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第六章 蛋白质合成1第一节 遗传密码密码子（codon）：代表一个氨基酸或蛋白合成终止信号的核苷酸三联体遗传密码（genetic code）：DNA或RNA中核苷酸三联体与蛋白质氨基酸之间的对应关系2阅读框（reading frame）：读取由一系列三联体组成的序列的三种可能方式之一开放阅读框（open reading frame，ORF）：可能编码一个蛋白质的阅读框3UGU-核糖体-Cys-tRNA复合体通过滤膜过滤UGU，核糖体，各种氨基酸-tRNA反应进行Nirenberg 的实验5Khorana，重复多聚核苷酸法GUGUGUGUG-Cys-Val-Cys-Val-合成简单重复的核苷酸链已知Cys 密码子为UGU则GUG 代表 Val6二、遗传密码的特点1）除色氨酸和甲硫氨酸只有一个密码子外，其它18 种氨基酸都有一个以上的密码子，对应同一个氨基酸的密码子为同义密码子；2）许多氨基酸不同密码子第一和第二个碱基相同，只有第三个碱基不同；3）甲硫氨酸的密码子 AUG 同时也作为起始密码子；4）性质相近的氨基酸的密码子往往比较相似7一个氨基酸由多个密码子编码的现象，称为简并性（degenaracy）；在密码子第三位碱基中，C-U、A-G往往可以相互替换；mRNA 模板上的氨基酸是连续的，密码子之间没有间隔。

一些tRNA（eg. 丙氨酰-tRNA）可与几种密码子配对89tRNA的反密码子中含有多种稀有碱基10tRNA反密码子中的I 可以与A、U、或C 配对11变偶假说：1）mRNA 上密码子第一、二碱基与tRNA上反密码子相应碱基形成强配对；密码专一性主要是由于这两个碱基的作用；2）反密码子的第一个碱基决定一个tRNA 能够解读密码子的数目；3）当一种氨基酸的几个密码子中，有头2个碱基中任一个是不同的，则必须有不同的tRNA至少要有32个tRNA，才能与所有61个密码子结合IA, U or C12三、密码子的使用频率噬菌体X174中第三位优先使用U；E. coli中，密码子使用频率与相应的tRNA含量高度相关有些tRNA的碱基顺序不同，但反密码子是相同的；这些tRNA的使用频率也不相同13密码子优先结合的几种情况：1）反密码子的5U被修饰后，优先与密码子中的A配对；2）反密码子中5 I优先与U 和C 配对；3）当一密码子的头2个碱基与反密码子形成AU配对时，第三个碱基优先使用C（形成C-G对）而不是U（形成A-U对）14四、起始密码子与终止密码子密码子AUG与N-甲酰甲硫氨酸-tRNA（tRNAfMet）结合，在原核生物中启动蛋白质结合，因此AUG被称为起始密码子（initiation codon）；AUG也是甲硫氨酸的密码子。

E. coli中，其它一些密码子（GUG、UUG、CUG）也可偶尔与tRNAfMet结合，启动蛋白质合成15终止密码子（termination codon）：UAA、UAG、UGA；终止密码子不编码任何氨基酸，也称为无义密码子（nonsense codon）UAA也称为赭石型（ochre）、UAG称为琥珀型（amber）、UGA称为乳石型（opal）密码子；蛋白质合成终止时，三种终止密码子分别由两种释放因子识别16五、遗传密码的突变Mycoplasma capricolum：UGA Trp某些纤毛虫：UAA、UAG GlnEuplotes octacarinatus：UGA Cys；无 UAGCandida（一种酵母）：CUG Ser（instead of leucine）少数生物的密码子与通用密码子有一些差别这些差别主要集中在某些终止密码子被解读为其它氨基酸17通用密码脊椎动物果蝇酵母 S. cerevisiae T. glabrata S. pombe丝状真菌锥虫高等植物莱因衣藻终止TrpTrpTrpTrpTrpTrpTrp？IleMetMetMetMetArg终止SerLeuThrThrArg?Trp?UGA AUAAGAAGGCUN CGG生物体线粒体中密码子的变异18第二节 tRNAtRNA（transfer RNA）：每个tRNA与一特定的氨基酸特异共价结合；含有一个三核苷酸序列的反密码子，与 mRNA 上代表该氨基酸的密码子互补。

