氨基酸 ＋ATP-E —→ 氨基酰-AMP-E ＋ AMP ＋ PPi
第二步反应：酶找相应的tRNA
氨基酰-AMP-E ＋ tRNA
↓
氨基酰-tRNA ＋ AMP ＋ E
氨基酰tRNA合成酶的活性是绝对
专一性的，酶同时对氨基酸和tRNA 高度特异地识别。
氨基酰tRNA合成酶有20种，分别特异
Met f fMet-tRNAi
大肠杆菌起始密码子编码的met须甲酰化
CH3 S 转甲酰基酶 CH2 N10-CHO-FH4 CH2 O H2N CH COO tRNAfMet H-C-HN CH3 S CH2 CH2 CH COO tRNAfMet
真核细胞起始密码子编码的met不须甲酰化
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合成原料：20种有遗传密码的氨基酸
能源：
ATP主要参与氨基酸的活化； GTP提供翻译起始、延长、终止阶段 所需能量
参与的蛋白质因子、酶及酶的辅助因子：
如起始阶段的起始因子、延长阶段的延 长因子、终止阶段的释放因子，转肽酶、
氨基酰-tRNA合成酶。
一、翻译模板mRNA及遗传密码

mRNA是遗传信息的携带者
3. 蛋白质的靶向输送
第一节
蛋白质合成体系
Protein Biosynthesis System
参与蛋白质生物合成的物质包括

三种RNA
–mRNA（messenger RNA, 信使RNA）
–rRNA（ribosomal RNA, 核蛋白体RNA）
–tRNA（transfer RNA, 转移RNA）
终止密码(termination coden):
UAA，UAG，UGA
遗 传 密 码 表
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)。
遗传密码的特点
1. 方向性
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二、肽链合成延长
指根据 mRNA 密码序列的指导， 次序添加氨基酸从 N 端向 C 端延伸肽 链，直到合成终止的过程。

肽链延长在核蛋白体上连续性循环式 进行，又称为核蛋白体循环(ribosomal cycle)，每次循环增加一个氨基酸。 每次循环包括以下三步：

– 进位(entrance) – 成肽(peptide bond formation) – 转位(translocation)
IF-UG
3' IF-1
4. 核蛋白体大亚基结合，起始复合物形成
GTP Pi IF-2 GDP
5' IF-3
AUG
3' IF-1
（二）真核生物翻译起始复合物形成

核蛋白体大小亚基分离； 起始氨基酰-tRNA结合；


mRNA在核蛋白体小亚基就位；
核蛋白体大亚基结合。
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不同细胞核蛋白体的组成
原核生物 核蛋 白体
S rRNA 70S 小亚基 30S 大亚基 50S
真核生物 核蛋 白体
80S 小亚基 40S 大亚基 60S 28S-rRNA 5S-rRNA 5.8SrRNA rpL 49种
16SrRNA rpS 21 种
5S-rRNA 23S-rRNA
rpL 36种
密码子—tRNA反密码子—氨基酸是对号入座。
如：密码子GGU--携带反密码子ACC的tRNA--Gly
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氨基酸的活化
（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：酶找相应的氨基酸
IF-3
促进大小亚基分离，提高P位 对结合起始tRNA敏感性
真核生物起始因子（eIF）的生物功能：
eIF-2：促进起始Met-tRNAi 与40S小亚基结合 eIF-2B：鸟苷酸交换因子（GEF），将eIF-2上的GDP交换 成GTP eIF-3：最先与40S小亚基结合，促进大小亚基分离 eIF-4A：eIF-4F复合物成分，有解旋酶活性，有利用 mRNA扫描 eIF-4B：结合mRNA，促进mRNA扫描定位起始AUG eIF-4E：eIF-4F复合物成分，结合mRNA的5´端帽子结构 eIF-4G：eIF-4F复合物成分，连接eIF-4E、eIF-3和PABP 等组分 eIF-5：水解GTP， 促进各种起始因子从核糖体释放，进而 结合大亚基 eIF -6：促进核蛋白体分离成大小亚基
通过碱基互补与 mRNA 上的遗传密码
反向配对结合，但反密码与密码间不 严格遵守常见的碱基配对规律，称为 摆动配对。
摆动配对
U
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
A
C
mRNA密码子 U, C, A A, G U, C U 第3位碱基
G
二、核蛋白体是多肽链合成的装置
组成、结构与功能特点： 1. 结构复杂而精密 由数种rRNA（占60%左右） 及数十种蛋白质组成。 2. rRNA起着主导的作用，蛋白质 协助维持rRNA的功能区域。
3. 简并性(degeneracy)
4. 通用性(universal)
• 蛋白质生物合成的整套密码，从原核生 物到人类都通用。
• 已发现少数例外，如动物细胞的线粒体、 植物细胞的叶绿体。
• 密码的通用性进一步证明各种生物进化 自同一祖先。
5. 摆动性(wobble)
转运氨基酸的 tRNA 的反密码需要
第二节
蛋白质生物合成过程
The Process of Protein Biosynthesis
翻译过程从阅读框架的 5´-AUG 开始，
按 mRNA 模板三联体密码的顺序延长肽
链，多肽链的合成是从 N端向C端，直至
终止密码出现。
整个翻译过程可分为 ：

