第十二章 翻譯

1、第十二章第十二章 翻譯翻譯 翻譯：翻譯：translation translation 即蛋白質(zhì)生物合成。即蛋白質(zhì)生物合成。 把核酸中四種符號(hào)把核酸中四種符號(hào)(AGCT/U)(AGCT/U)組成的遺組成的遺傳信息，以遺傳密碼破讀的手段轉(zhuǎn)變傳信息，以遺傳密碼破讀的手段轉(zhuǎn)變?yōu)榈鞍踪|(zhì)的氨基酸排列順序的過程。為蛋白質(zhì)的氨基酸排列順序的過程。第一節(jié)、參與蛋白質(zhì)合成的物質(zhì)第一節(jié)、參與蛋白質(zhì)合成的物質(zhì) 各種各種RNARNA、核糖體、氨基酸、酶、核糖體、氨基酸、酶 起始階段：起始因子起始階段：起始因子 延長(zhǎng)階段：延長(zhǎng)因子延長(zhǎng)階段：延長(zhǎng)因子 終止階段：核糖體釋放因子終止階段：核糖體釋放因子一、一、 mRNAmR

2、NA是翻譯的模板是翻譯的模板 原核生物的一種原核生物的一種mRNAmRNA往往編碼幾種功往往編碼幾種功能相近的蛋白質(zhì)。能相近的蛋白質(zhì)。 真核生物的真核生物的mRNAmRNA比原核生物多，但一比原核生物多，但一個(gè)個(gè)RNARNA分子一般只帶有一種蛋白質(zhì)的編分子一般只帶有一種蛋白質(zhì)的編碼信息。碼信息。遺傳密碼的特點(diǎn)遺傳密碼的特點(diǎn) 連續(xù)性連續(xù)性(commaless)(commaless)：密碼之間沒有間斷：密碼之間沒有間斷 簡(jiǎn)并性簡(jiǎn)并性(degeneracy)(degeneracy)： 大多數(shù)氨基酸有大多數(shù)氨基酸有2626個(gè)密碼個(gè)密碼 擺動(dòng)性擺動(dòng)性(wobble)(wobble)：密碼的第三位堿基與反

3、：密碼的第三位堿基與反密碼的第一位堿基配對(duì)不嚴(yán)格密碼的第一位堿基配對(duì)不嚴(yán)格 通用性通用性(universal)(universal)：全世界生物共用：全世界生物共用連續(xù)性連續(xù)性G C A G U A C A U G U C不連續(xù)的讀法：不連續(xù)的讀法：G C A C A G A G U G U A .密碼之間沒有密碼之間沒有核苷酸間斷核苷酸間斷簡(jiǎn)并性簡(jiǎn)并性 除了色除了色氨酸和氨酸和蛋氨酸蛋氨酸外，其外，其余氨基余氨基酸均有酸均有2 2 -6-6個(gè)三個(gè)三聯(lián)體為聯(lián)體為其編碼。其編碼。*擺動(dòng)性擺動(dòng)性 密碼與反密碼配對(duì)辨認(rèn)密碼與反密碼配對(duì)辨認(rèn)時(shí)，有時(shí)并不完全按照時(shí)，有時(shí)并不完全按照堿基互補(bǔ)規(guī)律。尤其是堿

4、基互補(bǔ)規(guī)律。尤其是密碼的第三堿基對(duì)反密密碼的第三堿基對(duì)反密碼的第一位堿基，更常碼的第一位堿基，更常出現(xiàn)這種擺動(dòng)現(xiàn)象。出現(xiàn)這種擺動(dòng)現(xiàn)象。mRNA密碼子密碼子tRNA 反反密密碼碼堿堿基基IUCmRNA 密密碼碼堿堿基基A，C，UA，GC，G，UCGI 反密碼子反密碼子GCC 密碼子密碼子通用性通用性除了動(dòng)物細(xì)胞中的線粒體和植物細(xì)胞中的葉綠體外，除了動(dòng)物細(xì)胞中的線粒體和植物細(xì)胞中的葉綠體外，從最簡(jiǎn)單的病毒、原核生物到人類都使用一套遺傳密從最簡(jiǎn)單的病毒、原核生物到人類都使用一套遺傳密碼。碼。二、核糖體是肽鏈合成的場(chǎng)所二、核糖體是肽鏈合成的場(chǎng)所 氨基酸首先在氨基酸首先在核糖體內(nèi)合成核糖體內(nèi)合成蛋白質(zhì)，

