1、 Chapter Five Protein Translation5.1 Basic 5.1 Basic conceptconcept the second step of gene expression Multiple&complex assessment tRNA as a adapter for codon&amino acid tRNA loading aa by aa-tRNAaa synthetase (AARS)¶codon tRNA recognition codon by anti-codon codon;universal triplex codon two of
2、 three reading codonParacodon codon in codon codon degeneracy;wobble hypothesis isoacceptor codon usage(codon bias)mechanism of exactly translationinitiation,loading,elongation,proofreading 5.25.2 Basic Basic componentscomponents5.2.1.tRNA mini RNA,4s,(70-80 Nt)tRNA phe,77Nt cloverleaf form 5 arms&4
3、 loops Nt more modified by methylation-aa accept arm;loading aa at 3 end-DHU loop;contact with AARS-anti-codon loop;34th is wobble base-TC loop;contact with 5s rRNA-extra loop;classification marker?34 Paracodon-由若干由若干Nt组成，存在于组成，存在于tRNA不定位置上不定位置上-与与AARS侧链基团的分子发生特异的侧链基团的分子发生特异的“契合契合”-成为成为tRNA准确负载氨基酸的机
4、制之一准确负载氨基酸的机制之一 tRNA的的”L”三维结构与功能三维结构与功能-二级结构中双链区的碱基堆积力和氢键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二级结构中非双链区在“L”结构中，形成氢键结合结构中，形成氢键结合“L”结构域的功能结构域的功能-aa accept arm 位于位于“L”的一端，契合于核糖体的的一端，契合于核糖体的肽肽基基 转移酶转移酶结合位点结合位点 P A,以利肽键的形成以利肽键的形成-anti-codon arm 位于位于”L”另一端，与结合在核糖体另一端，与结合在核糖体 小亚基上的小亚基上的codon of mRNA配对配对 A Paa-tRNAa
5、a-“L”结构中碱基堆积力大结构中碱基堆积力大 使其拓扑结构趋于稳定使其拓扑结构趋于稳定 wobble base 位于位于“L”结构末端结构末端 堆积力小堆积力小 自由度大自由度大 使碱基配对摇摆使碱基配对摇摆-TC loop&DHU loop 位于位于“L”两臂的交界处，两臂的交界处，利于利于“L”结构的稳定结构的稳定 have GC content of 60%unusually repetitive,from several hundred to over 20,000 copies of rDNA gene rRNA synthesized in nucleolus and was s
6、timulated by low ionic strength&Mg+2 but other RNA synthesized in niucleolpasm and stimulated by high ionic strength&Mn+2 Ribosomal genes(rDNA)are different in several ways from other nuclear gene5.2.2.rRNA Prokaryote 23s,16s,5s /Eukaryote 28s-5.8s,18s,5s Rich methylation (m2U,m3A,m3U,m26A(二甲基二甲基)Tw
7、o-dimensional gel electrophoresis of proteins(a)E.coil 30S subunits(b)E.coil 50S subunits.Kaltschmidt&Wittmann PNAS 67(1970)f.1-2,pp.1277-78.)21proteins31proteins 5s RNA 与与TC loop of tRNA部分同源，并可配对部分同源，并可配对 In Prok.3-end of 16s rRNA rich CC Uconservative plementary with5 leading seq.of mRNAShine-Dilg
