第12章 翻译

很重要的概念！ mRNA上从起始密码子到终止密码子之间的连 续编码序列或是DNA上与之对应的序列。一个 ORF编码一条完整的多肽链。
A reading frame is uninterrupted by translation
stop codons. 不是任何一段从AUG到终止密码子之间的序列都能 称为ORF，通常要求的长度是至少50个密码子。
N-甲酰甲硫氨酸(fMet)
肽链延长中携带Met的tRNA：
tRNAmMet
第三节 肽链的生物合成过程
是翻译的中心环节，是活化氨基酸在核蛋白 体上的缩合过程(核蛋白体循环，ribosomal cycle)

核蛋白体循环（广义）：
起始、延伸、终止三个阶段 从5’AUG开始直至终止密码子
密码子、反密码子配对的摆动现象
tRNA反密码子 第1位碱基
mRNA密码子 第3位碱基
I
U
G
A
C
U, C, A
A, G U, C U
G
Robert W. Holley
1922~1993
Har Gobind Khorana 1922~
Marshall W. Nirenberg 1927~2010
The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1968
释放因子(release factors, RF) 和核蛋白体释放因子
(ribosomal release factors, RR)
氨基酸（amino acids） 能量（ATP and GTP)
一、mRNA是蛋白质生物合成的直接模板
mRNA是遗传信息的携带者
• 遗传学将编码一个多肽的遗传单位称为顺反 子(cistron)。
3
蛋白质
非编码序列 核蛋白体结合位点 编码序列 起始密码子 终止密码子
mRNA上存在遗传密码
mRNA分子上从5至3方向，由AUG开始， 每相邻3个核苷酸为一组，编码肽链上某一个氨 基酸或蛋白质合成的起始、终止信号，称为三联 体密码(triplet coden)。 起始密码(initiation coden): AUG
点），使mRNA与小亚基结合。
mRNA上S-D序列后的小核苷酸序列可被核蛋白体小
亚基蛋白rps-1结合。
5' IF-3
AUG
3' IF-1
mRNA在30S小亚基上的就位

SD序列(Shine-Dalgarno sequence )，也叫做 核 蛋 白 体 结 合 位 点 ( ribosomal binding site, RBS)
核蛋白体沿着mRNA从5’向3’方向移动
肽链的合成是从N端到C末端
一、原核生物的肽链合成过程
（一） 起始
1. 核蛋白体大、小亚基的分离
2. mRNA与30S小亚基的结合
3. fMet-tRNA与mRNA及30S小亚基的结合
4. 50S大亚基的结合
起始复合物：fMet-tRNAfMet-mRNA-核蛋白体
18SrRNA rpS 33种
rpL 49种
原核生物翻译过程中核蛋白体结构模式:
P位：肽酰位 (peptidyl site) A位：氨基酰位 (aminoacyl site) E位：排出位 (exit site)
三、 tRNA是氨基酸的运载工具
氨基酸臂
DHＵ环
TψＣ环
反密码环
tRNA的三级结构示意图
3. 起始氨基酰tRNA( fMet-tRNAimet )的结合
IF-2 GTP
5' IF-3
AUG
3' IF-1
4. 核蛋白体大亚基结合，起始复合物形成
GTP IF-2 GDPPi
5' IF-3
AUG
3' IF-1
Pi GTP IF-2 -GTP GDP
5' IF-3
AUG
3' IF-1
一、原核生物的肽链合成过程
第十二章 蛋白质的生物合成(翻译)
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节
蛋白质生物合成体系 氨基酸的活化 肽链的生物合成过程 蛋白质翻译后修饰和靶向输送 蛋白质生物合成的干扰和抑制
翻译(translation)的概念：
细胞内以mRNA为模板，将mRNA上的4 种核苷酸排列顺序转变为蛋白质上20种 氨基酸的排列顺序的过程。 mRNA是指导翻译的直接模板，蛋白质 是基因表达的最终产物。
eIF-4E
eIF-4G eIF-5 eIF-6
eIF-4F复合物成分，结合mRNA5＇帽子
eIF-4F复合物成分，结合eIF-4E和PAB
促进各种起始因子从小亚基解离，进而结合大亚基
促进核蛋白体分离成大小亚基
1. 核蛋白体大小亚基分离
IF-1 IF-3
2. mRNA在小亚基定位结合
mRNA 起始密码子上游S-D序列（核蛋白体结合位
能源物质及离子： ATP，GTP，Mg2+,K+
第二节 氨基酸的活化

