合成過程

蛋白質(zhì)合成

直接模板

protein biosynthesis

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(qū)、開放閱讀框架區(qū)、和3ˊ-端非翻譯區(qū)；真核生物的mRNA的5ˊ-端還有帽子結(jié)構(gòu)、3ˊ-端有長度不一的多聚腺苷酸（polyA）尾。帽子結(jié)構(gòu)能與帽子結(jié)合，在翻譯時參與mRNA在核糖體上的定位結(jié)合，啟動蛋白質(zhì)生物的合成；帽子結(jié)構(gòu)和ployA尾的作用還有穩(wěn)定RNA；開放閱讀框架區(qū)與編碼蛋白質(zhì)的基因序列相對應(yīng)。

在mRNA的開放式閱讀框架區(qū)，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(lián)體形勢稱為密碼子（codon）。如圖，通常的開放式閱讀框架區(qū)包含500個以上的密碼子。

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），翻譯時的閱讀方向只能是5ˊ→3ˊ。

二連續(xù)性：mRNA序列上的各個密碼子及密碼子的各堿基是連續(xù)排列的，密碼子及密碼子的各個堿基之間沒有間隔，每個堿基只讀一次，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（除甲硫氨酸只有一個外），但每種密碼子只對應(yīng)一個氨基酸，或?qū)?yīng)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的最后一位，和mRNA的對應(yīng)不完全，導致了簡并性

合成場所

核糖體就像一個小的可移動的工廠，沿著mRNA這一模板，不斷向前迅速合成肽鏈。氨基酰tRNA以一種極大的速率進入核糖體，將氨基酸轉(zhuǎn)到肽鏈上，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(jié)合和解離。核糖體和附加因子一道為蛋白質(zhì)合成的每一步驟提供了活性區(qū)域。

有關(guān)信息

蛋白質(zhì)合成

原核細胞中起始氨基酸活化后，還要甲酰化，形成甲酰蛋氨酸t(yī)RNA，由N10甲酰四氫葉酸提供甲?；６婧思毎麤]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?；鵷RNA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，它對氨基酸的識別特異性很高，而對tRNA識別的特異性較低。氨基酰tRNA合成酶是如何選擇正確的氨基酸和tRNA呢？按照一般原理，酶和底物的正確結(jié)合是由二者相嵌的幾何形狀所決定的，只有適合的氨基酸和適合的tRNA進入合成酶的相應(yīng)位點，才能合成正確的氨?；鵷RNA。現(xiàn)在已經(jīng)知道合成酶與L形tRNA的內(nèi)側(cè)面結(jié)合，結(jié)合點包括接近臂，DHU臂和反密碼子臂（圖2）。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(yīng)該與氨基酸的正確負載有關(guān)，對于某些tRNA也確實如此，然而對于大多數(shù)tRNA來說，情況并非如此，人們早就知道，當某些tRNA上的反密碼子突變后，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t(yī)RNA酸分子的氨基酸臂上G3：U70這兩個堿基發(fā)生突變時則影響到丙氨酰tRNA合成酶的正確識別，說明G3：U70是丙氨酸t(yī)RNA分子決定其本質(zhì)的主要因素。tRNA分子上決定其攜帶氨基酸的區(qū)域叫做副密碼子。一種氨基酰tRNA合成酶可以識別以一組同功tRNA，這說明它們具有共同特征。例如三種丙氨酸t(yī)RNA（tRNAAlm/CUA,tRNAAim/GGC,tRNAAin/UGC都具有G3：U70副密碼子。）但沒有充分的證據(jù)說明其它氨基酰tRNA合成酶也識別同功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。

多肽鏈解析

核蛋白體大小亞基，mRNA起始tRNA和起始因子共同參與肽鏈合成的起始。

1、大腸桿菌細胞翻譯起始復合物形成的過程：

⑴核糖體30S小亞基附著于mRNA起始信號部位：原核生物中每一個mRNA都具有其核糖體結(jié)合位點，它是位于AUG上游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16S rRNA3’端一部分序列互補，因此SD序列也叫做核糖體結(jié)合序列，這種互補就意味著核糖體能選擇mRNA上AUG的正確位置來起始肽鏈的合成，該結(jié)合反應(yīng)由起始因子3（IF-3）介導，另外IF-1促進IF-3與小亞基的結(jié)合，故先形成IF3-30S亞基-mRNA三元復合物。

⑵30S前起始復合物的形成：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(jié)合，即密碼子與反密碼子配對，同時IF3從三元復合物中脫落，形成30S前起始復合物，即IF2-3S亞基-mRNA-fMet-tRNAfmet復合物，此步需要GTP和Mg2+參與。

蛋白質(zhì)合成

2、真核細胞蛋白質(zhì)合成的起始真核細胞蛋白質(zhì)合成起始復合物的形成中需要更多的起始因子參與，因此起始過程也更復雜。

⑴需要特異的起始tRNA即，-tRNAfmet，并且不需要N端甲?；Ｒ寻l(fā)現(xiàn)的真核起始因子有近10種（eukaryote Initiation factor,eIF）

