6.4 蛋白质的翻译过程在线视频

蛋白质的翻译是如何在核糖体上

起始 延伸和终止的呢

首先 我们来学习蛋白质翻译的起始

翻译起始是核糖体大 小亚基 tRNA mRNA

在起始因子的协助下

组合成起始复合物的过程

要成功起始蛋白质翻译

必须做到三点

第一 核糖体与mRNA结合

第二 携带特定氨基酸的tRNA

与核糖体的多肽结合位点P位点结合

第三 核糖体精确地识别

并定位于起始密码子AUG

核糖体的定位决定了mRNA的读码框

核糖体在mRNA上1个碱基的位移

也将导致合成出完全不相关的多肽

因此 核糖体精确定位于

起始密码子是蛋白质正确翻译的关键

由于原核生物和真核生物的mRNA结构不同

它们翻译的起始也有所不同

在原核生物中

蛋白质翻译的起始氨基酸是甲酰甲硫氨酸

核糖体30S小亚基rRNA

首先通过碱基配对与mRNA模板相结合

再与甲酰甲硫氨酸-tRNA结合

最后与50S大亚基结合形成起始复合物

一般来说

mRNA与核糖体的结合程度越强

翻译的起始效率就越大

此外 起始密码子AUG的选择取决于

核糖体的小亚基与mRNA模板之间的相互作用

30S小亚基rRNA通过与mRNA模板中

正确的起始密码子AUG上游的

富含嘌呤的区域互补配对

形成双链RNA结构

结果将mRNA的起始密码子定位于

核糖体的多肽结合位点P位点

从而启动蛋白质合成

mRNA模板起始密码子上游的富含嘌呤的区域

也称为SD序列（Shine-Dalgarno sequence）

由澳大利亚科学家提出而命名

也被称为核糖体识别位点

SD序列通常位于翻译起始密码子AUG

上游约8-13个碱基位置

帮助招募rRNA

促成形成起始复合物

原核生物的mRNA 分子通常编码多个多肽链

称为多顺反子

一个SD序列也可以用于启动多个蛋白质的合成

此外 原核生物蛋白质翻译的起始

还依赖起始因子

起始因子是翻译起始阶段

结合到核糖体小亚基上的一些蛋白质

已发现的原核起始因子共有三种

分别为原核起始因子-1 -2 -3

简称IF-1 -2 -3

它们在原核生物蛋白质翻译的

起始过程中发挥不同作用

其中 IF-1与核糖体30S亚基氨酰-tRNA位点

即A位点结合

协助30S亚基和mRNA的结合

同时防止氨酰tRNA错误进入核糖体的A位点

而IF-3与核糖体30S亚基tRNA退出位点

即E位点结合

从而阻止核糖体大 小亚基的提前结合

30S小亚基必须先与mRNA结合后

才能与大亚基结合形成70S起始复合物

IF-2是GTP结合蛋白

协助第一个氨酰tRNA进入核糖体

进而与IF-2结合的GTP水解

促进IF-1 -2 -3与核糖体分离

30S小亚基与50S大亚基结合

从而生成形成70S起始复合物

此外 翻译结束后IF-3再次

与30S小亚基结合而促进核糖体大小亚基的分离

真核生物蛋白质翻译起始是一个更加复杂的过程

它需要一系列的蛋白参与

通过蛋白-蛋白 蛋白-rRNA相互作用

形成前起始复合物

包含核糖体40S小亚基和mRNA

之后再与60S大亚基结合

形成起始复合物

启动蛋白质翻译

这些蛋白统称为真核翻译起始因子

它们简称为eIF

目前已经发现了至少12种不同的起始因子

多数的功能仍需进一步研究

其中 eIF1A与原核起始因子IF-1一样

与核糖体小亚基氨酰-tRNA位点

即A位点结合

eIF1 和eIF5与核糖体小亚基退出位点

即E位点结合

而eIF3是一个蛋白复合物

它的一个或多个亚基可以与其他的起始因子

以及核糖体小亚基相互作用

这些相互作用可能是稳定的

从而可以形成稳定的复合物参与翻译起始进程

同时也可能是动态的

这就使得翻译起始进程在可调控的情况下进行

eIF2和原核起始因子IF-2

一样是GTP结合蛋白

它介导第一个氨酰tRNA 与核糖体40S小亚基的结合

和原核生物mRNA不同

真核生物的mRNA都有5' “帽子”结构

起始因子eIF4E可以与eIF4A

和eIF4G共同组成eIF4F复合物

其中eIF4E通过特异性

识别结合mRNA的5'帽子结构

将eIF4A带到mRNA的5'端

eIF4A是RNA解旋酶

eIF4A的解旋酶活性可以打开

mRNA 5'端的二级结构

另一个起始因子eIF4B 可以增强eIF4A的解旋酶活性

