蛋白质分子是由许多氨基酸组成的，在不同的蛋白质分子中，氨基酸有着特定的排列顺序，这种特定的排列顺序不是随机的，而是严格按 照蛋白质的编码基因中的碱基排列顺序决定的。基因的遗传信息在转录过程中从DNA转移到mRNA,再由mRNA将这种遗传信息表达为蛋白质 中氨基酸顺序的过程叫做翻译。翻译的过程也就是蛋白质分子生物合成的过程，在此过程中需要200多种生物大分子参加，其中包括核糖体、 mRNA、tRNA及多种蛋白质因子。翻译基本过程如图18-1。 多个校登白体（装配机） DNA(遗传信息) mRNA T 核职 mm 多个 多接置白体 RNA (特异嫩运工具】 蛋白所分子（产品】 多个戴基酸（原料） 图18-1翻译过程的基本原理 第一节参与蛋白质生物合成的物质 (一)合成原料 自然界由RNA编码的氨基酸共有20种，只有这些氨基酸能够作为蛋白质生物合成的直接原料。某些蛋白质分子还含有羟脯氨酸、羟赖氨 酸、Y羧基谷氨酸等，这些特殊氨基酸是在肽链合成后的加工修饰过程中形成的。 (二)mRNA是合成蛋白质的直接模板 原核细胞中每种RNA分子常带有多个功能相关蛋白质的编码信息，以一种多顺反子的形式排列，在翻译过程中可同时合成几种蛋白质， 而真核细胞中，每种mRNA一般只带有一种蛋白质编码信息，是单顺反子的形式。mRNA以它分子中的核苷酸排列顺序携带从DNA传递来的遗 传信息，作为蛋白质生物合成的直接模板，决定蛋白质分子中的氨基酸排列顺序。不同的蛋白质有各自不同的mRNA,mRNA除含有编码区 外，两端还有非编码区。非编码区对于mRNA的模板活性是必需的，特别是5'端非编码区在蛋白质合成中被认为是与核糖体结合的部位。见图 18-2. tal AUG UAA AUG UAA AUG UAA S PPP 83y Untranslated Cstron 1 Cstron 2 Cistron 3 3'Lintrarslated Sed LCnE Untrnslaled intercistronic sequenoes AUG UAA 7MeG PPP ESSSSSSSTSM Coding soquence ) 图18-2(a)原核生物mRNA)为多顺反子(b)真核生物mRNA为单顺反子 mRNA分子上以5'一→3'方向，从AUG开始每三个连续的核苷酸组成一个密码子，mRNA中的四种碱基可以组成64种密码子。这些密码不仅代表 了20种氨基酸，还决定了翻译过程的起始与终止位置。每种氨基酸至少有一种密码子，最多的有6种密码子。从对遗传密码性质的推论到决定 各个密码子的含义，进而全部阐明遗传密码，是科学上最杰出的成就之一，科学家们设计了十分出色的遗传学和生物化学实验，于1966年编排 出了遗传密码字典。见表181。 表18-1氨基酸的密码(code) S末端（第1位碱基） 中间碱基（第二位碱基） 3”末端（第三位碱基） U A G 苯丙(Pne)F 丝(Ser)S 酪(Tyr)Y 半胱CysC U 苯内(Pne) 丝Ser) 酪Tyr) 半胱(Cys) 亮LeuL 丝Ser) 终止信号 终止信号 A 亮Lcu) 丝Ser) 终止信号 色Tp)
蛋白质分子是由许多氨基酸组成的，在不同的蛋白质分子中，氨基酸有着特定的排列顺序，这种特定的排列顺序不是随机的，而是严格按 照蛋白质的编码基因中的碱基排列顺序决定的。基因的遗传信息在转录过程中从DNA转移到mRNA，再由mRNA将这种遗传信息表达为蛋白质 中氨基酸顺序的过程叫做翻译。翻译的过程也就是蛋白质分子生物合成的过程，在此过程中需要200多种生物大分子参加，其中包括核糖体、 mRNA、tRNA及多种蛋白质因子。翻译基本过程如图18-1。 图18-1 翻译过程的基本原理 第一节 参与蛋白质生物合成的物质 （一）合成原料 自然界由mRNA编码的氨基酸共有20种，只有这些氨基酸能够作为蛋白质生物合成的直接原料。某些蛋白质分子还含有羟脯氨酸、羟赖氨 酸、γ-羧基谷氨酸等，这些特殊氨基酸是在肽链合成后的加工修饰过程中形成的。 （二）mRNA是合成蛋白质的直接模板 原核细胞中每种mRNA分子常带有多个功能相关蛋白质的编码信息，以一种多顺反子的形式排列，在翻译过程中可同时合成几种蛋白质， 而真核细胞中，每种mRNA一般只带有一种蛋白质编码信息，是单顺反子的形式。mRNA以它分子中的核苷酸排列顺序携带从DNA传递来的遗 传信息，作为蛋白质生物合成的直接模板，决定蛋白质分子中的氨基酸排列顺序。不同的蛋白质有各自不同的mRNA，mRNA除含有编码区 外，两端还有非编码区。非编码区对于mRNA的模板活性是必需的，特别是5’端非编码区在蛋白质合成中被认为是与核糖体结合的部位。见图 18-2。 