蛋白質(zhì)合成及轉(zhuǎn)運第一頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期二*翻譯（translation）指以新生的mRNA為模板，把核酸中由A、G、C、U四種符號組成的遺傳信息，破譯為蛋白質(zhì)分子中20種氨基酸排列順序。

模板：mRNA

原料：20種編碼氨基酸

氨基酸運載體：tRNA

場所：核蛋白體

酶：氨基酰-tRNA合成酶、轉(zhuǎn)肽酶

蛋白質(zhì)因子：IF、EF、RF

能量（ATP、GTP）第二頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期二（一）mRNA是蛋白質(zhì)合成的模板StartofgeneticmessageCapEndTail5-端非翻譯區(qū)533-端非翻譯區(qū)開放閱讀框架從mRNA5-端起始密碼子AUG到3-端終止密碼子之間的核苷酸序列，稱為開放閱讀框架(openreadingframe,ORF)。一、蛋白質(zhì)合成的分子基礎(chǔ)第三頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期二遺傳密碼開放閱讀框架內(nèi)每3個堿基組成的三聯(lián)體，決定一個氨基酸，稱為遺傳密碼。起始密碼子(initiationcodon)：AUG終止密碼子(terminationcodon)：UAA、UAG、UGA密碼子（codon）起始密碼子和終止密碼子：第四頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期二遺傳密碼的破譯1954年Gamov對遺傳密碼進行探討，提出三聯(lián)體(triplet)1961年FrancisH.C.Crick的實驗結(jié)果表明三聯(lián)體密碼學(xué)說正確，提出遺傳信息在核酸分子上以非重疊、無標點、三聯(lián)體的方式編碼同年，F(xiàn)ran?oisJacob和JacquesMonod證明了mRNA的存在第五頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期二Nirenberg等人工合成mRNA并尋找氨基酸和三連密碼子的關(guān)系Nirenberg用均聚核糖核苷酸作模板指導(dǎo)多聚氨基酸合成，破譯PolyU、polyA、polyC是最早破譯的密碼子Khorana等用化學(xué)合成結(jié)合酶促反應(yīng)合成含二三四核苷酸重復(fù)序列的多聚核苷酸作模板找出氨基酸的密碼子1966年完全確定編碼20種氨基酸的密碼子（全部64個密碼子）第六頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期二-1966：破譯遺傳密碼NobelPrizein1968RobertW.HolleyHarGobindKhoranaMarshallNirenberg第七頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期二利用重復(fù)共聚物破譯密碼第八頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期二20種氨基酸的遺傳密碼字典第九頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期二密碼的基本單位密碼的簡并性（degeneracy）密碼的變偶性/擺動性（wobble）密碼的通用性（universal）遺傳密碼的基本特性第十頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期二密碼的基本單位密碼的閱讀方向是5→3密碼為不重疊，無標點的三聯(lián)體密碼翻譯時許從起始密碼AUG開始確定閱讀框架（readingframe）移碼突變是非常嚴重的突變第十一頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期二翻譯時遺傳密碼的閱讀方向是5′→3′，即讀碼從mRNA的起始密碼子AUG開始，按5′→3′的方向逐一閱讀，直至終止密碼子。NC肽鏈延伸方向5′3′讀碼方向第十二頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期二基因損傷引起mRNA閱讀框架內(nèi)的堿基發(fā)生插入或缺失，可能導(dǎo)致框移突變(fram-shiftmutation)。纈脯蘇天冬纈丙酪甘纈丙絲精第十三頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期二密碼的簡并性（degeneracy）一個氨基酸可具有多個密碼子氨基酸密碼子數(shù)目與該氨基酸殘基在蛋白質(zhì)中的使用頻率有關(guān)，頻率越大密碼子數(shù)越多第十四頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期二密碼的變偶性（wobble）密碼子專一性取決于前兩個密碼子，第三個密碼子作用有限，tRNA上的反密碼子與mRNA密碼子配對時前兩位堿基配對嚴格第三位堿基可有一定變動這個現(xiàn)象稱變偶性。