第三十九章-mRNA的翻譯課件

第三十九章mRNA的翻譯第三十九章mRNA的翻譯1提綱參與翻譯的主要生物大分子翻譯的一般特征翻譯的詳細機制細菌的蛋白質(zhì)合成真核生物的細胞質(zhì)翻譯系統(tǒng)細胞器翻譯系統(tǒng)古菌的翻譯系統(tǒng)mRNA的質(zhì)量控制再次程序化的遺傳解碼翻譯的抑制劑提綱參與翻譯的主要生物大分子2核糖體的分類與組成

核糖體的分類與組成3核糖體的主要功能定位A部位—氨酰tRNA結(jié)合部位，也稱為受體部位；P部位—肽酰tRNA結(jié)合部位；E部位—空載tRNA臨時結(jié)合的部位；肽酰轉(zhuǎn)移酶活性部位——催化肽鍵形成的部位；mRNA結(jié)合部位；多肽鏈離開通道——正在延伸的多肽鏈離開核糖體的通道；一些可溶性蛋白質(zhì)因子（起始因子、延伸因子和終止因子）的結(jié)合部位。核糖體的主要功能定位A部位—氨酰tRNA結(jié)合部位，也稱為受體4核糖體的三維結(jié)構(gòu)模型和主要的功能部位核糖體的三維結(jié)構(gòu)模型和主要的功能部位5細菌核糖體的各種功能部位細菌核糖體的各種功能部位6細菌核糖體的各種功能部位細菌核糖體的各種功能部位7真核細胞多聚核糖體的結(jié)構(gòu)真核細胞多聚核糖體的結(jié)構(gòu)8細菌多順反子mRNA和真核生物單順反子mRNA的翻譯細菌多順反子mRNA和真核生物單順反子mRNA的翻譯9tRNA的結(jié)構(gòu)與功能二級結(jié)構(gòu)與三級結(jié)構(gòu)同工受體tRNA-攜帶同種氨基酸的不同tRNA個性-“第二套遺傳密碼”某些特殊的tRNAs起始tRNA:tRNAf

Met

和tRNAiMet校正tRNAtmRNAtRNA的結(jié)構(gòu)與功能二級結(jié)構(gòu)與三級結(jié)構(gòu)10常見的tRNA的個性（大腸桿菌）tRNA個性丙氨酸絲氨酸纈氨酸谷氨酰胺苯丙氨酸異亮氨酸蛋氨酸受體莖中的G3:U70堿基對受體莖中G1:C72、G2:C71、A3:U70堿基對,D莖中的C11:G24堿基對反密碼子反密碼子,特別是其中的U反密碼子,D環(huán)中的G20,3′端的A73U35反密碼子常見的tRNA的個性（大腸桿菌）tRNA個性丙氨酸受體莖中的11一種人工合成的保留有G3:U70的微螺旋仍能攜帶Ala一種人工合成的保留有G3:U70的微螺旋仍能攜帶Ala12氨酰-tRNA合成酶（aaRS）兩步反應(yīng)機制：ATP+氨基酸(AA)-->AA-AMP+PPi

