蛋白質(zhì)生物合成-翻譯

1、蛋白質(zhì)生物合成蛋白質(zhì)生物合成- -翻譯翻譯前前 言言第一節(jié)第一節(jié) 參與翻譯過程的物質(zhì)與功能參與翻譯過程的物質(zhì)與功能 一、一、mRNA的結(jié)構(gòu)與功能的結(jié)構(gòu)與功能（一）（一） mRNA的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 參與翻譯過程的物質(zhì)共包括：參與翻譯過程的物質(zhì)共包括：mRNA、tRNA、 ribosome、氨基酸（氨基酸（AA）、氨?；?、氨?；?tRNA合成酶以及各種翻譯因子等。合成酶以及各種翻譯因子等。mRNAFigure. A ribosome assembles from its subunits on mRNA, translates the nucleotide triplets into pro

2、tein, and then dissociates from the mRNA.（二）遺傳密碼（二）遺傳密碼（三）（三） 密碼子的特性密碼子的特性 三聯(lián)體，連續(xù)性，不重疊，通用性，兼并性，兼職等。但三聯(lián)體，連續(xù)性，不重疊，通用性，兼并性，兼職等。但存在例外。存在例外。 1. 密碼子的兼并性（密碼子的兼并性（degeneracy）：多種密碼子負(fù)責(zé)編碼一種）：多種密碼子負(fù)責(zé)編碼一種 氨基酸。氨基酸。 2. 密碼子的例外密碼子的例外: 1）在支原體：在支原體：UGA Trp(色色)； 2）在纖毛蟲：）在纖毛蟲：UAA和和UAG Glu（谷）；（谷）； 3）在人的線粒體：）在人的線粒體： UGA（終

3、止密碼子）（終止密碼子） Trp(色色) ； AGA，AGG（精）（精） 終止密碼子。另加終止密碼子。另加UAA、UAG，線粒體共有，線粒體共有4個(gè)終止密碼子；個(gè)終止密碼子； 內(nèi)部蛋氨酸的密碼子有內(nèi)部蛋氨酸的密碼子有2個(gè)：個(gè)：AUG和和AUA，起始密碼子，起始密碼子 有有4個(gè)：個(gè)：AUN； 4）在酵母線粒體：除上述）在酵母線粒體：除上述3點(diǎn)外，還有點(diǎn)外，還有CUA亮亮 Thr(蘇蘇)。（四）遺傳密碼的破譯（四）遺傳密碼的破譯 理論推算階段：理論推算階段：1954年科普作家年科普作家G. Gamow首先對(duì)遺傳密首先對(duì)遺傳密碼進(jìn)行了理論推測(cè)：碼進(jìn)行了理論推測(cè)：41=4；42=16；43=64；44

4、=256。AA=20。（4=A、T、C、G）；所以，密碼子是三聯(lián)體。后來的實(shí)驗(yàn)證）；所以，密碼子是三聯(lián)體。后來的實(shí)驗(yàn)證實(shí)是對(duì)的。實(shí)是對(duì)的。 實(shí)驗(yàn)證實(shí)階段：實(shí)驗(yàn)證實(shí)階段： 實(shí)驗(yàn)一：實(shí)驗(yàn)一：1961年，年，Nirenberg的無細(xì)胞翻譯系統(tǒng)研究。的無細(xì)胞翻譯系統(tǒng)研究。 無細(xì)胞翻譯系統(tǒng)的建立方法：破碎大腸桿菌（無細(xì)胞翻譯系統(tǒng)的建立方法：破碎大腸桿菌（E. Coli），），用用DNA酶（酶（DNase）處理，使模板）處理，使模板DNA降解，不能再行轉(zhuǎn)錄生降解，不能再行轉(zhuǎn)錄生成新的成新的mRNA，原有的，原有的mRNA因其壽命較短而消失。在該體系因其壽命較短而消失。在該體系中存在除模板和各種氨基酸以外的

5、蛋白質(zhì)合成所需全部成分。中存在除模板和各種氨基酸以外的蛋白質(zhì)合成所需全部成分。這就是無細(xì)胞翻譯系統(tǒng)。這就是無細(xì)胞翻譯系統(tǒng)。 在該系統(tǒng)中分別加入人工合成的在該系統(tǒng)中分別加入人工合成的polyU、polyA、polyC或或polyG，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)中分別產(chǎn)生了，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)中分別產(chǎn)生了poly(Phe)、poly(Lys)、poly(Pro)或或poly(Gly)。這說明。這說明Phe、Lys、Pro和和Gly的密碼子分的密碼子分別為別為UUU、AAA、CCC和和GGG。 在上述實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，將兩種堿基按不同比例混合，如：在上述實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，將兩種堿基按不同比例混合，如：U:G=5:1U:G=5

