第四章蛋白质的翻译

确的氨基酸加到肽链上，合成正常的蛋白质。
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
的反向配对与mRNA上的密码子相互作用的。
1966年Crick根据立体化学原理提出摆动假说(wobble hypothesis)。
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
4.2.2．tRNA的功能
转录过程是遗传信息从 DNA 转移至另
一种结构上极为相似的核酸分子 mRNA 的 过程，信息转移靠的是碱基配对。 翻译阶段遗传信息从 mRNA 分子转移到 结构极不相同的蛋白质分子，信息是以能 被翻译成单个氨基酸的三联子密码形式存 在的，在这里起作用的是解码机制。
4.2.3 tRNA的种类
起始密码子就能指导多肽的生物合成，读码起始是随机的。然而，
在生理Mg2+条件下，没有起始密码子的多核苷酸不能被用作多肽合 成的模板。
以多聚三核苷酸作为模板可得到有3种氨基酸组成的多肽。如以多 聚(UUC)为模板，可能有3种起读方式。 5’……UUC UUC UUC UUC UUC……3’ 或5’……UCU UCU UCU UCU UCU……3’ 或5’……CUU CUU CUU CUU CUU……3‘ 根据读码起点不同，产生的密码子可能是UUC(Phe)、UCU(Ser) 或 CUU (Leu)，所以得到的多肽可能是多聚苯丙氨酸、多聚丝氨酸或多聚 亮氨酸，由此可知UUC、UCU、CUU分别是苯丙氨、丝氨酸及亮氨酸的 密码子。
4.1.2 遗传密码的性质
1.密码的连续性
密码子是mRNA 上连续排列的三个核苷酸序列，并编码一个氨
基酸信息的遗传单位。
翻译由mRNA的5’端的起始密码子开始，一个密码子按一个密码
子连续地阅读直到3‘终止密码子，密码子间无间断也没有重叠，起 始密码子决定了所有后续密码子的位置，说明三联子密码是连续的。
的适当离子强度的反应液中保温，然后
使反应液通过硝酸纤维素滤膜。 (2)发现: 游离的AA-tRNA因相对分子质
量小能自由通过滤膜，加入三核苷酸模
板可以促使其对应的AA-tRNA结合到核 糖体上，体积超过膜上的微孔而被滞留， 这样就能把已结合到核糖体上的AAtRNA与未结合的AA-tRNA分开。
色氨酸-tRNA的分离
变成终止密码子，使蛋白质合成提前终止，合成无功能的多肽，这种突
变就称为无义突变，而校正tRNA经改变反密码子区可校正无义突变。
（络氨酸）
错义突变（missense mutation）
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
4.1.1 三联子密码及其破译
遗传密码的破译—确定代表每种氨基酸的具体遗传密码。蛋白质
的氨基酸序列是由mRNA的核苷酸序列决定的，所以，要知道它们
之间的关系就要弄清核苷酸和氨基酸数目的对应关系。 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
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。
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翻译时从起始密码子AUG开始，沿着mRNA的5′→3′的方向连续
阅 读密码子，直至终止密码子为止，生成一条具有特定氨基酸序列 的多肽链 。 新生的多肽链中氨基酸的组成和排列顺序决定于其DNA碱基组成 及其顺序。因此，作为基因产物的蛋白质最终是受基因控制的。
因此，分析比较加入的模板和合成的肽链即可推知编码某些
氨基酸的密码。
Nirenberg MW. Fate of a Synthetic Polynucleotide Directing Cell-Free Protein
Synthesis II. Association with Ribosomes. Science. 1962, 138 (3542):813-817.