tRNA+AMP-AA-->AA-tRNA+AMP分類第一類aaRS第二類IIaaRS校對機制-在裝載氨基酸水平的質(zhì)量控制aaRS是對氨基酸“身份”進行檢查唯一的場所核糖體不在乎哪一種氨基酸與tRNA相連實載的tRNA被修飾后仍然能起作用裝載前和裝載后編輯雙篩機制氨酰-tRNA合成酶（aaRS）兩步反應(yīng)機制：13兩類氨酰-tRNA合成酶的催化機理兩類氨酰-tRNA合成酶的催化機理14兩類aaRS第一是單體酶，含有一個平行β-折疊核心和由兩段同源的氨基酸一致序列HIGH和KMSKS組成的Rossman折疊，該結(jié)構(gòu)模體參與ATP的結(jié)合和酶的催化。此類aaRS識別的tRNA個性通常包括反密碼子環(huán)內(nèi)的核苷酸殘基和受體莖，一般在受體莖小溝一側(cè)與tRNA結(jié)合，緊握反密碼子環(huán)，將tRNA接受氨基酸的一端置于活性中心，最后總是先將氨基酸轉(zhuǎn)移到tRNA3′端腺苷酸的2′-OH上，然后再通過轉(zhuǎn)酯反應(yīng)轉(zhuǎn)移到3′-OH。由此類酶催化的氨基酸有Arg、Cys、Gln、Glu、Ile、Leu、Met、Trp、Tyr和Val。第二類通常為寡聚酶，具有另外的保守序列，由它們形成三種首尾相連的同源結(jié)構(gòu)基序，其中第一種參與二聚體的形成，另一種是“簽名”模體，由7段反平行的β折疊、3段相鄰的α-螺旋和一種不多見的負責(zé)結(jié)合核苷酸的折疊組成，由它和第三種結(jié)構(gòu)基序一起組成了酶活性中心的核心部分。這些酶結(jié)合tRNA分子的另一面（受體莖大溝一側(cè)），識別的個性不包括反密碼子環(huán)，最后總是將氨基酸轉(zhuǎn)移到tRNA3'-端腺苷酸的3′-OH上（苯丙氨酰-tRNA除外）。由此類酶催化的氨基酸有Ala、Asn、Gly、Asp、His、Lys、Phe、Pro、Ser和Thr。兩類aaRS第一是單體酶，含有一個平行β-折疊核心和由兩段同15aaRS的校對機制裝載前編輯有時aaRS激活錯誤的氨基酸正確的tRNA與酶的結(jié)合誘導(dǎo)aa-AMP的水解，而不是裝載aa-AMP被轉(zhuǎn)移到酶的編輯中心而水解裝載后編輯有時aaRS激活錯誤的氨基酸，并將其轉(zhuǎn)移到tRNA上錯誤的aa-tRNA在被釋放之前被轉(zhuǎn)移到酶的編輯中心水解雙篩機制難以建立完美的活性中心活性中心和編輯中心層層把關(guān)，排除錯誤的氨基酸aaRS的校對機制裝載前編輯16使用雙篩機制的實例-IleRS一篩：酶活性中心優(yōu)先結(jié)合正確的同源氨基酸，體積比同源氨基酸大的因為無法進入活性中心首先被排除；二篩：酶的編輯中心對錯誤的非同源氨基酸進行編輯，大小合適小的誤載的氨酰-AMP或氨酰-tRNA在校對中心被水解“出局”。以IleRS為例，如果Val進入它的活性中心，并發(fā)生了第一步反應(yīng)，生成Val-AMP，但Val-AMP會被送入編輯中心進行編輯，水解誤載的Val。由于aaRS具有內(nèi)在的校對機制，因此在細胞內(nèi)形成誤載的氨酰-tRNA的可能性非常低。使用雙篩機制的實例-IleRS一篩：酶活性中心優(yōu)先結(jié)合正確的17氨酰-tRNA合成酶的雙篩機制氨酰-tRNA合成酶的雙篩機制18輔助蛋白因子蛋白質(zhì)合成的每一步都需要一些特殊的可溶性的蛋白質(zhì)因子的參與，包括起始因子（IF）、延伸因子（EF）、釋放因子（RF）和核糖體循環(huán)因子（RRF），它們分別參與肽鏈合成的起始、延伸、肽鏈釋放和核糖體循環(huán)。其中的某些蛋白質(zhì)因子為小G蛋白。輔助蛋白因子蛋白質(zhì)合成的每一步都需要一些特殊的可溶性的蛋白質(zhì)19細菌參與翻譯的起始因子、延伸因子和終止因子的結(jié)構(gòu)與功能

細菌參與翻譯的起始因子、延伸因子和終止因子的結(jié)構(gòu)與功能20真核生物參與翻譯的起始因子、延伸因子和終止因子的結(jié)構(gòu)與功能

真核生物參與翻譯的起始因子、延伸因子和終止因子的結(jié)構(gòu)與功能21蛋白質(zhì)生物合成的一般特征mRNA、tRNA和核糖體起相同的作用翻譯的極性：閱讀mRNA的方向都是從5′端→3′端，多肽鏈生長的方向總是從N-端→C-端。三聯(lián)體密碼正確的氨基酸的參入取決于mRNA上的密碼子與tRNA上的反密碼子之間的相互作用，與tRNA所攜帶的氨基酸無關(guān)密碼子與反密碼子的相互識別遵守擺動規(guī)則在核糖體上同源tRNA的識別是誘導(dǎo)契合的過程蛋白質(zhì)生物合成的一般特征mRNA、tRNA和核糖體起相同的作22兔網(wǎng)質(zhì)紅細胞[3H]-Leu在不同的時段完成標(biāo)記純化全長的多肽降低溫度以降低翻譯的速率證明多肽鏈生長的方向總是從N-端→C-端的實驗兔網(wǎng)質(zhì)紅細胞[3H]-Leu在不同的時段完成標(biāo)記純化全長的多23使用胰蛋白酶消化，分離肽段，用放射性對肽端位置作圖在保溫60分鐘后分離出的α珠蛋白幾乎所有的Leu殘基都是帶放射性的。而在保溫僅幾分鐘后分離到的α珠蛋白，其帶放射性的Leu則集中在肽鏈的C端使用胰蛋白酶消化，分離肽段，用放射性對肽端位置作圖在保溫6024實驗(1962)：證明正確的氨基酸的參入與tRNA所攜帶的氨基酸無關(guān)tRNACys-ACA反密碼子(識別編碼Cys的UGU

