分子生物学-蛋白质的翻译.ppt

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1、第八章第八章 蛋白质的翻译蛋白质的翻译1 遗传密码遗传密码2 蛋白质合成中使用的蛋白质合成中使用的蛋白质合成中使用的蛋白质合成中使用的RNARNA3 核糖体核糖体4 蛋白质合成中使用的蛋白质合成中使用的20种氨基酸种氨基酸5 蛋白质合成的生物学机制蛋白质合成的生物学机制6 蛋白质合成的抑制蛋白质合成的抑制7 小小 结结重点内容：重点内容：基本概念：遗传密码、密码子、摇摆假说；基本概念：遗传密码、密码子、摇摆假说；遗传密码的性质；遗传密码的性质；核糖体结构组成及几个活性部位生物学功能；核糖体结构组成及几个活性部位生物学功能；原核生物蛋白质合成起始的深刻理解；原核生物蛋白质合成起始的深刻理解；真核

2、生物蛋白质合成起始时几种复合物变换；真核生物蛋白质合成起始时几种复合物变换；原核生物和真核生物蛋白质合成起始性比较；原核生物和真核生物蛋白质合成起始性比较；肽链延伸的机理；肽链延伸的机理；释放因子终止肽链合成的机理。释放因子终止肽链合成的机理。1 遗传密码遗传密码1.1 两个概两个概念念1.2 破译简史破译简史1.3 遗传密码字典遗传密码字典1.4 遗传密码性质遗传密码性质n n遗传密码遗传密码(genetic code):DNA（或（或mRNA）中核苷酸序列与蛋白质中氨）中核苷酸序列与蛋白质中氨基酸序列之间的对应关系。基酸序列之间的对应关系。n n密码子密码子(codon)：mRNA mRN

3、A上每上每3个相邻核苷酸编码多肽链中一个氨基个相邻核苷酸编码多肽链中一个氨基酸，这三个核苷酸称一个密码子或三联体密码。酸，这三个核苷酸称一个密码子或三联体密码。1.1 两个概念两个概念（1 1）19541954年年GamowGamow首先对遗传密码进行了探讨；首先对遗传密码进行了探讨；（2 2）19611961年年Crick Crick 证明三联体密码子是正确的；证明三联体密码子是正确的；（3 3）19611961年，年，NirenbergNirenberg以均聚物、随机共聚物、以均聚物、随机共聚物、特定序列的共聚物作模板合成多肽，破译遗传特定序列的共聚物作模板合成多肽，破译遗传密码；密码；（

4、4 4）19641964年年Nirenberg Nirenberg 用核糖体结合技术研究遗用核糖体结合技术研究遗传密码，传密码，直接测出三联体对应的氨基酸直接测出三联体对应的氨基酸；（5 5）到）到19661966年，遗传密码全部破译。年，遗传密码全部破译。1.2 遗传密码破译简史遗传密码破译简史核糖体结合技术保温 硝酸纤维滤膜过滤分析留在滤膜上的核糖体-AA-tRNAAA-tRNA 确定与核糖体结合的AAAA和模板特定特定三核苷酸为模板三核苷酸为模板 +核糖体核糖体 +20+20 种种AA-tRNAAA-tRNA(其中一种AA-tRNAAA-tRNA的氨基酸被1414C C标记）1.3 遗传

5、密码字典遗传密码字典1.4 遗传密码的性质遗传密码的性质1.4.1 简并性与兼职性简并性与兼职性 简并性：简并性：许多氨基酸对应的密码子不止一种。许多氨基酸对应的密码子不止一种。兼职性：兼职性：AUG（Met)和和GUG（Val)两个密码子除两个密码子除代表特定氨基酸外，还兼作起始密码子。代表特定氨基酸外，还兼作起始密码子。Amino acids have 16 codons each1.4.2 普遍性与特殊性普遍性与特殊性普遍性：普遍性：遗传密码无论在体内还是体外，无论是对病毒、遗传密码无论在体内还是体外，无论是对病毒、细菌、动物还是植物而言都通用；细菌、动物还是植物而言都通用；特殊性：特殊

