二、tRNA转运活化的氨基酸至mRNA 模板
tRNA有两个关键部位：AA结合位点 mRNA结合位点
对于20种AA来说每一种至少有一种tRNA来负 责转运，细胞中有50个以上的不同的tRNA。
tRNA的三叶草型的二维结构
各种tRNA中22个碱基是恒定的
5’端和3’端配对（常为7bp）形成茎区，称为受体臂
2. 简并性（degeneracy）
同一种氨基酸具有两种或更多个密码子的现象，称为密 码子的简并性。 对应于同一种氨基酸的不同的密码子，称为同义密码子 （synonymous codon）。除Trp、Met外，其余氨基酸 均有2~4个最多达6个密码子。同义密码子之间，前两个 碱基均相同，只是第三个碱基不同。若头两个碱基发生 点突变，可译出不同氨基酸，而第三个碱基的突变，不 会影响氨基酸的翻译。
大亚基：具有 A位（acceptor site） 转肽酶
小亚基
5'?
3'
P 位 A位
大亚基
原核生物翻译过程中核蛋白体结构模式:
P位：肽酰位 (peptidyl site) A位：氨基酰位 (aminoacyl site) E位：排出位
(exit site)
目录
第四节 翻译的过程
一、氨酰-tRNA复合物的形成
二、翻译的起始
指mRNA和起始氨基酰-tRNA分别与核 蛋白体结合而形成翻译起始复合物 (translational plex)。
搬运工具
OH
基因
tRNA
mRNA
rRNA
原料
装配场所
模板
产物
第三节 蛋白质生物合成的分子基础
一、mRNA是合成的模板 二、tRNA转运活化的氨基酸至mRNA模板 三、核糖体是蛋白质合成的部位
一、翻译模板mRNA是蛋白质合成的模板
• 遗传学将编码一个多肽的遗传单位称为顺反 子(cistron)。
1、结构
70S：椭圆球体；
30S：形似动物胚胎，沿长轴方向有凹进的颈部；可分为 头部和躯干；
50S：外形很象一把特殊的椅子，三边有突起，中间凹下 去的部位有很大的空穴；
当30S和50S亚基互相结合成70S核糖体时，30S亚基呈 伸展状与50S亚基结合：腹面与50S亚基的空穴相拥， 头部与50S亚基中含蛋白质较多的一侧相结合；两亚基 结合面上留有相当大的空隙，多肽链的聚合在此发生。
第六章
蛋白质的生物合成 （翻译）
Protein Biosynthesis，Translation
第一节 遗传密码 第二节 合成概述 第三节 合成的分子基础 第四节 翻译的过程 第五节 蛋白质合成的调节 第六节 蛋白质的合成后加工和运输
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。
在tRNA的三维结构中D环和TψC环形 成了L型 的转角。 短臂：结合氨基酸，接受臂 长 臂 ： 突 出 了 反 密 码 子 ， 反 密 码 子 臂 。
tRNA tertiary structure
tRNA的三级结构示意图
三、核糖体是蛋白质合成的部位
（一）核蛋白体是多肽链合成的装置
目录
不同细胞核蛋白体的组成
目录
3. 摆动性（wobble）或变偶性
反密码子和密码子配对时，有时会出现不遵从碱基 配对规律的情况，称为遗传密码的摆动现象。
这一现象常见于反密码子的第一位碱基与密码子的 第三位碱基之间。
摆动配对
U
目录
密码子、反密码子配对的摆动现象
tRNA反密码子 第1位碱基
I
U G AC
mRNA密码子 第3位碱基
氨基酰-AMP-E ＋
tRNA
↓
氨基酰-tRNA ＋
AMP ＋ E
目录
tRNA与 酶结合的 模型
tRNA
ATP
氨基酰-tRNA合成酶
氨基酰-tRNA合成酶对底物氨基酸和tRNA都有 高度特异性。 氨基酰-tRNA合成酶具有校正活性(proofreading activity) 。
氨基酰-tRNA的表示方法： Ala-tRNAAla Ser-tRNASer Met-tRNAMet
U, C, A A, G U, C U G
4. 通用性（universal） 不同种属的生物都使用同一套遗传密码。但近年发现线 粒体和叶绿体使用的遗传密码 稍有差别。
如线粒体、叶绿体以AUG、AUU、AUA 为起始密码子， 而AUA兼有Met密码子功能。终止密码子是AGA、AGG， Trp密码子是UGA等。
mRNA分子上从5至3方向，由AUG开 始，每3个核苷酸为一组，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 为三联体密码(triplet coden)。
起始密码(initiation coden): AUG 终止密码(termination coden):
