1、课次：13教学目的：使学生了解遗传密码表、tRNA 的结构特点、掌握遗传密码的特点、tRNA 的种类和 tRNA与氨基酸的识别酶。重点：反密码子的摆动性、tRNA 与氨基酸的识别。难点：氨基酰合成酶复习旧课：提问 3 人，了解教学效果。导入新课：第六章 蛋白质生物合成第一节 遗传密码一 遗传密码1 遗传密码概念： mRNA 中蕴藏遗传信息的碱基顺序称为遗传密码（Genetic code） 。mRNA 中每个相邻的三个核苷酸，这个三联体称为一个密码子(codon) ，因此，密码是密码子的总和。2 遗传密码的试拼表 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
2、（第三位碱基）U C A GU 苯丙 (Phe) F 丝 (Ser)S 酪 (Tyr)Y 半胱 (Cys)C U苯内 (Phe) 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) GC 亮 (Leu) 脯 (Pro) P 组 (His) H 精 (Arg) R U亮 (Leu) 脯（P ro ） 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 ） GA 异亮 (ILe)
3、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 ） GG 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） G3 遗传密码特点：（1）起始码与终止码（Initiat
4、ion codon and termination codon）：AUG 是起始密码，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。UAA，UAG，UGA 是肽链成的终止密码，不代表任何氨基酸，也称为无意义密码子。（2）密码无标点符号：（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，这种密码子称为同义密码子 。（4）密码的通用性：也有例外，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
5、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。（5）反密码子的摆动性摆动性(wobble hypothesis)： mRNA 密码子的前两位碱基和 tRNA 的反密码严格配对。而密码第三位碱基与反密码第一位碱基不严格遵守配对规则，称为密码配对的摆动性。即密码的第一、第二碱基是必需严格按标准配对(A-U、G-C) ，而第三碱基则不然，它的配对不如此严格，可以有一定程度的摆动灵活性，但也不是可以任意组合，只限于表中所列举的配对。见表 1-1.表 密码子、反密码子配对的摆动现象tRNA
6、 反密码子第一个碱基 I U C A GmRNA 密码子第三个碱基 U,C,A A,G G U U,C第二节 tRNA 的结构和功能一 tRNA 1 tRNA 的结构1)各种 tRNA 均含有 7080 个碱基，其中 22 个碱基是恒定的。(2)其 5端总是配对的，此与 tRNA 的稳定性有关。5端和 3端配对（常为 7bp）形成茎区，称为受体臂（acceptor arm）或称氨基酸臂 。（3）TC 臂存在着特殊的碱基 （假尿嘧啶） ，常由 5bp 的茎和 7nt 和环组成。此臂负责和核糖体上的 rRNA 识别结合；(4)反密码子臂(anticodon arm)常由 5bp 的茎区和 7Nt
