浙江工程学院学报,第21卷,第4期,2004年12月
Journal of Zhejiang Institute of Science and T echnology V ol .21,N o .4,Dec 12004
文章编号:100924741(2004)04-0312-04
收稿日期:2004-06-14
作者简介:周 培(1979-
),男,浙江宁波人,硕士,讲师,主要从事ACAT 转录以及翻译的研究。真核细胞蛋白质翻译起始研究进展
周 培1,杨 力2,陈 佳2,李伯良2,赵学明1,张耀洲3
(1.天津大学化工学院,天津 300072; 2.中国科学院上海生化及细胞研究所,上海;200031;
3.浙江理工大学生物化学研究所,浙江杭州 310033)
摘要:在大量有关机制的研究基础上,针对真核蛋白质翻译起始,提出了核糖体沿mRNA 滑动识别翻
译起始位点的机制和核糖体从mRNA 内部识别翻译起始位点的机制。
关键词:真核细胞;蛋白质;翻译起始
中图分类号:Q243 文献标识码:A
细胞的新陈代谢、生长和分化等许多基本的生命现象都受到细胞内基因的调控,而基因的这种调控作用则是通过其相应的蛋白质产物来实现的。作为细胞内最基本和最关键的反应之一,越来越多的实验证据表明,蛋白质的翻译对细胞内基因的正常功能发挥起到关键的调控作用。细胞内蛋白质的翻译一般被分为主要的三步:起始、延伸和终止,而已有的报道基本上都集中在对蛋白质翻译起始阶段的研究上。1 核糖体与mRNA 的识别结合
真核细胞蛋白质翻译起始远比原核细胞的复杂。真核细胞的核糖体主要由40S 小亚基和60S 大亚基构成。40S 核糖体亚基通过对mRNA 序列结构的识别首先与mRNA 结合,在到达正确的翻译起始密码子后与60S 核糖体亚基一起形成有活性的80S 核糖体复合物,起始蛋白质的翻译。核糖体对mRNA 的识别结合是蛋白质翻译起始的关键步骤,已有的文献报道主要分为两类,分别是核糖体对mRNA 5′-末端序列结构的识别结合和核糖体对mRNA 内部序列结构的识别结合。
40S 核糖体亚基与mRNA 5′-末端的识别结合需要真核翻译起始因子-4F (elF -4F )复合物的参与。由elF4E 、elF4G 和elF4A 组成的起始因子elF -4F 复合物可以帮助40S 核糖体识别mRNA 的5′-端帽子结构(7mG cap ),这同时还需要负责与tRNA -Met i 结合的真核翻译起始因子-2(elF -2)和与40S 核糖体亚单位相互作用的真核翻译起始因子-3(elF -3)的参予。这些因子的参与保证了40S 核糖体亚基与mRNA 的5π-末端帽子结构相结合,这种结合方式也可被称为依赖于帽子结构的翻译起始(cap 2dependent initiation )。
在另一种情况下,40S 核糖体亚基通过对mRNA 内部的核糖体进入位点(internal ribos ome enter site ,IRES )序列结构的识别,直接与mRNA 的内部序列结合[1]。这种翻译起始与IRES 上存在的二级结构直接相关,而不依赖于mRNA 的5π-末端帽子结构,也可被称为是不依赖于帽子结构的翻译起始(cap 2independent initiation )。有报道表明,这种核糖体与mRNA 的结合可能需要另外一些特殊的真核翻译起始因子的参与。
针对上述两种不同的核糖体进入mRNA 的形式,分别提出了核糖体沿mRNA 滑动识别翻译起始位点的机制和核糖体从mRNA 内部识别翻译起始位点的机制并给予了相应的阐述,这些将在后面(真核细胞蛋白质翻译起始机制)详细介绍。
2 核糖体对翻译起始位点的选择
结合到mRNA 上的核糖体对翻译起始位点的选择,目前为止的研究报道主要可分为两类。一类主要是由起始tRNA (Met -tRNA i Met )通过反密码子与mRNA 密码子的碱基配对实现的,这时翻译由AUG 密码子或AUG 类似的密码子起始。也有报道表明存在一类不依赖于Met -tRNA i Met 的翻译起始,理论上这种起始可以发生在任一密码子上。
真核细胞的起始tRNA 通常为Met -tRNA i Met ,因此蛋白质的翻译起始位点的密码子通常为AUG 密码子,编码的第一个氨基酸为甲硫氨酸。在研究中也发现一些类似AUG 的密码子(如ACG,C UG 和G UG 可以作为翻译起始的密码子,但这些类似AUG 的密码子编码得到的第一个氨基酸并不是相应的苏氨酸,亮氨酸或缬氨酸,而是甲硫氨酸[2,3]。这些可能是类似AUG 密码子与Met -tRNA i Met 的反密码子通过碱基的模糊配对来实现。
近些年来,也有报道认为,存在于mRNA 上的二级结构可以占据核糖体的翻译起始P 位点,起到翻译起始tRNA 的作用,使携带着氨基酸的tRNA 可进入核糖体的A 位点,起始蛋白的翻译[4～7]。这是一种不依赖于Met -tRNA i Met 的翻译起始,并且翻译的第一个氨基酸理论上可以是任一个氨基酸。这方面的研究,目前还仅有核糖体从mRNA 的IRES 进入并识别翻译起始位点的报道。
3 真核细胞蛋白质翻译起始机制
