第十二章 翻译

生物学功能
占据A位防止结合其他tRNA 促进起始tRNA与小亚基结合 促进大小亚基分离，提高P位对结合起始tRNA的敏 感性
EF-Tu 促进氨基酰-tRNA进入A位，结合并分解GTP EF-Ts 调节亚基 EF-G 有转位酶活性，促进mRNA-肽酰-tRNA由A位移至 P位，促进tRNA卸载与释放
释放因子
基的结合。因此又称为核蛋白体结合位点（ribosomal binding site，RBS）。
1. 核蛋白体大小亚基分离
IF-1 IF-3
目录
2. mRNA在小亚基定位结合
5' IF-3
AUG
3' IF-1
目录
3. 起始氨基酰tRNA( fMet-tRNAimet )结合到 小亚基
IF-2 GTP
蛋白质
真核生物的单顺反子
5 mG - PPP
AAA …
3
蛋白质 非编码序列 编码序列 核蛋白体结合位点 起始密码子 终止密码子
遗传密码
密码子（codon） 开放阅读框架内每3个碱基组成的三联体，决
定一个氨基酸，称为遗传密码。
起始密码子和终止密码子： 起始密码子(initiation codon)：AUG 终止密码子(termination codon) ：UAA、UAG、UGA
第十二章
蛋白质的生物合成
-----翻 译
Protein Biosynthesis，Translation
*翻译（translation）指以新生的mRNA
为模板，把核酸中由A、G、C、U四种 符号组成的遗传信息，破译为蛋白质分 子中20种氨基酸排列顺序。
第一节 蛋白质生物合成体系
Protein Biosynthesis System
制病毒的繁殖。
干扰素分为α-（白细胞）型、β-（成纤维细胞）
型和γ-（淋巴细胞）型三大类，每类各有亚型， 分别具有其特异作用。
summary
1. The genetic code consists of threenucleotide codons. The code is commaless and degenerate; the first two nucleotides of the three-letter code are often sufficient; and there are special codons for the initiation and termination of peptide synthesis.
细胞转运系统识别的特征性氨基酸序列。富含疏水性氨基酸。 有碱性N-末端、疏水核心区和加工区三个区段。
信号假说（the signal hypothesis）
5 信号肽再沿通道折回时被
膜上的信号肽酶切除，成
熟的蛋白质被分泌到膜外
4 膜通道开放，信 号肽带动合成的蛋 白质沿通道穿过膜
2 SRP把核蛋白 体带到膜内侧面
延长因子EF-G有转位酶( translocase )活 性，可结合并水解1分子GTP，促进核蛋白体 向mRNA的3'侧移动。
fMet fMet
Tu GTP
5'
AUG
3'Baidu Nhomakorabea
目录
进 位
*肽链延伸方向：N端
C端
成肽
转 位
终止相关的蛋白因子称为释放因子 (release factor, RF) 原核生物释放因子：RF-1，RF-2，RF-3
因子的参与。
原核生物起始复合物的生成
1. 核蛋白体亚基的分离
2. mRNA在核蛋白体小亚基上就位
3. fmet-tRNAf的结合
70S
4. 核蛋白体大亚基结合
核蛋白体小亚基蛋白
SD序列：大肠杆菌mRNA起始密码AUG的上游8~13个核苷酸处，有4~6个核
苷酸 组成的富含嘌呤的序列。这一序列以AGGA为核心，称之为SD序列。该 序列与30s小亚基上16srRNA 3’-端富含嘧啶序列结合，稳固了mRNA与小亚
每次核蛋白体循环可分为三步：
注册（registration）
成肽（peptide bond formation） 转位（translocation） 每循环一次，肽链延长一个氨基酸，如此不断重复，直至肽链合 成终止。
延长过程需延长因子（EF）、GTP 及 酶
EFT
GTP
（一）注册
