蛋白質合成

直接模闆

不同mRNA序列的分子大小和堿基排列順序各不相同，但都具有5ˊ-端非翻譯區、開放閱讀框架區、和3ˊ-端非翻譯區；真核生物的mRNA的5ˊ-端還有帽子結構、3ˊ-端有長度不一的多聚腺苷酸（polyA）尾。帽子結構能與帽子結合，在翻譯時參與mRNA在核糖體上的定位結合，啟動蛋白質生物的合成；帽子結構和ployA尾的作用還有穩定RNA；開放閱讀框架區與編碼蛋白質的基因序列相對應。

遺傳密碼表

在mRNA的開放式閱讀框架區，以每3個相鄰的核苷酸為一組，代表一種氨基酸或其他信息，這種三聯體形勢稱為密碼子（codon）。如圖，通常的開放式閱讀框架區包含500個以上的密碼子。

遺傳密碼的特點

一方向性：密碼子及組成密碼子的各堿基在mRNA序列中的排列具有方向性（direction），翻譯時的閱讀方向隻能是5ˊ→3ˊ。

二連續性：mRNA序列上的各個密碼子及密碼子的各堿基是連續排列的，密碼子及密碼子的各個堿基之間沒有間隔，每個堿基隻讀一次，不重疊閱讀。

三簡并性：一種氨基酸可具有兩個或兩個以上的密碼子為其編碼。遺傳密碼表中顯示，每個氨基酸都有2,3,4或6個密碼子為其編碼（除甲硫氨酸隻有一個外），但每種密碼子隻對應一個氨基酸，或對應終止信息。

四通用性：生物界的所有生物，幾乎都通用這一套密碼子表。

五擺動性：tRNA的最後一位，和mRNA的對應不完全，導緻了簡并性。

合成場所

核糖體就像一個小的可移動的工廠，沿着mRNA這一模闆，不斷向前迅速合成肽鍊。氨基酰tRNA以一種極大的速率進入核糖體，将氨基酸轉到肽鍊上，又從另外的位置被排出核糖體，延伸因子也不斷地和核糖體結合和解離。核糖體和附加因子一道為蛋白質合成的每一步驟提供了活性區域。

相關信息

氨基酸活化

在進行合成多肽鍊之前，必須先經過活化，然後再與其特異的tRNA結合，帶到mRNA相應的位置上，這個過程靠tRNA合成酶催化，此酶催化特定的氨基酸與特異的tRNA相結合，生成各種氨基酰tRNA.每種氨基酸都靠其特有合成酶催化，使之和相對應的tRNA結合，在氨基酰tRNA合成酶催化下，利用ATP供能，在氨基酸羧基上進行活化，形成氨基酰-AMP，再與氨基酰tRNA合成酶結合形成三聯複合物，此複合物再與特異的tRNA作用，将氨基酰轉移到tRNA的氨基酸臂（即3'-末端CCA-OH）上（圖1）。

簡介

原核細胞中起始氨基酸活化後，還要甲酰化，形成甲酰蛋氨酸tRNA，由N10甲酰四氫葉酸提供甲酰基。而真核細胞沒有此過程。前面講過運載同一種氨基酸的一組不同tRNA稱為同功tRNA。一組同功tRNA由同一種氨酰基tRNA合成酶催化。氨基酰tRNA合成酶對tRNA和氨基酸兩者具有專一性，它對氨基酸的識别特異性很高，而對tRNA識别的特異性較低。氨基酰tRNA合成酶是如何選擇正确的氨基酸和tRNA呢？按照一般原理，酶和底物的正确結合是由二者相嵌的幾何形狀所決定的，隻有适合的氨基酸和适合的tRNA進入合成酶的相應位點，才能合成正确的氨酰基tRNA。現在已經知道合成酶與L形tRNA的内側面結合，結合點包括接近臂，DHU臂和反密碼子臂。氨基酰－tRNA合成酶與tRNA的相互作用，可見氨酸接受柄、乍看起來，反密碼子似乎應該與氨基酸的正确負載有關，對于某些tRNA也确實如此，然而對于大多數tRNA來說，情況并非如此，人們早就知道，當某些tRNA上的反密碼子突變後，但它們所攜帶的氨工酸卻沒有改變。

