学 的发展 观，权 力必须 为职工 群众谋 利益， 绝不能 为个人 或少数 人谋取 私利
+H2N-CH-COO-tRNA CH2 CH2 S
2.核糖体的功能
原核细胞70S核糖体的A位、P位 及mRNA结合部位示意图
一是作为领导干部一定要树立正确的 权力观 和科学 的发展 观，权 力必须 为职工 群众谋 利益， 绝不能 为个人 或少数 人谋取 私利
3.核糖体循环
一是作为领导干部一定要树立正确的 权力观 和科学 的发展 观，权 力必须 为职工 群众谋 利益， 绝不能 为个人 或少数 人谋取 私利
36 proteins
原核生物的核糖体
原核生物核糖体结构示意图
一是作为领导干部一定要树立正确的 权力观 和科学 的发展 观，权 力必须 为职工 群众谋 利益， 绝不能 为个人 或少数 人谋取 私利
5蛋白质翻译
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）。
从mRNA 5端起始密码子AUG到3端终止
密码子之间的核苷酸序列，各个三联体密码 连续排列编码一条多肽链，称为开放阅读框 架(open
5' 7 m Gppp
reading frame, ORF)。
编码区 ORF AUG UAA 3' AAA……An
5'非翻译区
3'非翻译区
2、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 ；
U
One tRNA anticodon may pair with as many as three codons.
3、遗传密码的特点
(1)连续性（commaless） :两个密码子之间无 任何核苷酸加以隔开和重叠，如插入/删除 碱基，可发生移码突变或框移
5′…. UACGGACAUCUG….3′
酪 插入 甘 组 蛋
5′….UACCGGACAUCUG….3′
酪 精 苏 半胱
缺失
5′…. UACGACAUCUG….3′
核苷酸结合技术
Nirenberg和Leder,1964
核苷酸结合技术
翻译蛋白质
翻译蛋白质Protein TranslationProtein translation, also known as protein biosynthesis, is the process by which cellular ribosomes synthesize proteins. This process occurs in all living organisms and is crucial for maintaining various cellular functions.The process of protein translation involves several steps. Firstly, the DNA sequence of a gene is transcribed into a complementary RNA sequence through a process called transcription. This RNA molecule, known as mRNA (messenger RNA), carries the genetic information from the DNA to the ribosome for protein synthesis.Next, the mRNA molecule is transported out of the nucleus and into the cytoplasm, where the ribosomes reside. The ribosome binds to the mRNA at a specific location called the start codon, which marks the beginning of a protein-coding sequence.Once the ribosome has recognized the start codon, it begins the process of protein synthesis. The ribosome moves along the mRNA molecule, reading the genetic code in the form of codons - three nucleotide bases that specify a particular amino acid or signal the termination of protein synthesis.At each codon, the ribosome recruits a specific transfer RNA (tRNA) molecule that carries the corresponding amino acid. The tRNA molecule recognizes the codon through its anticodon, a complementary sequence of nucleotides. This ensures that the appropriate amino acid is added to