蛋白质的翻译
《蛋白质的翻译》PPT课件
胰蛋白酶原 胰蛋白酶
胰蛋白酶原的激活示意图
信号肽
能引导蛋白质靶向运输的特殊信号序列，即多肽链分子N端 的一段被细胞转运系统识别的保守性氨基酸序列，称为“信号 肽”。
序列组成： 16 ～30氨基酸残基 N端含1到几个碱性氨基酸残基 中部4 ～15疏水性中性氨基酸（Leu、Ile） C端含极性、小侧链的Gly、Ala、Ser 紧接信号肽酶裂解位点
大肠杆菌的分子伴侣
胰岛素原的加工
间插序列（C肽区）
HS SH
HS SH HS
C A链区
B链区
SH
核糖体上合成出无规 则卷曲的前胰岛素原
切除信号肽后
折叠成稳定构
信号肽
象的胰岛素原
N
N
S－S C
S
S
S
S
胰岛素原
切除C肽后，形成 成熟的胰岛素分子
N
S S N
A链 C
S
C B链
S
胰岛素
六肽
肠 激 酶
活性中心
这就是翻译！
一、模板与遗传密码
（一） 遗传密码
遗传密码的几个重要特性
连续性 简并性 通用性 摆动性
摆 动 理 论
（二）开放阅读框（ORF)
真核细胞几乎只有一个ORF，原核细胞经常有2个或多个 ORF
臂
氨基酸受体臂
D臂 反密码子臂
tRNA的L形三级结构 反映了其生物学功能，因为它上所运载的氨
4. 氨酰-tRNA合成酶将氨基酸连到tRNA上 tRNA的氨酰化（负载）由氨酰-tRNA合成酶的一组酶
催化完成。生物体有20种氨酰-tRNA合成酶，每个对应 一种氨基酸，这意味着一组同工tRNA被一个酶酰氨化。
分子生物学-第四章蛋白质的翻译
教案首页课程名称分子生物学任课教师李市场第四章蛋白质翻译计划学时9教学目的和要求：掌握遗传密码的构成及特点。
遗传密码的破译；密码的简并性与变偶假说；密码子的使用频率；起始密码子与终止密码子；遗传密码的突变；重叠密码。
掌握原核生物和真核生物RNA的翻译过程。
核糖体及RNA的结构；氨基酸的激活与氨酰-tRNA的合成；原核生物的蛋白质的生物合成；GTP在蛋白质合成中的作用；真核生物的蛋白质的生物合成；蛋白质折叠与蛋白质生物合成中多肽链的修饰；蛋白质的易位与分泌。
重点：密码的简并性与变偶假说；密码子的使用频率；起始密码子与终止密码子；重叠密码。
核糖体及RNA的结构；氨基酸的激活与氨酰-tRNA的合成；原核生物的蛋白质的生物合成；GTP在蛋白质合成中的作用；真核生物的蛋白质的生物合成；蛋白质折叠与蛋白质生物合成中多肽链的修饰；蛋白质的易位与分泌难点：核糖体及RNA的结构；氨基酸的激活与氨酰-tRNA的合成；原核生物的蛋白质的生物合成；GTP在蛋白质合成中的作用；真核生物的蛋白质的生物合成；蛋白质折叠与蛋白质生物合成中多肽链的修饰；蛋白质的易位与分泌。
思考题：1、以Prok.为例，说明蛋白质翻译终止的机制。
2、简要说明真核生物蛋白质的不同转运机制。
3、说明Prok.和Euk.体内蛋白质的越膜机制。
4、简要说明Prok.与Euk.的翻译起始过程的差别。
第四章蛋白质翻译（Protein Translation）概述：蛋白质翻译是基因表达的第二步，tRNA在翻译过程中起“译员”的作用，参与翻译的RNA 除tRNA外，还有rRNA 和mRNA；tRNA既是密码子的受体,也是氨基酸的受体，tRNA 接受AA要通过氨酰tRNA合成酶及其自身的paracodon的作用才能实现，tRNA通过其自身的anticodon而识别codon，密码子有自身的特性，三联体前两个重要通用性摇摆性，有一定的使用效率；多种翻译因子组成翻译起始复合物，完成翻译的起始、延伸和终止，并且保证其准确性。
第四章蛋白质的翻译
色氨酸-tRNA的分离