即一個tRNA反密碼子可識別多個簡并密碼子。在tRNA反密碼子中除A、U、G、C四種堿基外，經(jīng)常出現(xiàn)次黃嘌呤（I）?？膳cU、A、C配對，使次黃嘌呤反密碼子可識別更多的反密碼子。實驗證明，酵母丙氨酸反密碼子IGC可閱讀GCU、GCC、GCA。第十五頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期二U321123擺動配對第十六頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期二變偶性第十七頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期二反密碼子第一位堿基密碼子第三位堿基AUCGGU、CUA、GIU、C、A反密碼子與密碼子之間的堿基配對第十八頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期二LeuGluLysAlaGlyValSerAspGlnAsnIleThrProMetPheTryHisArgTrpCys密碼子數(shù)108642123456蛋白質(zhì)中殘基的百分數(shù)第十九頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期二密碼的通用性（universal）和變異性（variability）從簡單的病毒到高等的人類，幾乎使用同一套遺傳密碼，因此，遺傳密碼表中的這套“通用密碼”基本上適用于生物界的所有物種，具有通用性。密碼的通用性進一步證明各種生物進化自同一祖先。線粒體以及少數(shù)生物體的密碼子有變異。第二十頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期二已知的線粒體變異密碼子第二十一頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期二密碼防錯系統(tǒng)密碼編排方式使得密碼子中一個堿基被置換結(jié)果常是編碼相同的氨基酸或以物理化學(xué)性質(zhì)相近的氨基酸取代。使基因突變造成的傷害降到最低限度。第二十二頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期二防錯系統(tǒng)第二十三頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期二原核生物和真核生物mRNA的比較第二十四頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期二第二十五頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期二起始密碼的選擇原核第二十六頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期二mRNA是蛋白質(zhì)合成的模板辨認起始密碼子是翻譯起始的必須步驟：確定閱讀框架按照不重疊三聯(lián)體密碼子翻譯產(chǎn)生對應(yīng)的氨基酸并形成肽鍵當(dāng)?shù)竭_終止密碼時，合成結(jié)束，肽鏈釋放通常終止密碼不止一個，而是連續(xù)出現(xiàn)2-3個終止密碼對于某些病毒，如果中間有起始密碼，則一條mRNA可產(chǎn)生2條或多條肽鏈第二十七頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期二閱讀框架第二十八頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期二反密碼環(huán)氨基酸臂（二）tRNA轉(zhuǎn)運活化的氨基酸至mRNA模板上第二十九頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期二tRNA的接頭（adaptor）作用3′-端上的氨基酸接受位點識別氨酰-tRNA合成酶的位點核糖體識別位點反密碼子位點第三十頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期二密碼子-反密碼子的識別tRNA憑借自身的反密碼子與mRNA鏈上的密碼子相識別，把所帶氨基酸放到肽鏈的一定位置。密碼子與反密碼子的閱讀方向均為5′3′，兩者反向平行配對。第三十一頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期二基因間的校正突變3-A-U-C-55-U-A-G-3突變tRNATyr

