生物化学课件翻译

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1、Protein Biosynthesis，Translationl 翻译的过程就是将核酸中由翻译的过程就是将核酸中由4 4种种碱基碱基序列序列组成的遗传信息，通过组成的遗传信息，通过遗传密码遗传密码破译破译的方式转变成为蛋白质中的的方式转变成为蛋白质中的2020种种氨基酸排氨基酸排列顺序列顺序。l 20 20种氨基酸（种氨基酸（AAAA）作为原料）作为原料l 酶及众多蛋白因子，酶及众多蛋白因子，如如IFIF、eIFeIF l ATP ATP、GTPGTP、无机离子、无机离子l 三种三种RNARNAmRNAmRNA（messenger RNA,messenger RNA,信使信使RNARNA）r

2、RNArRNA（ribosomal RNA,ribosomal RNA,核蛋白体核蛋白体RNARNA）tRNAtRNA（transfer RNA,transfer RNA,转移转移RNARNA）*mRNA mRNA是遗传信息的携带者是遗传信息的携带者 遗传学将编码一个多肽的遗传单位称为遗传学将编码一个多肽的遗传单位称为顺反顺反子子(cistroncistron)。原核生物的一段原核生物的一段mRNAmRNA常常编码几种功能相关的常常编码几种功能相关的蛋白质，这种蛋白质，这种mRNAmRNA被称为被称为多顺反子多顺反子（poly poly cistroncistron）。真核生物的一段真核生物的

3、一段mRNAmRNA常常只能编码一条多肽链，常常只能编码一条多肽链，这种这种mRNAmRNA被称为被称为单顺反子单顺反子（single cistronsingle cistron）。多顺多顺反子反子单顺单顺反子反子真核生物真核生物原核生物原核生物非编码序列*mRNAmRNA上存在遗传密码上存在遗传密码 mRNAmRNA分子上从分子上从5 5 至至3 3 方向，由方向，由AUGAUG开始，每开始，每3 3个核个核苷酸为一组，决定肽链上某一个氨基酸或蛋白苷酸为一组，决定肽链上某一个氨基酸或蛋白质合成的起始、终止信号，称为质合成的起始、终止信号，称为三联体密码三联体密码（triplet codetr

4、iplet code）起始密码（起始密码（initiation coden）:AUG 终止密码（终止密码（termination coden）:UAA，UAG，UGA 从从mRNA 5 端起始密码子端起始密码子AUG到到3 端终止端终止密码子之间的核苷酸序列，各个三联体密码连续密码子之间的核苷酸序列，各个三联体密码连续排列编码一个蛋白质多肽链，称为排列编码一个蛋白质多肽链，称为开放阅读框架开放阅读框架(open reading frame,ORF)。移码突变（框移突变）移码突变（框移突变）遗传密码的特点：遗传密码的特点：遗传密码中，除色氨酸和甲硫氨酸仅有一个密码遗传密码中，除色氨酸和甲硫氨酸仅

5、有一个密码子外，其余氨基酸有子外，其余氨基酸有2 2、3 3、4 4个或多至个或多至6 6个三联体为其个三联体为其编码。编码。这称为遗传密码的简并性。这称为遗传密码的简并性。编码同一氨基酸的几组简并密码子上编码同一氨基酸的几组简并密码子上第一二位第一二位 碱基多碱基多相同，而相同，而第三位碱基第三位碱基改变往往不影响氨基酸翻改变往往不影响氨基酸翻译。译。A U C （1 1）P P位：位：即肽位即肽位(peptidyl(peptidyl site)site)，或给位，在延，或给位，在延长成肽之后，长成肽之后，33端连接肽链的肽酰端连接肽链的肽酰tRNAtRNA占据的位占据的位置，肽链转位至此，

6、延长继续。置，肽链转位至此，延长继续。（2 2）A A位：位：即氨基酰位即氨基酰位(aminoacyl(aminoacyl site)site)，或称受，或称受位，每次延长，氨基酰位，每次延长，氨基酰tRNAtRNA就加入到就加入到A A位上，延长位上，延长成肽中，此位因接受肽酰基链，故名受位。成肽中，此位因接受肽酰基链，故名受位。（3 3）E E位：位：排出位排出位(exit site)(exit site)目目 录录原核生物原核生物真核生物真核生物核蛋核蛋白体白体小亚基小亚基大亚基大亚基核蛋核蛋白体白体小亚基小亚基大亚基大亚基S70S30S50S80S40S60SrRNA16S-rRNA5