用20种AA-tRNA做20组同样的实验， 每组都含20种AA-tRNA和各种三核苷 酸，但只有一种氨基酸用14C标记，看 哪一种AA-tRNA被留在滤膜上，进一 步分析这一组的模板是哪个三核苷酸， 从模板三核苷酸与氨基酸的关系可测 知该氨基酸的密码子。例如，模板是 UUU时，Phe-tRNA结合于核糖体上， 可知UUU是Phe的密码子。
摆动假说:
在密码子与反密码子的配对中，前两对严格遵守碱基配对原则，第三 对碱基有一定的自由度，可以“摆动”，因而使某些tRNA可以识别1个 以上的密码子;
如果有几个密码子同时编码一个氨基酸，凡是第一、二位碱基不同的 密码子都对应于各自独立的tRNA。原核有30-45种tRNA，真核有50种 tRNA。 I： Inosine is formed by deamination of adenosine after tRNA synthesis
4.2 tRNA
tRNA在蛋白质合成中处于关键地位，它不但为每个三 联密码子翻译成氨基酸提供了接合体，还为准确无误地将 所需氨基酸运送到核糖体上提供了运送载体，所以，它又 被称为第二遗传密码。
tRNA参与多种反应，并与多种蛋白质和核酸相互识 别 ，这就决定了它们在结构上存在大量的共性。
4.2.1 tRNA的结构 1、tRNA的二级结构
1954年科学家对破译密码首先提出了设想： A. 若一种碱基对应与一种氨基酸，那么只可能产生4种氨基酸; B. 若2个碱基编码一种氨基酸的话，4种碱基共有42=16种不同的排列
组合; C. 3个碱基编码一种氨基酸，经排列组合可产生43=64种不同形式; D. 若是四联密码，就会产生44=256种排列组合。
贮 存 在 DNA 上 的 遗 传 信 息 通 过 mRNA 传 递 到 蛋 白 质 上 ， mRNA与蛋白质之间的联系是通过遗传密码的破译来实现的。 mRNA上每3个核苷酸翻译成蛋白质多肽链上的一个氨基酸， 这3个核苷酸就称为密码，也叫三联子密码。
蛋白质合成和翻译过程
蛋白质合成和翻译过程蛋白质合成和翻译是细胞中一系列重要的生物化学过程，它们对于维持生命活动和遗传信息的传递起着至关重要的作用。
本文将介绍蛋白质的合成和翻译过程，并探讨其中的关键步骤和调控机制。
一、蛋白质合成的概述蛋白质合成是指通过翻译过程将基因中的密码子信息转化为氨基酸序列的过程。
这一过程发生在细胞的核糖体中，需要参与的重要组分包括核糖体RNA（rRNA）、转运RNA（tRNA）和核糖体蛋白（r-protein）。
蛋白质的合成过程主要包括以下几个步骤：转录前改造、基因表达和剪接、mRNA的运输和翻译。
二、蛋白质合成的关键步骤1. 转录前改造：在真核生物中，基因中的DNA序列首先被转录为一段称为前体mRNA（pre-mRNA）的分子。
pre-mRNA在细胞核中经历剪接、加工修饰等一系列修饰过程，形成成熟mRNA，然后被送到细胞质中进行蛋白质的合成。
2. 基因表达和剪接：基因中的DNA序列会被RNA聚合酶复制为pre-mRNA分子，pre-mRNA中的外显子和内含子序列通过剪接机制的作用而被正确拼接，生成成熟mRNA。
剪接是蛋白质合成的一个重要调控途径，可以产生多个不同的成熟mRNA，从而扩大蛋白质的功能多样性。
3. mRNA的运输和翻译：成熟的mRNA被转运至细胞质，与核糖体结合，开始翻译过程。
核糖体是含有rRNA和r-protein的颗粒状结构，其功能是识别mRNA上的密码子并配对tRNA上的氨基酸。
4. 翻译过程：翻译过程包括起始、延伸和终止三个主要阶段。
起始阶段是核糖体识别mRNA上的起始密码子AUG，并结合甲硫氨酸（methionine）氨基酸。
延伸阶段是核糖体识别并匹配mRNA上的密码子，通过tRNA上的氨基酸与新到的氨基酰-tRNA结合，形成肽键，扩大多肽链。
