分子生物學蛋白質合成Convertor

1、Chapter 9Protein synthesis第二部分 從基因到蛋白質 中心法則說明，一旦“信息”被轉化成蛋白質的形式，它就不能再傳遞出來。信息可以從核酸傳遞到核酸，或從核酸傳遞到蛋白質，但不能從蛋白質傳遞到蛋白質或核酸。在這里信息指的是核酸中精確的堿基排列順序或蛋白質中氨基酸殘基的順序。Francis Crick， 1958 第七章 信使RNA 中心法則詳細說明了分子生物學的變化表：基因以核酸序列的形式而被永久保存，以蛋白質形式而表達發(fā)揮其作用。遺傳信息的遺傳及其從一種形式向另一種形式的轉化包括三個過程：l      

2、;   信息通過復制而永久保存；雙鏈核酸復制后產(chǎn)生相同的復制品。信息的表達過程可分為兩個階段。l         轉錄產(chǎn)生與雙鏈DNA中一條鏈堿基順序相同的一個單鏈RNA。通過轉錄可產(chǎn)生若干類不同的RNA，其中與蛋白質合成有關的可分為三類： 信使 RNA（mRNA） 轉移RNA（tRNA） 核糖體RNA（rRNA）l         翻譯將RNA的核苷酸順序轉化為相應蛋白質的氨基酸順序。一個mRNA被翻譯成一個蛋白質

3、序列； tRNA和rRNA；為蛋白質的合成提供其它成分。一個mRNA不會被全部翻譯出來，但每個mRNA至少包含一個含有編碼蛋白質序列的遺傳密碼的密碼區(qū)。密碼區(qū)中每個核苷酸三聯(lián)體（密碼子）代表一個氨基酸。 遺傳密碼必定存在這一概念是與翻譯過程必定包含一個從DNA中分離出來的模板這一想法共同發(fā)展的。（真核生物的細胞中核內遺傳物質與胞質中蛋白質的合成位點是分離的，因此DNA本身顯然不能被翻譯為蛋白質，必須有一種媒介物將信息從一處帶到另一處。）“信使RNA”這個名稱恰好反映了它的作用。它產(chǎn)生于真核生物細胞中DNA的轉錄，隨后被輸送到胞質中翻譯為蛋白質。我們可以這樣認為，真核細胞在核中保留了堿基序列的“

4、主組”，同時在胞質中有一個將被表達的以m RNA形式存在的堿基序列副本，即“工作組”。當然，細菌中的轉錄和翻譯過程在同一處進行。 Coding region編碼區(qū) is a part of the gene that represents a protein sequence.Coding strand 編碼鏈of DNA has the same sequence as mRNA.template strand模板鏈 of double-stranded DNA is the one that is used to specify the sequence of a complementar

5、y single strand of RNA. (The non-template strand is identical in sequence to the RNA product.)Transcription 轉錄is synthesis of RNA on a DNA template.Translation 翻譯is synthesis of protein on the mRNA template.Introduction編碼區(qū)指的是基因上能代表蛋白序列的那部分。DNA的編碼鏈與mRNA的序列是一樣的。雙鏈DNA的模板鏈是指用于確定互補單鏈RNA的那條鏈（非模板鏈與RNA產(chǎn)物的序列

6、相同）。轉錄是指以DNA為模板合成RNA。翻譯是指以RNA為模板合成蛋白質。Transcription generates an RNA which is complementary to the DNA template strand and has the same sequence as the DNA coding strand. Translation reads each triplet of bases into one amino acid. Three turns of the DNA double helix contain 30 bp, which cide for 10

7、 amino acids.DNA雙鏈中只有一條鏈用于轉錄mRNA，如圖將DNA的編碼鏈稱為正義鏈，另一條模板鏈是反義鏈。圖5.1 轉錄產(chǎn)生一條與DNA模板鏈互補的RNA，它的序列與編碼鏈一致。翻譯是將每個三聯(lián)密碼子堿基對譯成一個氨基酸。三個回合的DNA雙螺旋包含30個堿基，能編碼10個氨基酸。Only one strand of a DNA duplex is transcribed into a messenger RNA. We distinguish the two strands of DNA as depicted in Figure 5.1:F7.1 轉錄形成了一條與模板DNA互補