8、arno seq.of rich AGGIn Euk.3-end of 18s rRNA 与原核生物高度相似与原核生物高度相似,但无与但无与 S.D.seq.互补的保守序列互补的保守序列 在在 mRNA的的AUG上游存在上游存在CCACC核糖体核糖体scanning seq 成为核糖体识别第一个成为核糖体识别第一个 AUG的信号的信号AMEAMECCUGCGGUUGGAUGACCUCCUUAMEAMECCUGCGGAAGGAUGAUUA16SBacterial18srRNAMammalian高度相似高度相似5.2.3.mRNA In Prokaryote5-end;300Nt leading
9、seq.(A/G-AUG)S.D seq-AUGpoly-citron9Nt betterrich A,U,Shine-Dalgarno seq.(S.D seq)GGAGG G mut.translation go down In Eukaryotemono-cistron5 m7Gppp-CCACC-A-3-A1U2G3G4leading seq.核糖体小亚基扫描核糖体小亚基扫描AUG的信号序列的信号序列 至关准确翻译至关准确翻译But mRNA of chloroplasm shows similarities to prokaryote5.3.1.Universal triplet c
10、odoncodon的特征的特征 codon是是mRNA 上连续排列的三个核苷酸序列，上连续排列的三个核苷酸序列，并编码一个氨基酸信息并编码一个氨基酸信息 的遗传单位的遗传单位 codon具有生物系统的通用性与保守性（除具有生物系统的通用性与保守性（除mt）在一个基因序列中在一个基因序列中 codon具有不重叠性和无标点性具有不重叠性和无标点性Marshall Nirenberg(1961)ButIn vitro Poly(U)poly(Phe)peptide Poly(C)poly(Pro)peptide Poly(A)poly(Lys)peptide Poly(G)poly(Gly)pept
11、idepoly(UCUCUC)poly(Ser-Leu-Ser-Leu)UCU/CUC Ser/Leu?密码子的破译密码子的破译(1968.nobel prize)Stop codon 的证实61个个codons被破译，被破译，(仅剩仅剩UAA,UAG,UGA？)Brenner(1961)获得；获得；T4 phage 头部蛋白基因的琥珀突变（头部蛋白基因的琥珀突变（amber）证明；突变体头部蛋白较野生型的变短证明；突变体头部蛋白较野生型的变短 推测；头部蛋白基因发生了终止突变，使蛋白质合成中断。推测；头部蛋白基因发生了终止突变，使蛋白质合成中断。Garen(1965)获得；获得；E.coli
12、 碱性磷酸酯酶基因碱性磷酸酯酶基因（phoA）Amber突变株的大突变株的大 量回复突变株量回复突变株 分析；回复突变株中对应分析；回复突变株中对应“回复回复”的氨基酸的氨基酸Stop codon 的证实的证实发生终止突变发生终止突变的原氨基酸的原氨基酸 Trp(UGG)Ser:UCG,UCC,UCA,UCU,AGU,AGCLeu:UUG,UUA,CUU,CUC,CUA,CUGTyr:UAU,UACLys:AGG,AAAGln:CAG,CAAGlu:GAG,GAA证明：终止突变密码为证明：终止突变密码为 UAG(amber 琥珀突变琥珀突变)UAA(ocher 赭色突变赭色突变)UGA(opa
13、l 蛋白石突变蛋白石突变)Genetic codon5.3.2.Degeneracy of codon(密码子的简并现象密码子的简并现象)a)简并现象的概念；简并现象的概念；-一种氨基酸受一种氨基酸受2个以上个以上codon编码的遗传现象编码的遗传现象-编码一种编码一种aa的的4个个codon间间,仅仅3rd Nt 不同不同,称为称为codon famly例；例；Ser(6 codons)1 codon family&2 extra codonsb)简并现象的机理简并现象的机理 Wobble hypothesis;反密码子反密码子:密码子密码子 1th(Nt34):3 rd-NtmRNA5-C
14、GU-CGC-CGA-CGG-AGA-AGG-3GCG GCU UCU353535A A AwobbletRNA3 isoacceptors1 codon family 2 extra codons 在在一定范围内一定范围内的可的可选择配对选择配对现象现象 简并现象的机理；简并现象的机理；Isoacceptor;负载同一氨基酸，但识别负载同一氨基酸，但识别不同密码子不同密码子 的不同的不同tRNA负载同一氨基酸，识别负载同一氨基酸，识别相相同密码子同密码子的不同的不同tRNA？！？！Tyr codon:UACAUGAUG Y Y识别UAC Codon负载Try的tRNA有两个，但结构相差较大。