6、性：遗传密码的个例很少见；基因组中编码含义遗传密码的个例很少见；基因组中编码含义的改变常涉及到对的改变常涉及到对终止密码子的解读终止密码子的解读；密码子系；密码子系统性改变只存在于统性改变只存在于线粒体线粒体中。中。Changes in the genetic code usually involve Stop/None signals1.4.3 密码子密码子-反密码子识别的摇摆性反密码子识别的摇摆性 在密码子与反密码子的配对中，前两对严在密码子与反密码子的配对中，前两对严格遵守碱基配对原则，而第三对碱基有一定格遵守碱基配对原则，而第三对碱基有一定的自由度，可以的自由度，可以“摆动摆动”。Th

7、ird bases have least meaning密码子与反密码子的识别密码子与反密码子的识别r r在密码子第三位碱基与在密码子第三位碱基与反密码子第一位碱基之反密码子第一位碱基之间，碱基配对的摆动允间，碱基配对的摆动允许形成许形成GU配对。配对。GU pairs form at the third codon base Anticodon 3 G-C-I G-C-I G-C-I 5Codon 5 C-G-A C-G-U C-G-C 3I:次黄嘌呤次黄嘌呤1.4.4 读码的连续性读码的连续性 生物合成过程中，生物合成过程中，mRNA的编码方向是的编码方向是53，从，从N端向端向C端延伸肽

8、链。一条肽链端延伸肽链。一条肽链合成起始后，密码子按合成起始后，密码子按3个一框读下去不重个一框读下去不重叠也不跳格，直到终止。叠也不跳格，直到终止。2 蛋白质合成中使用的蛋白质合成中使用的RNA 概概 述述2.1 mRNA2.2 tRNA2.3 rRNAmRNA：蛋白质的蛋白质的DNA序列信息的中间体。序列信息的中间体。tRNA：运送特定氨基酸到核糖体上合成蛋白质。运送特定氨基酸到核糖体上合成蛋白质。rRNA：核糖体的组成元件。核糖体的组成元件。概概 述述Protein synthesis uses three types of RNA53 2.1 mRNA2.1.1 原核生物原核生物mRN

9、A与真核生物与真核生物mRNA结构比较结构比较 核糖体可以不从核糖体可以不从mRNAmRNA上解离连续合成三个蛋白质上解离连续合成三个蛋白质Eukaryotic mRNAProkaryotic mRNA2.1.2 原核生物原核生物mRNA与真核生物与真核生物mRNA生命周期比较生命周期比较2)The life cycle of Eukaryotic mRNA messenger RNA:expression of mRNA in animal cells requires transcription,modification,processing,nucleocytoplasmic trans

10、port,and translation.Eukaryotic mRNA is modified and exported2.2 tRNA2.2.1 tRNA的基本结构的基本结构 tRNA折叠折叠为紧凑的为紧凑的L型三级结构。型三级结构。tRNA is an adaptor 2.2.2 tRNA的生物学功能的生物学功能tRNA特异性特异性只取决于反密码子只取决于反密码子,与携带的氨基酸无关与携带的氨基酸无关P1112.2.3 tRNA的分类的分类（1 1 1 1）起始）起始）起始）起始tRNAtRNAtRNAtRNA和延伸和延伸和延伸和延伸tRNAtRNAtRNAtRNA：一类能特异识别一类能

11、特异识别一类能特异识别一类能特异识别mRNAmRNAmRNAmRNA模板上起始密码子的模板上起始密码子的模板上起始密码子的模板上起始密码子的tRNAtRNAtRNAtRNA叫起始叫起始叫起始叫起始tRNAtRNAtRNAtRNA；其它；其它；其它；其它tRNAtRNAtRNAtRNA称为延伸称为延伸称为延伸称为延伸tRNAtRNAtRNAtRNA。（2 2 2 2）同工）同工）同工）同工tRNA:tRNA:tRNA:tRNA:代表相同氨基酸的代表相同氨基酸的代表相同氨基酸的代表相同氨基酸的tRNAtRNAtRNAtRNA称同工称同工称同工称同工tRNAtRNAtRNAtRNA。（3 3 3 3

12、）校正）校正）校正）校正tRNAtRNAtRNAtRNA：通过通过通过通过tRNAtRNAtRNAtRNA中反密码子改变来校正密码子中反密码子改变来校正密码子中反密码子改变来校正密码子中反密码子改变来校正密码子突变，使其在突变位点引入正确氨基酸。突变，使其在突变位点引入正确氨基酸。突变，使其在突变位点引入正确氨基酸。突变，使其在突变位点引入正确氨基酸。无义突变无义突变无义突变无义突变(nonsense mutation):(nonsense mutation):(nonsense mutation):(nonsense mutation):指指指指DNADNADNADNA上任何代表氨基上任何代

