蛋白質的合成與轉運培訓課件遺傳密碼所謂遺傳密碼就是氨基酸三聯體決定氨基酸的對應關系DNA是遺傳信息的攜帶分子任何一種生物的細胞，其DNA含量都是恒定的，不受外界環境、營養條件和細胞本身代謝狀態的影響。單倍體生殖細胞的DNA含量正好是雙倍體體細胞的一半。DNA含量與生物機體的復雜性有關，機體越復雜，遺傳信息量越大，就越需要越多遺傳物質攜帶遺傳信息。但是細胞DNA含量與進化程度并不是簡單的平行關系，相等進化程度的生物在不同物種之間的DNA含量可以差別很大。不少動植物物種的細胞DNA含量遠大于人類細胞平均DNA含量５.０６ｐｇ，這種現象叫做C值詳謬。造成此現象的原因在于基因組DNA存在重復序列；基因組除染色體基因外還有染色體外基因和細胞器基因。多倍體現象使物種間細胞含量有很大差別。DNA的信息量只與DNA的復雜度有關，DNA的復雜度是指單倍體細胞基因組DNA非重復序列的堿基對數，并不相等于細胞DNA的含量。信息量（ｌ）與概率（Ｐ）有關，可按公式：ｋ是常數，Ｐ由DNA的堿基對數（ｎ）決定生物在進化過程中，借助基因擴增和重組，基因組DNA變大，信息量增加。隨機突變經中性飄移而固定，增加了生物的多樣性。DNA的大小只表明它可編碼信息的量，它實際具有的編碼的量，是在進化過程中通過自然選擇而獲得的。DNA是細菌的轉化因子、病毒是游離的遺傳因子非致病的R型肺炎球菌可被存在于S型菌種一種耐熱成分轉化為Ｓ型，其轉化因子是DNA，DNA是遺傳物質最令人信服的證據是是噬菌體感染大腸桿菌的研究。１９５２年HｅｒｓｈｅｙＡＤ和ChaseM用標記T２噬菌體，用標記噬菌體蛋白值，然后用此標記的是具體去感染大腸桿菌。經短暫培養后，將培養物置于勻漿器中攪拌數分鐘，使吸附在大腸桿菌表面的噬菌體脫落。通過離心，菌體沉淀在管底，則Ｔ２噬菌體顆粒則留在上清液中。結果發現，上清液中可檢測到標記物，而卻留在管底菌體內。這個實驗說明，噬菌體感染大腸桿菌的過程是將它的DNA注入噬菌體內，而蛋白值空殼仍留在外面，這就有力的證明，噬菌體DNA攜帶了噬菌體的全部遺傳信息，也即是噬菌體的遺傳物質是DNA，而不是蛋白質。受其啟發才提出DNA的雙螺旋模型RNA傳遞和加工遺傳信息RNA是單鏈分子，并可自身回折形成局部雙螺旋，再折疊成特殊的空間結構，這就是RNA既能像DNA那樣貯存和傳遞遺傳信息，又能像蛋白質那樣具有催化和調節功能，所謂RNA的信息加工是指RNA在傳遞遺傳信息過程中進行抽提信息、轉換信號、消除差錯、調節信息流等作用。轉錄水平的調節使得細胞在不同環境和時空下，表達不同基因編碼的信息。但轉錄是一個傳真的過程，轉錄初產物常常要經過一系列的加工才能成為成熟的，有功能的RNA。一般性加工：切割、修剪、添加、修飾和異構化，不改變編碼序列編碼序列加工：包括拼接、編輯、再編碼，則改變了RNA的序列，也改變了攜帶的遺傳信息。RNA的拼接真核生物的基因通常都是斷裂基因，保留在成熟RNA中的序列稱為外顯子，插入的非編碼序列稱為內含子。內含子在轉錄后加工過程被刪除。拼接是一個抽提信息過程的，從轉錄初產物中將編碼序列拼接出來，形成完整有意義的表達信息。通過選擇性拼接，一個基因可以編碼多條多肽鏈，這些多肽鏈稱為同源體，它們是一些有意義結構不同的不同組合。在這里已不再是“一個基因一條多肽鏈”的對應關系，而是“一個基因多個肽鏈”，或者反過來說“一條多肽鏈一個基因”。基因和其產物是在長期進過過程中形成的，生物合成在一定程度上重復了這一過程。