5、再輸?shù)鞍踪|(zhì)，再輸送至細(xì)胞其它送至細(xì)胞其它組分中。組分中。 核糖體由大、核糖體由大、小亞基構(gòu)成。小亞基構(gòu)成。亞基中含有不亞基中含有不同的蛋白質(zhì)和同的蛋白質(zhì)和RNARNA。二、核糖體是肽鏈合成的場(chǎng)所二、核糖體是肽鏈合成的場(chǎng)所 大亞基：大亞基： tRNAtRNA結(jié)合位點(diǎn)：結(jié)合位點(diǎn)： P P位位：給出：給出AAAA，釋放，釋放 tRNA tRNA A A位位：接受：接受tRNA-AAtRNA-AA 轉(zhuǎn)肽酶轉(zhuǎn)肽酶，合成肽鍵，合成肽鍵 轉(zhuǎn)位酶轉(zhuǎn)位酶 小亞基：小亞基： 識(shí)別起始位點(diǎn)識(shí)別起始位點(diǎn) 與與mRNAmRNA形成復(fù)合物形成復(fù)合物三、三、tRNAtRNA和氨基酰和氨基酰tRNAtRNA tRNAtRNA

6、在蛋白質(zhì)翻譯中起接合的作用。在蛋白質(zhì)翻譯中起接合的作用。 tRNAtRNA的氨基酸臂上攜帶氨基酸。的氨基酸臂上攜帶氨基酸。 tRNAtRNA分子的反密碼環(huán)與分子的反密碼環(huán)與mRNAmRNA上的密碼配上的密碼配對(duì)。對(duì)。 密碼密碼- -反密碼反密碼- -氨基酸三聯(lián)體保證了翻譯的氨基酸三聯(lián)體保證了翻譯的準(zhǔn)確性。準(zhǔn)確性。氨基酰氨基酰-tRNA-tRNA的生成的生成 氨基酰氨基酰-AMP-E + tRNA -AMP-E + tRNA 氨基酰氨基酰-tRNA + AMP + E-tRNA + AMP + E 氨基酸氨基酸ATPATPE E 氨基酰氨基酰AMP-E + PPiAMP-E + PPi E :

7、E : 氨基酰氨基酰-tRNA-tRNA合成酶，具高度專一性合成酶，具高度專一性 1 . 1 . 存在于胞質(zhì)中存在于胞質(zhì)中 2 . 2 . 需需ATPATP供能供能, , 需需MgMg+, Mn, Mn+ + 3 . 3 . 有二個(gè)識(shí)別位點(diǎn)有二個(gè)識(shí)別位點(diǎn) 氨基酰氨基酰-tRNA-tRNA的書寫的書寫 Arg-tRNAarg Met-tRNAmetm fMet-tRNAmetf 原核生物起始密碼子需要在原核生物起始密碼子需要在Met-tRNAmetf上進(jìn)行甲酰化，上進(jìn)行甲?；?，而真核生物不需要。而真核生物不需要。 Met-tRNAmetf+FH4-CHO 轉(zhuǎn)甲?；皋D(zhuǎn)甲酰基酶 fMet-tRNA