13、表氨基上任何代表氨基上任何代表氨基酸的密码子变为终止密码子的改变。酸的密码子变为终止密码子的改变。酸的密码子变为终止密码子的改变。酸的密码子变为终止密码子的改变。错义突变错义突变错义突变错义突变(missense mutation):(missense mutation):(missense mutation):(missense mutation):指指指指DNADNA分子中的核分子中的核分子中的核分子中的核苷酸置换后改变了苷酸置换后改变了苷酸置换后改变了苷酸置换后改变了mRNAmRNA上遗传密码，从而导致合成上遗传密码，从而导致合成上遗传密码，从而导致合成上遗传密码，从而导致合成的多肽链中

14、一个氨基酸被另一氨基酸所取代的改变。的多肽链中一个氨基酸被另一氨基酸所取代的改变。的多肽链中一个氨基酸被另一氨基酸所取代的改变。的多肽链中一个氨基酸被另一氨基酸所取代的改变。3.1 核糖体的基本结构核糖体的基本结构3.2 核糖体在细胞中的占有比例核糖体在细胞中的占有比例3.3 核糖体的生物学功能核糖体的生物学功能3 核糖体核糖体/80S/40S/60S 3.1 核糖体的基本结构核糖体的基本结构Size comparisons show that the ribosome is large enough to bind tRNAs and mRNA.Ribosomes are large rib

15、onucleoprotein particles that contain more RNA than protein and dissociate into large and small subunits.细胞器核糖体：细胞器核糖体：与胞质中的存在明显差异，与胞质中的存在明显差异，并具不同形式。有时与细菌核糖体大小相当并具不同形式。有时与细菌核糖体大小相当（70%rRNA70%rRNA），），有时仅有时仅60 S60 S（30%rRNA 30%rRNA）核糖体存在于每个进行蛋白质合成的细胞中。核糖体存在于每个进行蛋白质合成的细胞中。虽然在不同生物内其虽然在不同生物内其大小有别大小有别，但，

16、但组织结构基本组织结构基本相同相同，而且执行的，而且执行的功能也完全相同功能也完全相同。NOTE：3.2 核糖体在细胞中的占有比例核糖体在细胞中的占有比例3.3 核糖体的生物学功能核糖体的生物学功能 mRNA结合部位；结合部位；结合结合AA-tRNA部位（部位（A位）；位）；结合肽基结合肽基 tRNA部位（部位（P位）；位）；空载空载tRNA移出部位（移出部位（E位）；位）；形成肽键的部位。形成肽键的部位。此外，还有用于起始和延伸的各种蛋白质此外，还有用于起始和延伸的各种蛋白质因子结合部位。因子结合部位。核糖体发挥生物学功能的核糖体发挥生物学功能的5个基本部位个基本部位大小亚基的生物学功能大小

17、亚基的生物学功能小亚基：小亚基：通过密码子与反密码子的配对，识别并结合模板通过密码子与反密码子的配对，识别并结合模板mRNAmRNA，蛋白质合成中，蛋白质合成中A A位、位、P P位、位、E E位的一部分等。位的一部分等。大亚基：大亚基：结合多肽链，催化肽键形成、蛋白质合成中结合多肽链，催化肽键形成、蛋白质合成中A A位、位、P P位、位、E E位的一部分等。位的一部分等。Ala（A）Val（V）Leu（L）Ile（I）Pro（P）Met（M）His（H）Gly（G）Ser（S）Thr（T）Cys（C）Phe（F）Trp（W）Asp（D）Glu（E）Lys（K）Gln（Q）Arg（R）Tyr（

18、Y）Asn（N）4 蛋白质合成中使用的蛋白质合成中使用的20种氨基酸种氨基酸5 蛋白质合成的生物学机制蛋白质合成的生物学机制 5.1 氨基酸活化氨基酸活化 5.2 基本过程基本过程 5.3 蛋白质合成蛋白质合成起始起始 5.4 蛋白质合成蛋白质合成延伸延伸 5.5 蛋白质合成蛋白质合成终止终止5.1 氨基酸活化氨基酸活化5.1.1 氨酰氨酰-tRNA合成酶的生物学功能合成酶的生物学功能5.1.2 氨酰氨酰-tRNA合成酶引入的两种错误合成酶引入的两种错误5.1.1 氨酰氨酰-tRNA合成酶的生物学功能合成酶的生物学功能 总反应：总反应：总反应：总反应：aminoacyltRNA synthet

