生物化学(简单清晰)第12章 翻译
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生物化学第12章、蛋白质的降解及氨基酸代谢
三、蛋白质降解的反应机制：
真核细胞对蛋白质的降解有二体系： 一是溶酶体系，即溶酶体降解蛋白质，是非选 种择性； 二是以细胞溶胶为基础的，依赖ATP机制，即 泛肽标记选择性蛋白质降解方式
四、机体对外源蛋白质的消化
（一）体内的蛋白酶系
1、 按存在部位分： （1）胃：胃蛋白酶 （2）小肠：胰蛋白酶，胰凝乳蛋白酶、弹性蛋白 酶、 羧肽酶（A、B）、氨肽酶。
五、生酮氨基酸和生糖氨基酸
一、生酮氨基酸
1、生酮氨基酸：有些氨基酸在分解过程中转变为 乙酰乙酰CoA，而乙酰乙酰CoA在动物的肝脏中 可变为酮体（乙酰乙酸和β-羟丁酸）。 2、种类：Leu、Lys、Trp、Phe、Tyr。
二、生糖氨基酸
1、生糖氨基酸：凡能生成丙酮酸、α-酮戊二酸、 琥珀酸和草酰乙酸的氨基酸，它们都能导致生成 葡萄糖和糖原。 2、种类：15种
（2）外切酶：从氨基端或羧基端逐一的向内水 解肽链成氨基酸
氨肽酶：从N末端水解肽键； 羧肽酶A：水解除Pro、Arg、Lys外的C末端残基； 羧肽酶B：水解Arg、Lys为C末端的残基；
蛋白质经过上述消化管内各种酶的协同作用， 最后全部转变为游离的氨基酸。
第二节、氨基酸的分解代谢
一、氨基酸降解
二、氨的代谢去路
氨对生物机体是有毒物质，特别是高等动物的 脑对氨极为敏感。血液中1%的氨就可引起中枢 神经系统中毒。
1、 氨的转运
在血液中主要以谷氨酰胺（需谷氨酰胺合成酶） 形式转运到肝脏，形成尿素；
COOH CH2 CH2 CHNH2 COOH Glu
N H3
ATP
A D P+ P i
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)。
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)。
生物化学第12章 核酸代谢与蛋白质的生物合成
生物化学第12章 核酸代谢与蛋白质的生物合成 生物化学第12章核酸代谢与蛋白质的生物合成 第1二章核酸代谢和蛋白质生物合成 课外练习题 一、 名词释义 1、嘌呤核苷酸的从头合成途径：以磷酸核糖、甘氨酸、天冬氨酸、谷氨酰胺、一碳单位及二氧化碳等简单物质为原料，经过多步酶促反应合成嘌呤核苷酸的过程。
2.嘧啶核苷酸的补救合成：以体内现成的嘧啶碱或嘧啶核苷为原料，通过简单反应，如嘧啶磷酸核糖转移酶或嘧啶核苷激酶，合成嘧啶核苷酸的过程。
3、半保留复制：dna复制时，解开的双链各自作为模板，用以合成新的互补链。在子代dna双链中，一股来自亲代，另一股是新合成的，这种复制方式称为半保留复制。
4.冈崎片段：在复制过程中，跟随链的合成是分段复制。复制过程中的这些不连续片段称为冈崎片段。
5、逆转录：以rna为模板合成dna的过程。 6.复制：以亲代DNA为模板合成后代DNA的过程。7.转录：以DNA为模板合成RNA的过程。
8、外显子：一个基因中可编码表达蛋白质的核苷酸序列。9、内含子：一个基因中不能编码表达蛋白质的核苷酸序列。
10.由mRNA碱基序列组成的代码指导蛋白质生物合成过程。 11、反密码子：trna反密码环中的三联碱基与mrna中的某些密码子反向配对，称为反密码子。
12.密码简并：指一个氨基酸有两个或两个以上密码子。 二、符号辨识 1.Imp：次黄嘌呤；2.PRPP:5'-磷酸核糖-1'-焦磷酸盐；3.SSB：单链DNA结合蛋白；4.CDNA：互补DNA；
三、填空 1.核苷酸合成包括（）和（）。2.脱氧核苷酸从（）还原。 3、dna的复制方向是从（）端到（）端展开。 4.体内DNA复制主要以（）为引物，体外PCR扩增以合成（）为引物。 5、dna损伤可分为（）损伤和（）损伤两种类型，造成dna损伤的因素有（）因素和（）因素。
6.基因转录的方向是从（）到（）。7.第一个被转录的核苷酸通常是（）核苷酸。 8、蛋白质的生物合成是以（）作为模板，以（）作为运输氨基酸的工具，以（）作为合成的场所。
