蛋白质生物合成-翻译

1、蛋白质生物合成蛋白质生物合成- -翻译翻译前前 言言第一节第一节 参与翻译过程的物质与功能参与翻译过程的物质与功能 一、一、mRNA的结构与功能的结构与功能（一）（一） mRNA的结构特点的结构特点 参与翻译过程的物质共包括：参与翻译过程的物质共包括：mRNA、tRNA、 ribosome、氨基酸（氨基酸（AA）、氨酰基）、氨酰基-tRNA合成酶以及各种翻译因子等。合成酶以及各种翻译因子等。mRNAFigure. A ribosome assembles from its subunits on mRNA, translates the nucleotide triplets into pro

2、tein, and then dissociates from the mRNA.（二）遗传密码（二）遗传密码（三）（三） 密码子的特性密码子的特性 三联体，连续性，不重叠，通用性，兼并性，兼职等。但三联体，连续性，不重叠，通用性，兼并性，兼职等。但存在例外。存在例外。 1. 密码子的兼并性（密码子的兼并性（degeneracy）：多种密码子负责编码一种）：多种密码子负责编码一种 氨基酸。氨基酸。 2. 密码子的例外密码子的例外: 1）在支原体：在支原体：UGA Trp(色色)； 2）在纤毛虫：）在纤毛虫：UAA和和UAG Glu（谷）；（谷）； 3）在人的线粒体：）在人的线粒体： UGA（终

3、止密码子）（终止密码子） Trp(色色) ； AGA，AGG（精）（精） 终止密码子。另加终止密码子。另加UAA、UAG，线粒体共有，线粒体共有4个终止密码子；个终止密码子； 内部蛋氨酸的密码子有内部蛋氨酸的密码子有2个：个：AUG和和AUA，起始密码子，起始密码子 有有4个：个：AUN； 4）在酵母线粒体：除上述）在酵母线粒体：除上述3点外，还有点外，还有CUA亮亮 Thr(苏苏)。（四）遗传密码的破译（四）遗传密码的破译 理论推算阶段：理论推算阶段：1954年科普作家年科普作家G. Gamow首先对遗传密首先对遗传密码进行了理论推测：码进行了理论推测：41=4；42=16；43=64；44

4、=256。AA=20。（4=A、T、C、G）；所以，密码子是三联体。后来的实验证）；所以，密码子是三联体。后来的实验证实是对的。实是对的。 实验证实阶段：实验证实阶段： 实验一：实验一：1961年，年，Nirenberg的无细胞翻译系统研究。的无细胞翻译系统研究。 无细胞翻译系统的建立方法：破碎大肠杆菌（无细胞翻译系统的建立方法：破碎大肠杆菌（E. Coli），），用用DNA酶（酶（DNase）处理，使模板）处理，使模板DNA降解，不能再行转录生降解，不能再行转录生成新的成新的mRNA，原有的，原有的mRNA因其寿命较短而消失。在该体系因其寿命较短而消失。在该体系中存在除模板和各种氨基酸以外的

5、蛋白质合成所需全部成分。中存在除模板和各种氨基酸以外的蛋白质合成所需全部成分。这就是无细胞翻译系统。这就是无细胞翻译系统。 在该系统中分别加入人工合成的在该系统中分别加入人工合成的polyU、polyA、polyC或或polyG，结果发现，系统中分别产生了，结果发现，系统中分别产生了poly(Phe)、poly(Lys)、poly(Pro)或或poly(Gly)。这说明。这说明Phe、Lys、Pro和和Gly的密码子分的密码子分别为别为UUU、AAA、CCC和和GGG。 在上述实验的基础上，将两种碱基按不同比例混合，如：在上述实验的基础上，将两种碱基按不同比例混合，如：U:G=5:1U:G=5

6、:1，合成模板，合成模板mRNAmRNA，其三联体的种类共，其三联体的种类共8 8种：种： UUUUUU、UUGUUG、UGUUGU、GUUGUU、GGGGGG、GGUGGU、GUGGUG、UGGUGG 根据概率推算，上述根据概率推算，上述8 8种三联体在模板中出现的机率为种三联体在模板中出现的机率为125:25:25:25:1:5:5:5125:25:25:25:1:5:5:5。 利用这种利用这种mRNAmRNA模板在无细胞翻译系统中合成多肽，经氨基模板在无细胞翻译系统中合成多肽，经氨基酸种类和含量测定发现，酸种类和含量测定发现，Phe:Cys=5:1Phe:Cys=5:1；Phe: Val