6、:1，合成模板，合成模板mRNAmRNA，其三聯(lián)體的種類共，其三聯(lián)體的種類共8 8種：種： UUUUUU、UUGUUG、UGUUGU、GUUGUU、GGGGGG、GGUGGU、GUGGUG、UGGUGG 根據(jù)概率推算，上述根據(jù)概率推算，上述8 8種三聯(lián)體在模板中出現(xiàn)的機(jī)率為種三聯(lián)體在模板中出現(xiàn)的機(jī)率為125:25:25:25:1:5:5:5125:25:25:25:1:5:5:5。 利用這種利用這種mRNAmRNA模板在無細(xì)胞翻譯系統(tǒng)中合成多肽，經(jīng)氨基模板在無細(xì)胞翻譯系統(tǒng)中合成多肽，經(jīng)氨基酸種類和含量測(cè)定發(fā)現(xiàn)，酸種類和含量測(cè)定發(fā)現(xiàn)，Phe:Cys=5:1Phe:Cys=5:1；Phe: Val

7、=5:1Phe: Val=5:1；Phe:Gly=25:1Phe:Gly=25:1。 由于苯丙氨酸的密碼子為由于苯丙氨酸的密碼子為UUUUUU，故可以推知，半胱氨酸和纈，故可以推知，半胱氨酸和纈氨酸的密碼子由氨酸的密碼子由2 2個(gè)個(gè)U U和和1 1個(gè)個(gè)G G組成，而苷氨酸的密碼子由組成，而苷氨酸的密碼子由1 1個(gè)個(gè)U U和和2 2個(gè)個(gè)G G組成。組成。 應(yīng)用類似的方法，測(cè)定了其他氨基酸的密碼子堿基組成。應(yīng)用類似的方法，測(cè)定了其他氨基酸的密碼子堿基組成。 實(shí)驗(yàn)二：三聯(lián)體結(jié)合實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)二：三聯(lián)體結(jié)合實(shí)驗(yàn)-Nirenberg（1964年）。破譯了年）。破譯了全部密碼子，但沒有解決密碼子的閱讀方向問題。

8、全部密碼子，但沒有解決密碼子的閱讀方向問題。 為了解決上述無細(xì)胞翻譯系統(tǒng)測(cè)定密碼子的不足，為了解決上述無細(xì)胞翻譯系統(tǒng)測(cè)定密碼子的不足，Nirenberg等人又設(shè)計(jì)進(jìn)行了三聯(lián)體結(jié)合實(shí)驗(yàn)。該實(shí)驗(yàn)是在以下等人又設(shè)計(jì)進(jìn)行了三聯(lián)體結(jié)合實(shí)驗(yàn)。該實(shí)驗(yàn)是在以下2個(gè)事實(shí)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的：個(gè)事實(shí)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的： 1） tRNA、氨基酸和三聯(lián)體的結(jié)合是特異的；、氨基酸和三聯(lián)體的結(jié)合是特異的； 2）由）由tRNA、氨基酸和三聯(lián)體三者構(gòu)成的復(fù)合體大分子不、氨基酸和三聯(lián)體三者構(gòu)成的復(fù)合體大分子不能通過硝酸纖維素濾膜，而由能通過硝酸纖維素濾膜，而由tRNA和氨基酸二者組成的復(fù)合體和氨基酸二者組成的復(fù)合體可以通過此膜。可以通過

9、此膜。 在無細(xì)胞翻譯系統(tǒng)中加入已知序列的三聯(lián)體如在無細(xì)胞翻譯系統(tǒng)中加入已知序列的三聯(lián)體如ACA和一種和一種用用14C標(biāo)記的氨基酸如絲氨酸（標(biāo)記的氨基酸如絲氨酸（Ser），）， ACA進(jìn)入核糖體后，如進(jìn)入核糖體后，如果攜帶標(biāo)記果攜帶標(biāo)記Ser的的tRNA能夠與其結(jié)合，則不能透過硝酸纖維素能夠與其結(jié)合，則不能透過硝酸纖維素濾膜，證明濾膜，證明ACA就是就是Ser的密碼子。反之，的密碼子。反之，ACA不是不是Ser的密碼的密碼子，再更換其他的三聯(lián)體，直至找到子，再更換其他的三聯(lián)體，直至找到Ser的密碼子。的密碼子。 通過本實(shí)驗(yàn)，通過本實(shí)驗(yàn)，Nirenberg等人成功地破譯了等人成功地破譯了20種氨基

10、酸的全種氨基酸的全部遺傳密碼。部遺傳密碼。 實(shí)驗(yàn)三：重復(fù)共聚物體外翻譯實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)三：重復(fù)共聚物體外翻譯實(shí)驗(yàn)-Khorana（1965年）年）密碼子全部被破譯。密碼子全部被破譯。表表. 重復(fù)多聚核苷酸的不同設(shè)計(jì)方式及無細(xì)胞翻譯實(shí)驗(yàn)結(jié)果重復(fù)多聚核苷酸的不同設(shè)計(jì)方式及無細(xì)胞翻譯實(shí)驗(yàn)結(jié)果重復(fù)序列重復(fù)序列 可組成的三聯(lián)體密碼可組成的三聯(lián)體密碼 合成多肽的氨基酸組成合成多肽的氨基酸組成 (UC)n UCU CUC Ser-Leu (UUC)n UUC UCU CUU Phe-Ser-Leu (UUAC)n UUA CUU ACU UAC Leu-Leu-Thr-Tyr 至此，密碼子全部被破譯成功。正是由于至

