在細胞質中，以mRNA為模板，在ribosome、tRNA、酶、多種蛋白因子和能量分子等的共同參與下，將mRNA中由核苷酸排列順序決定的遺傳信息轉變成由部分或全部20種氨基酸組成的蛋白質的過程。這一過程猶如電報的翻譯過程，故又將蛋白質的生物合成稱為翻譯（translation）。翻譯(Translation)?轉錄和翻譯統稱為基因表達(geneexpression)。現在是1頁\一共有51頁\編輯于星期五

蛋白質是生命活動的物質基礎，幾乎所有生物的生命活動過程都離不開蛋白質。翻譯的生物學意義？

概括起來講，生物體內的蛋白質具有以下幾方面的功能：1）結構成分：膜蛋白；膠原；2）催化功能：酶蛋白；3）調節功能：激素、組蛋白；4）運動：肌球（動）蛋白；5）防御：Ab、抗菌肽、IFN等；6）運輸：ApoE、血紅素；7）營養貯存：卵清蛋白；8）其他：信號轉導等。可以說，沒有蛋白質，就沒有生命!（類病毒？）現在是2頁\一共有51頁\編輯于星期五§15-1參與翻譯過程的物質與功能

參與翻譯過程的主要物質包括：mRNA(MessengerRNA)tRNA

(TransferRNA)Ribosome核糖體Aminoacids(AA)Aminoacyl-tRNAsynthetase(氨酰基-tRNA合成酶)KindsofTranslationFactors翻譯因子現在是3頁\一共有51頁\編輯于星期五

一、mRNA的結構與功能mRNA(MessengerRNA)istheintermediatethatrepresentsonestrandofagenecodingforprotein.Itscodingregionisrelatedtotheproteinsequencebythetripletgeneticcode.

AnmRNAcontainsaseriesofcodonsthatinteractwiththeanticodonsofaminoacyl-tRNAssothatacorrespondingseriesofaminoacidsisincorporatedintoapolypeptidechain.(一)mRNA的結構特點現在是4頁\一共有51頁\編輯于星期五Figure6.16Ribosome-bindingsitesonmRNAcanberecoveredfrominitiationcomplexes.TheyincludetheupstreamShine-Dalgarnosequenceandtheinitiationcodon.原核生物mRNA的結構特點:現在是5頁\一共有51頁\編輯于星期五TheShine-Dalgarnosequence(SD序列)isthepolypurinesequenceAGGAGGcenteredabout10bpbeforetheAUGinitiationcodononbacterialmRNA.Itiscomplementarytothesequenceatthe3’endof16SrRNA.現在是6頁\一共有51頁\編輯于星期五真核生物mRNA的結構特點:現在是7頁\一共有51頁\編輯于星期五真核生物與原核生物mRNA結構與功能特點比較：1.真核生物的mRNA初始轉錄物由內含子和外顯子組成，需要進行轉錄后加工：

1)將內含子剪掉，將外顯子重新連接起來--剪接(splicing)，

2)在5’-端加帽，3’-端加poly(A)尾，才能形成成熟mRNA；而原核生物的初始轉錄物即為成熟的mRNA，不需要轉錄后的加工。2.真核生物mRNA為單順反子；原核生物mRNA為多順反子。3.原核生物的mRNA的5’-端有SD序列。許多真核mRNA的AUG上游存在Kozak（CCACC）序列。4.真核生物的成熟mRNA需要從細胞核中進入細胞質，才能參與蛋白質的翻譯；而原核生物的轉錄與翻譯偶聯在一起?，F在是8頁\一共有51頁\編輯于星期五（二）遺傳密碼現在是9頁\一共有51頁\編輯于星期五（三）

密碼子的特性三聯體，連續性，不重疊，通用性，兼并性，兼職等。但存在例外。1.密碼子的兼并性（degeneracy）：多種密碼子負責編碼一種氨基酸。2.密碼子的例外:1）在支原體：UGATrp(色)；

2）在纖毛蟲：UAA和UAGGlu（谷）；

3）在人的線粒體：①UGA（終止密碼子）Trp(色)；②AGA，AGG（精）終止密碼子。另加UAA、UAG，線粒體共有4個終止密碼子；③內部蛋氨酸的密碼子有2個：AUG和AUA，起始密碼子有4個：AUN；

4）在酵母線粒體：除上述3點外，還有CUA亮Thr(蘇)?，F在是10頁\一共有51頁\編輯于星期五二、

tRNA的結構與功能（一）tRNA的二級結構Theacceptorarmconsistsofabase-pairedstemthatendsinanunpairedsequencewhosefree2′-or3′-OHgroupcanbelinkedtoanaminoacid.TheTΨCarmisnamedforthepresenceofthistripletsequence.(Ψstandsforpseudouridine,amodifiedbase.)Theanticodonarmalwayscontainstheanticodontripletinthecenteroftheloop.TheDarmisnamedforitscontentofthebasedihydrouridine(anotherofthemodifiedbasesintRNA).TheextraarmliesbetweentheTΨCandanticodonarmsandvariesfrom3~21bases.

