蛋白質(zhì)的生物合成

一．蛋白質(zhì)生物合成(protein biosynthesis)也稱翻譯(translation)，是生物細胞以mRNA為模板，按照mRNA分子中核苷酸的排列順序所組成的密碼信息合成蛋白質(zhì)的過程。將核酸中 4 種核苷酸序列編碼的遺傳信息，通過遺傳密碼破譯的方式解讀為蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)中20種氨基酸的排列順序。蛋白質(zhì)生物合成是基因表達的最終階段。

1.反應(yīng)過程：氨基酸的活化，肽鏈的生物合成（起始、延長和終止），肽鏈形成后的加工和靶向輸送。

2.生物學(xué)意義：蛋白質(zhì)合成在細胞生命過程中有至關(guān)重要的核心作用（生命必需和藥物作用靶點）。

二．蛋白質(zhì)生物合成體系：

1.基本原料:20種編碼氨基酸。

2.三種RNA:mRNA---模板; tRNA ---適配器；核蛋白體---裝配機。

3.主要酶和蛋白質(zhì)因子:氨基酰-tRNA合成酶、轉(zhuǎn)肽酶、起始因子、延長因子、釋放因子等。

4.能源物質(zhì):ATP、GTP。

5.無機離子:Mg2+、K+。

三．mRNA的基本結(jié)構(gòu)。

1.組成：5’-端非翻譯區(qū)、開放閱讀框架、3’-端非翻譯區(qū)。

2.從mRNA 5’-端起始密碼子AUG到3’-端終止密碼子之間的核苷酸序列，稱為開放閱讀框架(ORF)。

3.順反子:遺傳學(xué)將編碼一個多肽的遺傳單位稱為。

四．遺傳密碼。

1.密碼子（codon）：在mRNA的開放閱讀框架區(qū)，從5’至3’方向，由AUG開始，每3個核苷酸為一組，決定肽鏈上某一個氨基酸或蛋白質(zhì)合成的起始、終止信號，稱為三聯(lián)體密碼(有43個)。其破譯在生物學(xué)史上有里程碑的意義。

2.有意義密碼：能決定氨基酸的密碼子（61個）。

3.起始密碼子(initiation codon)：AUG。

4.終止密碼子(termination codon) ：UAA、UAG、UGA。

5.特點：方向性(directional。翻譯時遺傳密碼的閱讀方向是5’→3’，即讀碼從mRNA的起始密碼子AUG開始，按5’→3’的方向逐一閱讀，直至終止密碼子)、連續(xù)性(non-punctuated。編碼蛋白質(zhì)氨基酸序列的各個三聯(lián)體密碼連續(xù)閱讀，密碼子及密碼子的各堿基之間既無間隔、無重疊)、簡并性(degenerate。一種氨基酸可具有2個或2個以上的密碼子為其編碼，存在三中讀二的規(guī)律)、通用性(universal。從簡單的病毒到高等的人類，幾乎使用同一套遺傳密碼)、擺動性(wobble。轉(zhuǎn)運氨基酸的tRNA的反密碼子需要通過堿基互補與mRNA上的遺傳密碼反向配對結(jié)合，但反密碼子與密碼子間不嚴格遵守常見的堿基配對規(guī)律，稱為擺動配對。通常出現(xiàn)在密碼子的第3位堿基與反密碼子的第1位堿基之間)。

五．核蛋白體的組成。

1.核蛋白體又稱核糖體，是由rRNA和多種蛋白質(zhì)結(jié)合而成的一種大的核糖核蛋白顆粒，是蛋白質(zhì)生物合成的場所。

2.原核生物翻譯過程中核蛋白體結(jié)構(gòu)模式：A位氨基酰位、P位肽酰位、E位排出位。

六．tRNA。

1.結(jié)構(gòu)：二級結(jié)構(gòu)三葉草型（由氨基酸臂、反密碼環(huán)、DHU環(huán)、TΨC環(huán)組成），三級結(jié)構(gòu)呈L型。

2.作用：運載氨基酸（氨基酸各由其特異的tRNA攜帶，一種氨基酸可有幾種對應(yīng)的tRNA，氨基酸的羧基結(jié)合在tRNA 3ˊ-CCA的位置（形成酯鍵），結(jié)合需要ATP供能）；充當適配器（每種tRNA的反密碼子決定了所攜帶的氨基酸能準確地在mRNA上對號入座）。

