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第7-8讲 翻译 文章目录 5. 翻译 (translation) 5.1 遗传密码 5.1.1 三联子密码及其破译 5.1.2 遗传密码的性质 5.2 tRNA ( 氨酰 tRNA) 5.3 核糖体 (ribosome) 5.4 翻译过程 5.4.1 起始前事件：氨基酸活化和核糖体解离 5.4.2 翻译的起始 5.4.3 肽链的延伸 5.4.4 肽链的终止 5.4.5 新合成多肽链的折叠和加工 5. 翻译 (translation)● 翻译：mRNA 碱基序列信息转换成多肽的氨基酸序列 ● 翻译的基本元件： 模板：mRNA; 转移 RNA(tRNA): 是模板与氨基酸之间的接合体。 场所：核糖体； 多种蛋白质、酶和其他生物大分子的参与。 能量：翻译过程是一个需能反应。 5.1 遗传密码贮存在 DNA 上的遗传信息通过 mRNA 传递到蛋白质上，mRNA 与蛋白质之间的联系是通过遗传密码的破译来实现的。 5.1.1 三联子密码及其破译 mRNA 上每 3 个核苷酸翻译成多肽链上的一个核苷酸，这 3 个核苷酸就称为一个密码子（三联子密码，triplet code）。 若以 3 个核苷酸代表一个氨基酸，有 43=64 种密码子，满足了编码 20 种氨基酸的需要。 用核苷酸的插入或删除实验证明 mRNA 模板上每三个核苷酸组成一个密码子。
Key terms 密码子（Codon）：是代表氨基酸或终止信号的核苷酸三联体。 遗传密码（Genetic code）：是 DNA（或 RNA）中的三联体与蛋白质中氨基酸之间的对应关系。 起始密码子 (Initiation codon)：是用于开始合成蛋白质的特殊密码子（通常是 AUG，也可以是 GUG)。 阅读框（Reading frame）：是将核苷酸序列作为一系列三联体读取的三种可能方式之一。 开放阅读框（ORF）：可能编码蛋白质的三联体读取方式。 终止密码子（Termination codon）：是导致蛋白质合成终止的三种 (UAG,UAA,UGA）中的一种。多肽链由 ORF（开放阅读框）确定 开放阅读框 (ORF)：连续的、非重叠的密码子串组成。是每个 mRNA 的蛋白质编码区域。 每个 ORF 以起始密码子开始，并以终止密码子结束。
一个 RNA 分子可以以三种可能的阅读框进行翻译，只有一种阅读框编码实际信息。 
三联子密码的破译 in vitro 翻译 核糖体结合技术–诱捕三核苷酸 · 以人工合成的三核苷酸如 UUU、UCU、UGU 等为模板，在含核糖体、同位素标记的 AA-tRNA 的适当离子强度的反应液中保温后通过硝酸纤维素滤膜。 · 游离的 AA-tRNA 因相对分子质量小能自由过膜，与模板对应的 14C 标记 AA-tRNA 能与核糖体结合，体积超过膜上的微孔而被滞留。 · 哪一种 AA-tRNA 被留在滤膜上，进一步分析这一组的模板是哪个三核苷酸，从模板三核苷酸与氨基酸的关系可测知该氨基酸的密码子。例如，模板是 UUU 时，Phe-tRNA 结合于核糖体上，可知 UUU 是 Phe 的密码子。 5.1.2 遗传密码的性质 密码的连续性 (commaless)：三个核苷酸编码一个氨基酸。三联子密码是非重叠 (non-overlapping) 和连续的 (commaless)。 密码的简并性 (degeneracy)：4 种核苷酸可组成 64 个密码子：61 个是编码氨基酸的密码子；3 个即 UAA、UGA 和 UAG 是终止密码子。由一种以上密码子编码同一个氨基酸的现象称为简并 (degeneracy)。 密码的普遍性 (universality)：生物界基本共用同一套遗传密码。 密码的特殊性 (specificity)：标准密码子适用于大多数生物，但并非适用于所有生物。在支原体中，终止密码子 UGA 被用来编码色氨酸；在嗜热四膜虫中，另一个终止密码子 UAA 被用来编码谷氨酰胺。对人、牛及酵母线粒体 DNA 序列和结构的研究还发现，在线粒体中也有一些例外情况，如 UGA 编码色氨酸，而非终止密码子；甲硫氨酸可由 AUA 编码等，体现了遗传密码的特殊性。 密码子与反密码子的相互作用。tRNA 的反密码子在核糖体内是通过碱基的 反向配对 与 mRNA 上的密码子相互作用的。 · 通常写为密码子 ACG /反密码子 CGU