現在是11頁\一共有51頁\編輯于星期五（二）tRNA的三級結構

所有的tRNA的三級結構經X-ray衍射發現，都呈L形，見下圖。

AmolecularmodelofthestructureofyeasttRNAPheisshowninFigure5.5.現在是12頁\一共有51頁\編輯于星期五（三）tRNA的功能

AA+ATP＝AA-AMP+PPi(氨基酸活化)AA-AMP+tRNA＝氨?；?tRNA+AMP

同功tRNA(isoacceptingtRNA)：識別并攜帶同一種氨基酸的不同tRNA。

tRNA正確識別和荷載氨基酸的原因：首先與氨?；?tRNA合成酶的結構有關；其次與反密碼子有關；副密碼子的作用非常重要。副密碼子（paracodon）：（四）tRNA的豐富度與密碼子的使用頻率

密碼子優化現在是13頁\一共有51頁\編輯于星期五（五）搖擺假說（wobblehypothesis）現在是14頁\一共有51頁\編輯于星期五現在是15頁\一共有51頁\編輯于星期五三、

核糖體的結構與功能（一）核糖體的組成與結構RNA的特異序列和功能

含CGAAC與GTψCG互補

CCUCCU與SD序列互補

有GAUC和TψCG互補

和Capm7G結合現在是16頁\一共有51頁\編輯于星期五ElectronmicrographsofsubunitsandcompletebacterialribosomesareshowninFigure6.2.Togetherwithmodelsinthecorrespondingorientation.Thecomplete70Sribosomehasanasymmetricconstruction.Thepartitionbetweentheheadandbodyofthesmallsubunitisalignedwiththenotchofthelargesubunit,sothattheplatformofthesmallsubunitfitsintothelargesubunit.Thereisacavitybetweenthesubunitswhichcontainssomeoftheimportantsites.現在是17頁\一共有51頁\編輯于星期五現在是18頁\一共有51頁\編輯于星期五（二）核糖體的活性位點現在是19頁\一共有51頁\編輯于星期五第二節肽鏈合成的起始、延伸和終止

mRNA、tRNA、Ribosome等的結構與功能。

mRNA:蛋白質合成的模板；

tRNA:氨基酸的攜帶者；

Ribosome:蛋白質合成的場所。蛋白質合成的原料是細胞中的20種氨基酸，反應所需的能量由ATP與GTP提供。蛋白質的生物合成過程主要包括：合成的起始；肽鏈的延伸；合成的終止與多肽鏈釋放。現在是20頁\一共有51頁\編輯于星期五

一、氨基酸的激活與氨?；?tRNA的合成1.氨基酸的激活與氨?；?tRNA的合成過程氨基酸不能直接與模板相結合，必須首先與相應的tRNA結合，形成氨?；\tRNA。這一過程就是氨基酸的激活。將氨基酸接合于tRNA以形成氨?；\tRNA的激活反應是在氨?；\tRNA合成酶的催化作用下進行的，需要ATP提供能量。這個反應是不可逆轉的。

AA+ATP＝AA-AMP+PPi(氨基酸活化)AA-AMP+tRNA＝氨?；?tRNA+AMP

氨?；?tRNA是蛋白質合成過程中的一個關鍵性物質，它們的合成不僅僅是一個攜帶氨基酸的過程。因為：（1）它為肽鍵的形成提供能量；（2）tRNA上的反密碼子與mRNA上的密碼子識別，執行遺傳信息的解讀過程?，F在是21頁\一共有51頁\編輯于星期五2.氨?；?tRNA合成過程中的校正（proofreading）機制如何保證翻譯的準確性？（1）氨酰基-tRNA合成酶能夠正確識別其底物氨基酸的側鏈。有些是高度專一的，有些則專一性不高。（2）對專一性不高的氨?；\tRNA合成酶的校正。（3）氨?；?tRNA合成酶也必須識別正確的tRNA。另外，還與tRNA的反密碼子有關；副密碼子的作用也非常重要?，F在是22頁\一共有51頁\編輯于星期五二、原核生物蛋白質翻譯過程（一）翻譯的起始