图18-2 (a)原核生物mRNA)为多顺反子(b)真核生物mRNA为单顺反子 mRNA分子上以5'→3'方向,从AUG开始每三个连续的核苷酸组成一个密码子,mRNA中的四种碱基可以组成64种密码子。这些密码不仅代表 了20种氨基酸，还决定了翻译过程的起始与终止位置。每种氨基酸至少有一种密码子，最多的有6种密码子。从对遗传密码性质的推论到决定 各个密码子的含义，进而全部阐明遗传密码，是科学上最杰出的成就之一，科学家们设计了十分出色的遗传学和生物化学实验，于1966年编排 出了遗传密码字典。见表18-1。 表18-1 氨基酸的密码（code） 5’末端（第1位碱基） 中间碱基（第二位碱基） 3’末端（第三位碱基） U C A G U 苯丙（Pne）F 丝(Ser)S 酪(Tyr)Y 半胱(Cys)C U 苯内(Pne) 丝(Ser) 酪(Tyr) 半胱(Cys) C 亮(Leu)L 丝(Ser) 终止信号 终止信号 A 亮(Leu) 丝(Ser) 终止信号 色(Trp) G
亮Lcu) 脯(Pro)P 组(His)H 精(Arg)R U 亮Lcu) 脯(Pro) 组(His) 精(Arg) c 亮Leu) 脯(Po) 谷胺(Gin)Q 精(Arg) A 亮Leu) 脯(Pro) 谷胺(Gin) 精(Arg) G 异亮(Le)I 苏(Thr)T 天胺(Asn)N 丝Ser)s U 异亮(Le) 苏(Thr) 天胺(Asn) 丝Ser) 异亮(Le) 苏(Thr) 赖(Lys)K 精(Arg)R A *蛋(Met)M起动信号) 苏(Thr) 赖(ys) 精(Arg) 缬()V 丙(Ala)A 天(Asp)D 甘(Gly)G U 缬(l) 丙(Ala) 天(Asp) 甘(Gly) C 缬(V) 丙(Ala) 谷(Glu)E 甘(Gy) 缬(Val) 丙(Ala) 谷(Glu) 甘(Gy) G *位于RNA起动部位AUG为氨基酸合成肽链的起动信号。以哺乳动物为代表的真核生物，此密码子代表蛋氨酸； 以微生物为代表的原核 生物则代表甲酰蛋氨酸。 遗传密码具有以下几种特点： (I)起始码与终l止码(Initiation codon and termination codon): 密码子AUG是起始密码，代表合成肽链的第一个氨基酸的位置，它们位于mRNA5'末端，同时它也是蛋氨酸的密码子，因此原核生物和真 核生物多肽链合成的第一个氨基酸都是蛋氨酸，当然少数细菌中也用GUG做为起始码。在真核生物CUG偶尔也用作起始蛋氨酸的密码。密码 子UAA,UAG,UGA是肽链成的终止密码，不代表任何氨基酸，它们单独或共同存在于mRNA3'末端。因此翻译是沿若mRNA分子5'→3'方向 进行的。 (2)密码无标点符号：两个密码子之间没有任何核苷酸隔天，因此从起始码AUG开始，三个碱基代有一个氨基酸，这就构成了一个连续 不断的读框，直至终止码。如果在读框中间插入或缺失一个碱基就会造成移码突变，引起突变位点下游氨基排列的错误。 (3)密码的简并性(Degemeracy): 一种氨基酸有几组密码子，或者几组密码子代表一种氨基酸的现象称为密码子的简并性，这种简并性主要是由于密码子的第三个碱基发生 摆动现象形成的，也就是说密码子的专一性主要由前两个碱基决定，即使第三个碱基发生突变也能翻译出正确的氨基酸，这对于保证物种的稳 定性有一定意义。如：GCU,GCC,GCA,GCG都代表丙氨酸。 (4)密码的通用性： 大量的事实证明生命世界从低等到高等，都使用一套密码，也就是说遗传密码在很长的进化时期中保持不变。因此这张密码表是生物界通 用的。然而，出乎人们预料的是，真核生物线粒体的密码子有许多不同于通用密码，例如人线粒体中，UGA不是终止码，而是色氨酸的密码 子，AGA,AGG不是精氨酸的密码子，而是终止密码子，加上通用密码中的UAA和UAG,线粒体中共有四组终止码。内部甲硫氨酸密码子有 两个，即AUG和AUA;而起始甲硫氨酸密码子有四组，即AUN. 密码子结构与氨基酸侧链析性之间也有一定关系。①氨基酸侧链极性性质在多数情况下由断面子的第二个碱基决定。第二个碱基为嘧啶 (Y)时，氨基酸侧链为非极性，第二个碱基为嘌呤时，氨基酸侧链则有极性。②当第一个碱基为U或A,第二个碱基为C,第三个碱基无特异 性时，所决定的氨基酸侧链为极性不带电。③当第一个碱基不是U,第二个碱基是P时，氨基酸侧链则带电。在此前提下，若是一个是C或A 时，表示带正电的氨基酸，第一、二个碱基分别是G、A时，此种氨革酸带负电，但上述关系也有个别例外。 一种氨基酸由多种密码子所编码的事实使人想到：同一种氨基酸的一组密码子的使用频率是否相同？许多实验证实，在原核生物和高等真 核生物中同一组密码子的使用频率是不相同的。高频密码子多出现在那些表达量高的蛋白质基因中，例如，核糖体蛋白质基因，RcA蛋白质 基因等。表18-2。