11、此，密碼子全部被破譯成功。正是由于Nirenberg和和Khorana二人的創(chuàng)造性成果，他們于二人的創(chuàng)造性成果，他們于1968年共同獲得了諾貝爾化年共同獲得了諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。學(xué)獎(jiǎng)。 二、二、 tRNA的結(jié)構(gòu)與功能的結(jié)構(gòu)與功能（一）（一）tRNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)的二級(jí)結(jié)構(gòu)The acceptor arm consists of a base-paired stem that ends in an unpaired sequence whose free 2- or 3-OH group can be linked to an amino acid. The TC arm is named for the

12、 presence of this triplet sequence. ( stands for pseudouridine, a modified base.) The anticodon arm always contains the anticodon triplet in the center of the loop.The D arm is named for its content of the base dihydrouridine (another of the modified bases in tRNA). The extra arm lies between the TC

13、 and anticodon arms and varies from 321 bases. （二）（二）tRNA的三級(jí)結(jié)構(gòu)的三級(jí)結(jié)構(gòu) 所有的所有的tRNA的三級(jí)結(jié)構(gòu)經(jīng)的三級(jí)結(jié)構(gòu)經(jīng)X-ray 衍射發(fā)現(xiàn)，都呈衍射發(fā)現(xiàn)，都呈L形，形，見下圖。見下圖。 A molecular model of the structure of yeast tRNAPhe is shown in Figure 5.5.（三）（三）tRNA的功能的功能 AA + ATP AA-AMP + PPi (氨基酸活化氨基酸活化) AA-AMP + tRNA 氨酰基氨?；?tRNA + AMP 同功同功tRNA(isoaccep

14、ting tRNA) ：識(shí)別并攜帶同一種氨基酸：識(shí)別并攜帶同一種氨基酸的不同的不同tRNA。 tRNA正確識(shí)別和荷載氨基酸的原因：首先與氨?；_識(shí)別和荷載氨基酸的原因：首先與氨?；?tRNA合成酶的結(jié)構(gòu)有關(guān)；其次與反密碼子有關(guān)；副密碼子的作用非合成酶的結(jié)構(gòu)有關(guān)；其次與反密碼子有關(guān)；副密碼子的作用非常重要。常重要。 副密碼子（副密碼子（paracodon）：）：（四）（四）tRNA的豐富度與密碼子的使用頻率的豐富度與密碼子的使用頻率 密碼子優(yōu)化密碼子優(yōu)化（五）搖擺假說（五）搖擺假說（wobble hypothesis）：）：三、三、 核糖體的結(jié)構(gòu)與功能核糖體的結(jié)構(gòu)與功能（一）核糖體的組成與結(jié)構(gòu)

15、（一）核糖體的組成與結(jié)構(gòu)RNA的特異序列和功能的特異序列和功能 含含CGAAC與與GTCG互補(bǔ)互補(bǔ) CCUCCU與與SD序列互補(bǔ)序列互補(bǔ) 有有GAUC和和TCG互補(bǔ)互補(bǔ) 和和Capm7G結(jié)合結(jié)合Electron micrographs of subunits and complete bacterial ribosomes are shown in Figure 6.2. Together with models in the corresponding orientation. The complete 70S ribosome has an asymmetric construction.

16、 The partition between the head and body of the small subunit is aligned with the notch of the large subunit, so that the platform of the small subunit fits into the large subunit. There is a cavity between the subunits which contains some of the important sites.（二）核糖體的活性位點(diǎn)（二）核糖體的活性位點(diǎn)1）mRNA結(jié)合位點(diǎn)：位于結(jié)合

17、位點(diǎn)：位于30S亞基，亞基，由由 S1/S18/S21蛋白及蛋白及16S rRNA組成。組成。2）P位點(diǎn)：大部分位于位點(diǎn)：大部分位于50S，小部分，小部分位于位于30S，能與起始，能與起始tRNA結(jié)合，結(jié)合，涉及涉及16S rRNA 3-端區(qū)域；涉及端區(qū)域；涉及L2、L14、L18、L24、L27、L33。3）A位點(diǎn)：主要位于位點(diǎn)：主要位于50S亞基，亞基，涉及涉及16S rRNA及及L1、L5、L7、L12、L20、L30、L33。4）肽?；D(zhuǎn)移酶活性位點(diǎn)：位于）肽?；D(zhuǎn)移酶活性位點(diǎn)：位于P和和A位點(diǎn)的連接處位點(diǎn)的連接處,靠近靠近tRNA的接受臂。涉及的接受臂。涉及23S rRNA、 L2、

18、L3、L4、L15、L16。5）5S rRNA位點(diǎn)：在位點(diǎn)：在50S上，靠近肽?；D(zhuǎn)移酶活性位點(diǎn)，涉上，靠近肽酰基轉(zhuǎn)移酶活性位點(diǎn)，涉及及L5、L8、L25。與。與23S rRNA結(jié)合。結(jié)合。6）EF-Tu位點(diǎn)：位于位點(diǎn)：位于50S亞基，靠近亞基，靠近30S，涉及，涉及L5、L1、L20。7）EF-G結(jié)合位點(diǎn)：在結(jié)合位點(diǎn)：在50S亞基，靠近亞基，靠近30S界面處，界面處，L7/L12附近。附近。8）E位點(diǎn)：在位點(diǎn)：在50S亞基的頭部。亞基的頭部。P位點(diǎn)的脫?；稽c(diǎn)的脫酰基tRNA由此脫離核由此脫離核糖體。糖體。第二節(jié)第二節(jié) 肽鏈合成的起始、延伸和終止肽鏈合成的起始、延伸和終止回回 顧：顧： mR

