分子生物學-第五章

第五章遺傳信息的傳遞過程（2）--翻譯第一節(jié)遺傳密碼的破譯概述：遺傳密碼是20世紀60年代通過設計出色的生物化學和遺傳學實驗闡明的。70年代以來，隨著核酸和氨基酸測序技術的快速發(fā)展，使遺傳密碼的存在得到驗證。

貯存在DNA上的遺傳信息通過mRNA傳遞到蛋白質上，mRNA與蛋白質之間的聯(lián)系是通過遺傳密碼的破譯實現(xiàn)的。mRNA上每3個核苷酸翻譯成蛋白質多肽鏈上的一個氨基酸，這3個核苷酸就稱為密碼子，也叫三聯(lián)體密碼子（tripletcodon）。

一、Crick的探索

1954年GeorgeGamow對遺傳密碼首先提出了挑戰(zhàn)，在Nature上首次發(fā)表了遺傳密碼的理論研究文章，指出“氨基酸正好按DNA的螺旋結構進入各自的洞穴”。他設想若一種堿基與一種氨基酸對應的話，只能產(chǎn)生4種氨基酸。而已知天然的氨基酸有20種，核酸分子中只有4種堿基，要為蛋白質分子的20種氨基酸編碼，不可能是一對一的關系，兩個堿基決定一個氨基酸也只能編碼16種氨基酸，如果用三個堿基決定一個氨基酸，43=64，就足以編碼20種氨基酸。這是編碼氨基酸所需堿基的最低數(shù)目，故密碼子應是三聯(lián)體（triplet）。一、Crick的探索

1961年FranicsCrick及其同事經(jīng)過反復研究，提供了確切的證據(jù)，說明三聯(lián)密碼子學說是正確的。

Crick等的實驗結果表明三聯(lián)體密碼是非重疊的，而且連續(xù)編碼并無標點符號隔開。在序列的任一位置插入或刪除一個核苷酸都會改變?nèi)?lián)體密碼的閱讀框架，發(fā)生移碼突變使基因失活。但是如果插入或刪除三個核苷酸，或者插入一個核苷酸后又刪除一個核苷酸，閱讀框架仍可維持不變，原來編碼的信息便能夠在變異位點之后照舊表現(xiàn)出來。這是基因與蛋白質共線性（colinearity）的最早證據(jù)（圖5-2）。

CATCAT

CAT

CAT

CAT

CAT

-1CATCAVCATCATC

ATC

ATC-1+1CATCAVCAXTCATCAT

CAT+3CAXTXCATXCATCAT

CAT圖5-2缺失或插入核苷酸引起三聯(lián)體密碼的改變-1，刪除一個核苷酸，在刪除位置以符號V表示-1+1，在相近位置分別刪除一個核苷酸，插入一個核苷酸以X表示+3，在相近位置分別插入三個核苷酸二、Nirenberg的實驗在Crick等提出遺傳信息是在核酸分子上以非重疊、無標點、三聯(lián)體的方式編碼的同時，由JacobF和MonodJ(1956~1961)領導的4個不同實驗室通過用T4噬菌體感染大腸桿菌，首次提出和證明了mRNA的存在和真正的模板。

1961年，MarshallNirenberg和JohannHMatthaei

等人建立了無細胞反應系統(tǒng)，利用多聚單核苷酸，為遺傳密碼的破譯和體外表達奠定了重要基礎。

二、Nirenberg的實驗用DNase處理大腸桿菌提取物，使DNA降解，除去原有的細菌模板。在提取物中含有核糖體、ATP及各種氨基酸，除mRNA外是一個完整的翻譯系統(tǒng)。由于DNA被降解，不再轉錄新的mRNA，即使原來殘留有mRNA，因其半衰期很短，很快會降解。當他們把人工合成的polyU加入這種無細胞體系中代替天然的mRNA時，發(fā)現(xiàn)合成了單一的多肽，其氨基酸殘基全是苯丙氨酸，即多聚苯丙氨酸。這一結果不僅證實了無細胞系統(tǒng)的成功，同時還表明UUU是苯丙氨酸的密碼子。以同樣的方法分別加入polyA、polyC和polyG，結果也獲得了多聚賴氨酸、多聚脯氨酸，因為polyG易形成多股螺旋，不宜做模板。UUU、AAA、CCC是最早破譯的密碼子。

