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1、4 4 蛋白质的生物合成蛋白质的生物合成 mRNA mRNA和遗传密码和遗传密码 tRNA tRNA 核糖体核糖体 参与合成的酶及蛋白质因子参与合成的酶及蛋白质因子 多肽链合成的机理多肽链合成的机理 翻译后的加工和定向运输翻译后的加工和定向运输 本本 章章 概概 要要翻译翻译：RNA参与蛋白质生物合成，将核苷酸序列转参与蛋白质生物合成，将核苷酸序列转变为氨基酸序列，进而形成高级结构的过程。变为氨基酸序列，进而形成高级结构的过程。最保守最耗时的事件之一。细菌细胞中有最保守最耗时的事件之一。细菌细胞中有8080的的能量和能量和50%50%的干重用于蛋白质合成。的干重用于蛋白质合成。原料：氨基酸原料
2、：氨基酸模板：模板：mRNAmRNA工具：工具：tRNAtRNA场所：核糖核蛋白体场所：核糖核蛋白体有关的酶、蛋白质因子有关的酶、蛋白质因子翻译体系翻译体系翻译包括起始、多肽链延伸、终止三个基本阶段。翻译包括起始、多肽链延伸、终止三个基本阶段。第一节第一节 mRNA和遗传密码和遗传密码 携带从携带从DNADNA传递来的遗传信息，是蛋白质生物合传递来的遗传信息，是蛋白质生物合成的模板。它决定蛋白质分子中的氨基酸排列顺序。成的模板。它决定蛋白质分子中的氨基酸排列顺序。5-UTR3-UTRExonIntronpolypeptideMUture mRNAPre-mRNA开放阅读框（开放阅读框（ORF）
3、大肠杆菌大肠杆菌Trp前导序列的前导序列的3种可能的种可能的ORFsORF:从起始密码到终止密码的蛋白编码区序列从起始密码到终止密码的蛋白编码区序列 多顺反子：多顺反子：原核细胞中每种原核细胞中每种mRNAmRNA分子常带有多分子常带有多个功能相关的蛋白质的编码信息，翻译过程中可同个功能相关的蛋白质的编码信息，翻译过程中可同时合成几种蛋白质。时合成几种蛋白质。单顺反子：单顺反子：真核细胞每种真核细胞每种mRNAmRNA一般只带有一种蛋一般只带有一种蛋白质编码信息。白质编码信息。顺反子（顺反子（cistroncistron）编码单条多肽链的一个遗传功能单位，即转录单位。编码单条多肽链的一个遗传功
4、能单位，即转录单位。（seymour Benzer，1975）顺反子概念把基因具体化为DNA分子的一段序列，它负责传递遗传信息，是决定一条多肽链的完整的功能单位；但它又是可分的，组成顺反子的核苷酸可以独自发生突变或重组，单顺反子单顺反子多顺反子多顺反子遗传密码：遗传密码：指指DNADNA或或mRNAmRNA中决定蛋白质中氨基酸排列中决定蛋白质中氨基酸排列顺序的碱基序列信息。顺序的碱基序列信息。密码子：密码子：mRNAmRNA中相邻三个核苷酸组成编码多肽链中中相邻三个核苷酸组成编码多肽链中一个氨基酸三联体。一个氨基酸三联体。2.2.遗传密码遗传密码一是体外翻一是体外翻译译系系统统的建立；的建立；
5、二是核酸的人工合成：二是核酸的人工合成：三是核糖体三是核糖体结结合技合技术术。破破译遗传译遗传密密码码的突破性工作主要包括：的突破性工作主要包括：aa-tRNA分离测序及密码子的摆动性分离测序及密码子的摆动性 多聚核苷酸体外合成多聚核苷酸体外合成 体外无细胞翻译体系体外无细胞翻译体系遗传密码的发现：遗传密码的发现：第一个遗传密码的破译第一个遗传密码的破译1954年，物理学家年，物理学家George Gamow数学推理数学推理43 符合经济原则。符合经济原则。1961年年，Brenner和和Grick在在T4噬噬菌菌体体突突变变体体侵侵染染大大肠肠杆杆菌菌过过程程中中发发现现DNA链链与与蛋蛋白
6、白质质氨氨基基酸酸链链的的共共线线性性，首首先先肯肯定定了三个核苷酸的推理以及阅读的连续性和简并性了三个核苷酸的推理以及阅读的连续性和简并性。1961年年，美美国国NIH的的Marshall Nirenberg和和Mathaei 利利用用大大肠肠杆杆菌菌体体外外无无细细胞胞翻翻译译体体系系加加入入多多聚聚核核苷苷酸酸的的方方式式证证明明了了UUU（Phe）、AAA（Lys）、CCC（Pro），但但由由于于polyG形形成成三三股股螺螺旋旋而而不不与与核核糖糖体体结结合合而而未未能能得得到到对对应应的氨基酸。的氨基酸。不同的氨基酸分别加入到不同的氨基酸分别加入到polyUpolyU试管系统中试管
