1、本章主要内容本章主要内容翻译系统翻译系统蛋白质生物合成的过程蛋白质生物合成的过程多肽链翻译后的修饰多肽链翻译后的修饰蛋白质的到位蛋白质的到位 基因在原核和真核细胞中最终得到表达基因在原核和真核细胞中最终得到表达原核原核真核真核原料氨基酸，原料氨基酸，20种种mRNA是合成蛋白质的是合成蛋白质的“蓝图（或模板）蓝图（或模板）”tRNA是原料氨基酸的是原料氨基酸的“搬运工搬运工”rRNA与多种蛋白质结合成核糖体与多种蛋白质结合成核糖体,作为合成多肽链的作为合成多肽链的“装配机（操作台）装配机（操作台）”1 蛋白质的翻译系统蛋白质的翻译系统蛋白质翻译系统示意图蛋白质翻译系统示意图 mRNA是遗传信息
2、的载体（载有遗传密码，是遗传信息的载体（载有遗传密码，genetic code），），是合成蛋白质的蓝图（模板），它以一系列三联体密码子是合成蛋白质的蓝图（模板），它以一系列三联体密码子（codon）的形式从）的形式从DNA转录了遗传信息。每个密码子代表一个转录了遗传信息。每个密码子代表一个氨基酸。氨基酸。mRNA占细胞总占细胞总RNA的的5-10%，不稳定，寿命短。，不稳定，寿命短。原核的原核的mRNA 是多顺反子是多顺反子;真核的真核的mRNA 是单顺反子。是单顺反子。1.1 信使信使RNA(mRNA)遗传密码遗传密码 上世纪上世纪60年代，利用均聚核苷酸实验，破译了遗传密码。年代，利用均
3、聚核苷酸实验，破译了遗传密码。遗传密码为三联体（每三个碱基代表一个氨基酸），由遗传密码为三联体（每三个碱基代表一个氨基酸），由5到到3阅读，阅读，无间断。即使在少数重叠基因（如病毒）中，其开放阅读框架（无间断。即使在少数重叠基因（如病毒）中，其开放阅读框架（open reading frame,ORF）仍按此原则。）仍按此原则。起始密码为起始密码为AUG,终止密码为终止密码为UAA，UAG和和UGA。5AUG CCA UGC ACC CGG GUU.CAA UAG 3 Pro Cys Thr Arg Val .Gln 密码有简并性（密码有简并性（degeneracy），即一个氨基酸可由几个密码
4、子表示；），即一个氨基酸可由几个密码子表示；通用性，大多数生物使用同样的遗传密码，但也会有所偏爱。通用性，大多数生物使用同样的遗传密码，但也会有所偏爱。遗遗 传传 密密 码码 表表 原核原核tRNA有有30-40种，真核有种，真核有50-60种，含种，含70-90个核苷酸，个核苷酸，并有多种稀有碱基。并有多种稀有碱基。tRNA是最小的是最小的RNA，占细胞总占细胞总RNA 的的15%左右，其功能左右，其功能是搬运氨基酸和解读密码子。是搬运氨基酸和解读密码子。tRNA 具有具有“四环一臂四环一臂”和和“三叶草三叶草”形的典型结构。形的典型结构。注意：注意：3端端CCA氨基酸受位和反密码子环氨基酸
5、受位和反密码子环1.2 转运转运RNA(tRNA)tRNA的结构的结构“四环一臂四环一臂”倒倒L形的三级结构形的三级结构 tRNA的功能是解读的功能是解读mRNA上的密码子和搬运氨基酸。上的密码子和搬运氨基酸。tRNA上至少有上至少有4 个位点与多肽链合成有关：即个位点与多肽链合成有关：即3CCA氨基酸接受位氨基酸接受位点、氨基酰点、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。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每一个氨基酸有其相应的tRNA携带携带,氨基酸的羧基与氨基酸的羧基与tRNA的的 3 CCA-OH 以酯键结合。而以酯键结合。而tRN
