第十二章 翻譯

1、蛋白質(zhì)的生物合成（翻譯）Protein Biosynthesis，Translation蛋白質(zhì)合成體系蛋白質(zhì)合成體系Protein Biosynthesis System第第 一一 節(jié)節(jié) 1. 基本原料：基本原料：20種編碼氨基酸種編碼氨基酸2. 模板：模板：mRNA3. 適配器：適配器：tRNA4. 裝配機(jī)：核蛋白體裝配機(jī)：核蛋白體5. 主要酶和蛋白質(zhì)因子：氨基酰主要酶和蛋白質(zhì)因子：氨基酰-tRNA合成酶、合成酶、轉(zhuǎn)肽酶、起始因子、延長因子、釋放因子等轉(zhuǎn)肽酶、起始因子、延長因子、釋放因子等6. 能源物質(zhì)：能源物質(zhì)：ATP、GTP7. 無機(jī)離子：無機(jī)離子：Mg2+、 Mn2+、 K+蛋白質(zhì)生物

2、合成體系蛋白質(zhì)生物合成體系一、一、mRNA是蛋白質(zhì)生物合成的直接模板是蛋白質(zhì)生物合成的直接模板nmRNA的基本結(jié)構(gòu)的基本結(jié)構(gòu)5-端非翻譯區(qū)端非翻譯區(qū) 5 3 3-端非翻譯區(qū)端非翻譯區(qū) 開放閱讀框架開放閱讀框架 從從mRNA 5 -端起始密碼子端起始密碼子AUG到到3 -端終止密端終止密碼子之間的核苷酸序列，稱為開放閱讀框架碼子之間的核苷酸序列，稱為開放閱讀框架(open reading frame, ORF)。 遺傳學(xué)將編碼一個(gè)遺傳學(xué)將編碼一個(gè)多肽多肽的的遺傳單位遺傳單位稱為稱為順反子順反子(cistron)。 原核細(xì)胞中原核細(xì)胞中數(shù)個(gè)數(shù)個(gè)結(jié)構(gòu)基因常串聯(lián)為一個(gè)轉(zhuǎn)錄單位，結(jié)構(gòu)基因常串聯(lián)為一個(gè)轉(zhuǎn)錄

3、單位，轉(zhuǎn)錄生成的轉(zhuǎn)錄生成的mRNA可編碼幾種功能相關(guān)的蛋白質(zhì)，可編碼幾種功能相關(guān)的蛋白質(zhì)，為為多順反子多順反子(polycistron) mRNA 。 真 核真 核 m R N A 只 編 碼 一 種 蛋 白 質(zhì) ， 為只 編 碼 一 種 蛋 白 質(zhì) ， 為 單 順 反 子單 順 反 子(monocistron) mRNA 。原核生物的多順反子原核生物的多順反子mRNA真核生物的單順反子真核生物的單順反子mRNA非編碼序列非編碼序列核蛋白體結(jié)合位點(diǎn)核蛋白體結(jié)合位點(diǎn)起始密碼子起始密碼子終止密碼子終止密碼子編碼序列編碼序列PPP5 3 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)PPPmG -5 3 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)l mRNA上存

4、在遺傳密碼上存在遺傳密碼mRNA分子上從分子上從5 至至3 方向，由起始密碼子方向，由起始密碼子AUG開始，每開始，每3個(gè)核苷酸為一組，決定肽鏈上某個(gè)核苷酸為一組，決定肽鏈上某一個(gè)氨基酸或蛋白質(zhì)合成的一個(gè)氨基酸或蛋白質(zhì)合成的起始起始、終止信號終止信號，稱，稱為為三聯(lián)體密碼三聯(lián)體密碼(triplet coden)。起始密碼起始密碼(initiation coden): AUG 終止密碼終止密碼(termination coden): UAA，UAG，UGA 遺遺傳傳密密碼碼表表n方向性方向性 (direction)(direction)n連續(xù)性連續(xù)性(commaless)(commaless)n