19、NA、tRNA、Ribosome等的結(jié)構(gòu)與功能。等的結(jié)構(gòu)與功能。 mRNA: 蛋白質(zhì)合成的模板；蛋白質(zhì)合成的模板； tRNA: 氨基酸的攜帶者；氨基酸的攜帶者； Ribosome: 蛋白質(zhì)合成的場(chǎng)所。蛋白質(zhì)合成的場(chǎng)所。 蛋白質(zhì)合成的原料是細(xì)胞中的蛋白質(zhì)合成的原料是細(xì)胞中的20種氨基酸，反應(yīng)所需的種氨基酸，反應(yīng)所需的能量由能量由ATP與與GTP提供。提供。 蛋白質(zhì)的生物合成過程主要包括：合成的起始；肽鏈的蛋白質(zhì)的生物合成過程主要包括：合成的起始；肽鏈的延伸；合成的終止與多肽鏈釋放。延伸；合成的終止與多肽鏈釋放。 一、氨基酸的激活與氨酰基一、氨基酸的激活與氨?；?tRNA的合成的合成1. 氨基酸的

20、激活與氨?；被岬募せ钆c氨?；?tRNA的合成過程的合成過程 氨基酸不能直接與模板相結(jié)合，必須首先與相應(yīng)的氨基酸不能直接與模板相結(jié)合，必須首先與相應(yīng)的tRNA結(jié)合，形成氨?；Y(jié)合，形成氨?；?tRNA。這一過程就是氨基酸的激活。這一過程就是氨基酸的激活。 將氨基酸接合于將氨基酸接合于tRNA以形成氨?；孕纬砂滨；?tRNA的激活反應(yīng)是的激活反應(yīng)是在氨?；诎滨；?tRNA合成酶的催化作用下進(jìn)行的，需要合成酶的催化作用下進(jìn)行的，需要ATP提供提供能量能量 。這個(gè)反應(yīng)是不可逆轉(zhuǎn)的。這個(gè)反應(yīng)是不可逆轉(zhuǎn)的 。 AA + ATP AA-AMP + PPi (氨基酸活化氨基酸活化) AA-AMP +

21、tRNA 氨?；滨；?tRNA + AMP 氨?；滨；?tRNA是蛋白質(zhì)合成過程中的一個(gè)關(guān)鍵性物質(zhì)，它是蛋白質(zhì)合成過程中的一個(gè)關(guān)鍵性物質(zhì)，它們的合成不僅僅是一個(gè)攜帶氨基酸的過程。因?yàn)椋海▊兊暮铣刹粌H僅是一個(gè)攜帶氨基酸的過程。因?yàn)椋海?）它為）它為肽鍵的形成提供能量；（肽鍵的形成提供能量；（2）tRNA上的反密碼子與上的反密碼子與mRNA上的上的密碼子識(shí)別，執(zhí)行遺傳信息的解讀過程。密碼子識(shí)別，執(zhí)行遺傳信息的解讀過程。 2. 氨?；滨；?tRNA合成過程中的校正（合成過程中的校正（proofreading）機(jī)制）機(jī)制 如何保證翻譯的正確性？如何保證翻譯的正確性？ （1）氨?；┌滨；?tRN

22、A合成酶能夠正確識(shí)別其底物氨基酸的合成酶能夠正確識(shí)別其底物氨基酸的側(cè)鏈。有些是高度專一的，有些則專一性不高。側(cè)鏈。有些是高度專一的，有些則專一性不高。 （2）對(duì)專一性不高的氨酰基）對(duì)專一性不高的氨?；?tRNA合成酶的校正。合成酶的校正。 （3）氨?；┌滨；?tRNA合成酶也必須識(shí)別正確的合成酶也必須識(shí)別正確的tRNA。 另外，還與另外，還與tRNA的反密碼子有關(guān)；副密碼子的作用也的反密碼子有關(guān)；副密碼子的作用也非常重要。非常重要。 二、原核生物蛋白質(zhì)翻譯過程二、原核生物蛋白質(zhì)翻譯過程（一）翻譯的起始（一）翻譯的起始 1. 30S起始復(fù)合物的形成起始復(fù)合物的形成 30S起始復(fù)合物包括起始復(fù)合

23、物包括fMet-tRNA、mRNA與與30S小亞小亞基結(jié)合?；Y(jié)合。這一過程是在起始因子和這一過程是在起始因子和GTP參與下完成的。參與下完成的。 原核起始因子有原核起始因子有3種：種：IF1，IF2和和IF3。 IF1：IF1是一個(gè)小的堿性蛋白，它能增加是一個(gè)小的堿性蛋白，它能增加IF2和和IF3的的活性。活性。IF1與與16S rRNA的結(jié)合位點(diǎn)在的結(jié)合位點(diǎn)在A位點(diǎn)位點(diǎn) 。另外，。另外，IF1具有活具有活化化GTP酶的作用。酶的作用。 IF2：具有很強(qiáng)的：具有很強(qiáng)的GTP酶活性，在肽鏈合成起始時(shí)催酶活性，在肽鏈合成起始時(shí)催化化GTP水解。功能是生成水解。功能是生成IF2GTPfMet-tR

