分子生物学 第五章 翻译

第二节 肽链合成的延伸和终止
一
肽链合成的延伸 肽链的延伸可分为三个阶段： ⑴ 进位反应：主要是密码子-反密码子的 识别； ⑵ 转位反应：涉及肽链的形成； ⑶ 移位反应：tRNA和mRNA相对核糖体 的移动。
(一 ) 进位反应
1. 延伸因子（elongation factor）
fMet
AUG
NNN
P 50S subunit
fMet aa
A Only aa-tRNA enters A site on complet 70S ribosome
AUG
NNN
P
A
图15- 翻译起始时的进位反应
原核生物翻译起始因子
表 15-2 E.coli 蛋白质合成起始所需的三种起始因子 因子 IF3 IF2 IF1 质 量 （KDa） 23 97.3 9 因子/ 核 糖体 25% ? 15% 功能 亚基解离与 mRNA 的结合 起始 tRNA 的结合与 GTP 水解 循环因子？
起始反应的成分 IF-2
30S-mRNA复合体
IF-1 IF-3 核糖体
30S
IF-2
GTP FMet fMet
fMet
IF-1 IF-2 IF-3
GDP
Pi
70S核糖体
起始反应的产物 图 15- 原核生物翻译起始复合体的装配
Only fMet –tRNAf enters partial P site on 30S subunit bound to mRNA
真核生物翻译的延伸
表 15-3 真核生物蛋白质合成中涉及的各种辅助因子 因子 eIF-5A eEF-1α 延 eEF-1β 伸 eEF-1γ eEF-2 终 eRF 止 分子 量 (KDa） 16.7 51 23 49 100 54 结构 单体 单体 单体 单体 单体 单体 功能 促进第一个肽链的形成 结合 aa-tRNA,GTPase 与 eEF-1α 的 GTP：GDP 交换 GTP：GDP 交换 依赖于 GTP 水解的移位酶，相当于原核的 EF-G 识别 3 种终止密码，促进脱酰-tRNAd 的释放
NH2 RCH CO
酶的构象未 发生改变 氨酰化进行 缓慢
图 15－5 氨基酰合成酶的动力学校正
NH2 RCH CO AMP
腺苷化
NH2 RCH CO AMP
结合tRNA
校对：氨基酰－腺苷被水解
NH2 RCH CO AMP 负载tRNA
错误的 氨基酸 AMP
NH2 RCH COOH
校对：氨基酰－tRNA被水解 NH2 RCH CO 错误的 氨基酸 AMP NH2 RCH COOH
⑴
Terminus Formyl group H
structure A O R2 N H C R3
O C
C N H C C O C N H C H CH2 O S CH3
Deformylase H H A O R2 N H C R3 O C
Amino group
C N H C C C N H C H CH2 O S CH3
eIF –2 consists of αβγ subunits
eIF-2B GTP GDP
Ternary complex
Met
Subunit initiation complex
Met
ATP is cleaved Complex binds to end of mRNA Met mRNA
图 15 – 真核生物 eIF-2 和 Met-tRNA f 形成三元起始复合体
AUG AAACAGGAGGAUUACCCCAUGUCGAAGCAA Leader Coding region
Shine-Dalgarno <10b upstream of AUG
AUG in center of protected fragment
图15- mRNA上的核糖体结合位点
Structrue of 3 ’ end of 165 ribosomal RNA
正确的 氨基酸 AMP
NH2 RCH CO
氨基酰tRNA
15－氨基酰合成酶的化学校正
三 核糖体的作用位点
⑴A位点（或称 acceptor
site）可以进入 氨基酰-tRNA(aminoacyl-tRNA)。 ⑵ P位点(或称供位，donor site) 是被肽基 酰-tRNA(peptidyl-tRNA)所占据。 (3)E位点(Exit site) 脱酰tRNA(deacylatedtRNA)短暂地占据。