8、的mRNA，和編碼鏈有相同的序列，每一個堿基三聯(lián)子密碼成為一個氨基酸，三個螺旋包含30個堿基可編碼10個氨基酸。 雙鏈DNA中只有一條鏈被轉錄成信使RNA。我們可按圖71所述區(qū)別DNA的兩條鏈：l         通過堿基互補配對指導mRNA合成的DNA鏈稱模板鏈或反有意義鏈（以后我們可以看到“反有意義”是用來描述與mRNA互補的DNA 或RNA序列的普遍說法）。l         另一條DNA鏈具有與mRNA相同的堿基排列順序（除在D

9、NA中以T代替U外），被稱為密碼或有意義鏈。圖72從中心法則的觀點闡明了復制、轉錄和翻譯的作用。F7.2 中心法則確定了在核酸中遺傳信息可以被永久保存或轉換，但轉換成蛋白質的信息是不可逆的。l         核酸的復制保存牽涉作為遺傳物質的DNA或RNA（見圖6.25）。細胞只用DNA。一些病毒用RNA，病毒RNA的復制在被感染的細胞中進行。 細胞遺傳信息的表達通常是單向的。DNA的轉錄產(chǎn)生僅能用于進一步生成蛋白質序列的RNA分子，在一般情況下他們不能被作為遺傳信息的回收使用。RNA翻譯成蛋白質的過程總是不可逆的

10、。從DNA 到 RNA單向轉化這一限制并不是絕對的?；蚪M由單鏈RNA分子構成的逆轉錄病毒可以突破這一限制。在感染細胞的循環(huán)過程中，RNA通過逆轉錄轉化為單鏈DNA，隨后此DNA被轉化為雙鏈DNA。這個雙鏈DNA成為細胞基因組中的一部分，并象基因組中其它基因一樣遺傳。這樣，逆轉錄過程就使RNA序列作為遺傳信息被回收使用了。RNA的復制及逆轉錄建立了一個普遍性的理論，即以兩類核酸序列中任一類形式表達的信息可以轉化為另一類。在一般情況下，細胞遺傳信息的表達拉DNA復制、轉錄、翻譯科程序進行。投在一些較少見的情況下（可能由RNA病毒引起），細胞中以RNA形式存在在信息被回收并插入基因組。雖然逆轉錄在

11、細胞的正?；顒又胁黄鹱饔茫谖覀兛紤]基因組的進化時這一機制卻具有潛在的重要性。（我們將在第十九章詳細討論這一問題）。 Aminoacyl氨酰-tRNA is transfer RNA carrying an amino acid; the covalent 共價linkage is between the NH2 group of the amino acid and either the 3- or 2-OH group of the terminal base of the tRNA.Aminoacyl-tRNA synthetases are enzymes responsible f

12、or covalently linking amino acids to the 2- or 3-OH position of tRNA.Anticodon反密碼子 is a trinucleotide三核苷酸sequence in tRNA which is complementary to the codon in mRNA and enables the tRNA to place the appropriate amino acid in response to the codon.Loop 環(huán)is a single-stranded region of a hairpin發(fā)夾 in

13、RNA (or single-stranded DNA); corresponds to the sequence between inverted repeats 反向重復in duplex DNA.Stem is the base-paired segment of a hairpin.Transfer RNA is the adapter氨酰tRNA是攜帶一個氨基酸的轉運RNA；共價連接存在與氨基酸的NH2基團與tRNA末端堿基的3或2OH基團。氨酰tRNA合成酶是催化將氨基酸連接到3或2OH基團的酶。反密碼子是存在于tRNA與mRNA密碼子互補的三聯(lián)核苷酸序列。它能使tRNA將正確的氨

14、基酸定位到密碼子上。Loop環(huán)是指RNA（或單鏈DNA）上發(fā)莢末端的一段單鏈區(qū)。Stem指的是與發(fā)莢堿基配對的片段。A tRNA has the dual properties of an adaptor that recognizes both the amino acid and codon. The adenosine腺苷at 3 end is covalently linked to an amino acid. The anticodon base pairs with the codon on mRNA.所有的tRNAs都有相同的二級和三級結構。 tRNAs的二級結構可以用三葉草的