7、系统中 答案：答案：polyUpolyU合成的肽链合成的肽链全部是苯丙氨酸（全部是苯丙氨酸（PhePhe）破译第一个遗传密码破译第一个遗传密码Nirenberg和和Mathaei 的的体外无细胞翻译体系体外无细胞翻译体系遗传密码的发现：遗传密码的发现：密码表的确立密码表的确立1963年年，Speyer和和Ochoa等等利利用用混混合合共共聚聚物物法法确确定定了了Asp、Glu和和Thr等遗传密码的碱基组成，但不能明确碱基顺序。等遗传密码的碱基组成，但不能明确碱基顺序。1964年年，Nirenberg和和Leder建建立立了了破破译译密密码码的的新新方方法法tRNA与与确确定定三三联联体体密密码
8、码（核核糖糖体体）结结合合实实验验。但但并并非非所所有有三三核核苷苷酸酸都都能能与与核核糖糖体体进进行行特特异异结结合合，所所以以有有些些氨氨基基酸酸的的tRNA与核糖体的结合并非特异的。与核糖体的结合并非特异的。1964-1966年年，Khorana、Jones和和Nishimura等等人人应应用用有有机机化化学学和和酶酶学学技技术术制制备备已已知知的的核核苷苷酸酸重重复复多多聚聚物物，以以其其为为模模板板进行体外翻译，完成了所有遗传密码的破译。进行体外翻译，完成了所有遗传密码的破译。Khorana：有机合成DNA单链 双链DNA RNA单链 氨基酸链DNA pol IRNA pol体外翻译
9、（标记体外翻译（标记aa）UCUCUCUCUCUCUCUCUCUCUCUCUCUC UCU、CUC Ser、LeuUUCUUCUUCUUCUUCUUCUUCUUCUUC UUC、UCU、CUU Ser、Leu、PheUUACUUACUUACUUACUUACUUACUUAC UUA、UAC、ACU、CUU Thr、Leu、Tyr CUU（Leu）UCU（Ser）CUC（Leu）CUU（phe）1966年，Nirenberg和KhorUnU绘制全部64个密码子的遗传密码字典Marshall W Nirenberg 和 Har Gobind Khorana 1968年诺贝尔化学奖遗传密码的发现：遗传
10、密码的发现：密码表的验证密码表的验证1966年年，Sterisinger等等用用噬噬菌菌体体T4中中用用原原黄黄素素诱诱发发移移码码突突变变的的方方法法证证实实遗遗传传密密码码是是完完全全正正确确的的。而而且且还还可可推推测测出出遗遗传传信信息息是是以以5-3的的方方向向阅阅读读的的，蛋蛋白白质则是从质则是从N端向端向C端合成的。端合成的。遗传密码的发现：遗传密码的发现：副密码子（副密码子（paracodon）的发现）的发现1984年年，Prather等等发发现现氨氨基基酸酸接接受受柄柄G3-C70被被G3-U70突突变变的的tRNALys保留对保留对Lys的特异性，且也能携带的特异性，且也能
11、携带Ala或或 Gly。1985年年，Normanly等等发发现现取取代代亮亮氨氨酸酸tRNA中中的的12个个碱碱基基(无无反反密码子碱基的取代密码子碱基的取代)，能够使其变为丝氨酸，能够使其变为丝氨酸tRNA。1988年年，MIT的的Hou和和Schimmel 通通过过比比较较tRNA的的D柄柄、反反密密码码柄柄、TC柄柄和和氨氨基基酸酸接接受受柄柄等等突突变变进进一一步步证证明明了了氨氨基基酸酸接接受受柄柄上上G3U70决决定定着着氨氨基基酸酸的的特特异异性性。由由此此，ChristiandeDuve提提出出了了第第二二套套密密码码系系统统的的概概念念或或学学说说。该该学学说说认认为为tR
12、NA氨氨基基酸酸接接受受柄柄有有一一副副密密码码区区，可可被被氨氨基酰基酰tRNA合成酶识别，并决定合成酶识别，并决定tRNA的特异性。的特异性。3.3.遗传密码的特点遗传密码的特点（1）起始与终止密码子）起始与终止密码子 起始密码子：起始密码子：AUG 原核细胞编码原核细胞编码 N-N-甲酰甲硫氨酸甲酰甲硫氨酸 真核细胞编码真核细胞编码 甲硫氨酸甲硫氨酸 终止密码子：终止密码子：UAA、UAG、UGA（2）读码的连续性）读码的连续性 两个密码子之间没有任何间隔，从起始码两个密码子之间没有任何间隔，从起始码AUG开始，开始，每三个碱基代表一个氨基酸。每三个碱基代表一个氨基酸。（3）密码的简并性