24、NA三元復(fù)合物，在三元復(fù)合物，在IF3存在存在下，使起始下，使起始tRNA與核糖體小亞基結(jié)合。與核糖體小亞基結(jié)合。 IF3：IF3與與16S rRNA相互作用位點(diǎn)在相互作用位點(diǎn)在P位點(diǎn)附近。位點(diǎn)附近。IF3能能通過促使通過促使mRNA的的S-D序列與序列與16S rRNA的的3-端堿基配對(duì)，端堿基配對(duì)，讓核讓核糖體識(shí)別糖體識(shí)別mRNA上的特異啟動(dòng)信號(hào)，又能刺激上的特異啟動(dòng)信號(hào)，又能刺激fMet-tRNAf與核與核糖體結(jié)合在糖體結(jié)合在AUG上。上。 mRNA 和和fMet-tRNA 結(jié)合于結(jié)合于IF30SGTP聚合體上。聚合體上。在結(jié)在結(jié)合時(shí)，合時(shí)，fMet-tRNA與與IF2-GTP復(fù)合物緊密

25、接觸。復(fù)合物緊密接觸。 在核糖體小亞基上的在核糖體小亞基上的16S rRNA 3-端有一段順序：端有一段順序： 5-PyACCUCCUA-3。 其中其中Py可以是任何嘧啶核苷酸?？梢允侨魏梧奏ず塑账?。它可與它可與mRNA中的中的AUG上游約上游約10個(gè)堿基處有一段富含嘌呤的序個(gè)堿基處有一段富含嘌呤的序列列AGGA或或GAGG（Shine-Dalgarno順序）互補(bǔ)。正是由順序）互補(bǔ)。正是由這樣的這樣的配對(duì)將配對(duì)將AUG（或（或GUG，UUG）密碼子帶到核糖體的起始）密碼子帶到核糖體的起始位置位置上上 。 fMet-tRNA 與小亞基上的與小亞基上的A位點(diǎn)結(jié)合。位點(diǎn)結(jié)合。 2. 70S起始復(fù)合物

26、的形成起始復(fù)合物的形成 30S起始復(fù)合物一旦完全形成后，起始復(fù)合物一旦完全形成后，IF3即釋放出來。即釋放出來。50S大亞大亞基參加進(jìn)來，并引起基參加進(jìn)來，并引起GTP水解和釋放其它兩個(gè)起始因子，水解和釋放其它兩個(gè)起始因子，最后最后的復(fù)合物稱為的復(fù)合物稱為70S起始復(fù)合物。起始復(fù)合物。IF1：IF1是一個(gè)小的堿性蛋白，它是一個(gè)小的堿性蛋白，它能增加能增加IF2和和IF3的活性。的活性。IF1與與16S rRNA的結(jié)合位點(diǎn)在的結(jié)合位點(diǎn)在A位點(diǎn)位點(diǎn) 。另外，。另外，IF1具有活化具有活化GTP酶的作用。酶的作用。IF3：與：與16S rRNA相互作用位點(diǎn)在相互作用位點(diǎn)在P位點(diǎn)附近。位點(diǎn)附近。IF3

27、能通過促使能通過促使mRNA的的S-D序列與序列與16S rRNA的的3-端堿基端堿基配對(duì)，讓核糖體識(shí)別配對(duì)，讓核糖體識(shí)別mRNA上的特上的特異啟動(dòng)信號(hào)，又能刺激異啟動(dòng)信號(hào)，又能刺激fMet-tRNA與核糖體結(jié)合在與核糖體結(jié)合在AUG上。上。 IF2：具有很強(qiáng)的：具有很強(qiáng)的GTP酶活性，在酶活性，在肽鏈合成起始時(shí)催化肽鏈合成起始時(shí)催化GTP水解。功水解。功能是生成能是生成IF2GTPfMet-tRNAMetf三三元復(fù)合物。在元復(fù)合物。在IF3存在下，使起始存在下，使起始tRNA與核糖體小亞基結(jié)合。與核糖體小亞基結(jié)合。（二）多肽鏈的延伸、移位循環(huán)（二）多肽鏈的延伸、移位循環(huán) 在起始階段形成的起始

28、復(fù)合物可以接受第二個(gè)氨?；谄鹗茧A段形成的起始復(fù)合物可以接受第二個(gè)氨?；?tRNA，以形成蛋白質(zhì)第一個(gè)肽鍵。在第二個(gè)氨酰基，以形成蛋白質(zhì)第一個(gè)肽鍵。在第二個(gè)氨?；?tRNA進(jìn)進(jìn)入入A位點(diǎn)之后，便形成一個(gè)肽鍵，并產(chǎn)生出一個(gè)連接于第二位點(diǎn)之后，便形成一個(gè)肽鍵，并產(chǎn)生出一個(gè)連接于第二個(gè)氨基酸的個(gè)氨基酸的tRNA上的二肽。然后便發(fā)生移位，肽酰上的二肽。然后便發(fā)生移位，肽酰-tRNA和和與之結(jié)合的與之結(jié)合的mRNA密碼子協(xié)同轉(zhuǎn)移至密碼子協(xié)同轉(zhuǎn)移至P位點(diǎn)。這個(gè)氨基酸加位點(diǎn)。這個(gè)氨基酸加成過程一再重復(fù)，每次加上一個(gè)氨基酸，直至形成一條完整成過程一再重復(fù)，每次加上一個(gè)氨基酸，直至形成一條完整的多肽鏈。的多肽鏈