19、aseaminoacyltRNA synthetase AA+tRNA+ATP AA+tRNA+ATP AA-tRNA+AMP+PPi AA-tRNA+AMP+PPi 实际实际反反反反应应：第一步：第一步：第一步：第一步：AA+ATP+E E-AA-AMP+PPiAA+ATP+E E-AA-AMP+PPi第二步：第二步：第二步：第二步：E-AA-AMP+tRNA AA-tRNA+E+AMPE-AA-AMP+tRNA AA-tRNA+E+AMP AA:AA:amino acid;amino acid;AA-tRNA:AA-tRNA:aminoacyl-tRNA aminoacyl-tRNA E:

20、E:aminoacyltRNA synthetaseaminoacyltRNA synthetaseAn aminoacyltRNA synthetase charges tRNA with an amino acid The charging reaction uses ATP 它可将它可将tRNAtRNA和氨基酸进行分类。每和氨基酸进行分类。每一种氨酰一种氨酰-tRNA-tRNA合成酶识别一种氨基酸和合成酶识别一种氨基酸和所有能装载该氨基酸的所有能装载该氨基酸的tRNAtRNA。关于氨酰关于氨酰-tRNA合成酶合成酶蛋白质合成真实性主要决定于：蛋白质合成真实性主要决定于：tRNA tRNA

21、能否把正确的氨基酸放到新生多肽链的能否把正确的氨基酸放到新生多肽链的正确位置。正确位置。氨酰氨酰-tRNA-tRNA合成酶会引入两种错误：合成酶会引入两种错误：一种是将一种是将错误的氨基酸错误的氨基酸加在加在正确的正确的tRNAtRNA上上；另一种是将另一种是将正确的氨基酸正确的氨基酸加在加在错误的错误的tRNAtRNA上。上。前者现错的可能性更大。前者现错的可能性更大。5.1.2 氨酰氨酰-tRNA合成酶引入的两种错误合成酶引入的两种错误Error rates differ at each stage of gene expression5.2 蛋白质合成的基本过程蛋白质合成的基本过程 5.

22、2.1 tRNA和和mRNA的行进路线的行进路线5.2.2 核糖体活性部位核糖体活性部位5.2.3 蛋白质蛋白质合成的三个阶段合成的三个阶段5.2.4 蛋白质蛋白质合成中核糖体循环合成中核糖体循环5.2.1 tRNA和和mRNA的行进路线的行进路线5.2.2 核糖体活性部位核糖体活性部位n n核糖体有三个核糖体有三个核糖体有三个核糖体有三个tRNAtRNA结合位点：结合位点：结合位点：结合位点：氨酰氨酰氨酰氨酰-tRNA-tRNA进入进入进入进入A A位（除用于起始的那个）位（除用于起始的那个）位（除用于起始的那个）位（除用于起始的那个）肽酰肽酰肽酰肽酰-tRNA-tRNA和起始氨酰和起始氨酰

23、和起始氨酰和起始氨酰-tRNA-tRNA进入进入进入进入P P位位位位 去氨酰去氨酰去氨酰去氨酰-tRNA-tRNA通过通过通过通过E E位脱出位脱出位脱出位脱出n n肽链从肽链从肽链从肽链从P P位肽酰位肽酰位肽酰位肽酰-tRNA-tRNA上转移到上转移到上转移到上转移到A A位氨酰位氨酰位氨酰位氨酰-tRNA-tRNA上，上，上，上，这样一个氨基酸就被加到肽链上。这样一个氨基酸就被加到肽链上。这样一个氨基酸就被加到肽链上。这样一个氨基酸就被加到肽链上。5.2.3 蛋白质合成的三个阶段简介蛋白质合成的三个阶段简介Initiation 30S subunit on mRNA binding s

24、ite is joined by 50S subunit and aminoacyltRNA bindsElongation Ribosome moves along mRNA，extending protein by transfer from peptidyltRNA to aminoacyltRNATermination Polypeptide chain is released from tRNA,and ribosome dissociates from mRNA5.2.3 蛋白质合成的三个阶段简介蛋白质合成的三个阶段简介5.2.4 蛋白质合成中核糖体循环蛋白质合成中核糖体循环 I：

