Translation
Composition of ribosomes
2 subunits,each composed of about 60% RNA and
about 40% protein (by mass).
Small ribosomal subunit
– 16S rRNA (bacteria),18S rRNA (eukaryotes)
– 21 (bacteria) to 33 (eukaryote) proteins
– Initial binding of mRNA and initiator met-tRNA
Large ribosomal subunit
– 23S & 5S rRNA (bacteria),28S,5.8S,& 5S rRNA
(eukaryotes)
– 31 (bacteria) to 49 (eukaryote) proteins
– Forms complete,catalytic ribosome.
Ribosomes核糖体原核和真核生物核糖体的组成及功能核糖体亚基 rRNAs 蛋白 RNA的特异顺序和功能细菌
70S 50S 23S=2904b 31种 (L1-L31） 含 CGAAC和 GTψCG互补
2.5× 106D 5S=120b
66%RNA 30S 16S=1542b 21种 (S1-S21) 16SRNA(CCUCCU)和 S-D
顺序 (AGGAGG)互补哺乳动物
80S 60S 28S=4718b 49种 有 GAUC和 tRNAfMat的 TψCG互补
4.2× 106D 5S=120b
60%RNA 5.8S=160b
40S 18S=1874b 33种 和 Capm7G结合核糖体的作用位点
⑴ A位点 （或称 acceptor site）可以进入氨基酰 -tRNA(aminoacyl-tRNA)。
⑵ P位点 (或称供位,donor site) 是被肽基酰 -tRNA(peptidyl-tRNA)所占据 。
(3)E位点 (Exit site) 脱酰 tRNA(deacylated-
tRNA)短暂地占据。
3 sites on ribosome for interaction with
tRNAs
APE
5'
U A C 5 '
2
m e t h i o n y l - t R N A
m e t
2
3
A C C
O
C
2
CH
CH
NH
CH
S
CH
m
5'
SH
2
2
A C A 5 '
A C C
O
CCH
CH
NH
3
O
CCH
CH
NH
a l a n y l c y s t e i n y l - t R N A
cys
aminoacyl-tRNApeptidyl-tRNA
Exit site for
free tRNA
Large ribosomal subunit,9 A resolution
http://www.life.nth
u.edu.tw
/~b830356/ribosom
e.html
Ban,..Moore,Steitz,
Cell,Vol,93,1105-1115,
1998
3-D views of ribosome subunits
http://chem-faculty.ucsd.edu/joseph/
Ribosome_Structure_Gallery.html
Schluenzen et al,Cell (2000) 102,615-623
Ban,...P,Moore,T,Steitz; Science (2000) 289 905-920
30S ribs subunit,from side that
contacts the 50S subunit
50S ribs subunit,from side that
contacts the 30S subunit
核糖体结合位点 SD sequence
Ribosome binding site (RBS)
在原核生物 mRNA起始密码子上游 8-13个核苷酸处，
通常有 5’-AGGAGGU-3’的富含嘌呤的保守序列，
这段序列可与核糖体 16S rRNA的 3’端序列 5’-
ACCUCCU-3’ 进行碱基配对，因此成为核糖体结合位点 Shine-Dalgarno序列或 SD序列
SD序列的作用是相对于起始密码子而正确定位核糖体
GUAGGAGGUGUAUG mRNA
3’
16S rRNA
AUCCUCCA
AUG
Function,For the position of ribosome correctly
with respect to the initiation codon
原核生物的翻译可以分为三个阶段
initiation起始
elongation延长
termination终止每一步都需要一些特定的蛋白质分子参与和
tRNAs,mRNA,and/or ribosomes的相互作用
Translation in procaryotes
Translation factors
Translation factors are proteins used at only
one step of the translation process
They are not permanent components of the
ribosome,but cycle on and off.