的反密碼子（正常時應(yīng)為3-A-U-G-5）此終止密碼被讀作TyrGluH2NCOOH第一個突變：由于DNA突變使mRNA分子中GAG變?yōu)閁AGGAG(Glu)UAG（終止密碼）H2NCOOHTyrH2NCOOH第二個突變：tRNATyr的反密碼子GUA突變成CUA突變tRNATyr可以將終止密碼UAG讀作Tyr第三十二頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期二

氨基酰-tRNA合成酶具有絕對專一性，對氨基酸、tRNA兩種底物都能高度特異性地識別。氨基酰-tRNA合成酶具有校正活性。氨基酸+ATP+tRNA氨基酰-tRNA+AMP+ppi

Mg2+氨基酰-tRNA合成酶氨基酸活化形成氨基酰-tRNA第三十三頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期二氨基酰-tRNA的表示方法：Ala-tRNAAla

Ser-tRNASerMet-tRNAMet

真核生物：Met-tRNAiMet原核生物：fMet-tRNAifMet起始肽鏈合成的氨基酰-tRNA第三十四頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期二tRNA3′末端第三十五頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期二N-甲酰甲硫氨酸(fmet)的合成第三十六頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期二（三）核蛋白體（核糖體）是肽鏈合成的場所

30S60S40S50S70S80S第三十七頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期二原核生物翻譯過程中核蛋白體結(jié)構(gòu)模式:A位：氨基酰位(aminoacylsite)P位：肽酰位(peptidylsite)E位：排出位(exitsite)第三十八頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期二核糖體結(jié)構(gòu)與功能A位點（氨酰基位點）結(jié)合氨酰-tRNA的位點P位點（肽?；稽c）結(jié)合肽酰-tRNA的位點第三十九頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期二第四十頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期二分為三個階段翻譯的起始翻譯的延長翻譯的終止以原核生物為例

二、翻譯的步驟第四十一頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期二參與原核生物翻譯的各種蛋白質(zhì)因子及其生物學(xué)功能種類生物學(xué)功能起始因子IF-1占據(jù)A位防止結(jié)合其他tRNAIF-2促進起始tRNA與小亞基結(jié)合IF-3促進大小亞基分離，提高P位對結(jié)合起始tRNA的敏感性延長因子EF-Tu促進氨基酰-tRNA進入A位，結(jié)合并分解GTPEF-Ts調(diào)節(jié)亞基EF-G有轉(zhuǎn)位酶活性，促進mRNA-肽酰-tRNA由A位移至P位，促進tRNA卸載與釋放釋放因子RF-1特異識別UAA、UAG，誘導(dǎo)轉(zhuǎn)肽酶轉(zhuǎn)變?yōu)轷ッ窻F-2特異識別UAA、UGA，誘導(dǎo)轉(zhuǎn)肽酶轉(zhuǎn)變?yōu)轷ッ窻F-3可與核蛋白體其他部位結(jié)合，有GTP酶活性，能介導(dǎo)RF-1及RF-2與核蛋白體的相互作用第四十二頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期二翻譯的起始

翻譯起始是把帶有甲酰甲硫氨酸的起始tRNA連同mRNA結(jié)合到核蛋白體上，生成翻譯起始復(fù)合物（translationalinitiationcomplex），此過程需要多種起始因子的參與。第四十三頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期二識別mRNA的起始密碼子為AUG，AUG對應(yīng)的氨基酸為Met。有兩種甲硫氨酸專一性的tRNA：tRNAiMet—只與起始密碼子結(jié)合tRNAMet—只與肽鏈內(nèi)部的AUG有關(guān)在原核生物中，多肽鏈起始的氨基酸均為甲酰甲硫氨酸。

第四十四頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期二4.核蛋白體大亞基結(jié)合原核生物起始復(fù)合物的生成1.核蛋白體亞基的分離2.mRNA在核蛋白體小亞基上就位3.fmet-tRNAf的結(jié)合70S第四十五頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期二70S起始復(fù)合物(70Sinitiationcomplex)30S亞基-mRNA-50S亞基-fMet-tRNAMet復(fù)合物。此時fMet-tRNAMet占據(jù)著P位，而A位暫為空位，等待能與第二個密碼子匹配的氨酰-tRNA進位。第四十六頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期二SD序列：大腸桿菌mRNA起始密碼AUG的上游8~13個核苷酸處，有4~6個核苷酸組成的富含嘌呤的序列。這一序列以AGGA為核心，稱之為SD序列。該序列與30s小亞基上16srRNA3’-端富含嘧啶序列結(jié)合，穩(wěn)固了mRNA與小亞基的結(jié)合。因此又稱為核蛋白體結(jié)合位點（ribosomalbindingsite，RBS）。核蛋白體小亞基蛋白第四十七頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期二SD序列第四十八頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期二IF-3IF-1核蛋白體大小亞基分離第四十九頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期二AUG5'3'IF-3IF-1mRNA在小亞基定位結(jié)合第五十頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期二IF-3IF-1IF-2GTP起始氨基酰tRNA(fMet-tRNAimet)結(jié)合到小亞基AUG5'3'第五十一頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期二IF-3IF-1IF-2GTPGDPPi核蛋白體大亞基結(jié)合，起始復(fù)合物形成AUG5'3'第五十二頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期二IF-3IF-1AUG5'3'IF-2GTPIF-2-GTPGDPPi第五十三頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期二肽鏈的延長翻譯過程的肽鏈延長有3個重復(fù)的延伸反應(yīng)。進位/注冊（registration）轉(zhuǎn)肽（transpeptidation）移位（translocation）第五十四頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期二進位