1.30S起始復合物的形成

30S起始復合物包括fMet-tRNA、mRNA與30S小亞基結合。這一過程是在起始因子和GTP參與下完成的。原核起始因子有3種：IF1，IF2和IF3。

IF1：IF1是一個小的堿性蛋白，它能增加IF2和IF3的活性。IF1與16SrRNA的結合位點在A位點

。另外，IF1具有活化GTP酶的作用。

IF2：具有很強的GTP酶活性，在肽鏈合成起始時催化GTP水解。功能是生成IF2?GTP?fMet-tRNA三元復合物，在IF3存在下，使起始tRNA與核糖體小亞基結合。

IF3：IF3與16SrRNA相互作用位點在P位點附近。IF3能通過促使mRNA的S-D序列與16SrRNA的3’-端堿基配對，讓核糖體識別mRNA上的特異啟動信號，又能刺激fMet-tRNA與核糖體結合在AUG上?，F在是23頁\一共有51頁\編輯于星期五mRNA和fMet-tRNA

結合于IF·30S·GTP聚合體上。在結

合時，fMet-tRNA與IF2-GTP復合物緊密接觸。

在核糖體小亞基上的16SrRNA3’-端有一段序列：5’-PyACCUCCUA-3’。其中Py可以是任何嘧啶核苷酸。它可與

mRNA中的AUG上游約10個堿基處有一段富含嘌呤的序列

AGGA或GAGG（Shine-Dalgarno順序）互補。正是由這樣的

配對將AUG（或GUG，UUG）密碼子帶到核糖體的起始位置

上。fMet-tRNA

與小亞基上的A位點結合。

2.70S起始復合物的形成30S起始復合物一旦完全形成后，IF3即釋放出來。50S大亞基參加進來，并引起GTP水解和釋放其它兩個起始因子，最后的復合物稱為70S起始復合物?，F在是24頁\一共有51頁\編輯于星期五IF1：IF1是一個小的堿性蛋白，它能增加IF2和IF3的活性。IF1與16SrRNA的結合位點在A位點

。另外，IF1具有活化GTP酶的作用。IF3：與16SrRNA相互作用位點在P位點附近。IF3能通過促使mRNA的S-D序列與16SrRNA的3’-端堿基配對，讓核糖體識別mRNA上的特異啟動信號，又能刺激fMet-tRNA與核糖體結合在AUG上。IF2：具有很強的GTP酶活性，在肽鏈合成起始時催化GTP水解。功能是生成IF2?GTP?fMet-tRNAMetf三元復合物。在IF3存在下，使起始tRNA與核糖體小亞基結合?，F在是25頁\一共有51頁\編輯于星期五（二）多肽鏈的延伸、移位循環（轉肽和轉位反應）

在起始階段形成的起始復合物可以接受第二個氨?；?tRNA，以形成蛋白質第一個肽鍵。在第二個氨?；?tRNA進入A位點之后，便形成一個肽鍵，并產生出一個連接于第二個氨基酸的tRNA上的二肽。然后便發生移位，肽酰-tRNA和與之結合的mRNA密碼子協同轉移至P位點。這個氨基酸加成過程一再重復，每次加上一個氨基酸，直至形成一條完整的多肽鏈。肽鏈的延伸要求有延伸因子EF‐TU和EF‐TS參與。現在是26頁\一共有51頁\編輯于星期五Figure6.20EF-Tu-GTPplacesaminoacyl-tRNAontheribosomeandthenisreleasedasEF-Tu-GDP.EF-TsisrequiredtomediatethereplacementofGDPbyGTP.ThereactionconsumesGTPandreleasesGDP.Theonlyaminoacyl-tRNAthatcannotberecognizedbyEF-Tu-GTPisfMet-tRNAf,whosefailuretobindpreventsitfromrespondingtointernalAUGorGUGcodons.現在是27頁\一共有51頁\編輯于星期五Figure6.21Peptidebondformationtakesplacebyreactionbetweenthepolypeptideofpeptidyl-tRNAinthePsiteandtheaminoacidofaminoacyl-tRNAintheAsite.Peptidyltransferase