25、游离核糖体可解离为不同亚基；游离核糖体可解离为不同亚基；II：合成起始并非完整核糖体所为；合成起始并非完整核糖体所为；III：细菌核糖体以细菌核糖体以70S复合体形式延伸。复合体形式延伸。核糖体循环与蛋白质合成核糖体循环与蛋白质合成5.3 蛋白质合成的起始蛋白质合成的起始5.3.1 原核生物蛋白质合成起始原核生物蛋白质合成起始5.3.2 真核生物蛋白质合成起始真核生物蛋白质合成起始 原核和真核生物蛋白质合成起始比较原核和真核生物蛋白质合成起始比较5.3.1 原核生物蛋白质合成起始原核生物蛋白质合成起始（1 1）起始总反应式起始总反应式（2 2）细菌中三种重要的起始因子细菌中三种重要的起始因子（

26、3 3）起始反应第一个氨基酸及第一个氨酰起始反应第一个氨基酸及第一个氨酰-tRNA-tRNA（4 4）起始密码子的选用起始密码子的选用（5 5）起始位点及其实验分析起始位点及其实验分析（6 6）多顺反子多顺反子mRNAmRNA的翻译起始的翻译起始(1)原核生物起始总反应式：原核生物起始总反应式：30S+50S+mRNA+fMettRNAfIF1、IF2、IF3GTP70S mRNA fMettRNAf+GDP+Pi(2)(2)细菌中有三种起始因子细菌中有三种起始因子IF-3IF-3：稳定稳定30S30S亚基；辅助亚基；辅助30S30S亚基与亚基与mRNAmRNA上起始点特上起始点特异性结合；异

27、性结合；IF-1IF-1：与与30S30S亚基结合在亚基结合在A A位，位，阻止氨酰阻止氨酰-tRNA-tRNA进入；阻止进入；阻止30S30S与与50S50S亚基结合。亚基结合。IF-2IF-2：结合特定起始因子结合特定起始因子tRNAtRNA，控制它进入核糖体；，控制它进入核糖体；有核糖体依赖有核糖体依赖GTPGTP酶活性；酶活性；Initiation requires factors and free subunits 在细菌和真核生物细胞器中在细菌和真核生物细胞器中在细菌和真核生物细胞器中在细菌和真核生物细胞器中：起始氨基酸是起始氨基酸是起始氨基酸是起始氨基酸是甲酰甲硫甲酰甲硫甲酰甲硫

28、甲酰甲硫氨酸氨酸氨酸氨酸，与小亚基结合的是，与小亚基结合的是，与小亚基结合的是，与小亚基结合的是氨甲酰甲硫氨酰氨甲酰甲硫氨酰氨甲酰甲硫氨酰氨甲酰甲硫氨酰-tRNA-tRNA-tRNA-tRNA(NNformylmethionyltRNAformylmethionyltRNA，fMettRNAfMettRNAf fMet Met Met Met 或或或或 fMettRNAfMettRNAf f)，由两步反应合成：由两步反应合成：由两步反应合成：由两步反应合成：第一步：第一步：第一步：第一步：Met Met Met Met+tRNAtRNAtRNAtRNAf fMet Met+ATP ATP AT

29、P ATP Met-tRNAMet-tRNAMet-tRNAMet-tRNAf fMet Met+AMPAMPAMPAMP+PPiPPiPPiPPi 第二步：第二步：第二步：第二步：甲酰基转移酶甲酰基转移酶甲酰基转移酶甲酰基转移酶N N N N10101010-甲酰四氢叶酸甲酰四氢叶酸甲酰四氢叶酸甲酰四氢叶酸+Met-tRNA+Met-tRNA+Met-tRNA+Met-tRNAf f f fMet Met Met Met 四氢叶酸四氢叶酸四氢叶酸四氢叶酸+fMet-tRNA+fMet-tRNA+fMet-tRNA+fMet-tRNAf f f fMetMetMetMet（3）起始反应的第一个

30、氨基酸及第一个氨酰）起始反应的第一个氨基酸及第一个氨酰tRNAtRNA甲酰基转移酶甲酰基转移酶甲酰基转移酶甲酰基转移酶fMettRNAf 结构特征结构特征fMettRNAf与与30SmRNA复合复合体结合需体结合需IF2参与。参与。50S亚基结合后，亚基结合后，GTP能量被释放，能量被释放，所有所有IF都被释放。都被释放。Initiation is controlled by three factors30S subunits initiate；ribosomes enongate(4)起始遗传密码的选用起始遗传密码的选用n n所有蛋白质合成由同一氨基酸所有蛋白质合成由同一氨基酸-甲硫氨酸甲硫

