第11章 蛋白质的生物合成-翻译

(二) tRNA转运活化的氨基酸至mRNA模板上
Phe 5„ 3„
与多肽合成有关的位点：
3„端-CCA氨基酸接受位点 识别氨酰-tRNA合成酶位点 识别核糖体的位点 反密码子 (与密码子碱基互补)
12 3
书3 2 1
tRNA的L形三级结构
酵母和大肠杆菌 tRNA的三级结构都呈L 形折叠式。这种结构是 靠氢键来维持的，tRNA 的三级结构与AA- tRNA 合成酶的识别有关。
E 位点 肽酰基转移 酶 EF-Tu 结合 位点 EF-G 结合 位点 L7/L12
结合脱酰 tRNA 将肽链转移到氨基 酰-tRNA上 氨基酰-tRNA 的进 入 移位
GTP 酶需要
L7、L12
核糖体分子中至少可 容纳两个tRNA和约 40bp长的mRNA。
真核生物细胞中发现 的多聚核糖体现象。
肽链的终止及释放
核糖体从mRNA上 解离，准备新一 轮合成反应。
二、蛋白质合成的分子基础
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 需Mg2+和适当缓冲体系 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
2.序列富含嘌呤(如AGGA /GAGG）的一段序列。 3.能和原核生物16s rRNA相应的富含嘧啶序列 互补。
起始密码
SD序列
Initiation codon
30S亚基具有专一性的识别和选择mRNA起始位点的性质 ，而IF3能协助该亚基完成这种选择。研究发现，30S亚基通 过其16S rRNA的3’末端与mRNA5’端起始密码子上游碱基配对结 合。Shine及Dalgarno等证明几乎所有原核生物mRNA上都有一 个5’-AGGAGGU-3’序列，这个富含嘌呤区与30S亚基上16S rRNA 3’末端的富含嘧啶区序列5’-GAUCACCUCCUUA-3’相互补。


无义突变的校正基因tRNA不仅能校正无义突变， 也会抑制该基因3‘ 末端正常的终止密码子，导 致翻译过程的通读，合成更长的蛋白质，这种 蛋白质过多就会对细胞造成伤害。 同样，一个基因错义突变的矫正也可能使另一 个基因错误翻译，因为如果一个校正基因在突 变位点通过取代一种氨基酸的方式校正了一个 突变，它也可以在另一位点这样做，从而在正 常位点上引入新的氨基酸。
1.核糖体的组成


原核生物核糖体由约2/3的 RNA及1/3的蛋白质组成。真 核生物核糖体中RNA占3/5， 蛋白质占2/5。核糖体是一个 致密的核糖核蛋白颗粒，可 以解离为两个亚基，每个亚 基都含有一个相对分子质量 较大的rRNA和许多不同的蛋 白质分子。 大肠杆菌核糖体小亚基有 21种蛋白质，分别用 S1……S21表示，大亚基有36 种蛋白质，分别用L1……L36 表示。真核生物细胞核糖体 大亚基含有49种蛋白质，小 亚基有33种蛋白质。
Arg
Gly
Gly
图14-18 反密码子发生突变可抑制错义突变
校正tRNA在进行校正过程中必须与正常的tRNA竞 争结合密码子。无义突变的校正tRNA必须与释放 因子竞争识别密码子；错义突变的校正tRNA必须 与该密码的正常tRNA竞争，都会影响校正的效率 。
所以，某个校正基因的效率不仅决定于反密码子 与密码子的亲和力，也决定于它在细胞中的浓度 及竞争中的其他参数。一般说来，校正效率不会 超过50%。
36种(L1-L36）有GAUC和tRNAfMat的TψCG互补 含CGAAC和GTψCG互补 21种(S1-S21) 16SRNA(CCUCCU)和S-D 顺序(AGGAGG)互补
49种
33种
和Capm7G结合
SD序列(shine-Dalgarno序列):---原核生物
1.位于起始密码上游10个核苷酸，
（四） 肽链合成的“装配机”---核糖体