15、tRNAmeti&tRNAmete ;tRNAmetf&tRNAmetm 存在明显的结构差异存在明显的结构差异5533No base pairingG-C richG-C rich tRNAmetf tRNAmetmMM Wobble base的摇摆配对原则的摇摆配对原则1331 CGU CGCGCGmRNA CGUGCG ACG碱碱 基基 摇摇 摆摆 配配 对对 的的 方方 式式CAUUIIIG碱碱 基基 摇摇 摆摆 配配 对对 的的 方方 式式C GU AU GThio-U GThio-U AC IA IU Iss Wobble base摇摆配对的机理摇摆配对的机理-tRNA的拓扑空间结构
16、的拓扑空间结构34th摇摆位点位于拓扑结构的末端，摇摆位点位于拓扑结构的末端，碱基堆积力小，碱基堆积力小，选择性配对的自由度大选择性配对的自由度大-34th摇摆位点被修饰的频率高摇摆位点被修饰的频率高 导致配对原则的改变导致配对原则的改变Genetic codonIn vitro GUG（val）的第一）的第一Nt会以较低频率会以较低频率 与与tRNAfmet反反 密码子发生密码子发生“摇摆摇摆”配对，配对，而作为起始密码而作为起始密码In vivo GUGtRNAfmet when AUG deleted onlytRNA fmet被修饰的衍生物被修饰的衍生物A未被修饰的腺嘌呤未被修饰的腺嘌
17、呤5.3.3.Anti-codon及其两侧碱基修饰对密码子及其两侧碱基修饰对密码子 解读的生物学意义解读的生物学意义Xo5U (5-羟基尿苷羟基尿苷)Cmnm5U (5-羧甲基氨甲基尿苷羧甲基氨甲基尿苷)mCm5U (5-甲氧基羰甲基尿苷甲氧基羰甲基尿苷)Xm5s2U (5-甲基甲基-2硫代尿苷硫代尿苷)K2C (2-赖氨酸胞苷赖氨酸胞苷)Com5U (5(2)-羟羧甲基尿苷羟羧甲基尿苷)I (Inosine次黄嘌呤次黄嘌呤)m7G (7-甲基尿苷甲基尿苷)m5C (5-甲基胞苷甲基胞苷)m6A (6-甲基腺苷甲基腺苷)s2C (2-硫代胞苷硫代胞苷)(假尿苷假尿苷)t6A (N6-苏氨酸羰酸
18、腺苷苏氨酸羰酸腺苷)Q (Queuosine辫苷辫苷)a)Methylated Nt at anti-codon and flanked Some modified nucleosides in tRNAThe modification of tRNA nucleosides raises the question:Are tRNAs made with modified bases,or are the bases modified after transcription is complete?tRNAs are made in the same way that other RNAs a
19、re made,with the four standard bases.Then,once transcription is complete,multiple enzyme systems modify the basesb)被修饰的被修饰的Nt34的配对能力的配对能力Nt1 of anti-codon Nt3of codonU(mt,ct)A,U,C,GCmO5U (5(2)-羟羧甲基尿苷羟羧甲基尿苷)A,G,UCmnm5U(5-羧甲基氨甲基尿苷羧甲基氨甲基尿苷)A,GmCm5U(5-甲氧基羰甲基尿苷甲氧基羰甲基尿苷)A,GUm(2-O-甲基尿苷甲基尿苷)A,GXm5S2U (5-甲基甲
20、基-2硫代尿苷硫代尿苷)AQ (Queuosine)U,C I(Inosine）U,C,Ac)tRNA中中anti-codon碱基修饰的意义碱基修饰的意义 限制对密码识读的随意性，以保证遗传的稳定限制对密码识读的随意性，以保证遗传的稳定 提高摇摆能力，防止突变效应，以保证遗传的稳定提高摇摆能力，防止突变效应，以保证遗传的稳定 修饰的碱基修饰的碱基保证正确的读码框架保证正确的读码框架,限制限制+1读码，读码，以保证遗传的稳定以保证遗传的稳定E.coli Salmonella但在但在trmD3突变体中突变体中(不能修饰不能修饰tRNAG37)tRNApro U34G35G36 m1G37可识读可识
21、读CCA/CCGtRNApro则只能以则只能以+1读码方式，读码方式，U34G35G36G37 识读识读CCCtRNAproU34G35G36G37 U34G35G36m1G37 anti-codon两侧的碱基亦被称为扩展的反密码子两侧的碱基亦被称为扩展的反密码子tRNAmetm CA3U t6A=AUG only（防止肽链翻译的错误）（防止肽链翻译的错误）tRNAmetf CA3UA=GUG or AUG 调控调控AARS准确识别准确识别tRNA和负载和负载aa 限制对限制对UAG/UAA stop codon的通读的通读 anti-codon两侧碱基的修饰，以提高配对的稳定性两侧碱基的修饰
