第5章 蛋白质的翻译
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蛋白质翻译的起始机制研究
蛋白质翻译的起始机制研究蛋白质是细胞中最重要的组成部分之一，也是细胞机能的基础。
在蛋白质的生物合成过程中，蛋白质翻译是其中的关键环节。
蛋白质的合成是从N端向C端进行的，而确定蛋白质翻译的起始点则是整个过程中最为关键的部分之一。
在真核细胞中，蛋白质的合成发生在核糖体上。
在翻译起始点之前，mRNA(信使RNA)需要先与核糖体的小亚单位预组装形成起始复合体(preinitiation complex)，然后再与大亚单位组合形成完整的核糖体。
也就是说，翻译起始点的确立需要多个因素共同作用，其中最重要的是起始因子(eukaryotic initiation factors, eIFs)。
eIFs是在蛋白质合成过程中为数不多的RNA结合蛋白质，它们参与形成起始复合体以及其他与蛋白质翻译有关的过程。
与在细菌中相似，eIFs的作用主要包括寻找AUG密码子(蛋白质翻译的起始密码子)、将Met-tRNAiMet(甲硫氨酸tRNA)定位到AUG密码子上以及聚集细胞核糖体等。
然而，相较于细菌，eukaryotic initiation factors的作用更为复杂。
在真核转录中，mRNA的5'端通常会具有一个称为帽结构(capping structure)的物质，即m7GpppN(m为methyl，N为任意核苷酸)，这个结构不仅涉及到mRNA的稳定性以及转录后修饰，还有利于核糖体识别mRNA，而eIFs正是寻找该结构的关键因子之一。
另一方面，eukaryotic initiation factors在进化过程中也发生了一些特殊的改变。
例如，在真核生物中，大部分蛋白质翻译的起始密码子不是AUG，而是CUG、GUG、AUU等非经典密码子，这意味着eIFs需要能识别不同的起始密码子。
同时，eukaryotic initiation factors还需要与许多其他蛋白质和核酸相互作用，形成一个复杂的调控网络，以实现蛋白质翻译的高效、准确、精细的调控。
分子生物学第5章蛋白质翻译
---aa 接受臂 ;
loading aa at 3‟ end ---TΨ C loop; contact with 5s rRNA
---DHU loop;
contact with AARS ---anti-codon loop;
34
---extra loop;
分类标准
tRNACys表示转运半胱氨酸的tRNA Cys-tRNACys 表 示 携 带 了 半 胱 氨 酸 的 tRNACys
●
Paracodon ---由若干Nt组成，存在于tRNA不定位置上 ---与AARS侧链基团的分子发生特异的“契合” ---成为tRNA准确负载氨基酸的机制之一
●
tRNA的“L”三维结构与功能 “L”构型的结构力 ---二级结构中双链区的碱基堆积力和氢键 ---二级结构中非双链区在“L”结构中，形成氢键结合
成为核糖体识别第一个 AUG的信号
细菌 16S
AMEAMECCUGCGGUUGGAUGACCUCCUU
哺乳动物 18S rRNA AMEAMECCUGCGGAAGGAUGAUUA
高度相似
5.2.3. mRNA
mRNA分子5‟端的序列对于起始密码子选择 有重要作用
● In Prokaryote
poly-cistron
a) 简并现象的概念； ---一种氨基酸受2个或2个以上codon编码的遗传现象 ---编码一种aa的4个codon间, 仅3rd Nt 不同, 称为codon family 例；Ser (6 codons) 1 codon family & 2 extra codons
密码子的简并性
b) 简并现象的机理；
5.3. Genetic Code
蛋白组学翻译后修饰
先用糖苷内切酶消化，再用蛋白酶消化，通过 分析糖苷酶作用前后MS发生位移的肽段，即 可确定含糖基化的肽段 结合串联质谱，可进一步分析糖基化肽段的氨 基酸序列，从而发现糖基化位点