5、簡并性簡并性(degeneracy)(degeneracy)n通用性通用性(universal)(universal)n擺動(dòng)性擺動(dòng)性(wobble)(wobble) 1. 方向性方向性 (direction) 永遠(yuǎn)永遠(yuǎn)2. 連續(xù)性連續(xù)性(commaless) 編碼蛋白質(zhì)氨基酸序列的各個(gè)三聯(lián)體密碼編碼蛋白質(zhì)氨基酸序列的各個(gè)三聯(lián)體密碼連連續(xù)閱讀續(xù)閱讀，密碼間既，密碼間既無間斷無間斷也無交叉。也無交叉。 基因損傷引起基因損傷引起mRNA閱讀框架內(nèi)的閱讀框架內(nèi)的堿基發(fā)生堿基發(fā)生插入或缺失插入或缺失，可能導(dǎo)致，可能導(dǎo)致框移突變框移突變(frameshift mutation)。 3. 簡并性簡并性(de

6、generacy)遺傳密碼中，除遺傳密碼中，除色氨酸色氨酸和和甲硫氨酸甲硫氨酸僅有一個(gè)密碼僅有一個(gè)密碼子外，其余氨基酸有子外，其余氨基酸有2、3、4個(gè)或多至個(gè)或多至6個(gè)三聯(lián)體為其個(gè)三聯(lián)體為其編碼。編碼。4. 通用性通用性(universal)5. 擺動(dòng)性擺動(dòng)性(wobble)轉(zhuǎn)運(yùn)氨基酸的轉(zhuǎn)運(yùn)氨基酸的tRNA的的反密碼反密碼需要通過需要通過堿基互補(bǔ)與堿基互補(bǔ)與mRNA上的上的遺傳密碼遺傳密碼反向配對結(jié)反向配對結(jié)合，但合，但反密碼反密碼與與密碼密碼間間不嚴(yán)格遵守不嚴(yán)格遵守堿基配對堿基配對規(guī)律規(guī)律，稱為，稱為擺動(dòng)配對擺動(dòng)配對。 U擺動(dòng)配對擺動(dòng)配對U密碼子、反密碼子配對的擺動(dòng)現(xiàn)象密碼子、反密碼子配對的

7、擺動(dòng)現(xiàn)象二、核蛋白體是多肽鏈合成的裝置二、核蛋白體是多肽鏈合成的裝置核蛋白體核蛋白體又稱核糖體，是由又稱核糖體，是由rRNA和和多種蛋多種蛋白質(zhì)白質(zhì)結(jié)合而成的一種大的核糖核蛋白顆粒，是結(jié)合而成的一種大的核糖核蛋白顆粒，是蛋白質(zhì)生物合成的場所。蛋白質(zhì)生物合成的場所。 不同細(xì)胞核蛋白體的組成不同細(xì)胞核蛋白體的組成 核核蛋蛋白白體體的的組組成成原核生物翻譯過程中核蛋白體結(jié)構(gòu)模式原核生物翻譯過程中核蛋白體結(jié)構(gòu)模式:A位：氨基酰位位：氨基酰位(aminoacyl site)P位：肽酰位位：肽酰位(peptidyl site)E位：排出位位：排出位(exit site)三、三、tRNAtRNA是氨基酸的運(yùn)

8、載工具及蛋白質(zhì)是氨基酸的運(yùn)載工具及蛋白質(zhì)生物合成的適配器生物合成的適配器ntRNA的作用的作用運(yùn)載氨基酸：運(yùn)載氨基酸：氨基酸各由其特異的氨基酸各由其特異的tRNA攜帶，一攜帶，一種氨基酸可有幾種對應(yīng)的種氨基酸可有幾種對應(yīng)的tRNA，氨基酸結(jié)合在，氨基酸結(jié)合在tRNA 3 -CCA的位置，結(jié)合需要的位置，結(jié)合需要ATP供能；供能；充當(dāng)充當(dāng)“適配器適配器”：每種每種tRNA的反密碼子決定了所的反密碼子決定了所攜帶的氨基酸能準(zhǔn)確地在攜帶的氨基酸能準(zhǔn)確地在mRNA上對號入座。上對號入座。tRNA與氨基酸的活化與氨基酸的活化反密碼環(huán)反密碼環(huán)氨基酸臂氨基酸臂三級結(jié)構(gòu)三級結(jié)構(gòu)二級結(jié)構(gòu)二級結(jié)構(gòu)氨基酸氨基酸 +