基因和蛋白質在進化過程中由一些模塊經過隨機組合和自然選擇而產生，拼接反映了這一歷程，并因具有生物學意義而被保留。拼接的生物學意義就在于：它是基因表達調節的一個重要環節，并還能成為產生新的基因和新的蛋白質的基礎。基因突變多數是有害的，或是中性的，有益突變的概率極低。拼接產生的突變則于此不同。當基因點突變產生一個新的拼接點時，在產生新的拼接物同時還保留著舊的拼接產物。如果新的拼接產物無用，該拼接點逐漸被淘汰；而新的拼接產物有用，就可通過選擇保留該突變，這是十分有效的進化方式。RNA的編輯RNA的序列可以通過斷裂和再連接反應插入或刪除若干核苷酸，或通過酶促脫氨和氨基化反應改變堿基，因而改變編碼信息。這就破壞了基因與蛋白質的共線性關系。RNA的編輯需要提供信息，或者來自知道RNA（gRNA，引導RNA，真核生物中參與ＲＮＡ編輯的具有與mRNA互補序列的RNA）或者來自編輯RNA自身（幫助酶識別編輯位點）RNA編輯可消除基因編碼移碼突變或無義突變所帶來的危害，同過編輯恢復正確的閱讀框架，選擇性編輯，為生物發育的基因調節提供了一種途徑，甚至為大腦的學習記憶提供了可能的機制。RNA編輯作為一種信息加工過程，在基因的進化中起到一定的作用。RNA的譯碼和再編碼譯碼是RNA信息加工最核心的作用。蛋白質的編碼信息以三聯體密碼形式編碼在核酸分子上，表達時由RNA翻譯成蛋白質。所以被成為翻譯是因在在核酸分子中使用的是核苷酸語言，在蛋白質分子中使用的是氨基酸語言，在這里由一種語言轉變為另一種語言。參與翻譯的RNA有三類：mRNA傳遞基因的遺傳信息，起模板的作用。tRNA轉移氨基酸，起信號轉換器的作用；rRNA組織蛋白合成的裝配線，催化肽鍵形成，起裝配者的作用。蛋白質翻譯或許是生物體內最復雜的過程，為了保證高效率和準確性，除了上述三種RNA外，至少有近百種蛋白質參與作用，僅核糖體蛋白就有幾十種基因在復制或表達過程中發生的差錯，可通過解碼即譯碼環節來糾正。某些tRNA能校正基因的有害突變，稱為校正ｔRNA。校正tRNA通常是因為反密碼子改變，不按常規引入氨基酸，卻起到了校對的功能。基因突變造成了密碼子的改變成為錯義突變。基因突變使有義密碼子變成無義密碼子稱為無義突變。對應三種終止密碼子，無義突變有琥珀型（UAG）、赭石型（UAA）和乳白型（UGA）三種。校正ｔRNA或是在錯義密碼子處引入正確氨基酸（情況少見），或是在無義突變造成的終止密碼子處引入一個氨基酸，使多肽鏈得以繼續合成，引入氨基酸取決于校正ｔRNA的種類，往往非原來的氨基酸，說明正常翻譯終止還有其他的信號。蛋白質的結構信息編碼在核酸分子當中，通過ｍRNA、ｔRNA和ｒRNA之間的相互作用將核酸編碼信息翻譯出來，用以指導蛋白質的合成。通常ｍRNA上的遺傳信息按不重疊、無標點三聯體密碼子的規則進行翻譯，但是在上述三種情況下，通過校正ｔRNA、ｍRNA的翻譯內含子（形成假結或頸環結構）和核糖體移碼，改變了常規讀碼方式，稱為RNA再編碼。再編碼可以校正有害的突變基因。遺傳密碼三聯體密碼是非重疊的，而且連續編碼并無標點符號隔開，因為在序列的任意位置上插入或刪除一個核苷酸都會改變三聯體密碼的閱讀框架，發生移碼突變使基因失活。但是如果插入或刪除三個核苷酸，或插入一個核苷酸后又刪除一個核苷酸，閱讀框架仍可維持不變，原來的編碼信息便能夠在變異位點之后依舊表現出來，這是基因與蛋白質共線性的最早證據。除了甲硫氨酸和色氨酸只有一個密碼子外，其余氨基酸均有不只一個密碼子。