生化-第12章-蛋白质的生物合成(20150512)
2．方向性（direction） 起始密码子总是位于编码区5′-末端， 而终止密码子位于3′-末端，每个密码子的 三个核苷酸也是按照5′→3′方向阅读，不能 倒读。
5′ 读码方向 3′
N
肽链延伸方向
C
3．简并性（degeneracy） 遗传密码中，除色氨酸和甲硫氨酸 仅有一个密码子外，其余氨基酸均有2
参与核糖体循环的起始因子
原核生物蛋白质合成起始阶段
• • • • 起始三元复合物的形成； mRNA在小亚基定位结合； 起始氨基酰-tRNA定位在P位； 起始复合物的形成。
1．起始三元复合物的形成
2．mRNA在小亚基定位结合
SD序列（Shine-Dalgarno sequence） ： 在mRNA起始密码子的上游8~13个核苷酸处有一 段4~9个核苷酸组成的富含嘌呤核苷酸的序列，以 AGGA为核心，它可与核糖体小亚基中的16S rRNA 3′-端富含嘧啶的序列（UCCU）互补。
二、肽链合成的起始
指mRNA和起始氨基酰-tRNA与核蛋白体共 同构成起始复合物 。这一过程需要起始因子 （IF）、GTP和镁离子参与。 起始氨基酰-tRNA的表示方法：tRNAiMet
真核生物： Met-tRNAiMet
原核生物： fMet-tRNAifMet
甲硫氨酸 甲酰甲硫氨酰
原核生物中的起始因子有3种： IF1直接结合到小亚基A位，阻止tRNA过早与A 位结合； IF2具有GTP酶活性，催化fMet-tRNAifMet结合 至小亚基，并阻止其它负载tRNA与小亚基结合。 IF3结合于小亚基E位，阻止小亚基与大亚基的 结合，并促进fMet-tRNAifMet结合至核糖体的P位。
NH2 A1 A2A3A4……Anp……………….Amp…………….Aup……………COOH
生物化学第十二章 核酸的生物合成
第二节 RNA的生物合成
转录 复制 RNA的生物合成包括转录和RNA的复制
细胞内的各类RNA，包括mRNA、rRNA 和tRNA，都是以DNA为模板，在RNA聚合 酶的催化下合成的。
此外，除逆转录病毒，其它的RNA病毒 均以RNA为模板进行复制。
一、转录
转录（transcription）：以一段DNA的遗 传信息为模板，在RNA聚合酶作用下，合 成出对应的RNA的过程，或在DNA指导下 合成RNA。
半保留复制（semiconservative replication）
在复制过程中，首先亲代双链解开，然后每条链 作为模板，在其上合成互补的子代链，结果新形成 的两个子代DNA与亲代DNA分子的碱基顺序完全 一样，而且每个子代DNA分子中有一条链完全来 自亲代DNA，另一条是新合成的。
1958年，
2. 切除修复
切开 切除 修复 连接
3. 重组修复
切除修复发生在 DNA复制之前，而 当DNA发动复制时 尚未修复的损伤部 位，可以先复制， 再重组修复。
4. SOS 修复
避免差错的修复（error free repair）：光复合、 切除修复及重组修复对DNA损伤的修复都不导致 DNA突变。
Meselson和Stahl 用15N标记E.coli. DNA，用密度梯 度离心试验证明 了DNA的复制是 半保留复制。
半保留复制具有重要的生物学意义，DNA分子
以半保留方式进行复制，亲代DNA分子中的一条 链保留在子代DNA分子中，可使遗传信息准确的 传递给子代细胞，保持其相对稳定性而不致发生
二、逆转录作用
逆转录（reverse transcription）：以RNA为模板 合成DNA的过程，与通常转录过程中遗传信息流从 DNA到RNA的方向相反。
第十二章翻译ppt课件
原核生物释放因子：RF-1，RF-2，RF-3 真核生物释放因子：eRF 一是识别终止密码，如RF-1特异识别UAA、
UAG；而RF-2可识别UAA、UGA； RF-3不 识别终止密码子, 但刺激另外两个因子的活性， 协助肽链释放。 二是诱导转肽酶改变为酯酶水解活性，相当于 催化肽酰基转移到水分子-OH上，使肽链从核 蛋 白体上): AUG 终止密码(termination coden):
UAA，UAG，UGA
开放阅读框
5’