这种使用频率与细胞内一组tRNA中的不同tRNA含量有关。 (三)RNA是氨基酸的运载工具： tRNA在蛋白质生物合成过程中起关键作用。mRNA推带的遗传信息被翻译成蛋白质一级结构，但是mRNA分子与氨基酸分子之间并无直接 的对应关系。这就需要经过第三者“介绍”，而tRNA分子就充当这个角色。tRNA是类小分子RNA,长度为73-94个核苷酸，tRNA分子中富含稀 有碱基和修饰碱基，tRNA分子3'端均为CCA序列，氨基酸分子通过共价键与A结合，此处的结构也叫氨基酸臂。每种氨基酸都有2-6种各自特 异的tRNA,它们之间的特异性是靠氨基酰tRNA合成酶来识别的。这样，携带相同氨基酸而反密码子不同的一组tRNA称为同功tRNA,它们在 细胞内合成量上有多和少的差别，分别称为主要tRNA和次要tRNA。主要tRNA中反密码子识别tRNA中的高频密码子，而次要tRNA中反密码 子识别mRNA中的低频密码子。每种氨基酸都只有一种氨基酰tRNA合成酶。因此细胞内有20种氨基酰tRNA合成酶
C 亮(Leu) 脯（Pro）P 组（His）H 精（Arg）R U 亮(Leu) 脯（Pro） 组（His） 精（Arg） C 亮(Leu) 脯（Pro） 谷胺（Gin）Q 精（Arg） A 亮(Leu) 脯（Pro) 谷胺（Gin） 精（Arg） G A 异亮（ILe）I 苏（Thr）T 天胺（Asn）N 丝(Ser)S U 异亮（ILe） 苏（Thr） 天胺（Asn） 丝(Ser) C 异亮（ILe） 苏（Thr） 赖（Lys）K 精（Arg）R A *蛋（Met）M(起动信号) 苏（Thr） 赖（Lys） 精（Arg） G G 缬（Val）V 丙（Ala）A 天（Asp）D 甘（Gly）G U 缬（Val） 丙（Ala） 天（Asp） 甘（Gly） C 缬（Val） 丙（Ala） 谷（Glu）E 甘（Gly） A 缬（Val） 丙（Ala） 谷（Glu） 甘（Gly） G *位于mRNA起动部位AUG为氨基酸合成肽链的起动信号。以哺乳动物为代表的真核生物，此密码子代表蛋氨酸；以微生物为代表的原核 生物则代表甲酰蛋氨酸。 遗传密码具有以下几种特点： （1）起始码与终止码（Initiation codon and termination codon）: 密码子AUG是起始密码，代表合成肽链的第一个氨基酸的位置，它们位于mRNA5′末端，同时它也是蛋氨酸的密码子，因此原核生物和真 核生物多肽链合成的第一个氨基酸都是蛋氨酸，当然少数细菌中也用GUG做为起始码。在真核生物CUG偶尔也用作起始蛋氨酸的密码。密码 子UAA，UAG，UGA是肽链成的终止密码，不代表任何氨基酸，它们单独或共同存在于mRNA3’末端。因此翻译是沿着mRNA分子5′→3′方向 进行的。 （2）密码无标点符号：两个密码子之间没有任何核苷酸隔天，因此从起始码AUG开始，三个碱基代有一个氨基酸，这就构成了一个连续 不断的读框，直至终止码。如果在读框中间插入或缺失一个碱基就会造成移码突变，引起突变位点下游氨基排列的错误。 （3）密码的简并性（Degemeracy）： 一种氨基酸有几组密码子，或者几组密码子代表一种氨基酸的现象称为密码子的简并性，这种简并性主要是由于密码子的第三个碱基发生 摆动现象形成的，也就是说密码子的专一性主要由前两个碱基决定，即使第三个碱基发生突变也能翻译出正确的氨基酸，这对于保证物种的稳 定性有一定意义。如：GCU，GCC，GCA，GCG都代表丙氨酸。 （4）密码的通用性： 大量的事实证明生命世界从低等到高等，都使用一套密码，也就是说遗传密码在很长的进化时期中保持不变。因此这张密码表是生物界通 用的。然而，出乎人们预料的是，真核生物线粒体的密码子有许多不同于通用密码，例如人线粒体中，UGA不是终止码，而是色氨酸的密码 子，AGA，AGG不是精氨酸的密码子，而是终止密码子，加上通用密码中的UAA和UAG，线粒体中共有四组终止码。内部甲硫氨酸密码子有 两个，即AUG和AUA；而起始甲硫氨酸密码子有四组，即AUN。 密码子结构与氨基酸侧链析性之间也有一定关系。①氨基酸侧链极性性质在多数情况下由断面子的第二个碱基决定。第二个碱基为嘧啶 （Y）时，氨基酸侧链为非极性，第二个碱基为嘌呤时，氨基酸侧链则有极性。②当第一个碱基为U或A，第二个碱基为C，第三个碱基无特异 性时，所决定的氨基酸侧链为极性不带电。③当第一个碱基不是U，第二个碱基是P时，氨基酸侧链则带电。在此前提下，若是一个是C或A 时，表示带正电的氨基酸，第一、二个碱基分别是G、A时，此种氨革酸带负电，但上述关系也有个别例外。 一种氨基酸由多种密码子所编码的事实使人想到：同一种氨基酸的一组密码子的使用频率是否相同？许多实验证实，在原核生物和高等真 核生物中同一组密码子的使用频率是不相同的。