生物信息的傳遞下翻譯

關于生物信息的傳遞下翻譯第1頁，講稿共117頁，2023年5月2日，星期三翻譯：指將mRNA鏈上的核甘酸從一個特定的起始位點開始，按每三個核甘酸代表一個氨基酸的原則，依次合成一條多肽鏈的過程。蛋白質合成的場所是蛋白質合成的模板是模板與氨基酸之間的接合體是蛋白質合成的原料是核糖體mRNAtRNA20種氨基酸第2頁，講稿共117頁，2023年5月2日，星期三●遺傳密碼——三聯(lián)子

●tRNA的結構、功能與種類●核糖體的結構與功能●蛋白質合成的過程●蛋白質的運轉機制Contents第3頁，講稿共117頁，2023年5月2日，星期三一、遺傳密碼——三聯(lián)子（一）三聯(lián)子密碼定義

mRNA鏈上每三個核甘酸翻譯成蛋白質多肽鏈上的一個氨基酸，這三個核甘酸就稱為密碼子或三聯(lián)子密碼(tripletcoden)

。mRNA5’AUGAGUACAAAACCU、、、3’第4頁，講稿共117頁，2023年5月2日，星期三（二）三聯(lián)子密碼破譯mRNA5′

AUCGACCUGAGC3′420(×)mRNA5′

AUCGACCUGAGC3′42=1620(×)mRNA5′AUCGACCUGAGC3′43=6420(√)核甘酸序列氨基酸序列第5頁，講稿共117頁，2023年5月2日，星期三（1）1954年Gamow首先對遺傳密碼進行了探討；（2）1961年Crick證明三聯(lián)體密碼子是正確的；（3）1961年，Nirenberg以均聚物、隨機共聚物、特定序列的共聚物作模板合成多肽，破譯遺傳密碼；（4）1964年Nirenberg用核糖體結合技術研究遺傳密碼，直接測出三聯(lián)體對應的氨基酸；（5）到1966年，遺傳密碼全部破譯。遺傳密碼破譯簡史第6頁，講稿共117頁，2023年5月2日，星期三核糖體結合技術保溫

硝酸纖維濾膜過濾分析留在濾膜上的核糖體-AA-tRNA

確定與核糖體結合的AA特定三核苷酸為模板+核糖體

+20種AA-tRNA第7頁，講稿共117頁，2023年5月2日，星期三遺傳密碼字典第8頁，講稿共117頁，2023年5月2日，星期三（三）遺傳密碼的性質1、連續(xù)性翻譯由mRNA的5’端的起始密碼子開始，一個密碼子接下個密碼子連續(xù)地閱讀直到3’終止密碼，密碼間既無間斷也無重疊，即起始密碼子決定了所有后續(xù)密碼子的位置，說明三聯(lián)子密碼是連續(xù)的。第9頁，講稿共117頁，2023年5月2日，星期三基因損傷引起mRNA閱讀框架內的堿基發(fā)生插入或缺失，可能導致框移突變(frameshiftmutation)。第10頁，講稿共117頁，2023年5月2日，星期三從mRNA5端起始密碼子AUG到3端終止密碼子之間的核苷酸序列，各個三聯(lián)體密碼連續(xù)排列編碼一個蛋白質多肽鏈，稱為開放閱讀框架(openreadingframe,ORF)。

