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蛋白质生物合成
蛋白质生物合成的概念
蛋白质生物合成也称为翻译，是遗传信息表达的最终阶段，而蛋白质是遗传信息表现的功能形式。
翻译：将mRNA分子中的4种核苷酸序列编码的遗传信息，解读为蛋白质一级结构中20种氨基酸的排列顺序。
蛋白质的生物合成体系
反应体系：
原料：20种氨基酸；模板：mRNA；场所：核糖体；氨基酸的“搬运工具”：tRNA；酶与蛋白质因子：氨基酰tRNA合成酶、转肽酶；起始因子、延长因子、终止因子；能量：ATP、GTP；无机离子：K+、Mg2+
（一）翻译模板mRNA及遗传密码
1.mRNA是遗传信息的携带者，是蛋白质合成的直接模板。
基本概念：
（1）顺反子：遗传学将编码一个多肽的遗传单位称顺反子。
（2）多顺反子：原核细胞中数个结构基因常串连为一个转录单位，转录生成的mRNA可编码几种功能相关的蛋白质。转录后一般不需特别加工。
（3）单顺反子：真核结构基因的遗传信息是不连续的，mRNA转录后需要加工，成熟才成为翻译的模板，一个mRNA只编码一种蛋白质。
2.mRNA上存在遗传密码。
（1）概念：
密码子：mRNA中每3个核苷酸组成一组，代表相应的氨基酸或翻译起始、终止信号。
起始密码：5’端AUG，编码甲酰甲硫氨酸（细菌）或甲硫氨酸（高等动物）。
终止密码：UAA，UAG或UGA（不编码相应的氨基酸）。
（2）密码数量：64个，表示氨基酸的密码有61个。
（3）遗传密码的特点
①连续性：
编码蛋白质氨基酸序列的各个三联体密码连续阅读，密码间既无间断也无交叉。
②简并性：
多个密码可编码同一种氨基酸，即一种氨基酸可由多个密码表示
编码同一种氨基酸的多个密码称同义密码。
其原因是由于密码子与反密码子之间存在不稳定配对（摆动性或摇摆性）。
③通用性：
蛋白质生物合成的整套密码，从原核生物到人类都通用。
④摆动性
反密码与密码间不严格遵守常见的碱基配对规律，称为摆动配对。
主要发生在密码子的第3位（3’端）与反密码子的第1位之间（5’端）。tRNA反密码子第一个核苷酸（5’端）与mRNA密码子的第三个核苷酸（3’端）配对时，除A—U、G—C外，还可有U—G、I—C、I—A、I—U等。
（二）核糖体是多肽链合成的装置
1.构成
（1）原核生物中的核糖体大小为70S，可分为30S小亚基和50S大亚基。由16S rRNA， 5S rRNA，23S rRNA和蛋白质组成。
（2）真核生物中的核糖体大小为80S，也分为40S小亚基和60S大亚基。由18S rRNA， 5S rRNA，28S rRNA，5.8S rRNA和蛋白质组成。
2.功能
核糖体的大、小亚基分别有不同的功能。
（1）小亚基可与mRNA、GTP和起始氨基酰tRNA结合。
（2）大亚基具有转肽酶活性；具有两个不同的tRNA结合点
A位——受位或氨酰基位，可与新进入的氨基酰tRNA结合；
P位——给位或肽酰基位，可与延伸中的肽酰基tRNA结合。
（三）tRNA与氨基酸的活化
tRNA在蛋白质合成中携带氨基酸并保证氨基酸准确就位。
一种tRNA可携带一种氨基酸；而一种氨基酸可有数种tRNA携带，参与蛋白质的合成。
1.氨基酸的活化：氨基酸的羧基与特异tRNA结合形成氨基酰一tRNA，连接位置是tRNA的3’-C-C-A-OH,此过程由氨基酰一tRNA合成酶（特异识别氨基酸、tRNA）催化。