13、）密码的简并性 61个密码子编码个密码子编码20种氨基酸，一种氨基酸可以对应多个种氨基酸，一种氨基酸可以对应多个密码子。密码子。3.3.遗传密码的特点遗传密码的特点丙氨酸丙氨酸:GCG GCU GCC GCA （3）密码的简并性）密码的简并性 61个密码子编码个密码子编码20种氨基酸，一种氨基酸对应多个密码种氨基酸，一种氨基酸对应多个密码子子,如丙氨酸如丙氨酸:GCU，GCC，GCA，GCG。（4）密码的通用性）密码的通用性 各种低等和高等生物基本上都使用同一套遗传密码。各种低等和高等生物基本上都使用同一套遗传密码。大肠杆菌的蛋白质合成系统可以正确阅读人珠蛋白大肠杆菌的蛋白质合成系统可以正确阅
14、读人珠蛋白mRNAmRNA的密码系统，合成出人珠蛋白。的密码系统，合成出人珠蛋白。例外，人线粒体中，例外，人线粒体中，UGUUGU是色氨酸的密码子，是色氨酸的密码子，UGU UGG UGU UGG 是终止密码子。是终止密码子。3.3.遗传密码的特点遗传密码的特点无义突变无义突变(nonsense mutation)(nonsense mutation)DNADNA上任何代表氨基酸的密码子变为终止密码上任何代表氨基酸的密码子变为终止密码子的改变。子的改变。错义突变错义突变(missense mutation)(missense mutation)DNADNA分子中的核苷酸置换后改变了分子中的核苷
15、酸置换后改变了mRNAmRNA上遗上遗传密码，从而导致合成的多肽链中一个氨基酸被传密码，从而导致合成的多肽链中一个氨基酸被另一氨基酸所取代的改变。另一氨基酸所取代的改变。密码突变密码突变第二节第二节 tRNA2.1 tRNA的结构的结构 tRNA是蛋白质生物合成中氨基酸转运的工具。是蛋白质生物合成中氨基酸转运的工具。最小的最小的 RNA：4S 长长70 90个个base，其中，其中22nt是恒定是恒定 含有含有10%的稀有碱基的稀有碱基 氨基酸接受壁氨基酸接受壁负责连接负责连接aaTC臂臂常常由由5 bp茎茎和和7 nt环环组组 成成。此此 臂臂 负负 责责 核核 糖糖 体体rRNA识别识别。
16、反反密密码码子子臂臂由由5 bp茎茎和和7nt环环组组成成，负负责责对对密密码码子子的的识识别与配对别与配对。D环环由由4bp茎茎和和8 nt环环组组成成。负责负责氨酰氨酰tRNA合成酶结合合成酶结合。额额外外环环长长4-21nt不不等等，负负责责在在L型型三三维维结结构构中中连连接接D环环反反密密码码子子环环和和TC-受受体体臂。臂。二级结构二级结构倒倒L三级结构：三级结构：T T环和环和D D环两个双螺旋区相互垂直环两个双螺旋区相互垂直 2.2 tRNA的功能的功能（1）解读解读mRNA的遗传信息的遗传信息（2）运输的工具，运载氨基酸运输的工具，运载氨基酸tRNAtRNA是连接氨基酸和是连
17、接氨基酸和mRNAmRNA的桥梁，正确翻译需要的桥梁，正确翻译需要 氨基酸正确选择并结合到对应的氨基酸正确选择并结合到对应的tRNAtRNA上。上。正确连接氨基酸的正确连接氨基酸的tRNAtRNA能够被能够被mRNAmRNA正确识别。正确识别。密码子的摆动现象（密码子的摆动现象（wobble)在密码子的在密码子的3端位置和反密码子的端位置和反密码子的5端位置的核端位置的核苷酸碱基之间可能发生非标准的碱基配对，也即苷酸碱基之间可能发生非标准的碱基配对，也即密码密码子的变偶性子的变偶性。密码子的摆动性解释了遗传密码的简并现象，简并的碱基密码子的摆动性解释了遗传密码的简并现象，简并的碱基是在摆动位置
18、中。是在摆动位置中。密码子识别中的摆动性配对密码子识别中的摆动性配对反密码第反密码第1位碱基位碱基ACGU1密码第密码第3位碱基位碱基UGC，UA，GA，C，UI2.3 tRNA的种类的种类（1）起始起始tRNA和延伸和延伸tRNA 起始起始tRNA:Prok：tRNAfmet，fMet-tRNAfmet Euk：tRNAimet，Met-tRNAimet 延伸延伸tRNA：tRNAmmet，m可省略可省略（2）同工（受体）同工（受体）tRNA（isoaccepting tRNAs）(携带携带AA相同而反密码子不同的一组相同而反密码子不同的一组tRNA。不同的反密码子识别不同的反密码子识别AA
19、AA的同义密码；的同义密码；同功同功tRNAtRNA在细胞内合成量上有多和少的差别，分别称为主在细胞内合成量上有多和少的差别，分别称为主要要tRNAtRNA和次要和次要tRNAtRNA。主要。主要tRNAtRNA中反密码子识别中反密码子识别tRNAtRNA中的高频密中的高频密码子，而次要码子，而次要tRNAtRNA中反密码子识别中反密码子识别mRNAmRNA中的低频密码子。中的低频密码子。2.3 tRNA的种类的种类2.3 tRNA的种类的种类（3）校正）校正tRNA（或抑制（或抑制tRNA）编码编码tRNA的基因发生某种突变，以的基因发生某种突变，以“代偿代偿”或校或校正正mRNA上密码子的
