1、六、翻译,1. 起始（initiation） （1）原核生物的翻译起始 tRNA装载（tRNA charging） 在氨酰tRNA合成酶（aminoacyl-tRNA synthetase）的作用下，使氨基酸连接到tRNA 3端的腺苷酸上，形成氨酰tRNA（aminoacyl-tRNA）,Aminoacyl-tRNA synthetase activity,六、翻译,1. 起始（initiation） （1）原核生物的翻译起始 tRNA识别（tRNA identity） 氨酰tRNA合成酶的专一性很高，共有20种，每一种只用于单一种氨基酸与相应tRNA的结合 tRNA上的某些结构特征能使它在氨
2、酰tRNA合成酶的催化下，与特定的氨基酸结合；这些结构特征就是“第二遗传密码”（the second genetic code）,六、翻译,1. 起始（initiation） （1）原核生物的翻译起始 tRNA识别（tRNA identity） “第二遗传密码”常在tRNA的受体茎（acceptor stem）上，但在其他区域的也有不少 “第二遗传密码”较复杂，且是非简并的，但专一性同样很强,Identity elements in various tRNA molecules,丙氨酸tRNA,苯丙氨酸tRNA,甲酰甲硫氨酸tRNA,丝氨酸tRNA,六、翻译,1. 起始（initiation）
3、 （1）原核生物的翻译起始 核糖体解离（dissociation of ribosomes） 翻译起始复合物首先是在核糖体小亚基上组装起来 每一次翻译后，核糖体的大小亚基必须解离，以让新的翻译起始复合物形成 核糖体解离需要起始因子（initiation factors，IF）的协助,Summary of prokaryotic translation initiation,IF-1促进核糖体大小亚基的解离；IF-3则通过与小亚基结合，阻止其与大亚基重新结合,六、翻译,1. 起始（initiation） （1）原核生物的翻译起始 30S起始复合物的形成 由核糖体小亚基（30S）、mRNA、氨酰t
4、RNA及起始因子等构成,Summary of prokaryotic translation initiation,六、翻译,1. 起始（initiation） （1）原核生物的翻译起始 起始tRNA 携带甲酰甲硫氨酸的tRNA（tRNA ），识别密码子AUG、GUG和UUG tRNA 与携带甲硫氨酸到蛋白质链内部的tRNA（tRNA ）稍有不同，后者只识别AUG,Met f,Met f,Met m,六、翻译,1. 起始（initiation） （1）原核生物的翻译起始 mRNA与核糖体小亚基的结合 在起始密码子的上游（数个核苷酸），有一共同序列AGGAGGU，与16S rRNA 3端的序列（
5、3 HO-AUUCCUCCAC 5）互补配对，是核糖体的结合位点；这一序列又称SD序列（Shine-Dalgarno sequence） mRNA与核糖体小亚基的结合还需要有起始因子的协助：IF-3最重要，IF-1和IF-2也起一定的作用,六、翻译,1. 起始（initiation） （1）原核生物的翻译起始 甲酰甲硫氨酰tRNA（fMet-tRNA ）与30S起始复合物的结合 主要由IF-2负责，IF-1和IF-3辅助，此外还需要GTP（GTP的作用是使IF-2能顺利地结合到核糖体小亚基上）,Met f,六、翻译,1. 起始（initiation） （1）原核生物的翻译起始 70S起始复合物
6、的形成 30S起始复合物加上核糖体大亚基（50S），就形成70S起始复合物 在这一过程中，IF-1和IF-3先从复合物中解离，接着IF-2解离，同时GTP水解成GDP和磷酸（促进IF-2解离） IF-2的解离是形成具活性的70S复合物所必需的,Summary of prokaryotic translation initiation,六、翻译,1. 起始（initiation） （2）真核生物的翻译起始 与原核生物的翻译起始的差异 起始氨基酸不是甲酰甲硫氨酸，而是甲硫氨酸；起始tRNA则为tRNA 真核mRNA不含SD序列，但有5帽子，有助于起始复合体的形成 通过扫描寻找起始密码子,Met i
