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教案首页课程名称分子生物学任课教师李市场第四章蛋白质翻译计划学时9教学目的和要求：掌握遗传密码的构成及特点。
遗传密码的破译；密码的简并性与变偶假说；密码子的使用频率；起始密码子与终止密码子；遗传密码的突变；重叠密码。
掌握原核生物和真核生物RNA的翻译过程。
核糖体及RNA的结构；氨基酸的激活与氨酰-tRNA的合成；原核生物的蛋白质的生物合成；GTP在蛋白质合成中的作用；真核生物的蛋白质的生物合成；蛋白质折叠与蛋白质生物合成中多肽链的修饰；蛋白质的易位与分泌。
重点：密码的简并性与变偶假说；密码子的使用频率；起始密码子与终止密码子；重叠密码。
核糖体及RNA的结构；氨基酸的激活与氨酰-tRNA的合成；原核生物的蛋白质的生物合成；GTP在蛋白质合成中的作用；真核生物的蛋白质的生物合成；蛋白质折叠与蛋白质生物合成中多肽链的修饰；蛋白质的易位与分泌难点：核糖体及RNA的结构；氨基酸的激活与氨酰-tRNA的合成；原核生物的蛋白质的生物合成；GTP在蛋白质合成中的作用；真核生物的蛋白质的生物合成；蛋白质折叠与蛋白质生物合成中多肽链的修饰；蛋白质的易位与分泌。
思考题：1、以Prok.为例，说明蛋白质翻译终止的机制。
2、简要说明真核生物蛋白质的不同转运机制。
3、说明Prok.和Euk.体内蛋白质的越膜机制。
4、简要说明Prok.与Euk.的翻译起始过程的差别。
第四章蛋白质翻译（Protein Translation）概述：蛋白质翻译是基因表达的第二步，tRNA在翻译过程中起“译员”的作用，参与翻译的RNA 除tRNA外，还有rRNA 和mRNA；tRNA既是密码子的受体,也是氨基酸的受体，tRNA 接受AA要通过氨酰tRNA合成酶及其自身的paracodon的作用才能实现，tRNA通过其自身的anticodon而识别codon，密码子有自身的特性，三联体前两个重要通用性摇摆性，有一定的使用效率；多种翻译因子组成翻译起始复合物，完成翻译的起始、延伸和终止，并且保证其准确性。
蛋白质的合成与降解途径蛋白质是生物体内非常重要的一类生物大分子，它们参与了细胞的结构、代谢、信号传导和调节等各个方面。
蛋白质的合成与降解是维持生物体正常运转的关键过程。
本文将详细介绍蛋白质的合成与降解途径。
一、蛋白质的合成蛋白质的合成是指将氨基酸结合成多肽链的过程。
在生物体内，蛋白质的合成主要发生在细胞质内的核糖体中。
下面将分别介绍转录和翻译这两个步骤。
1. 转录转录是指将DNA上的遗传信息转录成RNA的过程。
在转录过程中，DNA的双链解旋，使得RNA聚合酶可以将核苷酸按照基因序列的顺序复制成RNA的互补链。
这个互补链称为信使RNA（mRNA），它将遗传信息从细胞核带到细胞质中的核糖体。
2. 翻译翻译是指在核糖体中将mRNA上的核苷酸序列翻译成氨基酸序列的过程。
在翻译过程中，mRNA的遗传信息被三个核苷酸一组一组地“读取”，每个三核苷酸序列称为一个密码子。
每个密码子对应一个特定的氨基酸。
tRNA分子则带有互补的反密码子，通过把正确的氨基酸带至核糖体中，使得氨基酸按照正确的顺序被连接起来，最终形成蛋白质的多肽链。
二、蛋白质的降解蛋白质的降解是指蛋白质分子被降解成小的碎片或氨基酸的过程。
生物体内的蛋白质降解主要通过泛素-蛋白酶体途径和泛素-溶酶体途径进行。
1. 泛素-蛋白酶体途径泛素-蛋白酶体途径是生物体内蛋白质降解的主要途径。
在这个过程中，蛋白质被泛素分子标记，然后被泛素连接酶附着在蛋白酶体上进行降解。
蛋白酶体是一种被膜包裹的细胞器，内部含有多种降解酶，可以将蛋白质降解成小片段或氨基酸。
2. 泛素-溶酶体途径泛素-溶酶体途径是生物体内少量蛋白质降解的过程。
在这个过程中，泛素分子标记蛋白质，然后将其转运至溶酶体进行降解。
溶酶体是细胞内含有消化酶的囊泡结构，可以降解细胞内的蛋白质、碳水化合物和脂类等物质。
三、蛋白质的合成与降解的调控蛋白质的合成与降解是由一系列信号通路和调控因子控制的。
合成过程中，转录因子和翻译因子的活性及其相互作用调节着转录和翻译的速率，进而决定蛋白质的合成速度。
名词解释蛋白质的翻译蛋白质的翻译是细胞中一个非常重要的过程，它与维持细胞活动、构建细胞结构以及遗传信息的传递密切相关。
在生物学中，蛋白质被视为生命的基石，是所有生物体内各种功能和活动的主要参与者。
本文将对蛋白质的翻译过程进行解释，并探讨其在细胞中的作用。
蛋白质是生命体中的基本分子之一，它们由氨基酸单元组成。
细胞内蛋白质的合成主要通过翻译过程实现。