20、原有突变所产生的不良后果。这上密码子的原有突变所产生的不良后果。这类类tRNA称为抑制称为抑制tRNA或校正或校正tRNA。包括：包括：无义抑制无义抑制 错义抑制错义抑制第三节第三节 核糖体的特性与功能核糖体的特性与功能核糖体核糖体由几种由几种rRNArRNA和几十和几十种蛋白质组成亚细胞颗粒种蛋白质组成亚细胞颗粒作用作用:蛋白质合成的场所。蛋白质合成的场所。3.1 核糖体的组成核糖体的组成小亚基小亚基密度梯度离心分离不同亚基密度梯度离心分离不同亚基原核生物原核生物：游离于细胞质：游离于细胞质真核生物真核生物：1.1.游离于细胞质中：游离于细胞质中：合成细胞溶质或细胞器膜的蛋白质，主要参与细合
21、成细胞溶质或细胞器膜的蛋白质，主要参与细胞固有蛋白质的合成；胞固有蛋白质的合成；2.2.与内质网相结合形成粗面内质网：与内质网相结合形成粗面内质网：合成三类蛋白质：溶酶体蛋白质、分泌到胞外的合成三类蛋白质：溶酶体蛋白质、分泌到胞外的蛋白和构成质膜骨架的蛋白质。蛋白和构成质膜骨架的蛋白质。3.2 核糖体的类型核糖体的类型P位位点点：肽肽酰酰基基tRNA结结合合位位点点，结结合合起起始始氨氨基基酰酰tRNA，在延伸中向在延伸中向A位给出肽基位给出肽基。A位点：位点：氨酰氨酰tRNA结合位点，接受新进入氨基酰结合位点，接受新进入氨基酰tRNA。E位点：位点：多肽链转移到氨酰多肽链转移到氨酰tRNA后
22、释放的后释放的tRNA暂停位点。暂停位点。转转肽肽酶酶活活性性部部位位：位位于于P位位点点和和A位位点点的的连连接接处处。参参与与蛋蛋白质合成的各种蛋白因子的结合位点。白质合成的各种蛋白因子的结合位点。3.3 3.3 核糖体的活性位点核糖体的活性位点mRNA结合位点：结合位点：位于位于30S小亚基小亚基头部，负责与头部，负责与mRNA的结合的结合核糖体的活性位点核糖体的活性位点第四节第四节 参与蛋白质合成的酶参与蛋白质合成的酶及蛋白质因子及蛋白质因子 氨氨酰酰tRNA合合成成酶酶专专一一识识别别tRNA分分子子，并并结结合合特定的氨基酸到特定的氨基酸到tRNA分子接受臂的分子接受臂的3端。端。
23、1.氨酰氨酰tRNAtRNA合成酶（合成酶（AARSAARS）绝大多数细胞内有二十种氨酰绝大多数细胞内有二十种氨酰tRNAtRNA合成酶，每合成酶，每种酶对应一种氨基酸，但能和该氨基酸的多个种酶对应一种氨基酸，但能和该氨基酸的多个同同工受体工受体tRNAtRNA结合。结合。氨基酸氨基酸+ATP+tRNA +ATP+tRNA 氨酰氨酰-tRNA+AMP+PPi-tRNA+AMP+PPi活活化化：催催化化氨氨基基酸酸的的羧羧基基与与AMPAMP上上的的磷磷酸酸之之间间形形成成一个酯键，同时释放出一分子一个酯键，同时释放出一分子PPiPPi。转转移移：氨氨酰酰-AMPAMP通通过过形形成成酯酯键键将
24、将氨氨基基酸酸连连接接到到tRNA 3tRNA 3端腺苷酸的核糖上。端腺苷酸的核糖上。1.1 氨酰氨酰tRNA合成酶催化的反应合成酶催化的反应aa+ATP+E*氨基酰-AMP-E+PPi氨基酰-AMP-E+tRNA aa-tRNA+AMP+E一般是单体酶，具有一个一般是单体酶，具有一个N-N-末端催末端催化域，均包含一个化域，均包含一个RossmanRossman折叠。折叠。如如Tyr-tRNATyr-tRNA合成酶，合成酶，1.3 1.3 氨酰氨酰tRNAtRNA合成酶的分类合成酶的分类Tyrosyl-tRNA 合成酶合成酶第一类：第一类：先将氨基酸羧基转移到先将氨基酸羧基转移到 tRNA
25、3 端端A的的 2-OH上，然后通过转酯反应转移到上，然后通过转酯反应转移到 3-OH上。上。一一般般是是二二聚聚体体或或四四聚聚体体，其其催催化化结结构构域域有有一一个个反反平平行行的的-折叠片，折叠片，-螺旋在侧面，螺旋在侧面，Ser-tRNASer-tRNA合合成成酶酶属属于于第第类类酶酶，它它有有一一个个中中央央反反平平行行-折折叠叠而而非非RossmanRossman折折叠叠，该该酶酶由由两两个个相相同同的的亚亚基基形形成成一一个个二聚体。二聚体。Ser-tRNASer-tRNA合成酶合成酶第二类：第二类：直接将氨基酸转到直接将氨基酸转到 tRNA 3 端端A的的 3-OH上。上。两
