第四章蛋白質(zhì)的翻譯

第四章生物信息傳遞:蛋白質(zhì)翻譯

(TranslationofProtein)本章講授內(nèi)容：

4.1遺傳密碼-----三聯(lián)子

4.2tRNA的結(jié)構(gòu)、功能及種類

4.3核糖體的結(jié)構(gòu)及功能

4.4蛋白質(zhì)合成的生物學(xué)機(jī)制

4.5蛋白質(zhì)的運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)制基因的表達(dá)過程：蛋白質(zhì)的生物合成是一個比DNA復(fù)制和轉(zhuǎn)錄更為復(fù)雜的過程

基本概念

翻譯是指將mRNA鏈上的核苷酸從一個特定的起始位點(diǎn)開始，按每3個核苷酸代表一個氨基酸的原則，依次合成一條多肽鏈的過程。

核糖體是蛋白質(zhì)合成的場所，mRNA是蛋白質(zhì)合成的模板，tRNA是模板與氨基酸之間的接合體。此外，在合成的各個階段還有許多蛋白質(zhì)、酶和其他生物大分子參與。5貯存在DNA上的遺傳信息通過mRNA傳遞到蛋白質(zhì)上，mRNA與蛋白質(zhì)之間的聯(lián)系是通過遺傳密碼的破譯來實(shí)現(xiàn)的。mRNA上每3個核苷酸翻譯成蛋白質(zhì)多肽鏈上的一個氨基酸，這3個核苷酸就稱為密碼，也叫三聯(lián)子密碼。4.1遺傳密碼—三聯(lián)子翻譯時從起始密碼子AUG開始，沿著mRNA的5′→3′的方向連續(xù)閱讀密碼子，直至終止密碼子為止，生成一條具有特定氨基酸序列的多肽鏈。新生的多肽鏈中氨基酸的組成和排列順序決定于其DNA堿基組成及其順序。因此，作為基因產(chǎn)物的蛋白質(zhì)最終是受基因控制的。4.1.1

三聯(lián)子密碼及其破譯遺傳密碼的破譯—確定代表每種氨基酸的具體遺傳密碼。蛋白質(zhì)的氨基酸序列是由mRNA的核苷酸序列決定的，所以，要知道它們之間的關(guān)系就要弄清核苷酸和氨基酸數(shù)目的對應(yīng)關(guān)系。1954年科學(xué)家對破譯密碼首先提出了設(shè)想：A.若一種堿基對應(yīng)與一種氨基酸，那么只可能產(chǎn)生4種氨基酸;B.若2個堿基編碼一種氨基酸的話，4種堿基共有42=16種不同的排列組合;C.3個堿基編碼一種氨基酸，經(jīng)排列組合可產(chǎn)生43=64種不同形式;D.若是四聯(lián)密碼，就會產(chǎn)生44=256種排列組合。1.以均聚物、隨機(jī)共聚物和特定序列的共聚物為模板指導(dǎo)多肽的合成制備大腸桿菌的無細(xì)胞合成體系:在含DNA、mRNA、tRNA、核糖體、AA-tRNA合成酶及其他酶類的抽提物中加入DNase，降解體系中的DNA，耗盡mRNA時體系中的蛋白質(zhì)合成即停止，當(dāng)補(bǔ)充外源mRNA或人工合成的各種均聚物或共聚物作為模板以及ATP、GTP、氨基酸等成分時又能合成新的肽鏈，新生肽鏈的氨基酸順序由外加的模板所決定。因此，分析比較加入的模板和合成的肽鏈即可推知編碼某些氨基酸的密碼。9Tritiated-polyU,whenaddedtocell-freeextractsofEscherichiacoli,becameassociatedwithribosomes.Thisassociationoccurredat3degreesCanddidnotrequirehigh-energyphosphatecompounds.Smallamountsoftritiatedpolyuridylicacidproducedpolydisperseribosomalaggregateswithsedimentationconstantsofapproximately100to130.C(14)-phenylalanineinitiallywasincorporatedintoproteinonlyontheseparticles,whichsuggeststhattheyarethesitesofpolyphenylalaninesynthesis.NirenbergMW.