高频密码子多出现在那些表达量高的蛋白质基因中，例如，核糖体蛋白质基因，RecA蛋白质 基因等。表18-2。这种使用频率与细胞内一组tRNA中的不同tRNA含量有关。 （三）tRNA是氨基酸的运载工具： tRNA在蛋白质生物合成过程中起关键作用。mRNA推带的遗传信息被翻译成蛋白质一级结构，但是mRNA分子与氨基酸分子之间并无直接 的对应关系。这就需要经过第三者“介绍”，而tRNA分子就充当这个角色。tRNA是类小分子RNA，长度为73-94个核苷酸，tRNA分子中富含稀 有碱基和修饰碱基，tRNA分子3’端均为CCA序列，氨基酸分子通过共价键与A结合，此处的结构也叫氨基酸臂。每种氨基酸都有2-6种各自特 异的tRNA，它们之间的特异性是靠氨基酰tRNA合成酶来识别的。这样，携带相同氨基酸而反密码子不同的一组tRNA称为同功tRNA，它们在 细胞内合成量上有多和少的差别，分别称为主要tRNA和次要tRNA。主要tRNA中反密码子识别tRNA中的高频密码子，而次要tRNA中反密码 子识别mRNA中的低频密码子。每种氨基酸都只有一种氨基酰tRNA合成酶。因此细胞内有20种氨基酰tRNA合成酶
A G 10 18 UCU 1 UGU 1 23 UUc Phe 18 UCC 6 Ucc. C Ser 1 ULA 1 UCA UAA Stop UGA UUGJ 3 A UCG UAG Stop UGG CUU 3 CCU 3 CAU- CGU H 15 CAC_ 26 Leu CUA Pro 4 CCA 9 CAAT 0 CGA CUG 36 】3A00月 36 ACU 3A01 IAGUT U Ser 51 AUC e 名 ACC 42 AAC 12ACC AUA Thr 0 A 90 AAAT 1 AGAT Ly 30 AUG Met 0 ACG] 24 AAG- G 54 CUU 93 GCU- 17 GAU 49CC7 6 CUC 10 Gcc 45 GAC. Asp GGC 40 GUA Val CCA 61 GAAT 0 GGA G 16 GUG 28C0G 16 GAGJ O GCG 0 IRNA IGC E : CC G mRNA 图18-3密码子和反密码子的相互作用 tRNA分子中还有一个反密码环，此环上的三个反密码子的作用是与mRNA分子中的密码子靠碱基配对原则而形成氢键，达到相互识别的 目的。但在密码子与反密码子结合时具有一定摆动性，即密码子的第3位碱基与反密码子的第1位碱基酸对时并不严格，见图18-3。配对摆动性 完全是由tRNA反密码子的空间结构所决定的。反密码的第1位碱基常出现次黄嘌呤I,与A、C、U之间皆可形成氢键而结合，这是最常见的摆 动现象。这种摆动现象使得一个RNA所携带的氨基酸可排列在23个不同的密码子上，因此当密码子的第3位碱基发生一定程度的突变时，并 不影响tRNA带入正确的氨基酸。 表18-3 反密码与密码碱基配对时的摇摆现象 反密码第1位碱县 A G 密码第3位碱基 U G C,U A,G A,C,U 在蛋白质生物合成过程中，特异识别mRNA上起始密码子的tRNA被称为起始tRNA,它们参加多肽链合成的起始，其它在多肽链延伸中运 载氨基酸的tRNA,统称为延伸tRNA. (四)核糖核蛋白体 核蛋白体是由rRNA和几十种蛋白质组成的亚细胞颗粒，位于胞浆内，可分为两类，一类附着于粗面内质网，主要参与白蛋白、胰岛素等 分泌性蛋白质的合成，另一类游离于泡浆，主要参与细胞固有蛋白质的合成。核糖体是细胞中的主要成分之一，在一个生长旺盛的细菌中大约 不20000个核糖体，其中蛋白质占细胞总蛋白质的10%，RNA占细胞总RNA的80%。 任何生物的核糖体都是由大、小两个亚基组成，现将大肠杆菌核糖体和大鼠肝细胞核糖体的蛋白质组分和RNA组成列表于18-4.1968年已 在体外对大肠杆菌小亚基进行了自我装配研究，加入16 s rRNA和21种蛋白质，即可形成有天然活性的30s小亚基。通过这些研究使人们能够进 一步认识小亚基和大亚基中NA与蛋白质的特异功能。核糖体是高度复杂的体系，它的任何个别组分或局部组分都不能起整体的作用，因此 必须研究核糖体中蛋白质和RNA的空间结构和位置，才能更完全地了解蛋白质合成的具体过程。过去一直认为rRNA主要起着结构上的作用， 蛋白质发挥催化功能，但现在认为RNA与蛋白质共同的构成的核糖体功能区是核蛋白体表现功能的重要部位，如GTP酶功能区，转肽酶功能 区以及mRNA功能区等等。 表18.4核蛋白体的组成及特性 来源 直径毫微米)重量道尔顿) 含蛋白质(%) 沉降系数亚基 含rRNA 含RNA(%) 含蛋白质种数 每个细胞内含有 种类 分子量 40s(小)18s -70万 -34 5s 3万 真核细胞胞液 20-22 3.6×106 45 77S-80s 5.8S 4万 106-107 60S(大) 40 28S~29S140~180万 30s(小)16S 55万 原核细胞胞液 18 2.6×106 60-65 30-35 70s 5s 4万 -34 1.5×104 50s(大) 23S 110万 注：真核细胞线粒体的核蛋白体组成及特性与原核细胞胞液的相同 核蛋白体作为蛋白质的合成场所具有以下几种作用：
