生物信息的傳遞下從mRNA到蛋白質第1頁/共87頁2023/4/182(1)翻譯的起始核糖體與mRNA結合并與氨酰-tRNA生成起始復合物。蛋白質的生物合成步驟：(2)肽鏈的延伸由于核糖體沿mRNA5’端向3’端移動，開始了從N端向C端的多肽合成，這是蛋白質合成過程中速度最快的階段。(3)肽鏈的終止及釋放核糖體從mRNA上解離，準備新一輪合成反應。第2頁/共87頁2023/4/183核糖體是蛋白質合成的場所。mRNA是蛋白質合成的模板。轉移RNA(transferRNA，tRNA)是模板與氨基酸之間的接合體。在合成的各個階段有許多蛋白質、酶和其他生物大分子參與。第3頁/共87頁2023/4/184翻譯：是指將mRNA鏈上的核苷酸從一個特定的起始位點開始，按每3個核苷酸代表一個氨基酸的原則，依次合成一條多肽鏈的過程。第4頁/共87頁2023/4/185蛋白質的合成

第一節遺傳密碼第二節tRNA

第三節核糖體第四節蛋白質合成的生物學機制第5頁/共87頁2023/4/186第一節遺傳密碼密碼子（codon）：也叫三聯體密碼，作為指導蛋白質生物合成的模板，mRNA中每三個相鄰的核苷酸組成三聯體，代表一個氨基酸的信息或作為終止信號，此三聯體核苷酸就稱為密碼子(codon)。第6頁/共87頁2023/4/187第7頁/共87頁2023/4/188開放閱讀框架（openreadingframe，ORF）：又叫可讀框，指由起始密碼子開始，到終止密碼子結束的核苷酸序列。第8頁/共87頁2023/4/1891954，Gamov提出遺傳密碼的問題,43=64;1961，Brenner&Crick：加入或減少1個或2個核苷酸即可導致形成不正常的蛋白質；但加入或減少3個核苷酸常常對蛋白質活性影響不大。一、遺傳密碼（geneticcode）的破譯第9頁/共87頁2023/4/1810

1961，Nirenberg：人工合成多聚尿嘧啶核苷酸指導合成的多肽只含一種氨基酸--苯丙氨酸；

1964，Nirenberg：tRNA結合法。特異的氨酰-tRNA可與核糖體-mRNA結合。mRNA可短至3個堿基。第10頁/共87頁2023/4/18111、密碼的連續性從mRNA的5'端起始密碼子開始，一個密碼子接一個密碼子連續地閱讀直到3’終止密碼子，密碼子間無間斷也無重復，因此密碼子具有連續性。二、遺傳密碼的特點第11頁/共87頁2023/4/1812遺傳密碼的連續性第12頁/共87頁2023/4/18132、密碼的簡并性

一個氨基酸由多個密碼子編碼的現象，稱為簡并；在密碼子第三位堿基中，C-U、A-G往往可以相互替換。第13頁/共87頁2023/4/1814除色氨酸和甲硫氨酸只有一個密碼子外，其它18種氨基酸都有一個以上的密碼子。

第14頁/共87頁2023/4/1815同義密碼子：對應同一個氨基酸的密碼子稱為同義密碼子。密碼子的種類與相應氨基酸在蛋白質中的頻率有一定的相關性。只有精氨酸例外。(P121，圖4-3)第15頁/共87頁2023/4/18163、密碼的通用性與特殊性遺傳密碼無論在體內還是體外，也無論是對病毒、細菌、動物還是植物而言都是適用的，所以密碼子具有通用性。又因為在支原體中，終止密碼子UGA用來編碼色氨酸，在嗜熱四膜蟲中，終止密碼子UAA用來編碼谷氨酰胺。所以密碼子具有特殊性。第16頁/共87頁2023/4/18171）mRNA上密碼子第一、二堿基與tRNA上反密碼子相應堿基形成強配對；密碼專一性主要是由于這兩個堿基的作用；4、密碼子與反密碼子的相互作用(搖擺假說)第17頁/共87頁2023/4/18182）反密碼子的第一個堿基決定一個tRNA能夠解讀密碼子的數目；tRNA反密碼子第1位堿基IUGACmRNA密碼子第3位堿基U,C,AA,GU,CUG第18頁/共87頁2023/4/18193）當一種氨基酸的幾個密碼子中，有頭2個堿基中任一個是不同的，則必須有不同的tRNA。原核生物中大約有30～45種tRNA，真核細胞中可能存在50種tRNA。第19頁/共87頁2023/4/18205.方向性(direction)：指閱讀mRNA模板上的三聯體密碼時，只能沿5’→3’方向進行。第20頁/共87頁2023/4/1821