已知多肽合成的第一個氨基酸為甲酰甲硫氨酸（原核生物）或甲硫氨酸（真核生物），但甲硫氨酸的密碼子只有一個，這就是說編碼多肽鏈內部甲硫氨酸和起始氨基酸是同一個密碼子。遺傳密碼的基本特性密碼的基本單位是按５－３方向編碼，不重復、無標點的三聯體密碼子。AUG為甲硫氨酸兼起始密碼子。UAA、UAG、UGA為終止密碼子，其余６１個密碼子對應于２０種氨基酸。因此要正確閱讀密碼，必須從起始密碼子開始，按一定的讀碼框架連續進行下去，直至遇到終止密碼子為止。若插入或刪除一個核苷酸，就會使以后的讀碼發生錯誤，稱為移碼突變。絕大多數生物中基因是不重疊的，部分基因的遺傳密碼缺是重疊的。即使在重疊基因中，各自的開放閱讀框架仍以三聯體方式連續編碼。密碼的簡并性６１種密碼子編碼二十種氨基酸，所以許多氨基酸的密碼子不止一個，同一種氨基酸有兩個或者更多密碼子的現象稱為密碼子的簡并性。對應于同一種氨基酸的不同密碼子叫做同義密碼子，只有色氨酸和甲硫氨酸僅有一個密碼子。密碼的簡并性具有重要的生物學意義，它可以減少有害突變。若每種氨基酸只有一個密碼子，６４個密碼子中只有２０個是有意義的，對應于一種氨基酸，那么剩下的４４個密碼子都將是無意義的，將使肽鏈合成導致終止。因而由基因突變而引起肽鏈合成終止的概率也會大大提高，這將極不利于生物生存。簡并增加了密碼子中堿基改變仍然編碼原來氨基酸的可能性，密碼簡并也可使DNA堿基組成有較大變動余地，細菌DNA中Ｇ＋Ｃ含量變動很大，但不同Ｇ＋Ｃ含量的細菌卻可以編碼出相同的多肽鏈，所以密碼簡并在物種的穩定性上起一定的作用。密碼的變偶性密碼的簡并性往往表現在密碼子的第三位堿基上，編碼統一氨基酸的密碼子的前兩問堿基都相同，只是第三位堿基不同。密碼子的專一性基本取決于前兩位堿基，第三位堿基的作用有限。隨后發現ｔRNA上的反密碼子與ｍRNA密碼子配對時，密碼子的第一位、第二位堿基配對是嚴格的，第三位堿基有一定的變動。這一現象Ｃｒｉｃｋ叫做變偶性。特別指出，在ｔRNA反密碼子中除了ATCG四種堿基之外，還經常在第一位出現次黃嘌呤（I），次黃嘌呤的特點是可以與UAC三者之間形成堿基配對，這就使得帶有次黃嘌呤的反密碼子可以識別更多的簡并密碼子。反密碼子的第一位堿基與密碼子的第三位堿基的配對可以在一定范圍內變動（變偶）由于變偶性的存在，細胞內只需要32種tRNA就能識別61個編碼氨基酸的密碼子。密碼的通用性和變異性密碼的通用性是指各種低等和高等生物，包括病毒、細菌及真核生物，基本上共用一套遺傳密碼，說明生物有共同的起源。除了線粒體外，某些生物的細胞基因組密碼也出現一定的變異，在原核生物的支原體中，UGA也被用于編碼色氨酸。密碼的防錯系統雖然密碼子的簡并程度各不相同，但同義密碼子在密碼表中的分布十分規則，而且密碼子中堿基順序與其相應氨基酸物理化學性質之間有巧妙聯系。氨基酸的極性通常由密碼子的第二位（中間）堿基決定，簡并性由第三位堿基決定。這種分布使密碼子中一個堿基被置換，其結果或是仍然編碼相同的氨基酸，或是以物理化學性質最接近的氨基酸相取代，從而使基因突變可能造成的危害降至最低。這就是說密碼的編排具有防錯功能，密碼表是一個故障安全系統，是進化過程中獲得的最佳選擇。蛋白質的合成與轉運蛋白質是包含有內在結構信息的生物大分子，其結構信息儲存在一級結構中，而一級結構的信息最終是由存在于染色體上的核苷酸序列來決定的。每個蛋白質都是由一個或一個以上的多肽鏈組成，每一條多肽鏈又是由許多氨基酸以酰胺鍵聚合起來的線性分子。多肽鏈中的氨基酸序列是由這一多肽鏈對應的信使RNA分子中的核苷酸序列決定的。