GUACAU
3’
起始密码 AUG
缬氨酸
组氨酸 终止密码
UAA/UAG/UGA
1. 遗 传 密 码 表
2.遗传密码的破译
5’ U U U U U U U U U U 3’ N 苯苯苯苯苯苯苯苯苯苯 C
5’
UACGAC
亮
EF-G GTP
甲
EF-G GTP
EF-G 转位酶活性，促进核糖体前移
进 位
成肽 转 位
核糖体循环
fMet fMet
Tu GTP
5'
AUG
3'
3.真核生物肽链延长
真核生物肽链延长过程与原核基 本相似，但有不同的反应体系和延 长因子。
真核细胞核糖体没有E位，空载 tRNA直接从P位脱落。
2.核糖核蛋白体循环*-肽链的延长 进位 成肽 转位
肽链合成的延长因子及功能
原核延长 因子
生物功能
对应真核 延长因子
EF-Tu EF-Ts
催化亚基； 促进氨基酰- tRNA 进入A 位，结合分解 GTP
调节亚基
EF-1 α EF-1 βγ
有转位酶活性，促进核糖 EFG 体向前移动一个密码子,促
UAG；而RF-2可识别UAA、UGA； RF-3不 识别终止密码子, 但刺激另外两个因子的活性， 协助肽链释放。 二是诱导转肽酶改变为酯酶水解活性，相当于 催化肽酰基转移到水分子-OH上，使肽链从核 蛋 白体上): AUG 终止密码(termination coden):
UAA，UAG，UGA
开放阅读框
5’
GUACAU
3’
起始密码 AUG
缬氨酸
组氨酸 终止密码
UAA/UAG/UGA
1. 遗 传 密 码 表
2.遗传密码的破译
5’ U U U U U U U U U U 3’ N 苯苯苯苯苯苯苯苯苯苯 C
5’
UACGAC
亮
EF-G GTP
甲
EF-G GTP
EF-G 转位酶活性，促进核糖体前移
进 位
成肽 转 位
核糖体循环
fMet fMet
Tu GTP
5'
AUG
3'
3.真核生物肽链延长
真核生物肽链延长过程与原核基 本相似，但有不同的反应体系和延 长因子。
真核细胞核糖体没有E位，空载 tRNA直接从P位脱落。
2.核糖核蛋白体循环*-肽链的延长 进位 成肽 转位
肽链合成的延长因子及功能
原核延长 因子
生物功能
对应真核 延长因子
EF-Tu EF-Ts
催化亚基； 促进氨基酰- tRNA 进入A 位，结合分解 GTP
调节亚基
EF-1 α EF-1 βγ
有转位酶活性，促进核糖 EFG 体向前移动一个密码子,促
第12章 翻译
Ala-tRNAAla
Ser-tRNASer Met-tRNAMet
目录
（二）起始肽链合成的氨基酰-tRNA 起始肽链合成的氨基酰
真核生物： 真核生物：
Met Met-tRNAi
原核生物： 原核生物： fMet-tRNAifMet
目录
第二节 蛋白质生物合成过程
The Process of Protein Biosynthesis
目录
一、翻译模板mRNA及遗传密码 翻译模板 及遗传密码
mRNA是遗传信息的携带者 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 遗传学将编码一个多肽的遗传单位称为顺反 子(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 单位 ， 转录生成的 可编码几种功能相 关的蛋白质， 多顺反子(polycistron) 。 关的蛋白质，为多顺反子 真核 真核mRNA只编码一种蛋白质 ， 为 单顺反子 只编码一种蛋白质， 只编码一种蛋白质 (single cistron) 。
目录
第一节 蛋白质合成体系
Protein Biosynthesis System
目录
参与蛋白质生物合成的物质包括
三种RNA 三种 –mRNA（messenger RNA, 信使 （ 信使RNA） ） –rRNA（ribosomal RNA, 核蛋白体 （ 核蛋白体RNA） ） –tRNA（transfer RNA, 转移 （ 转移RNA） ） 20种氨基酸 种氨基酸(AA)作为原料 种氨基酸 作为原料 酶及众多蛋白因子， 酶及众多蛋白因子，如IF、eIF 、 ATP、GTP、无机离子 、 、
目录