1988年，候稚明和Schimmel的實驗證明丙氨酸tRNA酸分子的氨基酸臂上G3：U70這兩個堿基發生突變時則影響到丙氨酰tRNA合成酶的正确識别，說明G3：U70是丙氨酸tRNA分子決定其本質的主要因素。tRNA分子上決定其攜帶氨基酸的區域叫做副密碼子。一種氨基酰tRNA合成酶可以識别以一組同功tRNA，這說明它們具有共同特征。

例如三種丙氨酸tRNA（tRNAAlm/CUA,tRNAAim/GGC,tRNAAin/UGC都具有G3：U70副密碼子。）但沒有充分的證據說明其它氨基酰tRNA合成酶也識别同功tRNA組中相同的副密碼子。另外副密碼子也沒有固定的位置，也可能并不止一個堿基對。

多肽鍊

核蛋白體大小亞基，mRNA起始tRNA和起始因子共同參與肽鍊合成的起始。

1、大腸杆菌細胞翻譯起始複合物形成的過程：

⑴核糖體30S小亞基附着于mRNA起始信号部位：原核生物中每一個mRNA都具有其核糖體結合位點，它是位于AUG上遊8-13個核苷酸處的一個短片段叫做SD序列。這段序列正好與30S小亞基中的16SrRNA3’端一部分序列互補，因此SD序列也叫做核糖體結合序列，這種互補就意味着核糖體能選擇mRNA上AUG的正确位置來起始肽鍊的合成，該結合反應由起始因子3（IF-3）介導，另外IF-1促進IF-3與小亞基的結合，故先形成IF3-30S亞基-mRNA三元複合物。

⑵30S前起始複合物的形成：在起始因子2作用下，甲酰蛋氨酰起始tRNA與mRNA分子中的AUG相結合，即密碼子與反密碼子配對，同時IF3從三元複合物中脫落，形成30S前起始複合物，即IF2-3S亞基-mRNA-fMet-tRNAfmet複合物此步需要GTP和Mg2+參與。

⑶70S起始複合物的形成：50S亞基上述的30S前起始複合物結合，同時IF2脫落，形成70S起始複合物，即30S亞基-mRNA-50S亞基-mRNA-fMet-tRNAfmet複合物。此時fMet-tRNAfmet占據着50S亞基的肽酰位。而A位則空着有待于對應mRNA中第二個密碼的相應氨基酰tRNA進入，從而進入延長階段。

2、真核細胞蛋白質合成的起始真核細胞蛋白質合成起始複合物的形成中需要更多的起始因子參與，因此起始過程也更複雜。

⑴需要特異的起始tRNA即，-tRNAfmet，并且不需要N端甲酰化。已發現的真核起始因子有近10種（eukaryote Initiation factor,eIF）

⑵起始複合物形成在mRNA5’端AUG上遊的帽子結構，（除某些病毒mRNA外）

⑶ATP水解為ADP供給mRNA結合所需要的能量。

真核細胞起始複合物的形成過程是：

翻譯起始也是由eIF-3結合在40S小亞基上而促進80S核糖體解離出60S大亞基開始，同時eIF-2在輔eIF-2作用下，與Met-tRNAfmet及GTP結合，再通過eIF-3及eIF-4C的作用，先結合到40S小亞基，然後再與mRNA結合。mRNA結合到40S小亞基時，除了eIF-3參加外，還需要eIF-1、eIF-4A及eIF-4B并由ATP水解為ADP及Pi來供能，通過帽結合因子與mRNA的帽結合而轉移到小亞基上。但是在mRNA5’端并未發現能與小亞基18SRNA配對的S-D序列。目前認為通過帽結合後，mRNA在小亞基上向下遊移動而進行掃描，可使mRNA上的起始密碼AUG在Met-tRNAfmet的反密碼位置固定下來，進行翻譯起始。

肽鍊步驟

多肽鍊的延長在多肽鍊上每增加一個氨基酸都需要經過進位，轉肽和移位三個步驟。⑴為密碼子所特定的氨基酸tRNA結合到核蛋白體的A位，稱為進位。氨基酰tRNA在進位前需要有三種延長因子的作用，即，熱不穩定的E（Unstable temperature,EF）EF-Tu，熱穩定的EF(stable temperature EF,EF-Ts）以及依賴GTP的轉位因子。EF-Tu首先與GTP結合，然後再與氨基酰tRNA結合成三元複合物，這樣的三元複合物才能進入A位。此時GTP水解成GDP，EF-Tu和GDP與結合在A位上的氨基酰tRNA分離。