7、=5:1Phe: Val=5:1；Phe:Gly=25:1Phe:Gly=25:1。 由于苯丙氨酸的密码子为由于苯丙氨酸的密码子为UUUUUU，故可以推知，半胱氨酸和缬，故可以推知，半胱氨酸和缬氨酸的密码子由氨酸的密码子由2 2个个U U和和1 1个个G G组成，而苷氨酸的密码子由组成，而苷氨酸的密码子由1 1个个U U和和2 2个个G G组成。组成。 应用类似的方法，测定了其他氨基酸的密码子碱基组成。应用类似的方法，测定了其他氨基酸的密码子碱基组成。 实验二：三联体结合实验实验二：三联体结合实验-Nirenberg（1964年）。破译了年）。破译了全部密码子，但没有解决密码子的阅读方向问题。

8、全部密码子，但没有解决密码子的阅读方向问题。 为了解决上述无细胞翻译系统测定密码子的不足，为了解决上述无细胞翻译系统测定密码子的不足，Nirenberg等人又设计进行了三联体结合实验。该实验是在以下等人又设计进行了三联体结合实验。该实验是在以下2个事实的基础上进行的：个事实的基础上进行的： 1） tRNA、氨基酸和三联体的结合是特异的；、氨基酸和三联体的结合是特异的； 2）由）由tRNA、氨基酸和三联体三者构成的复合体大分子不、氨基酸和三联体三者构成的复合体大分子不能通过硝酸纤维素滤膜，而由能通过硝酸纤维素滤膜，而由tRNA和氨基酸二者组成的复合体和氨基酸二者组成的复合体可以通过此膜。可以通过

9、此膜。 在无细胞翻译系统中加入已知序列的三联体如在无细胞翻译系统中加入已知序列的三联体如ACA和一种和一种用用14C标记的氨基酸如丝氨酸（标记的氨基酸如丝氨酸（Ser），）， ACA进入核糖体后，如进入核糖体后，如果携带标记果携带标记Ser的的tRNA能够与其结合，则不能透过硝酸纤维素能够与其结合，则不能透过硝酸纤维素滤膜，证明滤膜，证明ACA就是就是Ser的密码子。反之，的密码子。反之，ACA不是不是Ser的密码的密码子，再更换其他的三联体，直至找到子，再更换其他的三联体，直至找到Ser的密码子。的密码子。 通过本实验，通过本实验，Nirenberg等人成功地破译了等人成功地破译了20种氨基

10、酸的全种氨基酸的全部遗传密码。部遗传密码。 实验三：重复共聚物体外翻译实验实验三：重复共聚物体外翻译实验-Khorana（1965年）年）密码子全部被破译。密码子全部被破译。表表. 重复多聚核苷酸的不同设计方式及无细胞翻译实验结果重复多聚核苷酸的不同设计方式及无细胞翻译实验结果重复序列重复序列 可组成的三联体密码可组成的三联体密码 合成多肽的氨基酸组成合成多肽的氨基酸组成 (UC)n UCU CUC Ser-Leu (UUC)n UUC UCU CUU Phe-Ser-Leu (UUAC)n UUA CUU ACU UAC Leu-Leu-Thr-Tyr 至此，密码子全部被破译成功。正是由于至

11、此，密码子全部被破译成功。正是由于Nirenberg和和Khorana二人的创造性成果，他们于二人的创造性成果，他们于1968年共同获得了诺贝尔化年共同获得了诺贝尔化学奖。学奖。 二、二、 tRNA的结构与功能的结构与功能（一）（一）tRNA的二级结构的二级结构The acceptor arm consists of a base-paired stem that ends in an unpaired sequence whose free 2- or 3-OH group can be linked to an amino acid. The TC arm is named for the

12、 presence of this triplet sequence. ( stands for pseudouridine, a modified base.) The anticodon arm always contains the anticodon triplet in the center of the loop.The D arm is named for its content of the base dihydrouridine (another of the modified bases in tRNA). The extra arm lies between the TC