在真核细胞蛋白质翻译起始的研究中,相应于不同的现象,也提出了一些不同的机制并进行阐述,主要有核糖体沿mRNA 滑动识别翻译起始位点的机制和核糖体从mRNA 内部识别翻译起始位点的机制。311 核糖体沿mRNA 滑动识别翻译起始位点的机制
经典的理论认为,真核细胞的核糖体不直接与mRNA 的翻译起始密码子结合,而是先与mRNA 的5′-末端帽子结构相结合,然后通过一种相对复杂的核糖体滑动机制到达翻译起始密码子,通过60S 核糖体亚基的整合形成80S 核糖体,起始蛋白质的翻译。这是一个mRNA 、tRNA 和核糖体相互识别和结合的反应,其中有大量的真核翻译起始因子的参与(图1)。这一过程可分为主要的三步:a )起始tRNA (Met -tRNA i )和一些真核翻译起始因子与40S 核糖体亚基一起结合到mRNA 上形成43S 起始复合物;b )形成的43S 复合物通过在mRNA 上的滑动到达并停留在正确的翻译起始密码子上,形成48S 复合物,其中对翻译起始密码子的正确识别是通过AUG 密码子与Met -tRNA i 的反密码子的准确配对完成的;c )60S 核糖体亚基结合到翻译起始的AUG 密码子上形成具有翻译起始活性的80S 核糖体复合物,引导真核蛋白的正确翻译起始[8]
。
图1 大量真核翻译起始因子参与的反应过程
312 核糖体从mRNA 内部识别翻译起始位点的机制
在对真核翻译起始的深入研究中,发现真核细胞的核糖体可以通过mRNA 上特殊的序列结构(IRES )与mRNA 识别,并从IRES 位点直接进入mRNA 的内部,并引导蛋白的翻译起始。通过一些特殊的反式因子的作用,IRES 将40S 核糖体亚基直接引导至mRNA 的内部起始密码子上,这一过程不受mRNA 的5’-末端的帽子结构的调控,如图2所示。在最近的实验分析中还发现,从CrPV 的IRES 进入mRNA 时也可不需要任何的起始tRNA 或起始因子,这说明可能存在另外的由iRES 介导的起始机制[9,10]。
IRES 的发现源于对病毒基因表达的研究。与真核细胞内的mRNA 不同,自然界中的小核糖核酸病毒不含有5′-端帽子结构,它们的5′-非翻译区具有一些复杂的特征:a )一个长的先导序列;b )稳定的二级结构;c )潜在的上游起始密码子。所有的这些特征都可能削弱核糖体与mRNA 的结合及其沿mRNA 的线性滑动。1988年,最先报道了对脊髓灰质炎病毒(poliovirus )和脑心肌炎病毒(E MC V )的5′-非翻译区
313第4期周 培等:真核细胞蛋白质翻译起始研究进展
图2 IRES 将40S 核糖体亚基直接引导的图解的研究,认为该5′-非翻译区的结构特征打破了经典
的翻译起始规则。现在,利用具有两个非重叠开放阅
读框架的双顺反子作为一种很好的研究模型,可以广
泛的研究不依赖于5′-端帽子结构的mRNA 翻译起
始。在这种研究模型中,脊髓灰质炎病毒的5′非翻译
区被插入到两个不重叠的ORF 之间,下游的顺反子不
依赖于上游顺反子5′-端的帽子结构仍然能够起始翻译,这被认为是研究IRES 的黄金方法,运用这种研
究方法,在所有的小核糖核酸病毒中都发现IRES 的存在[11]。
在深入的研究中发现,在mRNA 的IRES 中存在着类似的高级结构,这些共同的序列结构特征对核糖体与IRES 的结合至关重要。如在小核糖核酸病毒IRES 中存在一个聚嘧啶区域(pyrimidines ),并且在此聚嘧啶区域的下游大约20个核苷酸后存在一个AUG 密码子,真核状态下的这种序列特征被认为类似于原核生物mRNA 中的S D 序列。在脊髓灰质炎病毒RNA 中,核糖体能够识别这种聚嘧啶-AUG 特征,但是此聚嘧啶-AUG 特征中的AUG 不能够被用来作为翻译起始位点(可能是由于此AUG 的旁侧序列不是最佳的)。核糖体从此位点进入,并沿mRNA 滑动直到遇到真正的翻译起始位点,起始蛋白质的翻译。而在脑心肌炎病毒RNA 中,核糖体能够识别这种聚嘧啶-AUG 特征,并直接由此AUG 密码子起始翻译,如图3所示[12]
。
图3 脑心肌炎病毒RNA 直接由AUG 密码子起始翻译在对IRES 的研究中还发现了不依赖于Met
-tRNA i Met 的翻译起始。在对一类昆虫RNA 病
毒(plautia stali intestine virus )的研究中发现其
IRES 结构的下游存在一个假结结构
(pseudoknot ),由这个假结结构介导了其衣壳蛋
白的合成由C AA 密码子起始翻译,且第一个氨基酸为谷氨酰胺,而不是经典的甲硫氨酸,如
图4所示。在对另外一种昆虫麻痹病毒(cricket paralysis virus )的研究中同样发现了类似的不依赖于甲硫氨酸的翻译起始。通过核糖体的印记实验发现,位于翻译起始位点上游的mRNA 高级结构占据了核糖体的P 位点,而起始密码子G C U 占据了A 位点并起始翻译第一个氨基酸,为丙氨酸。这种翻译机制的发现极大的扩大了对真核细胞蛋白质翻译起始的认识[6,7]
。
图4 一类昆虫RNA 病毒PSI V 的假结结构如同许多病毒mRNA 一样,许多细胞内mRNA 在
它们的5′-非翻译区也具有类似上述病毒RNA 的特
殊结构特征,使得它们不可能依赖5′-端帽子结构起
始翻译。另外,当依赖5′-端帽子结构的翻译起始被
抑制后,一些细胞内mRNA 仍然可以进行翻译。这些