翻译的起始(initiation) 翻译的延长(elongation)
5 PPP 3
蛋白质 真核生物的单顺反子
5 mG - PPP
3
蛋白质
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

mRNA上存在遗传密码
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
当mRNA上的终止密码子处在A位时，释放 因子(RF)识别这种信号, 进入终止阶段. RF-1：UAA，UAG RF-2：UAA，UGA RF-3：具有GTP酶活性，可结合并水解 1分子GTP，促进RF-1或RF-2与 核蛋白体结合。 真核生物的释放因子：eRF-1和eRF-3 eRF-1：识别三种终止密码
18SrRNA rpS 33 种
蛋白 质
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)
三、tRNA是蛋白质合成的搬运工具
氨基酸臂
反密码环
tRNA的功能： 1. 搬运氨基酸； 2. 活化氨基酸； 3. 在密码子与对应氨基酸之间起接合体 (adaptor) 的作用。
5端
3端
2. 连续性(commaless)
编码蛋白质氨基酸序列的 各个三联体密码连续阅读，密
码间既无间断也无交叉。
• 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)。
3. 简并性(degeneracy)
除Met、Trp外，其余氨基酸均由2个 以上密码子编码。 同义密码子 但每一个密码子仅对应一个氨基酸。 不同物种对密码子有“偏爱性”。

Met
（一）原核生物翻译起始复合物形成

核蛋白体大小亚基分离； mRNA在小亚基定位结合；


起始氨基酰-tRNA的结合； 核蛋白体大亚基结合。
1. 核蛋白体大小亚基分离
IF-3
IF-1
2. mRNA在小亚基定位结合
5'
A U G
3' IF-1
IF-3
S-D序列
3. 起始氨基酰tRNA( fMet-tRNAimet )结合到 小亚基
延伸过程所需蛋白因子称为延长因子
(elongation factor, EF) 原核生物：EF-T (EF-Tu, EF-Ts)
EF-G
真核生物：EF-1 、EF-2
肽链合成的延长因子
原核延长因 子 EF-Tu EF-Ts 生物功能 对应真核延长 因子 EF-1-α EF-1-βγ
结合GTP，携带氨基酰-tRNA进入A位 GTP交换蛋白，使EF-Tu上的GDP交换 成GTP 单体G蛋白，具有GTPase活性，水解 GTP,发挥转位酶作用，促进肽酰tRNA由A位前移到P位
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起始tRNA就位 大小亚基结合
真核生物与原核生物翻译起始的不同点：
1. 起始Met-tRNAiMet不需甲酰化； 2. eIF种类多；
3. 小亚基先与Met-tRNAiMet结合，再与 mRNA结合；
4. mRNA与40s亚基的结合依靠帽子结合蛋白 侧复合物与mRNA帽子结构的识别结合。 5. ATP和GTP供能。
EFG
EF-2
（一）进位
又称注册(registration)
指根据mRNA下
一组遗传密码指导，