6、A的反密码子可以与的反密码子可以与mRNA上相应的密码上相应的密码 子互补结合子互补结合,以使氨基酸正确以使氨基酸正确“对号入座对号入座”（因为密码子的序列对应于（因为密码子的序列对应于多肽链上多肽链上 的氨基酸序列）。的氨基酸序列）。密码子与反密码子的配对方式密码子与反密码子的配对方式变偶性或摆动性变偶性或摆动性反密码子反密码子5端的碱基与端的碱基与 密码子的第三位配对不严格密码子的第三位配对不严格 核糖体是核糖体是rRNA 与几十种蛋白质的复合体，有大、小两个亚基构成。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（含有合成蛋白质多肽链所必需的酶、起
7、始因子（IF）、延伸因子（）、延伸因子（EF）、）、释放因子（释放因子（RF）等。）等。原核的核糖体（原核的核糖体（70S）=30S小亚基小亚基+50S大亚基大亚基 30S小亚基小亚基:16S rRNA +21种蛋白质种蛋白质 50S大亚基大亚基:23S，5SrRNA+34种蛋白质种蛋白质 真核的核糖体（真核的核糖体（80S）=40S小亚基小亚基+60S大亚基大亚基 40S 小亚基小亚基:18S rRNA+33种蛋白质种蛋白质 60S 大亚基大亚基:28S，5.8S，5SrRNA+45种蛋白质种蛋白质1.3 核糖体（核糖体（ribosome）与核糖体）与核糖体rRNA 沉降系数沉降系数 S 生
8、物大分子在离心场中沉降，受到三种力的影响，它们是离生物大分子在离心场中沉降，受到三种力的影响，它们是离心力，浮力和摩擦力。物质在单位离心力场的沉降速度是个定值，心力，浮力和摩擦力。物质在单位离心力场的沉降速度是个定值，称为沉降系数（称为沉降系数（sedimentation coefficient）。蛋白质、核酸等的沉降系数在蛋白质、核酸等的沉降系数在1 X 10-13到到 200 X 10-13秒秒 之间。之间。为方便将为方便将10-13秒作为一个单位，称秒作为一个单位，称Svedberg单位，用单位，用S表示。表示。其数值不仅与物质分子的质量有关，也与分子的形状有关。其数值不仅与物质分子的质
9、量有关，也与分子的形状有关。rRNA只有只有4-5种，但占细胞种，但占细胞RNA 的大部分的大部分。图为原核生物的两种图为原核生物的两种RNA16S rRNA和和5S rRNA 的结构的结构核糖体的结构核糖体的结构 核糖体有核糖体有4个基本功能个基本功能1.容纳容纳mRNA，并能沿着，并能沿着mRNA由由53 移动，由移动，由tRNA解读其密码；解读其密码；2.氨基酰位点（氨基酰位点（A位点位点），可结合氨基酰），可结合氨基酰-tRNA（AA-tRNA）；）；3.肽酰基位点（肽酰基位点（P位点位点），可结合肽酰基），可结合肽酰基-tRNA（肽（肽-tRNA）；）；4.脱氨基酰脱氨基酰tRNA的
10、出口位的出口位(E位点位点);5.肽酰基转移酶中心，是形成肽酰基转移酶中心，是形成肽键肽键的位点的位点等。等。所有参与合成多肽链的氨基酸都要激活，并由数十种高度专一的所有参与合成多肽链的氨基酸都要激活，并由数十种高度专一的氨基酰氨基酰-tRNA合成酶催化。该酶由两个识别位点，它们能识别特定的合成酶催化。该酶由两个识别位点，它们能识别特定的氨基酸和选择其所对应的氨基酸和选择其所对应的tRNA，使两者连接起来（利用，使两者连接起来（利用ATP）。）。反应如下：反应如下：氨基酸的羧基与氨基酸的羧基与tRNA 的的3端端CCA-OH 以酯键相连，因此其氨基是以酯键相连，因此其氨基是自由的。自由的。2
11、2 蛋白质的生物合成过程蛋白质的生物合成过程2.1 氨基酸的活化氨基酸的活化tRNAAAtRNAATPAA tRNAAMPPPi 氨酰基-合成酶-氨基酸与氨基酸与tRNA的的 连接方式连接方式 翻译起始时，翻译起始时，第一个氨基酸第一个氨基酸一般是甲硫氨酸，一般是甲硫氨酸，其氨基要甲酰其氨基要甲酰化成为甲酰甲硫化成为甲酰甲硫氨酸，予以保护。氨酸，予以保护。甲酰甲酰FH4甲酰基甲酰基MettRNAfmetfMet-tRNA合成酶合成酶fMet-tRNA酯键酯键首先首先IF3、IF1帮助帮助30S小亚基小亚基与与mRNA结合，结合，IF2和和GTP帮助帮助甲酰甲硫氨酸甲酰甲硫氨酸-tRNA与与AU
