生化14 蛋白质的生物合成(翻译)

EF-G
EF-2
三、翻译的终止
当核糖体A位出现mRNA的终止密码 后，多肽链合成停止，肽链从肽酰-tRNA
中释出，mRNA、核糖体大、小亚基等分
离，这些过程称为肽链合成终止。
终止相关的蛋白质因子称为释放因子 （release factor，RF）
RF-1：UAA，UAG RF-2：UAA，UGA RF-3：促进RF-1或RF-2与核糖体结合，诱导 肽基转移酶变为酯酶活性，催化肽酰 基转移到水分子-OH上，使肽链从核 糖体上释放，并水解GTP。 真核生物的释放因子：eRF-1和eRF-3 ； eRF-1可识别三种密码子, 并需GTP供能。
一性的，酶同时对氨基酸和tRNA高 度特异地识别。
氨基酰tRNA合成酶有20种，分别特
异性识别相应的20种氨基酸和相应的
tRNA。
tRNA与 酶结合的 模型
tRNA
ATP
氨基酰-tRNA合成酶
氨基酰-tRNA合成酶具有校正活性
(proofreading activity) 。
氨基酰-tRNA的表示方法： Ala-tRNAAla
3' IF-1
原核生物各种起始因子(IF)的生物功能
起始因子 IF-1 IF-2 IF-3 生物功能
占据A位防止结合其他tRNA；阻止大 小亚基的结合 促进起始tRNA与30S小亚基结合 结合30S小亚基，促进大小亚基分离； 提高P位对结合起始tRNA敏感性
（二）真核生物的翻译起始过程

核糖体大小亚基分离 起始氨基酰-tRNA结合；
肽链，称为开放阅读框架 (open reading
frame, ORF)。
遗传密码的特点பைடு நூலகம்
1. 方向性
mRNA分子中遗传密码阅读方向 是从 5→3
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，密码间既
无间断也无交叉。
基因转录后存在一种对mRNA外显子 加工过程，通过特定碱基的插入、缺失 或臵换，导致mRNA的移码、错义突变 或提前终止，使得同一mRNA前体翻译 出序列、功能不同的蛋白质。这种基因 表达的调节方式称为mRNA编辑 (mRNA editing)。
rps (ribosomal protein in small subunit)
3. 起始氨基酰tRNA( fMet-tRNAimet )结合到 小亚基
IF-2 GTP
5' IF-3
AUG
3' IF-1
4. 核蛋白体大亚基结合，70S起始复合物形成
GTP Pi IF-2 GDP
5' IF-3
AUG
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)。
3. 简并性
遗传密码中，除Met、Trp外，其 余氨基酸均由2个以上密码子为其编码。 同义密码子
但每一个密码子仅对应一个氨基酸。
不同物种对密码子有“偏爱性” 。
4. 通用性

蛋白质生物合成的整套密码，从原核 生物到人类都通用。 已发现少数例外，如动物细胞的线粒 体、植物细胞的叶绿体。 密码的通用性进一步证明各种生物进
（一）原核生物的翻译起始过程

核糖体大小亚基分离 mRNA在小亚基上定位结合
起始氨基酰-tRNA的结合
70S起始复合物形成
1. 核蛋白体大小亚基分离
IF-3
IF-1
2. mRNA在小亚基定位结合
5'
A U G
3' IF-1
IF-3
S-D序列 (Shine-Dalgarno, RBS)