the growing protein chain.As the ribosome continues to move along the mRNA, it joins the amino acid carried by each tRNA to the growing protein chain through a peptide bond. This process repeats until the ribosome encounters a stop codon, indicating the completion of protein synthesis.After protein translation, the newly synthesized protein undergoes further modifications to become functional. These modifications may include folding, post-translational modifications such as phosphorylation or glycosylation, and subcellular localization.The accuracy and efficiency of protein translation are essential for cellular health. Errors in translation can lead to the production of faulty proteins, which can have detrimental effects on cellular functions and contribute to the development of various diseases.In conclusion, protein translation is a complex and highly regulated process that is vital for the synthesis of functional proteins. Understanding the mechanisms of protein translation can provide valuable insights into cellular processes and disease mechanisms.。
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。
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蛋白质翻译 Translation
罗开珺 研究员 硕士生导师 kaijun_luo@ 2013.12.05
第一节 参与蛋白质合成的物质 1、mRNA是翻译的模板 2、核糖体是肽链合成的场所 3、tRNA和氨基酰tRNA 第二节 蛋白质生物合成过程 1、肽链的起始 2、肽链的延长 3、肽链合成的终止 第三节 蛋白质的运输和翻译后的修饰 第四节 抗生素对翻译的抑制作用
tRNA上的两个关键活性部位： 氨基酸臂和反密码子环
氨酰-tRNA的生成
氨基酸＋ATP－E 氨酰－AMP-E + PPi 氨酰-AMP-E + tRNA 氨酰-tRNA + AMP + E E : 氨酰-tRNA合成酶，具高度专一性 1 . 存在于胞质中 2 . 需ATP供能, 需Mg++, Mn++ • 3 . 有二个识别位点 • • • •
3、终止
蛋 白 质 合 成 的 终 止 过 程
Termination
TRP
PRO
MET
ARG
E Site mRNA GCU RF 5’ – U U C C U A G G A G G U U U G G C C U –AUG-CGA-UAGP Site A Site Ribosome Subunit
基因内一对碱基的缺失或增加
2. 核糖体是蛋白质合成的工厂
核糖体（ribosome)
• • • • • 1、有容纳mRNA的通道 2、能结合起始、延长及终止因子等 3、有A位（acceptor site)和P位(donor site). 4、有转肽酶活性，催化肽键形成 5、大亚基上有延长因子依赖的GTP酶活性， 可为转肽提供能量。
Initiation
Consensus Shine Dalgarno Sequence
mRNA 5’ – U U C C U A G G A G G U U U G A C C U –AUG-CGA-GCU-UCCUCCIF-1 rRNA P Site A Site Ribosome 30 s Subunit
多聚核糖体
• 在一条mRNA上常 有多个核糖体呈 串珠状排列，核 糖体是以多核糖 体形式存在。
• 多核糖体的形成 是由于一条mRNA 链上多个部位有 核糖体在进行蛋 白质合成，这样 可以大大加速蛋 白质合成的速度， mRNA得到充分的 利用。
3. tRNA和氨基酰tRNA
• • • • tRNA在蛋白质翻译中起接合的作用。 tRNA的氨基酸臂上携带氨基酸。 tRNA分子的反密码环与mRNA上的密码配对。 密码-反密码-氨基酸三联体保证了翻译的准 确性。
GTP