二、Nirenberg的實驗

Nirenberg設計了另一種新方法，按比例加入2種或3種核苷酸混合的多聚物，進行其它遺傳密碼的破譯。如在底物中加入5份的UDP和1份的GDP，堿基比為U：G=5：1，它們能組成的三聯(lián)體不外乎8種：UUU、UUG、UGU、GUU、GGG、GGU、GUG、UGG。U和G將隨機地加入到三聯(lián)體中，按此比例三聯(lián)體各個位置進入U和G的概率不同。如UUU：UGG=(5×5×5)：(5×1×1)=25：1，UUU：UUG=5：1

依據(jù)這樣的推測，在無細胞系統(tǒng)中以這種比例合成的mRNA所產(chǎn)生的氨基酸的比例也應該是相應的，即標記氨基酸摻入的相對量與其密碼子出現(xiàn)頻率相一致（見教材表5-1）。二、Nirenberg的實驗

1964年，Nirenberg等采用核糖體結合實驗在密碼子破譯方面取得了重大突破。用20種氨酰-tRNA做20組同樣的實驗，每組都含20種氨酰-tRNA和各種三核苷酸，但只有一種氨基酸用14C標記，分析和確定滯留在濾膜上的氨酰-tRNA和相應的三核苷酸模板，從三核苷酸與氨基酸的關系可測知該氨基酸的密碼子。所有64種可能的三聯(lián)體都已合成，經(jīng)試驗其中50多種都得到確切的結果。但在此實驗中仍有一些三核苷酸編碼的氨基酸不能肯定，需要用其它方法來破譯。

三、Khorana的實驗

1965年，GonindKhorana及其同事們將化學合成和酶促合成巧妙地結合起來，建立了有機合成核酸的方法，同時結合Nirenberg的核糖體結合技術，以不同的思路和方法巧妙地破譯了全部的密碼。他們用已知堿基組成2~4個堿基，然后利用這些特定序列合成重復順序的mRNA，在體外翻譯系統(tǒng)中加入同位素標記的氨基酸，然后分析所合成多肽的氨基酸順序，再進行比較分析來推測各氨基酸的密碼子。三、Khorana的實驗

Khorana就是用這種方法將所有的遺傳密碼都破譯了。這項實驗還同時證實了三聯(lián)密碼子的準確性以及簡并性的存在。

RobterHolley發(fā)現(xiàn)并得到了tRNA的精確結構，應用上述各種方法僅用了4年時間，于1965年完全查清了20種基本氨基酸所對應的全部61個密碼子，編出了遺傳密碼字典（教材表5-4）。AUG為起始密碼子（initiationcodon），其余61個密碼子對應20種氨基酸。另外的3個密碼子（UAA、UAG和UGA）是終止密碼子（terminationcodonsorstopcodons），它們不編碼任何氨基酸，只結束蛋白質的合成。

遺傳密碼的破譯是通過諸多科學家采用多種方法和技術完成的。1968年，Nirenberg、Khorana和Holley一道分享了當年的諾貝爾醫(yī)學、生理學獎。

第二節(jié)遺傳密碼的主要特征一、密碼的連續(xù)性(commaless)

Crick等最早推測蛋白質中氨基酸序列的遺傳密碼編碼在核苷酸分子上，其基本單位是按5′→3′方向編碼，不重疊、無標點的三聯(lián)體密碼子。翻譯由mRNA的5′端的起始密碼子開始，一個密碼子接一個密碼子連續(xù)地閱讀，直到3′終止密碼子，密碼間無間斷、無重疊(non-overlapping)，即起始密碼子決定了所有后續(xù)密碼子的位置，說明三聯(lián)體密碼子是連續(xù)的。若插入或刪除一個堿基，就會使這以后的讀碼發(fā)生錯誤，稱為移碼。由移碼引起的突變稱為移碼突變。