第11頁，講稿共117頁，2023年5月2日，星期三（三）遺傳密碼的性質20AA——61種密碼子？由一種以上密碼子編碼同一個氨基酸的現(xiàn)象稱為簡并（degeneracy），對應于同一氨基酸的密碼子稱為同義密碼子（synonymouscodon）。2、簡并性第12頁，講稿共117頁，2023年5月2日，星期三第13頁，講稿共117頁，2023年5月2日，星期三同義密碼子一般不是隨機分布的，因為其第一、第二位核苷酸往往是相同的，而第三位核苷酸的改變并不一定影響所編碼的氨基酸，這種安排減少了變異對生物的影響。第14頁，講稿共117頁，2023年5月2日，星期三編碼某一氨基酸的密碼子越多，該氨基酸在蛋白質中出現(xiàn)的頻率就越高。Arg例外，CG雙聯(lián)子出現(xiàn)的頻率較低。第15頁，講稿共117頁，2023年5月2日，星期三（三）遺傳密碼的性質3、通用性與特殊性蛋白質生物合成的整套密碼，無論是在體內還是體外，也無論是對病毒、細菌、動物還是植物而言都是通用的。遺傳密碼子的通用性有助于我們研究生物的進化，在遺傳工程中也得到充分運用。已發(fā)現(xiàn)少數(shù)例外，如支原體、動物細胞的線粒體、植物細胞的葉綠體。P114第16頁，講稿共117頁，2023年5月2日，星期三生物密碼子線粒體DNA編碼的氨基酸核DNA編碼的氨基酸所有UGA色氨酸終止子酵母CUA蘇氨酸亮氨酸果蠅AGA絲氨酸精氨酸哺乳類AGA/G終止子精氨酸哺乳類AUA甲硫氨酸異亮氨酸線粒體與核DNA密碼子使用情況的比較第17頁，講稿共117頁，2023年5月2日，星期三（三）遺傳密碼的性質4、擺動性轉運氨基酸的tRNA上的反密碼子需要通過堿基互補與mRNA上的遺傳密碼子反向配對結合，在密碼子與反密碼子的配對中，前兩對嚴格遵守堿基配對原則，第三對堿基有一定的自由度，可以“擺動”，這種現(xiàn)象稱為密碼子的擺動性。第18頁，講稿共117頁，2023年5月2日，星期三U擺動配對第19頁，講稿共117頁，2023年5月2日，星期三I:次黃嘌呤第20頁，講稿共117頁，2023年5月2日，星期三密碼子、反密碼子配對的擺動現(xiàn)象tRNA反密碼子第1位堿基IUGACmRNA密碼子第3位堿基U,C,AA,GU,CUG第21頁，講稿共117頁，2023年5月2日，星期三1、由FrancisCrick提出的密碼子與反密碼子配對的擺動假說是指（）A反密碼子的5’端堿基允許互補堿基有擺動B反密碼子的3’端堿基允許互補堿基有擺動C密碼子的3’端堿基允許互補堿基有擺動D密碼子的5’端堿基允許互補堿基有擺動2、反密碼子中哪個堿基對參與了密碼子的簡并性（搖擺）？（）第一個B.第二個C.第三個D.第一個與第三個3、反密碼子IGC可以識別的密碼子是()A.GCGB.GCAC.ACGD.ICG第22頁，講稿共117頁，2023年5月2日，星期三4、與tRNA中的反義密碼子為GCU反向配對的mRNA中的密碼子是（）UGAB.CGAC.AGUD.AGI5、()的密碼子可以作為起始密碼子.酪氨酸B.甲硫氨酸C.色氨酸D.蘇氨酸6、只有一個密碼子的氨基酸是（）亮氨酸和絲氨酸B.色氨酸和蘇氨酸甲硫氨酸和色氨酸D.甘氨酸和色氨酸7、終止密碼子包括（）（）（）

第23頁，講稿共117頁，2023年5月2日，星期三●遺傳密碼——三聯(lián)子

●tRNA的結構、功能與種類●核糖體的結構與功能●蛋白質合成的過程●蛋白質的運轉機制Contents第24頁，講稿共117頁，2023年5月2日，星期三二、tRNA的結構、功能與種類

（一）tRNA的結構

1、二級結構：三葉草形P116第25頁，講稿共117頁，2023年5月2日，星期三第26頁，講稿共117頁，2023年5月2日，星期三二、tRNA的結構、功能與種類

（一）tRNA的結構

2、三級結構：“L”形P117氫鍵第27頁，講稿共117頁，2023年5月2日，星期三第28頁，講稿共117頁，2023年5月2日，星期三第29頁，講稿共117頁，2023年5月2日，星期三（二）tRNA的功能1、解讀mRNA的遺傳信息2、運輸?shù)墓ぞ?，運載氨基酸t(yī)RNA有兩個關鍵部位：