密碼子AUG與N-甲酰甲硫氨酸-tRNA（tRNAfMet）結合，在原核生物中啟動蛋白質結合，因此AUG被稱為起始密碼子（initiationcodon）；AUG也是甲硫氨酸的密碼子。E.coli中，其它一些密碼子（GUG、UUG、CUG）也可偶爾與tRNAfMet結合，啟動蛋白質合成。三、起始密碼子與終止密碼子第21頁/共87頁2023/4/1822終止密碼子（terminationcodon）：UAA、UAG、UGA；終止密碼子不編碼任何氨基酸，也稱為無義密碼子（nonsensecodon）。第22頁/共87頁2023/4/1823第二節tRNAtRNA的共同特征：1、存在經過修飾的特殊堿基2、3'端均為CCA-OH一、tRNA的結構二級結構：三葉草形第23頁/共87頁2023/4/1824tRNA上的手臂：（1）受體臂：鏈兩端堿基序列互補形成的桿狀結構；3’端有未配對的3～4個堿基；3’端的CCA，最后一個堿基2‘自由羥基可被氨?；＃?）TψC臂（環）其中ψ表示擬尿嘧啶，是tRNA分子所擁有的不常見核苷酸。（3）反密碼臂（環）位于套索中央有三聯反密碼子。

（4）D臂（環）含有二氫尿嘧啶。（5）多余臂（環）5'第24頁/共87頁2023/4/1825一般tRNA有76個堿基，大小在74～95bp之間，主要由于D臂和多余臂的變化引起。第25頁/共87頁2023/4/1826tRNA序列包含許多稀有堿基，主要通過四種標準堿基修飾而來。第26頁/共87頁2023/4/1827tRNA折疊為倒L形，與氨基酸結合的受體臂與反密碼環相互遠離，分別位于兩端；不同的tRNA形狀大體相同又有所差異。tRNA三級結構第27頁/共87頁2023/4/1828第28頁/共87頁2023/4/1829二、tRNA的功能

tRNA在蛋白質合成中為每個三聯密碼子翻譯成氨基酸提供了接合體，為準確無誤地將所需氨基酸運送到核糖體上提供了運送載體，它又被稱為第二遺傳密碼。第29頁/共87頁2023/4/1830每個tRNA與一特定的氨基酸特異共價結合生成有蛋白質合成活性的AA-

tRNA

；含有一個三核苷酸序列的反密碼子，與mRNA上代表該氨基酸的密碼子相互識別并配對。密碼子的識別僅決定于反密碼子，而與氨基酸無關。第30頁/共87頁2023/4/1831三、tRNA的種類起始

tRNA和延伸tRNA：特異地識別mRNA模板上起始密碼子的tRNA叫起始tRNA，其它tRNA統稱為延伸tRNA。校正tRNA：通過反密碼子區的改變把正確的氨基酸加到多肽鏈上的tRNA。同工tRNA：代表相同氨基酸的不同tRNA。第31頁/共87頁2023/4/1832無義突變：指某個核苷酸的改變使代表某個氨基酸的密碼子變成終止密碼子，使蛋白質的合成提前終止，合成無功能或無意義的多肽，這種突變稱為無義突變。錯義突變：指某個核苷酸的變化使一種氨基酸的密碼變成另一種氨基酸的密碼，這種突變稱為錯義突變。第32頁/共87頁2023/4/1833四、氨酰tRNA合成酶氨酰-tRNA合成酶是一類催化氨基酸與tRNA結合的特異性酶。其反應包括兩步:第一步是氨基酸活化生成酶-氨酰腺苷酸復合物。

AA+ATP+酶(E)→E－AA－AMP+PPi第二步是氨?；D移到tRNA3’末端腺苷殘基的2’或3’－羥基上。

E－AA－AMP+tRNA→AA－tRNA+E+AMP第33頁/共87頁2023/4/1834蛋白質合成的真實性主要決定于tRNA能否把正確的氨基酸放到新生多肽鏈的正確位置上，而這一步主要決定于AA－tRNA合成酶是否使氨基酸與對應的tRNA相結合。AA-tRNA合成酶既要能識別tRNA，又要能識別氨基酸，它對兩者都具有高度的專一性。第34頁/共87頁2023/4/1835