Translation factors
Initiation
翻译的起始是在 mRNA上装配核糖体复合物的过程。
翻译总是从起始密码子 AUG开始的，由一个特定的起始 tRNA 所识别，加入第一个氨基酸为 Met。在原核生物中这个 Met被修饰为 N-甲酰 Met
甲酰化是在 Met连接到 tRNA后，由 转甲酰基酶 转移
N10-formyltetrahydrofolate (四氢叶酸 )的甲酰基而成的
在 E.coli中还有转运合成过程中 Met的 tRNA，这两种
tRNA都是由甲硫氨酰 -tRNA合成酶催化而成的，但这两种甲硫氨酰 tRNA是不同的
initial fMet-tRNAifMet
internal Met-tRNAmMet
起始 tRNA和延长 tRNA的差别
⑴ Met-tRNAmMet在受体臂末端的一对碱基是 GC,在
fMet-tRNAfMet 是 CA,C可以和延伸因子 IF-2结合 。
⑵ tRNAfMet在反密码子环的茎上有 3对 G-C,若发生突变将会阻止其进入 P位点 。
⑶ tRNAfMet的反密码子环上的是 A,tRNAmMet是烷基化腺嘌呤 。
tRNAfMet TψC环端是 A，
tRNAmMet的相应位置是 G，
作用不清 。
Factors and components needed for
initiation
Small ribosomal subunit
mRNA
IF3 = initiation factor 3,keep ribosomal subunits apart
IF1= initiation factor 1,assist binding of IF2?
IF2 = initiation factor 2
– In complex with GTP,it brings fmet-tRNAf to the partial P site on the
small subunit.
– Activates a GTPase activity in the small subunit,which allows
dissociation of IF2,IF3,and IF1.
fmet-tRNAf
GTP
Binding of large subunit to the initiation complex gives a
complete ribosome ready for elongation
起始复合物的形成
① 翻译因子 IF1 and IF3 结合到 30S亚基上，
阻止了它和 50S亚基的结合，防止形成无活性的核糖体复合物 ;
② 30S亚基通过核糖体结合位点 RBS附着于 mRNA上 ;
③ IF-2 和 GTP 复合物结合到 30S亚基上，
帮助起始 fMet-tRNA通过碱基配对连接到
30S亚基上，同时使 IF3游离出来，此复合物称 30S起始复合物。
④ 50S亚基与 30S起始复合物结合，释放出 IF1 and IF3,形成 70S的起始复合物，
GTP被消耗掉。
肽链延长 Elongation
肽链的延长就是氨基酸残基重复加入的过程，大致可分为 aa-tRNA转运、肽键形成和移位三步 ;
aa-tRNA转运,
① 一个特定的 aa-tRNA和延长因子
EF-Tu及 GTP复合物运送到核糖体的
A site；
②经过校验，如果 aa-tRNA 正确，
将附着在 A site,GTP水解，释放出
EF-Tu-GDP；
③ EF-Tu-GTP 可以在 EF-Tu and EF-
Ts cycle再生。
Peptide bond formation
Aminoacyl-tRNA进入大亚基的 A site，在 50S亚基的 peptidyltransferase肽酰转移酶作用下，与 P site
的氨基酸形成肽键。
肽酰转移酶由一些蛋白质和 RNA组成,RNA具有
ribozyme活性。
肽键的形成过程不需要能量。
Peptidyl transferase reaction
5 '
S H
2
2
A C A 5 '
A C C
O
CC H
C H
N H
3
O
CC H
C H
N H
5 '
U A C 5 '
2
m e t h i o n y l - t R N A
m e t
2
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A C C
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C H
S
C H
a l a n y l c y s t e i n y l - t R N A
c y s
S H
2
2
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CC H
C H
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3
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CC H
C H
N H
a l a n y l c y s t e i n y l m e t h i o n y l - t R N A
m e t
p e p t i d e b o n d f o r m a t i o n
B,E l o n g a t i o n s t e p i n p r o t e i n s y n t h e s i s
m
m
A site
P site
A site
移位 Translocation
空载的 tRNA进入 E site，带有肽键的 tRNA移动到 P site，核糖体使 mRNA移到空的 A site；
这一过程需要延伸因子 EF-G和
GTP复合物,EF-G是一种移位酶,GTP水解提供能量；
前面的 tRNA从 E site释放掉，
空的 A site将接受由下一个密码子决定的 aa-tRNA。