FateofaSyntheticPolynucleotideDirectingCell-FreeProteinSynthesisII.AssociationwithRibosomes.Science.1962,138(3542):813-817.1961,NirenbergMW.在無細(xì)胞體系中Mg2+濃度很高，人工合成的多聚核苷酸不需要起始密碼子就能指導(dǎo)多肽的生物合成，讀碼起始是隨機(jī)的。然而，在生理Mg2+條件下，沒有起始密碼子的多核苷酸不能被用作多肽合成的模板。以多聚三核苷酸作為模板可得到有3種氨基酸組成的多肽。如以多聚(UUC)為模板，可能有3種起讀方式。

5’……UUCUUCUUCUUCUUC……3’

或5’……UCUUCUUCUUCUUCU……3’

或5’……CUUCUUCUUCUUCUU……3‘根據(jù)讀碼起點(diǎn)不同，產(chǎn)生的密碼子可能是UUC(Phe)、UCU(Ser)或CUU(Leu)，所以得到的多肽可能是多聚苯丙氨酸、多聚絲氨酸或多聚亮氨酸，由此可知UUC、UCU、CUU分別是苯丙氨、絲氨酸及亮氨酸的密碼子。以多聚三核苷酸為模板時也可能只合成2種均聚多肽，以多聚(GUA)n為例：

5’……GUAGUAGUAGUAGUA……3’

或5’……UAGUAGUAGUAGUAG……3’

或5’……AGUAGUAGUAGUAGU……3’

由第二種讀碼方式產(chǎn)生的密碼子UAG是終止密碼，不編碼任何氨基酸，因此，只產(chǎn)生2種密碼子GUA(Val)或AGU(Ser)，所以,合成的多肽要么是多聚纈氨酸，要么是多聚絲氨酸。2.核糖體結(jié)合技術(shù)1964年采用三聯(lián)體結(jié)合實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：(1)tRNA和氨基酸及三聯(lián)體的結(jié)合是特異的；(2)上述結(jié)合的復(fù)合體大分子是不能通過硝酸纖維濾膜的微孔，而tRNA-氨基酸的復(fù)合體是可以通過的。

(1)以人工合成的三核苷酸如UUU、UCU、UGU等為模板，在含核糖體、AA-tRNA的適當(dāng)離子強(qiáng)度的反應(yīng)液中保溫，然后使反應(yīng)液通過硝酸纖維素濾膜。(2)發(fā)現(xiàn):

游離的AA-tRNA因相對分子質(zhì)量小能自由通過濾膜，加入三核苷酸模板可以促使其對應(yīng)的AA-tRNA結(jié)合到核糖體上，體積超過膜上的微孔而被滯留，這樣就能把已結(jié)合到核糖體上的AA-tRNA與未結(jié)合的AA-tRNA分開。核糖體結(jié)合實(shí)驗(yàn)色氨酸-tRNA的分離用20種AA-tRNA做20組同樣的實(shí)驗(yàn)，每組都含20種AA-tRNA和各種三核苷酸，但只有一種氨基酸用14C標(biāo)記，看哪一種AA-tRNA被留在濾膜上，進(jìn)一步分析這一組的模板是哪個三核苷酸，從模板三核苷酸與氨基酸的關(guān)系可測知該氨基酸的密碼子。例如，模板是UUU時，Phe-tRNA結(jié)合于核糖體上，可知UUU是Phe的密碼子。4.1.2遺傳密碼的性質(zhì)1.密碼的連續(xù)性