8、metf 第二節(jié)、蛋白質(zhì)生物合成過程第二節(jié)、蛋白質(zhì)生物合成過程 起始起始 延長(zhǎng)延長(zhǎng) 終止終止原核生物的翻譯起始原核生物的翻譯起始 起始因子起始因子(IF)(IF)：胞液中的可溶性因子。：胞液中的可溶性因子。 已知有三種：已知有三種： IF-1IF-1：促進(jìn)：促進(jìn)IF-3IF-3與小亞基結(jié)合與小亞基結(jié)合 IF-2IF-2：使：使 fMet-tRNAmetf 與小亞基結(jié)合與小亞基結(jié)合 IF-3IF-3：使大小亞基分離：使大小亞基分離 核糖體結(jié)合序列核糖體結(jié)合序列：原核生物的：原核生物的mRNAmRNA有一有一非常保守的序列，與核糖體的非常保守的序列，與核糖體的16S-rRNA16S-rRNA結(jié)結(jié)合

9、，引導(dǎo)合，引導(dǎo)mRNAmRNA進(jìn)入核糖體，這樣的序列進(jìn)入核糖體，這樣的序列稱為稱為S-DS-D序列，也叫核糖體結(jié)合序列。序列，也叫核糖體結(jié)合序列。核糖體結(jié)合序列核糖體結(jié)合序列原核生物起始過程原核生物起始過程 70S70S核糖體核糖體IF3IF3IF1IF1 30S 30S小亞基小亞基 IF3 IF3 IF1 + 50SIF1 + 50S大亞基大亞基 fmet-tRNAfmet先形成先形成fmet tRNAfmet IF2 GTP，再與，再與小亞基和小亞基和mRNA形成復(fù)合物形成復(fù)合物 ，最后形成，最后形成70S起始復(fù)合物。起始復(fù)合物。 P位為位為mRNA上的上的AUG及及fmet tRNAfm

10、et 所占據(jù)所占據(jù) , A位空缺。位空缺。70S 70S mRNA mRNA fmet fmet tRNAtRNAf fmetmet 70S 70S起始復(fù)合物起始復(fù)合物fmet-tRNAfmet+GTP+IF2 fmet tRNAfmet IF2 GTP +mRNA30S mRNA fmet tRNAfmet GTP IF1 IF2 IF350S IF1,IF2,IF3,GDP+Pi原核生物起始過程原核生物起始過程真核生物的翻譯起始真核生物的翻譯起始 起始因子起始因子（eIFeIF）：有）：有1010種種 起始甲硫氨酰起始甲硫氨酰tRNAmet無甲?；療o甲?；?mRNAmRNA結(jié)構(gòu)有所不同結(jié)構(gòu)

11、有所不同 核糖體有所不同核糖體有所不同 原核生物與真核生物的翻譯起始比較原核生物與真核生物的翻譯起始比較真核生物的翻譯起始真核生物的翻譯起始二、肽鏈的延長(zhǎng)二、肽鏈的延長(zhǎng) 核糖體循環(huán)：核糖體循環(huán)：翻譯過程中的肽鏈延長(zhǎng)，翻譯過程中的肽鏈延長(zhǎng)， 延長(zhǎng)因子：延長(zhǎng)因子：延長(zhǎng)過程所需的蛋白質(zhì)因子延長(zhǎng)過程所需的蛋白質(zhì)因子稱稱 (EF)(EF)。 核糖體循環(huán)核糖體循環(huán)分為分為注冊(cè)注冊(cè)、成肽成肽和和轉(zhuǎn)位轉(zhuǎn)位三個(gè)三個(gè)步驟。步驟。二、肽鏈的延長(zhǎng)二、肽鏈的延長(zhǎng)原原核核生生物物功功能能真真核核生生物物EF-TuEF-Ts協(xié)協(xié)助助氨氨基基酰酰- -t tR RN NA A 進(jìn)進(jìn)入入 A A 位位, 結(jié)結(jié)合合 G GT T