第二節(jié)遺傳密碼的主要特征一、密碼的連續(xù)性(commaless)已經(jīng)證明，在絕大多數(shù)生物中基因是不重疊的。但在少數(shù)病毒以及少數(shù)大腸桿菌噬菌體（如R17、Qβ等）基因組中，部分基因的遺傳密碼卻是重疊的。即使在重疊基因（overlappinggenes）中，各自的開放讀碼框架（openreadingframe）仍然按三聯(lián)體方式連續(xù)讀碼。二、密碼的簡并性(degeneracy)遺傳密碼的簡并性是指大多數(shù)氨基酸都具有幾個不同的密碼子。這種由多個密碼子編碼同一種氨基酸的現(xiàn)象稱為簡并性，編碼同一氨基酸的一組密碼子稱為同義密碼子（synonymouscodon）。另外，AUG和GUG既是甲硫氨酸和纈氨酸的密碼子又是起始密碼子，這種雙重功能在生物學上的意義尚不清楚。除了色氨酸和甲硫氨酸僅有一個密碼子外，其它氨基酸都有一個以上的密碼子，如：亮氨酸、精氨酸、絲氨酸都有6個密碼子，大多數(shù)氨基酸有2個、3個或4個密碼子（教材表5-5）。

二、密碼的簡并性(degeneracy)密碼子的簡并性可以減少有害的突變，具有非常重要的生物學意義。

三、密碼的擺動性密碼的簡并性往往表現(xiàn)在密碼子的第三位堿基上，如甘氨酸的密碼子是GGU、GGC、GGA、GGG，丙氨酸的密碼子是GCU、GCC、GCA、GCG，它們的前兩位堿基是相同的，只是第三位堿基不同。有些氨基酸只有兩個密碼子，通常第三位堿基或者都是嘌呤，或者都是嘧啶。顯然，密碼子的專一性基本上取決于前兩位堿基，第三位堿基起的作用有限。即第三位堿基有較大的靈活性。

三、密碼的擺動性

1966年，Crick根據(jù)立體化學原理提出擺動假說（wobblehypothesis），解釋了反密碼子中某些稀有堿基（如次黃嘌呤，I）的配對，以及許多氨基酸有2個以上密碼子的問題。根據(jù)擺動假說，在密碼子和反密碼子配對中，前兩對嚴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”，從而使某些tRNA可以識別一個以上的密碼子。一個tRNA究竟能夠識別多少個密碼子是由反密碼子的第一位堿基的性質決定的，反密碼子第一位堿基為A或C時只能識別一種密碼子，為G或U時可識別2種密碼子，為I和ψ時可識別3種密碼子（教材表5-5）。

三、密碼的擺動性如果幾個密碼子同時編碼同一種氨基酸，凡是第一、二位堿基不同的密碼子都對應于各自獨立的tRNA。原核生物中大約有30~45種tRNA，真核細胞中可能存在50種tRNA。

四、密碼的通用性(universality)和特殊性(specificity)1、密碼的通用性是指無論在體內(nèi)體外，無論高等生物還是低等生物都共同使用同一套密碼字典。20世紀70年代以后對各種生物基因組的大規(guī)模測序結果也充分證明生物基本共用同一套遺傳密碼。密碼的通用性在基因工程中得到充分運用，如外源基因在植物、酵母、細菌等不同受體生物中獲得正確表達。

四、密碼的通用性(universality)和特殊性(specificity)2、特殊性：雖然密碼有通用性，但也發(fā)現(xiàn)有少數(shù)例外。如人線粒體和支原體中的UGA不是終止密碼子，而編碼色氨酸；在嗜熱四膜蟲中，終止密碼子UAA卻編碼谷氨酰胺。隨著對人、牛及酵母線粒體DNA序列和結構的研究還發(fā)現(xiàn)，終止密碼子UGA用于編碼色氨酸，AUA編碼甲硫氨酸等，這些都體現(xiàn)了遺傳密碼的特殊性（見教材表5-6）。