指氨基酰-tRNA根据遗传密码的指引，进入核 蛋白体的A位。需EF-T的协助。
缬
丙
酪
甘
缬
丙
丝
精
缬
脯
苏
天冬
3. 简并性
UAA UAG
UGA
AUG
4. 通用性
从简单的病毒到高等的人类，几乎使 用同一套遗传密码，因此，遗传密码表中 的这套“通用密码”基本上适用于生物界 的所有物种，具有通用性。 密码的通用性进一步证明各种生物进 化自同一祖先。
5. 摆动性 反密码子与密码子之间的配对有时并不严格
P
A
延长因子EF-T催化进位 （原核生物）
GTP Tu Ts
Ts Tu GDP
5'
AUG
GTP
3'
目录
（二）成肽
A、P位的氨基酸形成肽键
P位上tRNAimet所携带的甲 酰甲硫氨酰（fmet）转移到 A位，与A位上的氨基酸形 成肽键 PA
PA
P位上无负载的tRNA
生成的二肽酰-tRNA在
A位
（三）转位
氨基酰-tRNA ＋ AMP ＋ E
氨基酰-tRNA的表示方法：
Ala-tRNAAla
Ser-tRNASer Met-tRNAMet
（二）起始肽链合成的氨基酰-tRNA
真核生物： Met-tRNAiMet 原核生物： fMet-tRNAifMet
N-甲酰甲硫氨酸(fmet)的合成
第三节
肽链的生物合成过程
*蛋白质生物合成体系
• 模板： mRNA • 原料：20种编码氨基酸
• 氨基酸运载体：tRNA
• 场所：核蛋白体
• 酶：氨基酰-tRNA合成酶、 转肽酶
• 蛋白质因子：IF、EF、 RF • 能量（ATP、GTP） • 无机离子（Mg2+、K+）
一、mRNA是蛋白质生物合成的直接模板

mRNA的基本结构
遵守常见的碱基配对规律，这种现象称为摆动配
对。例如：*次黄嘌呤（insosine，I）常出现于 反密码子第一位，是最常见的摆动现象。
tRNA反密码子 第1位碱基
mRNA密码子 第3位碱基
I
U, C, A
U
A, G
G
U, C
A
U
C
G
摆 动 配 对
3 2 1
U
1 2 3
二、核蛋白体是肽链合成的场所
70S
（一）肽链末端的修饰
（二）个别氨基酸的共价修饰
1．糖基化 2．羟基化
3．甲基化
4．磷酸化 5．二硫键形成 6．亲脂性修饰
（三）多肽链的水解修饰
例：鸦片促黑皮质素原(POMC)的水解修饰
促肾上腺皮质激素
促黑素细胞激素
三、空间结构的修饰 （一）亚基聚合
（二）辅基连接
（三）疏水脂链的共价连接
三、蛋白质合成后的靶向输运
End Tail
Start of genetic message Cap
5
3
5’-端非翻译区
开放阅读框架
3’-端非翻译区
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，称为开放阅读框架 (open reading frame, ORF)。
原核生物的多顺反子
5 PPP 3
Mg2+ 氨基酰-tRNA合成酶
氨基酸+ATP+tRNA
氨基酰-tRNA+AMP+ppi
氨基酰-tRNA合成酶具有绝对专一性，对氨基酸、tRNA 两种底物都能高度特异性地识别。 氨基酰-tRNA合成酶具有校正活性。
第一步反应
氨基酸 ＋ATP-E 氨基酰-AMP-E ＋ PPi
第二步反应
氨基酰-AMP-E ＋ tRNA
一、许多抗生素通过抑制蛋白质生物 合成发挥作用
抗生素（antibiotics） :能杀灭或抑制细
菌的一类药物，抑制细菌代谢过程或基 因信息传递特别是翻译过程。
放线菌酮
氯霉素
嘌呤霉素
链霉素和卡那霉素
四 环 素 族
目录
（二）干扰素
干扰素(interferon, IFN)是真核细胞被病毒感染
后分泌的一类具有抗病毒作用的蛋白质，可抑
翻译后修饰(posttranslational modification) ：肽链从核蛋
白体释放后，经过细胞内各种修饰处理，成为有活性的成
熟蛋白质的过程。
一、多肽链折叠为天然功能构象的蛋白质
1. 分子伴侣 2. 蛋白质二硫键异构酶 3. 肽-脯氨酰顺反异构酶
二、蛋白质一级结构修饰主要是肽键水解 和化学修饰
5' IF-3
AUG
3' IF-1
目录
4. 核蛋白体大亚基结合，起始复合物形成