31、氨酸开始。开始。多肽合成起始信号是一个多肽合成起始信号是一个ORF开始的独特密码子。开始的独特密码子。常为常为AUG。但细菌中也可。但细菌中也可GUG和和UUG。n n三种密码子被识别的效率不一样：三种密码子被识别的效率不一样：AUG=2 GUG=4 UUG（5）起始位点及其实验分析）起始位点及其实验分析 细菌细菌mRNA起始点包括起始点包括AUG起始密码子及其上游起始密码子及其上游10个碱基处个碱基处Shine-Dalgarno嘌呤六聚体；嘌呤六聚体；在起始过程中，细菌核糖体在起始过程中，细菌核糖体30S亚基的亚基的16S rRNA 3端有一个可与端有一个可与SD序列的互补序列。序列的互补序

32、列。The AUG is preceded by a ShineDalgarno sequence(6)多顺反子的多顺反子的mRNA翻译起始翻译起始n n多数多顺反子的翻译独立发生；多数多顺反子的翻译独立发生；n n某些细菌中，某些细菌中，mRNA相邻顺反子翻译相邻顺反子翻译直接相连，可由一个核糖体翻译。直接相连，可由一个核糖体翻译。5.3.2 真核生物蛋白质合成的起始真核生物蛋白质合成的起始（1）小亚基查找起始位点小亚基查找起始位点（2）起始位点序列特点起始位点序列特点（3）起始复合体的形成过程起始复合体的形成过程scanning model:Eukaryotic ribosomes mig

33、rate from the 5 end of mRNA to the ribosome binding site,which includes an AUG initiation codon.（1）小亚基查找起始位点）小亚基查找起始位点 起始位点含一个典型序列起始位点含一个典型序列:5 NNNPuNNAUGG 3，在，在AUG前的第三个嘌呤（前的第三个嘌呤（G或或A）以及紧）以及紧跟其后的跟其后的G，可十倍地影响翻译效率。，可十倍地影响翻译效率。（2 2）起始位点序列特点）起始位点序列特点 tRNA:起始和延伸起始和延伸MettRNA间区别仅在于间区别仅在于tRNA本身。本身。MettRNAi

34、用于起始而用于起始而MettRNAm用于延伸。用于延伸。起始因子起始因子:真核比原核细胞拥有更多起始因子，它真核比原核细胞拥有更多起始因子，它们在起始全过程中发挥作用。们在起始全过程中发挥作用。（3）起始复合体的形成过程）起始复合体的形成过程Eukaryotic initiation uses several complexesThey act at all stages of the process,including 5 stages:1)forming a complex with MettRNAi 2)forming an initiation complex with the 5 e

35、nd of mRNA 3)binding the mRNAfactor complex to the MettRNAifactor complex 4)enabling the ribosome to scan mRNA from the 5 end to the first AUG 5)mediating joining of the 60S subunit.poly(A)stimulates the formation of an initiation complex at the 5 end.5.3.3 5.3.3 原核生物和真核生物蛋白质合成起始异同点分析原核生物和真核生物蛋白质合成起

36、始异同点分析原核生物和真核生物蛋白质合成起始异同点分析原核生物和真核生物蛋白质合成起始异同点分析 内容内容内容内容原核生物原核生物原核生物原核生物真核生物真核生物真核生物真核生物核核核核糖糖糖糖体体体体完整完整完整完整70S70S80S80S亚基亚基亚基亚基50S50S，30S30S60S60S，40S40S起始起始起始起始tRNAtRNAfMettRNAfMettRNAf fMetMetMettRNAMettRNAi iMetMet起始因子起始因子起始因子起始因子3 3种种种种至少至少至少至少7 7种种种种起始复合起始复合起始复合起始复合物的生成物的生成物的生成物的生成顺序顺序顺序顺序1 1

