蛋白質的生物合成和翻譯過程

蛋白質的生物合成和翻譯過程DNA轉錄翻譯復制逆轉錄RNA復制RNA蛋白質1概述翻譯：在細胞質中,以mRNA為模板,合成具有一定氨基酸順序的蛋白質的過程。☆蛋白質合成的場所是核糖體,原料是20種L-氨基酸，反應所需能量由ATP、GTP提供，此外還有Mg2+、K+

等金屬離子參與。☆蛋白質合成體系主要由mRNA、tRNA、rRNA和有關的酶以及幾十種蛋白質因子組成。

第九章蛋白質的生物合成——翻譯蛋白質的生物合成和翻譯過程2蛋白質生物合成的分子基礎2.1mRNA是蛋白質生物合成的模板mRNA的模板作用是指mRNA首先把DNA上的遺傳信息抄錄過來，然后以其核苷酸特異序列組成密碼的方式來指導蛋白質肽鏈中氨基酸順序合成的過程。起始密碼子：AUG終止密碼子：UAA,UGA,UAG編碼區(qū)非編碼區(qū)開放讀框（openreadingframe,ORF）

第九章蛋白質的生物合成——翻譯蛋白質的生物合成和翻譯過程⑴

原核生物mRNA的結構編碼區(qū)3’非編碼區(qū)5’非編碼區(qū)SD2.1mRNA是蛋白質生物合成的模板多順反子結構，5’端含有SD序列⑵真核生物mRNA的結構5’非編碼區(qū)編碼區(qū)3’非編碼區(qū)單順反子結構，5’端有帽子結構。

第九章蛋白質的生物合成——翻譯蛋白質的生物合成和翻譯過程2.2tRNA—轉運氨基酸⑴tRNA的結構①氨基酸接受區(qū)：3’-末端的CCA結構負責攜帶氨基酸二級結構

反密碼子區(qū)：含有反密碼子，負責對密碼子的識別與配對。③

二氫尿嘧啶區(qū)：負責和氨基酰tRNA聚合酶結合。④TC區(qū)：負責和核糖體上的rRNA識別結合。⑤可變區(qū)：負責維持tRNA的L型三維結構。

第九章蛋白質的生物合成——翻譯蛋白質的生物合成和翻譯過程2.2tRNA—轉運氨基酸⑴tRNA的結構三級結構在三葉草型二級結構的基礎上，突環(huán)上未配對的堿基由于整個分子的扭曲而配成對，目前已知的tRNA的三級結構均為倒L形。

第九章蛋白質的生物合成——翻譯蛋白質的生物合成和翻譯過程AAUACUAUGtRNA（運載工具）

亮氨酸

天冬氨酸異亮氨酸

氨基酸（原料）2.2tRNA—轉運氨基酸⑵tRNA的功能①轉運氨基酸

第九章蛋白質的生物合成——翻譯蛋白質的生物合成和翻譯過程tRNA的一端運載著氨基酸天冬氨酸ACU

反密碼子AAU亮氨酸

反密碼子AUG

異亮氨酸

反密碼子

第九章蛋白質的生物合成——翻譯蛋白質的生物合成和翻譯過程通過密碼子與反密碼子的相互作用②解碼

堿基互補配對原則⑵tRNA的功能

第九章蛋白質的生物合成——翻譯蛋白質的生物合成和翻譯過程1966年，Crick提出了擺動假說，認為在密碼子和反密碼子之間的堿基配對，前兩對嚴格遵守標準的堿基配對法則，第三對允許有一定的自由度，但必須接近標準法則。

第九章蛋白質的生物合成——翻譯密碼子與反密碼子相互作用的擺動假說蛋白質的生物合成和翻譯過程2.2tRNA—轉運氨基酸⑶

校正tRNA①無義抑制（nonsensesuppressor）抑制基因（suppressor）或稱校正基因☆tRNA反密碼子的突變☆tRNA其它結構的改變

第九章蛋白質的生物合成——翻譯蛋白質的生物合成和翻譯過程帶有突變反密碼子的tRNA可抑制無義突變

第九章蛋白質的生物合成——翻譯蛋白質的生物合成和翻譯過程由反密碼子突變而產生的無義抑制基因

第九章蛋白質的生物合成——翻譯蛋白質的生物合成和翻譯過程②錯義抑制☆tRNA反密碼子的突變⑶

校正tRNA

第九章蛋白質的生物合成——翻譯蛋白質的生物合成和翻譯過程⑶

校正tRNA③

校正tRNA抑制突變的特點☆不是所有抑制基因都能產生有功能的蛋白質，關鍵是要看氨基酸取代的情況。☆校正的作用不可能是完全的?！钚Ｕ膖RNA分子是有限的而且還要和釋放因子競爭；☆若是錯義抑制的話，由于氨基酸發(fā)生取代,使得蛋白質的活性有所降低。☆每種抑制tRNA一般都只識別UAG終止密碼子，而不再識別原來相應的密碼子。