核 蛋 白 体 的 组 成
Ser-tRNASer Met-tRNAMet
目录
（二）起始肽链合成的氨基酰-tRNA 起始肽链合成的氨基酰
真核生物： 真核生物：
Met Met-tRNAi
原核生物： 原核生物： fMet-tRNAifMet
目录
第二节 蛋白质生物合成过程
The Process of Protein Biosynthesis
目录
一、翻译模板mRNA及遗传密码 翻译模板 及遗传密码
mRNA是遗传信息的携带者 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 遗传学将编码一个多肽的遗传单位称为顺反 子(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 单位 ， 转录生成的 可编码几种功能相 关的蛋白质， 多顺反子(polycistron) 。 关的蛋白质，为多顺反子 真核 真核mRNA只编码一种蛋白质 ， 为 单顺反子 只编码一种蛋白质， 只编码一种蛋白质 (single cistron) 。
目录
第一节 蛋白质合成体系
Protein Biosynthesis System
目录
参与蛋白质生物合成的物质包括
三种RNA 三种 –mRNA（messenger RNA, 信使 （ 信使RNA） ） –rRNA（ribosomal RNA, 核蛋白体 （ 核蛋白体RNA） ） –tRNA（transfer RNA, 转移 （ 转移RNA） ） 20种氨基酸 种氨基酸(AA)作为原料 种氨基酸 作为原料 酶及众多蛋白因子， 酶及众多蛋白因子，如IF、eIF 、 ATP、GTP、无机离子 、 、
目录
核 蛋 白 体 的 组 成
12第十二章肝脏的生物化学
胞液
醇、酚、芳香胺 类、雌酮
乙酰基
乙酰辅酶A
乙酰基转移 酶
胞液
芳香胺、胺、氨 基酸、磺胺药
甲基
S-腺苷蛋氨酸(SAM) 甲基转移酶 胞液
儿茶酚胺、尼克 酰胺、组胺
三、生物转化的意义
对非营养物质进行转化，使其灭活或解毒。 更为重要的是可使这些物质溶解度增加，易于排
出体外。 值得注意：有些物质经肝脏生物转化后其毒性反
次级胆汁酸
3
7 脱氧胆酸
HO
H
初级胆汁酸
12
COOH
鹅脱氧胆酸
3
7
HO
H
OH
12
次级胆汁酸
3
7
HO
H
COOH
石胆酸
胆汁酸的分类
按来源分类 游离胆汁酸
按结构分类 结合型胆汁酸
初级胆汁酸 胆酸 鹅脱氧胆酸
次级胆汁酸 脱氧胆酸 石胆酸
甘氨胆酸、牛磺胆酸
甘氨鹅脱氧胆酸 牛磺鹅脱氧胆酸 甘氨脱氧胆酸 牛磺脱氧胆酸
举例:
3.水解反应 多种水解酶类 举例:
OCOCH 3
OH
水解
COOH
COOH
乙酰水杨酸
水杨酸
+ CH 3 COOH
水杨酸
OH
结合反应
COOH
OH
OH
氧 化 排出体外
COOH
羟基水杨酸
（二）第二项反应——结合反应
结合对象：凡含有羟基、羧基或氨基的药物、 毒物或激素均可发生结合反应
双重输出系统 肝静脉（与体循环相通) 胆道系统(与肠道相通)
亚细胞结构：含有丰富的线粒体、粗面及滑面内 质网、核蛋白体……
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IF-1：占据A位防止结合其他tRNA。
IF-2：促进起始tRNA与小亚基结合。
IF-3：促进大小亚基分离，提高P位 对结合起始tRNA敏感性。
（一）原核生物翻译起始复合物形成
• 核蛋白体大小亚基分离； • mRNA在小亚基定位结合； • 起始氨基酰-tRNA的结合； • 核蛋白体大亚基结合。
1. 核蛋白体大小亚基分离
tRNA在翻译过程 中起接合体（adaptor） 作用，又是氨基酸的运 载体。
氨基酸臂
反密码环
l 氨基酸的活化
（一）氨基酰-tRNA合成酶 (aminoacyl-tRNA synthetase)
氨基酰-tRNA合成酶
氨基酸 + tRNA
氨基酰- tRNA
ATP AMP＋PPi
第一步反应
氨基酸＋ATP＋E —→氨基酰-AMP-E＋AMP ＋ PPi
30S小亚基：有mRNA结合位点