22、，以提高配对的稳定性codon/anti-codon 的稳定性的稳定性 A,U多的多的 anti-codon,其两侧多发生修饰其两侧多发生修饰 发生修饰的碱基对摇摆配对的碱基存在结合力的发生修饰的碱基对摇摆配对的碱基存在结合力的 差异，导致了部分的差异，导致了部分的codon biasU*A G I U C A5.3.3.tRNA abundance&codon usage(codon bias)中度重复基因中度重复基因tRNA的拷贝数与的拷贝数与codon使用频率的对应使用频率的对应-识别同一氨基酸的不同识别同一氨基酸的不同tRNA(isoacceptor)量不等量不等-不同生物间同一不同生
23、物间同一isoacceptor的量不等的量不等tRNA abundance;codon usage(codon bias)是进化中是进化中 形成的基因表达调控机制之一形成的基因表达调控机制之一生物生物GC%不等不等 各种各种codon的频率不等的频率不等进化过程进化过程Codon usage Observed for E.coli Ribosome Protein1209 codonsCodon usage in the genes of Animals2244 codonsa)tRNA abundance 正相关正相关 codon usegeb)需要量多的蛋白质（除需要量多的蛋白质（除mRN
24、A转录速率高外）转录速率高外）需要量少的蛋白质（除需要量少的蛋白质（除mRNA转录速率低外）转录速率低外）有关有关codon usage 高高 相应相应tRNA量多量多有关有关codon usage 低低 相应相应tRNA量少量少c)codon 与与anti-codon间的作用强度间的作用强度 codon usage进化中形成的蛋白质翻译调控机制（进化中形成的蛋白质翻译调控机制（modulator ）需较长时间需较长时间 以求结合稳定以求结合稳定into A site of ribosome融解温度高融解温度高 需较长时间需较长时间Out P site of ribosome自然选择自然选择c
25、odon/anti-codon 间适度结合强度的间适度结合强度的codon usage以保证最佳的蛋白质合成速率以保证最佳的蛋白质合成速率G C 强氢键配对强氢键配对 aa-tRNAaaG U 弱氢键配对弱氢键配对 aa-tRNAaa the seq.of codon in usage 1 2-3 1 2-3in general UU G AA CGG U CC A23/1209 10/1209 13/1209 3/1209Phe(UUC)(UUU)Tyr(UAC)(UAU)Anti-codon AAG1 AUG1In prok.Gly(GGG)usage=0 Pro(CCC)usage=0共
26、性共性:codon/anti-codon 间适度结合强度间适度结合强度个性个性:G/C含量不同含量不同,tRNA丰度各丰度各异异5.3.4.two of three codon-reading in mitochondriala)线粒体中具有与通用密码不同的编码信息线粒体中具有与通用密码不同的编码信息 线粒体线粒体codon较为整齐（均为较为整齐（均为2/4/6）2 codon;F,I,Y,H,Q,N,E,k,D,W,M,C4 codon;V,P,T,A,R,G,(family)&stop codon6 codon;L,S(2 isoacceptors each)In mt 22 tRNA o
27、nly(32 tRNA in universal code)线粒体线粒体“三中读二三中读二”方式可减少方式可减少tRNA Codon-readingFor codon family;two of three readingcodon UCU-UCA-UCG-UCCanti-codon AGUUC Ser codon N3rd(U)A/U/C/G 仅起将仅起将codon隔开的作用隔开的作用Codons Comparing between in usual and in mtCodons Comparing between in usual and in mtIlestopstopArgTrpMe
28、tAGACGAGGGUGCCGCC Codon-readingFor 2 codon type;Nt34 wobble base G C/UCodons Comparing between in usual and in mtCodons Comparing between in usual and in mtIlestopstopArgTrpMetGAAGAUGUCGUUGUGGUAGCAGCU Codon-readingFor 2 codon type;Nt34 wobble base *U G/A Codons Comparing between in usual and in mtCo
29、dons Comparing between in usual and in mtIlestopstopArgTrpMetUAAUAUUUGUUUUUCUCA Codon-reading in mtFor codon family;two of three readingUC Ser codon,N3rd(U)仅起将仅起将codon隔开的作用隔开的作用codon UCU-UCA-UCG-UCCanti-codon AGU mt tRNA 与通用密码与通用密码 tRNA 的结构差异的结构差异-no TC loop in mt-tRNA-no DHU loop in some mt-tRNA-G+