7、S-rRNA23S-rRNA18S-rRNA28S-rRNA5S-rRNA5.8S-rRNA蛋白蛋白质质rpS 21种种rpL 36种种rpS 33种种rpL 49种种 不同细胞核蛋白体的组成不同细胞核蛋白体的组成 核核蛋蛋白白体体的的组组成成目目 录录原核生物翻译过程中核蛋白体结构模式原核生物翻译过程中核蛋白体结构模式:A位：氨基酰位位：氨基酰位(aminoacyl site)P位：肽酰位位：肽酰位(peptidyl site)E位：排出位位：排出位(exit site)目目 录录反密码环反密码环A C C1 2 31 2 3tRNA的三级结构示意图的三级结构示意图l tRNAtRNA分子的

8、反密码环与分子的反密码环与mRNAmRNA上的密码配对。上的密码配对。tRNAtRNA的的3-3-末端末端-CCA-OH-CCA-OH是氨基酸的结合位点。是氨基酸的结合位点。l 由由密码密码 反密码反密码 -氨基酸氨基酸之间的之间的“对号入对号入座座”，保证了从核酸到蛋白质信息传递的准确，保证了从核酸到蛋白质信息传递的准确性性。氨基酸氨基酸+tRNA氨基酰氨基酰-tRNAATP AMPPPi氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶氨基酰氨基酰-tRNA合成酶合成酶(aminoacyl-tRNA synthetase)l 氨基酸的活化氨基酸的活化第一步反应第一步反应氨基酸氨基酸 ATP-E 氨基酰氨基

9、酰-AMP-E PPi目目 录录第二步反应第二步反应氨基酰氨基酰-AMP-E tRNA 氨基酰氨基酰-tRNA AMP E目目 录录l氨基酰氨基酰-tRNA合成酶对底物氨基酸和合成酶对底物氨基酸和tRNA都有都有高度特异性。高度特异性。l氨基酰氨基酰-tRNA合成酶具有校正活性合成酶具有校正活性(proofreading activity)。l氨基酰氨基酰-tRNA的表示方法：的表示方法：Ala-tRNAAla Ser-tRNASerMet-tRNAMet q氨基酰氨基酰-t-tRNARNA书写规则：书写规则：aaaa-t tRNARNAaaaa；Arg-tArg-tRNARNAArgArg；

10、q原核生物：起始密码原核生物：起始密码（AUGAUG、GUGGUG、UUGUUG）编码编码N-N-甲酰甲硫氨酸甲酰甲硫氨酸 f fMetMet、t tRNARNAfMetfMet，f fMetMet-t-tRNARNAfMetfMet；q真核生物真核生物：起始密码：起始密码（AUGAUG）编码编码甲硫氨酸甲硫氨酸 MetMet、MetMet-t-tRNARNAi iMetMet；q翻译过程翻译过程：密码：密码（AUGAUG）编码编码甲硫氨酸甲硫氨酸 MetMet、MetMet-t-tRNARNAe eMetMet。l翻译的起始翻译的起始l翻译的延伸翻译的延伸l翻译的终止翻译的终止 甲硫氨酰甲硫

11、氨酰tRNAtRNA与与mRNAmRNA结合到核蛋白体上，结合到核蛋白体上，生成生成 翻译起始复合物翻译起始复合物 translational initiation complextranslational initiation complex 起始步骤起始步骤 IF IF eIFeIF 亚基分离亚基分离 IFIF3 3（IFIF1 1）eIFeIF3 3 mRNA mRNA就位就位 核酸核酸核酸，核酸核酸，核酸蛋白质蛋白质 eIFeIF3 3,eIF,eIF1 1,eIF,eIF4A4A 之间的辨认结合之间的辨认结合 eIFeIF4B 4B,CBP-1,CBP-1 eIFeIF4E4E （C