12、G配配对，接着对，接着IF3脱离，形成脱离，形成30S起始复合物。起始复合物。50S大亚基进入，大亚基进入，IF1和和IF2脱离，形成脱离，形成70S起始起始复合物，需要复合物，需要GTP。甲酰甲硫。甲酰甲硫氨酸氨酸-tRNA处于处于P位。位。2.2 起始复合物的形成起始复合物的形成起始密码起始密码AUG上游的上游的S.D序列序列(一个嘌呤丰富区一个嘌呤丰富区)与其核糖与其核糖体小亚基中体小亚基中16S rRNA的的3端互补结合有利于端互补结合有利于30S起始复合起始复合物的形成物的形成一个嘌呤丰富区一个嘌呤丰富区 起始密码起始密码2.3 肽键的形成和延伸肽键的形成和延伸（注意新的（注意新的A
13、A-tRNA如何定位，第一个肽键如何形成，核糖体如何移动如何定位，第一个肽键如何形成，核糖体如何移动）氨酰基氨酰基tRNA进入进入A位位 新的氨基酸新的氨基酸-tRNA的进位依赖的进位依赖Tu-Ts因子和因子和GTP的协助的协助 肽键的形成肽键的形成 肽键的形成由肽酰基转移酶催化（此酶具有核酶的活性）肽键的形成由肽酰基转移酶催化（此酶具有核酶的活性）原核生物肽链的延长原核生物肽链的延长 核糖体沿着核糖体沿着mRNA 53方向移位，多肽链沿着方向移位，多肽链沿着N端向着端向着C端延伸，端延伸，须有须有EF-G因子和因子和GTP参与，空载的参与，空载的tRNA从从E位点离开位点离开 氨基酸进位，肽
14、链形成和延伸，核糖体沿着氨基酸进位，肽链形成和延伸，核糖体沿着mRNA的的53 方向移位，循环往复，新合成的肽链由方向移位，循环往复，新合成的肽链由N端向着端向着C端不断延端不断延长，直至长，直至mRNA上出现终止密码，相应的肽链释放因子上出现终止密码，相应的肽链释放因子RF1（对（对应应UAA、UAG），），RF2（对应（对应UAA、UGA）占据）占据A位。肽链的位。肽链的合成终止，并从核糖体上释放。合成终止，并从核糖体上释放。核糖体大、小亚基解聚，并进入下一轮合成。核糖体大、小亚基解聚，并进入下一轮合成。2.4 肽链的终止肽链的终止多个核糖体结合在同一条多个核糖体结合在同一条mRNA上，由
15、上，由53进行翻译，形成进行翻译，形成多多核糖体核糖体（polyribosome），以提高翻译的效率），以提高翻译的效率3 3 多肽链的修饰和加工多肽链的修饰和加工 (1)N端修饰端修饰 原核生物修饰时是由肽甲酰基酶除去甲酰基，多数原核生物修饰时是由肽甲酰基酶除去甲酰基，多数情况甲硫氨酸也被氨肽酶除去，真核生物中甲硫氨酸则全部被切除。情况甲硫氨酸也被氨肽酶除去，真核生物中甲硫氨酸则全部被切除。(2)多肽链的水解切除多肽链的水解切除 水解切除其中多余的肽段，使之折叠成为有水解切除其中多余的肽段，使之折叠成为有活性的酶或蛋白质。如酶原激活活性的酶或蛋白质。如酶原激活 (3)氨基酸侧链的修饰氨基酸侧
16、链的修饰 氨基酸侧链的修饰包括羟化、羧化、甲基化氨基酸侧链的修饰包括羟化、羧化、甲基化及二硫链的形成等。及二硫链的形成等。(4)糖基化修饰糖基化修饰 糖蛋白是细胞蛋白质组成的重要成分。它是在翻译糖蛋白是细胞蛋白质组成的重要成分。它是在翻译后的肽链上以共后的肽链上以共 价键与单糖或寡聚糖连接而成。糖基化是在酶催化价键与单糖或寡聚糖连接而成。糖基化是在酶催化下进行的。下进行的。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（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）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。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。本章结束本章结束29谢谢！谢谢！30