蛋白質合成的分子基礎氨基酸是在核糖體上加入到多肽鏈中的。在于mRNA作用之前，氨基酸先共價地與轉運RNA（tRNA）形成氨酰－ｔRNA。氨酰－ｔRNA結合到ｍRNA中的特殊位點上。mRNA上含有遺傳密碼的信息，用于指導特定氨基酸序列多肽鏈的合成。一個核糖體結合到一個ｍRNA分子合成起始序列上，并由此開始讀碼，沿著密碼序列合成一條多肽鏈。讀碼方向是從ｍＲＮＡ的５－３，合成的氨基酸則是由氨基端羧基端。通常，一個ｍRNA分子上可結合有多個不同時間開始翻譯的核糖體，這樣的結構叫做多聚核糖體。真核生物的轉錄和翻譯是在不同地方進行的，核糖體可以自由地存在于細胞質中，或者與內質網膜結合。ｍRNA是蛋白質合成的模板蛋白質是在細胞質中合成的，但是編碼蛋白質的信息載體卻在細胞核內，所以一定有一種中間產物（信使）來傳遞DNA上的信息。這個信使應該具有如下特征：１.信使是一種多核苷酸２.信使的堿基組成應與相應的DNA堿基組成相一致3.信使的長度應該是不同的，因為其編碼多肽鏈的長度是不同的4.在多肽鏈合成時信使應該與核糖體做短暫的結合5.信使的半壽期很短，所以信使的合成速度是很快的。tRNA和rRNA都不具有上述特性，而且各種生物的ｒRNA的大小差異不大，堿基組成的變化也不大。ｔRNA除了與rRNA有相同問題之外，它們的分子太小。利用Ｔ２噬菌體侵染大腸桿菌的實驗可證明ｍRNA的存在。（Ｐ５１９）ｍＲＮＡ以核苷酸序列的方式攜帶遺傳信息，通過這些信息來指導合成氨基酸的序列。每一個氨基酸可以通過mRNA上3個核苷酸序列組成的遺傳密碼來決定，這些密碼都以連續的方式連接，組成讀碼框架。讀碼框架之外的序列被稱為非編碼區，這些區域通常與遺傳信息的表達調控有關。在讀碼框架的5端，是由起始密碼子AUG開始的，它編碼一個蛋氨酸。在讀碼框架的3端，含有一個或一個以上的終止密碼：UAA、UAG、UGA，其功能是終止這一多肽鏈的合成。在真核生物ｍRNA的３端，通常還含有轉錄后加上去的多聚腺苷酸嘌呤和核苷酸尾巴（ｐｏｌｙＡ）序列作為尾巴，其功能可能與增加ｍRNA分子的穩定性有關。ｍRNA分子的５端對于起始密碼的選擇有重要作用，這種作用對于原核生物和真核生物還有所差別。原核生物ｍRNA分子起始密碼子上游含有一段特殊的核糖體結合位點序列，這一結合位點使得核糖體能夠識別正確的起始密碼子AUG。原核生物通常都是多基因的，分子內的核糖體結合位點使得多個基因可獨立得進行讀碼框架的翻譯，得到不同的蛋白質。對于真核生物而言，其mRNA通常只為一條多肽鏈編碼，核糖體與mRNA5端的核糖體進入部位結合之后，通過一種掃描機制向3端移動來尋找起始密碼，mRNA末端的帽子結構可能對于核糖體進入部位的識別起到一定作用。翻譯的起始通常開始于核糖體進入部位向下游掃描到第一個AUG序列。ｔRNA轉運活化的氨基酸至ｍRNA模板上tRNA有兩個關鍵的部位，一個是氨基酸結合部位，另一個是與mRNA結合的部位。對于組成蛋白的二十種氨基酸來說，每一種至少有一種ｔRNA來復制轉運。是第一個通過X射線晶體衍射技術測定了空間結構的tRNA分子，其他tRNA分子結構都與其相類似。所有的tRNA都是由50-95個核苷酸組成的一條多聚核苷酸鏈，這條鏈經過折疊，呈三葉草結構，含有4個雙鏈的莖和4個單鏈的環。5端和3端的堿基通過形成7個配對堿基將兩端拉到一起，形成受體端，氨基酸通過與3端的核糖連接而形成氨酰-tRNA分子，tRNA的3端通常是CCA的序列。