GTP IF-2 GDPPi
5' IF-3
AUG
3' IF-1
目录
GDP GTP IF-2 -GTP Pi
5' IF-3
AUG
3' IF-1
目录
二、肽链的延长
翻译过程的肽链延长，也称为核蛋白体循环（ribosomal cycle）
RF-1
RF-2 RF-3
特异识别UAA、UAG，诱导转肽酶转变为酯酶
特异识别UAA、UGA，诱导转肽酶转变为酯酶 可与核蛋白体其他部位结合，有GTP酶活性，能介 导RF-1及RF-2与核蛋白体的相互作用
第二节 氨基酸的活化
Activation of Amino Acids
一、 氨基酸活化形成氨基酰-tRNA
The Biosynthesis Process of Peptide Chain
翻译过程分为三个阶段
一、翻译的起始
二、翻译的延长 三、翻译的终止
以原核生物为例
一、翻译的起始
翻译起始是把带有甲酰甲硫氨酸的起始tRNA连同
mRNA结合到核蛋白体上，生成翻译起始复合物
（translational initiation complex）,此过程需要多种起始
（一）重要的酶类
氨基酰-tRNA合成酶 转肽酶
转位酶
（二）蛋白质因子
起始因子（initiation factor，IF）
延长因子（elongation factor，EF）
释放因子（release factor，RF）
参与原核生物翻译的各种蛋白质因子及其生物学功能
种类
起始因子 IF-1 IF-2 IF-3 延长因子
80S
30S
40S
50S
60S
原核生物翻译过程中核蛋白体结构模式:
P位：肽酰位 (peptidyl site) A位：氨基酰位 (aminoacyl site) E位：排出位 (exit site)
目录
三、tRNA是氨基酸的运载工具及蛋白质 生物合成的适配器
氨基酸臂
反密码环
四、蛋白质生物合成需要酶类、 蛋白质因子等
释放因子的功能
一是识别终止密码;
二是诱导转肽酶改变为酯酶活性
原 核 肽 链 合 成 终 止 过 程
COORF
5'
UAG
3'
目录
多聚核蛋白体
(polysome)
——使蛋白质合成高速、 高效进行。
目录
第四节
蛋白质合成后加工和输送
Posttranslational Processing &
Protein Transportation
2. An aminoacyl-tRNA synthetase catalyzes
3 SRP与DP识别、结合
1 SRP识别信号肽
信号肽识别粒子（signal peptide recognization particles, SRP） 对接蛋白（docking protein, DP）
第五节
蛋白质生物合成的干扰和抑制
Interference and Inhibition of Protein Biosynthesis
* 遗传密码的特点
（一）方向性 (directional) （二）连续性（ non-punctuated ） （三）简并性（degeneracy） （四）摆动性（wobble） （五）通用性（universal）
1. 方向性 翻译时遗传密码的阅读方向是5’→3’，即读 码从mRNA的起始密码子AUG开始，按5’→3’ 的方向逐一阅读，直至终止密码子。
读码方向
5′ 3′
N
肽链延伸方向
C
2. 连续性
编码蛋白质氨基酸序列的各个三联体密 码连续阅读，密码子及密码子的各碱基之间 既无间隔也无交叉。
5’…….A U G G C A G U A C A U …… U A A 3’
Met Ala Val His 终止密码
基因损伤引起mRNA阅读框架内的碱基发生插入 或缺失，可能导致框移突变(frameshift mutation)。
*分泌性蛋白质（ secretory proteins ） 穿过
合成所在的细胞到其它组织细胞去的蛋白质，
可统称为分泌性蛋白质。
*蛋白质靶向运输（
protein targeting） 蛋白
质合成后定向地到达其执行功能的目标地点。 靶向输送是对分泌性蛋白质而言
*信号肽（single peptide ）：未成熟分泌性蛋白质中可被