生物細胞內，核糖體像一個能沿mRNA模板移動的工廠，執行著蛋白質合成的功能。第三節核糖體（ribosome）第35頁/共87頁2023/4/1836核糖體是由幾十種蛋白質和幾種核糖體RNA（ribosomalRNA，rRNA)組成的亞細胞顆粒。一個細菌細胞內約有20000個核糖體，真核細胞內可達106個。最適條件下，合成一條含400個氨基酸殘基的多肽（～40kD）約需10秒。第36頁/共87頁2023/4/1837

真、原核生物中均由大、小兩個亞基組成，二亞基各含一個主要RNA，稱為核糖體RNA（ribosomalRNA，rRNA）和多種蛋白質。一、核糖體的結構1、核糖體由大小兩個亞基組成36第37頁/共87頁2023/4/183836第38頁/共87頁2023/4/1839核糖體的三種形式：核糖體、核糖體亞基、多核糖體（polyribosome/polysome）核糖體進行周期性的解離-聚合第39頁/共87頁2023/4/1840多核糖體（polysome）電鏡照片第40頁/共87頁2023/4/1841原核生物核糖體由約2/3的RNA及1/3的蛋白質組成。真核生物核糖體中RNA占3/5，蛋白質占2/5。第41頁/共87頁2023/4/18422、核糖體蛋白(ribosomalprotein,r-蛋白）核糖體上有多個活性中心，每個中心都由一組特殊的核糖體蛋白質構成。核糖體是一個許多酶的集合體，單個酶或蛋白只有在這個總體結構內才擁有催化性質，它們在這一結構中共同承擔了蛋白質生物合成的任務。大腸桿菌核糖體小亞基由21種蛋白質組成，大亞基由36種蛋白質組成。真核細胞核糖體大亞基含有49種蛋白質，小亞基有33種蛋白質。第42頁/共87頁2023/4/18433、核糖體RNA(1)5SrRNA細菌5SrRNA含有120或116個核苷酸。5SrRNA有兩個高度保守的區域。保守序列CGAAC，與tRNA分子TψC環上的GTψCG序列互補。保守序列GCGCCGAAUGGUAGU，與23SrRNA中的一段序列互補，這是5SrRNA與50S核糖體大亞基相互作用的位點。第43頁/共87頁2023/4/1844（2）、16SrRNA其長度在1475-1544個核苷酸之間，含有少量修飾堿基。該分子全部壓縮在30S小亞基內。16SrRNA的結構十分保守，其中3‘端一段ACCUCCUUA的保守序列，與mRNA5’端翻譯起始區富含嘌呤的序列互補。在16SrRNA靠近3'端處還有一段與23SrRNA互補的序列，在30S與50S亞基的結合中起作用。第44頁/共87頁2023/4/1845（3）、23SrRNA

23SrRNA包括2904個核苷酸。在大腸桿菌23SrRNA第1984～2001核苷酸之間，存在一段能與tRNAMet序列互補的片段。在23SrRNA靠近5‘端(143-157位核苷酸之間)有一段12個核苷酸的序列與5SrRNA上第72-83位核苷酸互補。第45頁/共87頁2023/4/1846（4）、5.8SrRNA

5.8

SrRNA是真核生物核糖體大亞基特有的rRNA，長度為160個核苷酸，含有與原核生物5SrRNA中保守序列相同的序列，與5SrRNA具有相似的功能。第46頁/共87頁2023/4/1847（5）、18SrRNA

酵母18SrRNA由1789個核苷酸組成，它的3'端與大腸桿菌16SrRNA有廣泛的同源性。其中酵母18SrRNA、大腸桿菌16SrRNA和人線粒體12SrRNA在3’端有50個核苷酸序列相同。（6）、28SrRNA

長度約在3890～4500bp左右。第47頁/共87頁2023/4/184816SrRNA3’端與mRNA直接相互作用；5SrRNA與tRNATψC環上GTψCG