终止阶段是核糖体识别到终止密码子，结束翻译，完成多肽链的合成。
三、蛋白质合成的调控机制蛋白质合成过程中存在着复杂的调控机制，包括转录调控、翻译调控和蛋白质降解等。
9. 蛋白质翻译(1)
摇摆的原因（摇摆假说）：
一般地，同义密码子的第１、２位是保守的，而第３位 则是可变的，意味着该可变位点的配对具有一定的灵活 性。
tRNA的反密码子在反密码环上呈弧状排列，与密码子 不能保持完全的平行排列；另外，反密码子的第1个核 苷酸位于非双链结构的松弛环内，摇摆的自由度较大， 从而导致密码子的第3位核苷酸和反密码子的第1位核苷 酸之间形成非标准的碱基配对。（反密码子的这个位点 称为摇摆位点） 如果tRNA的摇摆位点是被修饰的碱基，就可能出现更 多的选择配对关系。
上次讲解内容
一、顺式作用元件与反式作用因子（重点） 二、真核生物RNA的转录过程 三、真核生物RNA转录后加工（重点） 1. 5’加帽； 2. 3’加尾; 3. 选择性剪接; 4. RNA编辑 四、RNA编辑
碱基的突变
C变为U
ApoB 基因有 29 个外显子
CAA
第 2153 个密码子编码 Glu 编辑
T-loop（TψC环）
• 这个环中始终含有胸 腺嘧啶-假尿嘧啶-胞嘧 啶的序列。 • 它与核糖体大亚基的 5S rRNA结合，稳定 蛋白质的结构
D-loop (DHU环)
直接与氨基酰tRNA合成酶
结合，使氨基酸连接到 tRNA的受体位点上。
tRNA与氨基酰tRNA合成酶的结合
氨基酸连接到受体位点上的过程：
UAA
3’UTR
AAA
Open reading frame（开放阅读框）, ORF （3’非翻译区）
Stop codon(终止密码) UAG UGA UAA
开放阅读框（open reading frame, ORF）： mRNA中从起始密码子（AUG）到终止密 码子（UAA、UAG或UGA）的核酸序列， 它可以编码一条完整的多肽链。
5蛋白质的翻译
proteins，r-proteins)组成，rRNA 组成总分子量的 60％～65％。核糖体的相对大小常常用 沉降系数单位来表示。大肠杆菌的核糖体称为 70S 核糖体，其中的小亚基称为 30S 核糖体， 大亚基称为 50S 核糖体（图 5-8） 。小亚基包含 21 种不同的蛋白质(被称为 S1 一 S21)和 16SrRNA。大亚基由 33 种蛋白质(被命名为 L1～L33)和 23S 及 5SrRNAs 组成(图 5-9)。真核 核糖体称为 80S 核糖体，其中 40S 小亚基包含 33 种蛋白质和 18SrRNA，而 60S 大亚基包含 50 种蛋白质(图 5-9)和 3 种 rRNA （28S， 5.8S 和 5S） 。 真核 5.8SrRNA 与细菌 23SrRNA 的 5SrRNAs 部分同源（表 5.1） 。古细菌核糖体类似于细菌核糖体，但有些包含与真核相同的特别亚基。
组织上，原核生物与真核生物有重要的差别（图 5.1、图 5.2 和图 5.3） 。原核生物的 mRNA 的第一个密码子 AUG 上游的一个重要特征就是 Shine-Dalgarno 序列，而真核生物 mRNA 除
第一个密码子 AUG 的上游是核糖体小亚基扫描 AUG 的信号序列（CCACC）外, 5’端非翻译区 上游为帽子结构, 3’端非翻译区内有多聚腺苷化的信号 AAUAAA 以及其下游的多聚 A 尾巴。 mRNA 是由 DNA 的模板链转录而来， 其序列与编码链相同与模板链互补。 mRNA 的 5’ →3 ’ 三联体密码子序列与蛋白质 N 端到 C 端的氨基酸序列线形相关。原核生物 mRNA 的转录和翻 译发生在时间与空间上具有相对的同一性，其 mRNA 通常不稳定，在合成后的几分钟内翻译 成蛋白质。 真核 mRNA 的合成与成熟都在核内， 成熟的 mRNA 被运往胞质, 作为模板翻译蛋白 质 ， 其 稳 定 性 相 对 较 高 ， 达 几 小 时 。