●3’端CCA：接受氨基酸，形成氨酰-tRNA。

●與mRNA結合部位—反密碼子部位第30頁，講稿共117頁，2023年5月2日，星期三tRNAisanadaptor第31頁，講稿共117頁，2023年5月2日，星期三3’5’ICCA-OH5’3’CCA-OHGGCCCGtRNA憑借自身的反密碼子與mRNA鏈上的密碼子相識別，把所帶氨基酸放到肽鏈的一定位置。第32頁，講稿共117頁，2023年5月2日，星期三tRNA特異性只取決于反密碼子,與攜帶的氨基酸無關P119第33頁，講稿共117頁，2023年5月2日，星期三1、起始tRNA和延伸tRNA（三）tRNA的種類能特異地識別mRNA模板上起始密碼子的tRNA稱起始tRNA，其他tRNA統(tǒng)稱為延伸tRNA（P119）。第34頁，講稿共117頁，2023年5月2日，星期三P119：真核生物：起始密碼子AUG所編碼的氨基酸是Met，起始AA-tRNA為Met-tRNAMet。原核生物：起始密碼子AUG所編碼的氨基酸并不是甲硫氨酸本身,而是甲酰甲硫氨酸（fMet），起始AA-tRNA為fMet-tRNAfMet第35頁，講稿共117頁，2023年5月2日，星期三2、同工tRNA（三）tRNA的種類代表同一種氨基酸的tRNA稱為同工tRNA。同工tRNA既要有不同的反密碼子以識別該氨基酸的各種同義密碼，又要有某種結構上的共同性，能被相同的氨基酰-tRNA合成酶識別（P119）。第36頁，講稿共117頁，2023年5月2日，星期三3、校正tRNA（三）tRNA的種類第37頁，講稿共117頁，2023年5月2日，星期三無義突變：在蛋白質的結構基因中，一個核苷酸的改變可能使代表某個氨基酸的密碼子變成終止密碼子（UAG、UGA、UAA），使蛋白質合成提前終止，合成無功能的或無意義的多肽，這種突變就稱為無義突變。

錯義突變：由于結構基因中某個核甘酸的變化使一種氨基酸的密碼子變?yōu)榱硪环N氨基酸的密碼子，這種基因突變叫錯義突變。

GGA（甘氨酸）AGA（精氨酸）第38頁，講稿共117頁，2023年5月2日，星期三校正tRNA在進行校正過程中必須與正常的tRNA競爭結合密碼子一般校正效率不會超過50%第39頁，講稿共117頁，2023年5月2日，星期三(四)氨?！猼RNA合成酶氨酰—tRNA合成酶是一類催化氨基酸與tRNA結合的特異性酶，其反應式如下：AA+tRNA+ATPAA-tRNA+AMP+PPi分兩步進行：（P120）蛋白質合成的真實性主要取決于tRNA能否把正確的AA放到新生多肽鏈的正確位置上，而這主要取決于AA-tRNA合成酶是否能使AA與其對應的tRNA相結合。酶對AA和tRNA都具有高度的專一性。第40頁，講稿共117頁，2023年5月2日，星期三●遺傳密碼——三聯(lián)子

●tRNA的結構、功能與種類●核糖體的結構與功能●蛋白質合成的過程●蛋白質的運轉機制Contents第41頁，講稿共117頁，2023年5月2日，星期三三、核糖體的結構與功能（一）核糖體的結構P121:幾十種蛋白質+幾種rRNA第42頁，講稿共117頁，2023年5月2日，星期三/80S/40S/60S第43頁，講稿共117頁，2023年5月2日，星期三SizecomparisonsshowthattheribosomeislargeenoughtobindtRNAsandmRNA.第44頁，講稿共117頁，2023年5月2日，星期三Ribosomesarelargeribo-nucleoproteinparticlesthatcontainmoreRNAthanproteinanddissociateintolargeandsmallsubunits.第45頁，講稿共117頁，2023年5月2日，星期三

細胞器核糖體：與胞質中的存在明顯差異，并具不同形式。有時與細菌核糖體大小相當（70%rRNA），有時僅60S（<30%rRNA）核糖體存在于每個進行蛋白質合成的細胞中。雖然在不同生物內其大小有別，但組織結構基本相同，而且執(zhí)行的功能也完全相同。NOTE：第46頁，講稿共117頁，2023年5月2日，星期三