12、BP-2CBP-2）起始起始tRNAtRNA就位就位 IFIF2 2,GTP,GTP（IFIF1 1）eIFeIF2 2,co-eIF,co-eIF2 2-GTP-GTP eIFeIF3 3,eIF,eIF4C4C 大亚基结合大亚基结合 各种各种IFIF脱落，脱落，GTPGTP水解水解 eIFeIF5 5,eIF,eIF4D4D（一）原核生物翻译起始复合物形成（一）原核生物翻译起始复合物形成l核蛋白体大小亚基分离；核蛋白体大小亚基分离；lmRNAmRNA在在小亚基小亚基定位结合；定位结合；l起始氨基起始氨基酰酰-tRNAtRNA的结合；的结合；l核蛋白体大亚基结合。核蛋白体大亚基结合。起始因子

13、起始因子 IF3 IF3 结合到核糖体结合到核糖体 (70S)(70S)的小亚基的小亚基上，使大亚基上，使大亚基 (50S)(50S)与小亚基与小亚基 (30S)(30S)解离；解离；大小亚基解离大小亚基解离 核糖体核糖体70S+IF3+IF1 30S70S+IF3+IF1 30S小亚基小亚基.IF3.IF1+50S.IF3.IF1+50S大亚基大亚基 （促解离）（促（促解离）（促IF3IF3作用）作用）利于小亚基与利于小亚基与mRNAmRNA，f fMetMet-t-tRNARNAfMetfMet结合结合。2 2、mRNAmRNA在小亚基定位结合在小亚基定位结合 （1)1)原核生物原核生物m

14、RNAmRNA通过通过55端端S SD D序列序列配对结合配对结合到核蛋白体小亚基上的到核蛋白体小亚基上的16S-rRNA16S-rRNA近近3-3-末端处（有末端处（有一段短序列一段短序列UCCUUCCU）。）。IF-3IF-3对此有固定作用。对此有固定作用。(2)(2)紧接紧接S SD D序列的小段核苷酸，又可以被核蛋序列的小段核苷酸，又可以被核蛋白体小亚基蛋白白体小亚基蛋白(rps-l(rps-l)辨认结合。辨认结合。S-DS-D序列：序列：在翻译起始密码子在翻译起始密码子AUGAUG的上游，相距约的上游，相距约8 81313个核苷酸处，有一段由个核苷酸处，有一段由4-94-9个核苷酸组

15、成的个核苷酸组成的富含富含嘌呤嘌呤的序列。这一序列以的序列。这一序列以AGGAAGGA为核心为核心，因其发现，因其发现者是者是Shine-DalgarnoShine-Dalgarno而得名而得名 。mRNAmRNA上的上的S-DS-D序列序列又称为又称为核蛋白体结合位点核蛋白体结合位点。原核生物核蛋白体小亚基上的原核生物核蛋白体小亚基上的16S-rRNA16S-rRNA近近3-3-末端末端处，有一段短序列处，有一段短序列UCCUUCCU是与是与S-DS-D序列互补的。序列互补的。S-D序列序列 IF-1IF-1EEl fmet-tRNAfmet-tRNA和和IF-2IF-2及及GTPGTP形成

16、复合物，只能辨认和形成复合物，只能辨认和结合于结合于mRNAmRNA的起始密码子的起始密码子AUGAUG上。这个过程和上。这个过程和mRNAmRNA在在核蛋白体小亚基就位核蛋白体小亚基就位同时发生同时发生，这一结合，推动了，这一结合，推动了mRNAmRNA的前移，也保证了的前移，也保证了mRNAmRNA就位的准确性。就位的准确性。进入起始密码位置进入起始密码位置 fMet-tRNAfMet-tRNA+IF2+GTP +IF2+GTP 小亚基上就位小亚基上就位 （IF1IF1协助）协助）（严格）（严格）l IF-3IF-3脱落，在已有脱落，在已有mRNAmRNA和和fMet-tRNAfMet-t

17、RNA的小亚基上，的小亚基上，加入核蛋白体的大亚基，成为一个已准备好的翻译加入核蛋白体的大亚基，成为一个已准备好的翻译系统整体，即系统整体，即翻译起始复合物翻译起始复合物。+50S+50S大亚基大亚基mRNA+fMet-tRNAmRNA+fMet-tRNA+小亚基小亚基 70S70S.mRNA.mRNA.fMet-fMet-tRNAtRNA IF3 IF1 IF2 GDP+Pi IF3 IF1 IF2 GDP+Pi起始氨基酰起始氨基酰tRNAtRNA (fMet-tRNA(fMet-tRNAfmetfmet)结合到小亚基上结合到小亚基上IF-1核蛋白体大核蛋白体大亚基结合亚基结合EE 原核：起