密碼子)無細胞抽取物,氨基酸,aaRS

Cys-tRNACys-ACA蛋白質(zhì)含有CysRNA模板UGUGUGUGUG...使用金屬鎳催化劑，去除巰基Ala-tRNACys-ACARNA模板UGUGUGUGUG...蛋白質(zhì)含有Ala實驗(1962)：證明正確的氨基酸的參入與tRNA所攜帶的25遺傳密碼的破譯MarshallNirenberg和HeinrichMatthaei建立了大腸桿菌無細胞翻譯系統(tǒng)無細胞抽取物核糖體各種tRNA氨基酸aaRSATP,GTP+mRNA=蛋白質(zhì)遺傳密碼的破譯無細胞抽取物+mRNA=蛋白質(zhì)26他們使用多聚核苷酸磷酸化酶得到同聚物破譯第一個遺傳密碼

在1961年，Matthaei發(fā)現(xiàn)，當(dāng)將PolyU加到大腸桿菌無細胞翻譯系統(tǒng)中以后，一種僅由苯丙氨酸組成的多肽即多聚苯丙氨酸被合成了，這就意味著他們成功破譯出第一個密碼子即UUU的密碼子。即：nNDPs→(NMP)n+nPi他們使用多聚核苷酸磷酸化酶得到同聚物破譯第一個遺傳密碼27破譯其余的遺傳密碼

在1964年，由Nirenberg發(fā)明的核糖體結(jié)合技術(shù)使得遺傳密碼最終完全得以破譯。該技術(shù)是基于兩個基本事實：一是人工合成的三聚核苷酸可以作為模板；二是在無GTP時，三聚核苷酸可以促進同源的氨酰-tRNA結(jié)合在核糖體上，而不生成蛋白質(zhì)。這樣，利用由核糖體和三聚核苷酸及其同源的氨酰-tRNA形成的三元復(fù)合物能被硝酸纖維素濾膜吸附的性質(zhì)，可將結(jié)合的氨酰-tRNA與其他沒有結(jié)合的氨酰-tRNA分開。通過分析結(jié)合在硝酸纖維素濾膜上的氨酰-tRNA的氨基酸性質(zhì)和原來的三聚核苷酸序列可以弄清某種氨基酸的密碼子。破譯其余的遺傳密碼在1964年，由Nirenberg發(fā)明的2819AAs+[14C]-Pro+aaRSs核糖體結(jié)合技術(shù)19AAs+[14C]-Pro+aaRSs核糖體結(jié)29使用NC濾膜過濾放射性在濾出液濾膜使用NC濾膜過濾放射性在濾出液濾膜3019AAs+

[14C]-Phe+aaRSs19AAs+[14C]-Phe+aaRSs31使用NC濾膜過濾放射性留在濾膜上濾膜使用NC濾膜過濾放射性留在濾膜上濾膜32標(biāo)準(zhǔn)的遺傳密碼表標(biāo)準(zhǔn)的遺傳密碼表33遺傳密碼的主要性質(zhì)

簡并與兼職密碼子的選定不是隨機的通用和例外不重疊無標(biāo)點同一種氨基酸的不同密碼子使用的頻率不盡相同遺傳密碼的主要性質(zhì)簡并與兼職34線粒體內(nèi)遺傳密碼的例外線粒體內(nèi)遺傳密碼的例外35擺動規(guī)則擺動規(guī)則由Crick于1966年提出，用來解釋一種tRNA反密碼子如何能夠識別一種氨基酸的幾個同義密碼子以及某些含有稀有堿基（如次黃嘌呤）的反密碼子是怎樣識別由正常堿基構(gòu)成的密碼子的現(xiàn)象。該規(guī)則的內(nèi)容是：密碼子在與反密碼子之間進行堿基配對的時候，前兩對堿基嚴格遵守標(biāo)準(zhǔn)的堿基配對規(guī)則，第三對堿基則具有一定的自由度。但并非任何堿基之間都可以配對，當(dāng)反密碼子第一位堿基是A或C者，只能識別一種密碼子；第一位堿基是G或U者，則能識別兩種密碼子；第一位堿基是I者，則能識別三種密碼子。擺動規(guī)則的意義在于使得在翻譯的過程中，tRNA和mRNA更容易分離。擺動規(guī)則擺動規(guī)則由Crick于1966年提出，用來解釋一種t36擺動規(guī)則反密碼子第一個堿基密碼子第三個堿基ACGUIUGC、UA、GA、C、U擺動規(guī)則反密碼子第一個堿基密碼子第三個堿基AU37在核糖體上同源tRNA的