核糖核酸酶B中糖基化位点的分析
糖苷键酶F作用前
糖苷键酶F作用后 剩一个GlcNAc
氨基酸序列的测定
m/z=4792.23
翻译后化学修饰的生物学效应
泛素化对于细胞分化与凋亡、DNA 修复、免疫应 答和应激反应等生理过程起着重要作用; 磷酸化涉及细胞信号转导、神经活动、肌肉收缩 以及细胞的增殖、发育和分化等生理病理过程; 糖基化在许多生物过程中如免疫保护、病毒的复 制、细胞生长、炎症的产生等起着重要的作用; 脂基化对于生物体内的信号转导过程起着非常关 键的作用; 组蛋白上的甲基化和乙酰化与转录调节有关。
TSAASSSNYCNQM
RQHMDSSTSAASSSNYCNQ MMKSRNLTKDRCKPVNTF VHE
糖基化类型的分析
糖蛋白进行蛋白酶切，得到含糖肽段，对肽段直接 进行ESI-MS/MS，以及MALDI-TOF-MS的PSD， 可以直接得到单糖碎片，从而确定糖链结构。
凝集素在糖蛋白研究中的作用
真核生物的Ser，Thr，Tyr 残基. 原核生物的His，Asp，Glu
蛋白质组学在磷酸化分析中的困难
磷酸化蛋白质在细胞内的蛋白质中是相对较 低丰度的； 即使我们找到一种磷酸化蛋白质，也不能排 除有该蛋白质的其他磷酸化形式存在； 细胞内有很多磷酸酯酶，在样品处理时，这 些酶很容易将磷酸基团脱掉； 磷酸化蛋白质酶解后的磷酸化肽段，因为其 化学性质的负电性，在质谱技术中面临着难 以质子化的困难。
蛋白质翻译及翻译后修饰课件.ppt
1.3 核糖体（ribosome）与核糖体rRNA
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 30S小亚基: 16S rRNA + 21种蛋白质 50S大亚基: 23S，5SrRNA + 34种蛋白质
蛋白质翻译及翻译后修饰课件
tRNA的结构—“四环一臂”
倒L形的三级结构
蛋白质翻译及翻译后修饰课件
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。 每一个氨基酸有其相应的tRNA携带, 氨基酸的羧基与tRNA的 3’
反应如下：
A A t R N A A T P 氨 酰 基 - t R N A 合 成 酶 A A - t R N A A M P P P i
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。
蛋白质翻译及翻译后修饰课件
tRNAfmet fMet-tRNA合成酶
蛋白质翻译及翻译后修饰课件
分泌型蛋白质在翻译过程中通过信号肽协助转入内质网的机制
信号肽（signal peptide）是在新生的多肽链中，可被细胞识别系统识别的 特征性氨基酸序列，在蛋白质翻译过程中或翻译后的定位发挥引导的作用。
蛋白质翻译及翻译后修饰课件
本章结束
蛋白质翻译及翻译后修饰课件
氨酰基tRNA进入A位
新的氨基酸-tRNA的进位依赖Tu-Ts因子和GTP的协助
分子生物学-第五章--蛋白质的生物合成可编辑全文
遗传密码的连续性
遗传密码的摆动配对
密码的简并性具有的生物学意义
它允许生物体的DNA碱基有较大变异 的余地，使基因突变可能造成的为害降至 最低程度，而不影响物种形状的表达，对 环境的适应和物种遗传的稳定。
例如细菌DNA中G+C含量变动很大， 但不同G+C含量的细菌却可以编码出相同 的多肽链。
这归因于同义密码子的分布规则。
摇摆假说
由于同义密码子的第1、2个碱基是保守的，第3个碱 基是可变的，因此解读同义密码子的tRNA的反密码子的 第1个碱基必定具有最小的专一性，也就是说它与密码子 第3个碱基之间的配对原则具有一定范围的灵活性。