第九章蛋白質的生物合成——翻譯蛋白質的生物合成和翻譯過程2.3核糖體(rRNA)—蛋白質合成場所⑴

核糖體的化學結構核糖體亞基rRNAs蛋白RNA的特異順序和功能細菌

70S50S23S=2904b31種(L1-L31）含CGAAC和GTψCG互補2.5×106D5S=120b66%RNA30S16S=1542b21種(S1-S21)16SRNA(CCUCCU)和S-D

順序(AGGAGG)互補哺乳動物

80S28S=4718b49種有GAUC和tRNAfMet的TψCG互補4.2×106D60S5S=120b60%RNA5.8S=160b40S18S=1874b33種和Capm7G結合原核和真核生物核糖體的組成及功能

第九章蛋白質的生物合成——翻譯蛋白質的生物合成和翻譯過程

第九章蛋白質的生物合成——翻譯蛋白質的生物合成和翻譯過程⑵核糖體的存在形式2.3核糖體(rRNA)—蛋白質合成場所單核糖體、核糖體亞基和多核糖體。

核糖體亞基的聚合（10mmol/L）與解聚(0.1mmol/L)與Mg2+濃度有關。真核生物：游離核糖體或與內質網結合原核生物：游離核糖體或與mRNA結合成串狀的多核糖體

第九章蛋白質的生物合成——翻譯蛋白質的生物合成和翻譯過程多聚核糖體由一定數目的單個核糖體與一個mRNA分子結合而成的念珠狀結構。每個核糖體可獨立完成一條肽鏈的合成。

第九章蛋白質的生物合成——翻譯蛋白質的生物合成和翻譯過程⑶核糖體的結構與功能（原核生物）2.3核糖體(rRNA)—蛋白質合成場所30S小亞基：頭部基底部中間有一豁口

50S大亞基：三個突起兩者之間形成一個mRNA通道

第九章蛋白質的生物合成——翻譯蛋白質的生物合成和翻譯過程⑶核糖體的結構與功能①mRNA結合部位P位點位于30S亞基的頭部，16SrRNA3’端是mRNA與小亞基初始結合不可缺少的。大部分在小亞基內，小部分在大亞基內，能夠與起始tRNA（fMet--tRNAf）相結合，且P位點會影響A位點的活性。肽基﹣tRNA結合部位PeptidyltransferaseG-factorsite

第九章蛋白質的生物合成——翻譯蛋白質的生物合成和翻譯過程

肽?；D移酶部位⑶核糖體的結構與功能活性中心在大亞基上，位于P位點和A位點的連接處，靠近tRNA的接受臂。③A位點：主要在大亞基上，位點內mRNA表面只對特定的AA-tRNA分子表現出特異性，且A位點結合AA-tRNA要求在P位點上必須有肽酰tRNA存在。氨基酰﹣tRNA接受部位

肽鍵合成酶或轉移酶I，催化肽鍵的形成PeptidyltransferaseG-factorsite

第九章蛋白質的生物合成——翻譯蛋白質的生物合成和翻譯過程⑤GTP酶部位⑶核糖體的結構與功能

轉移酶II，具有GTPase

活性，催化肽基﹣tRNA

由A位移到P位大亞基靠近小亞基的界面處PeptidyltransferaseG-factorsite⑥E位點包括兩個：脫酰基tRNA和多肽的逐出位點E1為脫酰基tRNA離開核糖體提供出口，其對蛋白質合成的準確性起重要作用E2為多肽離開核糖體提供出口。

第九章蛋白質的生物合成——翻譯蛋白質的生物合成和翻譯過程3翻譯的過程

蛋白質的生物合成就是將mRNA的遺傳信息轉變成蛋白質中氨基酸排列順序的過程，如同將電報密碼譯成文字一樣，因此通常將蛋白質的生物合成過程稱之為翻譯。3.1氨基酸的活化20種氨基酸必須先活化為相應的氨基酰﹣tRNA，才能作為蛋白質合成的原料。氨基酸的活化是由有很高專一性的氨基酰﹣tRNA合成酶催化，消耗1分子ATP，2個高能鍵。