氨基酸活化过程，即氨基酸与特异tRNA结 合形成氨基酰-tRNA的过程。
氨基酸 + tRNA
氨基酰-tRNA合成酶
ATP
氨基酰- tRNA AMP＋PPi
第一步反应
氨基酸＋ATP-E —→ 氨基酰-AMP-E ＋ PPi
第二步反应
终止密码(termination coden):
UAA，UAG，UGA
密码子(codon)： mRNA上每3个相邻核苷 酸组成一个三联体(triplet)，编码一种氨基 酸，称之为~。
遗传密码(genetic code): mRNA中蕴藏遗 传信息的碱基序列称为~，它是密码子的总 和。
开放阅读框架(open reading frame，ORF)
线 粒 体 密 码 子
5. 摆动性(wobble)
tRNA上的反密码与密码间不严格遵守常见 的碱基配对规律，称为摆动配对。 摆动配对在反密码的第1位和密码的第3位 间常见。 摆动性的意义： 保持翻译的忠实性 1种tRNA可识别一种以上的同一种氨基酸的 密码子 (生物体内总共40~50种tRNA)
起始二肽键-tRNA-mRNA相对位移入核蛋白体P位，
而卸载的tRNA移入E位。
A位空留并对应下一组三联体密码，准备适当氨基酰
-tRNA进位开始下一核蛋白体循环。
转位
进 位
成肽 转 位
fMet fMet
Tu GTP
5'
AUG
3'
一、原核生物的肽链合成过程
（三） 终止
当mRNA上终止密码出现后，多肽链合成 停止，肽链从肽酰-tRNA中释出，mRNA、核
氨基酸-AMP-E ＋ tRNA —→ 氨基酰-tRNA＋AMP＋E

氨基酰tRNA合成酶
氨基酰-tRNA合成酶(aminoacyl-tRNA synthetase, aaRS)具有绝对专一性，及校正活性 (editing activity)。只有20种,比如tRNAAla.
一种tRNA只能结合一种氨基酸，一种氨基酸可结 合多种tRNA(称为同功tRNA)。
氨基酰-tRNA的表示法
举例： Ala-tRNAAla ， Ser-tRNASer ，Met-tRNAMet 真核生物 起始者tRNA(initiator-tRNA): tRNAiMet 肽链延长中携带Met的tRNA： tRNAeMet 原核生物 起始者tRNA: tRNAfMet
（二） 肽链的延伸
又称狭义的核蛋白体循环，每次循环增 加一个氨基酸，包括以下三步： 1. 进位(entrance)或称注册(registration) 2. 成肽(peptide bond formation) 3. 转位(translocation)
肽链合成的延长因子
延伸过程所需蛋白因子称为延长因子(elongation
指根据mRNA下 一组遗传密码指导，
使相应氨基酰-tRNA
进入核蛋白体A位。
延长因子EF-T： EF-Tu和EF-Ts亚基 的二聚体。
2. 成肽
是由转肽酶(transpeptidase)催化的肽键
形成过程。
3. 转位
延长因子EF-G有转位酶(
translocase )活性，可结合 并水解1分子GTP，促进核蛋白体向mRNA的3´侧移 动。
• 真核mRNA只编码一种蛋白质，为单顺反 子 (single cistron) 。 • 原核细胞中数个结构基因常串联为一个转录 单位，转录生成的mRNA可编码几种功能相关 的蛋白质，为多顺反子(polycistron) 。
原核生物的多顺反子
5 PPP
3
蛋白质
真核生物的单顺反子
5 mG - PPP
二、核糖体是多肽链合成的装置
原核、真核生物核蛋白体的组成
原核生物 核蛋 白体 S rRNA 蛋白 质 70S 小亚基 30S 大亚基 50S 核蛋 白体 80S 真核生物 小亚基 40S 大亚基 60S 28S-rRNA 5S-rRNA 5.8S-rRNA
16SrRNA rpS 21种
5S-rRNA 23S-rRNA rpL 36种
密码子外，其余氨基酸有2、3、4个或多至6 个三联体为其编码。
密码第1、2位碱基多相同，前2位碱基决定编
码氨基酸的特异性，仅第3位碱基差异。
密码的“偏爱性”：同一组密码子的使用频率不同
4. 通用性(universal)
蛋白质生物合成的整套密码，从原核生 物到人类都通用。 已发现少数例外，如动物细胞的线粒体、 植物细胞的叶绿体。 密码的通用性进一步证明各种生物进化 自同一祖先。