蛋白质的生物合成-翻译

5’ 3’
2
3
G
C
U A C
3’ 5’
mRNA
C
3
G
2
I
1
tRNA
自由度的大 小由tRNA反 密码子第一 位碱基的种 类决定 tRNA的反密码子与mRNA分子上的密码子摆动配对
17
3、”第二套遗传密码”




贮存在mRNA的遗传密码称为第一套遗传密码 氨酰-tRNA合成酶只催化一种氨基酸和其相对应 的一种和几种tRNA结合. 原核细胞内至少有32种tRNA tRNA分子上某些碱基能决定其携带氨基酸的专 一性. 氨酰-tRNA合成酶和tRNA之间的相互作用和 tRNA分子中某些碱基对决定携带专一氨基酸的 作用称为第二套遗传密码


3.fmet-tRNAfmet的结合
fmet-tRNAfmet -IF2-GTP 通过其反密码与mRNA上 的起始密码AUG相配对
31
5.70s起始复合物形成
IF3脱落 50S大亚基结合 GTP GDP+Pi IF2、IF1脱落

70s起始复合物组成
大小亚基 mRNA fmet-tRNAimet （结合于核糖体的P位<肽位>）

45
46
fMet fMet
Tu GTP
5'
AUG
3'
合成中能量的消耗
70S复合物形成 活化:2个ATP 时的能量消耗 70S复合物形成时消耗1个ATP

延长时的能量 每合成一个肽键， 消耗 消耗4个高能磷酸键 活化：2个ATP 进位：1个GTP 移位：1个GTP
48
(四). 肽链合成的终止和释放
m7G-5´ppp-N-3 ´ p
顺反子
5´ “帽子”
PolyA 3´ AAAAAAA-OH
帽子结构功能
① 使mRNA免遭核酸酶的破坏 ② 使mRNA能与核糖体小亚基结合并开始 合成蛋白质 ③ 被蛋白质合成的起始因子所识别，从 而促进蛋白质的合成。
二). tRNA（transfer ribonucleic asid）
终止密码的辨认 肽链从肽酰-tRNA水 解出 mRNA从核糖体中分离 及大小亚基的拆开 终止因子(release factors)的参与

UAA、UAG、UGA GTP GDP+Pi

IF3结合30小亚基
RF1：作用于UAA、UAG RF2：作用于UGA RF3：促进释放 结合GTP/GTP酶活性
AUG
3' IF-1
Pi GTP IF-2 -GTP GDP
5' IF-3
AUG
3' IF-1
30S
50S
(三).肽链的延长（进位、成肽、移位）
肽链延长在核蛋白体上连续性循环式进行，又称为核 蛋白体循环(ribosomal cycle)，每次循环增加一个氨基酸， 包括以下三步：进位(entrance)成肽(peptide bond formation) 移位(translocation)
28
2.N-甲酰甲硫氨酰-tRNAtMet的形成
+H
2N-CH-COO-tRNA
CHO-HN-CH-COO-tRNA
转甲酰基酶
CH2 CH2 S CH3
CH2
CH2
N10-甲酰FH4 FH4
S CH3
Met-tRNAtMet
fMet-tRNAtMet
29
3.三种起始因子

IF1 IF2

辅助IF3
分泌性蛋白 一条合成后的多肽链经加工产 生多种不同活性的蛋白质/多肽
52
蛋白质前体中不必要 肽段的切除 多蛋白的加工


●分泌性蛋白的加工
分泌性蛋白合成时带有“信号肽”
（signal peptide)
有些蛋白质前体在合成结束后仍需切除其
他肽段 例如：胰岛素的加工
53
信号肽(signal
翻译过程十分复杂，需要mRNA、tRNA、 rRNA和多种蛋白因子参与。在此过程中mRNA为 合成的模板，tRNA为运输氨基酸工具，rRNA和蛋 白质构成核糖体，是合成蛋白质的场所，蛋白质合 成的方向为N—C端。
2
遗 传 信 息 流 动 示 意 图
3
4
一 遗传密码（genetic code)