tRNA三葉草型的二級結構可折疊成L-型的三維結構，這一結構由兩個螺旋以直角的方位構成，結合氨基酸的一端稱為受臂，另一端則含有反密碼子，被稱作反密碼子臂。tRNA分子上與多肽鏈合成有關的位點至少有4個，分別為3端CCA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。ｔRNA在識別mRNA分子上的密碼時，具有接頭的作用，氨基一旦與tRNA形成氨酰－ｔRNA后，進一步的去向就由ｔRNA來決定了/tRNA憑借自身的反密碼子與mRNA上的密碼子相識別，而把所帶氨基酸送到肽鏈的一定位置上。（半胱氨酸tRNA轉變成丙氨酸ｔRNA，最終丙氨酸結合到本該是半胱氨酸結合的位置上）核糖體是蛋白質合成的工廠核糖體是一個巨大的核糖核蛋白體在原核細胞中，其以游離的形式存在也可以與ｍRMA結合形成串狀的多核糖體。真核細胞的核糖體既可游離存在，也可以與細胞內質網相結合，形成粗面內質網。核糖體內的RNA即ｒRNA在形成核糖體結構和功能上都起重要作用，ｒRNA中很多雙螺旋區，16srRNA在識別mRNA上的多肽合成其實位點中起重要作用。rRNA是細胞內含量最大的RNA，也是相對分子質量最大的，它與蛋白組結合成核糖體，其功能是在ｍRNA指導下將氨基酸合成肽鏈。翻譯的步驟肽鏈合成是向氨基端（Ｎ端）還是向羧基端（C端）延伸呢？Diｎｔｚｉｓ等人用－亮氨酸作標記分析了兔網織紅細胞無細胞體系中血紅蛋白生物合成的過程。血紅蛋白中含有較多的亮氨酸。其亮氨酸序列為已知。合成反應在較低溫度15攝氏度中進行，以降低合成速度。在反應開始的4-60min內，每隔一段時間取樣分析，將帶有標記的蛋白質分離出來，用胰蛋白酶水解肽鏈，用紙層析分離水解片段并測定所含的放射性強度。反應4分鐘后，只有羧基端含有-亮氨酸，隨著反應時間的延長，帶有標記肽段從羧基端向N端延伸，在60min使，幾乎整個肽段都布滿了標記物，這個實驗說明多肽鏈的合成是從N端向C端進行的，肽鏈的延長速度極快。翻譯的方向是5-3，由于mRNA從DNA模板的轉錄作用也是由5-3進行的，所以在細胞內，當mRNA的轉錄還沒有完成，翻譯工作就開始了。蛋白質合成石最復雜的生物化學過程之一。這一過程開始于氨基酸接在特異的ｔRNA上，隨后的步驟則在核糖體上進行。氨基酸通過tRNA轉運到核糖體上，直到氨基酸摻入多肽鏈后ｔRNA才離開核糖體。一、氨酰－ｔRNA合成酶幫助使氨基酸結合到特定的ｔRNA上一種稱為氨酰-tRNA合成酶的酶類參與了將氨基酸結合到其對應ｔRNA的過程。這種結合具有兩方面的意義：１.氨基酸與ｔRNA分子的結合使得氨基酸本身被活化，利于下一步進行的肽鍵形成的反應2.tRNA可以攜帶氨基酸到ｍRNA指定的位置，使得氨基酸能夠被摻入到多肽鏈合適的位置，這樣氨酰-tRNA合成酶不僅為蛋白質的合成解決了能量問題，還解決了專一性的問題。氨酰-tRNA合成酶參與的合成反應分為兩步：第一步是氨酰-tRNA合成酶識別它所催化的氨基酸以及另一底物ATP，在氨酰-tRNA合成酶的催化下，氨基酸的羧基與AMP上的磷酸之間形成了一個酯鍵，并放出一分子PPi。這個反應的反應常熟大致為1，以至于ATP分子中磷酸酐鍵斷裂具備的能量繼續保存到了氨酰－AMP分子中，這時氨酰AMP仍然緊密得與酶分子相結合氨基酸＋ATP→氨酰-AMP+PPi第二步是氨酰-tRNA合成酶催化的反應是通過酯鍵，將氨基酸連接到tRNA3端的核糖上氨酰-AMP＋ｔRNA→氨酰ｔRNA＋AMP 綜上反應的總式為：氨基酸＋ATP+tRNA→氨酰－ｔRNA＋AMP＋ＰＰｉ總反應的平衡常數近于１，自由能降低極少，反應是可逆的。