所以 eIF4F复合物在真核翻译的起始过程中发挥重要作用

在前起始复合物中

由于eIF-3和40S小亚基相结合

eIF-6和60S大亚基相结合

所以大 小亚基暂时不能相结合

形成前起始复合物的关键是

协助核糖体找到mRNA的起始密码子AUG

目前认为

寻找mRNA起始密码子的方式

可能以扫描的方式进行

43S前起始复合物向从5’端向3’端

扫描mRNA寻找适当5的’端附近的

起始密码子AUG

真核生物的翻译起始于甲硫氨酸

当甲硫氨酰-tRNA与起始密码子成功配对后

60S大亚基上的eIF-6被释放

促成60S大亚基与40S复合物的结合

形成80S起始复合物

在起始因子eIF-5参与下

eIF-2-GTP水解成eIF-2-GDP

这样 eIF-2 eIF-3 eIF-4 eIF-1

离开起始复合物 蛋白翻译随即开启

蛋白质翻译的延伸是核糖体

不断将新的氨基酸连接到

已有肽链（或起始氨基酸）的羧基端

直至合成出完整肽链的过程

这是一个不断循环的过程

每个循环增加一个氨基酸包括3个步骤

第1步是进位

也就是氨酰-tRNA分子

结合到核糖体氨酰tRNA 位点

第2步是成键 即形成新的肽键

第3步是移位 即形成新肽键后

核糖体小亚基沿mRNA模版

移动三个核苷酸即一个密码子的距离

同时 空载tRNA离开核糖体

核糖体得到了"重置"

和蛋白质翻译的起始一样

蛋白质翻译的延伸也需要延伸因子

氨酰tRNA需要在延伸因子的协助下

才能进入氨酰tRNA位点

此外 还需要特定的校对机制来保证翻译的忠实性

原核生物有两种延伸因子

EF-Tu和EF-Ts

蛋白质翻译的延伸还消耗GTP

氨酰tRNA与延伸因子EF-Tu•GTP结合

形成三元复合物后才能与翻译起始复合物结合

反密码子与密码子的完美配对

可引起核糖体构象变化

诱发GTP的水解

释放出EF-Tu•GDP

延伸因子EF-Ts的作用

是促进EF-Tu•GTP的再生

参加下一轮进位反应

在翻译延伸的移位（translocation）阶段

核糖体会沿mRNA移动一个密码子

空载tRNA经tRNA退出位点离开

肽酰tRNA移动进入肽酰tRNA位点

氨酰tRNA位点空出

以接受下一个氨酰tRNA

移位需要延伸因子G（EF-G）的协助

EF-G 也是GTP结合蛋白

EF-G与核糖体的结合可激活其GTP酶活性

GTP水解诱导核糖体构象变化而促成核糖体的移位

当核糖体移动到达mRNA编码序列的末端

也就是终止密码子进入氨酰tRNA位点时 是翻译的终止信号

蛋白翻译即进入终止阶段

这个阶段主要包括新生肽链的释放

以及核糖体的解分离

在大多数生物中

64个密码子中的三个（UAA UAG和UGA）

是翻译的终止信号

称为终止密码子 也叫无义密码子

与有义密码子不同

终止密码子的识别不依赖于tRNA

而是依赖于称为释放因子蛋白

这些蛋白由于参与了新生肽链的释放

所以称为释放因子

释放因子分为两类 I类和II类

I类释放因子的结构与tRNA非常类似

可以通过类似密码子-反密码子的相互作用

来识别终止密码子

II类因子具有GTP酶活性

起着类似于延伸因子EF-Tu的作用

II类因子与核糖体结合后

可触发其GTP酶活性 促进GTP水解

从而辅助I类因子进入肽基转移酶中心（PTC）

I类因子催化肽链的水解和释放

肽链释放后

核糖体仍然与mRNA 脱酰基的tRNA

以及I类释放因子RF1结合

在另一些蛋白因子的协助下

核糖体大 小亚基解离

释放出mRNA和脱酰的tRNA

进行下一轮蛋白质翻译

这也称为核糖体再生

核糖体再生是正常翻译过程中一个不可缺少的环节

原核生物核糖体再生需要

特殊的核糖体循环因子

这个因子与延伸因子EF-G共同作用

在释放因子释放后促进核糖体大 小亚基解离

真核生物核糖体再生需要释放因子eRF1

与ABC-ATP酶家族的Rli1 / ABCE1的共同作用

ABCE1是一种非常保守的蛋白

可以利用GTP水解推动构象变化

从而促进核糖体大 小亚基的解离

ABCE1还可以阻止核糖体的大 小亚基重新结合

与小亚基结合的mRNA和

脱酰基tRNA的释放则需要起始因子小亚基的结合

好了 这就是蛋白质的起始 延伸和终止过程

本节课就到这里 下节课再见