发现,引起了人们对在细胞内是否存在这种核糖体从
mRNA 内部进入的翻译机制的争论。细胞内的IRES
活性首先在免疫球蛋白重链结合蛋白(BiP )mRNA 的220个核苷酸长度的5′-非翻译区内被鉴别出
来[13]接着在酵母、果蝇、鸟类和哺乳动物中都不断的发现了IRES 活性,这表明核糖体从内部进入mRNA 起始细胞蛋白质的翻译要远比以前想象的广泛存在。有意义的是,现在IRES 已被利用于基因治疗的研究之中[14,15]。
4 结 语
现有的研究表明,真核细胞蛋白质的翻译起始是一个极为复杂的过程:真核细胞核糖体可以从mRNA 的5′-末端的帽子结构进入mRNA ,也可以由mRNA 的中间直接进入mRNA :真核细胞蛋白质可以通过Met -tRNA i Met 选择相应的AUG 密码子或AUG 类似的密码子翻译起始,编码的第一个氨基酸为甲硫氨酸;也可以不通过Met -tRNA i Met 选择翻译起始密码子,这时编码的第一个氨基酸理论上可以是任一氨基酸。对真核细胞蛋白质翻译起始的研究,尤其是对核糖体从mRNA 内部识别翻译起始和不依赖于Met -tRNA i Met 的翻译
413浙江工程学院学报 2004年 第21卷
起始的研究,不仅扩大了人们对真核细胞蛋白质翻译起始的认识,也扩大了对真核细胞基因表达及其产物概念的理解。
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Progre ss of Translation Initiation Re search about Eukaryote s Cell
ZHOU Pei 1,Y ANG Li 2,CHEN Jai 2,LI Bo 2liang 2,ZH AO Xue 2ming 1,ZH ANG Yao 2zhou 3
(1.School of Chem ical Engineering and T echnology of T ianjin University ,T ianjin 300072,China ;2.Institute of Biochem istry and Cell
Biology ,SI BS ,CAS ,Shanghai 200031China ;3.Institute of Biochem istry ,Zhejiang University of Sciences ,Hangzhou 310033,China )
Abstract :The em phasis of translation initiation research in eukary otes mainly lies in tw o aspects ,which is the
binding process of ribos ome to mRNA and the recognition of the initiation sites.There are tw o types of binding process of the eukary otes during the translation initiation.The ribos ome binds to the 5’m7G cap ,or directly enters the internal ribos ome enter site (IRES ).S ome researchers als o reported that eukary otes can take both the AUG and AUG 2cognate as start codons in translation initiation.Based on the research of the translation initiation mechanism ,the scanning m odel and the internal initiation of translation m odel are brought forward.All these researches and hypothesis on the mechanism enrich the understanding of the translation initiation of eukary otes.
K ey words :Eukary otes ;Protein ;T ranslation initiation
(责任编辑:马春晓)513第4期周 培等:真核细胞蛋白质翻译起始研究进展