7、的环区组成，在环区的中央总存在着反密码子三联体，它负责对 mRNA 上的密码子的识别与配对。(5)D 环(D arm)的茎区长度常为 4bp，环区有 4 个碱基不恒定，此环位于 17，17：1 20：1，20：2，含有特殊的碱基 D（双氢尿嘧啶） ，故也称为（双氢尿嘧啶环） 。(6)额外环(extra arm)可变性大，从 4 Nt 到 21 Nt 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 TC-受体臂） 。2 tRNA 的种类2.1 起始 tRNA 和延伸 tRNA起始 tRNA: Prok： tRNAfmet， fMet-tRNAfmet Euk
8、： tRNAimet ， Met -tRNAimet 延伸 tRNA： 其他 tRNA tRNAmmet2.2 同工 tRNA（isoaccepting tRNAs） 携带 AA 相同而反密码子不同的一组 tRNA； 不同的反密码子识别 AA 的同义密码； 同功 tRNA 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。2.3 校正 tRNA 2.3.1 突变(mutations) 移码突变: 在编码顺序中插入 (或缺失)一个( 或更多)碱基，引起翻译读框改变。 无义突变: 指正常密码子改变为终止密码子，引起翻译过程提早终止。因而蛋白质的产物是截短的或平截的，一般都是
9、没有功能的。 错义突变：正常密码子变为另一种氨基酸的密码子。这种新的氨基酸取代了蛋白质中某位点上原来的残基可能使蛋白质失去功能。2.3.2 抑制突变/校正突变 （ suppressor mutation）：编码 tRNA 的基因发生某种突变，以“代偿”或校正原有突变所产生的不良后果。抑制 tRNA：这类 tRNA 称为抑制 tRNA/校正 tRNA 。包括： 无义抑制或无义校正：通过抑制 tRNA 识别无义突变位点，将某种氨基酸插入该位点，使得多肽链继续延伸，而不中途停止。 错义抑制：抑制 tRNA 识别错义突变位点，通过插入原来的氨基酸或其它的氨基酸而抑制错义突变，从而能完全恢复或部分恢复蛋
10、白质活性 。3 tRNA 对氨基酸的识别3.1 氨酰基 tRNA 模板 mRNA 只能识别特异的 tRNA 而不是 AA。 氨基酰-tRNA 合成酶(AARS) 特异识别连接氨基酸和 tRNA，成为氨基酰 tRNA 。 氨酰基 tRNA 在蛋白质合成中扮演重要作用： 为肽建的合成提供能量； 执行遗传信息的解读。 3.2 AA tRNA 合成酶（AARS ） 需要三种底物 AA tRNA ATP 因此有三个位点：aa binding site，tRNA binding site；ATP site 反应：活化：氨基酸+ATP+E氨基酰-ATP-E+PPi转移：氨基酰-ATP-E +tRNA aa-
11、tRNA+AMP+EProk 中 AARS 有 20 种，对 AA 及 tRNA 高度专一，准确结合； 40kDa100kDa 之间，有单聚体、二聚体和四聚体。 可分为两类：类酶 先将氨基酰转移到 tRNA 3 端 A 的 2-OH然后通过转酯反应转移到 3-OH 上。类酶 直接将氨基酰转移至 3-OH 上。归纳小结：遗传密码表、tRNA 的结构特点、种类和氨基酰合成酶。布置作业：问答题：1. 密码子的简并性是什么？2. tRNA 的二维结构的特点是什么？3. 什么是抑制突变？有几种类型？4. 氨酰基-tRNA 是如何形成的？教学后记：课次：14教学目的：使学生了解原核和真核 mRNA 的特点
12、，核糖体的组成，掌握核糖体活性位点和原核生物翻译的起始、延伸和终止过程参与的蛋白因子和主要反应步聚。重点：核糖体活性位点，起始因子、延伸因子和原核生物蛋白质合成的过程。难点：原核生物蛋白质合成的过程。复习旧课：提问 3 人，了解教学效果。导入新课：第三节 mRNA 的特点一 与蛋白质生物合成有关的 RNA1 mRNA 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。2 原核生物 mRNA 的特征 （1）大部分为多顺反子 （2）其他特征 a、