蛋白质的翻译过程
起始密码
➢肽链合成的起始
❖30s起始复合物形成
1.核糖体亚基的拆离
2.mRNA在小亚基上就位 3.fmet-tRNAfmet的结合
起始序列（SD 序列）
30S小亚基与mRNA识别、结 合
IF1、IF3协助 fmet-tRNAfmet -IF2-GTP 通 过
其反密码与mRNA上的起始密
码
AUG相配对
蛋白质的生物合成-翻译
分子生物学的中心法则(central dogma)
复制 DNA
RNA复制
转录
RNA
翻译
蛋白质
逆转录
2
翻译（蛋白质的生物合成）
蛋白质生物合成体系
➢以氨基酸为原料
➢以mRNA为模板 ➢以tRNA为运载工具 ➢以核糖体为合成场所
➢起始、延长、终止各阶段蛋白因子 参与合成后加工成为有活性蛋白质
❖氨基酰tRNA合成 酶
❖催化反应
❖氨基酰tRNA
氨基酰tRNA合成酶
A.A+特异tRNA
氨基酰tRNA
ATP AMP+PPi
氨基酸 பைடு நூலகம் ATP-E 氨基酰-AMP-E + PPi
氨基酰-AMP-E+tRNA 氨基酰tRNA+AMP+E (-COOH) (3’-CCA-OH)
16
2 、氨基酰tRNA合成酶 的高度专一性
➢核糖体与特异蛋白质、mRNA、tRNA的反应 部位
➢新技术 低温电子显微镜技术 中子散射技术
14
第二节 蛋白质合成的过程
原核生物 氨基酸的活化与转运 肽链合成的起始 肽链的延长 “核糖体循环” 肽链合成的终止 蛋白质的加工、修饰
什么是基因表达
什么是基因表达基因表达是指基因中的信息被转化为功能性产物的过程，包括从DNA到RNA的转录（transcription）和从RNA到蛋白质的翻译（translation）两个主要步骤。
这一过程是生物体中基因信息转化为生物功能的关键步骤。
基本的基因表达过程包括以下几个步骤：1. 转录（Transcription）：在细胞核内，DNA的双螺旋结构被RNA聚合酶酶解为单链RNA，形成称为mRNA（信使RNA）的分子。
这个过程是DNA信息的复制，生成一个与特定基因相对应的RNA分子。
2. RNA剪接（RNA Splicing）：在一些基因表达过程中，mRNA 分子可能会经历剪接，即非编码的区域（内含子）被剪除，而编码蛋白质的区域（外显子）被保留。
这是通过剪接体（spliceosome）等细胞器负责的。
3. RNA修饰（RNA Modification）：在转录过程中，RNA分子可能会经历一些修饰，例如加上帽子（5'端）和尾巴（3'端），以提高mRNA的稳定性、传递性和翻译的有效性。
4. 翻译（Translation）：在细胞的核糖体（ribosome）中，mRNA上的信息被读取，并翻译成氨基酸序列，从而合成蛋白质。
翻译的过程涉及到tRNA（转运RNA）和蛋白质合成机器。
5. 蛋白质折叠与修饰：合成的蛋白质在细胞中会经历折叠和修饰过程，确保它们具有正确的结构和功能。
6. 蛋白质功能表达：最终，合成的蛋白质在细胞中执行特定的功能，例如在细胞结构中提供支持、作为酶催化生化反应、参与细胞信号传导等。
基因表达的调控对于维持生物体的正常功能和适应环境变化非常重要。
这涉及到复杂的调节网络，包括启动子、转录因子、RNA干扰等分子机制。
基因表达的失调可能导致细胞功能紊乱，甚至引起疾病。
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13生物科学一班 卢楠