13、 and anticodon arms and varies from 321 bases. （二）（二）tRNA的三级结构的三级结构 所有的所有的tRNA的三级结构经的三级结构经X-ray 衍射发现，都呈衍射发现，都呈L形，形，见下图。见下图。 A molecular model of the structure of yeast tRNAPhe is shown in Figure 5.5.（三）（三）tRNA的功能的功能 AA + ATP AA-AMP + PPi (氨基酸活化氨基酸活化) AA-AMP + tRNA 氨酰基氨酰基-tRNA + AMP 同功同功tRNA(isoaccep

14、ting tRNA) ：识别并携带同一种氨基酸：识别并携带同一种氨基酸的不同的不同tRNA。 tRNA正确识别和荷载氨基酸的原因：首先与氨酰基正确识别和荷载氨基酸的原因：首先与氨酰基-tRNA合成酶的结构有关；其次与反密码子有关；副密码子的作用非合成酶的结构有关；其次与反密码子有关；副密码子的作用非常重要。常重要。 副密码子（副密码子（paracodon）：）：（四）（四）tRNA的丰富度与密码子的使用频率的丰富度与密码子的使用频率 密码子优化密码子优化（五）摇摆假说（五）摇摆假说（wobble hypothesis）：）：三、三、 核糖体的结构与功能核糖体的结构与功能（一）核糖体的组成与结构

15、（一）核糖体的组成与结构RNA的特异序列和功能的特异序列和功能 含含CGAAC与与GTCG互补互补 CCUCCU与与SD序列互补序列互补 有有GAUC和和TCG互补互补 和和Capm7G结合结合Electron micrographs of subunits and complete bacterial ribosomes are shown in Figure 6.2. Together with models in the corresponding orientation. The complete 70S ribosome has an asymmetric construction.

16、 The partition between the head and body of the small subunit is aligned with the notch of the large subunit, so that the platform of the small subunit fits into the large subunit. There is a cavity between the subunits which contains some of the important sites.（二）核糖体的活性位点（二）核糖体的活性位点1）mRNA结合位点：位于结合

17、位点：位于30S亚基，亚基，由由 S1/S18/S21蛋白及蛋白及16S rRNA组成。组成。2）P位点：大部分位于位点：大部分位于50S，小部分，小部分位于位于30S，能与起始，能与起始tRNA结合，结合，涉及涉及16S rRNA 3-端区域；涉及端区域；涉及L2、L14、L18、L24、L27、L33。3）A位点：主要位于位点：主要位于50S亚基，亚基，涉及涉及16S rRNA及及L1、L5、L7、L12、L20、L30、L33。4）肽酰基转移酶活性位点：位于）肽酰基转移酶活性位点：位于P和和A位点的连接处位点的连接处,靠近靠近tRNA的接受臂。涉及的接受臂。涉及23S rRNA、 L2、

18、L3、L4、L15、L16。5）5S rRNA位点：在位点：在50S上，靠近肽酰基转移酶活性位点，涉上，靠近肽酰基转移酶活性位点，涉及及L5、L8、L25。与。与23S rRNA结合。结合。6）EF-Tu位点：位于位点：位于50S亚基，靠近亚基，靠近30S，涉及，涉及L5、L1、L20。7）EF-G结合位点：在结合位点：在50S亚基，靠近亚基，靠近30S界面处，界面处，L7/L12附近。附近。8）E位点：在位点：在50S亚基的头部。亚基的头部。P位点的脱酰基位点的脱酰基tRNA由此脱离核由此脱离核糖体。糖体。第二节第二节 肽链合成的起始、延伸和终止肽链合成的起始、延伸和终止回回 顾：顾： mR

19、NA、tRNA、Ribosome等的结构与功能。等的结构与功能。 mRNA: 蛋白质合成的模板；蛋白质合成的模板； tRNA: 氨基酸的携带者；氨基酸的携带者； Ribosome: 蛋白质合成的场所。蛋白质合成的场所。 蛋白质合成的原料是细胞中的蛋白质合成的原料是细胞中的20种氨基酸，反应所需的种氨基酸，反应所需的能量由能量由ATP与与GTP提供。提供。 蛋白质的生物合成过程主要包括：合成的起始；肽链的蛋白质的生物合成过程主要包括：合成的起始；肽链的延伸；合成的终止与多肽链释放。延伸；合成的终止与多肽链释放。 一、氨基酸的激活与氨酰基一、氨基酸的激活与氨酰基-tRNA的合成的合成1. 氨基酸的

