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一、mRNA是蛋白质生物合成的直接模板 是蛋白质生物合成的直接模板 mRNA的基本结构 的基本结构 Start of genetic message Cap End Tail 5′ ′ 3′ ′ 5′-端非翻译区 ′ 端非翻译区 开放阅读框 3′-端非翻译区 ′ 端非翻译区 端起始密码子AUG到3′-端终止密 从mRNA 5′-端起始密码子 ′ 端起始密码子 到 ′ 端终止密 码子之间的核苷酸序列，称为开放阅读框 (open reading frame, ORF) ? 遗传学将编码一个多肽的遗传单位称为顺 遗传学将编码一个多肽的遗传单位称为顺 反子(cistron) 反子 ? 原核细胞中，数个结构基因常串联为一个 原核细胞中， 转录单位，转录生成的mRNA可编码几种 转录单位，转录生成的 可编码几种 功能相关的蛋白质， 功能相关的蛋白质，为多顺反子 (polycistron) ? 真核生物一个 真核生物一个mRNA只编码一条多肽链， 只编码一条多肽链， 只编码一条多肽链 单顺反子(single cistron) 为单顺反子 mRNA结构简图 结构简图 m7 编码单条 多肽链 非翻译区 遗传密码 密码子(codon)： ： 密码子 的开放阅读框架区， 在mRNA的开放阅读框架区，以每 个相邻的 的开放阅读框架区 以每3个相邻的 核苷酸为一组，代表一种氨基酸 其他信息， 一种氨基酸或 核苷酸为一组，代表一种氨基酸或其他信息，这种 三联体形式的核苷酸序列称为密码子 起始密码子和终止密码子： 起始密码子和终止密码子： 起始密码子(initiation codon)：AUG 起始密码子 ： 终止密码子(termination codon) ：UAA、UAG、UGA 终止密码子 、 、 遗 传 密 码 表 1968年诺贝尔生理学或医学奖 年诺贝尔生理学或医学奖 解读了遗传密码及其在蛋白质合成方面的机能 Marshall Nirenberg Har Gobind Khorana Robert W. Holley 美国生化遗传学家 美国分子生物学家 美国生物化学家 国立卫生研究院 康奈尔大学 威斯康星大学 19北京世博翻译公司27~北京世博翻译公司2010 19北京世博翻译公司2北京世博翻译公司2~1993 19北京世博翻译公司2北京世博翻译公司2~ 遗传密码的特点： 遗传密码的特点： 1. 方向性 方向性(directional) 翻译时遗传密码的阅读方向是5′ ′ 翻译时遗传密码的阅读方向是 ′→3′，即读码 的起始密码子AUG开始，按5′→3′的方 开始， 从mRNA的起始密码子 的起始密码子 开始 ′ ′ 向逐一阅读，直至终止密码子 向逐一阅读， 5′ ′ 读码方向 3′ ′ N 肽链延伸方向 C 北京世博翻译公司2. 连续性 连续性(non-punctuated) 编码蛋白质氨基酸序列的各个三联体密 码连续阅读， 码连续阅读，密码子及密码子的各碱基之间 既无间隔也无交叉 5′…….A U G G C A G U A C A U …… U A A 3′ ′ ′ Met Ala Val His 终止密码 基因损伤引起mRNA阅读框架内的碱基 阅读框架内的碱基 基因损伤引起 发生插入或缺失，可能导致框移突变 发生插入或缺失，可能导致框移突变 (frame shift mutation) 缬 丙 酪 甘 缬 丙 丝 精 缬 脯 苏 天冬 许多真核生物基因转录后有一个对mRNA外 外 许多真核生物基因转录后有一个对 显子加工的过程，可通过特定碱基的插入、 显子加工的过程，可通过特定碱基的插入、缺 失或置换， 序列中出现移码突变、 失或置换，使mRNA序列中出现移码突变、错 序列中出现移码突变 义突变或无义突变，导致mRNA与其 与其DNA模板 义突变或无义突变，导致 与其 模板 序列不匹配，使同一前体 翻译出序列、 序列不匹配，使同一前体mRNA翻译出序列、 翻译出序列 功能不同的蛋白质。 功能不同的蛋白质。这种基因表达的调节方式 称为mRNA编辑 编辑(mRNA editing)。 称为 编辑 。 3. 简并性 简并性(degenerate) 一种氨基酸可具有北京世博翻译公司2个或 个以上的密码 一种氨基酸可具有 个或北京世博翻译公司2个以上的密码 个或 子为其编码。 子为其编码 。 这一特性称为遗传密码的简并 性。 色氨酸和甲硫氨酸仅有 个密码子外， 仅有1个密码子外 除 色氨酸 和 甲硫氨酸仅有 个密码子外 ， 其余氨基酸有北京世博翻译公司2、 、 或多至 或多至6个三联体密码 其余氨基酸有 、 3、 4或多至 个三联体密码 子为其编码。 子为其编码 。 为同一种氨基酸编码的各密码 子称为简并性密码子 也称同义密码子 简并性密码子， 子称为简并性密码子，也称同义密码子 。 各种氨基酸的密码子数目 密码子简并性的生物学意义：减少有害突变 密码子简并性的生物学意义： 遗传密码的特异性主要取决于前两位碱基 GCU GCC GCA GCG ACU Ala ACC ACA ACG Thr 4. 