延长的肽链是从核糖体底部的通道中延伸出来的终止,是释放肽链的过程当终止密码子 UAA,UAG,or UGA
进入 A site,没有和这些密码子相应的 tRNA;
释放因子 RF1将结合于 UAA或 UAG；
释放因子 RF1将结合于 UAA或 UGA；
RF3是一种 GTP酶，通过水解 GTP
加速释放过程。
释放因子使肽酰转移酶将多肽链转移至水分子，并将其释放,
Termination
1.细菌中，同一 mRNA可能编码数个蛋白，而每个 ORF都有自己的 SD序列,
这种 mRNA称为 polycistron(多顺反子 ) mRNA
2.翻译成蛋白质的 ORF有时称为 顺反子
（ cistron）,
Polycistron
多 顺反子
Polysome多聚核糖体多聚核糖体是在一个 mRNA分子上的多个核糖体。
当核糖体在 mRNA分子上移动了 70-80nt后，
第二个核糖体又能够在起点组装并开始翻译，而当第二个 mRNA移动一段距离后，
第三个核糖体又开始组装，如此循环，结果在一个 mRNA分子上聚集了多个核糖体 。
Polysome - several ribosomes work on one
mRNA
mRNA4
Coupled translation and transcription in
bacteria
抗生素的作用
Translation in eukaryotes
真核生物蛋白质生物合成的起始机制与原核生物的差异
– 真核 mRNA不含有 SD序列，对起始密码子的识别是通过 Kozak的,扫描模型,来解释 40S亚基对 mRNA
作用
– Met-tRNAMet不甲酰化
– 40S起始复合物形成过程中有一种蛋白因子 ——帽子结合蛋白 （ eIF4E）,能专一地识别 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
– 有较多的起始因子参与
– 真核生物仅有一种释放因子，而原核生物有三种真核生物蛋白质生物合成中的辅助因子原核真核生物蛋白质合成因子的比较扫描模型
Kozak等认为，已与起始 tRNA结合的 40S亚基，首先与 mRNA的 5’-cap结合，然后沿着 mRNA移动，在称为内部核糖体进入位点 (internal ribosome entry site,IERS)的序列的帮助下，寻找到合适的起始密码子。 IERS也称 Kozak保守序列，或上下游序列 5’--GCCR CCAUGG—3’
40S亚基移动需要能量。
Identification of initiator AUG in
eukaryotes
Bases around AUG influence the efficiency
of initiation,RNNAUGG
Eukaryotic initiation factor eIF4 scans along
mRNA from cap to find initiator AUG
Eukaryotic initiation #1
e I F 4
c a p
e I F -4 b i n d s 5 ' c a p
c a p
e I F 4 A a n d e I F -4 B
u n w i n d s tr u c tu r e s a t 5 '
e n d
A T P
h y d r o l y s i s
c a p
e I F -2 GTP Me t-tR N A
i
e I F -2GTP Me t-tR N A i
4 0 S r i b o s o m a l
s u b u n i t (s m a l l
s u b u n i t )
e I F -2GTP Me t-tR N A i
e I F -3 k e e p s 4 0 S
s u b u n i t fr e e
e I F 3
e I F - 2
G T P
M e t - t R N A i
c a p
e I F 3
Eukaryotic initiation #2
e I F - 2
G T P
M e t - t R N A i
c a p
e I F 3
4 0 S r i b o s o m a l s u b u n i t m i g r a te s
a l o n g m R N A t o 1 s t A U G w i th " K o z a k
c o n s e n s u s "
RNN A U G G
e I F -5 i s a G T P a s e r e q u i r e d f o r j o i n i n g
w i t h l a r g e s u b u n i t ( 6 0 S ) a n d r e l e a s e o f
e I F -2 a n d e I F -3
T r a n s l a t i o n i n t i a ti o n c o m p l e x w i th M e t- tR N A i a t t h e A U G a n d th e 2
s u b u n i t s to g e th e r,P
5'ACCmet-
A
eIF5
GDP + Pi + eIF-2 +
eIF-3
Elongation
Binding of aminoacyl-tRNA
Peptidyl transferase
Translocation
EF-Tu:Ts cycle for binding aa-tRNAs
P
fMet-Ala-
A
Ser-
EF-
TuGTP
Bind
Ser-
EF-
TuGDPPi
P
fMet-Ala-
A
GTPase
EF-
Tu
GDP
EF-
Ts EF-
Ts
GTP
His
Peptidyl transferase is a ribozyme,rRNA
No protein has peptidyl transferase activity.