19一、tRNA的结构二级结构tRNA的一般二级结构受体臂D 臂（环）TC 臂（环）反密码臂（环）可变臂（环）大小在7495b之间，重要由于D环和可变环的变化引起20tRNA 序列包含许多稀有碱基，主要通过四种标准碱基修饰而来21tRNA三级结构tRNA 折叠为L 形，与氨基酸结合的受体臂与反密码环相互远离，分别位于两端；不同的tRNA形状大体相同又有所差异22密码子的识别仅决定于反密码子，而与氨基酸无关通过还原脱硫反应，使Cys-tRNA 转变为Ala-tRNACys；这一转变没有影响密码子-反密码子之间的特异性结合，使Ala掺入到蛋白中愿本是Cys的位置23二、氨基酸的激活AA + ATPAA-AMP + PPiAA-tRNA + AMP氨基酸与tRNA结合形成氨酰-tRNA，反应在细胞质进行tRNA氨酰-tRNA 合成酶氨酰-tRNA 合成酶基本反应：至少有20种氨酰-tRNA合成酶（aminoacyl-tRNA synthetase）24氨酰-tRNA25第三节 核糖体（ribosome）蛋白质合成的场所，由几种RNA和几十种蛋白质组成真核生物中在细胞质中合成蛋白质最适条件下，合成一条含400个氨基酸残基的多肽（40 kD）约需10 秒。

26一、核糖体的结构真、原核生物中均由大、小两个亚基组成，各亚基均含有RNA，称为核糖体RNA（ribosomal RNA，rRNA）和多种蛋白质E. coli 核糖体各种蛋白组分的表示：小亚基：S1-S21大亚基：L1-L3427核糖体基本结构核糖体的大小核糖体内的 A 位点和 P 位点P 位点A 位点多肽出口A 位点P 位点E 位点G 因子位点28（一）小亚基RNA与蛋白质不对称分布，与大亚基的界面处几乎全是RNA；L7/L12位于界面处29大亚基和小亚基的三维结构30核糖体的三种形式：核糖体、核糖体亚基、多核糖体（polyribosome / polysome）核糖体进行周期性的解离-聚合31多核糖体结构：两个连续核糖体中心之间距离约为8090 N；起始快于延伸和终止，则核糖体密集，反之则稀疏转录与翻译同时进行，mRNA 快速降解核糖体沿 mRNA 的5 3方向移动32多核糖体（polysome）电镜照片3334二、rRNArRNA的功能：起始阶段，16S rRNA 3 端与 mRNA 直接相互作用；16S rRNA 直接与 A、P 位点的 tRNA 反密码子作用；23S rRNA 则与 A、P 位点的肽酰-tRNA 的CCA 末端作用；16S、23S 均参与亚基间的相互作用。

35mRNA互补区A位点结合区P位点结合区16S rRNA全长1542 N（E. coli）；有多个甲基化位点，其中有些参与mRNA与tRNA识别；36与与50S50S、mRNAmRNA、tRNAtRNA结合时，结合时，16S rRNA16S rRNA的结构会发生变化的结构会发生变化37肽酰转移酶中心移位延伸GTP酶中心23S rRNA的二级结构385S rRNA的二级结构39一、N-甲酰甲硫氨酸所有细菌蛋白质合成的第一个氨基酸都是N-甲酰甲硫氨酸（fMet）两种tRNAMet：tRNAfMet，tRNAmMet；只有tRNAfMet上的氨基酸可以甲酰化；合成：Met-tRNAfMet fMet-tRNAfMet转甲酰酶N10-甲酰四氢叶酸第四节 蛋白质合成的起始40由于没有游离的氨基，不能插入到肽链内部41PANH2CHOAAAAAAC=OO由于没有游离的氨基，不能插入到肽链内部x42所有tRNA受体臂最后一对碱基中，只有tRNAfMet 的没有配对；而使 tRNAfMet 的配对后，tRNAfMet 可参与延长；甲酰化有同样的功能；tRNAfMet 反密码臂上有一系列G-C 对，可使fMet-tRNAf 直接插入P 位点。