29、。 肽鏈的延伸要求有延伸因子肽鏈的延伸要求有延伸因子EF TU和和EF TS參與。參與。 Figure 6.20 EF-Tu-GTP places aminoacyl-tRNA on the ribosome and then is released as EF-Tu-GDP. EF-Ts is required to mediate the replacement of GDP by GTP. The reaction consumes GTP and releases GDP. The only aminoacyl-tRNA that cannot be recognized by EF-

30、Tu-GTP is fMet-tRNAf, whose failure to bind prevents it from responding to internal AUG or GUG codons. Figure 6.21 Peptide bond formation takes place by reaction between the polypeptide of peptidyl-tRNA in the P site and the amino acid of aminoacyl-tRNA in the A site. Peptidyl transferase is the act

31、ivity of the ribosomal 50S subunit that synthesizes a peptide bond when an amino acid is added to a growing polypeptide chain. The actual catalytic activity is a propery of the rRNA.（三）多肽鏈合成的終止（三）多肽鏈合成的終止Figure 6.27 Molecular mimicry enables the elongation factor Tu-tRNA complex, the translocation f

32、actor EF-G, and the release factors RF1/2-RF3 to bind to the same ribosomal site. Figure 6.8 Initiation requires free ribosome subunits. When ribosomes are released at termination, they dissociate to generate free subunits. Initiation factors are present only on dissociated 30S subunits. When subuni

33、ts reaassociate to give a functional ribosome at initiation, they release the factors. Initiation involves the reactions that precede formation of the peptide bond between the first two amino acids of the protein. It requires the ribosome to bind to the mRNA, forming an initiation complex that conta

34、ins the first aminoacyl-tRNA. This is a relatively slow step in protein synthesis, and usually determines the rate at which an mRNA is translated. Elongation includes all the reactions from synthesis of the first peptide bond to addition of the last amino acid. Amino acids are added to the chain one

35、 at a time; the addition of an amino acid is the most rapid step in protein synthesis. Termination encompasses the steps that are needed to release the completed polypeptide chain; at the same time, the ribosome dissociates from the mRNA. Figure 6.23 Models for translocation involve two stages. Firs

36、t, at peptide bond formation the aminoacyl end of the tRNA in the A site becomes located in the P site. Second, the anticodon end of the tRNA becomes located in the P site. 表表. 大腸桿菌起始因子、延伸因子和終止因子的特性與功能大腸桿菌起始因子、延伸因子和終止因子的特性與功能因子因子 分子量（分子量（kD） 特性和功能特性和功能起始因子起始因子IF1 9 促進(jìn)核糖體的解離和促進(jìn)核糖體的解離和IF2活性活性IF2 100 由

37、一個(gè)要求由一個(gè)要求GTP的反應(yīng)使的反應(yīng)使fMet-tRNA結(jié)合于核糖體的結(jié)合于核糖體的P位點(diǎn)位點(diǎn)IF3 22 將將mRNA結(jié)合于核糖體小亞基，可促進(jìn)前導(dǎo)序列與結(jié)合于核糖體小亞基，可促進(jìn)前導(dǎo)序列與16S rRNA 3端堿基配對(duì)端堿基配對(duì)延伸因子延伸因子EF-TU 43 將氨酰將氨酰-tRNA結(jié)合于核糖體結(jié)合于核糖體A位點(diǎn)位點(diǎn)EF-TS 30 重新生成重新生成EF-TU-GTPEF- G 77 肽基肽基-tRNA密碼子和密碼子和A位點(diǎn)移至位點(diǎn)移至P位點(diǎn)，此過程位點(diǎn)，此過程GTP參與。參與。釋放因子釋放因子RF1 36 水解肽基水解肽基-tRNA，要求，要求UAA或或UAG密碼子密碼子RF2 38

38、水解肽基水解肽基-tRNA，要求，要求UAA或或UGA密碼子密碼子RF3 46 促進(jìn)促進(jìn)RF1，RF2活性活性三、真核生物蛋白質(zhì)的生物合成三、真核生物蛋白質(zhì)的生物合成 真核生物蛋白質(zhì)合成與原核生物兩者相比，密碼相同，各真核生物蛋白質(zhì)合成與原核生物兩者相比，密碼相同，各種組分相似，亦有核糖體、種組分相似，亦有核糖體、tRNAtRNA及各種蛋白質(zhì)因子?？偟暮铣杉案鞣N蛋白質(zhì)因子?？偟暮铣赏緩揭蚕嗨疲衅鹗?、延伸及終止階段，但也有不同之處。途徑也相似，有起始、延伸及終止階段，但也有不同之處。（一）真核生物蛋白質(zhì)合成的起始（一）真核生物蛋白質(zhì)合成的起始 真核生物的起始氨基酸是蛋氨酸。參與翻譯起始反應(yīng)的起