Large subunit rRNA plus some remnants of
protein is catalytic.
Some mutations that confer resistance to
antibiotics that block peptidyl transferase map
to large subunit rRNA genes.
Crystal structure of large subunit,active site
is RNA,The closest protein is far away (20 A).
Can select in vitro for ribozymes capable of
catalyzing peptide bond formation.
Peptidyl transferase on 50s
subunit
Active site for peptidyl transferase on 50S ribosomal subunit
Tunnel for peptide exit
Top view of the D,
radiodurans 50S subunit
showing erythromycin
(red) bound at the entrance of
the tunnel,Yellow,ribosomal
proteins; grey
23S rRNA; dark grey,5S
rRNA.
Nature 413,814 - 821 (2001)
Structural basis for the interaction
of antibiotics with the peptidyl
transferase centre in eubacteria
FRANK
SCHLüNZEN...FRAN?OIS
FRANCESCHI
EF-G:GTP for translocation
P
fMet-Ala-Ser
AE
Pi
GTPase (on ribosome)translocation
EF-G GTP
EF-G GDP
P AE
fMet-Ala-Ser +
GTP
GDP
exchange
+
Elongation rates
Bacteria
– Translation,add 15 amino acids per sec
– Transcription,add about 50 nucleotides per sec
– Translation and transcription can occur simultaneously
and at roughly the same rates
– Recall replication is much faster,1000 nucleotides per
sec
Eukaryotes:
– Translation elongation is about 2 amino acids per sec
Termination
Release factors (RF)
Bacterial
– RF1 recognizes UAG and UAA
– RF2 recognizes UGA and UAA
Eukaryotic eRF recognizes all 3 termination
codons
– Requires GTP to bind.
– Hydrolysis probably promotes dissociation of eRF.
Need peptidyl tRNA in P site and termination
codon in A site for RFs to act.
Termination leads to dissociation of
new protein,ribosome and mRNA
Pi
RF GTP
GDP
P AE
...Ala-Ser-His-Leu-Phe
+RF
P
...Ala-Ser-His-Leu-Phe
Completed
polypeptide
Composition of ribosomes
2 subunits,each composed of about 60% RNA and
about 40% protein (by mass).
Small ribosomal subunit
– 16S rRNA (bacteria),18S rRNA (eukaryotes)
– 21 (bacteria) to 33 (eukaryote) proteins
– Initial binding of mRNA and initiator met-tRNA
Large ribosomal subunit
– 23S & 5S rRNA (bacteria),28S,5.8S,& 5S rRNA
(eukaryotes)
– 31 (bacteria) to 49 (eukaryote) proteins
– Forms complete,catalytic ribosome.