第三節(jié)翻譯翻譯：以氨基酸為底物，在tRNA轉運工具的作用下，以結合在rRNA與蛋白質形成的核糖體上的mRNA為模板，從mRNA上一個特定的起始位點開始，按照3個核苷酸代表一個氨基酸的原則，依次合成多肽鏈的過程。一、與蛋白質生物合成有關的生物大分子（一）核糖體核糖體是由幾十種蛋白質和幾種RNA組成的一種亞細胞顆粒體，它是蛋白質生物合成的場所。核糖體中蛋白質占其重量的三分之一，RNA占三分之二。一、與蛋白質生物合成有關的生物大分子（一）核糖體核糖體中的RNA和蛋白質（見教材表5-7）原核和真核生物核糖體大、小亞基比較（見圖5-3）

圖5-3原核生物與真核生物核糖體大、小亞基比較（一）核糖體原核生物核糖體的三維結構和主要功能（見圖5-4）圖5-4原核生物核糖體的三維結構和主要功能（一）核糖體：活性中心與功能位點：1、結合位點：mRNA結合的位點（Ribosomebindingsite，RBS)，而且還有許多與起始因子、延伸因子、釋放因子及與各種酶結合的位點。2、主要的功能部位包括：mRNA結合位點、A位點（aminoacyl-tRNAsite,acceptorsite,Asite）、P位點(peotidyl–tRNAsite,Psite)、E位點(exitsite,Esite)、肽酰轉移酶(peptidyl

transferase)、多肽鏈離開通道(exitchannel，siteE)、一些可溶性蛋白因子（起始因子、延伸因子和終止因子）的結合部位。

3、SD序列的互補序列

Shine及Dalgarno等證明幾乎所有原核生物mRNA的起始密碼子上游都有一個5′-AGGAGGU-3′序列，這個富含嘌呤區(qū)被命名為SD序列，它與30S亞基上16SrRNA的3′端富含嘧啶區(qū)序列5′-GAUCACCUCCUUA-3′相互補(圖5-5）。圖5-5原核生物mRNA核糖體結合位點(RBS)或SD序列（SDsequence）（二）mRNA是蛋白質生物合成的模板

JacobF和MonodJ（1956~1961年）在研究大腸桿菌乳糖操縱子時最早提出了信使物質的存在和真正模板的概念，并隨后以T2噬菌體感染大腸桿菌為研究系統(tǒng)，證明了mRNA的存在。mRNA的5′→3′三聯(lián)體密碼子序列與蛋白質N端到C端的氨基酸序列有對應關系。原核生物mRNA轉錄和肽鏈翻譯是偶聯(lián)的，其mRNA通常不穩(wěn)定，轉錄后幾分鐘內(nèi)就翻譯或者邊轉錄邊翻譯。真核生物mRNA的轉錄和加工成熟在細胞核內(nèi)，成熟后的mRNA被運往胞質，擔任模板指導蛋白質的翻譯，其穩(wěn)定性也較高，達幾個小時。1、mRNA特點：（1）其堿基組成與相應DNA分子的堿基組成一致，即攜帶來自DNA的遺傳密碼信息；（2）mRNA鏈的長度不一，因為其所編碼的多肽鏈長度是不同的；（3）在肽鏈合成時，mRNA與核糖體作短暫的結合；（4）mRNA的半衰期很短，因此其代謝速度很快。原核生物：mRNA半衰期幾秒鐘~幾分鐘真核生物：mRNA半衰期數(shù)小時（5）原核生物的mRNA一般是含有多個ORF的多順反子（poly-cistron）；而真核生物mRNA通常是只有一個ORF的單順反子（mono-cistron）（見圖5-6，7，8，9）圖5-6原核生物和真核生物mRNA結構A.原核生物；B.真核生物Ribosomebindingsite(RBS)orSD-sequence:in

prokaryoticmRNA,complementarywiththesequenceatthe3′endof16SrRNA.8-13nts圖5-7原核生物mRNAAUGUAAAAAAAA核糖體識別位點Readingframe5’帽子3’圖5-8真核生物mRNA核糖體識別位點（ribosome-bindingsite,RBS）：使核糖體能正確的識別起始密碼AUG上游的序列。EukaryoticmRNAusesamethylatedcaptorecruittheribosome.Oncebound,theribosomescansthemRNAina5′-3′directiontofindtheAUGstartcodon.Kozaksequenceincreasesthetranslationefficiency.Poly-Ainthe3′endpromotestheefficientrecyclingofribosomesKozaksequence圖5-9真核生物mRNA（三）tRNA