26、类酶与两类酶与tRNA反应时接近模式不同反应时接近模式不同1.2 1.2 氨酰氨酰tRNAtRNA合成合成酶的活性区（1）催化域：）催化域：ATP和氨基酸结合位点和氨基酸结合位点（2）tRNA接受臂螺旋结合域接受臂螺旋结合域（3）tRNA反密码子结合域反密码子结合域 1.3 1.3 氨酰氨酰tRNAtRNA合合成酶的识别 氨基酰氨基酰tRNAtRNA合成酶需要识别合成酶需要识别tRNAtRNA和氨基酸和氨基酸，它对，它对氨基酸是绝对专一的，对氨基酸是绝对专一的，对tRNAtRNA可以识别所有同工受可以识别所有同工受体体tRNAtRNA。两类氨基酰两类氨基酰tRNAtRNA合成酶似乎都对氨基酸的
27、侧链使合成酶似乎都对氨基酸的侧链使用刚性的锁钥机理，而对其它底物使用诱导契合机用刚性的锁钥机理，而对其它底物使用诱导契合机理，包括理，包括ATPATP、tRNAtRNA和氨基酸的成肽部分。和氨基酸的成肽部分。氨基酰氨基酰tRNAtRNA合成酶对合成酶对tRNAtRNA的识别被称为的识别被称为第二遗传第二遗传密码密码。tRNAtRNA上决定其携带氨基酸的反密码子环外区上决定其携带氨基酸的反密码子环外区域叫做域叫做副密码子副密码子。2.2.不识别不识别tRNAtRNA的反密码子的反密码子 有些反密码子发生了改变，仍然可被氨基酰有些反密码子发生了改变，仍然可被氨基酰tRNAtRNA合成酶识别。这类酶
28、识别合成酶识别。这类酶识别tRNAtRNA分子的特殊碱基部位。分子的特殊碱基部位。Ser-tRNASer-tRNA合成酶识别合成酶识别tRNAtRNA反密码环和反密码环和TCTC环之间的额外环环之间的额外环或其它碱基部位；或其它碱基部位；Ala-tRNAAla-tRNA合成酶识别合成酶识别tRNAtRNA的氨基酸收体臂的氨基酸收体臂G3G3：U70U70。1.1.识别识别tRNAtRNA的反密码子的反密码子 一种氨基酰一种氨基酰tRNAtRNA合成酶可以识别一组同工合成酶可以识别一组同工tRNAtRNA，识，识别部位就是别部位就是tRNAtRNA的反密码子。的反密码子。谷氨酸氨酰谷氨酸氨酰-t
29、RNA-tRNA合成酶，它要求合成酶，它要求tRNAtRNA的反密码环保持不变，的反密码环保持不变，否则不识别。否则不识别。起始因子（起始因子（IFIF）：IF1IF1、IF2IF2和和IF3IF3延延长长因因子子(EF)(EF)：包包括括热热不不稳稳定定的的EFEF，热热稳稳定定的的EFEF，以及依赖以及依赖GTPGTP的转位因子的转位因子EF-GEF-G终终止止或或释释放放因因子子(RF)(RF)：包包括括RF1RF1、RF2RF2和和RF3RF3。其其中中，RF1RF1识识别别UAAUAA和和UAGUAG，RF2RF2识识别别UAAUAA和和UGAUGA，RF3RF3的的作作用用尚尚不太
30、明确。不太明确。真真核核生生物物的的翻翻译译因因子子有有近近200200种种，起起始始因因子子（eukaryote initiation factor，eIF）就有近）就有近1010种。种。2.2.蛋白质因子蛋白质因子第四节第四节 多肽链生物合成的机理多肽链生物合成的机理 1.1.原核生物翻译过程原核生物翻译过程 70S70S核糖体分开成为两个亚基。核糖体分开成为两个亚基。核核糖体大小糖体大小亚亚基、基、mRNAmRNA、起始、起始tRNAtRNA和起始因子共同参与和起始因子共同参与肽链肽链合成起合成起始复合物。始复合物。n起始位点的识别（起始位点的识别（IF-1IF-1、IF-3IF-3）。
31、）。n30S30S起始复合物的形成。起始复合物的形成。30SIF-1IF-2.GTPfMet-30SIF-1IF-2.GTPfMet-tRNAtRNAfMet fMet mRNAmRNA n核糖体大核糖体大亚亚基基(50S)(50S)加入复合物。加入复合物。1.1 起始起始（intiation）SDSD序列序列:大肠杆菌的大肠杆菌的mRNAmRNA序列中紧靠起始密码子上游序列中紧靠起始密码子上游8-138-13个碱基的位置是互补于核糖体小亚基个碱基的位置是互补于核糖体小亚基rRNArRNA（16S 16S rRNArRNA）的一个富含嘌呤的序列。）的一个富含嘌呤的序列。这些序列的碱基配对帮助这