15、結構來形容，如圖5.2所示，其中互補的堿基對形成了單鏈Loop的莖。 Stem-loop 結構稱為tRNA的臂，它們的序列（包括非正常的堿基）都是在多聚核苷酸鏈合成后由4種標準堿基經(jīng)過修飾而產(chǎn)生的。圖5.2 tRNA具有二元的特性的轉接器，它能同時識別氨基酸和密碼子。3的腺嘌呤以共價的方式與氨基酸連接。反密碼子與mRNA上的密碼子配對。 All tRNAs have common secondary and tertiary structures. The tRNA secondary structure can be written in the form of a cloverleaf,

16、illustrated in Figure 5.2, in which complementary base pairing forms stems for single-stranded loops. The stem-loop structures are called the arms of tRNA. Their sequences include "unusual" bases that are generated by modification of the 4 standard bases after synthesis of the polynucleoti

17、de chain (for review see 42).轉移RNA是轉接分子（適配器）信使RNA可以通過由負責翻譯過程的裝置區(qū)別開來，在一無細胞系統(tǒng)體外合成蛋白質。這種系統(tǒng)可使用細胞提取物，破壞細胞并將混合物離心，除去細胞壁、膜的殘片及核（對真核細胞而言）即可。在提供適當?shù)哪茉醇扒绑w后，這種“上清液”（或從中純化得到的成分）能翻譯加入其中的mRNA。而且，從一類細胞中得到的蛋白質合成可翻譯另一類細胞中的mRNA，由此證明這一過程是具有普遍性的。MRNA上每個核苷酸三聯(lián)體代表一個氨基酸。三朕核苷酸與氨基酸結構上的不一致性提出了每個密碼子如何與它特定的氨基酸相對應的問題。在遺傳密碼的正確形式被發(fā)

18、現(xiàn)之前，Crick就指出在翻譯過程中可能存在一種作為媒介物的“接合器”分子。這種轉接分子就是轉移RNA（tRNA），一種多核昔酸鏈長僅為7585個堿基的小分子。 tRNA有兩個重要性質：l         一個tRNA分子僅代表一個氨基酸，二者通過共價鍵相連接。l         一個tRNA包含一個稱為反密碼子的三聯(lián)核苷酸序列，與編碼此tRNA攜帶的氨基酸的密碼子互補。反密碼子使tRNA可通過堿基互補配對識別密碼子。所有tRNA有著某

19、些共同特征，其中包括他們的二級和三級結構。tRNA包含一些“異?！眽A基，這些堿基是在多核苷酸鏈合成后通過對四種標準堿基的修飾得到的。如圖73所示，tRNA的二級結構可寫成三葉草形，單鏈部分形成環(huán)狀，互補的堿基對則形成干。這種干環(huán)結構稱為tRNA的臂。F7.3 tRNA具有既能識別氨基酸又能識別密碼子的雙重屬性。3端腺苷酸可以共價連接氨基酸。反密碼子與mRNA上的密碼子配對。The tRNA cloverleaf三葉草結構has invariant不變的 and semi-invariant bases, and a conserved 保守的set of base pairing intera

20、ctions.如圖5.3示詳細的三葉草結構。其中四個主要的臂是根據(jù)它們的結構和功能來命名的。圖5.3 tRNA三葉草包含有不變和半可變的堿基以及一套配對相互作用的保守堿基。 The construction of the cloverleaf is illustrated in more detail in Figure 5.3. The four major arms are named for their structure or function: F7.4 tRNA三葉草結構有不變的和可變的堿基和與反應配對的一套保守堿基。三葉草形結構如圖74所示。其中四個主要的臂以他們的結構或功能命名

21、如下：l         受體臂有一個堿基配對的干部，干部末端有一不成對序列，其自由的2或3OH基團可與一個氨基酸連接。l         TC臂是以臂中的 TC三聯(lián)體序列命名的。（ 代表擬尿嘧啶，是一種修飾過的堿基。）l         在反密碼臂環(huán)的中心部位有反密碼三聯(lián)體。l      