30、C/A+U=0.250.94 in mt-tRNAG+C/A+U=12 in universal tRNA二级结构松弛，满足于二级结构松弛，满足于 codon family的识读的识读5.3.5.codon in codon or general genetic codon(GGC 广义密码子广义密码子)生物体除具有标准的通用密码保证蛋白质的准确翻译外生物体除具有标准的通用密码保证蛋白质的准确翻译外同时存在同时存在GGC一种一种GGC 编码几种氨基酸编码几种氨基酸 蛋白质性质不变蛋白质性质不变转录的模糊性（非转录错误）转录的模糊性（非转录错误）生物的适应性生物的适应性a)codon/anti-
31、codon间的缔合能分析间的缔合能分析 2ed Nt of codon（N1N2N3）对对codon/anti-codon的缔合能贡献最大的缔合能贡献最大凡凡2edNt相同的相同的codon codon/anti-codon间的缔合能相似间的缔合能相似 对缔合能的贡献对缔合能的贡献 1thNt 3rdNtb)codon对氨基酸性质的决定对氨基酸性质的决定2edNt of codon 对对氨基酸性质氨基酸性质和和蛋白质空间结构蛋白质空间结构 的决定度较大的决定度较大NUN 非极性氨基酸非极性氨基酸 -helix&-sheet的形成者的形成者 NCN 非极性或中性氨基酸非极性或中性氨基酸,位于疏水
32、区，位于疏水区，分子量较小分子量较小 与与-helix&-sheet的形成无关的形成无关NPuN 编码的氨基酸往往位于蛋白质分子的表面编码的氨基酸往往位于蛋白质分子的表面c)Nt of codon 对蛋白质功能的决定对蛋白质功能的决定 1th&3rd Nt的摇摆的摇摆 对蛋白质的结构与功能影响不大对蛋白质的结构与功能影响不大 2edNt不能摇摆不能摇摆2edNt of codon对氨基酸的编码特征对氨基酸的编码特征即为即为GGC or codon in codond)生物学意义生物学意义 依据依据codon in codon（2edNt of codon）蛋白质性质预测蛋白质性质预测 蛋白质定
33、点诱变蛋白质定点诱变 蛋白质改造蛋白质改造判断蛋白质的性质判断蛋白质的性质（蛋白质工程）（蛋白质工程）保证遗传的稳定保证遗传的稳定 Codon in codon (依依 2edNt of codon预测氨基酸的性质预测氨基酸的性质)GGN 疏疏 UGU/C 疏疏 GGN MW 75 kdCUN UUU/C GCN 小小AUA/C AUA/C UCNGUN GUN CCNGCU CUN GUNUUU/C AUG CANUGU/G UGG UGU/CAUG CAU/C CUNACN 中中 UAG/C 中中 AUA/C 中中 N1N 2N 3 N1N 2N 3 N1N 2N 3UCN 中中 GCN
34、中中 GAU/C 中中UGG GGN AAU/CUAU/C ACN GAA/GCAA/G UCN CAA/GAAA/G CCN AAA/GAAU/C CGN AUGGAA/G AAU/C CAU/CCAU/G CAA/G UUU/CGAU/C 亲亲 GAA/G CGNCGN GAU/C 亲亲 UAU/C AAA/G UGG 大大 204 kd2ed Nt =U (hydrophobic aa)A (hydrophilic aa)G/C (neutral aa)5.4.peptide synthesize5.4.peptide synthesizeProtein synthesis occurs
35、 in three subcellular compartments each contain different machinery in plantMore than 20,000 proteins50-10030-40AG T AC A A A T AGCUGACGGUUUAG T AC A A A T AGCUGACGGUUURNA 聚合酶聚合酶AG T AC A A A T AGCGACGGUUU UAG T AC A A A T AGCGACGGUUU UAG T AC A A A T GCGACGGUUU UAAG T AC A A A T GCGACGUUGU UAAG T A
36、C A A A T GCGACGUGU UAUAG T AC A A A T GCGACGGU UAU UAG T AC A A A T GCGACGGU UAU UAAG T AC A A A T GCGCGGU UAU UA UAG T AC A A A T GGCGGU UAU UA U CAG T AC A A A T GGCGGU UAU UA U CmRNAUCAUG A UUAmRNA细胞质细胞质AG T AC A A A T 细胞核细胞核核孔核孔AG T AC A A A T UCAUG A UUAmRNA细胞质细胞质细胞核细胞核UCAUG A UUAmRNA密码子密码子密码子