核糖核蛋白 的结构


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。 受位（A位，氨基酰位）： 延长成肽时，氨基酰tRNA就加入此位。 游离的核糖核蛋白---合成细胞固有蛋白 与粗面内质网结合的核糖核蛋白 ---合成带有信号肽的分泌性蛋白质
表 14-8 核糖体的活性位点 功能 活性位点 mRNA 结合 结合 mRNA 和 IF 位点 因子 P 位点 结合 fMet-tRNA和 -tRNA 肽基 A 位点 结合氨酰基-tRNA 组分 S1、S18、S21；及 S3、S4、S5、 S1216SrRNA 3′末端区域 L2、 及 L14、 、 、 L27 L18 L24 L33 16S 和 23SrRNA 3′附近区域 L1、 、 L5 L7/L12 L20、 、 L30 L33 、 16S 和 23SrRNA 16S 的 1400 （ 区） 23SrRNA 是重要的 L5、L18、L25 复合体 L2、 、 、 、 L3 L4 L15 L1623SrRNA 是重要的
原核和真核生物核糖体的组成及功能
核糖体亚基 rRNAs 蛋白 RNA的特异顺序和功能
细菌 70S 50S 23S=2904b 6D 2.5×10 5S=120b 66%RNA 30S 16S=1542b 哺乳动物 80S 60S 28S=4718b 4.2×106D 5S=120b 60%RNA 5.8S=160b 40S 18S=1874b

核糖核蛋白 的种类 (胞质中)

核糖体像一个能沿mRNA 模板移动的工厂，执行着 蛋白质合成的功能。它是 由几十种蛋白质和几种核 糖体RNA（ribosomal RNA， rRNA）组成的亚细胞颗粒。 “Large” 50S subunit 一个细菌细胞内约有 20000个核糖体，而真核细 胞内可达106个，在未成熟 的蟾蜍卵细胞内则高达1012。 核糖体和它的辅助因子为 tRNA (3 bound) 蛋白质合成提供了必要条 件。 在生物细胞中，核糖体数 量非常大。 “Small” 30S subunit
错义突变
错义突变
AUG AGA UAA
AUGAGA UAA AUG GGA UAA
UCU
CCU 抑制突变
UCU
B.错义突变是 由于结构基因 中某个核苷酸 的变化使一种 氨基酸的密码 变成另一种氨 基酸的密码。 错义突变的校 正tRNA通过 反密码子区的 改变把正确的 氨基酸加到肽 链上，合成正 常的蛋白质。
各种mRNA的核糖体结合位点中能与16S rRNA配对的核 苷酸数目及这些核苷酸到起始密码子之间的距离是不一样 的，反映了起始信号的不均一性。一般说来，相互补的核 苷酸越多，30S亚基与mRNA起始位点结合的效率也越高。互 补的核苷酸与AUG之间的距离也会影响mRNA-核糖体复合物 的形成及其稳定性。
第11章 蛋白质的生物合成 —翻译
一， 蛋白质生物合成的概述
需要掌握的几个要点：
1，翻译：以mRNA为模板，按照mRNA分子上的三个核苷酸决定一 种氨基酸的规则（三联体密码）合成具有特定氨基酸顺序的蛋 白质。包括翻译的起始、肽链的延伸、肽链的终止与释放。
2，核糖体是蛋白质合成的场所，mRNA是蛋白质合成的模板，转 移RNA（tRNA）是模板与氨基酸之间的接合体。
(一)mRNA是蛋白质合成的模板
传递DNA上的信息、是一种不稳定的物质、分子大小不等。
真核生物mRNA
AUG
读码框架
UAA
5„帽子
核糖体识别部位
3„
原核生物mRNA
读码框架
AUG UAA
读码框架
AUG UAA
5„
核糖体识别部位
3„
核糖体识别部位
SD序列：在起始AUG序列上游10个碱基左右的位置， 含有一段富含嘌呤碱基的序列，被称为SD序列。它 能与细菌16S核糖体RNA 3’端一段ACCUCCUUA的 保守序列互补识别，以帮助从起始AUG处开始翻译。
tRNA的功能