⑵起始復合物形成在mRNA5’端AUG上游的帽子結(jié)構(gòu)，（除某些病毒mRNA外）

⑶ATP水解為ADP供給mRNA結(jié)合所需要的能量。

真核細胞起始復合物的形成過程是：

翻譯起始也是由eIF-3結(jié)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(jié)合，再通過eIF-3及eIF-4C的作用，先結(jié)合到40S小亞基，然后再與mRNA結(jié)合。mRNA結(jié)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(jié)合因子與mRNA的帽結(jié)合而轉(zhuǎn)移到小亞基上。但是在mRNA5’端并未發(fā)現(xiàn)能與小亞基18SRNA配對的S-D序列。目前認為通過帽結(jié)合后，mRNA在小亞基上向下游移動而進行掃描，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。

肽鏈步驟

多肽鏈的延長在多肽鏈上每增加一個氨基酸都需要經(jīng)過進位，轉(zhuǎn)肽和移位三個步驟。⑴為密碼子所特定的氨基酸t(yī)RNA結(jié)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(wěn)定的E（Unstable temperature,EF）EF-Tu，熱穩(wěn)定的EF(stable temperature EF,EF-Ts）以及依賴GTP的轉(zhuǎn)位因子。EF-Tu首先與GTP結(jié)合，然后再與氨基酰tRNA結(jié)合成三元復合物，這樣的三元復合物才能進入A位。此時GTP水解成GDP，EF-Tu和GDP與結(jié)合在A位上的氨基酰tRNA分離。

多肽鏈詳情

⑴N端甲酰蛋氨酸或蛋氨酸的切除：N端甲酰蛋氨酸是多肽鏈合成的起始氨基酸，必須在多肽鏈折迭成一定的空間結(jié)構(gòu)之前被切除。其過程是：① 去甲?；虎?去蛋氨?；?。

⑵氨基酸的修飾：由專一性的酶催化進行修飾，包括糖基化、羥基化、磷酸化、甲?；取?/p>

⑶二硫鍵的形成：由專一性的氧化酶催化，將-SH氧化為-S-S-。

⑷肽段的切除：由專一性的蛋白酶催化，將部分肽段切除。

⑴構(gòu)象的形成：在分子內(nèi)伴侶、輔助酶及分子伴侶的協(xié)助下，形成特定的空間構(gòu)象。

⑵亞基的聚合。⑶輔基的連接。

蛋白質(zhì)合成后，定向地被輸送到其執(zhí)行功能的場所稱為靶向輸送。大多數(shù)情況下，被輸送的蛋白質(zhì)分子需穿過膜性結(jié)構(gòu)，才能到達特定的地點。因此，在這些蛋白質(zhì)分子的氨基端，一般都帶有一段疏水的肽段，稱為信號肽。分泌型蛋白質(zhì)的定向輸送，就是靠信號肽與胞漿中的信號肽識別粒子（SRP）識別并特異結(jié)合，然后再通過SRP與膜上的對接蛋白（DP）識別并結(jié)合后，將所攜帶的蛋白質(zhì)送出細胞。

信號肽假說：信號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細胞內(nèi)的信號肽識別顆粒（SRP）識別信號肽，使肽鏈合成暫時停止，SRP引導核蛋白體結(jié)合粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜；②SRP識別、結(jié)合內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上的對接蛋白，水解GTP使SRP分離，多肽鏈繼續(xù)延長；③信號肽引導延長多肽進入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔后，經(jīng)信號肽酶切除。分泌蛋白在高爾基體包裝成分泌顆粒出胞。

生物調(diào)控

生物體內(nèi)蛋白質(zhì)合成的速度，主要在轉(zhuǎn)錄水平上，其次在翻譯過程中進行調(diào)節(jié)控制。它受性別、激素、細胞周期、生長發(fā)育、健康狀況和生存環(huán)境等多種因素及參與蛋白質(zhì)合成的眾多的生化物質(zhì)變化的影響。由于原核生物的翻譯與轉(zhuǎn)錄通常是偶聯(lián)在一起的，且其mRNA的壽命短，因而蛋白質(zhì)合成的速度主要由轉(zhuǎn)錄的速度決定。弱化作用是一個通過翻譯產(chǎn)物的過量與不足首先影響轉(zhuǎn)錄，從而調(diào)節(jié)翻譯速度的一種方式。mRNA的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)也能調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)合成的速度。

真核生物轉(zhuǎn)錄與翻譯不是偶聯(lián)的，通常蛋白質(zhì)合成的速度比原核生物慢。真核生物除了主要通過轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)錄后加工及mRNA的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)（如帽子結(jié)構(gòu)和多聚A尾巴等）（見信使核糖核酸）進行調(diào)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(diào)節(jié)翻譯的速度。用哺乳動物網(wǎng)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(zhì)。實驗證明血紅素的調(diào)控是通過一種稱為血紅素調(diào)控阻遏物（HCR）實現(xiàn)的。HCR有活潑和不活潑的兩種狀

血紅素通過影響eIF－2對蛋白質(zhì)進行調(diào)控。當血紅素存在時，抑制了胞蛋白質(zhì)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(zhì)，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(zhì)合成。

蛋白質(zhì)生物合成的抑制劑 許多蛋白質(zhì)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(zhì)合成而發(fā)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(zhì)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(zhì)生物合成抑制劑及其作用部位和專一性。