第十五章 蛋白质的生物合成-翻译

tRNA是最小的RNA， 占细胞总RNA 的15%左右，其功能是携带氨 基酸和解读密码子。
tRNA 具有“四环一臂”和“三叶草” 形的典型结构。
注意：3’端CCA氨基酸受位和反密码子环
tRNA的结构—“四环一臂”
倒L形的三级结构
tRNA的功能是解读mRNA上的密码子和搬运氨基酸
tRNA上至少有4 个位点与多肽链合成有关：即3’CCA氨基酸接受位 点、氨基酰-tRNA合成酶识别位点、核糖体识别位点和反密码子位点。 每一个氨基酸有其特定的tRNA。氨基酸的羧基与tRNA的 3’ CCA-OH 以酯键结合生成氨基酰tRNA。 氨基酸与mRNA相应的密码子正确“对号”须依赖于tRNA的反密码子。 氨基酸
15.3 真核生物蛋白质合成的特点
• 蛋白质的合成与mRNA的转录不偶联
• 起始tRNAMet所携带的是甲硫氨酸 • 起始因子多，起始复合物形成机制复杂
• 延长因子有eEF-1、eEF-2和eEF-3三种
• 释放因子只有eRF 一种
15.4 多肽链的修饰和加工
• 在核糖体上翻译得到的蛋白质多数是没有生物活 性的蛋白质前体，需要经过加工后才能转变为有 活性的蛋白质。
其中 30S小亚基含16S rRNA 和21种蛋白质
50S大亚基含23S，5SrRNA和34种蛋白质
真核的核糖体（80S）= 40S小亚基 + 60S大亚基 其中 40S 小亚基含18S rRNA 和33种蛋白质 60S 大亚基含28S，5.8S，5SrRNA和45种蛋白质
rRNA 只有4-5种占细胞 RNA 的大部分 。
15.1.3.5 多核糖体
多个核糖体同时与一个mRNA结合，每个核糖体独立的 进行翻译，各自合成完整的肽链。
15.2
蛋白质的生物合成过程
15.2.1、氨基酸的活化
所有参与合成多肽链的氨基酸都要激活，并由数十种高度专一的
氨基酰-tRNA合成酶催化。该酶由两个识别位点，它们能识别特定的 氨基酸和选择其所对应的tRNA，使两者连接起来（利用ATP）。
15.5 蛋白质的到位
15.5.1 共翻译转位：蛋白质翻译与转位同时进行
信号肽（signal peptide）：未成熟蛋白中，可被细胞识别系统识别 的特征性氨基酸序列。
15.5.2 翻译后转位
先由游离的核糖体翻译合成完整的蛋白质前 体，然后再将蛋白质从细胞质转移到线粒体或叶 绿体等细胞器中。
本章结束
糖体上释放。
核糖体大、小亚基解聚，并进入下一轮合成。
蛋白质合成的终止
多个核糖体结合在同一条mRNA上，由 5’——3’进行翻译，形成多核糖体 （polyribosome），翻译速率得以提高
15.2.5 原核生物蛋白质合成的抑制
• 嘌呤霉素：阻断肽链的延长 • 链霉素：引起起始复合物的解离 • 氯霉素：抑制肽酰转移酶的活性 • 红霉素：抑制核糖体的移位
原料氨基酸，20种 mRNA是合成蛋白质的“蓝图（或模板）” tRNA是原料氨基酸的“搬运工” rRNA与多种蛋白质结合成核糖体作为合成多肽链的装配 机（操作台）
蛋白质翻译系统示意图
15.1.1 mRNA，信使RNA
mRNA是遗传信息的载体（载有遗传密码，genetic code）， 是合成蛋白质的蓝图（模板），它以一系列三联体密码子 （codon）的形式从DNA转录了遗传信息。每个密码子编码一个氨 基酸。
第15章 蛋白质翻译
Protein Biosynthesis (Translation)
本章主要内容：