★ 通用遗传密码及相应的氨基酸
★ 遗传密码子不同位置突变对氨基酸产物的影响 Transition（转换）：purine ↔ purine or pymidine ↔ pymidine ● 第 3 位：没有影响，除了 Met (AUG) ↔ Ile (AUA,AUC,AUU); Trp (UGG) ↔ stop (UGA) ● 第 2 位：产生相似化学类型的氨基酸。 Transversions （颠换）：purine ↔ pymidine ● 第 3 位: 大多没有影响，导致产生相似类型的氨基酸。如 Asp(GAU,GAC) ↔ Glu(GAA,GAG) ● 第 2 位: 改变氨基酸的类型 ● 第 1 位：转换和颠换突变都产生了相似类型的氨基酸，在少数情况下氨基酸保持不变 (Leu: CUA or UUA)。★ 起始密码子和终止密码子 AUG→甲硫氨酸及起始密码子 GUG→缬氨酸及起始密码子 UAA→终止密码子 (Ochre，赭石） UAG→终止密码子 (Amber，琥珀） UGA→终止密码子 (Opal，蛋白石）★ 摆动假说（Wobble hypothesis） 最早由 Crick 于 1966 年提出，密码子与反密码子配对时，前两对严格遵守配对原则，第三对碱基有一定的自由度，可以“摆动”，反密码子中 I（次黄嘌呤）可识别多个密码子，某些 tRNA 识别多个密码子。一个 tRNA 究竟能识别多少个密码子是由 反密码子的第一位碱基的性质决定的。 ★ tRNA: 第二遗传密码 模板 mRNA 只能识别特异的 tRNA，而不是氨基酸 只有 tRNA 上的反密码子能与 mRNA 上的密码子相互识别并配对 氨基酸本身不能识别密码子，只有结合到 tRNA 上生成 AA-tRNA, 才能被带到 mRNA-核糖体复合物上，插入到正在合成的多肽链的适当位置上。 多个密码子同时编码一个氨基酸，凡是第一、二位碱基不同的密码子都对应于各自独立的 tRNA。 原核生物中大约有 30-45 种 tRNA，真核细胞中可能存在 50 种 tRNA。★ tRNA 的功能 为每个三联密码子翻译成氨基酸提供了接合体。 为准确无误地将所需氨基酸运送到核糖体上提供了运送载体。★ tRNA 转录 tRNA gene 启动子 · 原核生物：一种聚合酶适用于所有 RNA 类型；类似的启动子和终止子序列 · 真核生物：内部启动子（ICR），由聚合酶Ⅲ转录；RNAP Ⅲ的一些启动子位于基因的上游。 pre-tRNA 转录后加工 ① 去除额外序列：5-前导序列，3-尾序列，内含子 ② 向 3’末端添加 5’-CCA-3’ ③ 所选碱基的化学修饰：修改的类型和程度各不相同；不同修饰产生不同三维结构和功能（氨基酸特异性）tRNA 一级结构 长度：60-95 nt (commonly 76) 残基：15 个 invariant（恒定）和 8 个 emi-invariant（半恒定）。invariant 和 semi-variant 核苷的位置在二级结构和三级结构中起着重要的作用。 含有修饰碱基 (Modified bases)： tRNA 中所有 4 种碱基都能被修饰 有时一个 tRNA 分子的 20% 的碱基是经过修饰的。 已发现有超过 50 种不同类型的修饰碱基。tRNA 二级结构
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不同 tRNA 在结构上比较保守，由小片段碱基互补配对形成三叶草形分子结构：4 条手臂 (arm or stem)，3 个环 (loop)。【本文地址】
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