由于反密码子位于tRNA的突环上，因此反密码子三 联体的排列就会呈弯曲弧线，不能与密码子保持完全的平 行，加上反密码子的第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个核苷 酸和反密码子的第1个核苷酸之间可能形成非标准的碱基 配对，反密码子的这一位点也被称为摇摆位点（一般为第 34位碱基）。
在原核生物和真核生物中，均存在另一种 携带蛋氨酸的tRNA，识别非起始部位的蛋氨 酸密码，AUG。
tRNA在将密码的信息及排列转换为多肽链中 的氨基酸序列的过程中起着中心及桥梁的作用。
最简单的tRNA只有74个核苷酸，而最大的也 很少超过94个核苷酸。这个特点使得tRNA成为最 先被定序的核酸。
序列测定的结果揭示tRNA是同源性相对较高 的RNA分子，tRNA分子含有大量修饰核苷酸和可 能存在各种碱基配对的二级结构。
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 ， 起 始 tRNA 是 一 种 携 带 甲 酰蛋氨酸的tRNA，即tRNAifmet；
《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。
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
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思考
楚雄师范学院化学与生命科学系
范树国
遗传信息传递的 中心法则
生物的遗传信息以密码的形式储 存在DNA分子上，表现为特定的核苷 酸排列顺序。在细胞分裂的过程中， 通过DNA复制把亲代细胞所含的遗传 信息忠实地传递给两个子代细胞。在 子代细胞的生长发育过程中，这些遗 传 信 息 通 过 转 录 传 递 给 RNA， 再 由 RNA通过翻译转变成相应的蛋白质多 肽链上的氨基酸排列顺序，由蛋白质 执行各种各样的生物学功能，使后代 表现出与亲代相似的遗传特征。后来 人们又发现，在宿主细胞中一些RNA 病毒能以自己的RNA为模板复制出新 的病毒RNA，还有一些RNA病毒能以 其RNA为模板合成DNA，称为逆转录 这是中心法则的补充。
tRNA的三级结构
(1)tRNA的三维结构是和个"倒L形"。 (2)氨基酸接受臂CCA序列和反密码子处于 倒L的两端，二者相距70A。 (3)D环和TψC环形成了倒L的角。 (4)许多三维结构的氢键形成涉及的都是固 定碱基，说明tRNA具有相同的三维或三级 结构。 (5)绝大多数形成的三级结构的氢键涉及的 碱基种类不同于标准的A-U和G-C碱基对;少 数三级结构反应涉及核糖体-磷酸骨架中的 基团，包括核糖的2‘OH基。 (6)几乎所有的碱基均是定向排列的，以致 成摞(stacking)，因此在它们疏水平面之 间有最大反应。 (7)只有少数几个三级结构氢键把的密码茎 固定于分子的其它部位，因此反密码子区 的相对方向，在蛋白质生物合成期间可以 改变。
Poly U 为模板，产生的多肽链为Poly Phe Poly C 为模板，产生的多肽链为Poly Pro Poly A 为模板，产生的多肽链为Poly Lys
类似的实验不能证明GGG是何种氨基酸的密码子，因为 polyG产生牢固的氢键结合，形成三股螺旋，而不与核 糖体结合。
楚雄师范学院化学与生命科学系
硝酸纤维滤膜过滤
分析留在滤膜上的核糖体-AA-tRNA
确定与核糖体结合的AA
楚雄师范学院化学与生命科学系
范树国
遗传密码的性质
1、密码是无标点符号的且相邻密码子互不重叠。 2、密码的简并性：由一种以上密码子编码同一个氨基酸的 现象称为简并性（ degeneracy），对应于同一氨基酸的密码子 称为同义密码子(Synonymous codon)。密码的简并性可以减少 有害突变 。 3、密码的摆动性（变偶性）：密码的专一性主要是由第一 第二个碱基所决定，tRNA上的反密码子与mRNA密码子配对 时，密码子的第一、二位碱基是严格的，第三位碱基可以有一 定的变动。Crick称这一为变偶性（wobble）.