37、A A U亮氨酸AC U天门冬氨酸AUG异亮氨酸转运RNA氨基酸A A U亮氨酸AC U天门冬氨酸AUG异亮氨酸A A U亮氨酸AC U天门冬氨酸AUG异亮氨酸UCAUG A UUAmRNA细胞质细胞质UCAUG A UUAA A U亮氨酸AC U天门冬氨酸核糖体核糖体UCAUG A UUAA A U亮氨酸AC U天门冬氨酸UCAUG A UUAA A U亮氨酸AC U天门冬氨酸AUG异亮氨酸UCAUG A UUAA A U亮氨酸AC U天门冬氨酸AUG异亮氨酸肽键肽键UCAUG A UUAA A U亮氨酸AC U天门冬氨酸AUG异亮氨酸UCAUG A UUAA A U亮氨酸AC U天门冬氨酸
38、AUG异亮氨酸肽键肽键UCAUG A UUAA A U亮氨酸AC U天门冬氨酸AUG异亮氨酸UCAUG A UUAA A UAC UAUG亮氨酸天门冬氨酸异亮氨酸5.4.1 Direction of peptide elongation N C R1 O H R2 R3H O H ONCCNCC +NCCH OH H OHH H H R3 R1 O H R2H O H ONCC +NCCNCCH OH H OH H H H机制？H C N HH C H HSCH3C OP OH3 ACCA-O2ACCAP O3-OH2Met+tRNAmetf OH 2 OH 3转酯转酯 aa formylat
39、ionH C N HH C HSCH3C OHHC Oin Prok.f MettRNA metfAminoacyltRNAaain Euk.MettRNA metI AARSAminoacyl tRNA synthetaseR非特异结合位点非特异结合位点 DHU loop特异结合位点特异结合位点 paracodan5.4.2.peptide synthesizea.Initiation Enzyme of translation in Proka.Initiation Enzyme of translation in Prok.IF-1 9.5kd 加强IF-2，IF-3的酶活IF-2 95
40、kd-117kd 促使fMet-tRNA fmet 选择性的结合 在30S亚基上IF-3 20kd 促使30S亚基结合于mRNA起始 部位 具有解离30S与50S亚基的活性Initiation of translation in Prok.IF-2fmetfmet30s-mRNA complexBinary complexGTPCompleteInitiation complexfmetfmetIF3IF3b.Initiation Enzyme 0f translation in Eukb.Initiation Enzyme 0f translation in Euk.eIF2 3种亚基种亚基
41、 形成形成3元起始复合体（元起始复合体（eIF2,GTP,tRNA)eIF2-A 65kd 促使促使Met-tRNAmet与与40S亚基结合亚基结合ieIF1 15kd 促使促使mRNA 与与40S亚基结合亚基结合eIF3 500kd 促使促使mRNA 与与40S亚基结合亚基结合eIF4b 80kd 促使促使mRNA 与与40S亚基结合亚基结合 eIF4a 50kd 促使与促使与mRNA,GTP结合结合eIF4C 19kd 促使两亚基结合促使两亚基结合 eIF5 150kd 释放释放eIF2,eIF3 eIF4e (eIF4f 的亚基的亚基)与与5端帽子结合端帽子结合Initiation of
42、 translation in EukInitiation of translation in Euk.eIF-2GTPMetMetSubunit Initiation ComplexSubunit binding to mRNAMetMetATPADP+Picomplex c.Initiation ribosome complex c.Initiation ribosome complexincluding 8 activetion sites&occupy 20 Nt P site(peptidyl attechment site)A site(Aminoacyl binding site
43、)E site(Exit site of tRNA)5s rRNA site(5s rRNA+TC loop)转位因子转位因子EF/G binding site mRNA binding site peptididyl transferase binding site 延伸因子复合体延伸因子复合体EF-Tu-aa-tRNAaa binding siteComplete initiation Complex of translation Complete initiation Complex of translation Translation domainExit domain membran