識別是誘導(dǎo)契合的過程以細菌為例，在A部位上同源tRNA與mRNA的結(jié)合誘導(dǎo)A1492和A1493從16SrRNA螺旋44的內(nèi)部環(huán)中被擠出來，同時還造成通用保守的G530從原來的順式構(gòu)象編成反式構(gòu)象。在新的構(gòu)象之中，A1493和A1492分別與密碼子/反密碼子的前兩個堿基對螺旋相互作用，而G530同時與反密碼子的第二個位置和密碼子的第三個位置相互作用。這些構(gòu)象誘導(dǎo)變化的結(jié)果是密碼子/反密碼子的前兩個堿校對受到核糖體的檢查，以區(qū)分正確的Watson-Crick堿基對和錯配的堿基對，而“搖擺”位置似乎能夠容忍擺動規(guī)則允許的堿基對。在核糖體上同源tRNA的

識別是誘導(dǎo)契合的過程以細菌為例，在38大腸桿菌在翻譯的五個階段所必需的主要成分大腸桿菌在翻譯的五個階段所必需的主要成分39翻譯的詳細機制4步驟反應(yīng)：氨基酸的活化起始延伸終止和釋放翻譯的詳細機制4步驟反應(yīng)：40細菌的蛋白質(zhì)合成

氨基酸的活化fMet-tRNAfMet的形成其他氨酰-tRNA的形成起始階段起始密碼子的識別起始復(fù)合物的形成延伸階段：在起始復(fù)合物形成以后，翻譯即進入延伸階段，延伸階段所發(fā)生的主要事件是進位、轉(zhuǎn)肽和移位且不斷的循環(huán)。多肽鏈合成的終止與釋放細菌的蛋白質(zhì)合成氨基酸的活化41第三十九章-mRNA的翻譯ppt課件42起始密碼子的識別細菌翻譯系統(tǒng)起始密碼子的識別主要是依賴于mRNA5′端的SD序列與16SrRNA3′端的反SD序列之間的互補配對。SD序列位于起始密碼子上游約7個堿基的區(qū)域，由4~5個堿基組成，富含嘌呤堿基，它是由JohnShine和LynnDalgarno在1974年，通過比較多種原核細胞蛋白質(zhì)mRNA的5′端核苷酸序列之后總結(jié)出來的。在16SrRNA3′端有一段富含嘧啶堿基的序列，可以和SD序列互補配對，因而被稱為反SD序列。許多實驗證明，正是SD序列與反SD序列的互補關(guān)系，才使得位于mRNA的SD序列下游的第一個AUG用作起始密碼子。起始密碼子的識別細菌翻譯系統(tǒng)起始密碼子的識別主要是依賴于mR43SD序列和反SD序列SD序列和反SD序列44起始復(fù)合物的形成起始復(fù)合物的形成與起始密碼子的識別緊密聯(lián)系在一起，起始階段的總反應(yīng)式可寫成：

30S+50S+mRNA+fMet-tRNAfMet+IF1+IF2+IF3+GTP→[70S·mRNA·fMet-tRNAfMet]+GDP+Pi+IF1+IF2+IF3在形成的三元復(fù)合物中，起始密碼子正好處于P部位，而fMet-tRNAfMet通過密碼子與反密碼子的互補作用定位于P部位，A部位是空著的，mRNA像一根細線一樣，通過小亞基上彎曲的通道，將作為模板進行翻譯。起始復(fù)合物的形成起始復(fù)合物的形成與起始密碼子的識別緊密聯(lián)系在45無活性的70S核糖體SD序列30S起始復(fù)合物無活性的70S核糖體SD序列30S起始復(fù)合物4670S起始復(fù)合物GDP+Pi70S起始復(fù)合物GDP+Pi47多肽鏈合成的延伸每添加一個氨基酸需要三步反應(yīng)——進位、轉(zhuǎn)肽和移位三步反應(yīng)循環(huán)多次，循環(huán)的次數(shù)取決于mRNA上的密碼子的數(shù)目原核生物和真核生物在延伸循環(huán)上非常相似快：15-20個氨基酸/秒精確：每參入~10000氨基酸出現(xiàn)1個錯誤多肽鏈合成的延伸每添加一個氨基酸需要三步反應(yīng)——進位、轉(zhuǎn)肽和48