istheactivityoftheribosomal50Ssubunitthatsynthesizesapeptidebondwhenanaminoacidisaddedtoagrowingpolypeptidechain.TheactualcatalyticactivityisaproperyoftherRNA.轉肽反應：現在是28頁\一共有51頁\編輯于星期五Figure6.23Modelsfortranslocationinvolvetwostages.First,atpeptidebondformationtheaminoacylendofthetRNAintheAsitebecomeslocatedinthePsite.Second,theanticodonendofthetRNAbecomeslocatedinthePsite.轉位反應—尺蠖運動：現在是29頁\一共有51頁\編輯于星期五（三）多肽鏈合成的終止Figure6.27MolecularmimicryenablestheelongationfactorTu-tRNAcomplex,thetranslocationfactorEF-G,andthereleasefactorsRF1/2-RF3tobindtothesameribosomalsite.現在是30頁\一共有51頁\編輯于星期五現在是31頁\一共有51頁\編輯于星期五Figure6.8Initiationrequiresfreeribosomesubunits.Whenribosomesarereleasedattermination,theydissociatetogeneratefreesubunits.Initiationfactorsarepresentonlyondissociated30Ssubunits.Whensubunitsreaassociatetogiveafunctionalribosomeatinitiation,theyreleasethefactors.核糖體循環：現在是32頁\一共有51頁\編輯于星期五現在是33頁\一共有51頁\編輯于星期五表.大腸桿菌起始因子、延伸因子和終止因子的特性與功能因子分子量（kD）特性和功能起始因子IF19促進核糖體的解離和IF2活性IF2100由一個要求GTP的反應使fMet-tRNA結合于核糖體的P位點IF322將mRNA結合于核糖體小亞基，可促進前導序列與16SrRNA3ˊ端堿基配對延伸因子EF-TU43將氨酰-tRNA結合于核糖體A位點EF-TS30重新生成EF-TU-GTPEF-G77肽基-tRNA密碼子和A位點移至P位點，此過程GTP參與。釋放因子RF136水解肽基-tRNA，識別UAA或UAG密碼子RF238水解肽基-tRNA，識別UAA或UGA密碼子RF346促進RF1，RF2活性現在是34頁\一共有51頁\編輯于星期五三、真核生物蛋白質的生物合成

真核生物蛋白質合成與原核生物兩者相比，密碼相同，各種組分相似，亦有核糖體、tRNA及各種蛋白質因子?？偟暮铣赏緩揭蚕嗨疲衅鹗肌⒀由旒敖K止階段，但也有不同之處。（一）真核生物蛋白質合成的起始真核生物的起始氨基酸是蛋氨酸。參與翻譯起始反應的起始因子已發現有10幾種。這個過程可分為3個步驟：

1.43S前起始復合物的形成起始因子eIF-2與GTP形成穩定復合物，后者與Met-tRNAMetI形成三元復合物，再與40S亞基形成43S前起始復合物。

2.48S前起始復合物的形成在起始因子eIF-4A，eIF-4B，eIF-4E和ATP的參與下，43S前起始復合物與mRNA結合。eIF-4A有使mRNA二級結構解旋的作用。eIF-4B則有結合mRNA并識別起始密碼子AUG的作用。形成48S前起始復合物?，F在是35頁\一共有51頁\編輯于星期五

據Kozak等的研究，大多數起始密碼子的上游存在CCACC（稱為Kozak序列）AUGG。在43S前起始復合物沿mRNA向3ˊ端方向移動時，遇到CCACC序列時，即停止移動。起始密碼子AUG的識別可能是通過與tRNA上的反密碼子的作用。eIF-2也參與了這個識別過程。

3.80S起始復合物的形成48S前起始復合物與核糖體60S大亞基結合，便形成了80S起始復合物。這一過程由GTP水解提供能量。各種起始因子釋放出來，參與下一輪的起始復合物形成?，F在是36頁\一共有51頁\編輯于星期五Figure6.18Ineukaryoticinitiation,eIF-2formsaternarycomplexwithMet-tRNAf.Theternarycomplexbindstofree40Ssubunits,whichattachtothe5endofmRNA.Laterinthereaction,GTPishydrolyzedwheneIF-2isreleasedintheformofeIF2-GDP.eIF-2Bregeneratestheactiveform.現在是37頁\一共有51頁\編輯于星期五Figure6.19SeveraleukaryoticinitiationfactorsarerequiredtounwindmRNA,bindthesubunitinitiationcomplex,andsupportjoiningwiththelargesubunit.現在是38頁\一共有51頁\編輯于星期五1.肽鏈的延伸真核生物的肽鏈延伸與原核相似，只是延伸因子EF-TU和EF-TS被eEF-1取代，而EF-G則被eEF-2取代。在真菌中，還要求第三種因子，即eEF-3的參與，以維持其翻譯的準確性。