7、,六、翻译,1. 起始（initiation） （2）真核生物的翻译起始 扫描（scanning） 核糖体小亚基（真核生物为40S）与起始因子、起始tRNA及其携带的氨基酸（甲硫氨酰tRNA，Met-tRNA ）、GTP一道，通过识别mRNA 5端的帽子（7-甲基鸟苷），结合到mRNA的5端，然后从5 3扫描，寻找起始密码子 找到起始密码子后，再加上核糖体大亚基，就可开始翻译,Met i,A simplified version of the scanning model for translation initiation,六、翻译,1. 起始（initiation） （2）真核生物的翻译起
8、始 扫描（scanning） 在大多数情况下，扫描遇到的第一个AUG就是翻译的起始位点；在其周围，往往有共同序列CCRCCAUGG,六、翻译,1. 起始（initiation） （2）真核生物的翻译起始 扫描（scanning） 在5 10%的情况下，第一个AUG并不是起始位点，因为其周围的序列不太合适；在这种情况下，扫描继续进行，直到找到合适的起始位点 有时，第一个或上游的AUG周围也有作为起始位点的合适序列，可进行翻译起始，但还不是真正的起始位点，因为该AUG后很快就有一终止密码子；因此翻译终止后，扫描又继续进行，直到找到下游的起始位点,六、翻译,1. 起始（initiation） （2）
9、真核生物的翻译起始 mRNA二级结构与翻译起始的关系 mRNA 5端附近的二级结构对翻译起始既可有正效应，也可有负效应 紧接AUG后（AUG后12 15 nt）的发夹结构能使核糖体停顿，因而使该AUG更有可能成为起始位点（即使其周围的序列与起始位点的共同序列相差较大）,Effect of secondary structure in an mRNA leader on translation efficiency,六、翻译,1. 起始（initiation） （2）真核生物的翻译起始 起始因子（eIF：eukaryotic initiation factors） 要比原核生物的复杂，但也有相应
10、的因子 主要的起始因子有6种（类） eIF1、 eIF2、 eIF3、 eIF4、 eIF5、 eIF6,Summary of translation initiation in eukaryotes,Initiation of protein synthesis in eukaryotes,六、翻译,1. 起始（initiation） （3）起始的控制 原核生物的起始控制 mRNA二级结构对翻译起始的影响 反馈抑制（feedback repression）,Potential secondary structure in MS2 phage RNA and its effect on tra
11、nslation,Translational repression of the L11 operon,六、翻译,1. 起始（initiation） （3）起始的控制 真核生物的起始控制 最常见的起始控制是对起始因子磷酸化 起始因子的磷酸化在一些情况下对翻译起始起抑制作用，而在另一些情况下，却可起到促进作用,Repression of translation by phosphorylation of eIF2,蛋白激酶HCR（heme-controlled repressor）,网织红细胞（reticulocyte）,六、翻译,2. 延伸（elongation） （1）基本过程 Step 1
12、：一个新的氨酰tRNA结合到核糖体的A位 Step 2：形成肽键 Step 3：移位,Elongation in translation,六、翻译,2. 延伸（elongation） （2）氨酰tRNA结合到核糖体的A位（step 1） 需延伸因子（elongation factor）EF-Tu及GTP，另还需EF-Ts 在真核生物中由eEF1和eEF1分别起到EF-Tu和EF-Ts的作用,Model of binding aminoacyl-tRNA to the ribosome A site,P A,六、翻译,2. 延伸（elongation） （2）氨酰tRNA结合到核糖体的A位（st
13、ep 1） 校对（proofreading） 如错误的氨酰tRNA进入了A位（反密码子与密码子不能很好配对），可进行校正,Probable mechanism of incorporation of amino acids into protein,Rib：ribosome TC：ternary complex (EF-Tu, GTP, aa-tRNA),六、翻译,2. 延伸（elongation） （3）肽键的形成（step 2） 通过肽基转移酶（peptidyl transferase），把P位的肽链（或起始氨基酸）与A位的氨酰tRNA中的氨基酸以肽键连结起来 肽基转移酶是核糖体的组成部分