图18-3 密码子和反密码子的相互作用 tRNA分子中还有一个反密码环，此环上的三个反密码子的作用是与mRNA分子中的密码子靠碱基配对原则而形成氢键，达到相互识别的 目的。但在密码子与反密码子结合时具有一定摆动性，即密码子的第3位碱基与反密码子的第1位碱基酸对时并不严格，见图18-3。配对摆动性 完全是由tRNA反密码子的空间结构所决定的。反密码的第1位碱基常出现次黄嘌呤I，与A、C、U之间皆可形成氢键而结合，这是最常见的摆 动现象。这种摆动现象使得一个tRNA所携带的氨基酸可排列在2-3个不同的密码子上，因此当密码子的第3位碱基发生一定程度的突变时，并 不影响tRNA带入正确的氨基酸。 表18－3 反密码与密码碱基配对时的摇摆现象 反密码第1位碱基 A C G U 1 密码第3位碱基 U G C，U A，G A，C，U 在蛋白质生物合成过程中，特异识别mRNA上起始密码子的tRNA被称为起始tRNA，它们参加多肽链合成的起始，其它在多肽链延伸中运 载氨基酸的tRNA，统称为延伸tRNA。 （四）核糖核蛋白体 核蛋白体是由rRNA和几十种蛋白质组成的亚细胞颗粒，位于胞浆内，可分为两类，一类附着于粗面内质网，主要参与白蛋白、胰岛素等 分泌性蛋白质的合成，另一类游离于胞浆，主要参与细胞固有蛋白质的合成。核糖体是细胞中的主要成分之一，在一个生长旺盛的细菌中大约 不20000个核糖体，其中蛋白质占细胞总蛋白质的10%，RNA占细胞总RNA的80%。 任何生物的核糖体都是由大、小两个亚基组成，现将大肠杆菌核糖体和大鼠肝细胞核糖体的蛋白质组分和RNA组成列表于18-4。1968年已 在体外对大肠杆菌小亚基进行了自我装配研究，加入16s rRNA和21种蛋白质，即可形成有天然活性的30s小亚基。通过这些研究使人们能够进 一步认识小亚基和大亚基中rRNA与蛋白质的特异功能。核糖体是高度复杂的体系，它的任何个别组分或局部组分都不能起整体的作用，因此 必须研究核糖体中蛋白质和RNA的空间结构和位置，才能更完全地了解蛋白质合成的具体过程。过去一直认为rRNA主要起着结构上的作用， 蛋白质发挥催化功能，但现在认为rRNA与蛋白质共同的构成的核糖体功能区是核蛋白体表现功能的重要部位，如GTP酶功能区，转肽酶功能 区以及mRNA功能区等等。 表18-4 核蛋白体的组成及特性 来源 直径(毫微米) 重量(道尔顿) 含rRNA（%） 含蛋白质（%） 沉降系数 亚基 含rRNA 含蛋白质种数 每个细胞内含有 种类 分子量 真核细胞胞液 20～22 3.6×106 55 45 77S～80s 40S（小） 18S -70万 ～34 106～107 60S（大） 5s 5.8S 28S～29S 3万 4万 140～180万 ～40 原核细胞胞液 18 2.6×106 60～65 30～35 70S 30S（小） 16S 55万 ～34 1.5×104 50S（大） 5s 23S 4万 110万 注：真核细胞线粒体的核蛋白体组成及特性与原核细胞胞液的相同 核蛋白体作为蛋白质的合成场所具有以下几种作用：
(I)mRNA结合位点：位于30s小亚基头部，此处有几种蛋白质构成一个上的结构域，负丙与mRNA的结合，特别是I6sRNA3'端与 mRNaAUG之前的一段序列互补是这种结合必不可少的，见表18-5。 表18-5大肠杆菌mRNA起始密码上游区域SD序列和I6 srRNA的互补 3'HOAU UCCUCCACUAG......5' MS2外壳蛋白 MS2复制酶 5'......UCAACC GGAGUUUGAAUCAUG...3' 5'......CAAACAU GAGGAUUACCCAUG...3' MS2A蛋白 5'......UCCU AGGAGGUUUGACCUGUG...3' )Cro 5'......AUGUAC UAAGGAGGUUGUAUG...3' galE 5'......AGCCUAAU GGAGCGAAUUAUG...3' 阝-内酰氨酶 5'.......UAUUGAAAAAGGAAGAGUAUG...3* 脂蛋白 5'......AUCUA GAGGGUAUUAAUAAUG...3' 核糖体蛋白S12 5'......AAAACCAGGAGCUAUUUAAUG...3' RNA聚合酶B 5'......AGCGAGCU GAGGAACCCUAUG...3' trpE 5'......CAAAAUUAGAGAAUAACAAUG..3' (2)P位点：(peptidyl tRNA site) 又叫做肽酰基tRNA位或给位。