第十二章 蛋白質(zhì)的生物合成?

一、蛋白質(zhì)生物合成體系：?

生物體內(nèi)的各種蛋白質(zhì)都是生物體利用約20種氨基酸為原料自行合成的。蛋白質(zhì)的生物合成過(guò)程，就是將DNA傳遞給mRNA的遺傳信息，再具體的解譯為蛋白質(zhì)中氨基酸排列順序的過(guò)程，這一過(guò)程被稱為翻譯（translation)。參與蛋白質(zhì)生物合成的各種因素構(gòu)成了蛋白質(zhì)合成體系，該體系包括：?

1.mRNA：作為指導(dǎo)蛋白質(zhì)生物合成的模板。?

mRNA中每三個(gè)相鄰的核苷酸組成三聯(lián)體，代表一個(gè)氨基酸的信息，此三聯(lián)體就稱為密碼。共有64種不同的密碼。遺傳密碼具有以下特點(diǎn)：① 連續(xù)性；② 簡(jiǎn)并性；③ 通用性；④ 方向性；⑤ 擺動(dòng)性；⑥ 起始密碼：AUG；終止密碼：UAA、UAG、UGA。?

2.tRNA：在氨基酸t(yī)RNA合成酶催化下，特定的tRNA可與相應(yīng)的氨基酸結(jié)合，生成氨基酰tRNA，從而攜帶氨基酸參與蛋白質(zhì)的生物合成。?

tRNA反密碼環(huán)中部的三個(gè)核苷酸構(gòu)成三聯(lián)體，可以識(shí)別mRNA上相應(yīng)的密碼，此三聯(lián)體就稱為反密碼。 反密碼對(duì)密碼的識(shí)別，通常也是根據(jù)堿基互補(bǔ)原則，即A—U，G—C配對(duì)。但反密碼的第一個(gè)核苷酸與第三核苷酸之間的配對(duì)，并不嚴(yán)格遵循堿基互補(bǔ)原則，這種配對(duì)稱為不穩(wěn)定配對(duì)。?

能夠識(shí)別mRNA中5′端起動(dòng)密碼AUG的tRNA稱為起動(dòng)tRNA。在原核生物中，起動(dòng)tRNA是tRNAfmet；而在真核生物中，起動(dòng)tRNA是tRNAmet。?

3．rRNA和核蛋白體：原核生物中的核蛋白體大小為70S，可分為30S小亞基和50S大亞基。真核生物中的核蛋白體大小為80S，也分為40S小亞基和60S大亞基。核蛋白體的大、小亞基分別有不同的功能：?

⑴小亞基：可與mRNA、GTP和起動(dòng)tRNA結(jié)合。?

⑵大亞基：①具有兩個(gè)不同的tRNA結(jié)合點(diǎn)。A位—— 受位或氨?；唬膳c新進(jìn)入的氨基酰tRNA結(jié)合；P位——給位或肽酰基位，可與延伸中的肽?；鵷RNA結(jié)合。②具有轉(zhuǎn)肽酶活性。?

在蛋白質(zhì)生物合成過(guò)程中，常常由若干核蛋白體結(jié)合在同一mRNA分子上，同時(shí)進(jìn)行翻譯。由若干核蛋白體結(jié)合在一條mRNA上同時(shí)進(jìn)行多肽鏈的翻譯所形成的念球狀結(jié)構(gòu)稱為多核蛋白體。?

4．起動(dòng)因子（IF）：這是一些與多肽鏈合成起動(dòng)有關(guān)的蛋白因子。原核生物中存在3種起動(dòng)因子，分別稱為IF1-3。在真核生物中存在9種起動(dòng)因子（eIF）。其作用主要是促進(jìn)核蛋白體小亞基與起動(dòng)tRNA及模板mRNA結(jié)合。?

5．延長(zhǎng)因子（EF）：原核生物中存在3種延長(zhǎng)因子（EFTU，EFTS，EFG），真核生物中存在2種（EF1，EF2）。其作用主要促使氨基酰tRNA進(jìn)入核蛋白的受體，并可促進(jìn)移位過(guò)程。?

6．釋放因子（RF）：原核生物中有4種，在真核生物中只有1種。其主要作用是識(shí)別終止密碼，協(xié)助多肽鏈的釋放。?