22、0;  D臂因含有二H氫尿嘧啶而得名。（tRNA中另一種修飾過的堿基）。TRNA的編號體系顯示了其結構的某種不變性。在最常見的含76個堿基的tRNA結構中堿基按5到3的順序編號。TRNA分子的長度范圍約為74到95個堿基。這種長度上的變化是由兩個臂上的結構不同引起的。夜D臂的環(huán)中堿基數(shù)的變化可達四個。這些相對于常見結構的額外核昔酸可表減匆 171（位于1718之間）和20： 1、20： 2（位于 20、21之間，但在最小的D環(huán)結構中，殘基17與以上三個殘基全部缺失。tRNA中堿基數(shù)變化最大的部位是位于TC與反密碼臂之間的額外臂。根據(jù)額外臂的性質，tRNA可分為兩類。第一類tRNA有一

23、個僅含3至5個堿基的小額外臂，約75tRNA屬于此類。第二類tRNA有長的額外臂可能是此tRNA中最長的一臂包含13至21個堿基，其中約有5個在干部配對。這些附加的堿基編號從 47： l至 47： 18。額外臂的功能上的意義還不清楚。 與圖 74所示相應，維持 tRNA二級結構的堿基對實際上較少變化。在給定的tRNA中，大多數(shù)堿基接A· U和 G· C的規(guī)則配對，但偶然會出 G· U。G·或A·配對的情況。這些附加的堿基對類型與規(guī)則的堿基對相比較不穩(wěn)定。但仍可支承RNA雙螺旋結構的形成。比較tRNA序列，會發(fā)現(xiàn)某些位置上的堿甚是不可變的（或保守

24、的）；這種位置上通常有一個特殊的堿基，這些在圖74的序列中已經(jīng)指明。實際上，在大量tRNA的排序中，那些看似完全不可變的位置偶爾會出現(xiàn)例外。因此在實踐上說某位置不可變是指在多于9095的tRNA中此位置上有特定堿基。有時這種例外是個別的，有時則成群出現(xiàn)以表現(xiàn)一特殊細胞的某種特性。某些位置被稱為半恒定的（或半保守的），因為這些位置上只限一類堿基（膘呤或嘧啶）這一類中兩種堿基均可在這種位置上存在。 Transfer RNA folds into a compact L-shaped tertiary structure 三級結構with the amino acid at one end and

25、the anticodon at the other end.二級結構中的雙螺旋莖的堿基對在三級結構中可以保持，但它們在三維空間結構空間上的排布會使雙鏈螺旋彼此見產(chǎn)生正確的角度，如圖5.4。 acceptor stem 和TC stem 形成帶有一個溝的連續(xù)雙螺旋，而D stem 和anticodon stem 也形成另一個連續(xù)雙螺旋，也存在一個溝。在雙螺旋中間某會存在一個轉折使雙螺旋呈L形，這個轉折包含TC loop 和D loop 。因此氨基酸滯留于L-shape一個臂的末端，并且anticodon loop 形成另一端。圖5.4 轉運RNA折疊成一個緊密的L-shape三維結構。其一端為

26、氨基酸，另一端為反密碼子。The base paired double-helical stems of the secondary structure are maintained in the tertiary structure, but their arrangement in three dimensions essentially creates two double helices at right angles to each other, as illustrated in Figure 5.4. The acceptor stem and the TC stem form

27、one continuous double helix with a single gap; the D stem and anticodon stem form another continuous double helix, also with a gap. The region between the double helices, where the turn in the L-shape is made, contains the TC loop and the D loop. So the amino acid resides at the extremity of one arm

28、 of the L-shape, and the anticodon loop forms the other end.當一個tRNA載上與其反密碼子相應的氨基酸后，它就被稱為氨酰tRNA。氨基酸的氨基與tRNA3端堿基核糖上的2或3羥基形成一個酯鍵將二者連接起來。（堿基常為腺膘呤）。每種氨基酸至少有一種tRNA與之相對應（通常更多）。TRNA可用相應氨基酸H個字母的縮寫做上標來命令。例如，tRNAAla裝載丙氨酸的Trna。如果有一種以上tRNA對應同一種氨某酸，可用下標的數(shù)字區(qū)分它們。兩個代表酪氨酸的tRNA可表示為tRNATyr1和tRNATyr2。一個攜帶氨基酸的tRNA即一個氨酰tR