12、P P EF-1 EF-G轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)位位酶酶, 協(xié)協(xié)助助 m mR RN NA A前前移移,由由 A A 位位進(jìn)進(jìn)至至 P P位位; ; 釋釋放放 t tR RN NA A EF-2注冊(cè)注冊(cè) 注冊(cè)：氨注冊(cè)：氨基酰基酰-tRNA-tRNA根據(jù)遺傳根據(jù)遺傳密碼的指密碼的指引，進(jìn)入引，進(jìn)入核糖體的核糖體的A A位。位。mRNA成肽和轉(zhuǎn)位成肽和轉(zhuǎn)位 成肽由成肽由轉(zhuǎn)肽酶轉(zhuǎn)肽酶催化，反應(yīng)在催化，反應(yīng)在A A位上進(jìn)行，位上進(jìn)行，即即P P位上的蛋氨酸退位到位上的蛋氨酸退位到A A位成肽。成肽位成肽。成肽后無負(fù)載的后無負(fù)載的tRNAtRNA從核糖體上脫落下來。從核糖體上脫落下來。 轉(zhuǎn)位：在轉(zhuǎn)位：在A A位上的肽連同

13、位上的肽連同mRNAmRNA從從A A位進(jìn)入位進(jìn)入P P位。由位。由轉(zhuǎn)位酶轉(zhuǎn)位酶催化。這實(shí)際上是肽催化。這實(shí)際上是肽- -tRNA-mRNAtRNA-mRNA與核糖體位置的相對(duì)變更。與核糖體位置的相對(duì)變更。 注冊(cè)注冊(cè)、成肽成肽和和轉(zhuǎn)位轉(zhuǎn)位三個(gè)步驟多次反復(fù)，三個(gè)步驟多次反復(fù)，肽鏈就不斷延長(zhǎng)。肽鏈就不斷延長(zhǎng)。三、肽鏈合成的終止三、肽鏈合成的終止 肽鏈合成終止包括：肽鏈合成終止包括： 終止密碼的辨認(rèn)終止密碼的辨認(rèn) 肽鏈從肽肽鏈從肽-tRNA-tRNA上水解上水解 mRNAmRNA從核糖體中分離從核糖體中分離 核糖體大小亞基的拆分核糖體大小亞基的拆分三、肽鏈合成的終止三、肽鏈合成的終止 釋放因子釋放因

14、子RFRF： 終止過程中的蛋白質(zhì)因子終止過程中的蛋白質(zhì)因子 辨認(rèn)終止密碼辨認(rèn)終止密碼 促進(jìn)肽鏈促進(jìn)肽鏈C C端與端與tRNA 3-OHtRNA 3-OH酯鍵的水解，使酯鍵的水解，使肽鏈從翻譯中的核糖體上釋放下來。肽鏈從翻譯中的核糖體上釋放下來。 RF-1RF-1：UAAUAA和和UAGUAG； RF-2RF-2：UAAUAA和和UGAUGA； RF-3RF-3：結(jié)合：結(jié)合GTPGTP，促進(jìn)，促進(jìn)RF-1RF-1和和RF-2RF-2對(duì)核糖體對(duì)核糖體的結(jié)合。的結(jié)合。翻譯的終止過程翻譯的終止過程 當(dāng)翻譯到當(dāng)翻譯到A A位出現(xiàn)位出現(xiàn)mRNAmRNA的終止密碼時(shí)，的終止密碼時(shí)，由由RF-1RF-1或或R

15、F-2RF-2識(shí)別終止密碼，進(jìn)入識(shí)別終止密碼，進(jìn)入A A位。位。 釋放因子的結(jié)合誘導(dǎo)核糖體上的轉(zhuǎn)肽酶釋放因子的結(jié)合誘導(dǎo)核糖體上的轉(zhuǎn)肽酶將合成的肽鏈轉(zhuǎn)移到水分子，將將合成的肽鏈轉(zhuǎn)移到水分子，將P P位上肽位上肽鏈從鏈從tRNAtRNA分離出來。分離出來。 通過通過GTPGTP水解水解GDPGDP及及Pi Pi，使殘留在核糖體，使殘留在核糖體上的上的tRNAtRNA和各種釋放因子脫離，最后核和各種釋放因子脫離，最后核糖體從糖體從mRNAmRNA上脫落下來。上脫落下來。翻譯的終止示意圖翻譯的終止示意圖翻譯的終止示意圖翻譯的終止示意圖翻譯的終止示意圖翻譯的終止示意圖多聚核糖體多聚核糖體 在一條在一條m