氨基酸的活化a.起始信号（AUG-甲硫氨酸密码子）和缬氨酸（GUG）极少出现i.真核生物起始氨基酸—甲硫氨酸，原核生物-甲酰甲硫氨酸 ii.SD序列：存在于原核生物起始密码子AUG上游7~12个核苷酸处的一种4~7个核苷酸的保 守片段，与16srRNA3’端反向互补。功能将mRNA的AUG起始密码子置于核糖体的适当位置以便起始翻译作用。 1)原核生物的SD序列：原核mRNA起始密码子上一段可与核糖体结合的序列。30s小亚基首先与 翻译因子IF-1（与30s结合）和IF-3（稳定小亚基，帮助其与mRNA结合位点的识别）结合，通过SD序列与mRNA模板相结合。 iii.真核生物依赖于结合5'帽，核糖体小亚基沿mRNA5'端帽子结构扫描到RBS iv.在IF2起始因子和GTP的帮助下，fMet-tRNA进入小亚基的P位，tRNA上的反密码子与mRNA密码子配对。 v.小亚基复合物与50s大亚基结合，GTP水解，释放翻译起始因子vi.翻译的起始 b.后续氨基酸与核糖体的集合：第二个氨酰-tRNA与EF-Tu.GTP形成复合物，进入核糖体的A位，水解产生GDP并在EF-Ts的作用下释放GDP并使EF-Tu结合另一分子GTP形成新的循环。i.肽键的生成：AA-tRNA占据A位，fMet-tRNA占据P位，在肽基转移酶的催化下，A位上的AA-tRNA转移到P位，P位上的起始tRNA转移至E位，与fMet-tRNA上的氨基酸生产肽键。起始RNA随后离开。 ii.移位：核糖体通过EF-G介导的GTP水解所提供的能量向mRNA模板3'末端移动一个密码子，二 肽基-tRNA完全进入P位点 iii.肽链的延申 c.当终止密码子UAA,UAG，UGA出现在核糖体的A位时，没有相应的AA-tRNA能与其结合，而释放因子能识别密码子并与之结合，水解P位上的多肽链与tRNA之间的二酯键，然后新生的肽链释放，核糖体大小亚基解体 i.肽链的终止 d.N端fMet或Met的切除i.二硫键的形成ii.特定氨基酸的修饰iii.新生肽段非功能片段的切除iv.蛋白质前体的加工 e.无义突变：DNA序列中任何导致编码氨基酸的三联密码子突变转变为终止密码子 UAA,UGA,UAG中的突变，使得蛋白质合成提前终止，合成无功能或无意义的多肽。1)错义突变：由于结构基因中某种核苷酸的变化使一种氨基酸的密码变成另一种密码。2)同工tRNA：识别携带相同氨基酸的tRNA i.校正tRNA： ii.tRNA种类 f.蛋白质的生物合成 1.翻译 2019年6月19日 19:50
分子机制研究套路（三） 翻译起始因子 课题：受体A蛋白与真核翻译起始因子B相互作用的分子机制及功能研究 1．概念介绍： 众所周知，蛋白质是具有内在结构并能够发挥众多功能的一类生物大分子。蛋白质通常由二十种氨基酸通过不同的搭配组成，每一个蛋白质都是由一条或多条氨基酸分子形成的肤链组成。而多肤链中的氨基酸是由其对应的信使RNA(messenger RNA, mRNA)分子中的核酸基序决定的。mRNA分子要将自身携带的信息转化为不同功能的蛋白质，就必须通过翻译过程。整个翻译过程分为三步：翻译起始，翻译延伸和翻译终止。每一步过程都需要有许多蛋白质的参与，其中翻译的起始是整个过程的开端，意义重大。 翻译起始过程可被分为三步：首先，40S小亚基与翻译起始因子结合，在翻译起始因子的帮助下与mRNA模板结合；然后，在翻译起始因子和GTP的帮助下，Met-tRNA进入小亚基，tRNA上的反密码子与mRNA上的起始密码子配对；最后，由tRNA，mRNA，翻译起始因子组成的小亚基复合物与大亚基结合，伴随着GTP的水解，并释放出翻译起始因子。 真核翻译起始因子(eukaryotic initiation factor，eIF)，是指参与和帮助真核细胞翻译起始这一过程的蛋白质。与原核翻译起始因子只有三种(IF1、IF2、IF3)相比，真核翻译起始因子种类多且复杂。通过这些真核翻译起始因子之间以及不同的真核翻译起始因子与其它细胞器或大分子(核糖体，mRNA，起始tRNA)之间的相互作用，来完成真核生物的翻译起始。对于真核生物来说，其翻译起始过程更多的依赖于蛋白质与蛋白质以及蛋白质与RNA之间的相互作用。 除了参与真核翻译起始进程之外，大多数真核翻译起始因子还有其他一些功能。比如参与细胞生长和细胞周期的调控，与某些疾病的发生相关等。
氨基酸对蛋白质翻译起始因子的调控 邓敦 1,2 ,刘春生1,陈峰 1,2 ,邓跃林 1,2 ,毕英佐 2 (1.广东温氏食品集团有限公司,广东新兴527439;2.华南农业大学,广东广州510640) 摘要 氨基酸既是蛋白质合成的底物又是细胞内信号传导通路的调节物。综述了蛋白质翻译起始过程、氨基酸在翻译起始Met tRNAi 结合阶段和m RNA 结合阶段的调节及氨基酸调节蛋白翻译起始的信号传导机制。关键词 氨基酸;蛋白质翻译起始因子;信号传导 中图分类号 Q517 文献标识码 A 文章编号 0517-6611(2008)09-03519-02 Regula tion o f A mino Acid in the Protein T ranslation Initiation Fa ctor DE NG D un et al (Guan gdon g Wen s Foodstuffs Group C o.Ltd,Xinxing,Guangdong 527439) Abstract Ami no acids are both the su bstances of p rotein synthesis and the regulators of signal transd uction i n cells.The research progress i n the p rotein translation ini tiati on was revie wed ,an d the regulation of ami no acid s in the bindi ng ph ase of Met tRN Ai and m RNA,and the si gn al transduction mechanism of amino acids on protein translation ini tiati on were el ucid ated in this paper.Key w ords Amino acid s;Protein tran slation initiation;Signal transd uction 作者简介 邓敦(1974-),男,湖南邵阳人,博士后,从事猪的营养与 免疫研究。 