50S大亚基： E位：排出位（Exit site）
转肽酶活性
大小亚基共同组成：
A位：氨基酰位 (aminoacyl site) P位：肽酰位 (peptidyl site)
三、tRNA与氨基酸的活化
原 核 肽 链 合 成 终 止 过 程
COO-
RF
5'
UAG
3'
原核生物蛋白质合成的能量计算
氨基酸活化：2个~P
ATP
起始： 1个
GTP
延长： 2个
GTP
终止： 1个
GTP
结论：每合成一个肽键至少消耗4个~P。
多聚核蛋白体
（polysome) 一个mRNA分子可
同时有多个核蛋白体在 进行同一种蛋白质的合 成，这种mRNA和多个 核蛋白体的聚合物称为 多聚核蛋mRNA在小亚基定位结合
5'
AUG
3'
IF-1
IF-3
S-D序列：
在原核生物mRNA起始密码AUG上 游，存在4~9个富含嘌呤碱的一致性序列， 如-AGGAGG-，称为S-D序列。又称为 核蛋白体结合位点（ribosomal binding site，RBS)
S-D序列
摆动配对
U
二、核蛋白体是多肽链合成的装置
核蛋白体 的组成
核蛋
原核生物
真核生物
白体 蛋白质 S值 rRNA 蛋白质 S值 rRNA
小亚基 21种 30S 16S 23S
大亚基 34种 50S 5S
核蛋白 70S
体
33种 49种
40S 18S
28S 60S 5.8S
5S
80S
原核生物核蛋白体结构模式
真核生物翻译起始因子
起始因子
生物功能
eIF-2
促进起始tRNA与小亚基结合
eIF-2B, eIF-3 促进大小亚基分离
eIF-4A
eIF-4F复合物成分，有解螺旋酶活性，促进 mRNA结合小亚基
eIF-4B
促进mRNA扫描定位起始AUG
eIF-4E
eIF-4F复合物成分，结合mRNA 5’帽子
eIF-4G
体、酶、离子） 保温
蛋白质合成停止
poly U，ATP，GTP，氨基酸 多聚苯丙氨酸 （UUU是Phe的密码子）
同样方法证明了CCC是Pro的密码子， AAA是Lys的密码子。
遗
传
密密
码
码 子
表的
第
一
个
字
母
密码子的第二个字母
l 遗传密码的特点
1. 连续性（commaless）
编码蛋白质氨基酸序列的各个三 联体密码连续阅读，密码间既无间隔 也无重叠。
fMet fMet
Tu GTP
5'
AUG
3'
进 位
成肽
转 位
（四）真核生物延长过程
真核生物肽链合成的延长过程与原核 基本相似，但有不同的反应体系和延长因 子。
另外，真核细胞核蛋白体没有E位，转 位时卸载的tRNA直接从P位脱落。
三、肽链合成的终止
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、核蛋白体等分离，这些过程称 为肽链合成终止。
第十二章
蛋白质的生物合成(翻译)
Protein Biosynthesis (Translation)
The biochemistry and molecular biology department of CMU
蛋白质的生物合成过程就是将 mRNA分子中由碱基序列组成的遗传 信息，通过遗传密码破译的方式转变 成为蛋白质中的氨基酸排列顺序，因 而称为翻译（translation)。
④
GDP+Pi
真核生物翻译起始 复合物形成过程
真核生物翻译起始的特点
• 核蛋白体是80S； • 起始因子种类多； • 起始tRNA的Met不需甲酰化； • mRNA的5’帽子和3’poly A尾结构与
mRNA在核蛋白体就位有关； • 起始tRNA先与核蛋白体小亚基结合，然
后再结合mRNA
二、肽链的延长
终止相关的蛋白因子称为释放因子 (release factor, RF)
原核生物释放因子：RF-1，RF-2，RF-3 真核生物释放因子：eRF
释放因子的功能
• 识别终止密码，如RF-1特异识别UAA、UAG； 而RF-2可识别UAA、UGA。
• 诱导转肽酶改变为酯酶活性，使肽链从核蛋 白体上释放。
eIF-4F复合物成分，结合eIF-4E和PAB
eIF-5
促进各种起始因子从小亚基解离，进而结合 大亚基
eIF-6
促进核蛋白体分离成大小亚基
② ③