Ribosomes核糖体原核和真核生物核糖体的组成及功能核糖体亚基 rRNAs 蛋白 RNA的特异顺序和功能细菌
70S 50S 23S=2904b 31种 (L1-L31） 含 CGAAC和 GTψCG互补
2.5× 106D 5S=120b
66%RNA 30S 16S=1542b 21种 (S1-S21) 16SRNA(CCUCCU)和 S-D
顺序 (AGGAGG)互补哺乳动物
80S 60S 28S=4718b 49种 有 GAUC和 tRNAfMat的 TψCG互补
4.2× 106D 5S=120b
60%RNA 5.8S=160b
40S 18S=1874b 33种 和 Capm7G结合核糖体的作用位点
⑴ A位点 （或称 acceptor site）可以进入氨基酰 -tRNA(aminoacyl-tRNA)。
⑵ P位点 (或称供位,donor site) 是被肽基酰 -tRNA(peptidyl-tRNA)所占据 。
(3)E位点 (Exit site) 脱酰 tRNA(deacylated-
tRNA)短暂地占据。
3 sites on ribosome for interaction with
tRNAs
APE
5'
U A C 5 '
2
m e t h i o n y l - t R N A
m e t
2
3
A C C
O
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2
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CH
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CH
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CCH
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3
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CCH
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cys
aminoacyl-tRNApeptidyl-tRNA
Exit site for
free tRNA
Large ribosomal subunit,9 A resolution
http://www.life.nth
u.edu.tw
/~b830356/ribosom
e.html
Ban,..Moore,Steitz,
Cell,Vol,93,1105-1115,
1998
3-D views of ribosome subunits
http://chem-faculty.ucsd.edu/joseph/
Ribosome_Structure_Gallery.html
Schluenzen et al,Cell (2000) 102,615-623
Ban,...P,Moore,T,Steitz; Science (2000) 289 905-920
30S ribs subunit,from side that
contacts the 50S subunit
50S ribs subunit,from side that
contacts the 30S subunit
核糖体结合位点 SD sequence
Ribosome binding site (RBS)
在原核生物 mRNA起始密码子上游 8-13个核苷酸处，
通常有 5’-AGGAGGU-3’的富含嘌呤的保守序列，
这段序列可与核糖体 16S rRNA的 3’端序列 5’-
ACCUCCU-3’ 进行碱基配对，因此成为核糖体结合位点 Shine-Dalgarno序列或 SD序列
SD序列的作用是相对于起始密码子而正确定位核糖体
GUAGGAGGUGUAUG mRNA
3’
16S rRNA
AUCCUCCA
AUG
Function,For the position of ribosome correctly
with respect to the initiation codon
原核生物的翻译可以分为三个阶段
initiation起始
elongation延长
termination终止每一步都需要一些特定的蛋白质分子参与和
tRNAs,mRNA,and/or ribosomes的相互作用
Translation in procaryotes
Translation factors
Translation factors are proteins used at only
one step of the translation process
They are not permanent components of the
ribosome,but cycle on and off.
Translation factors
Initiation
翻译的起始是在 mRNA上装配核糖体复合物的过程。
翻译总是从起始密码子 AUG开始的，由一个特定的起始 tRNA 所识别，加入第一个氨基酸为 Met。在原核生物中这个 Met被修饰为 N-甲酰 Met
甲酰化是在 Met连接到 tRNA后，由 转甲酰基酶 转移
N10-formyltetrahydrofolate (四氢叶酸 )的甲酰基而成的
在 E.coli中还有转运合成过程中 Met的 tRNA，这两种
tRNA都是由甲硫氨酰 -tRNA合成酶催化而成的，但这两种甲硫氨酰 tRNA是不同的
initial fMet-tRNAifMet
internal Met-tRNAmMet
起始 tRNA和延长 tRNA的差别
⑴ Met-tRNAmMet在受体臂末端的一对碱基是 GC,在
fMet-tRNAfMet 是 CA,C可以和延伸因子 IF-2结合 。
⑵ tRNAfMet在反密码子环的茎上有 3对 G-C,若发生突变将会阻止其进入 P位点 。
⑶ tRNAfMet的反密码子环上的是 A,tRNAmMet是烷基化腺嘌呤 。
tRNAfMet TψC环端是 A，
tRNAmMet的相应位置是 G，
作用不清 。
Factors and components needed for
initiation
Small ribosomal subunit
mRNA
IF3 = initiation factor 3,keep ribosomal subunits apart
IF1= initiation factor 1,assist binding of IF2?
IF2 = initiation factor 2
– In complex with GTP,it brings fmet-tRNAf to the partial P site on the
small subunit.