mRNA与核糖体小亚基结合
小亚基沿mRNA扫描查找起始点 80S起始复合物形成
40S
elF-3
② met Met Met-tRNAiMet-elF-2 -GTP 60S Met ①
eIF-2B、eIF-3 eIF-6 elF-5
③
ATP elF4E, elF4G, elF4A, elF4B, PAB ADP+Pi
止信号，称为三联体密码(triplet code)。
起始密码 (initiation codon): AUG
终止密码(termination codon):
UAA，UAG，UGA
遗 传 密 码 表
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，每个
三联体密码连续排列编码一个蛋白质多
第十四章
蛋白质的生物合成 （翻译）
Protein Biosynthesis，Translation
蛋白质的生物合成，即翻译，就是 将核酸中由 4 种核苷酸序列编码的遗
传信息，通过遗传密码破译的方式解
读为蛋白质一级结构中20种氨基酸的 排列顺序 。
第一节
蛋白质生物合成体系
Protein Biosynthesis System
真核生物与原核生物翻译起始的不同点
1. 起始Met-tRNAiMet不需甲酰化 2. eIF种类多 3. 小亚基先与Met-tRNAiMet结合, 再与 mRNA结合
4. mRNA与40s亚基的结合依靠帽子结合 蛋白(CBP)与mRNA帽子结构的识别结合
5. ATP和GTP供能
二、肽链延长
指根据 mRNA密码序列的指导，次

延伸过程所需蛋白因子称为延长因子
(elongation factor, EF) 原核生物：EF-T (EF-Tu, EF-Ts)
EF-G
真核生物：eEF-1 、eEF-2
（一）进位
又称注册(registration)
指根据mRNA下
一组遗传密码指导，
使相应氨基酰-tRNA
进入核糖体A位。
延长因子EF-T催化
真核细胞起始密码子编码的met不须甲酰化
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第二节
蛋白质生物合成过程
The Process of Protein Biosynthesis
翻译过程从阅读框架的 5´-AUG 开始，
按 mRNA 模板三联体密码的顺序延长肽
链，多肽链的合成是从 N端向C端，直至
终止密码出现。
整个翻译过程可分为 翻译的起始(initiation)
一、mRNA是蛋白质合成的模板
mRNA是遗传信息的携带者
• 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，为多顺反子 (polycistron) 。
• 真核细胞 mRNA 只编码一种蛋白质，为 单顺反子(single cistron) 。
进位（原核生物）
GTP Tu Ts
Ts Tu GDP
5'
AUG
GTP
3'
目录
（二）成肽
指在肽基转移酶的作用下，将P位点
的肽酰基转移到A位点的氨基酰-tRNA上，
在A位形成肽键，使肽链延长。
（三）转位
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 糖体向mRNA的3'侧移动。
Ser-tRNASer Met-tRNAMet
（二）氨基酰-tRNA的表示方法
真核生物： Met-tRNAiMet 原核生物：
Met f fMet-tRNAi
大肠杆菌起始密码子编码的met须甲酰化
CH3 S 转甲酰基酶 CH2 N10-CHO-FH4 CH2 O H2N CH COO tRNAfMet H-C-HN CH3 S CH2 CH2 CH COO tRNAfMet
mRNA
④
各种elF释放 GDP+Pi
40S
60S Met
真核生物翻译起始 复合物形成过程
目录
mRNA在原核生物核糖体小亚基定位涉及： (1) S-D序列 (Shine-Dalgarno, RBS) (2) rps识别序列 mRNA在真核生物核糖体小亚基定位涉及：
(1) GCC(A/G)CCAUGG (2) 多种蛋白质因子,如帽子结合复合物eIF-4F





eIF-4A：eIF-4F复合物成分, 有解旋酶活性, 有利用mRNA扫描 eIF-4B：结合mRNA, 促进mRNA扫描定位 起始AUG eIF-4E：eIF-4F复合物成分, 结合mRNA的 5´端帽子结构 eIF-4G：eIF-4F复合物成分, 连接eIF-4E、 eIF-3和PABP等组分 PAB：PolyA结合蛋白结合3´端polyA尾
三、tRNA是蛋白质合成的搬运工具
氨基酸臂
反密码环
tRNA的三级结构
tRNA的功能