收稿日期 2007 12 24 营养物质可以通过多种途径对基因表达进行多层次、多水平的调控作用,从而影响动物机体的生长代谢。最近研究表明,氨基酸除了作为各种代谢途径如蛋白质合成的底物外,也对mR NA 翻译过程有重要调节功能,最典型的是介导胰岛素和I GF I 等促生长激素的信号传导通路,由氨基酸传递信号通路的作用终点往往是mR NA 翻译起始的调节蛋白。笔者综述了蛋白质翻译起始、氨基酸对翻译起始Met tR NAi 结合阶段和mRN A 结合阶段的调节及氨基酸调节蛋白翻译起始的信号传导机制。 1 翻译的起始过程 mR NA 翻译过程可以分为起始、延长和终止3个阶段,每一阶段都涉及一组不同的蛋白质因子,分别称为起始因子、延长因子和终止因子。虽然氨基酸对mR NA 翻译的延伸和终止过程也有调控作用,但最基本和最主要的调控发生在起始阶段[1]。 真核生物蛋白质合成起始是一个复杂的多步骤过程,目前发现有13种真核起始因子(Euka ryo tic initiatio n factors,e IFs)参与蛋白质合成。肽链起始包括4个必需过程: 80S 亚基解离成60S 和40S 亚基;!蛋氨酰转运核糖核酸(Me t tRN A)与40S 亚基结合形成43S 前起始复合物;?mRN A 与43S 前起始复合物结合;#mRN A 与43S 前起始复合物结合后,再与60S 亚基结合,形成具有活性的80S 亚基。其中肽链起始对体内蛋白质合成重要两步是!和?[2]。 2 氨基酸对翻译起始Met tRNAi 结合阶段的调节 在细胞培养中,缺失单个必需氨基酸会引起整个蛋白质合成速度下降,这可能是由于蛋白质合成直接前体物(氨酰-tR NA)的效价降低。通过氨基酸类似物或非许可温度培养含有le uc yl tR NA 合成酶温度敏感参数的细胞,抑制了氨酰-tR NA 和tR NA 的装载,从而限制蛋白质合成速度[3] 。许多试验表明,翻译起始过程受血浆氨基酸浓度的影响。氨基酸抑制翻译是通过Met tR NAi 结合到40S 核糖体亚基,而这种结合由真核生物起始因子2(eI F2)、鸟苷酸(G TP)和Met tR NAi 复合物来调节[4]。G TP 结合到e IF2上,G TP 水解为GDP,eI F2 GDP 复合物从40S 亚基上游离下来,GDP 结合到eI F2上 交换GTP,通过GTP 交换因子e IF2B,又重新合成eIF2 G TP Me t tR NAi 复合物(图1)。氨基酸调控蛋白合成主要是由eI F2 磷酸化来控制eI F2B 活性来完成的。氨基酸缺乏导致eI F2 磷酸化相应的激酶,在酵母中是GCN2(Gcn 2p 基因的产物),Gcn 2p 域结构和组氨酰-tR NA 合酶(His RS 域)与蛋白激酶相似,最近研究表明,未载tRN A 与His R S 域结合导致Gcn 2p 构象改变而激活。因此,氨基酸缺乏将使未载tR NA 增加,激活Gcn 2p,使e IF2 磷酸化,抑制eI F2B 活性,这表明氨基酸缺乏会引起e IF2 磷酸化的变化,从而抑制蛋白质合成[3]。 图1 M et tRNAi 与40S 亚基结合过程[3]Fig.1T he step o f Met tRNAi b inding to 40S [3] 3 氨基酸对翻译起始mRNA 结合阶段的调节 氨基酸对翻译起始mR NA 结合阶段的调节如图2。mR NA 与43S 起始前复合物的结合受e IF4F 异三聚体复合物的调节[4],eI F4F 复合体水平和活性的变化决定核糖体与mR NA 结合速度的变化。 eI F4F 复合体由3种蛋白组成:e IF4G 、eIF4E 、eIF4A 。eI F4G(M,220000)充当着?脚手架%的角色,使其他与翻译起始有关的蛋白因子与之结合而发挥各自作用。e IF4A(M,48000)是A TP 依赖R N A 解旋酶。eI F4E(M,24000)是一帽结合蛋白,eI F4E 以游离或复合物的形式存在于真核细胞中。 安徽农业科学,J ou rnal of An hui Agri.Sci.2008,36(9):3519-3520,3530 责任编辑 方媛 责任校对 方媛