20、激活与氨酰基氨基酸的激活与氨酰基-tRNA的合成过程的合成过程 氨基酸不能直接与模板相结合，必须首先与相应的氨基酸不能直接与模板相结合，必须首先与相应的tRNA结合，形成氨酰基结合，形成氨酰基 tRNA。这一过程就是氨基酸的激活。这一过程就是氨基酸的激活。 将氨基酸接合于将氨基酸接合于tRNA以形成氨酰基以形成氨酰基 tRNA的激活反应是的激活反应是在氨酰基在氨酰基 tRNA合成酶的催化作用下进行的，需要合成酶的催化作用下进行的，需要ATP提供提供能量能量 。这个反应是不可逆转的。这个反应是不可逆转的 。 AA + ATP AA-AMP + PPi (氨基酸活化氨基酸活化) AA-AMP +

21、tRNA 氨酰基氨酰基-tRNA + AMP 氨酰基氨酰基-tRNA是蛋白质合成过程中的一个关键性物质，它是蛋白质合成过程中的一个关键性物质，它们的合成不仅仅是一个携带氨基酸的过程。因为：（们的合成不仅仅是一个携带氨基酸的过程。因为：（1）它为）它为肽键的形成提供能量；（肽键的形成提供能量；（2）tRNA上的反密码子与上的反密码子与mRNA上的上的密码子识别，执行遗传信息的解读过程。密码子识别，执行遗传信息的解读过程。 2. 氨酰基氨酰基-tRNA合成过程中的校正（合成过程中的校正（proofreading）机制）机制 如何保证翻译的正确性？如何保证翻译的正确性？ （1）氨酰基）氨酰基-tRN

22、A合成酶能够正确识别其底物氨基酸的合成酶能够正确识别其底物氨基酸的侧链。有些是高度专一的，有些则专一性不高。侧链。有些是高度专一的，有些则专一性不高。 （2）对专一性不高的氨酰基）对专一性不高的氨酰基 tRNA合成酶的校正。合成酶的校正。 （3）氨酰基）氨酰基-tRNA合成酶也必须识别正确的合成酶也必须识别正确的tRNA。 另外，还与另外，还与tRNA的反密码子有关；副密码子的作用也的反密码子有关；副密码子的作用也非常重要。非常重要。 二、原核生物蛋白质翻译过程二、原核生物蛋白质翻译过程（一）翻译的起始（一）翻译的起始 1. 30S起始复合物的形成起始复合物的形成 30S起始复合物包括起始复合

23、物包括fMet-tRNA、mRNA与与30S小亚小亚基结合。基结合。这一过程是在起始因子和这一过程是在起始因子和GTP参与下完成的。参与下完成的。 原核起始因子有原核起始因子有3种：种：IF1，IF2和和IF3。 IF1：IF1是一个小的碱性蛋白，它能增加是一个小的碱性蛋白，它能增加IF2和和IF3的的活性。活性。IF1与与16S rRNA的结合位点在的结合位点在A位点位点 。另外，。另外，IF1具有活具有活化化GTP酶的作用。酶的作用。 IF2：具有很强的：具有很强的GTP酶活性，在肽链合成起始时催酶活性，在肽链合成起始时催化化GTP水解。功能是生成水解。功能是生成IF2GTPfMet-tR

24、NA三元复合物，在三元复合物，在IF3存在存在下，使起始下，使起始tRNA与核糖体小亚基结合。与核糖体小亚基结合。 IF3：IF3与与16S rRNA相互作用位点在相互作用位点在P位点附近。位点附近。IF3能能通过促使通过促使mRNA的的S-D序列与序列与16S rRNA的的3-端碱基配对，端碱基配对，让核让核糖体识别糖体识别mRNA上的特异启动信号，又能刺激上的特异启动信号，又能刺激fMet-tRNAf与核与核糖体结合在糖体结合在AUG上。上。 mRNA 和和fMet-tRNA 结合于结合于IF30SGTP聚合体上。聚合体上。在结在结合时，合时，fMet-tRNA与与IF2-GTP复合物紧密