進位轉(zhuǎn)肽移位重復(fù)多肽鏈合成的延伸進位轉(zhuǎn)肽移位重復(fù)多肽鏈合成的延伸49進位進位是指正確的氨酰-tRNA進入A部位，它是在EF-Tu·GTP的幫助下完成的。進位的具體過程是：首先EF-Tu·GTP和fMet-tRNAfMet以外的氨酰-tRNA形成三元復(fù)合物，隨后三元復(fù)合物進入A部位；氨酰-tRNA的結(jié)合導(dǎo)致小亞基的構(gòu)象發(fā)生變化，致使16SrRNA上一段高度保守的堿基與密碼子/反密碼子復(fù)合物前兩個堿基對上的小溝能夠緊密地發(fā)生作用，有利于確保正確的tRNA的結(jié)合。如果上述相互作用沒有能夠穩(wěn)定特定的核糖體構(gòu)象，進入A部位的錯誤氨酰-tRNA在肽鍵形成之前被釋放。核糖體上的一個結(jié)構(gòu)域充當(dāng)EF-Tu的GAP，該功能依賴于密碼子/反密碼子的相互識別而使得進入的氨酰-tRNA相對于大亞基處于一個正確的位置。一旦正確的氨酰-tRNA進入A部位，EF-Tu所具有的GTP酶活性就被激活，與它結(jié)合的GTP水解成GDP和Pi。當(dāng)GTP水解以后，EF-Tu的構(gòu)象發(fā)生較大的變化，這種構(gòu)象的變化促進了EF-Tu的釋放。而EF-Tu的釋放引起氨酰-tRNA在核糖體上的重新排布，以便于肽鍵的形成，為進入轉(zhuǎn)肽反應(yīng)創(chuàng)造條件。釋放出來的EF-Tu·GDP在EF-Ts的催化下，由細胞質(zhì)基質(zhì)的GTP取代GDP而重新轉(zhuǎn)變成為有活性的EF-Tu·GTP。進位進位是指正確的氨酰-tRNA進入A部位，它是在EF-Tu50多肽鏈延伸過程中的進位和移位反應(yīng)多肽鏈延伸過程中的進位和移位反應(yīng)51轉(zhuǎn)肽當(dāng)正確的氨酰-tRNA進入A部位以后，緊接著就發(fā)生轉(zhuǎn)肽反應(yīng)，由轉(zhuǎn)肽酶催化與A部位結(jié)合的氨酰-tRNA上的氨基N親核進攻與P部位結(jié)合的tRNA上的肽?；虬滨；纬呻逆I。第一個肽鍵在甲酰甲硫氨酸和第二個氨基酸之間形成。轉(zhuǎn)肽反應(yīng)牽涉到由23SrRNA上1個高度保守的腺苷酸參與的酸堿催化。該腺苷酸的周圍并沒有發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)。目前已有充分的證據(jù)表明，大腸桿菌的肽酰轉(zhuǎn)移酶由50S亞基上的23SrRNA承擔(dān)。轉(zhuǎn)肽酶活性中心的腺苷酸嘌呤環(huán)的一個N通過抽取氨酰-tRNA的氨基N上的質(zhì)子而促進轉(zhuǎn)肽反應(yīng)。A2451在所有的已知23SrRNA中是絕對保守的，它處于特殊的微環(huán)境中，致使其pKa從7.6下降到4，能夠作為廣義的酸堿催化劑發(fā)揮作用，被抽取的質(zhì)子在氨酰-tRNA上的酯鍵被切開后，供給P部位上tRNA上的羥基。轉(zhuǎn)肽當(dāng)正確的氨酰-tRNA進入A部位以后，緊接著就發(fā)生轉(zhuǎn)肽反52蛋白質(zhì)合成過程中的轉(zhuǎn)肽反應(yīng)蛋白質(zhì)合成過程中的轉(zhuǎn)肽反應(yīng)5323SrRNA催化的轉(zhuǎn)肽反應(yīng)23SrRNA催化的轉(zhuǎn)肽反應(yīng)54轉(zhuǎn)肽酶是核酶的主要證據(jù)還沒有發(fā)現(xiàn)一種蛋白質(zhì)單獨或者和其他蛋白質(zhì)一起催化肽鍵的形成；小亞基的16SrRNA特殊的區(qū)域在A部位和P部位與反密碼子區(qū)域相作用。相反，大亞基的23SrRNA與肽酰-tRNA的CCA末端相作用，從而使之位于轉(zhuǎn)肽酶合適的位置；紅霉素和氯霉素抑制轉(zhuǎn)肽酶的活性，但某些23SrRNA序列發(fā)生突變的菌株對這兩種抗生素具有抗性；核糖體的三維結(jié)構(gòu)顯示轉(zhuǎn)肽酶的活性中心由RNA組成，最近的蛋白質(zhì)離活性中心有2nm，這樣的距離太遠，不可能參與催化；人工篩選到的核酶能催化肽鍵的形成；碎片反應(yīng)。轉(zhuǎn)肽酶是核酶的主要證據(jù)還沒有發(fā)現(xiàn)一種蛋白質(zhì)單獨或者和其他蛋白5523SrRNA催化的轉(zhuǎn)肽反應(yīng)23SrRNA催化的轉(zhuǎn)肽反應(yīng)56移位轉(zhuǎn)肽反應(yīng)完成以后，P部位的tRNA成為空載的tRNA，空載的tRNA隨后進入E部位，與此同時，移位反應(yīng)發(fā)生了，在A部位上形成的肽酰-tRNA同與其結(jié)合的mRNA一起移動到P部位，這為肽鏈延伸的下一輪循環(huán)做好了準(zhǔn)備。注意在移位反應(yīng)中，肽酰-tRNA上的反密碼子與密碼子的相互作用已不再是決定氨基酸特異性的因素，但是它對于維持移位反應(yīng)的準(zhǔn)確性以保持正確的可讀框至關(guān)重要。移位反應(yīng)需要EF-G的幫助，EF-G也是一種小G蛋白，其大小、形狀以及電荷分布與和氨酰-tRNA結(jié)合的EF-Tu相似。EF-G·GTP在A部位附近與核糖體結(jié)合，推動移位反應(yīng)的進行。EF-G-GTP的結(jié)合可能將帶有新生肽鏈的tRNA從A部位“推”到P部位，與此同時，空載的tRNA則從P部位轉(zhuǎn)移到E部位。既然tRNA與mRNA通過密碼子/反密碼子的堿基配對結(jié)合在一起，mRNA也就隨之發(fā)生移位。在移位過程中，GTP并不水解，只是在移位完成以后，核糖體再次充當(dāng)EF-G的GAP，導(dǎo)致EF-G水解與其結(jié)合的GTP成為GDP和Pi。一旦GTP被水解，EF-G立刻與核糖體解離。EF-G的解離是下一輪肽鏈的延伸反應(yīng)所必需的，這是因為EF-G和EF-Tu與核糖體的結(jié)合位點部分重疊。在EF-G-GDP從核糖體上釋放出來以后，其分子本身的一個結(jié)構(gòu)域似乎作為自己的GEF以再生出EF-G-GTP。移位轉(zhuǎn)肽反應(yīng)完成以后，P部位的tRNA成為空載的tRNA，空57翻譯過程中的分子模擬翻譯過程中的分子模擬58EF-Tu和EF-G各自與核糖體結(jié)合的相互排斥