第十二章蛋白质生物合成（翻译）单选题 1在蛋白质生物合成中转运氨基酸作用的物质是 A mRNA B rRNA C hnRNA D DNA E tRNA 2蛋白质生物合成过程特点是 A 蛋白质水解的逆反应 B 肽键合成的化学反应 C 遗传信息的逆向传递 D 氨基酸的聚合反应 E 在核蛋白体上以mRNA为模板的多肽链合成过程 3真核生物在蛋白质生物合成中的起始tRNA是 A 亮氨酰tRNA B 丙氨酸tRNA C 赖氨酸tRNA D 甲酰蛋氨酸tRNA E 蛋氨酸tRNA 4原核生物蛋白质生物合成中肽链延长中的直接能量提供者是： A ATP B GTP C GDP D UTP E CTP 5下列关于遗传密码的叙述哪一项是正确的？ A 由DNA链中相邻的三个核苷酸组成 B 由tRNA链中相邻的三个核苷酸组成 C 由mRNA链中相邻的三个核苷酸组成 D 由rRNA链中相邻的三个核苷酸组成 E 由多肽链中相邻的三个氨基酸组成 6mRNA可作为蛋白质合成的模板是由于： A 含有核糖核苷酸 B 代谢快 C 含量少 D 由DNA转录而来 E 含有密码子 7反密码子是指 A DNA中的遗传信息 B tRNA中的某些部分 C mRNA中除密码子以外的其他部分 D rRNA中的某些部分 E 密码子的相应氨基酸 8蛋白质合成时，氨基酸的被活化部位是 A 烷基 B 羧基 C 氨基 D 硫氢基 E 羟基 9氨基酰-tRNA合成酶的特点是： A 只对氨基酸有特异性 B 只对tRNA有特异性 C 对氨基酸和tRNA都有特异性 D 对GTP有特异性 E 对ATP有特异性 10关于蛋白质合成的终止阶段，正确的叙述是 A 某种蛋白质因子可识别终止密码子
蛋白质的生物合成??翻译 一切生命现象不能离开蛋白质，由于代谢更新，即使成人亦需不断合成蛋白质(约400g/日)。蛋白质具有高度特异性。不同生物，它们的蛋白质互不相同。所以食物蛋白质不能为人体直接利用，需经消化、分解成氨基酸，吸收后方可用来合成人体蛋白质。 mRNA含有来自DNA的遗传信息，是合成蛋白质的“模板”，各种蛋白质就是以其相应的mRNA为“模板”，用各种氨基酸为原料合成的。mRNA不同，所合成的蛋白质也就各异。所以蛋白质生物合成的过程，贯穿了从DNA分子到蛋白质分子之间遗传信息的传递和体现的过程。 mRNA生成后，遗传信息由mRNA传递给新合成的蛋白质，即由核苷酸序列转换为蛋白质的氨基酸序列。这一过程称为翻译（translation）。翻译的基本原理见图14-1。 由图14-1可见，mRNA穿过核膜进入胞质后，多个核糖体（亦称核蛋白体，图中为四个）附着其上，形成多核糖体。作为原料的各种氨基酸在其特异的搬运工具（tRNA）携带下，在多核糖体上以肽键互相结合，生成具有一定氨基酸序列的特定多肽链。 合成后从核糖体释下的多肽链，不一定具有生物学活性。有的需经一定处理，有的需与其他成分（别的多肽链或糖、脂等）结合才能形成活性蛋白质。 第一节参与蛋白质生物合成的物质 参与蛋白质合成的物质，除氨基酸外，还有mRNA（“模板”）、tRNA（“特异的搬运工具”）、核糖体（“装配机”）、有关的酶（氨基酰tRNA合成酶与某些蛋白质因子），以及ATP、GTP等供能物质与必要的无机离子等。 一、mRNA与遗传密码 天然蛋白质有1010~1011种，组成蛋白质的氨基酸却只有20种。这20种氨基 1
蛋白质合成——翻译 1、核糖体（ribosome）组成： 2、核糖体RNA（rRNA）： 3、合成机制： *在蛋白质生物合成时，tRNA活化成携带有相应氨基酸的氨基酰 -tRNA是翻译过程启动的先决条件。 *细胞内共有20余种氨酰-tRNA合成酶分别参与合成不同的氨酰 -tRNA的合成。氨酰-tRNA合成酶具有底物的绝对专一性，对氨 基酸，tRNA两种底物都能高度特异性的识别。 *tRNA分为起始tRNA（特性的识别起始密码子）和延伸tRNA，真 核生物的起始tRNA携带甲硫氨酸（Met），书写为Met-tRNAi Met； 原核生物起始tRNA携带甲酰甲硫氨酸（fMet），由于甲硫氨酸 -NH2被甲酰化，书写为fMet-tRNAi fMet。（i表示起始initiation） *同工tRNA，一种氨基酸有多种密码子，所以就有多种tRNA， 这几种代表相同氨基酸的rRNA称为同工tRNA。 *活化过程需要ATP消耗： 第一步形成氨酰腺苷酸-酶复合体。 AA+ATP+酶（E）——>AA-AMP-E+PPi （E指氨酰-tRNA合成酶） 第二步是氨酰基转移到3’端 AA-AMP-E+tRNA——>AA-tRNA+E+AMP
4、具体过程： （1）氨基酸活化（同上） （2）翻译的起始：真核生物中，任何一个多肽的合成都是从生成甲硫氨酸-tRNAi Met开始的，因为甲硫氨酸的特殊性，体内存在两种tRNA Met，只有甲硫氨酸-tRNAi Met才能与核糖体小亚基40S结合，起始肽链合成，普通的tRNA Met中携带的甲硫氨酸只能在延伸过程中插入到A位点参与肽链合成。 真核生物中，40S小亚基首先与Met-tRNAi Met结合，再与模版mRNA结合，最后与60S大亚基结合生成80S*mRNA*Met-tRNAi Met复合物。起始复合物的生成需要GTP供能，还需要Mg2+，NH4+和3个起始因子（IF1，IF2，IF3）。 原核生物翻过起始过程： 第一步：30S小亚基首先与起始因子IF1，IF3结合，通过SD序列与mRNA模版结合。 