序列作用；16SrRNA

直接與A、P位點的tRNA反密碼子作用；23SrRNA

則與A、P位點的肽酰-tRNA

的CCA

末端作用；16S、23S均參與亞基間的相互作用。rRNA與tRNA、mRNA之間以及rRNA之間存在的聯系第48頁/共87頁2023/4/18494、核糖體有3個tRNA結合位點⑴A位：又稱受位或氨酰基位，可與新進入的氨基酰tRNA結合；由大、小亞基成分構成。⑵P位：又稱給位或肽?；唬膳c延伸中的肽?；鵷RNA結合；由大、小亞基成分構成。⑶E位：又稱排出位，空載tRNA脫離核蛋白體前的結合位點；主要由大亞基成分構成。第49頁/共87頁2023/4/1850原核生物翻譯過程中核蛋白體結構模式A位：氨基酰位(aminoacylsite)P位：肽酰位(peptidylsite)E位：排出位(exitsite)第50頁/共87頁2023/4/18515、核糖體的酶活性1.轉肽酶活性：將給位上的肽?；D移給受位上的氨基酰tRNA，形成肽鍵；由大亞基成分構成。2.GTPase活性：水解GTP，獲得能量；分別由大、小亞基成分構成。3.起動因子、延長因子及釋放因子的結合位點：分別由大、小亞基成分構成。第51頁/共87頁2023/4/1852二、核糖體的功能

核糖體包括多個活性中心，即mRNA結合部位、接受AA-tRNA部位(A位)、結合肽酰－tRNA的部位(P位)、肽基轉移部位及形成肽鍵的部位(轉肽酶中心)。此外，還有負責肽鏈延伸的各種延伸因子的結合位點。第52頁/共87頁2023/4/1853核糖體小亞基負責對模板mRNA進行序列特異性識別，如起始部分的識別、密碼子與反密碼子的相互作用等，mRNA的結合位點也在小亞基上。

大亞基負責攜帶AA及tRNA的功能，包括肽鍵的形成、AA-tRNA與肽酰-tRNA的結合等。第53頁/共87頁2023/4/1854第四節蛋白質合成的生物學機制蛋白質的合成氨基酸活化翻譯的起始肽鏈的延伸肽鏈的終止新合成多肽鏈的折疊和加工第54頁/共87頁2023/4/1855第55頁/共87頁2023/4/1856一、氨基酸的活化氨基酸與tRNA結合形成氨酰-tRNA，反應在細胞質進行。

tRNA末端最后一個堿基五碳糖3’自由羥基（-OH）被氨?；?。AA+ATPAA-AMP+PPiAA-tRNA+AMPtRNA氨酰-tRNA合成酶氨酰-tRNA合成酶基本反應：至少有20種氨酰-tRNA合成酶（aminoacyl-tRNAsynthetase）第56頁/共87頁2023/4/1857氨基酸的活化與攜帶反應由氨基酰tRNA合成酶催化。該酶具有較高的專一性，即能識別特定的氨基酸，又能識別與此氨基酸對應的tRNA特定的tRNA與相應的氨基酸結合，生成氨基酰tRNA，從而由tRNA攜帶活化的氨基酸參與蛋白質的生物合成。氨基酰-tRNA合成酶氨基酸+tRNA氨基酰-tRNAATP

AMP＋PPi氨基酰-tRNA合成酶第57頁/共87頁2023/4/1858氨基酰-tRNA合成酶對底物氨基酸和tRNA都有高度特異性。氨基酰-tRNA的表示方法：Ala-tRNAAla

Ser-tRNASerMet-tRNAMet

第58頁/共87頁2023/4/1859能夠識別mRNA中5′端起始密碼AUG的tRNA是一種特殊的tRNA，稱為起始tRNA。在原核生物中，起始tRNA是一種攜帶甲酰甲硫氨酸的tRNA，即fMet-tRNAifmet；而在真核生物中，起始tRNA是一種攜帶甲硫氨酸的tRNA，即Met-tRNAimet。在原核生物和真核生物中，均存在另一種攜帶甲硫氨酸的tRNA，識別非起動部位的甲硫氨酸密碼AUG。

起始tRNA第59頁/共87頁2023/4/1860識別mRNA上的密碼子第60頁/共87頁2023/4/1861二、蛋白質合成的起始N-甲酰甲硫氨酸所有細菌蛋白質合成的第一個氨基酸都是N-甲酰甲硫氨酸（fMet）。兩種tRNAMet：tRNAiMet，tRNAMet；只有tRNAiMet上的氨基酸可以甲?；?；合成：Met-tRNAfMet