它大部分位于小亚基，小部分位于大亚基，它是结合起始tRNA并向A位给出氨基酸的位置（图184）· RNA.衣求氨基酸 TmRNA 图18-4翻译过程中的核糖体图解 (3)A位点：(Aminoacyl--tRNA site) 叫做氨基酰tRNa位或受位。它大部分位于大亚基而小部分位于小亚基，它是结合一个新进入的氨基酰tRNA的位置（见后节叙述）， (4)转肽酶活性部位： 位于P位和A位的连接处。 (5)结合参与蛋白质合成的起始因了(Initiation Factor,,IF)、延长因子(ElengationFactor,.EF)和终止因子或释放因子(Release Factor,RF). 第二节 蛋白质生物合成过程 蛋白质生的合成亦称为翻译(Translation),即把mRNA分子中碱基排列顺序转变为蛋折质或多肽链中的氨基酸排列顺序过程。这也是基 因表达的第二步，产生基因产物蛋白质的最后节段。不同的组织细胞具有不同的生理功能，是因为它们表达不同的基因，产生具有特殊功能的 蛋白质，参与蛋白质生物合成的成份至少有200种，其主要体第主要由mRNA、tRNA、核糖核蛋白体以及有关的酶和蛋白质因子共同组成。 原核生物与真核生物的蛋白质合成过程中有很多的区别，真核生物此过程更复杂，下面着重介绍原核生物蛋白质合成的过程，并指出真核 生物与其不同这处。 蛋白质生物合成可分为五个阶段，氨基酸的活化、多肽链合成的起始、肽链的延长、肽链的终止和释放、蛋白质合成后的加工修饰。 (一)氨基酰·RNA的生成 氨基酸在进行合成多肽链之前，必须先经过活化，然后再与其特异的tRNA结合，带到mRNA相应的位置上，这个过程靠氨基酰tRNA合成酶催化 此酶催化特定的氨基酸与特异的tRNA相结合，生成各种氨基酰tRNA.每种氨基酸都靠其特有合成酶催化，使之和相对应的tRNA结合，在氨基酰 tRNA合成酶催化下，利用ATP供能，在氨基酸羧基上进行活化，形成氨基酰-AMP,再与氨基酰tRNA合成酶结合形成三联复合物，此复合物再与特异 的tRNA作用，将氨基酰转移到RNA的氨基酸臂（即3-未端CCA-OH)上（图18-5和图18-6）。 090 RCH-C-OH+HO-P-O-P-OP-O-率背+氢某+RNA合成 NH OHOHOH 氨花酸 ATP 99 99 、一R-H-C-0--0-腺背-+H0-P-0-P-0H OH OH OH 图18-6氨基酰·tRNA的生成
（1）mRNA结合位点：位于30s小亚基头部，此处有几种蛋白质构成一个上的结构域，负丙与mRNA的结合，特别是16srRNA3’端与 mRNa AUG之前的一段序列互补是这种结合必不可少的，见表18-5。 表18-5 大肠杆菌mRNA起始密码上游区域SD序列和16srRNA的互补 MS2外壳蛋白 MS2复制酶 MS2A蛋白 λCro galE β-内酰氨酶 脂蛋白 核糖体蛋白S12 RNA聚合酶β trpE 3’HOAU UCCUCCACUAG……5’ 5’……UCAACC GGAGUUUGAAUCAUG…3’ 5’……CAAACAU GAGGAUUACCCAUG …3’ 5’…… UCCU AGGAGGUUUGACCUGUG…3’ 5’…… AUGUAC UAAGGAGGUUGUAUG…3’ 5’…… AGCCUAAU GGAGCGAAUUAUG…3’ 5’…… UAUUGAAA AAGGAAGAGUAUG…3’ 5’…… AUCUA GAGGGUAUUAAUAAUG…3’ 5’…… AAAACCAGGAGCUAUUUAAUG…3’ 5’…… AGCGAGCU GAGGAACCCUAUG…3’ 5’…… CAAAAUUAGAGAAUAACAAUG…3’ （2）P位点：（peptidyl tRNA site） 又叫做肽酰基tRNA位或给位。它大部分位于小亚基，小部分位于大亚基，它是结合起始tRNA 并向A位给出氨基酸的位置（图18-4）。 图18-4 翻译过程中的核糖体图解 （3）A位点：（Aminoacyl-tRNA site） 叫做氨基酰 tRNa 位或受位。它大部分位于大亚基而小部分位于小亚基，它是结合一个新进入的氨基酰tRNA 的位置（见后节叙述）。 （4）转肽酶活性部位： 位于P位和A位的连接处。 （ 5 ） 结 合 参 与 蛋 白 质 合 成 的 起 始 因 了 （ Initiation Factor,IF ） 、 延 长 因 子 (ElengationFactor,EF) 和 终 止 因 子 或 释 放 因 子 (Release Factor,RF)。 