EF-Tu和EF-G各自與核糖體結(jié)合的相互排斥59多肽鏈合成的終止與釋放隨著肽鏈的不斷延伸，位于mRNA上的終止密碼子最終進入A部位，由于沒有相應(yīng)的氨酰-tRNA的結(jié)合，RF1或RF2便識別并結(jié)合上去，RF3又是一種小分子G蛋白，它與GTP形成的復(fù)合物RF3·GTP促進RF1和RF2的作用。一旦釋放因子結(jié)合到A部位，核糖體上的肽酰轉(zhuǎn)移酶的活性就會發(fā)生改變，它催化肽?；D(zhuǎn)移給水分子，導(dǎo)致肽酰-tRNA的水解，肽鏈因此被釋放出來。隨后空載的tRNA離開核糖體，釋放因子因為RF3的GTP酶活性將結(jié)合的GTP水解而得以釋放。最后，在RRF的幫助下，核糖體與mRNA解離，解離的核糖體進入下一輪翻譯。多肽鏈合成的終止與釋放隨著肽鏈的不斷延伸，位于mRNA上的終60細菌多肽鏈合成的終止與釋放細菌多肽鏈合成的終止與釋放61損傷mRNA的搶救合成細菌mRNA一般很快水解，其半壽期較短，因此，mRNA有很大的可能性丟掉了它的3′-端。如果這種情況真的發(fā)生了，后果很可能非常嚴重。不妨設(shè)想，假定一個mRNA分子因此丟失了它的終止密碼子（基因突變也可以導(dǎo)致一個mRNA喪失終止密碼子），那么將沒有終止信號促進核糖體的解離。任何與這種有缺陷的mRNA結(jié)合的核糖體當(dāng)翻譯到斷裂的末端，將裹足不前，難以解離。E.coli和其他細菌已發(fā)展了一套專門的機制處理這些無終止密碼子的有缺陷的mRNA，這種機制為反式翻譯。反式翻譯不同于一般的順式翻譯，它將兩個mRNA翻譯成一條融合的肽鏈，其中有一個mRNA分子無終止密碼子，另一個mRNA分子是tmRNA。損傷mRNA的搶救合成細菌mRNA一般很快水解，其半壽期較短62