43起始从30S 亚基、fMet-tRNAfMet、和一个mRNA分子的复合物开始；然后加入50S 亚基，形成70S 核糖体;只有fMet-tRNAf可被30S 亚基用于起始；只有其它氨酰-tRNA可被70S核糖体用于延长44起始密码子AUG上游约10 bp处有一段5 . A G G A G G . 3序列，称为S-D序列(Shine-Dalgarno序列)，与16S RNA 3的3 . U C C U C C . 5互补二、起始密码子的正确选读45多基因mRNA中，核糖体可分别结合在各基因起点以起始合成46三、起始因子(IF)蛋白质合成的启动必须有起始因子参加，形成核糖体- mRNA- tRNA三元复合物起始因子：蛋白质合成起始阶段特异地与小亚基结合的蛋白质Initiation factor)47u IF-3 为30S特异地结合在mRNA起始位点所需；u IF-2 结合于起始tRNA，控制其进入核糖体；u IF-1 作为起始复合体一稳定因子，没有专一功能，只能促进IF-2 及 IF-3 的活性，有些原核生物无IF-I4850S亚基加入，释放起始因子形成30S-mRNA复合体；IF-2-GTP加入，结合在P位点；起始tRNA加入；IF-2保证只有起始tRNA参与起始反应；4950大肠杆菌核糖体中翻译起始的途径51去甲酰酶氨肽酶合成起始后甲酰甲硫氨酸的处理细菌新合成蛋白以甲酰甲硫氨酸起始，随后的合成中，甲酰基被去处；有时则去处整个甲硫氨酸。

522.真核生物中的起始 （1）在真核生物中，起始密码子是AUG起始的甲硫氨酸不甲酰化但也存在2个tRNA分子，分别识别起始AUG或中间的AUG，一般记为 tRNAi和 tRNAm （2）真核生物的起始复合物并不是在起始密码子AUG 处形成，而是首先在mRNA的5端形成，识别信号是5末端的帽子结构在帽子处形成的起始复合物沿mRNA移动，直到发现起始密码子AUG，60S亚基结合上来形成80S核糖体真核生物的起始因子更多，用eIF表示5354一、延长因子蛋白质合成中，每向肽链中加入一个氨基酸时，与核糖体周期性结合的蛋白EF-Tu：帮助氨酰-tRNA进入A位点；EF-Ts：使 EF-Tu 恢复活性；EF-G： 参与核糖体移位第五节 延长与终止55EF-Tu-GTP将氨酰-tRNA带入A位点，然后以EF-Tu-GDP离开；EF-Tu唯一不能识别的tRfMet-tRNAf56二、肽键的形成肽酰转移酶（peptidyl transferase）是50S 亚基的一种活性，催化形成新的肽键，同时使与 P 位点 tRNA 连接的肽链转移到与A位点的tRNA57肽酰转移反应由23S rRNA 中的碱基催化23S rRNA中一腺嘌呤可从氨酰-tRNA中氨基接受一个质子，进而引发对肽酰tRNA中羧基的攻击，导致新的肽键形成。

58三、核糖体的移位（translocation）核糖体沿 mRNA 前进三个核苷酸无载荷 tRNA 排出 P 位点，而原来位于A 位点的肽酰tRNA进入P 位点，空出 A 位点核糖体移位的杂合状态模型59EF-G：含量高，数量基本与核糖体相同；EF-G与EF-Tu 不能同时和核糖体结合；二者在核糖体接受新氨酰-tRNA、生成肽键和核糖体移位的循环中交替占据A位点二者都是 GTP 结合蛋白，结合 GTP 时可与核糖体结合，结合 GDP 时则不能与核糖体结合EF-Tu参与移位60EF-Tu.氨酰-tRNA.GTP复合体与EF-G的立体结构十分相似6162释放因子1（RF1）识别UAA和UAG，释放因子2（RF2）识别UAA和UGA释放因子作用于A位点，并需要 P 位点有多聚肽酰-tRNA释放因子含量少，约每10个核糖体有1个四、终止63RF1 和 RF2 识别终止密。