32、些序列的碱基配对帮助mRNAmRNA紧紧地连接到核糖体小亚基紧紧地连接到核糖体小亚基上，协助寻找起始上，协助寻找起始tRNAtRNA的反密码子。的反密码子。一一些些蛋蛋白白质质因因子子协协助助延延长长，称称为为延延长长因因子子。在在大肠杆菌中，是大肠杆菌中，是EF-TuEF-Tu，EF-TsEF-Ts和和EF-GEF-G。延长（延长（Elongation）（1 1）进位：）进位：新氨酰新氨酰tRNAtRNA进入进入A A位。位。（2 2）转肽作用）转肽作用（3 3）移位）移位 多多肽链肽链每增加一个氨基酸，需要三个步每增加一个氨基酸，需要三个步骤骤：EF-Tu与与 GTP结合结合,协助与协助与
33、A位位新密码子正确配对的氨酰基新密码子正确配对的氨酰基tRNA 进入进入A位。位。每个细菌约有每个细菌约有每个细菌约有每个细菌约有70000700007000070000个个个个EF-TuEF-TuEF-TuEF-Tu分分分分子（总蛋白子（总蛋白子（总蛋白子（总蛋白5%5%5%5%），与氨酰），与氨酰），与氨酰），与氨酰-tRNA-tRNA-tRNA-tRNA分分分分子数接近，意味着大多数氨酰子数接近，意味着大多数氨酰子数接近，意味着大多数氨酰子数接近，意味着大多数氨酰-tRNAtRNAtRNAtRNA存在于三元复合体中。存在于三元复合体中。存在于三元复合体中。存在于三元复合体中。进进 位位
34、EF-Ts EF-Ts协助协助协助协助EF-TuEF-Tu快速交换核苷酸，快速交换核苷酸，快速交换核苷酸，快速交换核苷酸，由由由由EF-TuGDPEF-TuGDP变为变为变为变为EF-TuGTPEF-TuGTP继续继续继续继续参与下一个延长过程。每个细菌约参与下一个延长过程。每个细菌约参与下一个延长过程。每个细菌约参与下一个延长过程。每个细菌约有有有有10 00010 000个个个个EF-TsEF-Ts分子。分子。分子。分子。EF-Tu*EF-Ts EF-Tu*EF-Ts复合体仅是瞬时存复合体仅是瞬时存复合体仅是瞬时存复合体仅是瞬时存在，在，在，在，EF-TuEF-Tu可迅速转变为可迅速转变为
35、可迅速转变为可迅速转变为GTPGTP结合形结合形结合形结合形式，再形成三元复合体。式，再形成三元复合体。式，再形成三元复合体。式，再形成三元复合体。PAEMetAUGLysGTP 50S大大亚亚基基的的转转肽肽酶酶将将核核糖糖体体上上的的fMet 从从位位于于P位位的的tRNA上上转转移移到到位位于于 A位位 的的 氨氨 酰酰 基基tRNA上上，在在 A位位tRNA上形成二肽。上形成二肽。PAEMetAUGLys转肽转肽 EF-G连连接接到到核核糖糖体体上上促促进进核核糖糖体体相相对对于于mRNA的的滑滑动动三三个个核核苷苷酸酸的的位位置置，EF-G连连接接的的GTP水水解解为为GDP释释放放
36、能能量量用用于于驱驱使使这这个个过过程程。然然后后，失失去去肽肽酰酰基的基的tRNA和和EF-G从核糖体释放。从核糖体释放。PAEMetAUGLysPAEMetAUGLys移移 位位移位分两步进行：移位分两步进行：（1）50S亚亚基基相相对对于于30S亚基移动。亚基移动。（2）然然后后30S亚亚基基移移动动使使核核糖糖体体构构象象复复原。原。杂合状态模型杂合状态模型杂合状态模型杂合状态模型1.3 终止终止 tRNAtRNA不能与终止密码子作用，而是靠特殊的蛋白不能与终止密码子作用，而是靠特殊的蛋白质因子促成终止，这类蛋白质因子叫做质因子促成终止，这类蛋白质因子叫做释放因子释放因子。原核生物有三
37、种释放因子：原核生物有三种释放因子：RF1RF1：识别识别UAAUAA和和UAGUAG；RF2RF2：识别识别UAAUAA和和UGAUGA。RF3RF3：协助协助RF1RF1和和RF2RF2发挥作用，依赖发挥作用，依赖GTPGTP。释放因子作用于释放因子作用于A A位点，转肽酶变为水解酶将肽链位点，转肽酶变为水解酶将肽链从核糖体上解离，从核糖体上解离，mRNAmRNA和和tRNAtRNA也依次脱落，大小亚基也依次脱落，大小亚基也在也在IF3IF3的作用下解离。的作用下解离。Several factors have similar shapes 多肽链合成终止后，解离的大小亚基又重新组装多肽链合