但對著焦磷酸被焦磷酸酶所水解成兩個自由磷酸分子，上述反應就趨向完全。氨基酸與核糖之間形成的高能酯鍵對蛋白質合成中肽鍵的形成十分重要二、每一個氨酰－ｔRAN合成酶可識別一個特定的氨基酸和此氨基酸對應的ｔRNA雖然氨酰-tRNA合成酶之間在分子大小，亞基組成上有所差異，但他們都有一些共同的結構特征。通過酪胺酰-tRNA合成酶與反應中間物酪氨酰－腺苷酸復合物晶體結構的解析發現這個反應中間物結合在酶分子的一個深溝里，二者形成１１個氫鍵。６個氫鍵設計AMP的部分，５個涉及酪胺酰的部分，由此可見，酪胺酰－ｔRNA合成酶對底物的選擇性主要是由這些氫鍵所決定的。對應20種氨基酸的每一種氨基酸，大多數細胞都只含有一種與之對應的氨酰-tRNA合成酶。每一種氨酰-tRNA合成酶即能夠識別相應的氨基酸，又能識別與此氨基酸相對應的一個或多個tRNA分子。有時，也把氨酰－ｔRNA合成酶和與之對應的tRNA分子叫做“遺傳密碼第二”通過對氨酰－ｔRNA合成酶識別tRNA反密碼子的專一性分析，可將它們分為兩類。一類可識別反密碼子，一類不能。有的tRNA在遺傳上其反密碼子發生了改變，但是其氨酰-tRNA合成酶對其識別并沒有發生改變，然而另一些氨酰-tRNA合成酶就不能識別反密碼子發生了變化的ｔRNA酶蛋白與反密碼子環上的堿基有大面積接觸，這種接觸抓喲來自于形成的氫鍵。ｔRNA的氨基酸接受臂處于酶活性部位，與ATP結合部位鄰近。通過與酶分子的結合，tRNA３端的氨基酸接受臂的CCA有較大的構象變化，這種構象變化似乎使得在末端的AU配對解鏈，以利于末端堿基與酶發生作用。從這一點上來看，酶分子對tRNA的識別是復雜的。三、氨酰-RNA合成酶能夠糾正酰化的錯誤 許多氨酰－ｔRNA合成酶似乎含有第二個活性部位，叫做校正部位，用于水解非正確組合的氨基酸和ｔRNA之間形成的共價聯系。經過氨基酰化部位以及校正部位的共同作用，可使翻譯過程的錯誤頻率小于萬分之一。四、一個特殊的tRNA啟動了蛋白質的合成所有蛋白質的翻譯開始于甲硫氨酸的合成，一個特殊的起始tRNA對所有蛋白質合成中其實氨基酸——甲硫氨酸的摻入負責，這tRNA可簡寫為，它也對選擇在ｍRNA上在什么位置開始翻譯其重要作用。通常只有兩種tRNA可以攜帶甲硫氨酸，將另一種攜帶甲硫氨酸摻入到蛋白質內部的tRNA叫做只有一種甲硫氨酰-tRNA合成酶參與了這兩種甲硫氨酰-tRNA的合成，對于這兩種甲硫氨酰－ｔRNA的識別是由參與蛋白質合成的起始和延伸因子決定的。起始因子識別，而延伸因子識別。同時這兩種甲硫氨酰-tRNA又能被蛋白質合成因子所區分。在原核細胞中，有一種特異的甲酰化酶，能夠使得中的氨基發生甲酰化，這樣可以使參與起始的不參與肽鏈的延伸過程。這種識別過程在進化過程中逐漸消失，在真核生物中是不存在的。五、翻譯開始于mRNA與核糖體的結合蛋白質合成中翻譯需要在ｍRNA分子上選擇合適位置的起始密碼子AUG，這一過程可通過核糖體小亞基與ｍRNA的結合來完成。原核生物與真核生物在識別合適的起始密碼上有所差別，這種差別源于原核與真核生物ｍRNA的差異。對于真核生物ｍRNA而言，它通常只編碼一個蛋白質，而原核生物mRNA，它通常編碼多個蛋白質。在真核生物的ｍRNA中，最靠近5’端的AUG序列通常是起始密碼。核糖體小亞基首先結合在mRNA的5’端，然后向3端移動，知道AUG序列被上的反密碼子所識別。