7．氨基酰tRNA合成酶：該酶存在于胞液中，與特異氨基酸的活化以及氨基酰tRNA的合成有關(guān)。每種氨基酰tRNA合成酶對(duì)相應(yīng)氨基酸以及攜帶氨基酸的數(shù)種tRNA具有高度特異性。?

二、蛋白質(zhì)生物合成過(guò)程：?

1．氨基酸的活化與搬運(yùn)：氨基酸的活化以及活化氨基酸與tRNA的結(jié)合，均由氨基酰tRNA合成酶催化完成。反應(yīng)完成后，特異的tRNA3’端CCA上的2’或3’位自由羥基與相應(yīng)的活化氨基酸以酯鍵相連接，形成氨基酰tRNA。?

2．活化氨基酸的縮合——核蛋白體循環(huán)：活化氨基酸在核蛋白體上反復(fù)翻譯mRNA上的密碼并縮合生成多肽鏈的循環(huán)反應(yīng)過(guò)程，稱為核蛋白體循環(huán)。核蛋白體循環(huán)過(guò)程可分為三個(gè)階段：?

⑴起動(dòng)階段：①30S起動(dòng)復(fù)合物的形成。在IF促進(jìn)下，30S小亞基與mRNA的起動(dòng)部位，起動(dòng)tRNA（tRNAfmet），和GTP結(jié)合，形成復(fù)合體。②70S起動(dòng)前復(fù)合體的形成。IF3從30S起動(dòng)復(fù)合體上脫落，50S大亞基與復(fù)合體結(jié)合，形成70S起動(dòng)前復(fù)合體。③70S起動(dòng)復(fù)合體的形成。GTP被水解，IF1和IF2從復(fù)合物上脫落。?

⑵肽鏈延長(zhǎng)階段：①進(jìn)位：與mRNA下一個(gè)密碼相對(duì)應(yīng)的氨基酰tRNA進(jìn)入核蛋白體的受位。此步驟需GTP，Mg2+，和EF參與。②成肽：在轉(zhuǎn)肽酶的催化下，將給位上的tRNA所攜帶的甲酰蛋氨?；螂孽；D(zhuǎn)移到受位上的氨基酰tRNA上，與其α-氨基縮合形成肽鍵。給位上已失去蛋氨?；螂孽；膖RNA從核蛋白上脫落。③移位：核蛋白體向mRNA的3'- 端滑動(dòng)相當(dāng)于一個(gè)密碼的距離，同時(shí)使肽?；鵷RNA從受體移到給位。此步驟需EF（EFG）、GTP和Mg2+參與。 此時(shí)，核蛋白體的受位留空，與下一個(gè)密碼相對(duì)應(yīng)的氨基酰tRNA即可再進(jìn)入，重復(fù)以上循環(huán)過(guò)程，使多肽鏈不斷延長(zhǎng)。?

⑶肽鏈終止階段：核蛋白體沿mRNA鏈滑動(dòng)，不斷使多肽鏈延長(zhǎng)，直到終止信號(hào)進(jìn)入受位。①識(shí)別：RF識(shí)別終止密碼，進(jìn)入核蛋白體的受位。②水解：RF使轉(zhuǎn)肽酶變?yōu)樗饷福嚯逆溑ctRNA之間的酯鍵被水解，多肽鏈釋放。③解離：通過(guò)水解GTP，使核蛋白體與mRNA分離，tRNA、RF脫落，核蛋白體解離為大、小亞基。?

三、多肽鏈合成后的加工修飾：?

1．一級(jí)結(jié)構(gòu)的加工修飾：?

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(guò)程是：① 去甲?；?；② 去蛋氨?；?。?

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

⑶二硫鍵的形成：由專一性的氧化酶催化，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。?

2．高級(jí)結(jié)構(gòu)的形成：?

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。?

3．靶向輸送：蛋白質(zhì)合成后，定向地被輸送到其執(zhí)行功能的場(chǎng)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(guò)膜性結(jié)構(gòu)，才能到達(dá)特定的地點(diǎn)。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(hào)肽。分泌型蛋白質(zhì)的定向輸送，就是靠信號(hào)肽與胞漿中的信號(hào)肽識(shí)別粒子（SRP）識(shí)別并特異結(jié)合，然后再通過(guò)SRP與膜上的對(duì)接蛋白（DP）識(shí)別并結(jié)合后，將所攜帶的蛋白質(zhì)送出細(xì)胞。