9、 tRNA氨基酰氨基酰- tRNAATP AMPPPi氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶（一）（一）氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶(aminoacyl-tRNA synthetase)l 氨基酸的活化氨基酸的活化 tRNA與酶結(jié)合的模型tRNA氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶ATP（二）起始肽鏈合成的氨基酰（二）起始肽鏈合成的氨基酰-tRNAfMet-tRNAfMet的生成是一碳化合物轉(zhuǎn)移和的生成是一碳化合物轉(zhuǎn)移和利用的過程之一，反應(yīng)由轉(zhuǎn)甲?；复呋?，甲利用的過程之一，反應(yīng)由轉(zhuǎn)甲酰基酶催化，甲酰基從?；鶑腘10-甲酰四氫葉酸轉(zhuǎn)移到甲硫氨酸的甲酰四氫葉酸轉(zhuǎn)移到甲硫氨酸的-氨氨基上?；?。

10、蛋白質(zhì)生物合成過程蛋白質(zhì)生物合成過程 The Process of Protein Biosynthesis 第第 二二 節(jié)節(jié) 整個(gè)翻譯過程可分為整個(gè)翻譯過程可分為 ：翻譯過程從翻譯過程從閱讀框架閱讀框架的的5 -AUG開始，按開始，按照照mRNA模板模板三聯(lián)體密碼的順序三聯(lián)體密碼的順序延長肽鏈，延長肽鏈，直至直至終止密碼終止密碼出現(xiàn)。出現(xiàn)。 一、肽鏈合成起始一、肽鏈合成起始原核、真核生物各種起始因子的生物功能原核、真核生物各種起始因子的生物功能 促進(jìn)核蛋白體分離成大小亞基促進(jìn)核蛋白體分離成大小亞基eIF-6促進(jìn)各種起始因子從小亞基解離，進(jìn)而結(jié)合大亞基促進(jìn)各種起始因子從小亞基解離，進(jìn)而結(jié)合大亞

11、基eIF-5eIF-4F復(fù)合物成分，結(jié)合復(fù)合物成分，結(jié)合eIF-4E和和PABeIF-4GeIF-4F復(fù)合物成分，結(jié)合復(fù)合物成分，結(jié)合mRNA5帽子帽子eIF-4E結(jié)合結(jié)合mRNA，促進(jìn)，促進(jìn)mRNA掃描定位起始掃描定位起始AUGeIF-4BeIF-4F復(fù)合物成分，有解螺旋酶活性，促進(jìn)復(fù)合物成分，有解螺旋酶活性，促進(jìn)mRNA結(jié)結(jié)合小亞基合小亞基IF-4A最先結(jié)合小亞基促進(jìn)大小亞基分離最先結(jié)合小亞基促進(jìn)大小亞基分離eIF-2B，eIF-3促進(jìn)起始促進(jìn)起始tRNA與小亞基結(jié)合與小亞基結(jié)合eIF-2真核真核生物生物促進(jìn)大小亞基分離，提高促進(jìn)大小亞基分離，提高P位對結(jié)合起始位對結(jié)合起始tRNA敏感性敏

12、感性EIF-3促進(jìn)起始促進(jìn)起始tRNA與小亞基結(jié)合與小亞基結(jié)合EIF-2占據(jù)占據(jù)A位防止結(jié)合其他位防止結(jié)合其他tRNAIF-1原核原核生物生物生物功能生物功能起始因子起始因子促進(jìn)核蛋白體分離成大小亞基促進(jìn)核蛋白體分離成大小亞基eIF-6促進(jìn)各種起始因子從小亞基解離，進(jìn)而結(jié)合大亞基促進(jìn)各種起始因子從小亞基解離，進(jìn)而結(jié)合大亞基eIF-5eIF-4F復(fù)合物成分，結(jié)合復(fù)合物成分，結(jié)合eIF-4E和和PABeIF-4GeIF-4F復(fù)合物成分，結(jié)合復(fù)合物成分，結(jié)合mRNA5帽子帽子eIF-4E結(jié)合結(jié)合mRNA，促進(jìn)，促進(jìn)mRNA掃描定位起始掃描定位起始AUGeIF-4BeIF-4F復(fù)合物成分，有解螺旋酶活