29、NA一用一個代表此氨基酸的前綴來表示。Ala-tRAN就是攜帶了相應氨基酸的 tRNA。每個t RNA的二級結構都折疊成一個致密的L形三級結構，連接氨基酸的3端遠離與mRNA相連的反密碼于。為用x光衍射晶體分析法確定其三級結構，需要得到tRNA晶體。對若干種tRNA的分析已經(jīng)完成，他們結構上的相似性指出所有tRNA采用了一種共同的三級結構，盡管每種tRNA會有屬于自身的變化。在三級結構中，二級結構的堿基配對的雙螺旋干部被保留了下來，但他們的三維結構基本上是兩個成適當角度的雙螺旋，如圖75所示。受體干與TC于形成一個有一條溝的連續(xù)雙螺旋；D干與反密碼干也組成一個有溝的連續(xù)雙螺旋。雙螺旋之間的區(qū)域

30、，即L形的轉彎處，包含TC環(huán)及D環(huán)。L形一臂末端的氨基酸殘基與反密碼環(huán)形成了另一端。A space-filling model shows that tRNA tertiary structure is compact緊密的. The two views of tRNA are rotated by 90o. Photograph kindly provided by S. H. Kim.如圖5.5是酵母tRNAPhe結構的分子模型。從上面看相當于圖5.4的底部，這種區(qū)別于其它tRNAs的現(xiàn)象雖然順應了關于所有的tRNAs都具有相似的外形的定理，但它也說明有可能存在彼此間識別上的一些區(qū)別。比如

31、，tRNAAsp的兩個軸之間的角度稍有些大，因此分子也稍顯更開放的構象。 圖5.5 空間充盈的模型顯示tRNAPhe三維結構很緊密。兩張圖象中RNA折疊成90度。頂部圖象對應了F7.5中的底部框格。A molecular model of the structure of yeast tRNAPhe is shown in Figure 5.5. The top view corresponds with the bottom panel in Figure 5.4. Differences in the structure are found in other tRNAs, thus acc

32、ommodating the dilemma that all tRNAs must have a similar shape, yet it must be possible to recognize differences between them. For example, in tRNAAsp, the angle between the two axes is slightly greater, so the molecule has a slightly more open conformation.三級結構由氫鍵產(chǎn)生，通常涉及二級結構中未成對的堿基。四葉前情形結構中的鍵稱為二級氫

33、鍵，三級結構中附加的鍵稱為三級氫鍵。許多不可變的和半不可變的堿基與三級氫鍵有關，這就解釋了他們的保守性并指出三級結構的普遍形式對所有tRNA是通用的。并不是這些相互作用中每一個都具有普遍性，但他們可能指明了一個建立tRNA結構的普遍模型。酵母tRNA結構的分子模型如圖76所示。其它tRNA的結構有不同點，這就是提出一個兩難問題，一方面所有tRNA必須具有相似的形狀，另一方面必須設法識別他們之間的不同。例如，tRNA中兩軸間夾角稍大，分子就具有一個較開放的構象。通過X光衍射晶體分析法顯影的結構代表了分子的穩(wěn)定組織方式。在溶液中或與蛋白質相連時，分子會表現(xiàn)出某種靈活性。在兩種情況下tRNA的構象都

34、會發(fā)生改變，但我們仍不清楚這些變化與晶體結構間的關系。 TRNA的結構提出了一個關于其功能的普遍結論。具有特殊功能的位點被最大程度地分離。氨基酸盡可能地遠離反密碼于，這與他們在蛋白質合成中的作用是一致的。（見第八章）tRNA的結構可提供不同位點以適應不同需要，這與蛋白質的活性位點類似。一種特殊的酶氨酰tRNA合成酶催化tRNA的裝載過程。至少存在20種氨酰tRNA合成酶，每種可識別一處氨基酸及所有與之相應的tRNA。The meaning of tRNA is determined by its anticodon and not by its amino acid.僅僅由反密碼子序列決定氨酰

35、tRNA識別正確的密碼子？圖5.6是一個測試這個問題的經(jīng)典實驗。還原脫硫作用將cysteinyl-tRNA 的氨基酸轉化為丙氨酸，產(chǎn)生一個alanyl-tRNACys。這個tRNA含有一個與密碼子UGU對應的反密碼子。氨基酸的修飾并不影響反密碼子-密碼子之間特異的相互作用，因此丙氨酸殘基無法取代半胱氨酸進入到蛋白序列中。一旦一個tRNA發(fā)生變化，氨基酸就不能特異的扮演其由反密碼子決定的后續(xù)角色。 圖5.6 tRNA的作用是由反密碼子決定的而不是由氨基酸決定。Does the anticodon sequence alone allow aminoacyl-tRNA to recognize t