18、始因子原核：起始因子 三种三种；IF-lIF-l、2 2和和3 3 真核：起始因子真核：起始因子 十种；十种；eIFeIF 翻译翻译起始起始：1 1）IF-3IF-3结合结合核蛋白体核蛋白体30S30S亚基，使大、小亚基拆离；亚基，使大、小亚基拆离；2 2）IF-1IF-1协助协助IF-3IF-3结合和亚基拆离；结合和亚基拆离；3 3）单独的）单独的30S30S亚基易于与亚基易于与mRNAmRNA及起始及起始tRNAtRNA结合。结合。4 4）IF-2IF-2促进促进fMet-tRNAfMet-tRNA结合结合mRNAmRNA及核蛋白体。及核蛋白体。起始因子起始因子IFIF和和eIFeIFIF

19、-3IF-11.核蛋白体大小亚基分离核蛋白体大小亚基分离EA U G53IF-3IF-12.mRNA在小亚基定位结合在小亚基定位结合目目 录录EIF-3IF-1IF-2GTP3.起始氨基酰起始氨基酰tRNA(fMet-tRNAimet)结合到结合到小亚基小亚基A U G53目目 录录E4.核蛋白体大亚基结合，起始复合物形成核蛋白体大亚基结合，起始复合物形成A U G53E（二）真核生物翻译起始复合物形成（二）真核生物翻译起始复合物形成l核蛋白体大小亚基分离；核蛋白体大小亚基分离；l起始氨基酰起始氨基酰-tRNA结合；结合；lmRNA在核蛋白体小亚基就位；在核蛋白体小亚基就位；l核蛋白体大亚基结

20、合。核蛋白体大亚基结合。l 首先，起始因子首先，起始因子eIF3eIF3结合到核糖体（结合到核糖体（80S80S）的小）的小亚基（亚基（40S40S）上，使大亚基（）上，使大亚基（60S60S）与小亚基解离）与小亚基解离l 甲甲硫酰硫酰tRNAtRNA（Met-tRNAMet-tRNAi imetmet ）结合）结合l mRNAmRNA结合（需结合（需帽结合蛋白帽结合蛋白CBPCBP）mRNA eIF-6 GDP+PielF-5ATPADP+PielF4E,elF4G,elF4A,elF4B,PABMetMet-tRNAiMet-elF-2-GTP真核生物翻译起始真核生物翻译起始复合物形成过程

21、复合物形成过程二、肽链合成延长二、肽链合成延长根据根据mRNAmRNA密码序列的指导，密码序列的指导，顺顺序添加序添加的的氨基酸从氨基酸从NN端向端向C C端延伸肽链，直到合成终止端延伸肽链，直到合成终止的过程。的过程。l 肽链延长在核蛋白体上连续性循环式进行，肽链延长在核蛋白体上连续性循环式进行，又称为又称为核蛋白体循环核蛋白体循环(ribosomal cycle)(ribosomal cycle)，每次循，每次循环增加一个氨基酸，包括以下三步：环增加一个氨基酸，包括以下三步：进位进位(entrance)(entrance)成肽成肽(peptide bond formation)(pepti

22、de bond formation)转位转位(translocation)(translocation)l延伸过程所需蛋白因子称为延长因子延伸过程所需蛋白因子称为延长因子(elongation factor,EF)(elongation factor,EF)原核生物：原核生物：EF-T(EF-TuEF-T(EF-Tu,EF-Ts),EF-Ts)EF-GEF-G真核生物真核生物：EF-1 EF-1、EF-2 EF-2 原核延长原核延长因子因子生物功能生物功能对应真核延对应真核延长因子长因子EF-Tu促进氨基酰促进氨基酰-tRNA进入进入A位，位，结合分解结合分解GTPEF-1-EF-Ts调节亚基