13、 5 端有 300 个左右 NT 的非翻译区（A/GAUG）b、 AUG 作为起始密码子（GUG、UUG） c、 S-D 序列：位于 AUG 上游 4 13 个 NT 处的富含嘌呤的 3 9 个 NT 的共同序列，AGGAGG。与核糖体结合； 与核糖体小亚基内 16S rRNA 的 3端富含嘧啶的序列 3 -UCCUCC-5互补，使 tRNA 正确定位于起始密码子。3 真核生物 mRNA 的特征 （1）一般为单顺反子; （2） 5 端的帽子对翻译有增强作用，且 5 帽子和 3polyA 尾对翻译效率的调节有协同作用。 （3） “第一 AUG 规律” 即- 绝大部分以 AUG 作为起始密码子。第
14、四节 核糖体的结构2 核糖体及多核糖体2.1 核糖体(ribosome)亦称核蛋白体表 4 核蛋白体的组成及特性来源 沉降系数核糖体重量(道尔顿) 亚基 rRNA 含蛋白质种数每个细胞内含有的个数40S（小） 18S 33 10610 7真核细胞77S80S 3.610660S（大） 5S, 5.8S,28S5030S（小） 16S 21 1.5104原核细胞70S 2.610650S（大） 23S 5S 342.2 核蛋白体作为蛋白质的合成场所具有以下几种作用：（1）mRNA 结合位点 ：位于 30s 小亚基头部， 16s rRNA3端(3-UCCUCC-5 ）与 mRNA AUG 之前的一
15、段序列 SD 互补是，使下游的 AUG 起始密码子定位在 P 位上。（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，是结合起始 tRNA 并向 A 位给出氨基酸的位置。（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，是结合一个新进入的氨基酰 tRNA 的位置。（4）转肽酶/肽基转移酶活性部位：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子（Initiation Factor, IF） 、延长因子(Elongatio
16、n Factor, EF)和终止因子或释放因子(Release Factor, RF)。表 核糖体的活性位点活性位点 功能 位置 组分mRNA 结合位点结合 mRNA 和 IF 因子30S,P 位点附近 S1、S18、S21 ；及 S3、S4、S5、S12 16SrRNA3末端区域P 位点 结合 fMet-tRNA 和肽基-tRNA大部分在 50S 亚基 L2、L27 及 L14、L18、L24、L33 16S 和23SrRNA3附近区域A 位点 结合氨酰基-tRNA 大部分在 30S 亚基 L1、L5、L7/L12、L20、L30、L33 16S 和23SrRNA（16S 的 1400 区）
17、E 位点 结合脱酰 tRNA 50S 23SrRNA 是重要的5SRNA 和 23SrRNA 结合 P 和 A 位点的附近 L5、L18、L25 复合体肽酰基转移酶将肽链转移到氨基酰-tRNA 上50S 的中心突起 L2、L3、L4 、 L15、L16 23SrRNA 是重要的EF-Tu 结合位点氨基酰-tRNA 的进入 30S 外部 EF-G 结合位点移位 50S 亚基的界面上，L7/L12 附近，近 S12L7/L12 GTP 酶需要 50S 的柄 L7、L12第五节 原核生物的翻译过程一 起始组成过程： 30S+50S+mRNA+fMet- tRNA fmet 70S-mRNA-fMet