40s小亞基不能識別AUG，而是繼續向3端移動，識別到有類似序列的AUG時才開始翻譯的起始。在原核細胞中，起始AUG可以開始于mRNA的任何一個位置。并且一個mRNA上可以為多個起始位點為蛋白質編碼。原核細胞中的核糖體是如何對原核生物mRNA中如此多的AUＧ序列進行識別呢？細菌的ｍRNA通常含有一段富含嘌呤堿基的序列，叫做SD序列，它們通常在起始AUG序列上游１０個堿基左右的位置，能與細菌１６ｓ核糖體RNA3端的七個嘧啶堿基進行堿基互補性的識別，以幫助從起始AUG處開始翻譯。這種識別被證實是細菌中識別起始密碼的主要機制，在SD序列上發生增強堿基配對的突變能夠加強翻譯，反之，發生減弱堿基配對的突變則會減弱翻譯的效率。SD序列的重要性還可以通過細菌霉素colecinE3的作用機制來說明。這個毒素可通過核酸酶的活性特異地在16sRNA3端切下50個左右的堿基片段，使得核糖體小亞基中感得16srRNA失去了與mRNA上SD序列互補的機會，由此抑制了細菌蛋白質的合成，由于原核生物和真核生物在蛋白質合成起始上的差異，colecinE3并不影響真核生物核糖體的功能。六、蛋白質因子幫助蛋白質合成起始在核糖體上的蛋白質合成可分為起始、延長及終止３個不同的階段，每一個階段都涉及一組不同的蛋白質因子。雖然原核生物和真核生物在蛋白質合成的起始上有差異，但是有三點是大家都要進行的１.核糖體小亞基結合起始ｔRNA2.在mRNA上必須找到合適的起始密碼子３.大亞基必須和已經形成復合物的小亞基、起始ｔRNA、ｍRNA結合。一些被稱為起始因子（IF）的非核糖體蛋白質參與上上述幾個過程。這些蛋白質只是臨時性得結合在核糖體上，不同于核糖體蛋白質。起始因子臨時性的與核糖體發生作用參與蛋白的起始之后，會從核糖體復合物上解離下來，而核糖體蛋白質則是一直結合在同一核糖體上。大腸桿菌有3個起始因子與30S小亞基結合。其中IF-3的功能是使前面已結束蛋白質合成的核糖體30s和50s亞基分開，其他兩個起始因子IF-1和IF-2的功能是促進及mRNA與３０ｓ小亞基結合。正如上述ｍRNA上的SD序列可與小亞基上１６ｓｒRNA的３進行堿基配對，起始密碼子AUG可與起始tRNA上的反密碼子進行配對。當30s小亞基結合上及mRNA形成復合物后，IF-3就解離開來，以便50s大亞基與復合物結合。這一結合使得IF-2和IF-1離開核糖體，同時使結合在IF－２上的GTP發生水解。原核生物的起始過程需要一分子的GTP水解或GDP及磷酸以提供能量。真核生蛋白質合成需要更多的蛋白質因子（eIF），與原核生物類似，eIF－３的作用是使得４０Ｓ小亞基與大亞基分開，而且也是通過GTP水解使大小亞基結合，然而其間的反應不同。首先與小亞基結合，同時eIF-2及GTP形成四原復合物，形成的復合物在多個因子的幫助下開始與mRNA的5端結合，其中一個因子eIF-4含有一個亞基，能夠特異性地結合在mRNA的帽子結構上。結合上mRNA后，核糖體小亞基就開始向3端移動至第一個AUG，這種移動靠ATP水解為ADP來提供能量。七、在氨基酸摻入的過程中有３個重復的延伸反應在起始過程結束后，ｍRNA上接下來的密碼子翻譯則由３個重復的反應來完成一個氨基酸的摻入。這３個延長反應在原核生物和真核生物中是相似的，其中兩個需要非核糖體蛋白的延長因子（EF）的參與值得提出的是，肽鍵的形成不需要任何蛋白質因子的參與，而是靠核糖體自身催化完成的，這也是蛋白質合成過程中，核糖體唯一參與的反應。