翻译的开始是由于特定的mRNA（信使RNA）分子的存在。
mRNA是一种由DNA模板合成的分子，它携带了编码蛋白质合成顺序的信息，被称为编码序列。
翻译的过程可以分为三个主要阶段：起始、延伸和终止。
在起始阶段，细胞核中的mRNA与核糖体结合，并通过扫描编码序列上的起始密码子来确定合成蛋白质的起始点。
起始密码子通常是AUG，对应着编码氨基酸甲硫氨酸。
随后，延伸阶段开始，细胞内的转运RNA（tRNA）分子通过与mRNA上的密码子的互补碱基配对来逐渐引入氨基酸。
每个tRNA携带着特定的氨基酸，它们能够通过与mRNA上的密码子的互补配对来识别正确的位置。
这种配对是通过RNA 分子之间的碱基亲和性实现的。
随着tRNA的不断增加，翻译复合物沿着mRNA链逐渐滑动，将氨基酸连接在一起，形成新的蛋白质链。
这个过程是高度精确的，需要特定的酶、辅助因子和能量。
最后一个阶段是终止阶段，它发生在翻译到达终止密码子时。
终止密码子是UAA，UAG或UGA，并不编码任何氨基酸。
在终止阶段，特定的蛋白质因子识别终止密码子，此时翻译复合物解离，新合成的蛋白质从核糖体中释放出来。
蛋白质的翻译在细胞中是一个非常重要的过程，因为它决定了细胞中的蛋白质组成和功能。
蛋白质是细胞中许多生物学反应的媒介和催化剂，它们通过与其他分子相互作用来实现各种细胞功能，包括细胞信号传导、结构支持、代谢调控等。
此外，蛋白质的翻译还与细胞发育和分化密切相关。
在胚胎发育过程中，蛋白质的翻译调控起着关键作用，决定了细胞的特殊化和组织的形成。
一、准备（一）肽链的合成是由氨基端向羧基端进行的，速度很快，大肠杆菌每秒可聚合20个氨基酸。
信使RNA是从5’向3’翻译的。
（二）氨基酸的活化：由氨酰tRNA合成酶催化，分两步：1. 形成氨基酸－AMP－酶复合物：氨基酸的羧基与5’磷酸形成高能酸酐键而活化。
2.转移：氨基酸转移到转运RNA3’末端，与3’或2’羟基结合。
总反应为：氨基酸＋tRNA＋ATP=氨酰tRNA＋AMP＋PPi此酶专一性很高，只作用于L-氨基酸，每种氨基酸都有一个专一的酶。
酶有校对机制，一方面对转运RNA有专一性，另一方面还有水解位点，可水解错误酰化的氨基酸。
（三）转运RNA的作用：起接头作用，根据密码子决定氨基酸的去向。
转运RNA反密码子的某些突变可抵销一些有害突变，称为校正突变。
二、肽链合成的起始（一）起始信号：起始密码子是AUG，其上游约10个核苷酸处有一段富含嘌呤的序列，可与16S rRNA的3’端互补，与起始有关。
（二）起始复合物的形成：1.起始氨基酸：是N-甲酰甲硫氨酸，其转运RNA也有所不同，称为tRNAf，与甲硫氨酸结合后被甲酰化酶以甲酰四氢叶酸甲基化，生成fMet-tRNAf。
2.30S起始复合物：信使RNA先与小亚基结合，在起始因子3(IF3)的参与下形成mRNA-30S-IF3复合物，然后在IF1和IF2参与下与fMet-tRNAf和GTP结合，并释放IF3，形成30S起始复合物。
3.30S起始复合物与大亚基结合，水解GTP，释放IF1和IF2，形成70S起始复合物。
此时转运RNA占据肽酰位点，空着的氨酰位点可接受另一个转运RNA，为肽链延长作好了准备。
三、肽链的延伸（一）转运RNA进入氨酰位点：需ATP和两种延伸因子参加。
EFTu与GTP 结合，再与转运RNA形成复合物，才能与起始复合物结合。
然后释放出EFTu-GDP，与EFTs和GTP反应，重新生成EFTu-GTP，参加下一轮反应。
EFTu水解GTP前后构象不同，错误的转运RNA会离去，而正确的则与两种状态都有强相互作用。
蛋白质转运机制
1、翻译—转运同步机制：由信号肽介导协助转运。
蛋白质其实首先合成信号肽——SRP与信号肽结合，翻译暂停——SRP与SRP受体结合，核糖体与膜结合，翻译重新开始——信号肽进入膜结构——蛋白质过膜，信号肽被切除，翻译继续进行——蛋白质完全过膜，核糖体解离并回复翻译起始前状态。
2、翻译后转运机制：由前导肽介导协助转运，线粒体和叶绿体中的蛋白质。
蛋白质由外膜上的Tom受体复合蛋白识别与分子伴侣相结合形成转运多肽，通Tom和Tim组成的膜通道进入内腔——蛋白酶水解前导肽。
3、核定位蛋白的转运机制：细胞质中的蛋白质通过核孔到达细胞核（装配）——运回细胞质——进行转运。
如：RNA，DNA聚合酶，组蛋白，拓扑异构酶等。
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RBSiv.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。