38、成终止后，解离的大小亚基又重新组装成核糖体，参加新肽链的合成，循环往复利用。多成核糖体，参加新肽链的合成，循环往复利用。多肽链在核糖体上的合成过程又称肽链在核糖体上的合成过程又称核糖体循环核糖体循环。核糖体循环核糖体循环n多核糖体循环 在在原原核核细细胞胞内内一一条条mRNAmRNA链链上上可可结结合合多多达达几几百百个个核核糖糖体体。每每个个核核糖糖体体合合成成一一条条多多肽肽链链，在在一一条条mRNAmRNA链链上上同同时时合合成成多多条条相相同同的的多多肽肽链链，大大大提高了翻译的效率。大提高了翻译的效率。多顺反子分别独立多顺反子分别独立起始，相邻顺反子间距起始，相邻顺反子间距超过核糖体
39、跨度时，两超过核糖体跨度时，两亚基解离后重新组装。亚基解离后重新组装。2.2.真核生物多肽链合成的过程真核生物多肽链合成的过程真核与原核蛋白合成的差异：真核与原核蛋白合成的差异：a.核糖体较大，核糖体较大，80S（60S+40S）；b.mRNA 是单顺反子；是单顺反子；c.有较多的起始因子；有较多的起始因子；d.mRNA 有有5帽子结构，起始识别需要起始因子帽子结构，起始识别需要起始因子eIF-4F的帮助；的帮助；e.Met-tRNAMet不甲酰化；不甲酰化；f.形成小亚基复合物的顺序不同于原核的：先形成三形成小亚基复合物的顺序不同于原核的：先形成三元复合物，然后再加入元复合物，然后再加入mR
40、NA。2.1 起始起始 核糖体分成核糖体分成40S和和60S两个亚基。两个亚基。43S 43S前起始复合物的形成（前起始复合物的形成（40StRNAeIF2GTP40StRNAeIF2GTP。mRNA mRNA连接到前起始复合物上。连接到前起始复合物上。eIF4F eIF4F 对对5 5 帽子的准确识别及对帽子的准确识别及对GCC(A/G)CCGCC(A/G)CCAUGAUGG G的扫描的扫描 60S 60S亚基与前起始复合物结合形成亚基与前起始复合物结合形成80S80S起始复合物。起始复合物。2.2.真核生物多肽链合成的过程真核生物多肽链合成的过程43S前起始复合物前起始复合物48S起始复合
41、物起始复合物80S起始复合物起始复合物2.2 延长（延长（进位、转肽和移位）进位、转肽和移位）与原核相似，区别在于延伸因子（与原核相似，区别在于延伸因子（eEFeEF）体系不同。体系不同。eEF-1eEF-1：至至少少四四个个亚亚基基，eEF-1eEF-1与与GTPGTP结结合合，结结合氨基酰合氨基酰-tRNA-tRNA（延伸（延伸tRNAtRNA）进入核糖体）进入核糖体A A位与位与mRNAmRNA结合结合 eEF-2eEF-2：依依赖赖于于GTPGTP水水解解的的移移位位酶酶,使使肽肽基基-tRNA-tRNA从从核核糖糖体体的的A A位向位向P P位移动位移动 eEF-3 eEF-3：参与
42、维持翻译的准确性：参与维持翻译的准确性 每每个个将将要要进进位位的的氨氨酰酰tRNAtRNA被被eEF-1-GTPeEF-1-GTP复复合合物物带带到到核核糖糖体体上上。当当正正确确的的氨酰氨酰tRNAtRNA进入进入A A位置的时候，位置的时候，GTPGTP水解，并且水解，并且eEF-1-GDP eEF-1-GDP 复合物分离。复合物分离。真真核核生生物物的的转转肽肽作作用用与与原原核核生生物物类类似似，移移位位过过程程被被eEF-2eEF-2催催化化，同同时时伴伴随随GTPGTP水解，伴随着易位过程水解，伴随着易位过程eEF-2eEF-2从核糖体被释放，循环再次开始。从核糖体被释放，循环再
43、次开始。2.3 2.3 终止终止 终终止止释释放放因因子子为为eRFeRF，它它可可以以识识别别三三个个终终止止密密码码子子UAGUAG，UAAUAA和和UGAUGA。eRFeRF连连同同GTPGTP结结合合到到核核糖糖体体的的A A位位置置，刺刺激激肽肽基基转转移移酶酶活活性性变变为为转转移移肽肽酰酰基基到到水水分分子子（水水解解），而而不不是是氨氨酰酰tRNAtRNA，此此时时合合成成终终止止。80S80S复复合合物物分分离离成为成为40S40S和和60S60S亚基，准备下一个翻译过程。亚基，准备下一个翻译过程。蛋蛋白白质质的的合合成成过过程程原核生物和真核生物蛋白质合成起始异同点分析原核
44、生物和真核生物蛋白质合成起始异同点分析 内容内容原核生物原核生物真核生物真核生物核核糖糖体体完整完整70S80S亚基亚基50S，30S60S，40S起始起始tRNAfMet-tRNAfMetMet-tRNAiMet起始因子起始因子3种种至少至少7种种起始复合起始复合物的生成物的生成顺序顺序1）30S mRNA1)40S Met-tRNAiMet2）30S mRNA fMet-tRNAfMet2)40S Met-tRNAiMet mRNA3）70S mRNA fMet-tRNAfMet3）80S mRNA Met-tRNAiMet3 准确翻译的机制准确翻译的机制 氨基酸与氨基酸与tRNA间的负载