UAA，UAG，UGA
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。
D环 (D arm)的茎区长度常为4bp，也称双氢尿嘧啶环。负责 和氨基酰tRNA聚合酶结合 额外环(extra arm)可变性大，从4 nt到21nt不等，其功能是在 tRNA的L型三维结构中负责连接两个区域（D环-反密码子环和 TψC-受体臂）
tRNA secondary structure
tRNA tertiary structure L-structure
核蛋 白体 S 70S
rRNA
蛋白 质
原核生物
小亚基 大亚基
30S
50S
核蛋 白体
80S
16SrRNA
5S-rRNA 23SrRNA
rpS 21 种
rpL 36种
真核生物
小亚基 大亚基
40S
18SrRNA
rpS 33 种
60S 28S-rRNA 5S-rRNA
5.8SrRNA
rpL 49种
（二）核糖体的结构模型
核 蛋 白 体 的 组 成
目录
2、与mRNA和tRNA的结合
（1）核糖体的大小亚基与mRNA的结合特性不同 E.coli： 30S：能单独与mRNA结合形成30S核糖体- mRNA复合体； 50S：不能单独与mRNA结合，但可非专一性与tRNA结合。 在50S和30S的接触面上有一个结合mRNA的位点。
如序列：ATGGTCA-可解读为 A，TGG，TCA-，或AT，GGT，CA-或 ATG， GTC，A-
从mRNA 5端起始密码子AUG到3端终止密码 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，称为开放阅读框架 (open reading frame, ORF)。
一、遗传密码（genetic code）的破译
1966年全部64个密码子得到破译。
遗 传 密 码 表
目录
二、遗传密码的特点：
1. 连续性（commaless） mRNA分子的ORF中，组成遗传密码的三联体没有间断，
须3个一组连续读下去，直至出现终止密码子为止。
• 基因损伤引起mRNA阅读框架内的碱基发生 插入或缺失，可能导致框移突变(frameshift mutation)。
• 原核细胞中数个结构基因常串联为一个转录 单位，转录生成的mRNA可编码几种功能相 关的蛋白质，为多顺反子(polycistron) 。
• 真核mRNA只编码一种蛋白质，为单顺反子 (single cistron) 。
原核生物的多顺反子
5 PPP
3
真核生物的单顺反子
5 mG - PPP
蛋白质
3
蛋白质
翻译的终止(termination )
一、氨酰-tRNA复合物的形成
又称为tRNA分子氨基酰化（Aminoacylation of tRNAs）
分散在胞液中的各种氨基酸需与tRNA结合成活化形式才 能被转运至核蛋白体上参与蛋白质合成。20种氨基酸都 有其特定的tRNA，而且一种氨基酸可以和2~6种tRNA特 异地结合。目前已发现的tRNA有40~50种。
tRNA与氨基酸的活化
氨基酸臂
反密码环
（一）氨基酰-tRNA合成酶 (aminoacyl-tRNA synthetase)
氨基酰-tRNA合成酶
氨基酸 + tRNA
氨基酰- tRNA
ATP
AMP＋PPi
第一步反应
氨基酸 ＋ATP-E —→ 氨基酰-AMP-E ＋ AMP ＋ PPi
目录
第二步反应
（2）50S亚基上有两个tRNA结合位点 A位点：氨酰基位点 P位点：肽酰基位点 两个位点的位置在两个亚基结合的表面。
50S亚基上还有一个在肽酰-tRNA移位过程中使GTP水 解的位点。 核糖体上还存在许多与起始因子、延伸因子、释放因 子及各种酶结合的位点。
小亚基：具有结合模板mRNA的功能 P位（peptidyl site）
1964，Nirenberg：tRNA 结合法。核苷酸三联 体能与对应的氨酰—tRNA一起结合在核糖体上， 由此可以直接用三核苷酸来确定其编码的氨基酸。
61个codons被破译，(仅剩UAA,UAG,UGA？)
Khonma和他的同事用化学合成结合酶促反应， 合成了含有各种二、三、四核苷酸重复序列的多 聚核苷酸，以此作模板来找出各氨基酸的密码子。
非编码序列
核蛋白体结合位点
编码序列
起始密码子
终止密码子
目录
mRNA由读码框和非读码框构成；
读码框的5`端由起始密码子AUG开始，3`端含有1~3 个终止密码子UAA、UAG、UGA；
5`端序列对于起始密码子选择有重要意义： 对于原核生物 mRNA起始密码子上游含有一段特 殊的核糖体结合位点序列，它使核糖体能正确识 别起始密码子AUG；