25、接触。复合物紧密接触。 在核糖体小亚基上的在核糖体小亚基上的16S rRNA 3-端有一段顺序：端有一段顺序： 5-PyACCUCCUA-3。 其中其中Py可以是任何嘧啶核苷酸。可以是任何嘧啶核苷酸。它可与它可与mRNA中的中的AUG上游约上游约10个碱基处有一段富含嘌呤的序个碱基处有一段富含嘌呤的序列列AGGA或或GAGG（Shine-Dalgarno顺序）互补。正是由顺序）互补。正是由这样的这样的配对将配对将AUG（或（或GUG，UUG）密码子带到核糖体的起始）密码子带到核糖体的起始位置位置上上 。 fMet-tRNA 与小亚基上的与小亚基上的A位点结合。位点结合。 2. 70S起始复合物

26、的形成起始复合物的形成 30S起始复合物一旦完全形成后，起始复合物一旦完全形成后，IF3即释放出来。即释放出来。50S大亚大亚基参加进来，并引起基参加进来，并引起GTP水解和释放其它两个起始因子，水解和释放其它两个起始因子，最后最后的复合物称为的复合物称为70S起始复合物。起始复合物。IF1：IF1是一个小的碱性蛋白，它是一个小的碱性蛋白，它能增加能增加IF2和和IF3的活性。的活性。IF1与与16S rRNA的结合位点在的结合位点在A位点位点 。另外，。另外，IF1具有活化具有活化GTP酶的作用。酶的作用。IF3：与：与16S rRNA相互作用位点在相互作用位点在P位点附近。位点附近。IF3

27、能通过促使能通过促使mRNA的的S-D序列与序列与16S rRNA的的3-端碱基端碱基配对，让核糖体识别配对，让核糖体识别mRNA上的特上的特异启动信号，又能刺激异启动信号，又能刺激fMet-tRNA与核糖体结合在与核糖体结合在AUG上。上。 IF2：具有很强的：具有很强的GTP酶活性，在酶活性，在肽链合成起始时催化肽链合成起始时催化GTP水解。功水解。功能是生成能是生成IF2GTPfMet-tRNAMetf三三元复合物。在元复合物。在IF3存在下，使起始存在下，使起始tRNA与核糖体小亚基结合。与核糖体小亚基结合。（二）多肽链的延伸、移位循环（二）多肽链的延伸、移位循环 在起始阶段形成的起始

28、复合物可以接受第二个氨酰基在起始阶段形成的起始复合物可以接受第二个氨酰基-tRNA，以形成蛋白质第一个肽键。在第二个氨酰基，以形成蛋白质第一个肽键。在第二个氨酰基-tRNA进进入入A位点之后，便形成一个肽键，并产生出一个连接于第二位点之后，便形成一个肽键，并产生出一个连接于第二个氨基酸的个氨基酸的tRNA上的二肽。然后便发生移位，肽酰上的二肽。然后便发生移位，肽酰-tRNA和和与之结合的与之结合的mRNA密码子协同转移至密码子协同转移至P位点。这个氨基酸加位点。这个氨基酸加成过程一再重复，每次加上一个氨基酸，直至形成一条完整成过程一再重复，每次加上一个氨基酸，直至形成一条完整的多肽链。的多肽链

29、。 肽链的延伸要求有延伸因子肽链的延伸要求有延伸因子EF TU和和EF TS参与。参与。 Figure 6.20 EF-Tu-GTP places aminoacyl-tRNA on the ribosome and then is released as EF-Tu-GDP. EF-Ts is required to mediate the replacement of GDP by GTP. The reaction consumes GTP and releases GDP. The only aminoacyl-tRNA that cannot be recognized by EF-

30、Tu-GTP is fMet-tRNAf, whose failure to bind prevents it from responding to internal AUG or GUG codons. Figure 6.21 Peptide bond formation takes place by reaction between the polypeptide of peptidyl-tRNA in the P site and the amino acid of aminoacyl-tRNA in the A site. Peptidyl transferase is the act