1）识别mRNA链上的密码子 2）携带活化的氨基酸到生长肽链的正确位臵， 起转移氨基酸作用。
氨基酸在合成蛋白质之前必须通过AA-tRNA合成 酶活化，在消耗ATP的情况下结合到tRNA上， 生成有蛋白质合成活性的AA-tRNA。
该实验说明什么问题
将 [14C]-Cys-tRNACys，经Ni催化生成[14C]Ala-tRNACys，再把[14C]-Ala-tRNACys加进含血 红蛋白mRNA的兔网织细胞核糖体的蛋白质合成 系统中，结果发现[14C]-Ala-tRNACys插入了血 红蛋白分子通常由半胱氨酸占据的位臵上
核糖体的功能

小亚基：结合mRNA及tRNA反密码区段 功能 大亚基：结合tRNA其它区段 A位——氨酰tRNA 进入部位
核糖体的活性中心
P位——与正在延伸的肽酰 tRNA结合部位
核糖体包括至少5个活性中 心，即mRNA结合部位、结合 或接受AA- tRNA部位（A 位）、结合或接受肽基tRNA 的部位（P位）及、肽基转 移部位形成肽键的部位（转 肽酶中心），此外，还有负 责肽链延伸的各种延伸因子 的结合位点。 小亚基上拥有mRNA结合位 点，负责对序列特异的识别 过程，如起始位点的识别和 密码子与反密码子的相互作 用。大亚基负责携带氨基酸 及tRNA的功能，如肽键的形 成、AA- tRNA、肽基- tRNA 的结合等。A位、P位、转肽 酶中心等主要在大亚基上。
此外，在合成的各个阶段还有许多蛋白质、酶和其他生物 大分子参与。
蛋白质的生物合成是一个比 DNA复制和转录更为复杂的过 程。 翻译的起始
核糖体与mRNA结合并与氨基 酰-tRNA生成起始复合物。
肽链的延伸
核糖体沿mRNA5‘ 端向3’ 端移动，开始了从N端向C端 的多肽合成，这是蛋白质合成过程中速度最快的阶段
（3）校正tRNA： 分为无义突变及错义突变校正tRNA 。 A. 无义突变 在蛋白质的结构基因中，一个核苷酸的改变 可能使代表某个氨基酸的密码子变成终止密码 子（UAG、UGA、UAA），使蛋白质合成提前终 止，合成无功能的或无意义的多肽，这种突变 就称为无义突变。
无义突变使 UUG变为 UAG
Leu-tRNA阅读 UAG 密码子
AUG UUG UAA AUG UA G UAA AAC
AUG U AG UAA AU C
AUG UUGUAA AAG
释放因子
抑制突变
Leu
Leu
Leu
图 14－17 带有突变反密码子的 tRNA可抑制无义突变
表 14-6 由反密码子突变而产生的无义抑制基因 基因 tRNA 野生型 识别的密码子 SupD(su1) SupE(su2) SupF(su3) SupC(su4) SupG(su5) SupU(su7) Ser Gln Tyr Tyr Lys Trp UCG CAG UAC, UAU UAC/UAU AAA/AAG UGG 反密码子 CGA CUG GUA GUA UUU CCA 抑制基因 反密码子 CUA CUA CUA UUA UUA UCA 识别的密码子 UAG UAG UAG UAA/UAG UAA/UAG UGA/UGG
证实：1）tRNA的可携带活化的氨基酸到生长肽链
的正确位置，起转移氨基酸作用。 2）tRNA的性质是由反密码子而不是它所携带的氨 基酸所决定的。
（三）tRNA的种类
（1）起始tRNA和延伸tRNA 能特异地识别mRNA模板上起始密码子的tRNA叫起始tRNA， 其他tRNA统称为延伸tRNA。原核生物起始tRNA携带甲酰 甲硫氨酸（fMet），真核生物起始tRNA携带甲硫氨酸 （Met）。 （2）同工tRNA 代表同一种氨基酸的tRNA称为同工tRNA，同工tRNA既要 有不同的反密码子以识别该氨基酸的各种同义密码，又 要有某种结构上的共同性，能被AA- tRNA合成酶识别。
“L”结构域
1. ---aa accept arm 位于“L”的一端
2. ---anti-codon arm 端，
位于”L”另一
3. ---TΨC loop & DHU loop 位于“L” 两臂的交界处，利于“L”结构的稳定 “L”结构中碱基堆积力大，使其拓扑 结构趋于稳定 wobble base 位于“L”结构末端， 堆积力小，自由度大，使碱基配对摇 摆