– Activates a GTPase activity in the small subunit,which allows
dissociation of IF2,IF3,and IF1.
fmet-tRNAf
GTP
Binding of large subunit to the initiation complex gives a
complete ribosome ready for elongation
起始复合物的形成
① 翻译因子 IF1 and IF3 结合到 30S亚基上，
阻止了它和 50S亚基的结合，防止形成无活性的核糖体复合物 ;
② 30S亚基通过核糖体结合位点 RBS附着于 mRNA上 ;
③ IF-2 和 GTP 复合物结合到 30S亚基上，
帮助起始 fMet-tRNA通过碱基配对连接到
30S亚基上，同时使 IF3游离出来，此复合物称 30S起始复合物。
④ 50S亚基与 30S起始复合物结合，释放出 IF1 and IF3,形成 70S的起始复合物，
GTP被消耗掉。
肽链延长 Elongation
肽链的延长就是氨基酸残基重复加入的过程，大致可分为 aa-tRNA转运、肽键形成和移位三步 ;
aa-tRNA转运,
① 一个特定的 aa-tRNA和延长因子
EF-Tu及 GTP复合物运送到核糖体的
A site；
②经过校验，如果 aa-tRNA 正确，
将附着在 A site,GTP水解，释放出
EF-Tu-GDP；
③ EF-Tu-GTP 可以在 EF-Tu and EF-
Ts cycle再生。
Peptide bond formation
Aminoacyl-tRNA进入大亚基的 A site，在 50S亚基的 peptidyltransferase肽酰转移酶作用下，与 P site
的氨基酸形成肽键。
肽酰转移酶由一些蛋白质和 RNA组成,RNA具有
ribozyme活性。
肽键的形成过程不需要能量。
Peptidyl transferase reaction
5 '
S H
2
2
A C A 5 '
A C C
O
CC H
C H
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3
O
CC H
C H
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U A C 5 '
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A C C
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A site
P site
A site
移位 Translocation
空载的 tRNA进入 E site，带有肽键的 tRNA移动到 P site，核糖体使 mRNA移到空的 A site；
这一过程需要延伸因子 EF-G和
GTP复合物,EF-G是一种移位酶,GTP水解提供能量；
前面的 tRNA从 E site释放掉，
空的 A site将接受由下一个密码子决定的 aa-tRNA。
延长的肽链是从核糖体底部的通道中延伸出来的终止,是释放肽链的过程当终止密码子 UAA,UAG,or UGA
进入 A site,没有和这些密码子相应的 tRNA;
释放因子 RF1将结合于 UAA或 UAG；
释放因子 RF1将结合于 UAA或 UGA；
RF3是一种 GTP酶，通过水解 GTP
加速释放过程。
释放因子使肽酰转移酶将多肽链转移至水分子，并将其释放,
Termination
1.细菌中，同一 mRNA可能编码数个蛋白，而每个 ORF都有自己的 SD序列,
这种 mRNA称为 polycistron(多顺反子 ) mRNA
2.翻译成蛋白质的 ORF有时称为 顺反子
（ cistron）,
Polycistron
多 顺反子
Polysome多聚核糖体多聚核糖体是在一个 mRNA分子上的多个核糖体。
当核糖体在 mRNA分子上移动了 70-80nt后，
第二个核糖体又能够在起点组装并开始翻译，而当第二个 mRNA移动一段距离后，
第三个核糖体又开始组装，如此循环，结果在一个 mRNA分子上聚集了多个核糖体 。
Polysome - several ribosomes work on one
mRNA
mRNA4
Coupled translation and transcription in
bacteria
抗生素的作用
Translation in eukaryotes
真核生物蛋白质生物合成的起始机制与原核生物的差异
– 真核 mRNA不含有 SD序列，对起始密码子的识别是通过 Kozak的,扫描模型,来解释 40S亚基对 mRNA
作用
– Met-tRNAMet不甲酰化
– 40S起始复合物形成过程中有一种蛋白因子 ——帽子结合蛋白 （ eIF4E）,能专一地识别 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
– 有较多的起始因子参与
– 真核生物仅有一种释放因子，而原核生物有三种真核生物蛋白质生物合成中的辅助因子原核真核生物蛋白质合成因子的比较扫描模型
Kozak等认为，已与起始 tRNA结合的 40S亚基，首先与 mRNA的 5’-cap结合，然后沿着 mRNA移动，在称为内部核糖体进入位点 (internal ribosome entry site,IERS)的序列的帮助下，寻找到合适的起始密码子。 IERS也称 Kozak保守序列，或上下游序列 5’--GCCR CCAUGG—3’
40S亚基移动需要能量。
Identification of initiator AUG in
eukaryotes
Bases around AUG influence the efficiency
of initiation,RNNAUGG
Eukaryotic initiation factor eIF4 scans along
mRNA from cap to find initiator AUG
Eukaryotic initiation #1
e I F 4
c a p