45、专一性间的负载专一性(1)(1)氨酰氨酰tRNAtRNA合成酶（合成酶（AARSAARS）对氨基酸的特异识别与）对氨基酸的特异识别与结合结合(2)(2)AARS AARS 的介导下的介导下tRNA tRNA 对对aa aa 的准确负载的准确负载 反密码子对密码子的准确识别反密码子对密码子的准确识别 摇摆假说摇摆假说 3.3 对第一个对第一个 Met（AUG）的准确起译）的准确起译(1)mRNA(1)mRNA在小亚基上定位在小亚基上定位 Prok Prok：SDSD序列与序列与16S rRNA 316S rRNA 3端的准确识别端的准确识别 Euk.Euk.：eIF4F eIF4F 对对5 5
46、帽子的准确识别及对帽子的准确识别及对 起始位点序起始位点序列列 GCC(A/G)CCAUGG GCC(A/G)CCAUGG 的扫描的扫描(2)IF2(2)IF2（eIF2eIF2）和）和TuTu（EF1EF1）蛋白因子的专效性）蛋白因子的专效性 A.Prok A.Prok：IF2IF2与与fMet-tRNAfMetfMet-tRNAfMet间有严格的专一性间有严格的专一性 Euk Euk：eIF2eIF2与与Met-tRNAiMetMet-tRNAiMet间有严格的专一性间有严格的专一性 B.Prok B.Prok：EF-TuEF-Tu识别识别Met-tRNAmMet Met-tRNAmMet
47、 Euk Euk：EF1EF1识别识别Met-tRNAmMetMet-tRNAmMet 原因在于两种原因在于两种tRNAtRNA之间存在明显的结构差异。之间存在明显的结构差异。对对A 位位 aa-tRNAaa 的两次校对（成肽前）的两次校对（成肽前）（1）EF-Tu 的专效作用的第一次校对的专效作用的第一次校对 ProkProk：EF-TuEF-Tu催化催化GTPGTP水解后，错配的氨酰水解后，错配的氨酰tRNAtRNA将从核糖体中剔除。将从核糖体中剔除。Euk Euk：EF1 EF1 （2）密码子和反密码子结合能力的第二次校对）密码子和反密码子结合能力的第二次校对 A A位上的正确的密码子和
48、反密码子的结合能力比位上的正确的密码子和反密码子的结合能力比错误的高错误的高30003000倍。倍。4.1 4.1 原核和真核的翻译抑制剂原核和真核的翻译抑制剂4 蛋白质合成的抑制剂蛋白质合成的抑制剂（1 1）嘌呤霉素（）嘌呤霉素（puromycinpuromycin）结结构构类类似似氨氨酰酰-tRNAtRNA末末端端，带带有有游游离离氨氨基基，干干扰扰肽肽基基转转移移，从从而而取取代代一一些些氨氨基基酰酰tRNAtRNA进进入入核核糖糖体体的的A A位，抑制多肽链的延伸，使蛋白合成提前终止。位，抑制多肽链的延伸，使蛋白合成提前终止。4.1 4.1 原核和真核的翻译抑制剂原核和真核的翻译抑制剂
49、 4 蛋白质合成的抑制剂蛋白质合成的抑制剂（2 2）潮霉素）潮霉素B B（hygromycin)hygromycin)与与30S30S小亚基小亚基A A位点结合，抑制延伸步骤位点结合，抑制延伸步骤（3 3）蓖麻毒素（）蓖麻毒素（RicinRicin）对核糖体大亚基对核糖体大亚基rRNArRNA裂解裂解4.2 4.2 原核生物原核生物蛋白质合成的抑制剂蛋白质合成的抑制剂氯霉素氯霉素：抑制肽基转移酶。抑制肽基转移酶。链链霉霉素素/新新霉霉素素：与与30S30S亚亚基基结结合合，抑抑制制肽肽链链合合成成的的起起始，也诱发始，也诱发 mRNA mRNA密码子错读。密码子错读。红霉素红霉素：通过核糖体大
50、亚基抑制翻译。通过核糖体大亚基抑制翻译。褐褐霉霉酸酸（梭梭链链孢孢酸酸）：类类似似红红霉霉素素阻阻止止EF-GEF-G从从大大亚亚基基分离。分离。四四环环素素/土土霉霉素素：抑抑制制氨氨酰酰-tRNA tRNA 连连接接到到核核糖糖体体的的小小亚亚基基上上，对对人人体体细细胞胞的的80S80S核核糖糖体体也也有有抑抑制制作作用用，但但对对70S70S核核糖糖体体的的敏敏感感性性更更高高，故故对对细细菌菌蛋蛋白白质质合合成成的的抑抑制制作用更强。作用更强。白喉霉素白喉霉素：对延长因子（：对延长因子（EF-2）起共价修饰作用，）起共价修饰作用，导致其失活。微量就能导致细胞死亡。导致其失活。微量就能