tmRNA(10SaRNA)的結(jié)構(gòu)tmRNA(10SaRNA)的結(jié)構(gòu)63使用tmRNA的反式翻譯使用tmRNA的反式翻譯64真核生物的細胞質(zhì)翻譯系統(tǒng)與細菌翻譯系統(tǒng)的差別核糖體的沉降系數(shù)為80S，比原核系統(tǒng)大；mRNA模板的結(jié)構(gòu)差別很大，通常是單順反子，有帽子和尾巴，但沒有SD序列；轉(zhuǎn)錄和翻譯在時空上分離，分別發(fā)生在細胞核和細胞質(zhì)，兩者不存在偶聯(lián)關(guān)系；起始tRNA不進行甲?；膊荒苓M行甲?；恢荒苁褂肁UG為起始密碼子，而且識別起始密碼子的機制也完全不同；起始階段不僅消耗GTP，還消耗ATP；起始因子的種類和結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜；肽鏈延伸的速度低于細菌，大概是每秒鐘參入2個氨基酸；只有2種釋放因子；對抑制劑的敏感性不同。真核生物的細胞質(zhì)翻譯系統(tǒng)與細菌翻譯系統(tǒng)的差別核糖體的沉降系數(shù)65真核生物的細胞質(zhì)翻譯系統(tǒng)翻譯的詳細機制

氨基酸的活化——此階段的反應(yīng)與細菌翻譯系統(tǒng)沒有什么差別，所不同的是起始氨酰-tRNA并不進行甲?；Ｆ鹗肌c細菌差別較大延伸——與細菌非常相似eEF-1代替EF-Tu和EF-TseEF-2代替EF-G終止與釋放——與細菌相似，但沒有RRF真核生物的細胞質(zhì)翻譯系統(tǒng)翻譯的詳細機制氨基酸的活化——此階66真核生物的翻譯的起始

mRNA的準(zhǔn)備和檢查Met-tRNAiMet與核糖體40S小亞基的結(jié)合

43S預(yù)起始復(fù)合物與mRNA復(fù)合物結(jié)合通過掃描發(fā)現(xiàn)起始密碼子

60S亞基的結(jié)合與起始因子的釋放真核生物的翻譯的起始mRNA的準(zhǔn)備和檢查67mRNA的準(zhǔn)備和檢查由于真核系統(tǒng)的mRNA要經(jīng)歷復(fù)雜的后加工，所以翻譯系統(tǒng)首先需要對mRNA進行檢查，以確保只有加工完好的mRNA才能被用作模板。參與這一步反應(yīng)的起始因子為eIF4系列，其中eIF4E為帽子結(jié)合蛋白，專門與mRNA的5'端的帽子結(jié)合，eIF4G是一種接頭分子，既能與eIF4E結(jié)合，又能與結(jié)合在3'端尾巴上的PABP結(jié)合，還能結(jié)合eIF3，使mRNA的5'和3'端在空間上相互靠近成環(huán)。mRNA的環(huán)化能很好地解釋polyA尾巴為什么能提高翻譯的效率：一旦核糖體完成翻譯通過polyA成環(huán)的mRNA，新釋放的核糖體亞基所處的位置恰到好處，非常適合在同一個mRNA分子上重新啟動翻譯。在哺乳動物中，PABP結(jié)合到一種可以與eIF4A結(jié)合的mRNA結(jié)合蛋白——PAIP-1上，加強mRNA的5′端和3′端相互作用，有助于核糖體識別并結(jié)合到mRNA的5′端。一些翻譯調(diào)控因子可以直接結(jié)合到mRNA的3′-UTR，與其他翻譯起始因子或者40S核糖體亞基相互作用，干擾mRNA5′-端和3′端的相互作用，阻止或者減緩mRNA的翻譯。mRNA的準(zhǔn)備和檢查由于真核系統(tǒng)的mRNA要經(jīng)歷復(fù)雜的后加工68真核生物mRNA成環(huán)模型真核生物mRNA成環(huán)模型69真核生物細胞質(zhì)翻譯系統(tǒng)翻譯的起始

真核生物細胞質(zhì)翻譯系統(tǒng)翻譯的起始70“掃描模型”40S小亞基首先識別帽子結(jié)構(gòu)，然后沿著mRNA“遷移”，這個過程中核糖體可以解開穩(wěn)定性小于126kJ的二級結(jié)構(gòu)，但是穩(wěn)定性更高的發(fā)夾結(jié)構(gòu)則可以阻止核糖體的遷移。當(dāng)核糖體遷移到起始密碼子AUG的地方就停止遷移，通常以遇到的第一個AUG為起始密碼子，但是AUG本身并不足以阻止遷移，AUG必須在一個適當(dāng)?shù)沫h(huán)境中才能被有效識別，其中最重要的是-4位和+1位的堿基，在序列NNNPuNNAUGG中的起始密碼子可以被有效識別，在AUG之前第3位的嘌呤，以及緊跟著AUG的G，都可以影響翻譯效率達10倍以上。如果引導(dǎo)序列比較長，在第一個40S亞基離開起始位點之前，另一個40S亞基可以識別mRNA的5′-端，從而在引導(dǎo)序列到起始密碼子之間結(jié)合多個核糖體亞基?！皰呙枘Ｐ汀?0S小亞基首先識別帽子結(jié)構(gòu)，然后沿著mRNA“71真核翻譯系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)起始密碼子的掃描機制真核翻譯系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)起始密碼子的掃描機制72細小RNA病毒所使用的IRES介導(dǎo)的起始密碼子的識別