翻译系统 蛋白质生物合成的过程 多肽链翻译后的修饰

蛋白质的到位
（RNA前体）
细胞核
（成熟RNA分子）
胞液
原核细胞
新合成蛋白质分子
真核细胞
基因在原核和真核细胞中最终得到表达
15.1 蛋白质的翻译系统
• 词义的改变：某些密码子在个别生物细胞内或染色体内的词义发生改变。
• 密码子的阅读方向：5’
3’
• 移码现象：mRNA中插入或删掉一个核苷酸引起该位点以后密码子发生
错读的现象。
遗 传 密 码 表
15.1.2 tRNA的结构与功能
原核tRNA有30-40种，真核有50-60种，含70-90个核苷酸， 并有多种稀有碱基。
密码子与反密码子的配对方式
变偶性——反密码子5’端的碱基与密码子的第三位配对不严格
15.1.3 rRNA与核糖体（ribosome）
15.3.1.1 核糖体的组成与结构
核糖体是rRNA 与几十种蛋白质的复合体，有大、小两个亚基构
成。含有合成蛋白质多肽链所必需的酶、起始因子（IF）、延伸因
子（EF）、释放因子（RF）等。 原核的核糖体（70S）= 30S小亚基 + 50S大亚基
数重叠基因（如病毒）中，其开放阅读框架
（reading frame）仍按此原则。
15.1.1.2 遗传密码的特性 • 简并性（degeneracy）：几个不同的密码子编码一个氨基酸； • 通用性：大多数生物使用同样的遗传密码，但也会有所偏爱。 • 连续阅读性：密码子的阅读是连续的、不间断的
• 兼职性：起始密码还兼有编码氨基酸的作用
原核生物肽链的延长
核糖体沿着mRNA 5’——3’方向移位 EF-G因子和GTP参与 空载的tRNA从E位点离开
15.2.4 肽链合成的终止 （注意释放因子的参与）
氨基酸进位，肽链形成和延伸，核糖体沿着mRNA
的5’——3’ 方向移位，循环往复，新合成的肽链由 氨基端向着羧基端不断延长，直至mRNA上出现终止密 码，相应的肽链释放因子RF1（对应UAA、UAG），RF2 （对应UAA、UGA）占据A位。肽链的合成终止，并从核
动物生物化学练习（3）
1．无论是在DNA复制、还是RNA的转录或者是蛋白质翻译的过程， 我们都能看到碱基互补配对的原则贯穿在遗传信息从DNA传递到蛋 白质的各个环节。请做简要地介绍并评价其生物学意义。
2.DNA的复制包括哪些主要阶段？为什么复制具有半保留性？为什 么说子链的合成是半不连续的？ 3.转录的终止出现在DNA分子中特定的碱基顺序上。原核DNA转录 的终止顺序有明显的结构特点，请予描述。除此以外，还有什么其 它的终止转录的方式？ 4.关于多肽链的生物合成，请你说明: 氨基酰-tRNA合成酶的特点； 图示原核70S 起始复合物；解释延伸因子Tu的作用；并指出肽酰 基转移酶何时起作用。 5.为了克隆某个真核细胞的蛋白质的基因，研究人员更愿意先从组 织中分离它的mRNA，这样得到这个基因就不难了。为什么？
mRNA占细胞总RNA的5-10%，不稳定，寿命短。
原核的mRNA 是多顺反子;真核的mRNA 是单顺反子。
15.1.1.1 遗传密码
遗传密码是指DNA或由其转录的mRNA中核苷酸顺序与其
编码的蛋白质多肽链中氨基酸顺序之间的对应关系。
遗传密码为三联体（每三个核苷酸编码一个 氨基酸），由5’ 3’阅读，无间断。即使在少
图为原核生物的两种 16S rRNA和5S rRNA 的结 构
小亚基
tRNA
大亚基
核糖体
Байду номын сангаас
15.1.3.2 核糖体蛋白
原核细胞：小亚基含有21种蛋白质 大亚基含有34种蛋白质 真核细胞：小亚基含有30种蛋白质 大亚基含有50种蛋白质
15.3.1.3 rRNA rRNA的功能：
• 维持核糖体的三维结构 • 参与m RNA与核糖体小亚基的结合及亚基间的联合 • 在蛋白质合成过程中起决定作用
反应如下：
AA tRNA ATP AA-tRNA AMP PPi
氨基酸的羧基与tRNA 的3’端CCA-OH 以酯键相连，因此其氨基是 自由的。
氨酰基-tRNA合成酶
tRNAfmet fMet-tRNA合成酶
Met 酯键 甲酰FH4
翻译起始时， 第一个氨基酸 一般是蛋氨酸， 其氨基要甲酰 化，予以保护。
甲酰基
氨基酸与tRNA的 连接方式
fMet-tRNA
15.2.1.2 tRNA对mRNA密码子的辨认
• 反密码子通过碱基配对识别密码子 • 反密码子对密码子的识别表现有摇摆性（变偶性）
变偶性——反密码子5’端的碱基与密码子的第三位配对不严格
15.2.2 起始复合物的形成 （注意起始因子的参与）
15.2.3 肽键的形成和肽链的延伸 （注意延长因子的参与）
（注意新的AA-tRNA如何定位，第一个肽键如何形成，核糖体如何移动…）
进位
氨基酰tRNA进入A位
进位因子
新的氨基酸-tRNA的进位依赖EF-Tu和Ts因子的协助
转肽
肽键的形成
肽键的形成由肽酰基转移酶催化
（此酶具有核酶的活性）
移位
(2)多肽链的水解切除 水解切除其中多余的肽段，使之折叠成 为有活性的酶或蛋白质。如酶原激活
(3)氨基酸侧链的修饰 氨基酸侧链的修饰包括羟化、羧化、甲 基化及二硫键的形成等。
(4)糖基化修饰 糖蛋白是细胞蛋白质组成的重要成分。它是在 翻译后的肽链上以共价键与单糖或寡聚糖连接而成。糖基化是在酶 催化下进行的。
15.1.3.4 核糖体有4个基本功能
1. 容纳mRNA，并能沿着mRNA由5’——3’ 移动，由tRNA解读其密码； 2. 肽酰基位点（P位点），可结合肽酰基-
tRNA（肽-tRNA）；
3. 氨基酰位点（A位点），可结合氨基酰tRNA（AA-tRNA）； 4.脱氨酰基tRNA释放的位点（E位点）； 5. 肽酰基转移酶中心，是形成肽键的位点 等。
• 蛋白质的加工包括蛋白质折叠和蛋白质修饰
15.4.1 蛋白质的折叠
• 蛋白质折叠：蛋白质一级结构形成特定空间构象 的过程
• 折叠酶：蛋白质二硫键异构酶 肽酰脯氨酰顺反异构酶
• 分子伴侣：保证肽链的正确折叠
15.4.2 蛋白质的修饰
(1)N—端修饰 原核生物修饰时是由肽甲酰基酶除去甲酰基，多 数情况甲硫氨酸也被氨肽酶除去，真核生物中甲硫氨酸则全部被切 除。
首先IF3、IF1帮助30S小亚基 与mRNA结合，IF2和GTP帮助 甲酰甲硫氨酸-tRNA与AUG配 对，接着IF3脱离，形成30S 起始复合物。50S大亚基进入，
IF1和IF2脱离，形成50S起始
复合物，需要GTP。甲酰甲硫 氨酸-tRNA处于P位。
一个嘌呤丰富区
起始密码
起始密码AUG上游的S.D序列与16S rRNA3’端互补 结合有利于30S起始复合物的形成