第五章
蛋白质的翻译
中心法则指出，遗传信息的表达最终是合成出具有特
定氨基酸顺序的蛋白质，这种以mRNA上所携带的遗传信
息,到多肽链上所携带的遗传信息的传递，就好象以一种语 言翻译成另一种语言时的情形相似，所以称以mRNA为模
板的蛋白质合成过程为翻译(translation)。
翻译过程十分复杂，需要mRNA、tRNA、rRNA和多 种蛋白因子参与。在此过程中mRNA为合成的模板，tRNA 为运输氨基酸工具，rRNA和蛋白质构成核糖体，是合成蛋 白质的场所，蛋白质合成的方向为N—C端。
范树国
以特定的共聚物为模板指导多肽的合成
（1）以多聚二核苷酸作模板可合成由2个氨基 酸组成的多肽 ,如以Poly UG 为模板，合成产物 为Poly Lys-Val。 （2）以多聚三核苷酸作为模板，可得三种氨基 酸组成的多肽。
楚雄师范学院化学与生命科学系
范树国
核糖体结合技术
技术要点：以人工合成的三核苷酸为模板+核糖体+AA-tRNA 保温
楚雄师范学院化学与生命科学系
范树国
三联体密码的破译
1954年Gamov确认核酸分子中三个碱基决定一 个氨基酸 1961年Crick 等用遗传学方法也证实三联体密码 子学说是正确的 Nirenberg以均聚物共聚物为模板指导多肽的合 成,寻找到了破译遗传密码的途径 Khorana以共聚物指导多肽的合成，加快了破译 遗传密码的步伐
插入顺序 先导区 插入顺序 末端顺序
特点
① 半衰期短 ② 许多原核生物mRNA以多顺反子形式存在
③ AUG作为起始密码；AUG上游7～12个核苷酸处有一被称为SD序列
的保守区，16S rRNA3’-端反向互补而使mRNA与核糖体结合。
真核细胞mRNA的结构特点
Poly(A)尾巴的功能 ① 是mRNA由细胞核进入细胞质 所必需的形式 ② 它大大提高了mRNA在细胞质 中的稳定性
复制
DNA
转录
逆转录
RNA 复制 蛋白质
翻译
中心法则总结了生物体内遗传信息的流动规律，揭示遗传的分子基础，不仅使人 们对细胞的生长、发育、遗传、变异等生命现象有了更深刻的认识，而且以这方面 的理论和技术为基础发展了基因工程，给人类的生产和生活带来了深刻的革命。
遗 传 信 息 流 动 示 意 图
DNA
原核生物和真核生物mRNA的比较
遗 传 密 码
遗传密码: DNA（或mRNA）中的核苷酸序 列与蛋白质中氨基酸序列之间的对应关系称为 遗传密码。 密码子(codon)：mRNA上每3个相邻的核苷 酸编码蛋白质多肽链中的一个氨基酸，这三个 核苷酸就称为一个密码子或三联体密码。
遗传密码字典 遗传密码的破译
楚雄师范学院化学与生命科学系 范树国
人线粒体中变异的密码子
密码子 UGA
正常情况下编码 终止信号
线粒体DNA编码 Trp
AUA
AGA AGG
Ile
Arg Arg
Met
终止信号 终止信号
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范树国
原核细胞mRNA的结构特点
SD区 顺反子 顺反子 顺反子
5´
AGGAGGU
3´
范树国
1966年Crick根据立体化学原理提出： （1）mRNA上的密码子的第一、第二个碱基与tRNA 上的反密码子相应的碱基形成强的配对；密码的专一 性主要是由这两个碱基对的 作用。 （2）有些反密码子的第一个碱基（按5-3 ）决定了 该tRNA识别密码子的数目。 （3）当一种氨基酸有几个密码子时，只要他们的第一 和第二个碱基中有一个不同，则需要不同的tRNA 来识别。
(1)3‘ 端 含 CCA-OH 序 列 。
(2)TψC环(TψC loop)。
(3)额外环或可变环(extro variable loop)。
(4)反密码子环(anticodon loop)。
(5)二氢尿嘧啶环(dihydr-U loop或 D-loop) (6)上述的TψC环，反密码子环， 和二氢尿嘧啶分别连接在由4或5 个碱基组成的螺旋区上，依次称 为TψC茎，反密码子茎和二氢尿 嘧啶茎。此外，15-16个固定碱基 几乎全部位于这些环上。
然而，de Duve认为第二套密码系统存在于aaRS结构中，并假定 仅仅是辅密码子与aaRS-aa-AMP或aa-aaRS复合物的一个简单反 应。酶是一种蛋白质，而蛋白质怎么能作为携带遗传信息的载 体呢?aaRS上的某些区域含有一些残基可与辅密码子的核苷酸反 应，但无法把所有氨基酸侧链与tRNA的核苷酸匹配起来。一些 科学家提出RNA在原始时代具有多种功能，例如携带信息，催化 活性和转移信息。在进化过程中，才形成分工负责，即RNA将携 带信息的功能交给DNA，催化活性由酶(蛋白质)承担，RNA本身 仅保留转递信息功能。至今上述三种功能仍不同程度残留于RNA 的事实是对上述分子进化的强有力支持。据此认为:第二套密码 系统存在于tRNA分子本身，而不应存在于aaRS结构中。