第九章蛋白質的生物合成——翻譯蛋白質的生物合成和翻譯過程氨基酸的活化①活化：AA-AMP-E復合物的形成氨基酰-tRNA合成酶氨基酸結合位點tRNA結合位點ATP結合位點AA+ATP+EAA-AMP-E+PPiMg2+Mn2+AA-AMP-E+tRNA②轉移氨基酰-tRNA+AMP+E

第九章蛋白質的生物合成——翻譯蛋白質的生物合成和翻譯過程

第九章蛋白質的生物合成——翻譯蛋白質的生物合成和翻譯過程氨基酰-tRNA合成酶催化氨基酸發(fā)生氨基酰化生成氨基酰-tRNA。高度特異性

氨酰﹣tRNA合成酶對氨基酸和tRNA都具有高度的特異性，既能識別特異的氨基酸，又能識別攜帶該種氨基酸的特異tRNA，并把氨基酸連接到特異的tRNA上。將tRNA分子上決定其攜帶氨基酸的區(qū)域稱為副密碼子。高度忠實性

具有催化氨基酰﹣tRNA的脫?；饔茫軐⑿纬慑e誤的氨基酰﹣tRNA中的氨基酸水解下來，再接上正確的。

第九章蛋白質的生物合成——翻譯蛋白質的生物合成和翻譯過程3.2肽鏈的合成過程3翻譯的過程⑴肽鏈合成的起始

氨基酰-tRNA通過反密碼臂上的三聯(lián)體反密碼子識別mRNA上相應的遺傳密碼，并將所攜帶的氨基酸按mRNA遺傳密碼的順序安置在特定的位置，最后在核糖體中合成肽鏈。

合成的起始指的是核糖體小亞基和起始氨基酰-tRNA在起始因子的參與下識別mRNA上的起始信號,并組裝成起始復合物。肽鏈合成的起始肽鏈的延伸肽鏈合成的終止

蛋白質的合成

第九章蛋白質的生物合成——翻譯蛋白質的生物合成和翻譯過程①起始tRNA起始密碼子：AUG或GUG(少數情況)起始tRNA：tRNAfMet，首先與Met結合再發(fā)生氨基化以封閉氨基，生成fMet﹣tRNAfMet

。起始密碼子AUG或GUG均由tRNAfMet識別，而內部AUG和GUG密碼子則分別由tRNAm

Met和tRNAVal識別。3.2肽鏈的合成過程⑴肽鏈合成的起始

第九章蛋白質的生物合成——翻譯蛋白質的生物合成和翻譯過程⑴肽鏈合成的起始②

原核生物肽鏈合成的起始

起始復合物：核糖體、mRNA、AA-tRNA三元復合物☆IF-3及核糖體30SrRNA和mRNA的結合SD序列：距離起始密碼子的AUG序列的上游(5’﹣端)10個堿基左右處具有一段長為4～10bp的富含嘌呤堿基的序列，稱為Shine-Dalgarno序列。16SrRNA3’﹣端-mRNAfMet-Arg-Ala-Phe-Ser-多肽16SrRNA的3’-末端具有一段與SD序列互補的嘧啶堿基序列,使得核糖體能識別起始密碼子AUG或GUG。IF-3促使16SrRNA和mRNA的SD順序結合。

第九章蛋白質的生物合成——翻譯蛋白質的生物合成和翻譯過程②

原核生物肽鏈合成的起始☆fmet-tRNAfmet的結合IF-2：促進fmet-tRNAfmet與30S小亞基結合的作用，并有依賴核糖體的GTP酶活。IF2-GTP+fmet-tRNAfmetIF2-fmet-tRNAfmet-GTP

＋30S-IF3-mRNA30S-IF3-mRNA-IF2-fmet-tRNAfmet-GTP

第九章蛋白質的生物合成——翻譯蛋白質的生物合成和翻譯過程②

原核生物肽鏈合成的起始☆70S起始復合物的形成50S亞基結合30S-IF3-mRNA-IF2-fmet-tRNAfmet-GTP，導致IF3的解離，同時激活IF2的GTPase的活性，水解GTP，改變IF1、IF2的構象并使其解離，形成70S起始復合物。大腸桿菌蛋白質合成所需的起始因子起始因子相對分子質量（×103）功能IF﹣1IF﹣2IF﹣399722促進IF-2和IF-3的活化促進fmet-tRNAfmet與30S小亞基結合，并具有GTPase活性使30亞基從70S核糖體釋放，幫助mRAN結合于30S亞基上