當遺傳密碼子緊鄰的密碼子被其氨酰-tRNA上的反密碼子識別并結合后，延長反應也就開始了。氨酰－ｔRNA與核糖體的結合由氨酰－ｔRNA結合因子催化，在細菌中簡寫為EF－Tu，在真核系統中為EF－１。這個因子可與結合有氨酰－ｔRNA和GTP的核糖體形成四原復合物，同時偶聯上GTP的水解。隨著氨酰-tRNA與核糖體的結合，EF-Tu則與GDP形成復合物形成復合物離開核糖體。第二個延長因子EF-Ts負責催化EF-Tu-GTP的再形成，下一個氨酰-tRNA做準備。肽鍵在延長因子從核糖體上解離下來后馬上就形成了，這一過程叫做轉肽，催化這一過程的酶叫做肽酰轉移酶，其催化實質就是使一個酯鍵轉變為一個肽鍵。轉肽過程可看作是新加入的氨酰-tRNA上氨基酸的氨基對肽酰-tRNA上的羰基作親核進攻。嘌呤霉素對蛋白質的抑制作用就發生在這一步上。嘌呤霉素的結構與氨酰-tRNA3端上的AMP殘基的結構十分相似。肽酰轉移酶也能促進氨基酸與嘌呤霉素結合，形成肽酰嘌呤霉素，但其連鍵不是酯鍵，而是酰胺鍵。肽酰－嘌呤霉素復合物很容易從核糖體上脫落，從而使蛋白質合成過程中斷。這一點不僅證明了嘌呤霉素的作用機制，也說明了活化氨基酸是添加在延伸肽鏈的羧基上的。延長的最后一步叫做移位，如同氨酰－ｔRNA的結合，這一過程由因子催化（原核為EF-G，真核中衛EF－２），此過程中GTP的水解。移位的目的是使核糖體延ｍRNA移動，是下一個密碼子暴露出來以供繼續翻譯。八、核糖體反應中GTP的作用GTP的水解在翻譯過程中具有重要作用，每摻入一個氨基酸的延長過程中，都有兩個GTP分子發生了水解，這相當于整個這一過程消耗的能量的一半。GTP的水解過程可通過EF-Tu和EF-G的作用理解，GTP的結合與水解都在這些因子上進行，這些因子和GTP的復合物與核糖體的作用，才激活了水解部位的活性。隨著GTP水解成GDP，這些因子的構象將發生變化，與核糖體分離。GTP及GDP與這些因子的結合與否，成了調節這些因子與核糖體結合的開關。沒有GDP的生成，延長因子很難與核糖體發生解離。與GTP發生作用的翻譯因子屬于G蛋白家族，所有的G蛋白都能結合并水解GTP，并且遵從類似的機制，當與GTP結合后，這些蛋白被激活，當結合水解來的GDP活性后，就變成了無活性的構象。九、翻譯的終止需要釋放因子和終止因子的參加翻譯的最后一步涉及到合成好的肽酰－ｔRNA中連接ｔRNA和C端氨基酸的酯鍵的切開，這一過程除了需要終止密碼子外，還需要釋放因子的參加。在這一過程中，核糖體與ｍRNA的解離還需要核糖體釋放因子（RFｓ）的參與細胞通常不含能夠識別３個終止密碼子的ｔRNA。在大腸桿菌中，當終止密碼子進入核糖體的Ａ位點時，它們就能被釋放因子識別。RF－１識別UAA和UAG，ＲＦ－２識別UAA和UGA，RF-3不識別終止密碼子，但能刺激另外兩個因子的活性。當釋放因子識別在A位點上的終止密碼子后，將改變大亞基上的肽酰轉移酶的專一性，使其能結合水用于親核進攻，而不是識別通常的底物氨酰-tRNA十、核糖體在翻譯中能夠跳躍式讀碼通常核糖體對密碼子的識別是從起始AUG開始，一個接一個按順序進行識別，直到遇到終止密碼子，這樣，翻譯嚴格按一個讀碼框架進行。然而在原核和真核生物中也有一些例外的情況，翻譯中讀碼框發生了位移。這種位移通常表現為一個堿基位移，但也有核糖體跳過一大段ｍRNA后繼續翻譯，這一過程常叫做翻譯跳躍。十一、蛋白質合成的抑制劑除嘌呤霉素外，還有許多抗生素及毒素可抑制蛋白質的合成。氯霉素、四環素、鏈霉素只抑制原核生