16、RNAmRNA上常上常有多個(gè)核糖體呈有多個(gè)核糖體呈串珠狀排列，串珠狀排列，核核糖體是以多核糖糖體是以多核糖體形式存在體形式存在。 多核糖體的形成多核糖體的形成是由于一條是由于一條mRNAmRNA鏈上多個(gè)部位有鏈上多個(gè)部位有核糖體在進(jìn)行蛋核糖體在進(jìn)行蛋白質(zhì)合成，這樣白質(zhì)合成，這樣可以大大加速蛋可以大大加速蛋白質(zhì)合成的速度，白質(zhì)合成的速度，mRNAmRNA得到充分的得到充分的利用。利用。翻譯全過程翻譯全過程IF-1IF-3IF-2GTPfMet起始起始翻譯全過程翻譯全過程IF-1IF-3IF-2GTPfMetfMet核糖體循環(huán)核糖體循環(huán)翻譯全過程翻譯全過程fMet核糖體循環(huán)核糖體循環(huán)fMet翻譯全

17、過程翻譯全過程終止終止IF-1IF-3核糖體循環(huán)核糖體循環(huán)原核生物中：原核生物中：復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、翻譯同步，復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、翻譯同步，多肽合成后，進(jìn)入大亞多肽合成后，進(jìn)入大亞基的管腔內(nèi)，經(jīng)滑面內(nèi)基的管腔內(nèi)，經(jīng)滑面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)進(jìn)高爾基體，進(jìn)行質(zhì)網(wǎng)進(jìn)高爾基體，進(jìn)行后加工。后加工。翻譯后加工翻譯后加工 翻譯后加工：翻譯后加工： posttranslational processionposttranslational procession 蛋白質(zhì)合成后，還必須進(jìn)行后加工，蛋白質(zhì)合成后，還必須進(jìn)行后加工，才能表現(xiàn)出生理活性，這些蛋白質(zhì)的才能表現(xiàn)出生理活性，這些蛋白質(zhì)的修飾過程稱為修飾過程稱為翻譯后加工翻譯后加工。翻

18、譯后加工翻譯后加工 去除去除N-N-甲?；蚣柞；騈-N-蛋氨酸蛋氨酸 個(gè)別氨基酸的修飾個(gè)別氨基酸的修飾 亞基聚合亞基聚合 輔基連接輔基連接 水解修飾水解修飾 分泌性蛋白質(zhì)分泌性蛋白質(zhì)去除去除N-N-甲酰或甲酰或N-N-蛋氨酸蛋氨酸 由由脫甲?；该摷柞；富蚧虬被拿赴被拿复呋呋?可與翻譯同步可與翻譯同步個(gè)別氨基酸的修飾個(gè)別氨基酸的修飾 脯氨酸脯氨酸羥羥脯氨酸脯氨酸 賴氨酸賴氨酸羥羥賴氨酸賴氨酸 磷酸化：磷酸化：SerSer、ThrThr、TyrTyr 二硫鍵的形成：二硫鍵的形成： 空間相鄰的二個(gè)空間相鄰的二個(gè)CysCys氧化而成氧化而成亞基聚合亞基聚合 具有四級(jí)結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)由兩條以上