密碼子是mRNA上連續(xù)排列的三個核苷酸序列，并編碼一個氨基酸信息的遺傳單位。翻譯由mRNA的5’端的起始密碼子開始，一個密碼子按一個密碼子連續(xù)地閱讀直到3‘終止密碼子，密碼子間無間斷也沒有重疊，起始密碼子決定了所有后續(xù)密碼子的位置，說明三聯(lián)子密碼是連續(xù)的。172.密碼的簡并性按照1個密碼子由3個核苷酸組成的原則，4種核苷酸可組成64個密碼子，現(xiàn)在已經(jīng)知道其中61個是編碼氨基酸的密碼子，另外，UAA、UGA和UAG等3個密碼子并不代表任何氨基酸，它們是終止密碼子，不能與tRNA的反密碼子配對，但能被終止因子或釋放因子識別，終止肽鏈的合成。因?yàn)榇嬖?1種密碼子而只有20種氨基酸，所以許多氨基酸有多個密碼子。實(shí)際上除色氨酸（UGG）和甲硫氨酸（AUG）只有一個密碼子外，其他氨基酸都有一個以上的密碼子，其中9種氨基酸有2個密碼子，1種氨基酸有3個密碼子，5種氨基酸有4個密碼子，3種氨基酸有6個密碼子。由一種以上密碼子編碼同一個氨基酸的現(xiàn)象稱為簡并，對應(yīng)于同一氨基酸的多個密碼子稱為同義密碼子（synonymouscodon）。另外，AUG和GUG既是甲硫氨酸及纈氨酸的密碼子又是起始密碼子，這種雙重功能在生物學(xué)上的優(yōu)點(diǎn)尚不清楚。同義密碼子一般都不是隨機(jī)分布的，因?yàn)槠涞谝弧⒌诙缓塑账嵬窍嗤?，而第三位核苷酸的改變并不一定影響所編碼的氨基酸，這種安排減少了變異對生物的影響。一般說來，編碼某一氨基酸的密碼子越多，該氨基酸在蛋白質(zhì)中出現(xiàn)的頻率也越高。3.

密碼的通用性與特殊性遺傳密碼無論在體內(nèi)還是體外，也無論是對病毒、細(xì)菌、動物還是植物而言都是通用的，所以，密碼子具有通用性。已經(jīng)查明，在支原體中，終止密碼子UGA被用來編碼色氨酸；在嗜熱四膜蟲中，另一個終止密碼子UAA被用來編碼谷氨酰胺。密碼子具有特殊性。4.密碼子與反密碼子的相互作用在蛋白質(zhì)生物合成過程中，tRNA的反密碼子在核糖體內(nèi)是通過堿基的反向配對與mRNA上的密碼子相互作用的。1966年Crick根據(jù)立體化學(xué)原理提出擺動假說(wobblehypothesis)。擺動假說:在密碼子與反密碼子的配對中，前兩對嚴(yán)格遵守堿基配對原則，第三對堿基有一定的自由度，可以“擺動”，因而使某些tRNA可以識別1個以上的密碼子;如果有幾個密碼子同時編碼一個氨基酸，凡是第一、二位堿基不同的密碼子都對應(yīng)于各自獨(dú)立的tRNA。原核有30-45種tRNA，真核有50種tRNA。I：InosineisformedbydeaminationofadenosineaftertRNAsynthesis

4.2tRNA

tRNA在蛋白質(zhì)合成中處于關(guān)鍵地位，它不但為每個三聯(lián)密碼子翻譯成氨基酸提供了接合體，還為準(zhǔn)確無誤地將所需氨基酸運(yùn)送到核糖體上提供了運(yùn)送載體，所以，它又被稱為第二遺傳密碼。tRNA參與多種反應(yīng)，并與多種蛋白質(zhì)和核酸相互識別，這就決定了它們在結(jié)構(gòu)上存在大量的共性。各種tRNA均含有70~80個堿基，其中22個堿基是恒定的。具五臂四環(huán)結(jié)構(gòu):1.受體臂（acceptorarm）：主要由鏈兩端序列堿基配對形成的桿狀結(jié)構(gòu)和3′端末配對的3-4個堿基所組成，其3′端的最后3′個堿基序列保守的CCA，最后一個堿基的3′或2′自由羥基可以被氨?；?。此臂負(fù)責(zé)攜帶特異的氨基酸。2.TψC臂:根據(jù)3個核苷酸命名的，其中ψ表示擬尿嘧啶，是tRNA分子所擁有的不常見核苷酸。常由5bp的莖和7Nt和環(huán)組成，負(fù)責(zé)與核糖體上的rRNA識別結(jié)合。4.2.1tRNA的結(jié)構(gòu)1、tRNA的二級結(jié)構(gòu)