44、eExit site5s sitePeptidyl transferaseP siteA siteEF-G siteEF-Tu sitemRNA site20 NtfMetMetfMet-tRNAmetfMet-tRNAmetid.Processing d.Processing initiationinitiation?S.D.Sequence?Scanning sequenceP AInitiationInitiationPAfMetMetAElongation Elongation P AMetAUG APMet AUG UUU CUG UAG PheTs+ADP ATPTuTsGDPTu
45、GTP PheP A AUG UUU CUG UAGMet PheMet PheTsTuGTPTuGDPEF-G be needed for translocation Temperate S 空载的空载的tRNA位于位于E 位点位点核糖体发生变构，核糖体发生变构，A位点开放位点开放对密码的识读准确力提高对密码的识读准确力提高aa-tRNA.EF-Tu.GTP复合体复合体进入进入A 位点位点核糖体核糖体 变构变构 E位点对空载位点对空载tRNA的亲合力下降的亲合力下降放出空载放出空载tRNA形成肽键形成肽键肽链转位肽链转位 P A核糖体滑动核糖体滑动 E位点开放位点开放 23S rRNA的茎环
46、结构的茎环结构 A,E位变构位变构GTP （融解（融解/退火）退火）Terminatio Terminatio of peptide of peptide-When stop codon-When stop codon into ribosome A site into ribosome A siteRelease factor 1/2(or transpeptidase or rRNA ribozyme?)peptide+tRNA+mRNA+large&small subunitComplex disassembleHydrolysisTerminationTerminationM F LP
47、AAUG UUU CUG UAGM F LPA UUU CUG UAGTFM F LPA UUU CUG UAGM F LTF-stop codon-stop codon usage usage（统计学上的规律）（统计学上的规律）-UAA stop codon-UAA stop codon 终止效率高终止效率高UAG易被漏读易被漏读 E.coli 165 genesBacillus 52 genesYeast 105 genes 对对sense codon bias 强强的基因的基因 多选用多选用UAA 对对sense codon bias 弱弱的基因的基因 多选用多选用UGA该基因多选用该基
48、因多选用2 或或3 个个 stop codon-4 Nt-4 Nt终止密码终止密码 终止密码终止密码后后多数具有多数具有U 提出终止密码可能为提出终止密码可能为 (UAAU,UAGU,UGAU)4 Nt stop codonBrown（1990）分析了分析了826个基因个基因5.5.保证保证peptide准确翻译的机制准确翻译的机制DNA replication =10-11RNA transcription =10-4Peptide translation P(准确率准确率)=（1）n(氨基酸的数目氨基酸的数目)N P(=10-2)P(=10-3)P(=10-4)100 36%91.5%99
49、%200 4.9%84%97%1000 0.004%36%90%功能相同的蛋白质，氨基酸序列并非功能相同的蛋白质，氨基酸序列并非100%一致一致 不同物种间，功能相同的蛋白质存在一定的相似度不同物种间，功能相同的蛋白质存在一定的相似度 isozyme enzyme非活性中心区的氨基酸错译非活性中心区的氨基酸错译消耗能量，付出代价。无关宏旨，消耗能量，付出代价。无关宏旨，多此一举多此一举校正校正 生物体容忍蛋白质翻译生物体容忍蛋白质翻译=10-4 !?5.5.1.氨基酸与氨基酸与tRNA间的间的负载专一性负载专一性a)氨基酰氨基酰tRNA合成酶合成酶（AARS）对氨基酸的特异识别与结合对氨基酸的
50、特异识别与结合 AARS;aa binding site,tRNA binding site,ATP site aa binding site 对结构相似的氨基酸的对结构相似的氨基酸的双筛作用双筛作用 例；例；Cys HSCH2CHCOOH NH2 Ala HCH2CHCOOH NH2 Ala-RS结构相似结构相似错误识别错误识别错误负载错误负载 错误翻译错误翻译 Ile H COOH CH3CH2CCH CH3 NH2 Val H COOH CH3CCH CH3 NH2 Ile-RSIn vitro Ile&Val 浓度相等的情况下浓度相等的情况下 200X1XVal-tRNAIle 错误负