七.重要的酶類。

1.氨基酰-tRNA合成酶：催化氨基酸的活化；

2.轉(zhuǎn)肽酶(peptidase)：催化核蛋白體P位上的肽酰基轉(zhuǎn)移至A位氨基酰-tRNA的氨基上，使酰基與氨基結(jié)合形成肽鍵;并受釋放因子的作用后發(fā)生變構(gòu)，表現(xiàn)出酯酶的水解活性，使P位上的肽鏈與tRNA分離；

3.轉(zhuǎn)位酶(translocase)：催化核蛋白體向mRNA3’-端移動一個密碼子的距離，使下一個密碼子定位于A位。

八．蛋白因子（原核生物）。

1.起始因子：IF-1（占據(jù)A位防止結(jié)合其他tRNA）、IF-2（促進起始tRNA與小亞基結(jié)合）、IF-3?（促進大小亞基分離，提高P位對結(jié)合起始tRNA的敏感性）。

2.延長因子：EF-Tu（促進氨基酰-tRNA進入A位，結(jié)合并分解GTP）、EF-Ts?（調(diào)節(jié)亞基）、EF-G?（有轉(zhuǎn)位酶活性，促進mRNA-肽酰-tRNA由A位移至P位，促進tRNA卸載與釋放）。

3.釋放因子： RF-1（特異識別UAA、UAG，誘導(dǎo)轉(zhuǎn)肽酶轉(zhuǎn)變?yōu)轷ッ福F-2，（特異識別UAA、UGA，誘導(dǎo)轉(zhuǎn)肽酶轉(zhuǎn)變?yōu)轷ィF-3（可與核蛋白體其他部位結(jié)合，有GTP酶活性，能介導(dǎo)RF-1及RF-2與核蛋白體的相互作用）。

九．能源物質(zhì)（ATP和GTP）及離子（Mg2+、K+ 等）。

十.氨基酸與特異的tRNA結(jié)合形成氨基酰-tRNA的過程稱為氨基酸的活化。參與氨基酸的活化的酶為氨基酰-tRNA合成酶。

1.反應(yīng)過程：氨基酸與tRNA在氨基酰-tRNA合成酶作用下消耗一分子ATP生成氨基酰- tRNA。

2.結(jié)構(gòu)：氨基酰－tRNA合成酶有3個結(jié)合位點，氨基酸和ATP形成氨基酰腺苷，氨基酰轉(zhuǎn)移到tRNA上，tRNA負載了氨基酸。

3.特性：氨基酰-tRNA合成酶對底物氨基酸和tRNA都有高度特異性；該酶與二者中之一結(jié)合后，空間構(gòu)像改變，選擇性與對應(yīng)氨基酸的結(jié)合。氨基酰-tRNA合成酶具有校正活性。

十一.蛋白質(zhì)生物學(xué)合成中的保真性機制。

1.密碼子與反密碼子的辨認結(jié)合。

2.氨基酰-tRNA合成酶對底物氨基酸和tRNA都有高度特異性。

3.氨基酰-tRNA合成酶具有校正活性。

4.核糖體對氨基酰-tRNA的進位具有校正作用。

十二.起始氨基酰-tRNA。

十三.原核生物肽鏈合成起始：指mRNA和起始氨基酰-tRNA分別與核蛋白體結(jié)合而形成翻譯起始復(fù)合物的過程。

十四.原核生物肽鏈合成延長：又稱為核蛋白體循環(huán)。在mRNA模板的指導(dǎo)下，氨基酸依次進入核蛋白體并聚合成多肽鏈的過程。每輪循環(huán)使多肽鏈增加一個氨基酸殘基。

十五.原核生物肽鏈合成終止：指核蛋白體A位出現(xiàn)mRNA的終止密碼子后，多肽鏈合成停止，肽鏈從肽酰-tRNA中釋出，mRNA、核蛋白體大、小亞基等分離的過程，需要釋放因子RF-1、RF-2和 RF-3（RF: 識別終止密碼子；激活成肽酶的酯酶活性）參與。