細小RNA病毒所使用的IRES介導(dǎo)的起始密碼子的識別73Met-tRNAiMet與核糖體40S小亞基的結(jié)合Met-tRNAiMet與核糖體40S小亞基的結(jié)合74真核生物細胞質(zhì)翻譯系統(tǒng)翻譯的延伸

真核生物細胞質(zhì)翻譯系統(tǒng)翻譯的延伸75真核生物細胞質(zhì)翻譯系統(tǒng)翻譯的終止和核糖體的循環(huán)

真核生物細胞質(zhì)翻譯系統(tǒng)翻譯的終止和核糖體的循環(huán)76真核生物mRNA的質(zhì)量控制細胞內(nèi)的mRNA并不總是正常的，基因突變、轉(zhuǎn)錄錯誤或后加工異常等因素會導(dǎo)致一個mRNA分子在原來的ORF內(nèi)提前出現(xiàn)終止密碼子（PTC）或者沒有終止密碼子，這些異常的mRNA翻譯出來的蛋白質(zhì)可能無功能，甚至有害于細胞。為了及時清除異常mRNA可能產(chǎn)生的危害，真核細胞已經(jīng)進化和發(fā)展出兩套高度保守的mRNA質(zhì)量控制，來處理這些異常的mRNA：無義介導(dǎo)的mRNA降解機制（NMD）——專門處理含有PTC的mRNA；無終止mRNA降解（NSD）——專門處理無終止密碼子的mRNA。真核生物mRNA的質(zhì)量控制細胞內(nèi)的mRNA并不總是正常的，基77eRF1與eRF3結(jié)合前后在三維結(jié)構(gòu)上的變化

eRF1與eRF3結(jié)合前后在三維結(jié)構(gòu)上的變化78真核細胞無終止mRNA的降解真核細胞無終止mRNA的降解79古菌的翻譯系統(tǒng)古菌的翻譯與真核生物也十分相似。這表現(xiàn)在以下幾個方面：（1）核糖體大小與細菌一樣，但構(gòu)成核糖體的rRNA和蛋白質(zhì)與真核生物的親緣關(guān)系更密切。（2）參與翻譯各個階段的輔助蛋白質(zhì)因子的數(shù)目以及結(jié)構(gòu)的同源性接近真核生物，但各種因子的組成傾向于由單個亞基組成，而不像真核生物由多個亞基組成。在翻譯終止階段，細菌需要RRF，但古菌和真核生物都不需要RRF。（3）第一個參入的氨基酸和真核生物一樣，都是甲硫氨酸，而不是細菌的甲酰甲硫氨酸。（4）對抑制劑，特別是對抗生素的敏感性相似。然而，古菌的翻譯系統(tǒng)與細菌也有某些特征很相似。例如：沒有5.8SrRNA，mRNA無帽子結(jié)構(gòu)，多為多順反子，有SD序列，翻譯與轉(zhuǎn)錄是偶聯(lián)的。古菌的翻譯系統(tǒng)古菌的翻譯與真核生物也十分相似。這表現(xiàn)在以下幾80翻譯水平的移框也稱為核糖體移框，它是指核糖體在進行移位反應(yīng)的時候，一次移動的核苷酸數(shù)目不是3個，而是2個或4個的現(xiàn)象。這種翻譯水平的移框完全打破了原來的ORF的連續(xù)性，迫使翻譯在一個全新的ORF內(nèi)繼續(xù)進行，直至遇到新的ORF內(nèi)的終止密碼子。通常將移動2個和4個核苷酸的移框分別稱為-1移框和+1移框。實例：逆轉(zhuǎn)錄病毒（如RSV和HIV-1等）翻譯POL蛋白（逆轉(zhuǎn)錄酶）；大腸桿菌翻譯RF2；某些真核生物翻譯鳥氨酸脫羧酶的抗酶。翻譯水平的移框也稱為核糖體移框，它是指核糖體在進行移位反應(yīng)的81大腸桿菌的RF-2在翻譯水平的移框大腸桿菌的RF-2在翻譯水平的移框82鳥氨酸脫羧酶的抗酶在翻譯水平的移框

鳥氨酸脫羧酶的抗酶在翻譯水平的移框83通讀（read-through）是指翻譯中將一個可讀框內(nèi)的終止密碼子當(dāng)作一個正常的氨基酸的密碼子來閱讀，而得到一個加長的多肽鏈的過程。實例：主要是一些病毒，如煙草花葉病毒（TMV）和鼠類白血病病毒（MMLV）。MMLV是一種逆轉(zhuǎn)