2.起始肽链合成的氨基酰一tRNA
原核生物：起始密码只能辨认甲酰化的甲硫氨酸。
真核生物：与甲硫氨酸结合的tRNA至少有两种。
3.通过密码和反密码的不稳定配对使氨基酸运到准确的位置。
（四）蛋白质因子
包括启动因子、延长因子、终止因子。
蛋白质生物合成过程
翻译过程从阅读框架的5’一AUG开始，按mRNA模板三联体密码的顺序延长肽链，直至终止密码出现。整个翻译过程可分为起始，延长，终止。
（一）肽链的合成起始
指mRNA和起始氨基酰一tRNA分别与核糖体结合而形成翻译起始复合物。
该过程需要多种起始因子和GTP参加。（参与该过程的多种蛋白质因子称为起始因子）
1.原核生物翻译起始复合物形成
（1）核糖体大小亚基分离。
（2）mRNA在小亚基就位。
S—D序列AGGA与16S—rRNA 3’端UCCU互补。
S—D序列：原核生物mRNA起始密码AUG上游约8—13个核苷酸部位，存在4—9个核苷酸的一致序列，富含嘌呤碱基，如一AGGAGG一，为核糖体结合位点。
（3）起始氨基酰一tRNA的结合（甲酰蛋氨酰-tRNA）。
（4）核糖体大亚基结合。
2.真核生物翻译起始复合物形成
（1）核糖体大小亚基分离。
（2）起始氨基酰一tRNA与小亚基结合 （蛋氨酰tRNA）。
（3）mRNA在核蛋白体小亚基就位。
（4）核糖体大亚基结合。
（二）肽链的延长
根据mRNA密码序列的指导，依次添加氨基酸从N端向C端延伸肽链，直到合成终止的过程。
肽链的延长也称为核蛋白体循环。
核蛋白体循环： 肽链延长在核蛋白体上连续性循环式进行，每次循环增加一个氨基酸，包括以下三步：进位、成肽、转位。
1.进位
指根据mRNA下一组遗传密码指导，使相应氨基酰-tRNA进入核蛋白体A位。
该过程消耗GTP.
碱基配对 除A—u、G—c外，还可有u—G、I—c、I—A、I—u等。
2.成肽
是由转肽酶催化的肽键形成过程。
肽链合成方向N端 → C端。
3.移位 需要消耗GTP
核糖体沿mRNA从5’ →3’移动一个密码的距离
肽链长度预测：起始密码AUG到终止密码之间的密码子数目。
（三）肽链合成的终止
1.当核糖体A位出现mRNA的终止密码后，终止因子（释放因子） 与其结合，多肽链合成停止。
2.转肽酶起水解作用使肽链从肽酰一tRNA中释放
3.mRNA、核蛋白体大、小亚基等分离等分离，重新利用。
释放因子RF功能：识别终止密码和诱导转肽酶改变为酯酶活性起水解作用。
进而使合成的肽链脱落并促进mRNA与核糖体分离。
在体内合成多肽链时是多核蛋白体循环。
多肽链合成后还需要剪切、侧链修饰、亚基聚合等加工修饰才能成为有功能的蛋白质。
蛋白质生物合成与医学的关系
蛋白质生物合成是很多抗生素和某些毒素的作用靶点。它们通过阻断真核、原核生物蛋白质翻译体系某组分功能，干扰和抑制蛋白质生物合成过程而起作用。
抑制剂：抗生素、干扰素、毒素。
抗生素类（表1—1—10—1）。
表1-1-10-1 抑制蛋白质生物合成的抗生素类
抗生素
抑制对象
作用环节
作用原理
氯霉素
原核生物
50S（大）亚基
抑制转肽酶
四环素（金霉素等）
原核生物
30S（大）亚基
阻碍AA-tRNA与小亚基结合
链霉素
原核生物
30S（大）亚基
抑制起动，造成误译
放线菌酮
真核生物
60S（大）亚基
抑制转肽酶
嘌呤霉素（AA～tRNA类似物）
原核、真核生物
竞争结合A位
促使肽链提前终止