密 码 子 与 反 密 码 子 的 配 对 关 系
3
5
tRNA
反密码子
5
mRNA
AU C 1 2 3
密码子
3
H2N
Glu
GAG(Glu) 第一个突变：由于 DNA突变使mRNA分 子中GAG变为UAG UAG（终止密码）
COOH
基 因 间 的 校 正 突 变
H2N
第二个突变： tRNA Tyr 的反密码子GUA突变成 CUA
mRNA
核糖体
tRNA
目
录
第一节 蛋白质合成体系 第二节 蛋白质合成的机理 第三节 肽链合成后的折叠与加工 第四节 蛋白质定位
楚雄师范学院化学与生命科学系 范树国
第一节 蛋白质合成体系
一、mRNA和遗传密码
二、tRNA 三、核糖体
四、辅助因子
mRNA
mRNA (messenger RNA)是蛋白质生物合成过程中直接 指令氨基酸掺入的模板，是遗传信息的载体。
COOH
突变tRNATyr可以将终止密 码 UAG读作Tyr
H2N
TyrCOOHFra bibliotek3-A-U-C- 5
突变tRNA Tyr 的反密码子（正常时应为3-A-U-G- 5） 此终止密码被读作Tyr
5-U-A-G- 3
核 糖 体
核糖体 是 由 rRNA （ ribosomal ribonucleic acid）和多种蛋白质结合而成的一种大的核糖核 蛋白颗粒，蛋白质肽键的合成就是在这种核糖 体上进行的。
1、核糖体的结构和组成
2、核糖体的功能
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范树国
核 糖 体 的 组 成
原核生物核 糖体的组成
23S RNA 5S RNA
50S subunit
34 protein 50S subunit 30S subunit 70S ribosome 30S subunit
16S RNA
原核生物核糖体结构示意图
21 protein
RNA和蛋白质的分布相对集中,RNA主要定位于核 糖体中央,蛋白质在颗粒外围。
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遗传信息传递的 中心法则
生物的遗传信息以密码的形式储 存在DNA分子上，表现为特定的核苷 酸排列顺序。在细胞分裂的过程中， 通过DNA复制把亲代细胞所含的遗传 信息忠实地传递给两个子代细胞。在 子代细胞的生长发育过程中，这些遗 传 信 息 通 过 转 录 传 递 给 RNA， 再 由 RNA通过翻译转变成相应的蛋白质多 肽链上的氨基酸排列顺序，由蛋白质 执行各种各样的生物学功能，使后代 表现出与亲代相似的遗传特征。后来 人们又发现，在宿主细胞中一些RNA 病毒能以自己的RNA为模板复制出新 的病毒RNA，还有一些RNA病毒能以 其RNA为模板合成DNA，称为逆转录 这是中心法则的补充。
tRNA的三级结构
(1)tRNA的三维结构是和个"倒L形"。 (2)氨基酸接受臂CCA序列和反密码子处于 倒L的两端，二者相距70A。 (3)D环和TψC环形成了倒L的角。 (4)许多三维结构的氢键形成涉及的都是固 定碱基，说明tRNA具有相同的三维或三级 结构。 (5)绝大多数形成的三级结构的氢键涉及的 碱基种类不同于标准的A-U和G-C碱基对;少 数三级结构反应涉及核糖体-磷酸骨架中的 基团，包括核糖的2‘OH基。 (6)几乎所有的碱基均是定向排列的，以致 成摞(stacking)，因此在它们疏水平面之 间有最大反应。 (7)只有少数几个三级结构氢键把的密码茎 固定于分子的其它部位，因此反密码子区 的相对方向，在蛋白质生物合成期间可以 改变。
Poly U 为模板，产生的多肽链为Poly Phe Poly C 为模板，产生的多肽链为Poly Pro Poly A 为模板，产生的多肽链为Poly Lys
类似的实验不能证明GGG是何种氨基酸的密码子，因为 polyG产生牢固的氢键结合，形成三股螺旋，而不与核 糖体结合。
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硝酸纤维滤膜过滤
分析留在滤膜上的核糖体-AA-tRNA
确定与核糖体结合的AA
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遗传密码的性质
1、密码是无标点符号的且相邻密码子互不重叠。 2、密码的简并性：由一种以上密码子编码同一个氨基酸的 现象称为简并性（ degeneracy），对应于同一氨基酸的密码子 称为同义密码子(Synonymous codon)。密码的简并性可以减少 有害突变 。 3、密码的摆动性（变偶性）：密码的专一性主要是由第一 第二个碱基所决定，tRNA上的反密码子与mRNA密码子配对 时，密码子的第一、二位碱基是严格的，第三位碱基可以有一 定的变动。Crick称这一为变偶性（wobble）.