第二步：在IF2和GTP帮助下，fMet-tRNAi fMet进入小亚基的P位置，tRNA上的反密码子与mRNA上的起始密码子配对。 第三步：带有tRNA，mRNA，三个起始因子的小亚基复合物与50S大亚基结合，GTP水解，释放起始因子。 *30S亚基具有专一性的识别和选择mRNA起始位点的特性。30S小亚基通过其16SrRNA的3'端与mRNA的5'端起始密码子上游的碱基序列（SD序列5'-AGGAGGU-3'）配对结合。 *细菌核糖体上一般存在三个与氨酰-tRNA结合的位点，A位点（aminoacyl site，第二个密码子对应位点），P位点（peptidyl site）和E位点（exit site），只有fMet-tRNAi fMet能与第一个P位点相结合，其他所有的tRNA都必须通过A位点到达P位点，再由E位点离开核糖体。 真核生物的起始阶段基本相同，只是核糖体较大，有较多的起始因子（eIF）参与，其mRNA具有m7GpppNp 帽子结构（帽子与核糖体小亚基的18SrRNA的3'端序列之间存在不同于SD序列的碱基配对型相互作用。且有一种蛋白因子（eIF-4E）——帽子结合蛋白，能专一的识别mRNA的帽子结构，与mRNA的5'端结合生成蛋白质-mRNA复合物，并利用该复合物对eIF-3的亲和力与含有eIF-3的40S亚基结合。），Met-tRNAi Met
真核生物翻译的调控 原核生物基因表达的调控主要在转录水平上进行，而真核生物由于RNA较为稳定，所以除了存在转录水平的调控以外，在翻译水平上也进行各种形式的调控。 在蛋白质生物合成的起始反应中主要涉及到细胞中的四种装置,这就是:1.核糖体,它是蛋白质生物合成的场所;2.蛋白质合成的模板mRNA它是传递基因信息的媒介;3.可溶性蛋白因子,这是蛋白质生物合成起始物形成所必需的因 子;4.tRNA,它是氨基酸的携带者。只有这些装置和谐统一才能完成蛋白质的合成。 1、mRNA运输控制 运输控制（transport control）是对转录本从细胞核运送到细胞质中的数量进行调节。真核和原核生物不同，有一个核膜包被的核，此核膜就是一个基因表达的控制点。 我们知道初始转录本是在核内广泛地被加工。实验表明几乎只有一半的蛋白编码基因的初始转录本一直留在核里面，然后被降解掉。成熟的mRNA如何调节从核内转运到细胞质中呢？看来这些mRNA都要通过核孔进行转运，但是对于从核中输出的过程以及输出或保留所需的信号知道得很少。某些证据表明SnRNPs对于mRNA留在核中是很重要的。例如在抑制剪接体装配的成熟酵母中，mRNA易于从核中的输出。这就导致产生剪接体滞留模型（spliceosome retentior model）。在这个模型中剪接体的装配与mRNA的输出相竞争，这样，当前体mRNA 在剪接体经过加工的过程中，RNA滞留在核中，不能与核孔相互作用。当加工完成后，内含子被切除了，mRNA从剪接体上解离下来，游离的mRNA能与核相互作用，但内含子不行。现在还不清楚mRNA是否需要一个特殊的输出信号还是属于无规则的输出。 2、mRNA翻译的控制 mRNA分子通过核糖体对它们的选择充当了翻译调节的主角。不同的翻译明显地影响到基因的表达。例如mRNA储存在很多脊椎和无脊椎动物的未受精卵中，在未受精阶段蛋白质合成率是很低的，但一旦受精蛋白质合成立即增加。因此这各合成的增加并没有新的mRNA的合成，可能是由于存在一种翻译控制之故。最近认为这种翻译控制主要是蛋白降解控制，在控制中蛋白降解的速率是受到调节的。 在细胞质中所有的RNA都要受到降解控制（degradation control）在控制中RNA降解的速率（也称为RNA的转换率是受到调节的。通常核糖体中的 rRNA 和tRNA是很稳定的，相比之下mRNA分子的稳定性很不一致，有的mRNA的寿命可延续好几个月，有的只有几分钟。我们在某些类型的细胞中加入调节物可使某些特殊蛋白的合成增加。这可能涉及到相关基因转录速率的增加，也可能涉及到
浙江工程学院学报,第21卷,第4期,2004年12月 Journal of Zhejiang Institute of Science and T echnology V ol .21,N o .4,Dec 12004 文章编号:100924741(2004)04-0312-04 收稿日期:2004-06-14 作者简介:周 培(1979- ),男,浙江宁波人,硕士,讲师,主要从事ACAT 转录以及翻译的研究。真核细胞蛋白质翻译起始研究进展 周 培1,杨 力2,陈 佳2,李伯良2,赵学明1,张耀洲3 (1.天津大学化工学院,天津 300072; 2.中国科学院上海生化及细胞研究所,上海;200031; 3.浙江理工大学生物化学研究所,浙江杭州 310033) 摘要:在大量有关机制的研究基础上,针对真核蛋白质翻译起始,提出了核糖体沿mRNA 滑动识别翻 译起始位点的机制和核糖体从mRNA 内部识别翻译起始位点的机制。 关键词:真核细胞;蛋白质;翻译起始 中图分类号:Q243 文献标识码:A 细胞的新陈代谢、生长和分化等许多基本的生命现象都受到细胞内基因的调控,而基因的这种调控作用则是通过其相应的蛋白质产物来实现的。作为细胞内最基本和最关键的反应之一,越来越多的实验证据表明,蛋白质的翻译对细胞内基因的正常功能发挥起到关键的调控作用。