37、）30S30S mRNAmRNA1)1)40S40S MettRNAMettRNAi iMetMet2 2）30S30S mRNAmRNA fMetfMettRNAtRNAf fMetMet2)2)40S 40S MetMettRNAtRNAi iMet Met mRNAmRNA3 3）70S70S mRNAmRNA fMetfMettRNAtRNAf fMetMet3 3）80S80S mRNAmRNA MetMettRNAtRNAi iMetMet5.4 5.4 肽链的延伸肽链的延伸5.4.1 氨酰氨酰-tRNA进入进入A位位5.4.2 肽链从肽链从P位转移到位转移到A位的氨酰位的氨酰-t

38、RNA上上5.4.3 易位使核糖体相对于易位使核糖体相对于mRNA移动移动 不同延伸因子选择性结合到核糖体上使肽不同延伸因子选择性结合到核糖体上使肽链不断延伸链不断延伸5.4.1 氨酰氨酰-tRNA进入进入A位位n n 除起始子以外的氨酰除起始子以外的氨酰-tRNA均进入核糖体均进入核糖体A位，并受延伸因子（细菌为位，并受延伸因子（细菌为EF-Tu）的催）的催化化(前提是前提是P位有肽酰位有肽酰-tRNA占据占据)。EFTu recycles between GTPbound and GDPbound formsactiveinactive 每个细菌约有每个细菌约有70 000个个EF-Tu分

39、子（约占总蛋分子（约占总蛋白白5%），与氨酰），与氨酰-tRNA分子数接近，意味着大分子数接近，意味着大多数氨酰多数氨酰-tRNA存在于三元复合体中。每个细胞存在于三元复合体中。每个细胞约只有约只有10 000个个EF-Ts分子。分子。EF-Tu*EF-Ts复合体仅是瞬时存在，复合体仅是瞬时存在，EF-Tu可可迅速转变为迅速转变为GTP结合形式，再形成三元复合体。结合形式，再形成三元复合体。5.4.2 肽链从肽链从P位转移到位转移到A位的氨酰位的氨酰-tRNA上上n n新生肽链从新生肽链从P P位位的肽酰的肽酰-tRNA-tRNA转移至转移至A A位位的氨酰的氨酰-tRNAtRNA，这导致肽链

40、延伸；，这导致肽链延伸；n n负责肽键形成的催化酶称负责肽键形成的催化酶称肽基转移酶肽基转移酶（peptidyl peptidyl peptidyl peptidyl transferase)transferase)transferase)transferase)，50S50S亚基亚基具肽基转移酶的活性；具肽基转移酶的活性；n n肽键形成使肽键形成使P P位位产生脱酰基的产生脱酰基的tRNAtRNA，A A位位产生肽酰产生肽酰-tRNAtRNA。Peptide bond formation takes place by reaction between the polypeptide of p

41、eptidyltRNA in the P site and the amino acid of aminoacyltRNA in the A site.Nascent polypeptide is transferred to aatRNA 5.4.3 易位使核糖体相对于易位使核糖体相对于mRNA移动移动n n核糖体易位使核糖体易位使mRNAmRNA在核糖体上移动在核糖体上移动3碱基长度。碱基长度。n n易位使脱氨酰的易位使脱氨酰的tRNA进入进入E位，肽酰位，肽酰-tRNA进入进入P位，位，A位空出。位空出。n n杂合状态模型杂合状态模型提出移位分两步进行：提出移位分两步进行：50S亚基相亚

42、基相对于对于30S亚基移动，然后亚基移动，然后30S亚基移动使核糖体构亚基移动使核糖体构象复原。象复原。The hybrid state translocation modelThe hybrid state translocation modeltRNA moves through 3 ribosome sites 5.4.4 5.4.4 不同延伸因子选择性结合到核糖不同延伸因子选择性结合到核糖体上使肽链不断延伸体上使肽链不断延伸 易位需要易位需要EF-GEF-G，其结构类似于，其结构类似于氨酰氨酰-tRNA*EF-tRNA*EF-TU*GTPTU*GTP复合体，该因子为细胞的主要组分，一个

43、复合体，该因子为细胞的主要组分，一个核糖体就约有核糖体就约有1 1个分子。个分子。EF-Tu EF-Tu及及EF-GEF-G与核糖体的结合是相互排斥的。与核糖体的结合是相互排斥的。易位需要易位需要GTPGTP水解，这引起水解，这引起EF-GEF-G的变化，继而的变化，继而又引起核糖体结构的变化。又引起核糖体结构的变化。The structure of the ternary complex of aminoacyl-tRNAEF-TuGTP(left)resembles the structure of EF-G(right).Structurally conserved domains of