指氨基酰-tRNA根據(jù)遺傳密碼的指引，進入核蛋白體的A位。需EF-T的協(xié)助。PA第五十五頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期二延長因子EF-T催化進位（原核生物）

第五十六頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期二TuTsGTPGDPAUG5'3'TuTsGTP第五十七頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期二轉(zhuǎn)肽A、P位的氨基酸形成肽鍵PAPAP位上tRNAimet所攜帶的甲酰甲硫氨酰（fmet）轉(zhuǎn)移到A位，與A位上的氨基酸形成肽鍵生成的二肽酰-tRNA在A位P位上無負載的tRNA第五十八頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期二移位延長因子EF-G有轉(zhuǎn)位酶(translocase)活性，可結(jié)合并水解1分子GTP，促進核蛋白體向mRNA的3'側(cè)移動。第五十九頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期二fMetAUG5'3'fMetTuGTP第六十頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期二進位轉(zhuǎn)位成肽*肽鏈延伸方向：N端C端第六十一頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期二肽鏈延長通過以上三步，完成了氨基酸的一輪添加。每延伸一個氨基酸，需要消耗2分子GTP→GDP。(進位和移位)隨著核糖體在mRNA上從5'→3'方向滑動，新生鏈從N端→C端延伸。mRNA上的核苷酸序列被“翻譯”成多肽鏈上的氨基酸序列每添加1個氨基酸需要消耗4個高能鍵第六十二頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期二原核肽鏈合成終止過程第六十三頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期二終止相關(guān)的蛋白因子稱為釋放因子(releasefactor,RF)一是識別終止密碼；二是誘導(dǎo)轉(zhuǎn)肽酶改變?yōu)轷ッ富钚葬尫乓蜃拥墓δ茉松镝尫乓蜃樱篟F-1，RF-2，RF-3第六十四頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期二UAG5'3'RFCOO-第六十五頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期二多聚核蛋白體(polysome)——使蛋白質(zhì)合成高速、高效進行。第六十六頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期二四環(huán)素族氯霉素鏈霉素和卡那霉素嘌呤霉素放線菌酮蛋白質(zhì)合成的抑制劑第六十七頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期二蛋白質(zhì)生物合成的抑制劑嘌呤霉素

puromycin結(jié)構(gòu)類似氨基酰-tRNA，與后者競爭，形成轉(zhuǎn)肽反應(yīng)中氨基酰異常復(fù)合體鏈霉素

streptomycin能與30S-亞基結(jié)合四環(huán)素

tetracyclines能阻斷氨基酰-tRNA進入A位點氯霉素

chloramphenicol能阻斷70S核糖體中的50S大亞基的肽酰轉(zhuǎn)移酶的活性放線菌酮cycloheximide被認為與氯霉素的作用類似，但它主要作用于真核生物的80S核糖體中的60S亞基紅霉素erythromycin與50S大亞基結(jié)合，并阻斷移位作用，將肽酰-tRNA"凍結(jié)"在A位點上第六十八頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期二真核生物多肽鏈的合成真核細胞核糖體比原核細胞核糖體更大更復(fù)雜起