36、he correct codon? A classic experiment to test this question is illustrated in Figure 5.6. Reductive desulfuration converts the amino acid of cysteinyl-tRNA into alanine, generating alanyl-tRNACys. The tRNA has an anticodon that responds to the codon UGU. Modification of the amino acid does not infl

37、uence the specificity of the anticodon-codon interaction, so the alanine residue is incorporated into protein in place of cysteine. Once a tRNA has been charged, the amino acid plays no further role in its specificity, which is determined exclusively by the anticodon (421).反密碼子能否獨立地使氨酰tRNA識別正確的密碼？檢驗

38、這一問題的實驗如圖77所示。還原性的脫硫反應將半胱氨酸t(yī)RNA中的氨基酸轉化為丙氨酸，產(chǎn)生丙氨酰tRNA。此tRNA有與密碼子密碼子相互作用的特異性，因此丙氨酸殘基代替半胱氨酸結合進蛋白質。一但tRNA裝載完畢，氨基酸對它的特異性就不再起作用，其特異性完全反密碼子決定。 A ribosome consists of two subunits亞基.Messenger RNA is translated by ribosomes 核糖體核糖體是由兩個亞基組成的緊密的核糖核蛋白。圖5.7顯示核糖體與其亞基間的關系。體外實驗發(fā)現(xiàn)當Mg2+濃度降低的時候兩個亞基會分開。大亞基大約是小亞基的兩倍大。細菌(

39、70S) 核糖體包含分級沉淀為50S 和30S的兩個亞基。真核細胞胞漿核糖體(80S) 的亞基分級沉淀為60S 和 40S。兩個亞基只有合在 一起形成完成核糖體才能正常工作，但彼此間在蛋白合成中分擔的角色是分開的。 圖5.7 一個核糖體包含兩個亞基。The ribosome is a compact ribonucleoprotein particle consisting of two subunits. The relationship between a ribosome and its subunits is depicted in Figure 5.7. The two subuni

40、ts dissociate in vitro when the concentration of Mg2+ ions is reduced. In each case, the large subunit is about twice the mass of the small subunit. Bacterial (70S) ribosomes have subunits that sediment at 50S and 30S. The subunits of eukaryotic cytoplasmic (80S) ribosomes sediment at 60S and 40S. T

41、he two subunits work together as part of the complete ribosome, but each undertakes distinct reactions in protein synthesis.信使RNA的翻譯在核糖體中進行mRNA到多肽鏈的翻譯過程是由核糖體催化的。習慣上核糖體以其沉淀速度來描述（以斯維德伯格單位測量，較高的S值代表較快的沉淀速度和較大的質量）。細菌核糖體通常沉淀于7OS。高等真核生物細胞胞質中的核糖體較大，通常沉淀于50S。核糖體是包含兩個亞基的核糖核蛋白微粒。核糖體與其亞基間的關系如圖7.8所示。當Mg2+離子濃度降低

42、時，兩個亞基在體外分離。在每個實例中，大亞基質量約是小亞基質量的兩倍。細菌核糖體（ 7OS）的兩個亞基大致沉淀于50S和 30S。真核細胞胞質核糖體（8OS）的亞基沉淀于約 60S和 40S兩個亞基作為完整核糖體的不同部分共同工作，但在蛋白質合成中每個亞基進行不同的反應。F7.8 核糖體由兩個亞基組成。一個給定的細胞空間中所有核糖體都是相同的。他們與提供實際密碼序列的不同mRNA相連，承擔著不同蛋白質的合成任務。 A polyribosome多核糖體consists of an mRNA being translated simultaneously by several ribosomes

