生物化学课件：第十一章 蛋白质合成(翻译)

一、mRNA模板及遗传密码
作为指导蛋白质生物合成的模板，mRNA中 每三个相邻的核苷酸组成三联体，代表一个 氨基酸的信息，此三联体就称为密码 （codon）。 遗传密码共有64种，其中：
起始密码（initiation codon）: AUG 终止密码（termination codon）:
UAA，UAG，UGA
遗传密码的破译
标准的通用遗传密码表
• 从mRNA 5端起始密码子AUG到3端终止 密码子之间的核苷酸序列，各个三联体密 码连续排列编码一个蛋白质多肽链，称为 开放阅读框（open reading frame, ORF）。
AUG
UAA
ORF
• 遗传密码具有以下特点：
① 连续性； ② 简并性； ③ 通用性； ④ 方向性； ⑤ 变偶性。
Ala-tRNAAla Ser-tRNASer Met-tRNAMet
（二）起始tRNA
• 能够识别mRNA中5´端起始密码AUG的tRNA 是一种特殊的tRNA，称为起始tRNA。
• 在原核生物中，fMet-tRNAifmet； • 在真核生物中，Met-tRNAimet。
四、起始因子（IF） • 起始因子（initiation
Section 1 Protein Biosynthesis System
参与蛋白质生物合成的物质
三种RNA mRNA（messenger RNA, 信使RNA） rRNA（ribosomal RNA, 核糖体RNA） tRNA（transfer RNA, 转移RNA）
• 20种氨基酸(AA)作为原料 • 酶及众多蛋白因子，如IF、EF、RF • 供能物质（ATP、GTP）、无机离子
factor，IF）。
• 原核生物，3种起始因子， 分别称为IF1-3。
• 真核生物中，9种起始因 子（eIF）
原核和真核生物中各种起始因子的生物功能
五、延长因子（EF）
• 延长因子（elongation
factor，EF）。
• 原核生物中，3种延长因
子（EF-TU，EF-TS， EF-G）。
• 真核生物中存在2种 （EF1，EF2）。
EF-Tu bound with ribosome
多肽链合成的延长因子
六、释放因子（RF） • 释放因子（release
factor，RF）。
• 原核生物中有3种， RF-1，RF-2，RF-3。
• 真核生物中只有1种， eRF
Eukaryotic release factor
七、供能物质和无机离子
• 蛋白质的生物合成过程，就是将DNA 传递给mRNA的遗传信息，再具体转译 为蛋白质中氨基酸排列顺序的过程，这 一过程被称为翻译（translation）。
主要内容
• 蛋白质生物合成体系 • 蛋白质生物合成过程 • 蛋白质合成后加工和输送 • 蛋白质生物合成的干扰和抑制
第一节 蛋白质生物合成体系
IF-2 GTP
5'
AUG
3'
IF-1
IF-3
4. 核糖体大亚基结合，起始复合体形成：
IF-2 -GDTP
Pi
5'
AUG
3'
IF-1
IF-3
无活性的 70S核 糖体
SD 序列
30S 起始复合物
GDP + Pi
70S起始复合物
（二）真核生物翻译起始复合体形成
① 核糖体大小亚基分离； ② 起始氨基酰-tRNA结合； ③ mRNA在核糖体小亚基就位； ④ 核糖体大亚基结合。
➢ 核糖体大小亚基分离； ➢ mRNA在小亚基定位结合； ➢ 起始氨酰-tRNA的结合； ➢ 核糖体大亚基结合。
1. 核糖体大、小亚基分离：
IF-1 IF-3
2. mRNA在小亚基的精确定位结合：
5'
AUG
3'
IF-1
IF-3
SD序列
3. 起始氨酰tRNA( fMet-tRNAimet )结合到小亚基
3. 转肽酶活性：由大亚基成分构成。
4. GTPase活性：水解GTP，获得能量； 分别由大、小亚基成分构成。
5. 起动因子、延长因子及释放因子的结合 位点：分别由大、小亚基成分构成。
多聚核糖体示意图
电镜下的多聚核糖体
三、tRNA与氨基酸的活化
氨基酸臂
DHU环
TΨ C环
可变环
反密码环
tRNA的三级结构示意图
• ATP、GTP作为供能物质。 • Mg2+、K+。
第二节 蛋白质生物合成过程
Section 2 The Process of Protein Biosynthesis
细菌多顺反子mRNA和真核生物 单顺反子mRNA的翻译
一、多肽链合成的起始阶段
（一）原核生物翻译起始复合物形成
• 包括以下几个步骤：
（一）氨酰-tRNA合成酶
氨酰-tRNA合成酶
氨基酸 + tRNA
氨酰- tRNA
ATP
AMP＋PPi
氨酰tRNA合成酶催化的反应 第一步：活化反应
氨基酸 ＋ATP → 氨酰-AMP ＋ PPi
第二步：连接反应
氨基酰-AMNA ＋
AMP
• 氨基酰-tRNA的表示方法：
5.变偶性（摇摆性）（wobble）：
rRNA
二 、 和 核 糖 体
核糖体的分类与组成
核糖体大、小亚基的功能
1．三个与tRNA结合的位点：
P位：肽酰位 (peptidyl site)
A位：氨基酰位 (aminoacyl site)
E位：排出位 (exit site)
2. 与模板mRNA和起始tRNA结合位点： 主要与小亚基有关。
基因和染色体，DNA和脱氧核苷酸的关系：
DNA 基因 染 色 体
复制起始点、复制子与复制叉（动画演示）
DNA的半不连续复制
3
前导链 (leading strand)
5 解链方向
3
后随链 (lagging strand)
5
DNA转录形成RNA的过程
碱基配对原则 DNA RNA
A——U T——C C——G G——C
1. 连续性（commaless）：
基因损伤引起mRNA开放阅读框内的碱基发生 插入或缺失，可能导致框移突变（frameshift mutation）。
2. 简并性（degeneracy）：
★简并性的生物学意义？
3. 通用性（universal）：
4. 方向性（direction）：
• 指阅读mRNA模板上的三联体密码时， 只能沿5’→3’方向进行。
elF-3
② met
Met Me4t0-StRNAiMet-elF-2 -GTP