反密码子3′端邻近部位出现的频率最高，且大多为嘌呤核苷酸，这对 于维持反密码子环的稳定性及密码子、反密码子之间的配对是很重 要的。
研究证实：
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，而
除了起始 tRNA 外，所有 tRNA 都能被翻译辅助因子 EF-Tu 或 eEF1 所
识别而与核糖体相结合，起始tRNA能被IF-2或eIF-2所识别。
第四章 生物信息传递: 蛋白质翻译 (Translation of Protein)
本章讲授内容： 4.1 遗传密码-----三联子 4.2 tRNA的结构、功能及种类 4.3 核糖体的结构及功能 4.4 蛋白质合成的生物学机制 4.5 蛋白质的运转机制
基因的表达过程：
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
氨基酰-tRNA聚合酶wenku.baidu.com合。
5.额外环(extra arm)：可变性大，4-21nt不 等，其功能是在tRNA的L型三维结构中负 责连接两个区域（D环－反密码子环和 TψC-受体臂）。
tRNA的稀有碱基含量非常丰富，约有70余种。每个tRNA分子至
少含有2个稀有碱基，最多有19个，多数分布在非配对区。特别是在
携带特异的氨基酸。
2.TψC臂:
根据3个核苷酸命名的，其中ψ
表示拟尿嘧啶，是 tRNA 分子所拥有的不
常见核苷酸。常由5bp的茎和7Nt和环组成 ，负责与核糖体上的rRNA识别结合。
3.反密码子臂(anticodon arm): 位于套索中
央的三联反密码子。常由5bp的茎区和7Nt
的环区组成，它负责对密码子的识别与配 对。 4. D臂(D arm): 含有二氢尿嘧啶，茎区长 度常为4bp，也称双氢尿嘧啶环。负责和
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2. 密码的简并性
按照1个密码子由3个核苷酸组成的原则，4种核苷酸可组成64个密
码子，现在已经知道其中61个是编码氨基酸的密码子，另外，UAA、 UGA和 UAG等3 个密码子并不代表任何氨基酸，它们是终止密码子，
不能与tRNA的反密码子配对，但能被终止因子或释放因子识别，终止
肽链的合成。
因为存在61种密码子而只有20种氨基酸，所以许多氨基酸有多个
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。
基本概念 翻译是指将mRNA链上的核苷酸从一个特定的起始位点开始， 按每3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。
核糖体是蛋白质合成的场所，mRNA是蛋白质合成的模板， tRNA是模板与氨基酸之间的接合体。
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。
4.1 遗传密码 —三联子
Tritiated-polyU, when added to cell-free extracts of Escherichia coli, became associated with ribosomes. This association occurred at 3 degrees C and did not require high-energy phosphate compounds. Small amounts of tritiated polyuridylic acid produced polydisperse ribosomal aggregates with sedimentation constants of approximately 100 to 130. C(14)-phenylalanine initially was
各种tRNA均含有70~80个碱基，其中22 个碱基是恒定的。具五臂四环结构:
1.受体臂（acceptor
arm）：主要由链两
端序列碱基配对形成的杆状结构和 3′端末 配对的3-4个碱基所组成，其3′端的最后3 ′ 个碱基序列保守的CCA，最后一个碱基的
3 ′ 或 2′ 自由羟基可以被氨酰化。此臂负责
密码子。实际上除色氨酸（UGG）和甲硫氨酸（AUG）只有一个密 码子外，其他氨基酸都有一个以上的密码子，其中9种氨基酸有2个 密码子，1种氨基酸有3个密码子，5种氨基酸有4个密码子，3种氨基 酸有6个密码子。
4. 密码子与反密码子的相互作用 在蛋白质生物合成过程中，tRNA的反密码子在核糖体内是通过碱基
incorporated into protein only on these particles, which suggests that they are the
sites of polyphenylalanine synthesis.
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1961, Nirenberg MW.
在无细胞体系中Mg2+浓度很高，人工合成的多聚核苷酸不需要
以多聚三核苷酸为模板时也可能只合成2种均聚多肽，以多聚 (GUA)n为例：
5’……GUA GUA GUA GUA GUA……3’
或5’……UAG UAG UAG UAG UAG……3’
或5’……AGU AGU AGU AGU AGU……3’
由第二种读码方式产生的密码子UAG是终止密码，不编码任何
氨基酸，因此，只产生2种密码子GUA(Val)或AGU(Ser)，所以,合成的
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。 3、校正tRNA 在结构基因中的一个核苷酸的改变可能使代表某个氨基酸的密码子
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
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。
1.以均聚物、随机共聚物和特定序列的共聚物为模板 指导多肽的合成
制备大肠杆菌的无细胞合成体系:
在含DNA、mRNA、tRNA、核糖体、AA-tRNA合成酶及其他酶
类的抽提物中加入DNase，降解体系中的DNA，耗尽mRNA时体系 中的蛋白质合成即停止，当补充外源mRNA或人工合成的各种均 聚物或共聚物作为模板以及ATP、GTP、氨基酸等成分时又能合 成新的肽链，新生肽链的氨基酸顺序由外加的模板所决定。
多肽要么是多聚缬氨酸，要么是多聚丝氨酸。
2. 核糖体结合技术
1964年采用三联体结合实验发现：
(1) tRNA和氨基酸及三联体的结合
是特异的；
(2) 上述结合的复合体大分子是不
能通过硝酸纤维滤膜的微孔，而
tRNA-氨基酸的复合体是可以通过
的。
核糖体结合实验 (1)以人工合成的三核苷酸如UUU、UCU、 UGU等为模板，在含核糖体、AA-tRNA