表14-7原核和真核生物核糖體的組成及功能P123-126核糖體亞基

rRNAs

蛋白RNA的特異順序和功能

細菌

70S50S23S=2904b31種(L1-L31）含CGAAC和GTψCG互補2.5×106D5S=120b66%RNA30S16S=1542b21種(S1-S21)16SRNA(CCUCCU)和S-D

順序(AGGAGG)互補

哺乳動物

80S60S28S=4718b49種有GAUC和tRNAfMat的TψCG互補4.2×106D5S=120b60%RNA5.8S=160b

40S18S=1874b33種和Capm7G結合

第47頁，講稿共117頁，2023年5月2日，星期三三、核糖體的結構與功能（二）核糖體的功能：合成蛋白質第48頁，講稿共117頁，2023年5月2日，星期三第49頁，講稿共117頁，2023年5月2日，星期三

①mRNA結合部位；②結合AA-tRNA部位（A位）；③結合肽基tRNA部位（P位）；④空載tRNA移出部位（E位）；⑤形成肽鍵的部位。

此外，還有用于起始和延伸的各種蛋白質因子結合部位。

核糖體發(fā)揮生物學功能的5個基本部位第50頁，講稿共117頁，2023年5月2日，星期三第51頁，講稿共117頁，2023年5月2日，星期三第52頁，講稿共117頁，2023年5月2日，星期三大小亞基的生物學功能小亞基：通過密碼子與反密碼子的配對，識別并結合模板mRNA，蛋白質合成中A位、P位、E位的一部分等。大亞基：

結合多肽鏈，催化肽鍵形成、蛋白質合成中A位、P位、E位的一部分等。第53頁，講稿共117頁，2023年5月2日，星期三●遺傳密碼——三聯(lián)子

●tRNA的結構、功能與種類●核糖體的結構與功能●蛋白質合成的過程●蛋白質的運轉機制Contents第54頁，講稿共117頁，2023年5月2日，星期三四、蛋白質合成的過程氨基酸的活化翻譯的起始肽鏈的延伸肽鏈的終止蛋白質前體的加工第55頁，講稿共117頁，2023年5月2日，星期三(一)氨基酸的活化氨基酸+tRNA氨基酰-tRNAATP

AMP＋PPi氨基酰-tRNA合成酶第56頁，講稿共117頁，2023年5月2日，星期三氨基酰-tRNA合成酶對底物氨基酸和tRNA都有高度特異性。氨基酰-tRNA合成酶具有校正活性(proofreadingactivity)。氨基酰-tRNA的表示方法：Ala-tRNAAla

Ser-tRNASerMet-tRNAMet

第57頁，講稿共117頁，2023年5月2日，星期三原核生物中，起始氨基酸是：起始AA-tRNA是：真核生物中，起始氨基酸是：起始AA-tRNA是：甲酰甲硫氨酸fMet-tRNAfMet甲硫氨酸Met-tRNAiMet第58頁，講稿共117頁，2023年5月2日，星期三第一步反應氨基酸＋ATP-E—→氨基酰-AMP-E

＋AMP＋PPi

目錄第59頁，講稿共117頁，2023年5月2日，星期三第二步反應氨基酰-AMP-E＋

tRNA↓

氨基酰-tRNA＋AMP

＋

E目錄第60頁，講稿共117頁，2023年5月2日，星期三

tRNA與酶結合的模型tRNA氨基酰-tRNA合成酶ATP第61頁，講稿共117頁，2023年5月2日，星期三(二)翻譯的起始原核生物（細菌）為例：所需成分：30S小亞基、50S大亞基、模板mRNA、fMet-tRNAfMet、GTP、Mg2+翻譯起始因子：IF-1、IF-2、IF-3、第62頁，講稿共117頁，2023年5月2日，星期三IF-3IF-1翻譯起始(翻譯起始復合物形成)又可被分成3步：