31、ivity of the ribosomal 50S subunit that synthesizes a peptide bond when an amino acid is added to a growing polypeptide chain. The actual catalytic activity is a propery of the rRNA.（三）多肽链合成的终止（三）多肽链合成的终止Figure 6.27 Molecular mimicry enables the elongation factor Tu-tRNA complex, the translocation f

32、actor EF-G, and the release factors RF1/2-RF3 to bind to the same ribosomal site. Figure 6.8 Initiation requires free ribosome subunits. When ribosomes are released at termination, they dissociate to generate free subunits. Initiation factors are present only on dissociated 30S subunits. When subuni

33、ts reaassociate to give a functional ribosome at initiation, they release the factors. Initiation involves the reactions that precede formation of the peptide bond between the first two amino acids of the protein. It requires the ribosome to bind to the mRNA, forming an initiation complex that conta

34、ins the first aminoacyl-tRNA. This is a relatively slow step in protein synthesis, and usually determines the rate at which an mRNA is translated. Elongation includes all the reactions from synthesis of the first peptide bond to addition of the last amino acid. Amino acids are added to the chain one

35、 at a time; the addition of an amino acid is the most rapid step in protein synthesis. Termination encompasses the steps that are needed to release the completed polypeptide chain; at the same time, the ribosome dissociates from the mRNA. Figure 6.23 Models for translocation involve two stages. Firs

36、t, at peptide bond formation the aminoacyl end of the tRNA in the A site becomes located in the P site. Second, the anticodon end of the tRNA becomes located in the P site. 表表. 大肠杆菌起始因子、延伸因子和终止因子的特性与功能大肠杆菌起始因子、延伸因子和终止因子的特性与功能因子因子 分子量（分子量（kD） 特性和功能特性和功能起始因子起始因子IF1 9 促进核糖体的解离和促进核糖体的解离和IF2活性活性IF2 100 由

37、一个要求由一个要求GTP的反应使的反应使fMet-tRNA结合于核糖体的结合于核糖体的P位点位点IF3 22 将将mRNA结合于核糖体小亚基，可促进前导序列与结合于核糖体小亚基，可促进前导序列与16S rRNA 3端碱基配对端碱基配对延伸因子延伸因子EF-TU 43 将氨酰将氨酰-tRNA结合于核糖体结合于核糖体A位点位点EF-TS 30 重新生成重新生成EF-TU-GTPEF- G 77 肽基肽基-tRNA密码子和密码子和A位点移至位点移至P位点，此过程位点，此过程GTP参与。参与。释放因子释放因子RF1 36 水解肽基水解肽基-tRNA，要求，要求UAA或或UAG密码子密码子RF2 38

38、水解肽基水解肽基-tRNA，要求，要求UAA或或UGA密码子密码子RF3 46 促进促进RF1，RF2活性活性三、真核生物蛋白质的生物合成三、真核生物蛋白质的生物合成 真核生物蛋白质合成与原核生物两者相比，密码相同，各真核生物蛋白质合成与原核生物两者相比，密码相同，各种组分相似，亦有核糖体、种组分相似，亦有核糖体、tRNAtRNA及各种蛋白质因子。总的合成及各种蛋白质因子。总的合成途径也相似，有起始、延伸及终止阶段，但也有不同之处。途径也相似，有起始、延伸及终止阶段，但也有不同之处。（一）真核生物蛋白质合成的起始（一）真核生物蛋白质合成的起始 真核生物的起始氨基酸是蛋氨酸。参与翻译起始反应的起

39、真核生物的起始氨基酸是蛋氨酸。参与翻译起始反应的起始因子已发现有始因子已发现有10几种。这个过程可分为几种。这个过程可分为3个步骤：个步骤： 1. 43S前起始复合物的形成前起始复合物的形成 起始因子起始因子eIF-2与与GTP形成稳定形成稳定复合物，后者与复合物，后者与MettRNAMetI形成三元复合物，再与形成三元复合物，再与40S亚基形亚基形成成43S前起始复合物。前起始复合物。 2. 48S前起始复合物的形成前起始复合物的形成 在起始因子在起始因子eIF-4A，eIF-4B，eIF-4E和和ATP的参与下，的参与下，43S前起始复合物与前起始复合物与mRNA结合。结合。eIF-4A有