是蛋白質生物合成過程中氨基酸的轉運工具，可準確地將各種氨基酸按照mRNA上密碼所決定的順序轉運到核糖體上。又稱為第二遺傳密碼。tRNA

分子的二級結構呈三葉草型，三級結構呈倒L型（見圖5-10）。圖5-10tRNA的二級、三級結構受體臂(acceptorarm):由鏈兩端序列堿基配對形成的桿狀結構和3′端末的數(shù)個堿基所組成，其3′端最后3個堿基序列永遠是CCA。氨基酸的羧基與A的核糖3′-C上游離的OH連接形成氨酰-tRNA分子。TψC臂(TψCarm):根據(jù)3個核苷酸命名的，其中ψ表示假擬尿嘧啶，是tRNA分子所擁有的不常見核苷酸。反密碼子臂（anticodonarm）:是根據(jù)位于套索中央的三聯(lián)反密碼子命名的。D臂(Darm):是根據(jù)它含有二氫尿嘧啶(dihydrouracil)命名的。

可變臂：3~21個堿基之間，是tRNA分子大小變化最大的區(qū)域。1、tRNA

的結構特點2、tRNA

上與多肽合成有關的位點

（1）3ˊ端CCA上的氨基酸接受位點：（2）識別氨酰-tRNA

合成酶的位點：倒L中部的DHU臂和反密碼子環(huán)，氨基酸臂參與這一作用；（3）核糖體識別位點：倒L中部的TψC環(huán)與此有關；（4）反密碼子位點：每種tRNA

只能攜帶一種氨基酸（專一性），但由于密碼子的簡并性，絕大多數(shù)氨基酸需要一種以上的tRNA

作為轉運工具。運輸同一種氨基酸的不同tRNA

稱為同工受體tRNA。3、tRNA的功能運輸工具，運載AA解讀遺傳信息4、tRNA

的種類原核有60種tRNA，真核100~120種tRNA（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-tRNAfMet）；真核生物起始tRNA攜帶甲硫氨酸（Met-tRNAiMet）。（2）同工受體tRNA：轉運同一種氨基酸的不同tRNA稱為同工受體tRNA，同工受體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，又要有某種結構上的共同性，能被AA-tRNA合成酶識別。（3）校正tRNA：突變了的tRNA，能將一個氨基酸帶到一個無義突變位點，使多肽鏈的合成能夠繼續(xù)完成，或能將一個正確的氨基酸帶到一個誤義突變位點，使無義突變或誤義突變得到矯正，這種tRNA稱為校正tRNA。（四）氨酰－tRNA合成酶氨基酸在進行合成多肽鏈之前，必須先經(jīng)過活化，然后再與其特異的tRNA結合，帶到mRNA相應的位置上，這個過程靠氨酰-tRNA合成酶催化。此酶催化特定的氨基酸與特異的tRNA相結合，生成各種氨酰-tRNA。每一種氨基酸至少有一種氨酰tRNA合成酶例外：在枯草桿菌中不存在Gln-tRNA合成酶，Glu-tRNA合成酶可以用Glu?；痶RNAGlu和tRNAGln，然后通過轉酰氨反應使GIu-tRNAGln轉換成Gln-tRNAGln。迄今已有150種以上不同來源的氨酰tRNA合成酶被分離純化。原核生物中的合成酶一般分子量≤2．5xl05U。而真核生物的酶常以復合形式存在，分子量>106U。在氨酰-tRNA合成酶催化下，利用ATP供能，在氨基酸羧基上進行活化，形成氨基酰-AMP，再與氨基酰-tRNA合成酶結合形成三聯(lián)復合物，此復合物再與特異的tRNA作用，將氨基酰轉移到tRNA的氨基酸臂(即3′-末端CCA-OH)上。反應式如下：