EF-Ts：促进EF-Tu的再利用
40
GTP Tu Ts
Ts Tu GDP
5'
AUG
GTP
3'
2. 成肽
酶 肽键

肽酰基转移酶（大亚基） P位：f-met-（肽酰）的α-COO+ A位：氨基酰的α-NH4+


位臵
形成肽键 A位：反应在此位上进行 （P位上的f-met退至A位） 生成的二肽在A位上。 P位：无负载tRNA
第十四章 蛋白质的生物合成---翻译(translation)
• • • •
遗传密码 蛋白质合成的分子基础 蛋白质合成的分子机制 氨基酸的活化 肽链合成的起始 肽链合成的延长 肽链合成的终止和释放

中心法则指出，遗传信息的表达最终是合成出具有特定氨
基酸顺序的蛋白质，这种以mRNA上所携带的遗传信息,到多 肽链上所携带的遗传信息的传递，就好象以一种语言翻译成 另一种语言时的情形相似，所以称以mRNA为模板的蛋白质 合成过程为翻译(translation)。
43
3. 移位 在A位的二肽链连同mRNA从A位进入P位

酶


位臵
方向

结果
移位因子----EFG 有GTP酶活性 协助核糖体沿mRNA前移,游离tRNA释放 P位：肽-tRNA-mRNA A位：空留,下一个氨酰-tRNA进入 mRNA： 从5’ 3’ 移动 1个带有肽链的tRNA：从A位 B位 肽链合成： 从N端 C端延长 P位上无负载的tRNA在肽键形成前从E位脱落。

32
核蛋白体大小亚基分离
IF-3
IF-1
mRNA在小亚基定位结合
5' IF-3
AUG
3' IF-1
起始氨基酰tRNA( fMet-tRNAimet )结合到小亚 基
IF-2 GTP
5' IF-3
AUG
3' IF-1
核蛋白体大亚基结合，起始复合物形成
GTP Pi IF-2 GDP
5' IF-3
带有信号肽的分泌性蛋白的加工、分泌的过程
胞浆 粗面内质网 带有信号肽的分泌蛋白
信号肽颗粒识别、结合
通道识别
信号肽酶切除信号肽
高尔基体 肽链合并
进一步加工 分泌出胞外
55
SRP:信号识别体
信号肽的识别过程
胰岛素的加工过程
●多蛋白的加工
一条合成后的 多肽链经加工 产生多种不同 活性的蛋白质/ 多肽
tRNA在蛋白质合成中处于关键地位，它不但为每个三 联体密码子译成氨基酸提供接合体，还为准确无误地将所需氨基 酸运送到核糖体上提供运送载体。
结构:
(1) 3’端的氨基酸结合位点 (2) 识别氨酰-tRNA合成酶位点 (3) 核糖体识别位点 (4) 反密码子
2.反密码子与密码子的”摆动配对”
16
1 密码 反密码
11
SD序列(shine-Dalgarno序列):---原核生物
1位于起始密码上游约10个核苷酸处， 2序列富含嘌呤(如AGGA /GAGG） 3能和原核生物核糖体小亚基的16s rRNA相应互补。 4.在IF3、IF1促进下和30S亚基结合。
起始密码
SD序列
12
真核细胞mRNA的结构特点
Poly(A)尾巴的功能 ① mRNA由细胞核进入细胞质所 必需的形式 ② 它大大提高了mRNA在细胞质 中的稳定性
49
COORF
5'
UAG
3'

多核糖体 一条mRNA链上同时具有许多个核糖体 （每隔80核苷酸有一个核糖体） 一条mRNA可同时合成多条多肽链
51
(五).翻译后加工
一级结构的修饰: N-端Met(fMet)去除 二硫键的形成 个别氨基酸的修饰


羟化作用:羟脯氨酸 羟赖氨酸 酶活性中心的磷酸化
24
第一步反应
氨基酸 ＋ATP-E —→ 氨酰-AMP-E ＋ PPi
25
第二步反应
氨酰-AMP-E ＋ tRNA
↓
Baidu Nhomakorabea
氨酰-tRNA ＋ AMP ＋ E
26
tRNA与酶 结合的模型
tRNA
ATP
氨基酰-tRNA合成酶
27
(二)、肽链合成的起始－７０Ｓ复合物的形成
1.所需的条件