Met-tRNAmMet 在受体臂末端的一对碱 基是 GC ，在 fMet-tRNAfMet 是 CA ， C 可以 和起始因子IF-2结合。 ⑵ tRNAfMet 在反密码子环的茎上有 3 对 GC,若发生突变将会阻止其进入P位点。 ⑶ tRNAfMet 的 反 密 码 子 环 上 的 是 A ， tRNAmMet是烷基化腺嘌呤。 tRNAfMet TψC环端是A，tRNAmMet的相应 位置是G，作用不清。

2. 起始复合物的形成
(1) IF-3和核糖体30S rRNA结合 使16S RNA和mRNA的S-D顺序结合 a.使30S 保持游离 b.形成起始复合体 I (2) IF-2 + GTP + 氨酰甲硫氨酸 中间复合体。
(3) 50S+30S 复合体III，释放IF-1,IF-2。
起始tRNA
Aminopeptidase A O R2 Amino acid C N C H R2 N H C R3 O C
H CH2
C N H C O
图 15- 在细菌中新生肽首位的 Met 被切除
三真核生物蛋白质合成的起始
表 15-3 真核生物蛋白质合成中涉及的各种辅助因子 因子 eIF-3 eIF-4F(CBP-Ⅱ) eIF-4E(CBP-Ⅰ) eIF-1 eIF-4B eIF-4A eIF-6 起 eIF-5 始 eIF-4C eIF-2α eIF-2β eIF-2γ eIF-1A eIF-3A 分子 量 (KDa） 550 220 24 15 80 44.4 23 150 35 38 55 17.5 25 结构 多聚体 多聚体 单体 单体 单体 单体 单体 单体 单体 三体 单体 单体 功能 40S 三元复合体和 mRNA 结合，和 Cap 有强的亲和力 5’ 帽结合蛋白，具有解链酶活性 结合 mRNA5’ 端，解链 帮助 mRNA 的结合，形成 40S 起始复合物 结合 mRNA，解链酶 结合 mRNA 和 ATP,水解 ATP，解链 阻止 40S 和 60S 亚基结合 介导 eIF-2 和 eIF-3 从起始复合体中释放出来 40S 和 60S 亚基结合 结合 GTP，由磷酸化控制 可能是循环因子 结合 Met-tRNAf 核糖体解聚，结合 60S 亚基 核糖体解聚，结合 60S 亚基
G A G CCUGCGGUU G GGAUGCCAA 16S rRNA A U C ACCUCCUUUA3 ’ UGGA 5’ rRNA duplex
A G
Bose paining between rRNA and mRNA at initiation
A G
A G U A G C CCUGCGGUU ACCUCCUUUA3 ’ G 3 ’ GGAGGA G G A 5’ mRNA
tRNA 反密码 子结合区 α -螺旋或 β -折叠桶
寡聚物的 形成
图 15-2 氨基酰 tRNA 合成酶含有 3－4 个不同的功能区 (仿 B.Lewin:《GENES》 Ⅵ,1997，Fig 9.8)
二．氨酰tRNA 合成酶的鉴别功能
动力学校对（Kinetic
化学校对
profreading）
4
eIF-4 binds to 5’ cap
4A
eIF-4A unwinds stracture at 5’ end 4B eIF-4B asists further unwinding
3 Met
eIF-3 needed to maintain free 40S subunits eIF-3 required for 40S subunit with ternary complex to bind to 5’ end Met 40S subunit migrates along mRNA to AUG codon Met eIF-5 GTPase required for 60S joining, releaase of eIF-2 & eIF-3
起始和延伸Met-tRNAs的区别
⑴两种tRNA本身有差别；
⑵氨基酸的状态不同。