aa+ATP十tRNA→aa-tRNA十AMP十ppi（五）參與蛋白質生物合成的其他蛋白質因子1、起始因子起始因子是參與蛋白質生物合成起始的可溶性蛋白因子。蛋白質合成的起始要生成核糖體體·mRNA·起始tRNA三元起始復合物。復合物必須在起始因子幫助下才能形成。原核生物有三種起始因子，而真核生物則有十種。大腸桿菌的起始因子的不同形式、分子量及所起作用見教材表5-9和5-10。（五）參與蛋白質生物合成的其他蛋白質因子輔助因子近年來在真核生物中還發(fā)現(xiàn)許多與起始反應有關的輔助因子(auxiliaryfactor)。這些因子大多數(shù)與eIF-2有關。見教材表5-11。（五）參與蛋白質生物合成的其他蛋白質因子2、延伸因子延伸因子是一類參與蛋白質合成過程中肽鏈延伸的蛋白因子。無論原核或真核生物，延伸因子可分為兩類：一類是幫助氨酰tRNA(延伸tRNA)進入核糖體與mRNA結合，另一類是使肽基tRNA從核糖體的A位向P位移動。前者有EF-T(包括EF-Tu和EF-Ts，細菌中)和EF-1(真核生物)；后者是EF-G(細菌)和EF-2(真核生物)。教材表5-12列出蛋白質合成中的延伸因子。（五）參與蛋白質生物合成的其他蛋白質因子3、釋放因子（終止因子）原核生物中發(fā)現(xiàn)有三種釋放因子(ReleaseFactor)——RF-1、RF-2和RRF-3，哺乳動物只有一種釋放因子RF。釋放因子的作用是終止肽鏈合成并使肽鏈釋放出核糖體。種類及其性質分別見教材表5-15和表14-11。二、蛋白質生物合成的機制蛋白質的生物合成包括氨基酸的活化，肽鏈的起始、延伸、終止，新合成多肽鏈的加工、修飾等階段。（一）氨基酸的活化（二）翻譯的起始蛋白質合成的起始是指在模板mRNA編碼區(qū)5′端形成核糖體·mRNA·起始tRNA復合物，并將(甲酰)甲硫氨酸放入核糖體P位點（見圖5-11）。

圖5-11原核生物翻譯的起始

1、原核生物翻譯的起始分為三步第一步：30S小亞基首先與起始因子IF-1，IF-3結合，30小亞基通過其16SrRNA的3′端與mRNA5′端起始密碼子上游的SD序列發(fā)生堿基配對。第二步：在IF-2和GTP的幫助下，fMet-tRNAfMet進入小亞基的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fMet-tRNAfMet，mRNA，三個起始因子的小亞基復合物與50S大亞基結合，GTP水解，釋放起始因子。

（見下圖）翻譯的起始30Ssubunit(IF-3:IF-1)bindsmRNAIF-2deliverstheinitiatorf-Met-tRNAtothePsiteIF-2dissociatesfrom30SsubunitGTPhydrolysisisaccompaniedbyIFsreleaseandbindingofthe50Ssubunit2、真核生物翻譯的起始真核生物翻譯的起始是40S小亞基先與Met-tRNAiMet結合，再與模板mRNA結合，最后與60S大亞基結合生成80S·mRNA·Met-tRNAMet起始復合物（見圖5-11）。其蛋白質合成的起始機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帽子結構，Met-tRNAiMet不甲?；?，mRNA分子5′端的“帽子”和3′端的polyA都參與形成翻譯起始復合物。另外，起始復合物的裝配過程不同。實驗證明：帽子結構能促進起始反應