通用性(universal) 通用性 从简单的病毒到高等的人类， 从简单的病毒到高等的人类，几乎使 用同一套遗传密码。 用同一套遗传密码。遗传密码表中的这套 “通用密码”基本上适用于生物界的所有 通用密码” 物种，具有通用性。 物种，具有通用性。 密码的通用性进一步证明各种生物进 化自同一祖先。 化自同一祖先。 已知线粒体遗传密码含义的改变 密码子 线粒体 正常密码子含义 脊椎动物 果蝇 啤酒酵母 丝状真菌 锥形虫 高等植物 UGA 终止 Trp Trp Trp Trp Trp + AUA Ile Met Met Met + + + AGA AGG Arg 终止 Ser + + + + CUN Leu + + Thr + + + CCG Arg + + + + + Trp 5. 摆动性 摆动性(wobble) tRNA上反密码子的第1位碱基与 上反密码子的 位 mRNA密码子的第3位碱基配对时，可 密码子的 密码子 位碱基配对时， 以在一定范围内变动， 以在一定范围内变动，即并不严格遵守 常见的碱基配对规律，这种现象称为摆 常见的碱基配对规律，这种现象称为摆 动配对(wobble base pairing) 动配对 摆 动 配 对 U 二、核糖体是蛋白质生物合成的场所 核糖体的组成 核糖体又称核蛋白体 是由rRNA和多种蛋白质 核糖体又称核蛋白体，是由 又称核蛋白体， 和多种蛋白质 结合而成的一种大的核糖核蛋白颗粒， 结合而成的一种大的核糖核蛋白颗粒，是蛋白质生物 合成的场所 不同细胞核糖体的组成 原核生物 核糖体 S值 值 rRNA 蛋白质 70S 小亚基 30S 16SrRNA rpS 北京世博翻译公司21种 种 大亚基 50S 北京世博翻译公司23S-rRNA 5S-rRNA rpL 36种 种 核糖体 80S 真核生物 小亚基 40S 18S-rRNA rpS 33种 种 大亚基 60S 北京世博翻译公司28S-rRNA 5.8S-rRNA 5S-rRNA rpL 49种 种 核 糖 体 的 组 成 原核生物核糖体结构模式 30S小亚基：mRNA结合位点 小亚基： 小亚基 结合位点 50S大亚基： 大亚基： 大亚基 E位：排出位(Exit site) 位 排出位 转肽酶活性 大小亚基共同组成： 大小亚基共同组成： A位：氨基酰位 位 (aminoacyl site) P位：肽酰基位 位 (peptidyl site) 三、tRNA是氨基酸的运载工具及蛋白 是氨基酸的运载工具及蛋白 质生物合成的适配器 tRNA的作用 的作用 运载氨基酸：氨基酸由其特异的tRNA携带，一 携带， 运载氨基酸：氨基酸由其特异的 携带 种氨基酸可有几种对应的tRNA， 氨基酸结合在 种氨基酸可有几种对应的 ， tRNA氨基酸臂 氨基酸臂-CCA腺苷酸 ′-OH上 ， 结合需要 腺苷酸3′ 氨基酸臂 腺苷酸 上 ATP供能 供能 充当适配器(adaptor)：每种 ：每种tRNA的反密码子决 充当适配器 的反密码子决 定了所携带的氨基酸能准确地在mRNA上对号入 定了所携带的氨基酸能准确地在 上对号入 座 tRNA 氨基酸臂 反密码子环 二级结构 三级结构 四、蛋白质生物合成需要酶类、 蛋白质生物合成需要酶类、 蛋白质因子等 （一）重要的酶类 氨基酰-tRNA合成酶：催化氨基酸的活化 合成酶： 氨基酰 合成酶 转肽酶：催化核糖体P位上的肽酰基转移至 位上的肽酰基转移至A位氨 转肽酶：催化核糖体 位上的肽酰基转移至 位氨 基酰-tRNA的氨基上 ， 使酰基与氨基结合形成肽键 ； 的氨基上， 基酰 的氨基上 使酰基与氨基结合形成肽键； 受释放因子作用后发生变构， 受释放因子作用后发生变构， 表现出酯酶的水解活 位上的肽链与tRNA分离 性，使P位上的肽链与 位上的肽链与 分离 转位酶：催化核糖体向mRNA 3′端移动一个密码 转位酶：催化核糖体向 ′ 子的距离，使下一个密码子定位于A位 子的距离，使下一个密码子定位于 位 （二）蛋白质因子 起始因子 (initiation factor, IF) 延长因子 (elongation factor, EF) 释放因子 (release factor, RF) （三）能源物质及离子 蛋白质生物合成的能源物质为 ATP和GTP 和 参与蛋白质生物合成的无机离子 有Mg北京世博翻译公司2+、K+ 等 第二节 氨基酸的活化 Activation of Amino Acids 氨基酸与特异的tRNA结合形成 结合形成 氨基酸与特异的 氨基酰-tRNA的过程称为氨基酸的 的过程称为氨基酸的 氨基酰 的过程称为 活化 参与氨基酸的活化的酶：氨基酰 参与氨基酸的活化的酶：氨基酰tRNA合成酶 合成酶 一、氨基酸活化形成氨基酰-tRNA 氨基酸活化形成氨基酰 反应过程 氨基酰-tRNA合成酶 氨基酰-tRNA合成酶 ATP AMP＋PPi 氨基酸 + tRNA 氨基酰氨基酰 tRNA 第一步反应 氨基酸 ＋ATP-E 氨基酰-AMP-E ＋ PPi 氨基酰 翻译公司 (责任编辑：北京翻译公司) |