2.肽鏈的終止真核生物的肽鏈合成的終止僅涉及一個釋放因子eRF。eRF分子量約為115kD。它可識別3種終止密碼子：UAA，UAG，UGA。eRF在活化了肽酰轉移酶釋放新生的肽鏈后，即從核糖體上解離。解離要求GTP的水解。故肽鏈合成的終止需要消耗能量。（二）肽鏈的延伸與終止現在是39頁\一共有51頁\編輯于星期五四、原核生物與真核生物翻譯的比較⑴原核生物的翻譯與轉錄偶聯在一起，即邊轉錄邊翻譯；而真核生物的翻譯與轉錄不偶聯。真核mRNA前體需經加工修飾成為成熟mRNA后，從核內輸入細胞質，然后進行翻譯。⑵真核生物蛋白質合成機構比原核生物復雜，起始步驟涉及起始因子眾多，過程復雜。如起始氨基酸；核糖體組成；起始因子的種類等等。⑶真核生物蛋白質合成的調控復雜。⑷真核生物與原核生物的蛋白質合成可為不同的抑制劑所抑制?，F在是40頁\一共有51頁\編輯于星期五什么是蛋白質？

第三節蛋白質翻譯后的加工

由一定數量和種類的氨基酸通過羧基與氨基縮合形成的肽鍵連接在一起，形成多肽鏈。由一條或幾條多肽鏈經進一步折疊、盤曲、纏繞和修飾而形成的具有一定空間結構和生物功能的生物大分子?，F在是41頁\一共有51頁\編輯于星期五蛋白質的結構層次及基本組織原理：一級二級三級四級結構超二級結構結構域3DStructure現在是42頁\一共有51頁\編輯于星期五

蛋白質變性：天然態（折疊態）變性態（伸展態）體外蛋白質的復性：UIN（一）體外蛋白質折疊的機制

體外蛋白質的折疊可能是始于疏水坍塌（hydrophobiccollapse），或始于轉角（turn），或始于共價鍵相互作用（如二硫鍵的形成）。在折疊早期，可能這三種方式聯合起作用。之后，可能沿著有限的多途徑形成中間態（熔球態）。這個過程是快速的。最后再由中間態進入天然態，此過程比較慢，是折疊反應的限速步驟。變性因素快慢一、蛋白質的折疊現在是43頁\一共有51頁\編輯于星期五溶劑中的水分子對蛋白質空間結構具有重要的作用：

1）結合在蛋白質分子表面的水分子，具有穩定表面側鏈的構象和表面二級結構片段的作用；

2）結合在蛋白質分子內部的少量水分子，不僅有助于局部結構的穩定，還可直接參與蛋白質的功能作用；

3）環境中的水有助于蛋白質的折疊和三維結構的形成。現在是44頁\一共有51頁\編輯于星期五（二）體內蛋白質的折疊

體內環境復雜；需要助折疊蛋白（foldinghelper）的參與，從而降低了折疊的錯誤，提高了效率；在翻譯結束之前即開始（鄒氏學說）。助折疊蛋白：

1.酶：蛋白質二硫鍵異構酶；肽酰脯氨酰順反異構酶。與新生肽鏈的折疊密切相關，加速蛋白質折疊過程。

2.分子伴侶：細胞內幫助新生肽鏈正確組裝，成為成熟蛋白質，而本身卻不是最終功能蛋白質分子的組成成分的分子，都稱為分子伴侶（molecularchaperone）。現在是45頁\一共有51頁\編輯于星期五二、蛋白質的修飾

（一）末端氨基的脫甲?；蚇端蛋氨酸的切除對起始氨基酸的修飾。（二）多肽鏈的水解斷裂:胰島素的修飾過程。Prepro-insulinPro-insulininsulinPre-peptideC-peptide現在是46頁\一共有51頁\編輯于星期五圖5.人胰島素原的分子結構模式圖Fig.5SketchoftheStructureofHumanProinsulin圖6.由胰島素原轉變為胰島素的產物Fig.6ProinsulinChangingintoInsulin現在是47頁\一共有51頁\編輯于星期五表.蛋白質生物合成中氨基酸殘基的修飾氨基酸修飾方式精氨酸ADP‐核糖基化；氨基未端甲基化天冬酰胺ADP‐核糖基化；糖基化；氨基未端甲基化；β‐羥化作用天冬氨酸在GPI‐錨錠蛋白中以酰胺連接于乙醇胺；β‐羥化作用半胱氨酸二硫鍵形成；脂肪