18、-tRNAfmet+GDP+Pi1 起始因子IF 的性质IF 不同形式 MW GTP 结合 生物学活性IF-1 9500 - 无特异功能，但具有加强 IF2 和 IF3 的活性作用。IF-2 IF-2a IF-2b 11700085000 + 生成 IF-2.GTP.fMet-tRNAfmet 与前起始复合物结合形成 30S 三元复合物IF-3 IF-3a IF-3 2066819997 -1. 使得 30S 与 mRNA 结合,形成前起始复合物 。2.解离活性，70S 核糖体颗粒解离为 30S 和 50S 亚基。2 延伸以氨酰tRNA 进入 70S 起始复合物的 A 位为标志（第一个进位过程
19、） 。 2.1 延伸因子(Elongation factor，EF）是指参与蛋白质合成过程种肽链延伸的蛋白因子。延伸因子 MWGTP 结合能力 生物学活性EF-Tu 4500 +结合后有活性EF-Tu-GTP 结合氨基酰-tRNA（延伸 tRNA）进入核糖体 A 位与 mRNA 结合EF-TEF-Ts 3000 + EF-Tu 在 EF-Ts 帮助下完成 GDP 被 GTP 取代，恢复活性EF-G 80000 + 使肽基-tRNA 从核糖体的 A 位向 P 位移动2.2 延伸的三个阶段：(1)进位也就是氨基酰-tRNA 与核糖体结合，进入 A 位的过程。根据 A 位上密码引导，相应的氨基酰-t
20、RNA 进入 A 位，称为进位。EF-Tu-GTP 与氨基酰-tRNA 形成氨基酰-tRNA-Tu-GTP 三元复合物并进入A 位，消耗 GTP 完成进位，释出 EF-Tu-GDP，EF-Ts 促进 EF-Tu 释出 GDP，并重新形成 EF-T，再次被利用。 （2）成肽 肽基转移酶催化，将 P 位 tRNA 的甲酰甲硫氨基或肽基转移给 A 位上进入的氨基酰-tRNA，形成肽键连接，生成的二肽酰-tRNA 占据 A 位，P 位连的空载 tRNA，将迅速从核蛋白体脱落。（3）转位EF-G 有转位酶活性，催化 A 位二肽酰 tRNA 进入 P 位，同时核蛋白体沿 mRNA 移动一个密码子，A 位再
21、次空缺，等待第 3 个氨基酰-tRNA 进位。转位由 EF-G/2 催化，伴随着 GTP 水解，使得 EF-G/2 释放。重复上述循环，肽链在 N 端加入一个氨基酸。使 P 位依次出现 3 肽、4 肽等。每次循环需要三个延伸因子：EF-Tu、Ts、G 和二分子的 GTP,在 mRNA 密码子的指导下，肽链延伸一个氨基酸。3 终止释放因子(releasing factor 简写为 RF) 释放因子 MW GTP 结合能力 生物学活性RF1 36000 识别 UAA 和 UAGRF2 38000 识别 U AA 和 UGARF3 46000 +刺激 RF1，RF2 的活性,与 GTP 结合，使转肽
22、酶构象改变，发挥酯酶活性，水解多肽、脱离 tRNARRF 核糖体释放因子使核糖体与 mRNA 和脱酰基-tRNA 与终止因子分离（GTP、EF-G）同时核糖体在 IF-3 作用下，解离出大、小亚基。解离后的大小亚基又重新参加新肽链合成，循环往复，所以多肽链在核糖体上的合成过程又称核糖体循环。由 mRNA 翻译除了的多肽链是没有功能的，称为新生蛋白质或是蛋白质前体，需要经过加工改造才能成为有功能的蛋白质。归纳小结：核糖体活性位点，起始因子、延伸因子和释放因子和原核生物蛋白质合成的过程。布置作业：问答题：1. 细菌核糖体有哪些活性位点及其功能?2. 说出细菌翻译起始中的起始因子、延伸因子、终止因子
23、及各自功能。3. 简述细菌延伸过程中的主要事件4. 以大肠杆菌为例，说明蛋白质翻译终止的机制。教学后记：课次：15教学目的：使学生了解真核生物蛋白质的翻译过程，以及蛋白质生物合成初始产物的后加的大体过程，掌握原核和真核蛋白翻译的异同。重点： 原核和真核蛋白翻译的异同难点：复习旧课：提问 2 人，了解教学效果。导入新课：第六节 真核生物的蛋白质生物合成过程1 合成起始1.1 Euk 机制与 Prok.基本相同，差异：a. 核糖体较大，80S（60S + 40S） ； b. mRNA 是单顺反子； c. mRNA 有 5帽子结构，起始识别需要起始因子 eIF-4、 eIF-4E 的帮助； d. M