多肽鍊詳情

一級結構加工修飾

⑴N端甲酰蛋氨酸或蛋氨酸的切除：N端甲酰蛋氨酸是多肽鍊合成的起始氨基酸，必須在多肽鍊折叠成一定的空間結構之前被切除。其過程是：①去甲酰化；②去蛋氨酰基。

⑵氨基酸的修飾：由專一性的酶催化進行修飾，包括糖基化、羟基化、磷酸化、甲酰化等。

⑶二硫鍵的形成：由專一性的氧化酶催化，将-SH氧化為-S-S-。

⑷肽段的切除：由專一性的蛋白酶催化，将部分肽段切除。

高級結構的形成

⑴構象的形成：在分子内伴侶、輔助酶及分子伴侶的協助下，形成特定的空間構象。

⑵亞基的聚合。⑶輔基的連接。

靶向輸送

蛋白質合成後，定向地被輸送到其執行功能的場所稱為靶向輸送。大多數情況下，被輸送的蛋白質分子需穿過膜性結構，才能到達特定的地點。因此，在這些蛋白質分子的氨基端，一般都帶有一段疏水的肽段，稱為信号肽。分泌型蛋白質的定向輸送，就是靠信号肽與胞漿中的信号肽識别粒子（SRP）識别并特異結合，然後再通過SRP與膜上的對接蛋白（DP）識别并結合後，将所攜帶的蛋白質送出細胞。

信号肽假說：信号肽位于新合成的分泌蛋白N端。對分泌蛋白的靶向運輸起決定作用。①細胞内的信号肽識别顆粒（SRP）識别信号肽，使肽鍊合成暫時停止，SRP引導核蛋白體結合粗面内質網膜；②SRP識别、結合内質網膜上的對接蛋白，水解GTP使SRP分離，多肽鍊繼續延長；③信号肽引導延長多肽進入内質網腔後，經信号肽酶切除。分泌蛋白在高爾基體包裝成分泌顆粒出胞。

生物調控

蛋白質合成的調控

生物體内蛋白質合成的速度，主要在轉錄水平上，其次在翻譯過程中進行調節控制。它受性别、激素、細胞周期、生長發育、健康狀況和生存環境等多種因素及參與蛋白質合成的衆多的生化物質變化的影響。由于原核生物的翻譯與轉錄通常是偶聯在一起的，且其mRNA的壽命短，因而蛋白質合成的速度主要由轉錄的速度決定。弱化作用是一個通過翻譯産物的過量與不足首先影響轉錄，從而調節翻譯速度的一種方式。mRNA的結構和性質也能調節蛋白質合成的速度。

HCR兩種狀态

真核生物轉錄與翻譯不是偶聯的，通常蛋白質合成的速度比原核生物慢。真核生物除了主要通過轉錄和轉錄後加工及mRNA的結構和性質（如帽子結構和多聚A尾巴等）（見信使核糖核酸）進行調控外，通過對珠蛋白生物合成研究表明，真核起始因子eIF－2是翻譯速度的限制因子，因此影響eIF－2的因素能調節翻譯的速度。用哺乳動物網織紅細胞的無細胞制劑進行離體研究指出，當缺乏血紅素時，因為無法形成血紅蛋白，沒有必要合成蛋白質。實驗證明血紅素的調控是通過一種稱為血紅素調控阻遏物（HCR）實現的。HCR有活潑和不活潑的兩種狀

血紅素的影響

血紅素通過影響eIF－2對蛋白質進行調控。當血紅素存在時，抑制了胞蛋白質合成，而且還能促進通常不合成血紅蛋白的細胞合成蛋白質，如促進肝癌細胞、海拉細胞和腹水瘤細胞無細胞制劑的蛋白質合成。

蛋白質抑制劑

蛋白質生物合成的抑制劑，許多蛋白質生物合成抑制劑具有高度專一性，這對于研究合成機制很重要。許多臨床有效的抗生素是通過特異抑制原核生物的蛋白質合成而發揮作用的，它們抑制細菌生長而不損害人體細胞。利用兩類生物蛋白質合成的差異，可以找出治療細菌感染引起的疾病的藥物。表中列出一些較為重要的蛋白質生物合成抑制劑及其作用部位和專一性。利用兩類生物蛋白質合成的差異，可以找出治療細菌感染引起的疾病的藥物。表中列出一些較為重要的蛋白質生物合成抑制劑及其作用部位和專一性。