3.反密碼子臂(anticodonarm):位于套索中央的三聯(lián)反密碼子。常由5bp的莖區(qū)和7Nt的環(huán)區(qū)組成，它負(fù)責(zé)對密碼子的識別與配對。4.D臂(Darm):含有二氫尿嘧啶，莖區(qū)長度常為4bp，也稱雙氫尿嘧啶環(huán)。負(fù)責(zé)和氨基酰-tRNA聚合酶結(jié)合。5.額外環(huán)(extraarm)：可變性大，4-21nt不等，其功能是在tRNA的L型三維結(jié)構(gòu)中負(fù)責(zé)連接兩個區(qū)域（D環(huán)－反密碼子環(huán)和TψC-受體臂）。tRNA的稀有堿基含量非常豐富，約有70余種。每個tRNA分子至少含有2個稀有堿基，最多有19個，多數(shù)分布在非配對區(qū)。特別是在反密碼子3′端鄰近部位出現(xiàn)的頻率最高，且大多為嘌呤核苷酸，這對于維持反密碼子環(huán)的穩(wěn)定性及密碼子、反密碼子之間的配對是很重要的。研究證實(shí)：tRNA的性質(zhì)是由反密碼子而不是它所攜帶的氨基酸所決定的，而除了起始tRNA外，所有tRNA都能被翻譯輔助因子EF-Tu或eEF1所識別而與核糖體相結(jié)合，起始tRNA能被IF-2或eIF-2所識別。4.2.2．tRNA的功能轉(zhuǎn)錄過程是遺傳信息從DNA轉(zhuǎn)移至另一種結(jié)構(gòu)上極為相似的核酸分子mRNA的過程，信息轉(zhuǎn)移靠的是堿基配對。翻譯階段遺傳信息從mRNA分子轉(zhuǎn)移到結(jié)構(gòu)極不相同的蛋白質(zhì)分子，信息是以能被翻譯成單個氨基酸的三聯(lián)子密碼形式存在的，在這里起作用的是解碼機(jī)制。4.2.3tRNA的種類1、起始tRNA和延伸tRNA

能特異地識別mRNA模板上起始密碼子的tRNA叫起始tRNA，其他tRNA統(tǒng)稱為延伸tRNA。原核生物起始tRNA攜帶甲酰甲硫氨酸（fMet），真核生物起始tRNA攜帶甲硫氨酸（Met）。2、同工tRNA

代表同一種氨基酸的tRNA稱為同工tRNA，同工tRNA既要有不同的反密碼子以識別該氨基酸的各種同義密碼，又要有某種結(jié)構(gòu)上的共同性，能被AA-tRNA合成酶識別。3、校正tRNA

在結(jié)構(gòu)基因中的一個核苷酸的改變可能使代表某個氨基酸的密碼子變成終止密碼子，使蛋白質(zhì)合成提前終止，合成無功能的多肽，這種突變就稱為無義突變，而校正tRNA經(jīng)改變反密碼子區(qū)可校正無義突變。（絡(luò)氨酸）錯義突變（missensemutation）由于結(jié)構(gòu)基因中某個核苷酸的變化使一種氨基酸的密碼變成另一種氨基酸的密碼。錯義突變的校正tRNA通過反密碼子區(qū)的改變把正確的氨基酸加到肽鏈上，合成正常的蛋白質(zhì)。校正tRNA在進(jìn)行校正過程中必須與正常的tRNA競爭結(jié)合密碼子。無義突變的校正tRNA必須與釋放因子競爭識別密碼子；錯義突變的校正tRNA必須與該密碼的正常tRNA競爭，都會影響校正的效率。校正基因的效率不僅決定于反密碼子與密碼子的親和力，也決定于它在細(xì)胞中的濃度及競爭中的其他參數(shù)。一般說來，校正效率不會超過50%。

AA-tRNA合成酶是一類催化氨基酸與tRNA結(jié)合的特異性酶，其反應(yīng)式如下：它實(shí)際上包括兩步反應(yīng)：第一步，氨基酸活化生成酶-氨基酰腺苷酸復(fù)合物：

AA+ATP+酶（E）→E-AA-AMP+PPi

第二步，氨?；D(zhuǎn)移到tRNA3’末端腺苷殘基上，與其2’或3’-羥基結(jié)合。E-AA-AMP+tRNA→AA-tRNA+E+AMP4.2.4氨酰-tRNA合成酶

核糖體像一個能沿mRNA模板移動的工廠，執(zhí)行著蛋白質(zhì)合成的功能。它是由幾十種蛋白質(zhì)和幾種核糖體RNA組成的亞細(xì)胞顆粒。一個細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)約有2萬個核糖體，而真核細(xì)胞內(nèi)可達(dá)106個，在未成熟的蟾蜍卵細(xì)胞內(nèi)則高達(dá)1012。核糖體和它的輔助因子為蛋白質(zhì)合成提供了必要條件。