13、性，促進(jìn)復(fù)合物成分，有解螺旋酶活性，促進(jìn)mRNA結(jié)結(jié)合小亞基合小亞基IF-4A最先結(jié)合小亞基促進(jìn)大小亞基分離最先結(jié)合小亞基促進(jìn)大小亞基分離eIF-2B，eIF-3促進(jìn)起始促進(jìn)起始tRNA與小亞基結(jié)合與小亞基結(jié)合eIF-2真核真核生物生物促進(jìn)大小亞基分離，提高促進(jìn)大小亞基分離，提高P位對結(jié)合起始位對結(jié)合起始tRNA敏感性敏感性EIF-3促進(jìn)起始促進(jìn)起始tRNA與小亞基結(jié)合與小亞基結(jié)合EIF-2占據(jù)占據(jù)A位防止結(jié)合其他位防止結(jié)合其他tRNAIF-1原核原核生物生物生物功能生物功能起始因子起始因子e（一）原核生物翻譯起始復(fù)合物形成（一）原核生物翻譯起始復(fù)合物形成IF-3IF-11. 核蛋白體大小亞基

14、分離核蛋白體大小亞基分離A U G53IF-3IF-12. mRNA在小亞基定位結(jié)合在小亞基定位結(jié)合S-D序列序列: 位于原核位于原核mRNA起始密碼子起始密碼子AUG上游約上游約8-13個(gè)核苷酸位置的富含嘌呤堿基的一段保守序列，個(gè)核苷酸位置的富含嘌呤堿基的一段保守序列，通常為通常為AGGAGG, 因其可以與原核生物核糖體小亞因其可以與原核生物核糖體小亞基中基中16S RNA通過堿基配對而結(jié)合，又稱核蛋白體通過堿基配對而結(jié)合，又稱核蛋白體結(jié)合位點(diǎn)結(jié)合位點(diǎn)IF-3IF-1IF-2-GTP3. 起始氨基酰起始氨基酰tRNA( fMet-tRNAimet )結(jié)合到結(jié)合到小亞基小亞基A U G53IF

15、-3IF-1IF-2-GTPGDPPi4. 核蛋白體大亞基結(jié)合，起始復(fù)合物形成核蛋白體大亞基結(jié)合，起始復(fù)合物形成A U G53IF-3IF-1A U G53IF-2GTPGDPPi二、肽鏈合成延長二、肽鏈合成延長肽鏈合成的延長因子肽鏈合成的延長因子 又稱又稱注冊注冊(registration)（一）進(jìn)位（一）進(jìn)位指根據(jù)指根據(jù)mRNA下下一組遺傳密碼指導(dǎo)，一組遺傳密碼指導(dǎo)，使相應(yīng)使相應(yīng)氨基酰氨基酰-tRNA進(jìn)入進(jìn)入核蛋白體核蛋白體A位位。延長因子延長因子EF-T催化進(jìn)位催化進(jìn)位（原核生物）（原核生物）TuTuTsGTPA U G53TsGTPTuGDP（二）成肽（二）成肽是由是由轉(zhuǎn)肽酶轉(zhuǎn)肽酶(t

16、ranspeptidase)催化的肽鍵催化的肽鍵形成過程。形成過程。fMetA U G53fMet（三）轉(zhuǎn)位（三）轉(zhuǎn)位進(jìn)進(jìn)位位轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)位位成肽成肽 三、肽鏈合成的終止三、肽鏈合成的終止當(dāng)當(dāng)mRNA上終止密碼出現(xiàn)后，多肽鏈合成上終止密碼出現(xiàn)后，多肽鏈合成停止，肽鏈從肽酰停止，肽鏈從肽酰-tRNA中釋出，中釋出，mRNA、核、核蛋白體等分離，這些過程稱為蛋白體等分離，這些過程稱為肽鏈合成終止肽鏈合成終止。終止相關(guān)的蛋白因子稱為終止相關(guān)的蛋白因子稱為釋放因子釋放因子 (release factor, RF) 一是一是識別終止密碼識別終止密碼，如，如RF-1特異識別特異識別UAA、UAG；而；而RF-2可識別可識別UAA、UGA。二是誘導(dǎo)二是誘導(dǎo)轉(zhuǎn)肽酶轉(zhuǎn)肽酶改變?yōu)楦淖優(yōu)轷ッ富钚怎ッ富钚?，相?dāng)于催化，相當(dāng)于催化肽?；D(zhuǎn)移到水分子肽?；D(zhuǎn)移到水分子-OH上，使肽鏈從核蛋上，使肽鏈從核蛋白體上釋放。白體上釋放。 釋放因子的功能釋放因子的功能原核生物釋放因子：原核生物釋放因子：RF-1，RF-2，RF-3 真核生物釋放因子：真核生物釋放因子：eRF 原原核核肽肽鏈鏈合合成成終終止止過過程程 U A G53RF多聚核蛋白體多聚核蛋白體(polysome)