e I F -4 b i n d s 5 ' c a p
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Eukaryotic initiation #2
e I F - 2
G T P
M e t - t R N A i
c a p
e I F 3
4 0 S r i b o s o m a l s u b u n i t m i g r a te s
a l o n g m R N A t o 1 s t A U G w i th " K o z a k
c o n s e n s u s "
RNN A U G G
e I F -5 i s a G T P a s e r e q u i r e d f o r j o i n i n g
w i t h l a r g e s u b u n i t ( 6 0 S ) a n d r e l e a s e o f
e I F -2 a n d e I F -3
T r a n s l a t i o n i n t i a ti o n c o m p l e x w i th M e t- tR N A i a t t h e A U G a n d th e 2
s u b u n i t s to g e th e r,P
5'ACCmet-
A
eIF5
GDP + Pi + eIF-2 +
eIF-3
Elongation
Binding of aminoacyl-tRNA
Peptidyl transferase
Translocation
EF-Tu:Ts cycle for binding aa-tRNAs
P
fMet-Ala-
A
Ser-
EF-
TuGTP
Bind
Ser-
EF-
TuGDPPi
P
fMet-Ala-
A
GTPase
EF-
Tu
GDP
EF-
Ts EF-
Ts
GTP
His
Peptidyl transferase is a ribozyme,rRNA
No protein has peptidyl transferase activity.
Large subunit rRNA plus some remnants of
protein is catalytic.
Some mutations that confer resistance to
antibiotics that block peptidyl transferase map
to large subunit rRNA genes.
Crystal structure of large subunit,active site
is RNA,The closest protein is far away (20 A).
Can select in vitro for ribozymes capable of
catalyzing peptide bond formation.
Peptidyl transferase on 50s
subunit
Active site for peptidyl transferase on 50S ribosomal subunit
Tunnel for peptide exit
Top view of the D,
radiodurans 50S subunit
showing erythromycin
(red) bound at the entrance of
the tunnel,Yellow,ribosomal
proteins; grey
23S rRNA; dark grey,5S
rRNA.
Nature 413,814 - 821 (2001)
Structural basis for the interaction
of antibiotics with the peptidyl
transferase centre in eubacteria
FRANK
SCHLüNZEN...FRAN?OIS
FRANCESCHI
EF-G:GTP for translocation
P
fMet-Ala-Ser
AE
Pi
GTPase (on ribosome)translocation
EF-G GTP
EF-G GDP
P AE
fMet-Ala-Ser +
GTP
GDP
exchange
+
Elongation rates
Bacteria
– Translation,add 15 amino acids per sec
– Transcription,add about 50 nucleotides per sec
– Translation and transcription can occur simultaneously
and at roughly the same rates
– Recall replication is much faster,1000 nucleotides per
sec
Eukaryotes:
– Translation elongation is about 2 amino acids per sec
Termination
Release factors (RF)
Bacterial
– RF1 recognizes UAG and UAA
– RF2 recognizes UGA and UAA
Eukaryotic eRF recognizes all 3 termination
codons
– Requires GTP to bind.
– Hydrolysis probably promotes dissociation of eRF.
Need peptidyl tRNA in P site and termination
codon in A site for RFs to act.
Termination leads to dissociation of
new protein,ribosome and mRNA
Pi
RF GTP
GDP
P AE
...Ala-Ser-His-Leu-Phe
+RF
P
...Ala-Ser-His-Leu-Phe
Completed
polypeptide