在生物細(xì)胞中，核糖體數(shù)量非常大。4.3核糖體4.3.1核糖體的結(jié)構(gòu)2.核糖體的功能

核糖體有3個tRNA結(jié)合位點(diǎn)。A位：AA-tRNA的結(jié)合部位；P位：肽酰-tRNA的結(jié)合部位、肽基轉(zhuǎn)移部位及形成肽鍵的部位；E位：肽鏈延伸過程中的多肽鏈轉(zhuǎn)移到氨酰-tRNA上釋放tRNA位點(diǎn)脫出。小亞基上擁有mRNA結(jié)合位點(diǎn)，負(fù)責(zé)對序列特異的識別過程，如起始位點(diǎn)的識別和密碼子與反密碼子的相互作用。大亞基負(fù)責(zé)氨基酸及tRNA攜帶的功能，如肽鍵的形成、AA-tRNA、肽基-tRNA的結(jié)合等。A位、P位、轉(zhuǎn)肽酶中心等主要在大亞基上。表14-8核糖體的活性位點(diǎn)活性位點(diǎn)功能位置組分mRNA結(jié)合位點(diǎn)結(jié)合mRNA和IF因子30S,P位點(diǎn)附近S1、S18、S21；及S3、S4、S5、S12

16SrRNA3′末端區(qū)域P位點(diǎn)結(jié)合fMet-tRNA和肽基-tRNA大部分在50S亞基L2、L27及L14、L18、L24、L3316S和23SrRNA3′附近區(qū)域A位點(diǎn)結(jié)合氨?；?tRNA大部分在30S亞基L1、L5、L7/L12、L20、L30、L3316S和23SrRNA（16S的1400區(qū)）E位點(diǎn)結(jié)合脫酰tRNA50S23SrRNA是重要的5SRNA和23SrRNA結(jié)合P和A位點(diǎn)的附近L5、L18、L25復(fù)合體肽酰基轉(zhuǎn)移酶將肽鏈轉(zhuǎn)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結(jié)合位點(diǎn)氨基酰-tRNA的進(jìn)入30S外部EF-G結(jié)合位點(diǎn)移位50S亞基的界面上，L7/L12附近，近S12L7/L12GTP酶需要50S的柄L7、L124.4蛋白質(zhì)生物合成的生物學(xué)機(jī)制研究證明：

核酸是生命體內(nèi)最基本的物質(zhì)，因?yàn)榈鞍踪|(zhì)的合成和結(jié)構(gòu)最終都取決于核酸，但蛋白質(zhì)仍是生物活性物質(zhì)中最重要的大分子組分，生物有機(jī)體的遺傳學(xué)特性仍然要通過蛋白質(zhì)來得到表達(dá)。

蛋白質(zhì)的生物合成包括氨基酸活化、肽鏈的起始、伸長、終止以及新合成多肽鏈的折疊和加工。蛋白質(zhì)的生物合成是以氨基酸作為基本建筑材料的，且只有與tRNA相結(jié)合的氨基酸才能被準(zhǔn)確地運(yùn)送到核糖體中，參與多肽鏈的起始或延伸。氨基酸必須在氨酰-tRNA合成酶的作用下生成活化氨基酸——AA-tRNA。4.4.1氨基酸的活化研究發(fā)現(xiàn):細(xì)胞至少存在20種以上具有氨基酸專一性的氨酰-tRNA合成酶，能夠識別并通過氨基酸的-COOH與tRNA3‘端腺苷酸核糖基上3-OH縮水形成二酯鍵。同一個氨酰-tRNA合成酶具有把相同氨基酸加到兩個或更多個帶有不同反密碼子tRNA分子上的功能。原核生物