游离的核糖体大小亚基 mRNA 5’端的起始信号 起始fmet-tRNAmet GTP 三种可溶性起始因子 (initiation factors IF)
18
(三)、核糖体
1.核糖体的组成
19
2.核糖体的结构
P位（结合 或接受肽 基的部位 ） A位（结合或 接受AA- tRNA 的部位）
50S
5
3
mRNA
30S
原核细胞70S核糖体的A位、P位及mRNA结合部位示意图
20
anticodon
codon
21
三． 蛋白质合成的分子机制（原核生物）
遗 传 密 码 表
•基因损伤引起mRNA阅读框架内的碱基发生插入或缺失， 可能导致移码突变(frameshift mutation)。
插入
缺失
密码子、反密码子 配对的摆动现象
tRNA反密码子 第1位碱基
I
U
G
A
C
mRNA密码子 第3位碱基
U, C, A
A, G
U, C
U
G
8

mRNA 是模板 二、蛋白质合成的分子基础 核糖体是蛋白质合成的工厂
遗传密码: DNA（或mRNA）中的核苷酸序列与蛋白质中氨
基酸序列之间的对应关系称为遗传密码。 密码子(codon)：mRNA上每3个相邻的核苷酸编码蛋白质 多肽链中的一个氨基酸，这三个核苷酸就称为一个密码子或 基本特点 三联体密码 (triplet coden)。 密码子是近于完全通用(universal)的。 密码间无标点符号且相邻密码子互不重叠。 密码的简并性(degeneracy) ：由一种以上密码子编码同一个 氨基 酸的现象称为简并，对应于同一氨基酸的密码子称为同义密码子 (Synonymous codon)。 密码子的摆动性(wobble) :转运氨基酸的tRNA的反密码需要通过 碱基互补与mRNA上的遗传密码反向配对结合，但反密码与密码 间不严格遵守常见的碱基配对规律，称为摆动配对。 64组密码子中，AUG既是 的密码，又是起始密码； 三组密码不编码任何氨基酸，而是多肽链合成的终止密码子： 5 UAG、UAA、UGA。
tRNA是氨基酸的转运工具
9
（一）mRNA是蛋白质合成的模板
mRNA(messenger RNA)是蛋白质生物合成过程中直 接指令氨基酸掺入的模板，是遗传信息的载体。 遗传学将编码一个多肽的遗传单位称为顺反子 (cistron)。 原核细胞中数个结构基因常串联为一个转录单位， 转录生成的mRNA可编码几种功能相关的蛋白质， 为多顺反(polycistron) 。 真核mRNA只编码一种蛋白质，为单顺反子(single cistron) 。
所需的条件 70S起始复合物 延长tRNA转运氨基酸

延长因子(elongation factors EF)
GTP
39
1. 进位 氨基酰-tRNA根据遗传密码的指引，进 入核糖体的受位。又称注册(registration)
参与的延长因子 EF-Tu：协助AA-tRNA进入A位具有GTP酶活性
氨基酸的活化 肽链合成的起始 肽链的延长 －“核糖体循环” 肽链合成的终止 蛋白质的加工、修饰

23
(一)、氨基酸的活化

在氨酰-tRNA合成酶(aminoacyl-tRNA synthetase) 的催化下进行
氨基酸 + tRNA
氨酰-tRNA合成酶 ATP
氨基酰- tRNA AMP＋PPi

有GTP酶活性 特异识别fmet-tRNAimet 形成fmet-tRNAimet- IF2-GTP 促进30S小亚基结合mRNA 终止时：促使核糖体解离


IF3
30
4.30s起始复合物形成
1.核糖体亚基的拆离 2.mRNA在小亚基上就位
起始序列（SD 序列） 30S小亚基与mRNA识别、 结合 IF1、IF3协助
peptide): (1)在真核生物未成熟分泌性蛋白质中,可被 细胞转运系统识别的特征性氨基酸序列, 约15-30 AA(含疏水AA较多)。 (2)作用：把合成的蛋白质移向粗面内质网膜 与粗面内质网膜结合(信号肽颗粒识别、结合) 把合成的蛋白质送入粗面内质网膜 (3)信号肽对靶向输送有决定作用。
54
原核细胞mRNA的结构特点
SD区 顺反子 顺反子 顺反子
5´
AGGAGGU
3´
插入顺序 插入顺序 末端顺序
先导区
① 半衰期短
② 许多原核生物mRNA以多顺反子形式存在 ③ AUG作为起始密码；AUG上游7～12个核苷酸处有一被称为SD序列
的保守区， 16S rRNA3’- 端反向互补而使mRNA与核糖体结合。