fMet-tRNAiMet甲酰轉酶N10-甲酰四氫葉酸1、原核生物蛋白質合成的起始第61頁/共87頁2023/4/1862蛋白質合成的起始需要核糖體大小亞基、起始tRNA和幾十個蛋白因子。在mRNA編碼區5'端形成核糖體-mRNA-起始tRNA復合物并將甲硫氨酸放入核糖體P位點。起始復合物的生成需要GTP提供能量，需要Mg2＋、NH4＋及3個起始因子(IF-l、IF-2、IF-3)的參與。第62頁/共87頁2023/4/1863與多肽鏈合成起始有關的蛋白因子稱為起始因子（initiationfactor，IF）。與多肽鏈合成的延伸過程有關的蛋白因子稱為延長因子（elongationfactor，EF）與多肽鏈合成終止并從核蛋白體上釋放有關的蛋白因子稱為釋放因子（releasefactor，RF）第63頁/共87頁2023/4/1864起始因子蛋白質合成的啟動必須有起始因子參加，形成核糖體-mRNA-tRNA三元復合物。起始因子：蛋白質合成起始階段特異地與小亞基結合的蛋白質。第64頁/共87頁2023/4/1865起始密碼子AUG上游約10bp處有一段5′AGGAGGU3′序列，稱為Shine-Dalgarno序列（SD序列），與16SRNA3′端的3′UCCUCCACUAG5′互補。原核16SrRNA存在一段富含嘧啶的序列，二者之間可通過堿基配對，使mRNA與核蛋白體小亞基結合。起始密碼子的正確選讀第65頁/共87頁2023/4/1866翻譯的起始：第一步，30S小亞基首先與翻譯起始因子IF-l，IF-3結合，通過SD序列與mRNA模板相結合。第二步，在IF-2和GTP的幫助下，fMet-tRNAfMet進入小亞基的P位，tRNA上的反密碼子與mRNA上的起始密碼子配對。第三步，帶有tRNA、mRNA及3個翻譯起始因子的小亞基復合物與50S大亞基結合，GTP水解，釋放翻譯起始因子。第66頁/共87頁2023/4/1867多順反子mRNA中，核糖體可分別結合在各基因起點以起始合成。第67頁/共87頁2023/4/18682、真核生物蛋白質合成的起始真核生物翻譯起始機制與原核生物基本相同，其差異是核糖體較大、起始因子較多、mRNA有m7GpppNp帽子、Met-tRNAMet不甲酰化，mRNA5’端的帽子和3’端的多聚A都參與形成翻譯起始復合物。第68頁/共87頁2023/4/1869除了識別帽子結構以外，40S小亞基還能識別mRNA上的起始密碼子AUG。

40S小亞基識別起始密碼子的“掃描模型”：40S小亞基先結合在mRNA5'端的任何序列上，然后沿mRNA移動直至遇到AUG發生較為穩定的相互作用，最后與60S亞基一道生成80S起始復合物。第69頁/共87頁2023/4/1870三、肽鏈的延伸當第一個氨基酸與核糖體結合以后，按照mRNA模板密碼子的排列，氨基酸通過新生肽鍵的方式被有序地結合上去。每加一個AA是一個循環，每個循環包括AA-tRNA與核糖體結合、肽鍵的生成和移位。第70頁/共87頁2023/4/18711.進位（entrance）：即與mRNA下一個密碼相對應的氨基酰tRNA進入核蛋白體的A位。此步驟需GTP，Mg2+，和EF-T參與。第71頁/共87頁2023/4/18722.成肽是由轉肽酶(transpeptidase)催化的肽鍵形成過程。即在轉肽酶的催化下，將給位上的tRNA所攜帶的甲酰甲硫氨酰基或肽酰基轉移到受位上的氨基酰tRNA上，與其-氨基縮合形成肽鍵。此步驟需Mg2+，K+。第72頁/共87頁2023/4/1873第73頁/共87頁2023/4/1874延長過程中肽鏈的生成肽基轉移酶第74頁/共87頁2023/4/18753.轉位/移位（translocation）：延長因子EF-G有轉位酶(translocase)活性，可結合并水解1分子GTP，促進核蛋白體向mRNA的3'側移動相當于一個密碼的距離，同時使肽酰基tRNA從A位移到P位。此步驟需GTP和Mg2+參與。此時，核蛋白體的A位留空，與下一個密碼相對應的氨基酰tRNA即可再進入，重復以上循環過程，使多肽鏈不斷延長。已失去蛋氨?；螂孽；膖RNA從核蛋白體E位上脫落。第75頁/共87頁2023/4/1876第76頁/共87頁2023/4/1877核蛋白體循環的反應過程第77頁/共87頁2023/4/1878是指在蛋白質合成中，每向肽鏈中加入一個氨基酸時，與