起始氨基酸是甲酰甲硫氨酸，所以，與核糖體小亞基相結(jié)合的是N-甲酰甲硫氨酰-tRNAfMet，它由以下兩步反應(yīng)合成。

（1）Met+tRNAfMet+ATP→Met-tRNAfMet+AMP+PPi；

（2）甲?；D(zhuǎn)移酶將1個甲?；D(zhuǎn)移到Met的氨基上

N10-甲酰四氫葉酸+Met-tRNAfMet→四氫葉酸+fMet-tRNAfMet

。真核生物

任何一個多肽合成都是從生成甲硫氨酰-tRNAiMet開始的，因?yàn)榧琢虬彼岬奶厥庑?，所以，體內(nèi)存在兩種tRNAMet。只有甲硫氨酰-tRNAiMet才能與40S小亞基相結(jié)合，起始肽鏈合成，普通tRNAMet中攜帶的甲硫氨酸只能被摻入正在延伸的肽鏈中。IF-19.5kDa加強(qiáng)IF-2，IF-3的酶活I(lǐng)F-295kDa~117kDa促使fMet-tRNAfmet

選擇性的結(jié)合在30S亞基上IF-320kDa促使30S亞基結(jié)合于mRNA起始部位具有解離30S與50S亞基的活性

4.4.2翻譯的起始1、原核生物的翻譯啟始因子

原核生物翻譯的起始：第一步：30S小亞基首先與翻譯起始因子IF-1，IF-3結(jié)合，通過SD序列與mRNA模板結(jié)合;

第二步：在IF-2和GTP的幫助下，fMet-tRNAfMet進(jìn)入小亞基的P位，tRNA上的反密碼子與mRNA上的起始密碼子配對;

第三步：帶有tRNA，mRNA，三個翻譯起始因子的小亞基復(fù)合物與50S大亞基結(jié)合，GTP水解，釋放翻譯起始因子。Initiationcodon30S小亞基具有專一性的識別和選擇mRNA起始位點(diǎn)的性質(zhì)，而IF-3能協(xié)助小亞基完成這種選擇。研究發(fā)現(xiàn)：30S亞基通過其16SrRNA的3’末端與mRNA5’端起始密碼子上游堿基配對結(jié)合。ShineandDalgarno等證明幾乎所有原核生物mRNA上都有一個5’-AGGAGGU-3’序列，這個富嘌呤區(qū)與30S亞基上16SrRNA3’末端的富嘧啶區(qū)序列5’-GAUCACCUCCUUA-3’相互補(bǔ).各種mRNA的核糖體結(jié)合位點(diǎn)中能與16SrRNA配對的核苷酸數(shù)目及這些核苷酸和起始密碼子之間的距離是不一樣的，反映了起始信號的不均一性。一般說來，相互補(bǔ)的核苷酸越多，30S亞基與mRNA起始位點(diǎn)結(jié)合的效率也越高?；パa(bǔ)的核苷酸與AUG之間的距離也會影響mRNA-核糖體復(fù)合物的形成及其穩(wěn)定性。真核生物蛋白質(zhì)生物合成的起始機(jī)制與原核生物基本相同，其差異主要是核糖體較大，有較多的起始因子參與，其mRNA具有m7GpppNp帽子結(jié)構(gòu)，Met-tRNAMet不甲酰化，mRNA分子5'端的“帽子”和3'端的多聚A都參與形成翻譯起始復(fù)合物。細(xì)菌核糖體與氨酰-tRNA結(jié)合位點(diǎn):A位點(diǎn)(氨?；课?，Aminoacylsite)P位點(diǎn)(肽基部位，Peptidylsite)E位點(diǎn)(Exitsite)只有fMet-tRNAfMet能與第一個P位點(diǎn)相結(jié)合，其它所有tRNA都必須通過A位點(diǎn)到達(dá)P位點(diǎn)，再由E位點(diǎn)離開核糖體。

實(shí)驗(yàn)證明：

帽子結(jié)構(gòu)能促進(jìn)起始反應(yīng)，因?yàn)楹颂求w上有專一位點(diǎn)或因子識別mRNA的帽子，使mRNA與核糖體結(jié)合。帽子在mRNA與40S亞基結(jié)合過程中還起穩(wěn)定作用。實(shí)驗(yàn)表明：帶帽子的mRNA5'端與18SrRNA的3'端序列之間存在不同于SD序列的堿基配對型相互作用。40S小亞基除了帽子結(jié)構(gòu)以外，40S小亞基還能識別mRNA上的起始密碼子AUG。Kozak等提出了一個“掃描模型”來解釋40S亞基對mRNA起始密碼子的識別作用。按照這個模型，40S小亞基先結(jié)合在mRNA5‘端的任何序列上，然后沿mRNA移動直至遇到AUG發(fā)生較為穩(wěn)定的相互作用，最后與60S亞基一道生成80S起始復(fù)合物。40S小亞基之所以能在AUG處停下，可能是由于Met-tRNAiMet的反密碼子與AUG配對的結(jié)果。