19、肽鏈具有四級(jí)結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)由兩條以上肽鏈通過非共價(jià)鍵聚合，形成寡聚體，才有通過非共價(jià)鍵聚合，形成寡聚體，才有生物活性。生物活性。 HbHb： 2 2 2 2 PKCPKC：R R2 2C C2 2輔基連接輔基連接 蛋白質(zhì)分為單蛋白質(zhì)分為單純蛋白質(zhì)和結(jié)純蛋白質(zhì)和結(jié)合蛋白質(zhì)兩類。合蛋白質(zhì)兩類。 如糖蛋白、脂如糖蛋白、脂蛋白等都需要蛋白等都需要加工后才能生加工后才能生成。成。水解修飾水解修飾 在真核在真核 生物中，往往會(huì)有一條已合成的生物中，往往會(huì)有一條已合成的多肽鏈經(jīng)翻譯后加工產(chǎn)生多種不同活性多肽鏈經(jīng)翻譯后加工產(chǎn)生多種不同活性的蛋白質(zhì)或肽。的蛋白質(zhì)或肽。信號(hào)肽信號(hào)肽 ACTH -LT -MSHEnd

20、ophin -MSH103肽肽POMC分泌性蛋白質(zhì)分泌性蛋白質(zhì) 分泌蛋白質(zhì)：分泌蛋白質(zhì)： 合成后分泌到血液循環(huán)中，或再合成后分泌到血液循環(huán)中，或再到靶細(xì)胞去發(fā)揮功能的蛋白質(zhì)。到靶細(xì)胞去發(fā)揮功能的蛋白質(zhì)。 信號(hào)肽：信號(hào)肽：具疏水性的肽段，可使蛋白質(zhì)移向細(xì)具疏水性的肽段，可使蛋白質(zhì)移向細(xì)胞膜并與細(xì)胞膜結(jié)合，然后將合成的蛋白質(zhì)送胞膜并與細(xì)胞膜結(jié)合，然后將合成的蛋白質(zhì)送出細(xì)胞。出細(xì)胞。 大多數(shù)分泌性蛋白質(zhì)是一種蛋白質(zhì)前身。大多數(shù)分泌性蛋白質(zhì)是一種蛋白質(zhì)前身。 肽類激素、血漿蛋白、凝血因子、抗體蛋白、肽類激素、血漿蛋白、凝血因子、抗體蛋白、蛋白酶等蛋白酶等第四節(jié)、抗生素對(duì)翻譯的抑制作用第四節(jié)、抗生素對(duì)翻

21、譯的抑制作用 抗生素抗生素一般是細(xì)菌或真菌所產(chǎn)生的具有一般是細(xì)菌或真菌所產(chǎn)生的具有抑制其它生物生長(zhǎng)的物質(zhì)。抑制其它生物生長(zhǎng)的物質(zhì)。 抗生素因具有殺菌或抑制細(xì)菌生長(zhǎng)的作抗生素因具有殺菌或抑制細(xì)菌生長(zhǎng)的作用而被廣泛用于臨床，部分用于科研。用而被廣泛用于臨床，部分用于科研。 某些抗生素可抑制翻譯某些抗生素可抑制翻譯四環(huán)素四環(huán)素 抑制起始氨基酰抑制起始氨基酰-tRNA-tRNA與原核生物或真核與原核生物或真核細(xì)胞的核糖體小亞基的結(jié)合而抑制翻譯細(xì)胞的核糖體小亞基的結(jié)合而抑制翻譯 由于不能透過真核細(xì)胞膜，故只能對(duì)原由于不能透過真核細(xì)胞膜，故只能對(duì)原核細(xì)胞的翻譯過程發(fā)生抑制。核細(xì)胞的翻譯過程發(fā)生抑制。氯霉素氯霉素 能與原核生物的核糖體大亞基結(jié)合，抑能與原核生物的核糖體大亞基結(jié)合，抑制轉(zhuǎn)肽酶活性而阻斷翻譯的延長(zhǎng)過程。制轉(zhuǎn)肽酶活性而阻斷翻譯