第九章蛋白質的生物合成——翻譯蛋白質的生物合成和翻譯過程70S起始復合物形成示意圖

第九章蛋白質的生物合成——翻譯蛋白質的生物合成和翻譯過程⑴肽鏈合成的起始③

真核生物肽鏈合成的起始起始密碼子AUG的識別

第九章蛋白質的生物合成——翻譯蛋白質的生物合成和翻譯過程③

真核生物肽鏈合成的起始起始復合物的形成

第九章蛋白質的生物合成——翻譯蛋白質的生物合成和翻譯過程3.2肽鏈的合成過程⑵肽鏈的延伸（原核）

肽鏈的延伸以氨基酰﹣tRNA進入70S起始復合物的A位為標志。在肽鏈延伸過程中，每添加1個氨基酸需要包括進位、轉肽和移位三步。這三步反復循環(huán)就完成了肽鏈的延長。這一過程需要三個延伸因子EF﹣Tu、EF﹣Ts和EF﹣G的參與。①進位

指新的氨基酰﹣tRNA進入70S復合體A位的過程需要消耗GTP，并需EF-Tu（熱不穩(wěn)定），EF-Ts（熱穩(wěn)定）兩種延伸因子。

第九章蛋白質的生物合成——翻譯蛋白質的生物合成和翻譯過程進位

第九章蛋白質的生物合成——翻譯Tu-Ts循環(huán)蛋白質的生物合成和翻譯過程在肽酰轉移酶的作用下P位點上fMet-tRNAfMet的甲酰甲硫氨酸從相應的tRNA上解離下來，其-COOH（高能酯鍵）與剛進入A位的氨酰-tRNA上的-NH2形成肽鍵（實質是A位點氨基酰-tRNA氨基親核攻擊酯鍵羰基），無負荷的tRNA留在P位，此時A位點攜帶一個二肽。②轉肽（肽鍵的生成）⑵肽鏈的延伸（原核）PAAA-fMetAAAPfMet

第九章蛋白質的生物合成——翻譯蛋白質的生物合成和翻譯過程轉肽

第九章蛋白質的生物合成——翻譯蛋白質的生物合成和翻譯過程

在EF-G（移位酶）的作用下，核糖體沿mRNA5’3’方向移動，每次移動一個密碼子的距離，結果使原來在A上的肽酰-tRNA移到了P位點，原來在P位點的無負載的tRNA離開核糖體，同時一個新的密碼子進入空的A位，EF-G催化的移位過程需水解GTP提供能量。肽鏈合成從N-C。③移位⑵肽鏈的延伸（原核）PA5’3’PA5’3’PAPAAA

第九章蛋白質的生物合成——翻譯蛋白質的生物合成和翻譯過程原核生物肽鏈延伸的三位點模型

第九章蛋白質的生物合成——翻譯蛋白質的生物合成和翻譯過程移位

第九章蛋白質的生物合成——翻譯蛋白質的生物合成和翻譯過程EF﹣TuEF﹣TsEF﹣G437477結合氨酰﹣tRNA和GTP使EF﹣Tu、GTP再生，參與肽鏈延伸結合GTP，啟動肽酰﹣tRNA從A位移向P位延伸因子相對分子質量（×103功能大腸桿菌蛋白質合成所需的起始因子

第九章蛋白質的生物合成——翻譯蛋白質的生物合成和翻譯過程⑶

肽鏈合成的終止3.2肽鏈的合成過程

當終止密碼子出現在A位時，終止因子結合在A位，肽鏈合成終止。RF1：識別終止密碼子UAA和UAGRF2：識別終止密碼子UAA和UGARF3：具GTP酶活性，激活RF1和RF2活性，協(xié)助肽鏈的釋放終止因子的結合使肽酰轉移酶活性變?yōu)樗饷富钚?，肽基不轉移給A位tRNA，而轉移給H2O，并把已合成的多肽鏈從核糖體和tRNA上釋放出來，無負荷的tRNA隨機從核糖體脫落，該核糖體立即離開mRNA，在IF3存在下,消耗GTP而解離為30S和50S非功能性亞基。再重復下一輪過程。

第九章蛋白質的生物合成——翻譯蛋白質的生物合成和翻譯過程

肽鏈合成的終止

第九章蛋白質的生物合成——翻譯蛋白質的生物合成和翻譯過程3.3蛋白質合成中GTP的作用⑴使各種翻譯因子與tRNA或核糖體易于以非共價鍵結合；水解成GDP和Pi的反應是釋放結合因子的信號

原核：IF2、EF-Tu、EF-G真核：eIF-2、eEf-1、eEf-2☆GTP是一種變構因子⑵GTP水解釋放的能量提高核糖體結合氨酰-tRNA和移位的能力⑶GTP還有使翻譯準確的功能☆為去除A位不正確的氨酰-t