40、使有使mRNA二级结构解旋的作用。二级结构解旋的作用。eIF-4B则有结合则有结合mRNA并并识别起始密码子识别起始密码子AUG的作用。形成的作用。形成48S前起始复合物。前起始复合物。 据据Kozak等的研究，大多数起始密码子的上游存在等的研究，大多数起始密码子的上游存在CCACC（称为（称为 Kozak序列序列 ）AUGG。在。在43S前起始复合物前起始复合物沿沿mRNA向向3端方向移动时，遇到端方向移动时，遇到CCACC序列时，即停止序列时，即停止移动。起始密码子移动。起始密码子AUG的识别可能是通过与的识别可能是通过与tRNA上的反密上的反密码子的作用。码子的作用。eIF-2也参与了这

41、个识别过程。也参与了这个识别过程。 3. 80S起始复合物的形成起始复合物的形成 48S前起始复合物与核糖体前起始复合物与核糖体60S大亚基结合，便形成了大亚基结合，便形成了80S起始复合物。起始复合物。 这一过程由这一过程由GTP水解提供能量。各种起始因子释放出来，水解提供能量。各种起始因子释放出来，参与下一轮的起始复合物形成。参与下一轮的起始复合物形成。Figure 6.18 In eukaryotic initiation, eIF-2 forms a ternary complex with Met-tRNAf. The ternary complex binds to free 40

42、S subunits, which attach to the 5 end of mRNA. Later in the reaction, GTP is hydrolyzed when eIF-2 is released in the form of eIF2-GDP. eIF-2B regenerates the active form. Figure 6.19 Several eukaryotic initiation factors are required to unwind mRNA, bind the subunit initiation complex, and support

43、joining with the large subunit. 1. 1.肽链的延伸肽链的延伸 真核生物的肽链延伸与原核相似，只是延真核生物的肽链延伸与原核相似，只是延伸因子伸因子EF-TUEF-TU和和EF-TSEF-TS被被eEF-1eEF-1取代，而取代，而EF-GEF-G则被则被eEF-2eEF-2取代。在取代。在真菌中，还要求第三种因子，即真菌中，还要求第三种因子，即eEF-3eEF-3的参与，以维持其翻译的的参与，以维持其翻译的准确性。准确性。 2.2.肽链的终止肽链的终止 真核生物的肽链合成的终止仅涉及一个释真核生物的肽链合成的终止仅涉及一个释放因子放因子eRFeRF。eRFeR

44、F分子量约为分子量约为115kD115kD。它可识别。它可识别3 3种终止密码子：种终止密码子：UAAUAA，UAGUAG，UGAUGA。eRFeRF在活化了肽酰转移酶释放新生的肽链后，在活化了肽酰转移酶释放新生的肽链后，即从核糖体上解离。解离要求即从核糖体上解离。解离要求GTPGTP的水解。故肽链合成的终止需的水解。故肽链合成的终止需要消耗能量。要消耗能量。（二）肽链的延伸与终止（二）肽链的延伸与终止四、原核生物与真核生物翻译的比较四、原核生物与真核生物翻译的比较 原核生物的翻译与转录偶联在一起，即边转录边翻译；原核生物的翻译与转录偶联在一起，即边转录边翻译；而真核生物的翻译与转录不偶联。真

45、核而真核生物的翻译与转录不偶联。真核mRNA前体需经加工修前体需经加工修饰成为成熟饰成为成熟mRNA后，从核内输入细胞质，然后进行翻译。后，从核内输入细胞质，然后进行翻译。 真核生物蛋白质合成机构比原核生物复杂，起始步骤涉真核生物蛋白质合成机构比原核生物复杂，起始步骤涉及起始因子众多，过程复杂。如起始氨基酸；核糖体组成；起及起始因子众多，过程复杂。如起始氨基酸；核糖体组成；起始因子的种类等等。始因子的种类等等。 真核生物蛋白质合成的调控复杂。真核生物蛋白质合成的调控复杂。 真核生物与原核生物的蛋白质合成可为不同的抑制剂所真核生物与原核生物的蛋白质合成可为不同的抑制剂所抑制。抑制。Conclus