圖5-11真核生物翻譯的起始

2、真核生物翻譯的起始除了帽子結構以外，40S小亞基還能識別mRNA上的起始密碼子AUG。Kozok等提出了一個“掃描模型”（thescanningmodel），解釋了40S亞基對mRNA起始密碼子的識別作用。按照此模型，40S小亞基先結合在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起始復合物。40S小亞基之所以能在AUG處停下，可能是出于Met-tRNAiMet的反密碼子與AUG配對的結果。另外，起始過程中mRNA與40S小亞基結合時還需要ATP，可能與蛋白質合成中消除mRNA二級結構是一個耗能過程有關。另外，在40S亞基沿mRNA移動過程中也需要能量。（三）肽鏈的延伸起始氨基酸與核糖體結合以后,肽鏈開始伸長。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在核糖體的進位、轉肽和移位。1、AA-tRNA的進位起始復合物形成以后，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復合物，然后結合到核糖體的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復合物，進入新一輪循環(huán)（圖5-12）。圖5-12Peptidechainelongation

進位：為密碼子所特定的AA-tRNA結合到核蛋糖體的A位，稱為進位。氨基酰tRNA在進位前需要有延伸因子的作用，即：熱不穩(wěn)定的EF(EF-Tu)、熱穩(wěn)定的EF(EF-Ts)。起始復合物形成以后，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復合物，然后結合到核糖體的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復合物，進入新一輪循環(huán)。2、轉肽：形成肽鍵的反應AA-tRNA

復合物占據(jù)A位，fMet/Met-tRNA

占據(jù)P位，在肽基轉移酶的催化下，A位AA-tRNA上的氨基酸與P位fMet-tRNAfMet上的氨基酸生成肽鍵（圖5-13）

。起始tRNA完成使命后，離開核糖體P位，A位準備接受新的AA-tRNA，開始下一輪合成。圖5-13轉肽3、移位（translocation）：轉肽作用發(fā)生后，氨基酸都位于A位，P位上無負荷氨基酸的tRNA就此脫落，核蛋白體沿著mRNA向3′端方向移動一組密碼子，使得原來結合二肽酰tRNA的A位轉變成了P位，而A位空出，可以接受下一個新的氨基酰tRNA進入，移位過程需要EF-G（原核細胞），eEF-2（真核細胞)，需要GTP和Mg2+的參加（圖5-14）。圖5-14移位（四）翻譯的終止無論原核生物還是真核生物都有三種終止密碼子UAG，UAA和UGA。沒有一個tRNA能夠與終止密碼子作用，而釋放因子能識別終止密碼子并與之結合，能誘導或激活肽基轉移酶為酯酶，水解P位上的多肽鏈與tRNA之間的二酯鍵，促成終止作用。新生的肽鏈和tRNA從核糖體上釋放，核糖體大、小亞基解體，蛋白質合成結束。解離后的大小亞基又重新參加新的肽鏈的合成，循環(huán)往復，多肽鏈在核糖體上的合成過程又稱核糖體循環(huán)。釋放因子有兩類：Ⅰ類釋放因子識別終止密碼子，并能催化新合成的多肽鏈從P位點的tRNA中水解釋放出來；Ⅱ類釋放因子在多肽鏈釋放后，刺激Ⅰ類釋放因子從核糖體中解離出來。

原核生物有三種釋放因子：RF1、RF2、RF3。RF1識別UAA和UAG，RF2識別UAA和UGA。RF3為Ⅱ類釋放因子，與核糖體的解體有關。真核生物的Ⅰ類和Ⅱ類釋放因子分別只有一種，eRF1和eRF3