24、et-tRNAMet 不甲酰化； e. 有较多的起始因子。f. 形成小亚基复合物的顺序不同于原核的：先形成 40S. Met-tRNAimet.GTP 三元复合物，然后再加入 mRNA。1.2 起始因子1.3 起始机制 a 对 AUG 的识别： 核糖体首先识别 5端甲基化的帽子结构 内部核糖体进入位点(internal ribosome entry site, IERS)，位于 5UTR，25bp，选择起始点。 Kozak 序列（与核糖体结合）：GCC(A/G) CCAUGGb Euk 蛋白质合成起始中的重要参与者： Met-tRNAi 核糖体 AUG 上游序列 eIf-2 eIF-4F2 延
25、伸 与 Prok 相似，进位、成肽和移位三个步骤。 两者区别在于延伸因子体系的不同。延伸因子 GTP 结合能力 生物学活性eEF-1 + eEF-1 与 GTP 结合，结合氨基酰-tRNA（延伸 tRNA）进入核糖体 A 位与 mRNA 结合eEF-2 + 依赖于 GTP 水解的移位酶,使肽基-tRNA 从核糖体的 A 位向 P位移动eEF-3 参与维持翻译的准确性3 终止 释放因子 eRF, 识别三种终止密码子 UAA、UAG、UGA。 终止机制与 Prok 相同：4 真核与原核蛋白质合成的异同真核 原核 核蛋白体 80S 70S 含蛋白数量 多于 80 少于 60 小亚基结构 无嘧啶区和互
26、补区 含嘧啶区与互补 tRNA tRNAimet tRNAffmet 启动 eIF 9-10 种 需 ATP 小亚基先与 tRNA 结合， 在与 mRNA 结合延长 EF1,EF2 EFTu EFTs EFG终止 RF 需 GTP RF1，RF 2，RF 3 第七节 蛋白质生物合成初始产物的后加工1 翻译后氨基酸残基的化学修饰a 磷酸化：在多肽链丝氨酸、苏氨酸、酪氨酸的羟基上；b 糖基化：（1）通过 N-糖苷键连接在天冬氨酸的氨基。N- 糖苷键在 ER 开始，在高尔基体中进一步完成；（2）通过 O-糖苷键连接在丝氨酸、赖氨酸或苏氨酸的羟基上。其形成仅发生在高尔基体中。c 羟基化： 胶原蛋白前
27、链上的脯氨酸和赖氨酸残基产生羟脯氨酸和羟赖氨酸，从而加强其的张力强度。d 二硫键的形成： mRNA 上没有胱氨酸的密码子，多肽链中的二硫键，是在肽链合成后，通过二个半胱氨酸的硫氢基氧化而形成的，2 N-端 f-Met 或 Met 的切除： 脱甲酰酶：除去 N-端 fMet 甲酰基，留下 Met 作为第一个氨基酸；3 信号肽的去除3.1 细菌中蛋白质的越膜信号肽：N 端 1530 个 AA 的前导序列为越膜信号。3.2 真核生物中蛋白质的越膜（1）越膜机制：a.信号肽序列在信号识别颗粒（signal recognition particle，SRP）的帮助下插入到粗面内质网中。b. 内质网外膜上
28、的有 SRP 受体（锚定蛋白，船坞蛋白），当 SRP 与受体结合后，信号肽就可插入内质网进入内腔，引导新生肽进入易位通道，进行越膜，随之信号肽被切除。4 蛋白质折叠与肽链合成同步进行。参与蛋白质折叠的两类蛋白质助折叠蛋白：1) 酶：例如蛋白质二硫键异构酶可以识别和水解非正确配对的二硫键，使它们在正确的半胱氨酸残基位置上重新形成二硫键；2) 分子伴侣：细胞内帮助新生肽链正确组装为成熟蛋白质，而本身却不是最终功能蛋白质分子的组成成分的分子。 可促进多种多肽链的折叠或者阻止多肽的错误折叠。 和部分折叠或没有折叠的蛋白质分子结合，稳定其构象，免遭其它酶的水解或促进蛋白质折叠成正确的空间结构。5 剪切 切除前体中功能不必要肽段 6 多肽链 N 端和 C 端的修饰归纳小结：真核生物蛋白质的翻译，蛋白质生物合成初始产物的后加大体过程，原核和真核蛋白翻译的异同布置作业：问答题：1. 简要说明原核生物与真核生物的翻译过程的差别2. 简要说明真核生物蛋白质的不同转运机制教学后记：