43、moving in the direction from 5-3 . Each ribosome has two tRNA molecules, one carrying the nascent amino acid初生氨基酸, the second carrying the next amino acid to be added 添加氨基酸.多聚核糖體中的每個核糖體在經(jīng)過它們的mRNA序列時均獨立的合成一段多肽。因此mRNA包含一系列的運載從5到3端的不斷延長的蛋白產(chǎn)物的核糖體，如圖5.8。合成中的多肽鏈有時又稱初生蛋白。圖5.8 mRNA通過一些核糖體分子按5-3的方向移動實現(xiàn)不間斷的翻譯

44、，從而組成了多聚核糖體。每個核糖體有兩個tRNA分子，一個運載初生蛋白，另一個運載下一貫需要添加的氨基酸。Each ribosome in the polysome independently synthesizes a single polypeptide during its traverse of the messenger sequence. So the mRNA has a series of ribosomes that carry increasing lengths of the protein product, moving from the 5 to the 3 end,

45、 as illustrated in Figure 5.8. A polypeptide chain in the process of synthesis is sometimes called a nascent protein核糖體提供了控制mRNA密碼子與tRNA反密碼子間識別的環(huán)境。蛋白質的合成從密碼區(qū)的起點開始，解讀一系以的做為遺傳密碼的相鄰的三聯(lián)體，直到密碼區(qū)的終點。隨著核糖體沿mRNA移動，氨基酸沿從N端到C端的方向按次序加合組裝成蛋白質。核糖體在密碼區(qū)的5末端或鄰近區(qū)與mRNA相接觸，在向3末端前進的同時每個三聯(lián)體被翻譯成一個氨基酸。在每一密碼處，適當?shù)陌滨RNA與核糖體相

46、連，將相應氨基酸加入多肽鏈。在任一給定的時刻，核糖體可容納與連續(xù)的密碼子相應的兩個氨酰tRNA，使兩個相應的氨基酸間可以形成一個肽鍵。在每一步中，延伸肽鏈加長一個氨基酸。分離與新合成的蛋白質相連的活性核糖體，可以發(fā)現(xiàn)幾個核糖體連在一條mRNA上，這樣的一個單位可稱為多核糖體或多核糖核蛋白體。每個核糖體中3OS的亞基與mRNA相連，50S的亞基則攜帶著剛合成的蛋白質，tRNA則跨越兩個亞基。多核糖中每個核糖體在沿信使序列曲折前進時獨立合成一條多肽。這樣一條mRNA上就有一系列攜帶著正在增長蛋白質產(chǎn)物從5端向3端移動的核糖體，如圖79所示。合成過程中的一條多肽鏈有時被稱為一個新生蛋白質。F7.9

47、核糖體聚合體由被幾個移動的核糖體同時翻譯的mRNA組成。每個核糖體有兩個tRNA分子，一個攜帶著最后連接到鏈上的氨基酸基酸，另一個帶著將要連接的氨基酸。大約有3035個新加入延伸多肽鏈的氨基酸處于核糖體結構環(huán)境的保護之中，多肽鏈中先合成的部分可能全部伸出核糖體并開始自由折疊成特有的構象。于是蛋白質在合成完畢之前已顯示出部分成熟的構象。 A ribosome assembles裝配 from its subunits on mRNA, translates the nucleotide triplets into protein, and then dissociates 分離from the

48、mRNA.Roughly the most recent 3035 amino acids added to a growing polypeptide chain are protected from the environment by the structure of the ribosome. Probably all of the preceding part of the polypeptide protrudes and is free to start folding into its proper conformation. So proteins can display p

49、arts of the mature conformation even before synthesis has been completed. The animation in Figure 5.9 shows the outline of the movement of a ribosome in synthesizing a single protein. Essentially the mRNA is pulled through the ribosome, and each triplet nucleotide is translated into an amino acid.Pr

50、otein synthesis occurs on polyribosomes. 多核糖體A classic characterization of polysomes is shown in the electron micrograph of Figure 5.10. Globin protein is synthesized by a set of 5 ribosomes attached to each mRNA (pentasomes). The ribosomes appear as squashed spherical objects of 7 nm (70 ?) in diam

51、eter, connected by a thread of mRNA. The ribosomes are located at various positions along the messenger. Those at one end have just started protein synthesis; those at the other end are about to complete production of a polypeptide chain (422).多核糖體的典型特征如圖710中的電子顯微照片所示。珠蛋白由與每條mRNA上附著的一組5個核糖體合成（五核糖體）。