4.4.3肽鏈的延伸

生成起始復(fù)合物，第一個氨基酸（fMet/Met-tRNA）與核糖體結(jié)合以后，肽鏈開始伸長。按照mRNA模板密碼子的排列，氨基酸通過新生肽鍵的方式被有序地結(jié)合上去。肽鏈延伸由許多循環(huán)組成，每加一個氨基酸就是一個循環(huán)，每個循環(huán)包括AA-tRNA與核糖體結(jié)合、肽鍵的生成和移位。

1、后續(xù)AA-tRNA與核糖體結(jié)合起始復(fù)合物形成以后，第二個AA-tRNA在延伸因子EF-Tu及GTP的作用下，生成AA-tRNA·EF-Tu·GTP復(fù)合物，然后結(jié)合到核糖體的A位上。這時GTP被水解釋放，通過延伸因子EF-Ts再生GTP，形成EF-Tu·GTP復(fù)合物，進(jìn)入新一輪循環(huán)。模板上的密碼子決定了哪種AA-tRNA能被結(jié)合到A位上。由于EF-Tu只能與fMet-tRNA以外的其他AA-tRNA起反應(yīng)，所以起始tRNA不會被結(jié)合到A位上，這就是mRNA內(nèi)部的AUG不會被起始tRNA讀出，肽鏈中間不會出現(xiàn)甲酰甲硫氨酸的原因。

2．肽鍵的生成經(jīng)過上一步反應(yīng)后，在核糖體·mRNA·AA-tRNA復(fù)合物中，AA-tRNA占據(jù)A位，fMet-tRNAfMet占據(jù)P位。在肽基轉(zhuǎn)移酶的催化下，A位上的AA-tRNA轉(zhuǎn)移到P位，與fMet-tRNAfMet上的氨基酸生成肽鍵。起始tRNA在完成使命后離開核糖體P位點(diǎn)，A位點(diǎn)準(zhǔn)備接受新的AA-tRNA，開始下一輪合成反應(yīng)。

3．移位

肽鍵延伸過程中最后一步反應(yīng)是移位，即核糖體向mRNA3‘端方向移動一個密碼子。此時，仍與第二個密碼子相結(jié)合的二肽基tRNA2從A位進(jìn)入P位，去氨基酰-tRNA被擠入E位，mRNA上的第三位密碼子則對應(yīng)于A位。EF-G是移位所必須的蛋白質(zhì)因子，移位的能量來自另一分子GTP水解。用嘌呤霉素作為抑制劑做實(shí)驗(yàn)表明，核糖體沿mRNA移動與肽基-tRNA的移位這兩個過程是耦聯(lián)的。肽鏈延伸是由許多個反應(yīng)組成的，原核生物中每次反應(yīng)共需3個延伸因子，EF-Tu、EF-Ts及EF-G，它們都具有GTP酶活性，EF-Tu和EF-Ts能夠促進(jìn)AA-tRNA進(jìn)入A位，EF-G促進(jìn)轉(zhuǎn)位和卸載tRNA的釋放。

真核生物細(xì)胞需EF-1及EF-2，消耗2個GTP，向生長中的肽鏈加上一個氨基酸。

4.4.

4.肽鏈的終止

肽鏈的延伸過程中，當(dāng)終止密碼子UAA、UAG、UGA出現(xiàn)在核糖體的A位時，沒有相應(yīng)的AA-tRNA能與之結(jié)合，而釋放因子能識別這些密碼子并與之結(jié)合，水解P位上多肽鏈與tRNA之間的二酯鍵。接著，新生的肽鏈和tRNA從核糖體上釋放，核糖體大、小亞基解體，蛋白質(zhì)合成結(jié)束。釋放因子RF具有GTP酶活性，它催化GTP水解，使肽鏈與核糖體解離。

細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)存在三種不同的終止因子（RF1，RF2，RF3），RF1能識別UAG和UAA，RF2識別UGA和UAA。一旦RF與終止