46、ion:Ribosomes are ribonucleoprotein particles in which a majority of the mass is provided by rRNA. The shapes of all ribosomes are generally similar, but only those of bacteria (70S) have been characterized in detail. The small (30S) subunit has a squashed shape, with a body containing about two-thi

47、rds of the mass divided from the head by a cleft. The large (50S) subunit is more spherical, with a prominent stalk on the right and a central protuberance. Locations of all proteins are known approximately in the small subunit. Each subunit contains a single major rRNA, 16S and 23S in prokaryotes,

48、18S and 28S in eukaryotic cytosol. There are also minor rRNAs, most notably 5S rRNA in the large subunit. Both major rRNAs have extensive base pairing, mostly in the form of short, imperfectly paired duplex stems with single-stranded loops. Conserved features in the rRNA can be identified by compari

49、ng sequences and the secondary structures that can be drawn for rRNA of a variety of organisms. The 16S rRNA has four distinct domains; the three major domains have been mapped into regions of the small subunit. Eukaryotic 18S rRNA has additional domains. One end of the 30S subunit may consist large

50、ly or entirely of rRNA. Each subunit has several active centers, concentrated in the translational domain of the ribosome where proteins are synthesized. Proteins leave the ribosome through the exit domain, which can associate with a membrane. The major active sites are the P and A sites, the E site

51、, the EF-Tu and EF-G binding sites, peptidyl transferase, and mRNA-binding site. Ribosomal proteins required for the function of some of these sites have been identified, but the sites have yet to be mapped in terms of three-dimensional ribosome structure. Ribosome conformation may change at stages

52、during protein synthesis; differences in the accessibility of particular regions of the major rRNAs have been detected. The major rRNAs contain regions that are localized at some of these sites, most notably the mRNA-binding site and P site on the 30S subunit. The 3 terminal region of the rRNA seems

53、 to be of particular importance. Functional involvement of the rRNA in ribosomal sites is best established for the mRNA-binding site, where mutations in 16S rRNA affect the initiation reaction. Ribosomal RNA is also the target for some antibiotics or other agents that inhibit protein synthesis. 23S

54、rRNA appears to possess the essential catalytic activity of peptidyl transferase. A codon in mRNA is recognized by an aminoacyl-tRNA, which has an anticodon complementary to the codon and carries the amino acid corresponding to the codon. A special initiator tRNA (fMet-tRNAf in prokaryotes or Met-tR

55、NAi in eukaryotes) recognizes the AUG codon, which is used to start all coding sequences. In prokaryotes, GUG is also used. Only the termination (nonsense) codons UAA, UAG, and UGA are not recognized by aminoacyl-tRNAs. Ribosomes are released from protein synthesis to enter a pool of free ribosomes

56、that are in equilibrium with separate small and large subunits. Small subunits bind to mRNA and then are joined by large subunits to generate an intact ribosome that undertakes protein synthesis. Recognition of a prokaryotic initiation site involves binding of a sequence at the 3 end of rRNA to the

57、Shine-Dalgarno motif which precedes the AUG (or GUG) codon in the mRNA. Recognition of a eukaryotic mRNA involves binding to the 5 cap; the small subunit then migrates to the initiation site by scanning for AUG codons. When it recognizes an appropriate AUG codon (usually but not always the first it

58、encounters) it is joined by a large subunit. A ribosome can carry two aminoacyl-tRNAs simultaneously: its P site is occupied by a polypeptidyl-tRNA, which carries the polypeptide chain synthesized so far, while the A site is used for entry by an aminoacyl-tRNA carrying the next amino acid to be adde

59、d to the chain. The polypeptide chain in the P site is transferred to the aminoacyl-tRNA in the A site and then the ribosome translocates one codon along the mRNA. Translocation and several other stages of ribosome function require hydrolysis of GTP. Protein synthesis is an expensive process. ATP is

60、 used to provide energy at several stages, including the charging of tRNA with its amino acid, and the unwinding of mRNA. It has been estimated that up to 90% of all the ATP molecules synthesized in a rapidly growing bacterium are consumed in assembling amino acids into protein! Additional factors a