Formyl Met AA AC AC AA CA GC A A A A
Met A C C A GC GC
G
A CAU 图 15CAU
A*
起始 tRNAf-Met 和延伸 tRNAm-Met 的差异
fMet-tRNA与Met-tRNA有什么不同？
二. 起始tRNA的特点
( 一 ) 小亚基上 16SrRNA3′ 端的六核苷酸 (3′-
翻译时的第一个密码子是怎样被识别的呢？
UCCUCC-5′ ） 和 Shine-Dalgarno 顺 序 （ 5′AAACAGGAGG-3′ ）互补，相互结合，使 下游的AUG起始密码子定位在P位上。 (二) 核糖体结合位点也含有一个信号起始密 码子（initiation codon）－AUG。
第二节 肽链的合成
一.在细菌中翻译的起始
⑴IF-3是30S亚基与mRNA起始位点的特 异结合所必须的。 ⑵IF-2是特异地和起始tRNA结合并把它 带到起始复合体中。 ⑶ IF-1 仅作为完整的起始复合物的一部分 , 与 30S 亚 基结合。它结合在A位能阻止氨酰tRNA的进入。它 的定位还阻止30S和50S的结合。
第五章 蛋白质的合成，转运和加工
第一节
氨基酰 -tRNA 的形成及核糖体的作
用
位点 一. 氨基酰tRNA分子的形成 氨基酸的活化
活化：
aa + ATP + E* 氨基酰-AMP-E + PPi 转移： 氨基酰-AMP-E + tRNA aa - tRNA+AMP +E
催化功能区：ATP tRNA 受体双 和氨基酸位点 核苷酸折叠或反向 平行的β -折叠 Ⅰ类酶 Ⅱ类酶 螺旋结合区
图 15- 在真核生物中形成完整的翻译起始复合体需要多种起始因子
四. 起始时mRNA和rRNA的碱基配对
(一) 原核30S小亚基和S-D顺序的结合
在细菌中被核糖体保护的 DNA 区域长 35-40碱基长。有2个共同的特点: ⑴含有起始密码子AUG； ⑵有一个顺序和16SrRNA近3端的顺序 互补。
AUG
Bind ribosome To initiation site on mRNA Add nuclease to digest all unprotected mRNA
AUG
Isolate fragment of protected mRNA Determine sequence protected fragment All initiation regions have two consensus elements
（Chemical proofreading）
NH2 RCH CO AMP 正确 tRNA 结合快 解离慢 NH2 RCH CO AMP AMP RCH CO NH2 不正确 tRNA 结合慢 解离快
正确 tRNA 触发 酶构 象改变
NH2 RCH CO AMP
迅速产生 氨酰tRNA
NH2 RCH CO
因子 EF-Tu EF-Ts
EF-G
基因 功能 tufA,tufB 与氨基酰tRNA 及GTP结合 tsr 结合EF-Tu， 取代GDP 结合核糖体 和GTP
抑制剂 黄色霉素
梭链孢酸
Ts Tu-GTP GDP GTP
Tu-Ts
Ternary complex
Tu-GDP
图 15-
延伸因子 EF-Tu 和 EF-Ts 的作用
U
G
C
C
A
A
U
G
G
A
5’ 图 15- 16S rRNA 和 S-D 序列互补配对
(二) 真核合成起始时小亚基和 起始位点的结合
真核细胞质中的核糖体并不在编码区开始 处直接和起始位点相结合。 首先识别5端甲基化的帽子结构。 内部核糖体进入位点(internal ribosome entry site, IERS) A 最适合的邻接顺序是GCC CCAUGG G 称为 Kozak顺序
(1) 当GTP存在时，EF-Tu呈活性状态。 (2) 当GTP水解成GDP时，EF-Tu便失活。 (3) GDP被GTP取代后，它又恢复活性。
翻译的延伸
Baidu Nhomakorabea
E P A
氨基酰－tRNA E P A 进位
移位
空载 tRNA E P 转位 A
E P A
图15-
原核生物肽链延伸的三位点模型
表15-4原核生物蛋白质合成的延伸因子