细胞内蛋白质的翻译一般被分为主要的三步:起始、延伸和终止,而已有的报道基本上都集中在对蛋白质翻译起始阶段的研究上。1 核糖体与mRNA 的识别结合 真核细胞蛋白质翻译起始远比原核细胞的复杂。真核细胞的核糖体主要由40S 小亚基和60S 大亚基构成。40S 核糖体亚基通过对mRNA 序列结构的识别首先与mRNA 结合,在到达正确的翻译起始密码子后与60S 核糖体亚基一起形成有活性的80S 核糖体复合物,起始蛋白质的翻译。核糖体对mRNA 的识别结合是蛋白质翻译起始的关键步骤,已有的文献报道主要分为两类,分别是核糖体对mRNA 5′-末端序列结构的识别结合和核糖体对mRNA 内部序列结构的识别结合。 40S 核糖体亚基与mRNA 5′-末端的识别结合需要真核翻译起始因子-4F (elF -4F )复合物的参与。由elF4E 、elF4G 和elF4A 组成的起始因子elF -4F 复合物可以帮助40S 核糖体识别mRNA 的5′-端帽子结构(7mG cap ),这同时还需要负责与tRNA -Met i 结合的真核翻译起始因子-2(elF -2)和与40S 核糖体亚单位相互作用的真核翻译起始因子-3(elF -3)的参予。这些因子的参与保证了40S 核糖体亚基与mRNA 的5π-末端帽子结构相结合,这种结合方式也可被称为依赖于帽子结构的翻译起始(cap 2dependent initiation )。 在另一种情况下,40S 核糖体亚基通过对mRNA 内部的核糖体进入位点(internal ribos ome enter site ,IRES )序列结构的识别,直接与mRNA 的内部序列结合[1]。这种翻译起始与IRES 上存在的二级结构直接相关,而不依赖于mRNA 的5π-末端帽子结构,也可被称为是不依赖于帽子结构的翻译起始(cap 2independent initiation )。有报道表明,这种核糖体与mRNA 的结合可能需要另外一些特殊的真核翻译起始因子的参与。 针对上述两种不同的核糖体进入mRNA 的形式,分别提出了核糖体沿mRNA 滑动识别翻译起始位点的机制和核糖体从mRNA 内部识别翻译起始位点的机制并给予了相应的阐述,这些将在后面(真核细胞蛋白质翻译起始机制)详细介绍。
一、选择题 【单选题】 1．下列氨基酸活化的叙述哪项是错误的 A．活化的部位是氨基酸的α-羧基 B．活化的部位是氨基酸的α-氨基 C．活化后的形式是氨基酰-tRNA D．活化的酶是氨基酰-tRNA合成酶 E．氨基酰tRNA既是活化形式又是运输形式 2．氨基酰tRNA的3’末端腺苷酸与氨基酸相连的基团是 A．1’-OH B．2’-磷酸 C．2’-OH D．3’-OH E．3’-磷酸3．哺乳动物的分泌蛋白在合成时含有的序列是 A．N末端具有亲水信号肽段 B．在C末端具有聚腺苷酸末端 C．N末端具有疏水信号肽段 D．N末端具有“帽结构” E．C末端具有疏水信号肽段 4．氨基酸是通过下列哪种化学键与tRNA结合的 A．糖苷键 B．磷酸酯键 C．氢键 D．酯键 E．酰胺键 5．代表氨基酸的密码子是 A．UGA B．UAG C．UAA D．UGG E．UGA和UAG 6．蛋白质生物合成中多肽链的氨基酸排列顺序取决于 A．相应tRNA专一性 B．相应氨基酰tRNA合成酶的专一性 C．相应mRNA中核苷酸排列顺序 D．相应tRNA上的反密码子 E．相应rRNA的专一性 7．与mRNA中密码5’ACG3’相对应的tRNA反密码子是 A．5’UGC3’ B．5’TGC3’ C．5’GCA3’ D．5’CGT3’ E．5’CGU3’8．不参与肽链延长的因素是 A．mRNA B．水解酶 C．转肽酶 D．GTP E．Mg2+ 9．能出现在蛋白质分子中的下列氨基酸哪一种没有遗传密码 A．色氨酸 B．甲硫氨酸 C．羟脯氨酸 D．谷氨酰胺 E．组氨酸10．多肽链的延长与下列何种物质无关 A．转肽酶 B．甲酰甲硫氨酰-tRNA C．GTP D．mRNA E．EFTu、EFTs和EFG 11．下述原核生物蛋白质生物合成特点错误的是 A．原核生物的翻译与转录偶联进行，边转录、边翻译、边降解(从5’端) B．各种RNA中mRNA半寿期最短 C．起始阶段需ATP D．有三种释放因子分别起作用 E．合成场所为70S核糖体 12．可引起合成中的肽链过早脱落的是 A．氯霉素 B．链霉素 C．嘌呤霉素 D．四环素 E．放线菌酮13．肽键形成部位是 A．核糖体大亚基 P位 B．核糖体大亚基A位 C．两者都是 D．两者都不是 E．核糖体大亚基E位14．关于核糖体叙述正确的是 A．多核糖体在一条mRNA上串珠样排列 B．多核糖体在一条DNA上串珠样排列 C．由多个核糖体大小亚基聚合而成 D．在转录过程中出现 E．在复制过程中出现 15．翻译过程中哪个过程不消耗GTP A．起始因子的释放 B．进位 C．转肽 D．移位 E．肽链的释放16．下列哪一种过程需要信号肽 A．多核糖体的合成 B．核糖体与内质网附着 C．核糖体与mRNA附着 D．分泌性蛋白质合成 E．线粒体蛋白质的合成 17．哺乳动物细胞中蛋白质合成的重要部位是 A．核仁 B．细胞核 C．粗面内质网 D．高尔基体 E．溶酶体