（P130）1.核蛋白體大小亞基分離第63頁，講稿共117頁，2023年5月2日，星期三2、30S小亞基通過SD序列與mRNA模板相結合。AUG5'3'IF-3IF-1第64頁，講稿共117頁，2023年5月2日，星期三S-D序列第65頁，講稿共117頁，2023年5月2日，星期三IF-3IF-1IF-2GTP3.在IF-2和GTP的幫助下，fMet-tRNAfMet進入小亞基的P位，tRNA上的反密碼子與mRNA上的起始密碼子配對。AUG5'3'第66頁，講稿共117頁，2023年5月2日，星期三IF-3IF-1IF-2GTPGDPPi4、帶有tRNA、mRNA和3個翻譯起始因子的小亞基復合物與50S大亞基結合，GTP水解，釋放翻譯起始因子。AUG5'3'第67頁，講稿共117頁，2023年5月2日，星期三IF-3IF-1AUG5'3'IF-2GTPIF-2-GTPGDPPi第68頁，講稿共117頁，2023年5月2日，星期三真核生物翻譯起始的特點

●核糖體較大,為８０Ｓ；●起始因子比較多；●mRNA5′端具有m7Gppp帽子結構●Met-tRNAiMet

●mRNA的5′端帽子結構和3′端polyA都參與形成翻譯起始復合物；

第69頁，講稿共117頁，2023年5月2日，星期三真核生物翻譯起始復合物形成(區(qū)別原核生物)原核生物中30S小亞基首先與mRNA模板相結合，再與fMet-tRNAfMet結合，最后與50S大亞基結合。而在真核生物中，40S小亞基首先與Met-tRNAMet相結合，再與模板mRNA結合，最后與60S大亞基結合生成80S·mRNA·Met-tRNAMet起始復合物（P131）。第70頁，講稿共117頁，2023年5月2日，星期三met40S60SMetMet40S60SmRNAeIF-2B、eIF-3、

eIF-6①elF-3②GDP+Pi各種elF釋放elF-5④ATPADP+PielF4E,elF4G,elF4A,elF4B,PAB③MetMet-tRNAMet-elF-2

-GTP真核生物翻譯起始復合物形成過程第71頁，講稿共117頁，2023年5月2日，星期三肽鏈延伸由許多循環(huán)組成，每加一個氨基酸就是一個循環(huán)，每個循環(huán)包括：AA-tRNA與核糖體結合、肽鍵的生成和移位。

延伸因子(elongationfactor,EF)：

原核生物：EF-T(EF-Tu,EF-Ts)EF-G

真核生物：EF-1、EF-2(三)肽鏈的延伸第72頁，講稿共117頁，2023年5月2日，星期三1、AA-tRNA與核糖體A位點的結合

需要消耗GTP，并需EF-Tu、EF-Ts兩種延伸因子第73頁，講稿共117頁，2023年5月2日，星期三第74頁，講稿共117頁，2023年5月2日，星期三通過延伸因子EF-Ts再生GTP,形成EF-Tu?GTP復合物

EF-Tu-GDP+EF-TsEF-Tu-Ts+GDP

EF-Tu-Ts+GTPEF-Tu-GTP+EF-Ts重新參與下一輪循環(huán)第75頁，講稿共117頁，2023年5月2日，星期三2、肽鍵形成

是由轉肽酶/肽基轉移酶催化

第76頁，講稿共117頁，2023年5月2日，星期三3、移位核糖體向mRNA3’端方向移動一個密碼子。需要消耗GTP，并需EF-G延伸因子第77頁，講稿共117頁，2023年5月2日，星期三延長因子EF-G有轉位酶(translocase)活性，可結合并水解1分子GTP，促進核蛋白體向mRNA的3'側移動。第78頁，講稿共117頁，2023年5月2日，星期三fMetAUG5'3'fMetTuGTP目錄第79頁，講稿共117頁，2023年5月2日，星期三第80頁，講稿共117頁，2023年5月2日，星期三原核肽鏈合成終止過程

（四）肽鏈的終止第81頁，講稿共117頁，2023年5月2日，星期三

RF1：識別終止密碼子UAG和UAA

釋放因子RF2：識別終止密碼子UGA和UAA

RF3：具GTP酶活性，刺激RF1和

RF2活性，協(xié)助肽鏈的釋放（原核生物）真核生物的I、II類只有一種釋放因子（eRF1，3）第82頁，講稿共117頁，2023年5月2日，星期三(五)蛋白質前體的加工1、N端fMet或Met的切除第83頁，講稿共117頁，2023年5月2日，星期三新生蛋白質經蛋白酶切后變成有功能的成熟蛋白質第84頁，講稿共117頁，2023年5月2日，星期三2、二硫鍵的形成（對穩(wěn)定蛋白質的天然構象具有重要作用）兩個半胱氨酸-SH