第五章
蛋白质的翻译
中心法则指出，遗传信息的表达最终是合成出具有特
定氨基酸顺序的蛋白质，这种以mRNA上所携带的遗传信
息,到多肽链上所携带的遗传信息的传递，就好象以一种语 言翻译成另一种语言时的情形相似，所以称以mRNA为模
板的蛋白质合成过程为翻译(translation)。
翻译过程十分复杂，需要mRNA、tRNA、rRNA和多 种蛋白因子参与。在此过程中mRNA为合成的模板，tRNA 为运输氨基酸工具，rRNA和蛋白质构成核糖体，是合成蛋 白质的场所，蛋白质合成的方向为N—C端。
范树国
以特定的共聚物为模板指导多肽的合成
（1）以多聚二核苷酸作模板可合成由2个氨基 酸组成的多肽 ,如以Poly UG 为模板，合成产物 为Poly Lys-Val。 （2）以多聚三核苷酸作为模板，可得三种氨基 酸组成的多肽。
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核糖体结合技术
技术要点：以人工合成的三核苷酸为模板+核糖体+AA-tRNA 保温
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三联体密码的破译
1954年Gamov确认核酸分子中三个碱基决定一 个氨基酸 1961年Crick 等用遗传学方法也证实三联体密码 子学说是正确的 Nirenberg以均聚物共聚物为模板指导多肽的合 成,寻找到了破译遗传密码的途径 Khorana以共聚物指导多肽的合成，加快了破译 遗传密码的步伐
插入顺序 先导区 插入顺序 末端顺序
特点
① 半衰期短 ② 许多原核生物mRNA以多顺反子形式存在
③ AUG作为起始密码；AUG上游7～12个核苷酸处有一被称为SD序列
的保守区，16S rRNA3’-端反向互补而使mRNA与核糖体结合。
真核细胞mRNA的结构特点
Poly(A)尾巴的功能 ① 是mRNA由细胞核进入细胞质 所必需的形式 ② 它大大提高了mRNA在细胞质 中的稳定性
复制
DNA
转录
逆转录
RNA 复制 蛋白质
翻译
中心法则总结了生物体内遗传信息的流动规律，揭示遗传的分子基础，不仅使人 们对细胞的生长、发育、遗传、变异等生命现象有了更深刻的认识，而且以这方面 的理论和技术为基础发展了基因工程，给人类的生产和生活带来了深刻的革命。
遗 传 信 息 流 动 示 意 图
DNA
原核生物和真核生物mRNA的比较
遗 传 密 码
遗传密码: DNA（或mRNA）中的核苷酸序 列与蛋白质中氨基酸序列之间的对应关系称为 遗传密码。 密码子(codon)：mRNA上每3个相邻的核苷 酸编码蛋白质多肽链中的一个氨基酸，这三个 核苷酸就称为一个密码子或三联体密码。
遗传密码字典 遗传密码的破译
楚雄师范学院化学与生命科学系 范树国
人线粒体中变异的密码子
密码子 UGA
正常情况下编码 终止信号
线粒体DNA编码 Trp
AUA
AGA AGG
Ile
Arg Arg
Met
终止信号 终止信号
楚雄师范学院化学与生命科学系
范树国
原核细胞mRNA的结构特点
SD区 顺反子 顺反子 顺反子
5´
AGGAGGU
3´
范树国
1966年Crick根据立体化学原理提出： （1）mRNA上的密码子的第一、第二个碱基与tRNA 上的反密码子相应的碱基形成强的配对；密码的专一 性主要是由这两个碱基对的 作用。 （2）有些反密码子的第一个碱基（按5-3 ）决定了 该tRNA识别密码子的数目。 （3）当一种氨基酸有几个密码子时，只要他们的第一 和第二个碱基中有一个不同，则需要不同的tRNA 来识别。