第二节 蛋白质生物合成过程 蛋白质生的合成亦称为翻译（Translation），即把mRNA分子中碱基排列顺序转变为蛋折质或多肽链中的氨基酸排列顺序过程。这也是基 因表达的第二步，产生基因产物蛋白质的最后节段。不同的组织细胞具有不同的生理功能，是因为它们表达不同的基因，产生具有特殊功能的 蛋白质，参与蛋白质生物合成的成份至少有200种，其主要体第主要由mRNA、tRNA、核糖核蛋白体以及有关的酶和蛋白质因子共同组成。 原核生物与真核生物的蛋白质合成过程中有很多的区别，真核生物此过程更复杂，下面着重介绍原核生物蛋白质合成的过程，并指出真核 生物与其不同这处。 蛋白质生物合成可分为五个阶段，氨基酸的活化、多肽链合成的起始、肽链的延长、肽链的终止和释放、蛋白质合成后的加工修饰。 （一）氨基酰－tRNA的生成 氨基酸在进行合成多肽链之前,必须先经过活化,然后再与其特异的tRNA结合,带到mRNA相应的位置上,这个过程靠氨基酰tRNA合成酶催化, 此酶催化特定的氨基酸与特异的tRNA相结合,生成各种氨基酰tRNA.每种氨基酸都靠其特有合成酶催化,使之和相对应的tRNA结合,在氨基酰 tRNA合成酶催化下,利用ATP供能,在氨基酸羧基上进行活化,形成氨基酰-AMP,再与氨基酰tRNA合成酶结合形成三联复合物,此复合物再与特异 的tRNA作用,将氨基酰转移到tRNA的氨基酸臂(即3'-末端CCA-OH)上(图18-5和图18-6)。 图18-6 氨基酰－tRNA的生成
原核细胞中起始氨基酸活化后，还要甲酰化，形成甲酰蛋氨酸tRNA,由N10甲酰四氢叶酸提供甲酰基。而真核细胞没有此过程。 前面讲过运载同一种氨基酸的一组不同tRNA称为同功tRNA。一组同功tRNA由同一种氨酰基tRNA合成酶催化。氨基酰tRNA合成酶对 tRNA和氨基酸两者具有专一性，它对氨基酸的识别特异性很高，而对tRNA识别的特异性较低。 氨基酰tRNA合成酶是如何选择正确的氨基酸和tRNA呢？按照一般原理，酶和底物的正确结合是由二者相嵌的几何形状所决定的，只有适 合的氨基酸和适合的tRNA进入合成酶的相应位点，才能合成正确的氨酰基tRNA。现在已经知道合成酶与L形tRNA的内侧面结合，结合点包括 接近臂，DHU臂和反密码子臂（图18-7）。 T￥C乐 特异的脚-tN的 村互度应 图18-7氨基酰·tRNA合成酶与tRNA的相互作用，可见氨酸接受柄、 D柄、反密码子和可变环与酶反应 乍看起来，反密码子似乎应该与氨基酸的正确负载有关，对于某些RNA也确实如此，然而对于大多数tRNA来说，情况并非如此，人们早 就知道，当某些tRNA上的反密码子突变后，但它们所携带的氨工酸却没有改变。1988年，候稚明和Schimmel的实验证明丙氨酸tRNA酸分子 的氨基酸臂上G3:U70这两个碱基发生突变时则影响到丙氨酰tRNA合成酶的正确识别，说明G3:U70是丙氨酸tRNA分子决定其本质的主要因 素。tRNA分子上决定其携带氨基酸的区域叫做副密码子。一种氨基酰tRNA合成酶可以识别以一组同功tRNA,这说明它们具有共同特征。例 如三种丙氨酸tRNA(tRNAAIm/CUA,tRNAAim/GGC,tRNAAin/UGC都具有G3:U70副密码子。)但没有充分的证据说明其它氨基酰tRNA合 成酶也识别同功tRNA组中相同的副密码子。另外副密码子也没有固定的位置，也可能并不止一个碱基对。 (二)多肽链合成的起始 核蛋白体大小亚基，mRNA起始tRNA和起始因子共同参与肽链合成的起始。 1、大肠杆菌细胞翻译起始复合物形成的过程： (1)核糖体30S小亚基附若于mRNA起始信号部位：原核生物中每一个mRNA都具有其核糖体结合位点，它是位于AUG上游8-13个核苷酸 处的一个短片段叫做SD序列。这段序列正好与30S小亚基中的16 s rRNA3'端一部分序列互补，因此SD序列也叫做核糖体结合序列，这种互补 就意味着核糖体能选择mRNA上AUG的正确位置来起始肽链的合成，该结合反应由起始因子3(IF-3)介导，另外IF.1促进IF-3与小亚基的结 合，故先形成IF3-30S亚基-mRNA三元复合物。 (2)30S前起始复合物的形成：在起始因子2作用下，甲酰蛋氨酰起始tRNA与mRNA分子中的AUG相结合，即密码子与反密码子配对，同 时IF3从三元复合物中脱落，形成30S前起始复合物，即IF2-3S亚基-mRNA-fMet-tRNAfmet复合物，此步需要GTP和Mg2+参与。 (3)70S起始复合物的形成：50S亚基上述的30S前起始复合物结合，同时1F2脱落，形成70S起始复合物，即30S亚基-mRNA-50S亚基： mRNA-fMet-tRNAfmet复合物。此时fMet-tRNAfmet占据着50S亚基的肽酰位。