摩尔斯电码
●●● /●▬▬●/▬●▬▬
S
P
Y
spy：间谍; 密探
蛋白质是由20种氨基酸 组成的，而信使RNA上的 碱基只有四种（A、G、C、
U），那么，这四种碱基
是怎样决定蛋白质的氨基酸之间的对应关系
1、如果1个碱基决定1种氨基酸，则
构，最终形成具有一定
功能的蛋白质分子。
翻译
场所： 细胞质（核糖体）
模板： mRNA
原料： 氨基酸
条件： ATP、酶 产物： 蛋白质
转运工具： 转运RNA（tRNA） 信息流动： mRNA
蛋白质
1、遗传密码的组成是（
）
A、由A、T、G、C四种碱基中任何三个 做排列组合。 B、由A、U、G、C四种碱基中任何三个 做排列组合。 C、由A、T、G、C、U五种碱基中任何 三个做排列组合。 D、由A、U、G、T四种碱基中任何三个 做排列组合。 答案：B
3、通用性：地球上几乎所有的生物共用 一套密码子表。
问题：氨基酸是怎样运送到核糖体上呢？
运载工具： 转运RNA(tRNA)
一种tRNA只能携带
一种氨基酸
反密码子
概念：与mRNA分子中密码子互补配对的tRNA 上的3个碱基。 特点：反密码子的三个碱基与相应的DNA模板链 上对应的碱基相同，只是DNA链上碱基T的位置在 tRNA上为U。 种类：61种，反密 码子与61种决定氨 基酸的密码子对应
2、下列对转运RNA的描述，正确的是
A.每种转运RNA能识别并转运多种氨基酸 B.每种氨基酸只有一种转运RNA能转运它 C.转运RNA能识别信使RNA上的密码子
D.转运RNA转运氨基酸到细胞核内
答案：C
3、根据转录和翻译过程填充
G
DNA双链
信使RNA 转运RNA 氨基酸
C G C
A T
C
G
C
A
G U 丙氨酸（密码 GCA ）
甲硫氨 酸
U A C
核糖体
A U G C A C A U C C A C ①
②
起始
甲硫氨 酸
核糖体
U A C A U G C A C A U C C A C ①
②
肽键
甲硫氨 酸
组氨酸
-H2O
G U G U A 核糖体
C A U G C A C A U C C A C
①
②
甲硫氨酸
组氨酸
①
②
U A C G U G A U G C A C U G G C A C
A、G、C、U分别决定1种，共4种
4 = 1×4 = 41
2、如果2个碱基决定1种氨基酸，则
共有16种组合，可以决定16种氨基酸
16 = 4×4 = 42
3、如果3个碱基决定1种氨基酸，则
共有64种组合
64 = 43
密码子
密码子：mRNA上决定一个氨基酸的3个相邻的 碱基叫做一个密码子。
密码子 密码子 密码子
3、根据转录和翻译过程填充
G
DNA双链
信使RNA 转运RNA 氨基酸
C G C
C G
A T A
C G U 丙氨酸（密码 GCA ）
U U A G A U A U C
mRNA
（模板）
起始密码子：2种，AUG、GUG，
也编码氨基酸
种类 普通密码子：59种，
只编码氨基酸
终止密码子：3种，UAA、UGA、UAG，
不编码氨基酸，只是终止信号
遗传密码子的特性：
1、有3个终止密码，没有对应的氨基酸， 所以，在64个遗传密码中，能决定氨基 酸的遗传密码子只有61个。 2、简并性：一种氨基酸有两种或以上的 密码子的情况 。
精氨酸
延伸
甲硫氨酸
组氨酸
…… G C A
②
①
G U G A U G C A C U G G C G U
终止
组氨 酸 精氨酸
酸
……
①
②
G C A C U G G C G U
……
UA A
直到读取到终止密码子，肽链被释放到细胞质中。
多肽链合成之后，从核 糖体中脱离，再经过盘 曲折叠形成一定空间结