搬运氨基酸
活化氨基酸 在密码子与对应氨基酸之间起适配器 (adaptor) 的作用。
密码子—tRNA反密码子—氨基酸是对号入座。 如：密码子GGU--携带反密码子ACC的tRNA-Gly
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（一）氨基酸的活化与氨基酰-tRNA合成酶 (aminoacyl-tRNA synthetase)
氨基酸 + tRNA
氨基酰-tRNA合成酶
氨基酰- tRNA
ATP
AMP＋PPi
第一步反应：酶找相应的氨基酸
氨基酸 ＋ATP-E —→ 氨基酰-AMP-E ＋ AMP ＋ PPi
第二步反应：酶找相应的tRNA
氨基酰-AMP-E ＋ tRNA
↓
氨基酰-tRNA ＋ AMP ＋ E
氨基酰tRNA合成酶的活性是绝对专
原核生物的多顺反子
5 PPP 3
蛋白质 真核生物的单顺反子
5 mG - PPP 3
蛋白质
非编码序列 核糖体结合位点 编码序列 起始密码子 终止密码子
mRNA上存在遗传密码
mRNA 分子上从 5 至 3 方向，由 AUG 开始，每3个核苷酸为一组，决定肽链上 某一个氨基酸或蛋白质合成的起始、终
A, G
U, C
U
G
二、核糖体是多肽链合成的装臵
组成、结构与功能特点：
结构复杂而精密
由数种rRNA（占60%左右）及多种蛋
白质组成。 rRNA起着主导的作用，蛋白质协助维 持rRNA的功能区域。
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核 糖 体 的 组 成
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原核生物翻译过程中核糖体结构模式
P位：肽酰位 (peptidyl site) A位：氨基酰位 (aminoacyl site) E位：排出位 (exit site)
序添加氨基酸从 N 端向 C端延伸肽链，
直到合成终止的过程。

肽链延长在核糖体上连续性循环式进行， 称为核糖体循环(ribosomal cycle)，每次 循环增加一个氨基酸。 每次循环包括以下三步：： – 进位(entrance) – 成肽(peptide bond formation) – 转位(translocation)
参与蛋白质生物合成的物质包括

三种RNA
–mRNA（messenger RNA, 信使RNA）
–rRNA（ribosomal RNA, 核蛋白体RNA）
–tRNA（transfer RNA, 转移RNA）
合成原料
20种氨基酸 (AA)
能源 ATP主要参与氨基酸的活化 GTP提供翻译起始、延长、终止阶段 所需能量 参与的蛋白质因子、酶及酶的辅助因子 起始因子、延长因子、释放因子、转 肽酶、氨基酰-tRNA合成酶
目录
fMet fMet
Tu GTP
5'
AUG
3'
进 位
成肽 转 位
（四）真核生物延长过程
真核生物肽链合成的延长过程与原
核基本相似，但有不同的反应体系和延
长因子。
另外，真核细胞核糖体没有E位，转
位时卸载的tRNA直接从P位脱落。
肽链合成的延长因子
原核延长因 子 EF-Tu EF-Ts 生物功能 促进氨基酰-tRNA进入A位，结合分 解GTP 调节亚基 有转位酶活性，促进肽酰-tRNA由A 位前移到P位，促进卸载tRNA释放 对应真核延长 因子 EF-1-α EF-1-βγ


化自同一祖先。
5. 摆动性
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。
摆 动 配 对
U U
密码子、反密码子配对的摆动现象
tRNA反密码子 第1位碱基 mRNA密码子 第3位碱基
I
U
G
A
C
U, C, A

翻译的延长(elongation)
翻译的终止(termination )
一、翻译的起始
指 mRNA 和起始氨基酰 -tRNA 分别 与核糖体结合而形成 翻译起始复合物 (translational initiation complex) 。
参与这一过程的多种蛋白质因子，
称为起始因子 (initiation factor, IF) 。
真核生物各种起始因子的生物功能





eIF-2：单体GTP结合蛋白, 促进起始 Met-tRNAiMet与40S小亚基结合 eIF-2B：鸟苷酸交换因子(GEF), 将eIF-2上的 GDP交换成GTP eIF-3：最先与40S小亚基结合, 促进大小亚基 分离 eIF-5：水解GTP, 促进各种起始因子从核糖 体释放, 进而结合大亚基 eIF -6：促进核糖体分离成大小亚基