Met-tRNAiMet-elF-2 -GTP
ATP mRNA
elF4E, elF4G, elF4A, elF4B,PAB
ADP+Pi
①
eIF-6
elF-5
氨基酸的活化形式：氨基酰－tRNA 氨基酸的活化部位：α－羧基 氨基酸与tRNA连接方式：酯键 氨基酸活化耗能：2个~P
（二）起始肽链合成的氨基酰-tRNA 真核生物： Met-tRNAiMet 原核生物： fMet-tRNAifMet
fMet-tRNAifMet的生成：
Met-tRNAifMet
第一节
蛋白质合成体系
Protein Biosynthesis System
参与蛋白质生物合成的物质包括：
l 三种RNA – mRNA – rRNA – tRNA
l 20种氨基酸作为原料 l 酶及蛋白因子，如IF、eIF等 l ATP、GTP、无机离子
一、翻译模板mR NA及遗传密码
1961年， Nirenberg 证明了 mRNA的模板作用。
3. 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。
• 有少数例外，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。
4. 摆动性（wobble）
tRNA上反密码子的第1位碱基与 mRNA密码子的第3位碱基配对时，可以 在一定范围内变动，即并不严格遵循碱基 配对规律，这一现象称为摆动性。
第二步反应
氨基酰-AMP-E ＋
tRNA
↓
氨基酰-tRNA ＋
AMP ＋ E
• 氨基酰-tRNA合成酶对氨基酸和tRNA都有高度 特异性。
• 氨基酰-tRNA合成酶具有校正活性(proofreading activity) 。
• 氨基酰-tRNA的表示方法： Ala-tRNAAla Ser-tRNASer Met-tRNAMet
指按照mRNA密码序列的指导，依 次添加氨基酸从N端向C端延伸肽链，直 到合成终止的过程。
• 肽链的延长是在核蛋 白体上连续性循环式
进行，又称为核蛋白体循环（ribosomal cycle)，每次循环增加一个氨基酸，分为 以下三步：
– 进位（entrance） – 成肽（peptide bond formation） – 转位（translocation）
3. 起始氨基酰tRNA与小亚基结合
IF-2 GTP
5'
AUG
3'
IF-1
IF-3
4. 核蛋白体大亚基结合
IF-2 GGDTPPPi
5'
AUG
3'
IF-1
IF-3
IF-2G-GGDTTPPPi
5'
AUG
3'
IF-3
IF-1
起始过程消耗1个GTP。
（二）真核生物翻译起始复合物形成
• 核蛋白体大小亚基分离； • 起始氨基酰-tRNA结合； • mRNA在核蛋白体小亚基就位； • 核蛋白体大亚基结合。
重 叠密码
非重叠连续的密码
不连续的密码
基因损伤引起mRNA阅读框架内的碱 基发生插入或缺失，可能导致框移突变 (frameshift mutation)。
mRNA编辑
由于对mRNA外显子的加工，造成 mRNA与其DNA模板序列之间不匹配， 使同一mRNA前体翻译出序列、功能不同 的蛋白质。这种基因表达的调节方式称为 mRNA编辑（mRNA editing)。
肽链合成的延长因子
原核延 长因子
生物功能
EF-Tu 促进氨基酰-tRNA进入A位， 结合分解GTP
对应真核 延长因子
EF-1-α
EF-Ts 调节亚基
EF-1-βγ
EFG
有转位酶活性，促进mRNA肽酰-tRNA由A位前移到P位， 促进卸载tRNA释放
EF-2
（一）进位
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。
IF-2：促进起始tRNA与小亚基结合。
IF-3：促进大小亚基分离，提高P位 对结合起始tRNA敏感性。
（一）原核生物翻译起始复合物形成
• 核蛋白体大小亚基分离； • mRNA在小亚基定位结合； • 起始氨基酰-tRNA的结合； • 核蛋白体大亚基结合。
1. 核蛋白体大小亚基分离
tRNA在翻译过程 中起接合体（adaptor） 作用，又是氨基酸的运 载体。