39、真核生物的起始氨基酸是蛋氨酸。參與翻譯起始反應(yīng)的起始因子已發(fā)現(xiàn)有始因子已發(fā)現(xiàn)有10幾種。這個(gè)過程可分為幾種。這個(gè)過程可分為3個(gè)步驟：個(gè)步驟： 1. 43S前起始復(fù)合物的形成前起始復(fù)合物的形成 起始因子起始因子eIF-2與與GTP形成穩(wěn)定形成穩(wěn)定復(fù)合物，后者與復(fù)合物，后者與MettRNAMetI形成三元復(fù)合物，再與形成三元復(fù)合物，再與40S亞基形亞基形成成43S前起始復(fù)合物。前起始復(fù)合物。 2. 48S前起始復(fù)合物的形成前起始復(fù)合物的形成 在起始因子在起始因子eIF-4A，eIF-4B，eIF-4E和和ATP的參與下，的參與下，43S前起始復(fù)合物與前起始復(fù)合物與mRNA結(jié)合。結(jié)合。eIF-4A有

40、使有使mRNA二級(jí)結(jié)構(gòu)解旋的作用。二級(jí)結(jié)構(gòu)解旋的作用。eIF-4B則有結(jié)合則有結(jié)合mRNA并并識(shí)別起始密碼子識(shí)別起始密碼子AUG的作用。形成的作用。形成48S前起始復(fù)合物。前起始復(fù)合物。 據(jù)據(jù)Kozak等的研究，大多數(shù)起始密碼子的上游存在等的研究，大多數(shù)起始密碼子的上游存在CCACC（稱為（稱為 Kozak序列序列 ）AUGG。在。在43S前起始復(fù)合物前起始復(fù)合物沿沿mRNA向向3端方向移動(dòng)時(shí)，遇到端方向移動(dòng)時(shí)，遇到CCACC序列時(shí)，即停止序列時(shí)，即停止移動(dòng)。起始密碼子移動(dòng)。起始密碼子AUG的識(shí)別可能是通過與的識(shí)別可能是通過與tRNA上的反密上的反密碼子的作用。碼子的作用。eIF-2也參與了這

41、個(gè)識(shí)別過程。也參與了這個(gè)識(shí)別過程。 3. 80S起始復(fù)合物的形成起始復(fù)合物的形成 48S前起始復(fù)合物與核糖體前起始復(fù)合物與核糖體60S大亞基結(jié)合，便形成了大亞基結(jié)合，便形成了80S起始復(fù)合物。起始復(fù)合物。 這一過程由這一過程由GTP水解提供能量。各種起始因子釋放出來，水解提供能量。各種起始因子釋放出來，參與下一輪的起始復(fù)合物形成。參與下一輪的起始復(fù)合物形成。Figure 6.18 In eukaryotic initiation, eIF-2 forms a ternary complex with Met-tRNAf. The ternary complex binds to free 40

42、S subunits, which attach to the 5 end of mRNA. Later in the reaction, GTP is hydrolyzed when eIF-2 is released in the form of eIF2-GDP. eIF-2B regenerates the active form. Figure 6.19 Several eukaryotic initiation factors are required to unwind mRNA, bind the subunit initiation complex, and support

43、joining with the large subunit. 1. 1.肽鏈的延伸肽鏈的延伸 真核生物的肽鏈延伸與原核相似，只是延真核生物的肽鏈延伸與原核相似，只是延伸因子伸因子EF-TUEF-TU和和EF-TSEF-TS被被eEF-1eEF-1取代，而取代，而EF-GEF-G則被則被eEF-2eEF-2取代。在取代。在真菌中，還要求第三種因子，即真菌中，還要求第三種因子，即eEF-3eEF-3的參與，以維持其翻譯的的參與，以維持其翻譯的準(zhǔn)確性。準(zhǔn)確性。 2.2.肽鏈的終止肽鏈的終止 真核生物的肽鏈合成的終止僅涉及一個(gè)釋真核生物的肽鏈合成的終止僅涉及一個(gè)釋放因子放因子eRFeRF。eRFeR

44、F分子量約為分子量約為115kD115kD。它可識(shí)別。它可識(shí)別3 3種終止密碼子：種終止密碼子：UAAUAA，UAGUAG，UGAUGA。eRFeRF在活化了肽酰轉(zhuǎn)移酶釋放新生的肽鏈后，在活化了肽酰轉(zhuǎn)移酶釋放新生的肽鏈后，即從核糖體上解離。解離要求即從核糖體上解離。解離要求GTPGTP的水解。故肽鏈合成的終止需的水解。故肽鏈合成的終止需要消耗能量。要消耗能量。（二）肽鏈的延伸與終止（二）肽鏈的延伸與終止四、原核生物與真核生物翻譯的比較四、原核生物與真核生物翻譯的比較 原核生物的翻譯與轉(zhuǎn)錄偶聯(lián)在一起，即邊轉(zhuǎn)錄邊翻譯；原核生物的翻譯與轉(zhuǎn)錄偶聯(lián)在一起，即邊轉(zhuǎn)錄邊翻譯；而真核生物的翻譯與轉(zhuǎn)錄不偶聯(lián)。真