44、 EF-Tu and EF-G are in red and green;the tRNA and the domain resembling it in EF-G are in purple.EF factors have alternating interactionsBinding of factors EFTu and EFG alternates as ribosomes accept new aminoacyltRNA,form peptide bonds,and translocate.黄色霉素黄色霉素梭链孢酸梭链孢酸5.5 蛋白质合成的终止蛋白质合成的终止5.5.1 三种终止密

45、码子三种终止密码子5.5.2 释放因子释放因子5.5.3 肽链合成终止反应过程肽链合成终止反应过程5.5.1 三种终止密码子三种终止密码子n n三个终止密码子（三个终止密码子（三个终止密码子（三个终止密码子（termination codontermination codon，stop stop codon)UAAcodon)UAA、UAGUAG和和和和UGAUGA终止蛋白质合成；终止蛋白质合成；终止蛋白质合成；终止蛋白质合成；n nUAAUAA是最常用的终止密码子。是最常用的终止密码子。是最常用的终止密码子。是最常用的终止密码子。UGAUGA比比比比UAGUAG使用频率高使用频率高使用频率高

46、使用频率高一点，但一点，但一点，但一点，但UGAUGA出错的可能性更大一点。出错的可能性更大一点。出错的可能性更大一点。出错的可能性更大一点。5.5.2 释放因子释放因子 终止密码子是被蛋白质释放因子终止密码子是被蛋白质释放因子(release factor，RF)而不是氨酰而不是氨酰tRNA所识别；所识别；（1）原核生物的）原核生物的RF I型释放因子结构类似于氨酰型释放因子结构类似于氨酰tRNA*EFTu和和EFG；I型释放因子（型释放因子（RF1识别识别UAA和和UAG，RF2识识别别UGA和和UAA），），它们在它们在A位发挥作用（此时位发挥作用（此时P位要有肽酰位要有肽酰tRNA），

47、），并水解肽酰并水解肽酰tRNA上的上的键；释放因子约占核糖体的键；释放因子约占核糖体的1/10 II型释放因子型释放因子(RF3)依赖依赖GTP发挥作用，它协发挥作用，它协助助I型因子；型因子；Several factors have similar shapesMolecular mimicry enables the elongation factor TutRNA complex,the translocation factor EFG,and the release factors RF1/2RF3 to bind to the same ribosomal site.真核生物真核生

48、物I型释放因子型释放因子eRF1是一个识是一个识别全部三种终止密码子的单体蛋白质，别全部三种终止密码子的单体蛋白质，其序列与细菌的释放因子有同源性。其序列与细菌的释放因子有同源性。但但eRF3是一种在酵母体内翻译中必需的是一种在酵母体内翻译中必需的释放因子。释放因子。（2 2）真核生物的）真核生物的RFRFThe eukaryotic termination factor eRF1 has a structure that mimics tRNA.The motif GGQ at the tip of domain 2 is essential for hydrolyzing the poly

49、peptide chain from tRNA.Peptide transfer and termination are similar reactions in which a base in the peptidyl transfer center triggers a transesterification reaction by attacking an NH or OH bond,releasing the N or O to attack the link to tRNA.5.5.3 肽链合成终止反应过程肽链合成终止反应过程 6 6 蛋白质合成的抑制蛋白质合成的抑制 蛋白质生物合成

50、的抑制剂主要是一蛋白质生物合成的抑制剂主要是一些抗生素。些抗生素。如嘌呤霉素、链霉素、四如嘌呤霉素、链霉素、四环素、氯霉素、红霉素等，此外，如环素、氯霉素、红霉素等，此外，如5-5-甲基色氨酸、环己亚胺、白喉毒素、甲基色氨酸、环己亚胺、白喉毒素、蓖麻蛋白和其他核糖体灭活蛋白等都蓖麻蛋白和其他核糖体灭活蛋白等都能抑制蛋白质合成。能抑制蛋白质合成。抗菌素对蛋白质合成的抑制机制：抗菌素对蛋白质合成的抑制机制：（1 1）阻止阻止mRNA与核糖体结合与核糖体结合(氯霉素氯霉素)；（2 2）阻止阻止AA-tRNA与核糖体结合与核糖体结合(四环素类四环素类)；（3 3）干扰干扰AA-tRNA与核糖体结合而产