氨基酸臂
反密码环
l 氨基酸的活化
（一）氨基酰-tRNA合成酶 (aminoacyl-tRNA synthetase)
氨基酰-tRNA合成酶
氨基酸 + tRNA
氨基酰- tRNA
ATP AMP＋PPi
第一步反应
氨基酸＋ATP＋E —→氨基酰-AMP-E＋AMP ＋ PPi
30S小亚基：有mRNA结合位点
50S大亚基： E位：排出位（Exit site）
转肽酶活性
大小亚基共同组成：
A位：氨基酰位 (aminoacyl site) P位：肽酰位 (peptidyl site)
三、tRNA与氨基酸的活化
原 核 肽 链 合 成 终 止 过 程
COO-
RF
5'
UAG
3'
原核生物蛋白质合成的能量计算
氨基酸活化：2个~P
ATP
起始： 1个
GTP
延长： 2个
GTP
终止： 1个
GTP
结论：每合成一个肽键至少消耗4个~P。
多聚核蛋白体
（polysome) 一个mRNA分子可
同时有多个核蛋白体在 进行同一种蛋白质的合 成，这种mRNA和多个 核蛋白体的聚合物称为 多聚核蛋mRNA在小亚基定位结合
5'
AUG
3'
IF-1
IF-3
S-D序列：
在原核生物mRNA起始密码AUG上 游，存在4~9个富含嘌呤碱的一致性序列， 如-AGGAGG-，称为S-D序列。又称为 核蛋白体结合位点（ribosomal binding site，RBS)
S-D序列
摆动配对
U
二、核蛋白体是多肽链合成的装置
核蛋白体 的组成
核蛋
原核生物
真核生物
白体 蛋白质 S值 rRNA 蛋白质 S值 rRNA
小亚基 21种 30S 16S 23S
大亚基 34种 50S 5S
核蛋白 70S
体
33种 49种
40S 18S
28S 60S 5.8S
5S
80S
原核生物核蛋白体结构模式
真核生物翻译起始因子
起始因子
生物功能
eIF-2
促进起始tRNA与小亚基结合
eIF-2B, eIF-3 促进大小亚基分离
eIF-4A
eIF-4F复合物成分，有解螺旋酶活性，促进 mRNA结合小亚基
eIF-4B
促进mRNA扫描定位起始AUG
eIF-4E
eIF-4F复合物成分，结合mRNA 5’帽子
eIF-4G
体、酶、离子） 保温
蛋白质合成停止
poly U，ATP，GTP，氨基酸 多聚苯丙氨酸 （UUU是Phe的密码子）
同样方法证明了CCC是Pro的密码子， AAA是Lys的密码子。
遗
传
密密
码
码 子
表的
第
一
个
字
母
密码子的第二个字母
l 遗传密码的特点
1. 连续性（commaless）
编码蛋白质氨基酸序列的各个三 联体密码连续阅读，密码间既无间隔 也无重叠。
fMet fMet
Tu GTP
5'
AUG
3'
进 位
成肽
转 位
（四）真核生物延长过程
真核生物肽链合成的延长过程与原核 基本相似，但有不同的反应体系和延长因 子。
另外，真核细胞核蛋白体没有E位，转 位时卸载的tRNA直接从P位脱落。
三、肽链合成的终止
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、核蛋白体等分离，这些过程称 为肽链合成终止。
第十二章
蛋白质的生物合成(翻译)
Protein Biosynthesis (Translation)
The biochemistry and molecular biology department of CMU
蛋白质的生物合成过程就是将 mRNA分子中由碱基序列组成的遗传 信息，通过遗传密码破译的方式转变 成为蛋白质中的氨基酸排列顺序，因 而称为翻译（translation)。
④
GDP+Pi
真核生物翻译起始 复合物形成过程
真核生物翻译起始的特点
• 核蛋白体是80S； • 起始因子种类多； • 起始tRNA的Met不需甲酰化； • mRNA的5’帽子和3’poly A尾结构与
mRNA在核蛋白体就位有关； • 起始tRNA先与核蛋白体小亚基结合，然
后再结合mRNA
二、肽链的延长
终止相关的蛋白因子称为释放因子 (release factor, RF)
原核生物释放因子：RF-1，RF-2，RF-3 真核生物释放因子：eRF