45、核而真核生物的翻譯與轉(zhuǎn)錄不偶聯(lián)。真核mRNA前體需經(jīng)加工修前體需經(jīng)加工修飾成為成熟飾成為成熟mRNA后，從核內(nèi)輸入細(xì)胞質(zhì)，然后進(jìn)行翻譯。后，從核內(nèi)輸入細(xì)胞質(zhì)，然后進(jìn)行翻譯。 真核生物蛋白質(zhì)合成機(jī)構(gòu)比原核生物復(fù)雜，起始步驟涉真核生物蛋白質(zhì)合成機(jī)構(gòu)比原核生物復(fù)雜，起始步驟涉及起始因子眾多，過程復(fù)雜。如起始氨基酸；核糖體組成；起及起始因子眾多，過程復(fù)雜。如起始氨基酸；核糖體組成；起始因子的種類等等。始因子的種類等等。 真核生物蛋白質(zhì)合成的調(diào)控復(fù)雜。真核生物蛋白質(zhì)合成的調(diào)控復(fù)雜。 真核生物與原核生物的蛋白質(zhì)合成可為不同的抑制劑所真核生物與原核生物的蛋白質(zhì)合成可為不同的抑制劑所抑制。抑制。Conclus

46、ion:Ribosomes are ribonucleoprotein particles in which a majority of the mass is provided by rRNA. The shapes of all ribosomes are generally similar, but only those of bacteria (70S) have been characterized in detail. The small (30S) subunit has a squashed shape, with a body containing about two-thi

47、rds of the mass divided from the head by a cleft. The large (50S) subunit is more spherical, with a prominent stalk on the right and a central protuberance. Locations of all proteins are known approximately in the small subunit. Each subunit contains a single major rRNA, 16S and 23S in prokaryotes,

48、18S and 28S in eukaryotic cytosol. There are also minor rRNAs, most notably 5S rRNA in the large subunit. Both major rRNAs have extensive base pairing, mostly in the form of short, imperfectly paired duplex stems with single-stranded loops. Conserved features in the rRNA can be identified by compari

49、ng sequences and the secondary structures that can be drawn for rRNA of a variety of organisms. The 16S rRNA has four distinct domains; the three major domains have been mapped into regions of the small subunit. Eukaryotic 18S rRNA has additional domains. One end of the 30S subunit may consist large

50、ly or entirely of rRNA. Each subunit has several active centers, concentrated in the translational domain of the ribosome where proteins are synthesized. Proteins leave the ribosome through the exit domain, which can associate with a membrane. The major active sites are the P and A sites, the E site

51、, the EF-Tu and EF-G binding sites, peptidyl transferase, and mRNA-binding site. Ribosomal proteins required for the function of some of these sites have been identified, but the sites have yet to be mapped in terms of three-dimensional ribosome structure. Ribosome conformation may change at stages

52、during protein synthesis; differences in the accessibility of particular regions of the major rRNAs have been detected. The major rRNAs contain regions that are localized at some of these sites, most notably the mRNA-binding site and P site on the 30S subunit. The 3 terminal region of the rRNA seems

53、 to be of particular importance. Functional involvement of the rRNA in ribosomal sites is best established for the mRNA-binding site, where mutations in 16S rRNA affect the initiation reaction. Ribosomal RNA is also the target for some antibiotics or other agents that inhibit protein synthesis. 23S

54、rRNA appears to possess the essential catalytic activity of peptidyl transferase. A codon in mRNA is recognized by an aminoacyl-tRNA, which has an anticodon complementary to the codon and carries the amino acid corresponding to the codon. A special initiator tRNA (fMet-tRNAf in prokaryotes or Met-tR

55、NAi in eukaryotes) recognizes the AUG codon, which is used to start all coding sequences. In prokaryotes, GUG is also used. Only the termination (nonsense) codons UAA, UAG, and UGA are not recognized by aminoacyl-tRNAs. Ribosomes are released from protein synthesis to enter a pool of free ribosomes

56、that are in equilibrium with separate small and large subunits. Small subunits bind to mRNA and then are joined by large subunits to generate an intact ribosome that undertakes protein synthesis. Recognition of a prokaryotic initiation site involves binding of a sequence at the 3 end of rRNA to the

57、Shine-Dalgarno motif which precedes the AUG (or GUG) codon in the mRNA. Recognition of a eukaryotic mRNA involves binding to the 5 cap; the small subunit then migrates to the initiation site by scanning for AUG codons. When it recognizes an appropriate AUG codon (usually but not always the first it

58、encounters) it is joined by a large subunit. A ribosome can carry two aminoacyl-tRNAs simultaneously: its P site is occupied by a polypeptidyl-tRNA, which carries the polypeptide chain synthesized so far, while the A site is used for entry by an aminoacyl-tRNA carrying the next amino acid to be adde

59、d to the chain. The polypeptide chain in the P site is transferred to the aminoacyl-tRNA in the A site and then the ribosome translocates one codon along the mRNA. Translocation and several other stages of ribosome function require hydrolysis of GTP. Protein synthesis is an expensive process. ATP is

60、 used to provide energy at several stages, including the charging of tRNA with its amino acid, and the unwinding of mRNA. It has been estimated that up to 90% of all the ATP molecules synthesized in a rapidly growing bacterium are consumed in assembling amino acids into protein! Additional factors a