23、调节亚基EF-1-EFG有有转位酶转位酶活性，促进活性，促进mRNA-肽酰肽酰-tRNA由由A位前移到位前移到P位，位，促进卸载促进卸载tRNA释放释放EF-2肽链合成的延长因子肽链合成的延长因子 533mRNAmRNA小亚基小亚基AUGP位位A位位翻译起始复合物翻译起始复合物E E位位5533mRNAmRNA小亚基小亚基AUGP位位A位位fMet乙乙注注 册册E E位位5533mRNAmRNA小亚基小亚基AUGP位位A位位成肽成肽E E位位55小亚基3mRNAAUGP位位A位位乙乙转位转位E E位位3mRNA3mRNAAUG5 5P位位A位位乙乙再一轮注册再一轮注册E E位位丙丙又称注册又称

24、注册(registration)(registration)（一）进位（一）进位指根据指根据mRNAmRNA下下一组遗传密码指导，一组遗传密码指导，使相应氨基酰使相应氨基酰-tRNA-tRNA进入核蛋白体进入核蛋白体A A位。位。延长因子延长因子EF-TEF-T催化催化进位（原核生物）进位（原核生物）Tu TsGTPA U G53Tu TsGTPfMetA U G53TuGTPq 转肽酶转肽酶催化催化 核蛋白体核蛋白体大亚基上的蛋白质大亚基上的蛋白质(rpL(rpL)P P位位-fMet-tRNAf-fMet-tRNAfMetMet+A+A位位-aa-tRNA -aa-tRNA 肽肽(fMet

25、(fMet成成 （酰基）（酰基）（氨基）（氨基）为为N N末端末端)（A A位上）位上）q A A位成肽后，位成肽后，P P位留下空载位留下空载tRNAtRNA（二）成肽（二）成肽是由转肽酶是由转肽酶(transpeptidase(transpeptidase)催化的催化的肽键形成过程。肽键形成过程。E位位（三）转位（三）转位l转位酶转位酶（TranslocaseTranslocase）（活性存在于（活性存在于EFGEFG中）中）EE延长因子延长因子EF-GEF-G有转位酶有转位酶活性，可结合并水解活性，可结合并水解1 1分子分子GTPGTP，促进核蛋白体向，促进核蛋白体向mRNAmRNA的的

26、3 3侧移动。侧移动。进进位位转转位位成肽成肽l 核蛋白体阅读核蛋白体阅读mRNAmRNA密码子是从密码子是从55向向33方向进行，肽链合成是从方向进行，肽链合成是从N-N-端端向向C C端方向进行的。端方向进行的。真核生物肽链合成的延长过程与原核真核生物肽链合成的延长过程与原核基本相似，但有不同的反应体系和延长因基本相似，但有不同的反应体系和延长因子。子。另外，真核细胞核蛋白体没有另外，真核细胞核蛋白体没有E E位，转位，转位时卸载的位时卸载的tRNAtRNA直接从直接从P P位脱落。位脱落。（四）真核生物延长过程（四）真核生物延长过程终止相关的蛋白因子称为释放因子终止相关的蛋白因子称为释放

27、因子 (release factor,RF)(release factor,RF)一、是识别终止密码，如一、是识别终止密码，如RF-1RF-1特异识别特异识别UAAUAA、UAGUAG；而；而RF-2RF-2可识别可识别UAAUAA、UGAUGA。二、是诱导转肽酶改变为酯酶活性，相当二、是诱导转肽酶改变为酯酶活性，相当于催化肽酰基转移到水分子于催化肽酰基转移到水分子-OH-OH上，使肽链上，使肽链从核蛋白体上释放。从核蛋白体上释放。释放因子的功能释放因子的功能 原核生物释放因子：原核生物释放因子：RF-1RF-1，RF-2RF-2，RF-RF-3 3 真核生物释放因子：真核生物释放因子：eRF

28、 eRF 原原核核肽肽链链合合成成终终止止过过程程 U A G53RFCOO-多聚核蛋白体多聚核蛋白体(polysome(polysome)使蛋白质合成使蛋白质合成高速、高效进行。高速、高效进行。蛋白质合成后加工和输送蛋白质合成后加工和输送Posttranslational Processing&Posttranslational Processing&Protein TransportationProtein Transportation第第 三三 节节从核蛋白体释放出的新生多肽链不具备蛋从核蛋白体释放出的新生多肽链不具备蛋白质生物活性，必需经过不同的翻译后复杂加白质生物活性，必需经过不同的