释放因子的功能
• 识别终止密码，如RF-1特异识别UAA、UAG； 而RF-2可识别UAA、UGA。
• 诱导转肽酶改变为酯酶活性，使肽链从核蛋 白体上释放。
eIF-4F复合物成分，结合eIF-4E和PAB
eIF-5
促进各种起始因子从小亚基解离，进而结合 大亚基
eIF-6
促进核蛋白体分离成大小亚基
② ③
Met-tRNAiMet-elF-2 -GTP
ATP mRNA
elF4E, elF4G, elF4A, elF4B,PAB
ADP+Pi
①
eIF-6
elF-5
氨基酸的活化形式：氨基酰－tRNA 氨基酸的活化部位：α－羧基 氨基酸与tRNA连接方式：酯键 氨基酸活化耗能：2个~P
（二）起始肽链合成的氨基酰-tRNA 真核生物： Met-tRNAiMet 原核生物： fMet-tRNAifMet
fMet-tRNAifMet的生成：
Met-tRNAifMet
第一节
蛋白质合成体系
Protein Biosynthesis System
参与蛋白质生物合成的物质包括：
l 三种RNA – mRNA – rRNA – tRNA
l 20种氨基酸作为原料 l 酶及蛋白因子，如IF、eIF等 l ATP、GTP、无机离子
一、翻译模板mR NA及遗传密码
1961年， Nirenberg 证明了 mRNA的模板作用。
3. 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。
• 有少数例外，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。
4. 摆动性（wobble）
tRNA上反密码子的第1位碱基与 mRNA密码子的第3位碱基配对时，可以 在一定范围内变动，即并不严格遵循碱基 配对规律，这一现象称为摆动性。
第二步反应
氨基酰-AMP-E ＋
tRNA
↓
氨基酰-tRNA ＋
AMP ＋ E
• 氨基酰-tRNA合成酶对氨基酸和tRNA都有高度 特异性。
• 氨基酰-tRNA合成酶具有校正活性(proofreading activity) 。
• 氨基酰-tRNA的表示方法： Ala-tRNAAla Ser-tRNASer Met-tRNAMet
指按照mRNA密码序列的指导，依 次添加氨基酸从N端向C端延伸肽链，直 到合成终止的过程。
• 肽链的延长是在核蛋 白体上连续性循环式
进行，又称为核蛋白体循环（ribosomal cycle)，每次循环增加一个氨基酸，分为 以下三步：
– 进位（entrance） – 成肽（peptide bond formation） – 转位（translocation）
3. 起始氨基酰tRNA与小亚基结合
IF-2 GTP
5'
AUG
3'
IF-1
IF-3
4. 核蛋白体大亚基结合
IF-2 GGDTPPPi
5'
AUG
3'
IF-1
IF-3
IF-2G-GGDTTPPPi
5'
AUG
3'
IF-3
IF-1
起始过程消耗1个GTP。
（二）真核生物翻译起始复合物形成
• 核蛋白体大小亚基分离； • 起始氨基酰-tRNA结合； • mRNA在核蛋白体小亚基就位； • 核蛋白体大亚基结合。
重 叠密码
非重叠连续的密码
不连续的密码
基因损伤引起mRNA阅读框架内的碱 基发生插入或缺失，可能导致框移突变 (frameshift mutation)。
mRNA编辑
由于对mRNA外显子的加工，造成 mRNA与其DNA模板序列之间不匹配， 使同一mRNA前体翻译出序列、功能不同 的蛋白质。这种基因表达的调节方式称为 mRNA编辑（mRNA editing)。
肽链合成的延长因子
原核延 长因子
生物功能
EF-Tu 促进氨基酰-tRNA进入A位， 结合分解GTP
对应真核 延长因子
EF-1-α
EF-Ts 调节亚基
EF-1-βγ
EFG
有转位酶活性，促进mRNA肽酰-tRNA由A位前移到P位， 促进卸载tRNA释放
EF-2
（一）进位
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。