(1)3‘ 端 含 CCA-OH 序 列 。
(2)TψC环(TψC loop)。
(3)额外环或可变环(extro variable loop)。
(4)反密码子环(anticodon loop)。
(5)二氢尿嘧啶环(dihydr-U loop或 D-loop) (6)上述的TψC环，反密码子环， 和二氢尿嘧啶分别连接在由4或5 个碱基组成的螺旋区上，依次称 为TψC茎，反密码子茎和二氢尿 嘧啶茎。此外，15-16个固定碱基 几乎全部位于这些环上。
然而，de Duve认为第二套密码系统存在于aaRS结构中，并假定 仅仅是辅密码子与aaRS-aa-AMP或aa-aaRS复合物的一个简单反 应。酶是一种蛋白质，而蛋白质怎么能作为携带遗传信息的载 体呢?aaRS上的某些区域含有一些残基可与辅密码子的核苷酸反 应，但无法把所有氨基酸侧链与tRNA的核苷酸匹配起来。一些 科学家提出RNA在原始时代具有多种功能，例如携带信息，催化 活性和转移信息。在进化过程中，才形成分工负责，即RNA将携 带信息的功能交给DNA，催化活性由酶(蛋白质)承担，RNA本身 仅保留转递信息功能。至今上述三种功能仍不同程度残留于RNA 的事实是对上述分子进化的强有力支持。据此认为:第二套密码 系统存在于tRNA分子本身，而不应存在于aaRS结构中。
密 码 子 与 反 密 码 子 的 配 对 关 系
3
5
tRNA
反密码子
5
mRNA
AU C 1 2 3
密码子
3
H2N
Glu
GAG(Glu) 第一个突变：由于 DNA突变使mRNA分 子中GAG变为UAG UAG（终止密码）
COOH
基 因 间 的 校 正 突 变
H2N
第二个突变： tRNA Tyr 的反密码子GUA突变成 CUA
mRNA
核糖体
tRNA
目
录
第一节 蛋白质合成体系 第二节 蛋白质合成的机理 第三节 肽链合成后的折叠与加工 第四节 蛋白质定位
楚雄师范学院化学与生命科学系 范树国
第一节 蛋白质合成体系
一、mRNA和遗传密码
二、tRNA 三、核糖体
四、辅助因子
mRNA
mRNA (messenger RNA)是蛋白质生物合成过程中直接 指令氨基酸掺入的模板，是遗传信息的载体。
COOH
突变tRNATyr可以将终止密 码 UAG读作Tyr
H2N
TyrCOOHFra bibliotek3-A-U-C- 5
突变tRNA Tyr 的反密码子（正常时应为3-A-U-G- 5） 此终止密码被读作Tyr
5-U-A-G- 3
核 糖 体
核糖体 是 由 rRNA （ ribosomal ribonucleic acid）和多种蛋白质结合而成的一种大的核糖核 蛋白颗粒，蛋白质肽键的合成就是在这种核糖 体上进行的。
1、核糖体的结构和组成
2、核糖体的功能
楚雄师范学院化学与生命科学系
范树国
核 糖 体 的 组 成
原核生物核 糖体的组成
23S RNA 5S RNA
50S subunit
34 protein 50S subunit 30S subunit 70S ribosome 30S subunit
16S RNA
原核生物核糖体结构示意图
21 protein
RNA和蛋白质的分布相对集中,RNA主要定位于核 糖体中央,蛋白质在颗粒外围。