-SH

-SH

二硫鍵氧化第85頁，講稿共117頁，2023年5月2日，星期三3、特定氨基酸的修飾（P137）磷酸化、糖基化、甲基化、乙基化、羥基化和羧基化等第86頁，講稿共117頁，2023年5月2日，星期三4、切除新生肽鏈中非功能片段第87頁，講稿共117頁，2023年5月2日，星期三前胰島素原蛋白翻譯后成熟過程示意圖第88頁，講稿共117頁，2023年5月2日，星期三5、蛋白質的折疊分子伴侶：輔助新生肽鏈正確折疊的蛋白質。序列上無相關性但有共同功能的保守性蛋白質。包括：熱休克蛋白伴侶素第89頁，講稿共117頁，2023年5月2日，星期三6、蛋白質合成的抑制劑第90頁，講稿共117頁，2023年5月2日，星期三●遺傳密碼——三聯(lián)子

●tRNA的結構、功能與種類●核糖體的結構與功能●蛋白質合成的過程●蛋白質的運轉機制Contents第91頁，講稿共117頁，2023年5月2日，星期三五、蛋白質的運轉機制第92頁，講稿共117頁，2023年5月2日，星期三蛋白性質運轉機制主要類型分泌蛋白質在結合核糖體上合成，并以翻譯-運轉同步機制運輸免疫球蛋白、卵蛋白、水解酶、激素等細胞器發(fā)育蛋白質在游離核糖體上合成，以翻譯后運轉機制運輸核、葉綠體、線粒體、乙醛酸循環(huán)體、過氧化物酶體等細胞器中的蛋白質膜的形成兩種機制兼有質膜、內質網、類囊體中的蛋白質幾類主要蛋白質的轉送機制第93頁，講稿共117頁，2023年5月2日，星期三

第94頁，講稿共117頁，2023年5月2日，星期三1、翻譯-運轉同步機制信號肽假說●信號肽：常指新合成多肽鏈中用于指導蛋白質跨膜轉移的N-末端氨基酸序列（有時不一定在N端）。——能啟動蛋白質轉運的任何一段多肽。第95頁，講稿共117頁，2023年5月2日，星期三●信號序列特點：（1）一般帶有10-15個疏水氨基酸；（2）在靠近該序列N-端常常有1個或數(shù)個帶正電荷的氨基酸；（3）在其C-末端靠近蛋白酶切割位點處常常帶有數(shù)個極性氨基酸，離切割位點最近的那個氨基酸往往帶有很短的側鏈（丙氨酸或甘氨酸）。第96頁，講稿共117頁，2023年5月2日，星期三第97頁，講稿共117頁，2023年5月2日，星期三●信號肽假說內容：第98頁，講稿共117頁，2023年5月2日，星期三第99頁，講稿共117頁，2023年5月2日，星期三新生蛋白質通過同步轉運途徑進入內質網內腔的主要過程P146第100頁，講稿共117頁，2023年5月2日，星期三2、翻譯后運轉機制葉綠體線粒體第101頁，講稿共117頁，2023年5月2日，星期三(1)線粒體蛋白質跨膜運轉第102頁，講稿共117頁，2023年5月2日，星期三(2)葉綠體蛋白質的跨膜運轉第103頁，講稿共117頁，2023年5月2日，星期三（3）核定位蛋白的運轉機制第104頁，講稿共117頁，2023年5月2日，星期三第105頁，講稿共117頁，2023年5月2日，星期三（4）蛋白質的降解大腸桿菌：Lon蛋白酶真核生物：泛蛋白第106頁，講稿共117頁，2023年5月2日，星期三復習體1．多數(shù)氨基酸都有兩個以上密碼子，下列哪組氨基酸只有一個密碼子？

A．蘇氨酸、甘氨酸

B．脯氨酸、精氨酸

C．絲氨酸、亮氨酸

D．色氨酸、甲硫氨酸