52、這些核糖體象是被線狀mRNA串連起來的扁球狀物體。其直徑約為 7nrn（70A）。核糖體在mRNA上的位置不斷變化。一端的核糖體剛開始合成蛋白質，而另一端的核糖體已經(jīng)快將多肽鏈合成完了。F710 蛋白質由多聚核糖體生成。多核糖體的大小是由若干變量決定的。細菌的多核糖體很大，可包含十個同時參與翻譯過程的核糖體。多核糖體比較大一方面是由于mRNA的長度（通常可編碼幾個蛋白質），另一方面是由于核糖體附著mRNA的高效率。真核細胞胞質中的多核糖體多半比細菌中的小。同樣，他們的大小也取決于mRNA長度（在真核生物中通常只代表單一的蛋白質）和核糖體附著的特殊頻率。一條平均水平上的真核生物mRNA可能同時附

53、著約8個核糖體。 Messenger RNA is translated by ribosomes that cycle through a pool.The cycle of the ribosome is illustrated in Figure 5.11. Ribosomes are drawn from a pool (actually the pool consists of ribosomal subunits), used to translate an mRNA, and then return to the pool for further cycles. The numb

54、er of ribosomes on each mRNA molecule synthesizing a particular protein is not precisely determined, in either bacteria or eukaryotes, but is a matter of statistical fluctuation, determined by the variables of mRNA size and efficiency.核糖體的循環(huán)如圖711所示。核糖體從庫（實際上中是核糖體亞基庫）中被取出，用于翻譯一條mRNA然后返回庫中準備進一步的循環(huán)。不論是

55、細菌還是真核生物，合成一種特殊蛋白質的mRNA上的核糖體數(shù)還沒有精確確定，這是一個由mRNA大小和效率兩個變量決定的統(tǒng)計學漲落問題。Considering E. coli in terms of its macromolecular components大分子成分.An overall view of the attention devoted to protein synthesis in the intact bacterium is given in Figure 5.12. The 20,000 or so ribosomes account for a quarter of the

56、cell mass. There are >3000 copies of each tRNA, and altogether, the tRNA molecules outnumber the ribosomes by almost tenfold; most of them are present as aminoacyl-tRNAs, that is, ready to be used at once in protein synthesis. Because of their instability, it is difficult to calculate the number

57、of mRNA molecules, but a reasonable guess would be 1500, in varying states of synthesis and decomposition. There are 600 different types of mRNA in a bacterium. This suggests that there are usually only 23 copies of each mRNA per bacterium. On average, each probably codes for 3 proteins. If there ar

58、e 1850 different soluble proteins, there must on average be >1000 copies of each protein in a bacterium.在完整的細菌中與蛋白質合成有關的物質總列于表71。20,000個左右核糖體占細胞質量的四分之一。每種tRNA有3000個以上的拷貝，從整體上看， tRNA分子約比核糖體多10倍。大部分tRNA以氨酰RNA形式存在，這就是說，他們馬上將被用于蛋白質合成。由于mRNA分子有不穩(wěn)定性，他們的數(shù)目很難計算，但據(jù)合理推測，在合成與分解狀態(tài)間變化的分子約有1500個。一個細菌中有約600種不同的

59、mRNA。這就是說一個細菌中每種mRNA通常僅有23個拷貝。平均而言，每種 mRNA可編碼了種蛋白質。如果一個細菌中有1850種不同的可溶性蛋白，平均每種蛋白將有 1000個以上的拷貝。F7.12 在細菌中mRNA被轉錄、翻譯、降解是同時的。mRNA is transcribed, translated, and degraded simultaneously 同時in bacteria.細菌中轉錄與翻譯同時進行轉錄開始后核糖體附著在mRNA的5端開始翻譯同時，mRNA沿從5至3的方向迅速降解在37C，mRNA轉錄速度約為40核苷酸秒。蛋白質合成速度約為15氨基酸秒。轉錄并翻譯180KD蛋白質

60、的5000hp的 mRNA需時 2分鐘Figure 5.13 shows that transcription and translation are intimately related in bacteria. Transcription begins when the enzyme RNA polymerase binds to DNA and then moves along making a copy of one strand. As soon as transcription begins, ribosomes attach to the 5 end of the mRNA and sta