，eRF1可識別三種終止密碼子。圖5-15-1翻譯終止圖5-15-2翻譯終止三、蛋白質的翻譯后加工、修飾及定位

大多數(shù)由mRNA翻譯出來的多肽鏈是沒有功能的，這叫新生蛋白質或蛋白質前體，它們常要進行一系列翻譯后的加工，才能成為具有功能的蛋白質。與翻譯過程相比，蛋白產(chǎn)物的翻譯后加工顯得更加復雜。蛋白的成熟過程涉及信號肽的切除、多肽鏈內(nèi)二硫鍵的正確形成、多肽鏈的正確折疊、某些氨基酸殘基的修飾、寡聚體的形成等一系列翻譯后的加工、修飾過程，這通常是在特定的細胞器或亞細胞結構中完成的。（一）翻譯后的加工與修飾1、多肽鏈的水解切割兩種方式：一種是切割反應，可能是從多肽鏈的兩端或一端（N端fMet或Met）切除一段而產(chǎn)生縮短的活性蛋白如某些分泌型蛋白質、膜蛋白和一些細胞器膜上的蛋白質等。原核生物的肽鏈，其N端一般不保留fMet，由氨基肽酶（aminopeptidase）水解切除。也有少數(shù)肽鏈N端的fMet由脫甲酰酶（deformylase）去除甲?；琢虬彼岜槐Ａ粝聛?。這樣的蛋白質多肽鏈的N末端氨基酸就是甲硫氨酸在真核生物中，常在多肽鏈合成到一定長度（15~30個）時，其N端的甲硫氨酸被除去。（一）翻譯后的加工與修飾1、多肽鏈的水解切割兩種方式：另外一種是將多肽鏈切成一些不同的片段，從而使每個片段都有活性，脊椎動物肽類激素的合成屬于這種加工方式。如在垂體中合成的阿黑皮素就是一種多蛋白，含有十種以上的不同肽類激素，這些激素由新多肽鏈的水解性切割而釋放出來，成為有活性的蛋白質。圖5-16多肽鏈的水解切割左：新生肽鏈在去掉N端一部分殘基后變成有功能的蛋白質右：某些病毒或細菌合成無活性的多聚蛋白質切割為有功能的成熟蛋白2、內(nèi)含肽的切除有些蛋白質存在有間隔序列——內(nèi)含肽，類似于mRNA中的內(nèi)含子，必須將它們?nèi)コ⑼怙@肽相互連接后，蛋白質才會表現(xiàn)出功能。多數(shù)內(nèi)含肽長度在300~600個氨基酸之間，第一個內(nèi)含肽，于1990年在釀酒酵母中發(fā)現(xiàn)，在細菌和低等真核生物的基因中都報道過內(nèi)含肽的存在。

不同類型的加工多數(shù)是同時進行的，新生多肽進行折疊的同時被切割和修飾，蛋白質翻譯后加工可能對于新生多肽鏈形成有正確三維構象的蛋白質是必需的。但有可能切割和化學修飾是發(fā)生在蛋白質折疊之后，這是將已折疊成型但無活性的蛋白轉化為活性形式的一種調(diào)節(jié)機制。

3、二硫鍵的形成在mRNA分子上沒有胱氨酸的密碼子，而不少蛋白質分子中含有胱氨酸二硫鍵，有的還有多個。肽鏈內(nèi)或兩條肽鏈間的二硫鍵是在肽鏈形成后通過兩個半胱氨酸的巰基氧化而形成的。二硫鍵的形成對于許多酶和蛋白質的活性是必需的。4、肽鏈的折疊

蛋白質一般具有三級結構才可行使其功能，分子量小的蛋白質可以自發(fā)折疊，復雜結構的蛋白質，其新生肽鏈是在分子伴侶(molecularchaperone)幫助下完成的。分子伴侶并不特異地決定一個蛋白質的三級結構，它們僅幫助蛋白質建立其正確結構，其中研究得較多的分子伴侶是熱休克蛋白(heatshockportein，Hsp)Hsp70與Hsp40。5、特定氨基酸的修飾新生多肽鏈中的氨基酸只有21種。經(jīng)過翻譯后的修飾，可顯著地增加氨基酸種類，從而形成具有活性的蛋白質。修飾作用：包括磷酸化(如核糖體蛋白質)、糖基化(如各種糖蛋白)、甲基化(如組蛋白、肌肉蛋白質)、乙?；?如組蛋白)、羥基化(如膠原蛋白)和羧基化等。（二）蛋白質合成的抑制劑

蛋白質合成的抑制劑主要是一些抗生素，如嘌呤霉素、鏈霉素、四環(huán)素