而A位则空着有待于对应mRNA中第二个密码的相应氨基酰 tRNA进入，从而进入延长阶段，以上过程见图18-8和图18-9. 心S核裤体+F,+F.一→305小亚基·F,·F,+mS太哥基 f-lRNA+GTp+f:→f:·RNAe.IE:·GP +mRNA 35·nNA,a·RNA·GP·F·E·F +05-f GDP-Pi/F 7S·mRNA'RNA 5起复合物 图18-8大肠杆菌起始复合物的形成 2、真核细胞蛋白质合成的起始 真核细胞蛋白质合成起始复合物的形成中需要更多的起始因子参与，因此起始过程也更复杂。 (I)需要特异的起始tRNA即，-tRNAfmet,并且不需要N端甲酰化。已发现的真核起始因子有近I0种(eukaryote Initiation factor,eIF) (2)起始复合物形成在mRNA5'端AUG上游的帽子结构，（除某些病毒mRNA外）
原核细胞中起始氨基酸活化后，还要甲酰化，形成甲酰蛋氨酸tRNA，由N10甲酰四氢叶酸提供甲酰基。而真核细胞没有此过程。 前面讲过运载同一种氨基酸的一组不同tRNA称为同功tRNA。一组同功tRNA由同一种氨酰基tRNA合成酶催化。氨基酰tRNA合成酶对 tRNA和氨基酸两者具有专一性，它对氨基酸的识别特异性很高，而对tRNA识别的特异性较低。 氨基酰tRNA合成酶是如何选择正确的氨基酸和tRNA呢？按照一般原理，酶和底物的正确结合是由二者相嵌的几何形状所决定的，只有适 合的氨基酸和适合的tRNA进入合成酶的相应位点，才能合成正确的氨酰基tRNA。现在已经知道合成酶与L形tRNA的内侧面结合，结合点包括 接近臂，DHU臂和反密码子臂（图18-7）。 图18-7 氨基酰－tRNA合成酶与tRNA的相互作用，可见氨酸接受柄、 D柄、反密码子和可变环与酶反应 乍看起来，反密码子似乎应该与氨基酸的正确负载有关，对于某些tRNA也确实如此，然而对于大多数tRNA来说，情况并非如此，人们早 就知道，当某些tRNA上的反密码子突变后，但它们所携带的氨工酸却没有改变。1988年，候稚明和Schimmel的实验证明丙氨酸tRNA酸分子 的氨基酸臂上G3：U70这两个碱基发生突变时则影响到丙氨酰tRNA合成酶的正确识别，说明G3：U70是丙氨酸tRNA分子决定其本质的主要因 素。tRNA分子上决定其携带氨基酸的区域叫做副密码子。一种氨基酰tRNA合成酶可以识别以一组同功tRNA，这说明它们具有共同特征。例 如三种丙氨酸tRNA（tRNAAlm/CUA,tRNAAim/GGC,tRNAAin/UGC都具有G3：U70副密码子。）但没有充分的证据说明其它氨基酰tRNA合 成酶也识别同功tRNA组中相同的副密码子。另外副密码子也没有固定的位置，也可能并不止一个碱基对。 （二）多肽链合成的起始 核蛋白体大小亚基，mRNA起始tRNA和起始因子共同参与肽链合成的起始。 1、大肠杆菌细胞翻译起始复合物形成的过程： （1）核糖体30S小亚基附着于mRNA起始信号部位：原核生物中每一个mRNA都具有其核糖体结合位点，它是位于AUG上游8-13个核苷酸 处的一个短片段叫做SD序列。这段序列正好与30S小亚基中的16s rRNA3’端一部分序列互补，因此SD序列也叫做核糖体结合序列，这种互补 就意味着核糖体能选择mRNA上AUG的正确位置来起始肽链的合成，该结合反应由起始因子3（IF-3）介导，另外IF-1促进IF-3与小亚基的结 合，故先形成IF3-30S亚基-mRNA三元复合物。 （2）30S前起始复合物的形成：在起始因子2作用下，甲酰蛋氨酰起始tRNA与mRNA分子中的AUG相结合，即密码子与反密码子配对，同 时IF3从三元复合物中脱落，形成30S前起始复合物，即IF2-3S亚基-mRNA-fMet-tRNAfmet复合物，此步需要GTP和Mg2+参与。 （3）70S起始复合物的形成：50S亚基上述的30S前起始复合物结合，同时IF2脱落，形成70S起始复合物，即30S亚基-mRNA-50S亚基- mRNA-fMet-tRNAfmet复合物。此时fMet-tRNAfmet占据着50S亚基的肽酰位。而A位则空着有待于对应mRNA中第二个密码的相应氨基酰 tRNA进入，从而进入延长阶段，以上过程见图18-8和图18-9。 图18-8 大肠杆菌起始复合物的形成 2、真核细胞蛋白质合成的起始 真核细胞蛋白质合成起始复合物的形成中需要更多的起始因子参与，因此起始过程也更复杂。 （1）需要特异的起始tRNA即，-tRNAfmet，并且不需要N端甲酰化。已发现的真核起始因子有近10种（eukaryote Initiation factor,eIF） （2）起始复合物形成在mRNA5’端AUG上游的帽子结构，（除某些病毒mRNA外）