GDP + Pi
fMET
UAC
ARG
E Site mRNA GCU 5’ – U U C C U A G G A G G U U U G A C C U –AUG-CGA-GCU-U P Site A Site Ribosome Subunit
E Site mRNA GCUCGA 5’ – U U C C U A G G A G G U U U G A C C U –AUG-CGA-GCU-U P Site A Site Ribosome Subunit
氨酰tRNA合成酶在遗传信息传递中的意义：
氨酰 tRNA 合成 酶
氨基酸
第二次识别
氨酰 tRNA
氨酰tRNA
反密码子
密码子 mRNA
tRNA-反密码子
第一次识别
氨酰-tRNA的书写
• Arg-tRNAarg • Met-tRNAmetm • fMet-tRNAmetf
• 原核生物起始密码子需要在 Met-tRNAmetf上进行甲酰化， 而真核生物不需要。 • Met-tRNAmetf+FH4-CHO
转甲酰基酶 fMet-tRNAmetf
二、蛋白质合成过程
• 起始 • 延长 • 终止
1、蛋白质合成的起始识别
原核生物翻译的起始识别：S-D序列
在起始密码上游约10nt左右存在富含嘌呤核苷酸的 序列。能与16srRNA上富含嘧啶核苷酸序列结合。
起始tRNA
蛋白质合成的第一个氨基酸为Met,携带 Met的有两种tRNA,一种由起始因子识别， 叫tRNAiMet。另一种是由延伸因子识别的 tRNAMet。两种tRNA由一种氨酰tRNA合成 酶催化合成Met-tRNA。 蛋白质起始的Met由tRNAiMet提供。在 原核生物中由四氢叶酸提供甲基使tRNAiMet 甲基化，结构为tRNAi fMet，真核生物没有 这一反应。
Initiation
fMET
mRNA UAC 5’ – U U C C U A G G A G G U U U G A C C U –AUG-CGA-GCU-U -UCCUCCIF-1 rRNA P Site A Site Ribosome Subunit
50s Subunit E Site
Initiation
通用性
除了动物细胞中的线粒体和植物细胞中的叶绿体外，从最 简单的病毒、原核生物到人类都使用一套遗传密码。
起始密码子 (AUG)和终 止密码子 (UAG,UAA, UGA)
遗传密码与基因突变
基因突变－点突变
错义突变 碱基置换(改变)造成氨基酸的改变
无义突变 某一密码子变成了终止密码子(UAA、 UAG、UGA) 终止密码子突变 密码子 移码突变 终止密码子变为某个氨基酸的
遗传密码的特点
• 连续性(commaless)：密码之间没有间断 • 简并性(degeneracy)： 大多数氨基酸有2~6个密码 • 摆动性(wobble)：密码的第三位碱基与反 密码的第一位碱基配对不严格 • 通用性(universal)：全世界生物共用 • 有起始密码子(AUG)和终止密码子 (UAG,UAA,UGA)
fMet
翻译全过程
核糖体循环
fMet
fMet
翻译全过程
终止
IF-1
IF-3
核糖体循环
原核生物中： 复制、转录、翻译同步， 多肽合成后，进入大亚 基的管腔内，经滑面内 质网进高尔基体，进行 后加工。
1. mRNA是蛋白质合成的模板
• 原核生物的一种mRNA往往编码几种功能相 近的蛋白质。 • 真核生物的mRNA比原核生物多，但一个 RNA分子一般只带有一种蛋白质的编码信息。
连续性
GCAGUACAUGUC 不连续的读法： GCA CAG AGU GUA ………….
密码之间没有 核苷酸间断
简并性
• 除了色氨 酸（Trp） 和甲硫氨 酸（Met） 外，其余 氨基酸均 有2 -6个 三联体为 其编码。
*
摆动性
• 密码与反密码配对辨认时， 有时并不完全按照碱基互 补规律。尤其是密码的第 三碱基对反密码的第一位 碱基，更常出现这种摆动 现象。
第三节 蛋白质的运 输和翻译后的修饰
信号肽
信号肽：具疏水性的肽段，可使蛋白质移向细胞膜 并与细胞膜结合，然后将合成的蛋白质送出细胞。
第四节 抗生素对翻译的抑制作用
链霉素和卡那霉素 四环素族
氯霉素
嘌呤霉素 放线菌酮
IF-1
fMET
ARG
E Site mRNA UAC GCU 5’ – U U C C U A G G A G G U U U G A C C U –AUG-CGA-GCU-U -UCCUCCrRNA P Site A Site Ribosome Subunit
2、延伸过程
蛋 白 质 合 成 的 延 伸 过 程
Elongation
fMET
ARG
E Site mRNA UAC GCU 5’ – U U C C U A G G A G G U U U G A C C U –AUG-CGA-GCU-U -UCCUCCrRNA P Site A Site Ribosome Subunit
Elongation
翻译（蛋白质的生物合成）: • 以氨基酸为原料 • 以mRNA为模板 • 以tRNA为运载工具 • 以核糖体为合成场所 • 起始、延长、终止各阶段蛋白因子参与 • 合成后加工成为有活性蛋白质
翻译全过程
起始
IF-1 IF-2
GTP
IF-3
fMet
翻译全过程
核糖体循环
IF-1 IF-2
GTP
IF-3 fMet