14、，且存于核糖体大亚基中,六、翻译,2. 延伸（elongation） （3）肽键的形成（step 2） 肽基转移酶 核糖体大亚基中的23S（真核生物中为28S）rRNA在催化肽键形成中起主要作用，具肽基转移酶活性,Effect of protein- removing reagents on peptidyl transferase activities of E. coli and Thermus aquaticus ribosomes,Sensitivities of Thermus aquaticus fragment reaction to peptidyl transferase i
15、nhibitors and RNase,六、翻译,2. 延伸（elongation） （4）移位（translocation, step 3） mRNA与肽基tRNA（peptidyl-tRNA）移动1个密码子的距离，使肽基tRNA进入P位，而原在P位的tRNA离开核糖体 移位需EF-G及GTP 在真核生物中由eEF2起到EF-G的作用,Dependence of translocation on EF-G and GTP,六、翻译,3. 终止（termination） （1）终止密码子及终止抑制 终止密码子（termination codon） UAG：琥珀密码子（amber codon）
16、UAA：赭石密码子（ochre codon） UGA：乳白密码子（opal codon）,六、翻译,3. 终止（termination） （1）终止密码子及终止抑制 过早终止突变 琥珀型突变（amber mutation）：在编码区经突变产生了琥珀密码子，使蛋白质翻译过早终止 赭石型突变（ochre mutation） 乳白型突变（opal mutation）,六、翻译,3. 终止（termination） （1）终止密码子及终止抑制 终止密码子抑制（stop codon suppression） 琥珀型抑制（amber suppression），琥珀型抑制物（amber suppressor
17、） 赭石型抑制（ochre suppression），赭石型抑制物（ochre suppressor） 乳白型抑制（opal suppression），乳白型抑制物（opal suppressor）,Mechanism of suppression,谷酰胺,(amber mutation),酪氨酸,六、翻译,3. 终止（termination） （2）释放因子（release factors，RFs） 翻译的延伸到达终止密码子后，肽链合成终止并从核糖体释放出来 终止过程需要释放因子 在原核生物中，释放因子有RF-1、RF-2、RF-3,六、翻译,3. 终止（termination） （2）释放
18、因子（release factors，RFs） RF-1：能识别终止密码子UAA和UAG RF-2：能识别终止密码子UAA和UGA RF-3：一种依赖于核糖体的GTPase， RF-3先与GTP结合，然后能促进RF-1和RF-2与核糖体结合,六、翻译,3. 终止（termination） （2）释放因子（release factors，RFs） 在真核生物中，释放因子有eRF1和eRF3 eRF1能识别3种终止密码子 eRF3是一种依赖于核糖体的GTPase，能促进eRF1的作用,六、翻译,3. 终止（termination） （3）终止的过程 翻译到达终止密码子后，释放因子及GTP结合到核糖
19、体的相应位点，促使肽链与tRNA的连结断开 接着释放因子和tRNA从核糖体解离（这一过程需GTP水解） 最后，核糖体与mRNA解离，核糖体大小亚基解离,Termination of protein synthesis in E. coli,六、翻译,4. GTPase与翻译 IF-2、EF-Tu、EF-G、RF3等因子都需要与GTP结合，并通过GTP水解而发挥作用 它们是G蛋白（G proteins），具有内在的GTPase活性,Generalized G protein cycle,鸟苷酸交换蛋白,GTAase激活蛋白,六、翻译,5. 蛋白质前体的加工 （1）N末端的甲酰甲硫氨酸（原核）或甲硫氨酸（真核）的切除 （2）二硫键的形成 （3）修饰：磷酸化、糖基化、甲基化、乙基化、羟基化等 （4）切除新生肽中非功能所需的片段 （5）蛋白质剪接：除去蛋白质内含子（intein）,