29、翻译后复杂加工过程才转变为天然构象的功能蛋白。工过程才转变为天然构象的功能蛋白。主要包括主要包括l多肽链折叠为天然的三维结构多肽链折叠为天然的三维结构 l肽链一级结构的修饰肽链一级结构的修饰l高级结构修饰高级结构修饰 蛋白质生物合成的干扰和抑制蛋白质生物合成的干扰和抑制InterferenceInterference&Inhibition of Protein&Inhibition of Protein BiosynthesisBiosynthesis第第 四四 节节l 抗生素抗生素(antibiotics)(antibiotics)是微生物产生的能够杀灭或抑制细是微生物产生的能够杀灭或抑制细

30、菌的一类药物。菌的一类药物。l 抗代谢药物抗代谢药物指能干扰生物代谢过程，从而抑制指能干扰生物代谢过程，从而抑制细胞过度生长的药物，如：细胞过度生长的药物，如：6-MP6-MP。l 某些毒素也作用于基因信息传递过程。某些毒素也作用于基因信息传递过程。一、抗生素类一、抗生素类抗生素抗生素作用点作用点作用原理作用原理应用应用四环素族（金霉素四环素族（金霉素 新霉素、土霉素）新霉素、土霉素）链霉素、卡那霉素、链霉素、卡那霉素、新霉素新霉素氯霉素、林可霉素氯霉素、林可霉素红霉素红霉素梭链孢酸梭链孢酸 放线菌酮放线菌酮嘌呤霉素嘌呤霉素原核核蛋白原核核蛋白体小亚基体小亚基原核核蛋白原核核蛋白体小亚基体小亚

31、基原核核蛋白原核核蛋白体大亚基体大亚基原核核蛋白原核核蛋白体大亚基体大亚基原核核蛋白原核核蛋白体大亚基体大亚基真核核蛋白真核核蛋白体大亚基体大亚基真核、原核真核、原核核蛋白体核蛋白体 抑制氨基酰抑制氨基酰-tRNA与小亚基与小亚基结合结合改变构象引起读码错误、抑改变构象引起读码错误、抑制起始制起始抑制转肽酶、阻断延长抑制转肽酶、阻断延长抑制转肽酶、妨碍转位抑制转肽酶、妨碍转位与与EFG-GTP结合，抑制肽结合，抑制肽链延长链延长抑制转肽酶、阻断延长抑制转肽酶、阻断延长氨基酰氨基酰-tRNA类似物，进位类似物，进位后引起未成熟肽链脱落后引起未成熟肽链脱落抗菌药抗菌药抗菌药抗菌药抗菌药抗菌药抗菌药

32、抗菌药抗菌药抗菌药医学研究医学研究抗肿瘤药抗肿瘤药抗生素抑制蛋白质生物合成的原理抗生素抑制蛋白质生物合成的原理 四四环环素素族族氯霉素氯霉素链霉素和卡那霉素链霉素和卡那霉素嘌呤霉素嘌呤霉素放线菌酮放线菌酮二、其他干扰蛋白质生物合成的物质二、其他干扰蛋白质生物合成的物质l毒素毒素(toxin)(toxin)l干扰素干扰素(interferon)(interferon)白喉毒素白喉毒素(diphtheria toxin)(diphtheria toxin)的作用机理的作用机理NCONH2N+OCH2OOHOHADPCONH2白白喉喉毒毒素素（有活性有活性）OCH2OOHOHADP（无活性无活性）干扰素的作用机理干扰素的作用机理干扰素诱导的蛋白激酶干扰素诱导的蛋白激酶dsRNA1.1.干扰素诱导干扰素诱导eIFeIF2 2磷酸化而失活磷酸化而失活ATPeIF2ADPeIF2-P（失活）（失活）Pi磷酸酶磷酸酶2.2.干扰素诱导病毒干扰素诱导病毒RNARNA降解降解降解降解mRNAdsRNA干扰素干扰素AAPAPPPP2 5 2 5 5 2-5 AAPPPATP2-5A合成酶合成酶RNaseLRNaseL活化活化