蛋白质的生物合成

蛋白质的生物合成生物化学之－上海理工大学医疗器械与食品学院任课教师：管骁

将DNA传递给mRNA的遗传信息，根据核酸链上每三个核苷酸决定一个氨基酸的三联体密码规则，合成出具有特定氨基酸顺序蛋白质肽链的过程，这一过程被称为翻译(translation)。

第一节参与蛋白质生物合成的物质生物体内的各种蛋白质是利用20种氨基酸进行合成。蛋白质合成体系包括：①mRNA：作为蛋白质生物合成的模板，决定多肽链中氨基酸的排列顺序；②tRNA：搬运氨基酸的工具；③核糖体：蛋白体生物合成的场所；④酶及其他蛋白质辅助因子；⑤供能物质及无机离子。一、mRNA

作为指导蛋白质生物合成的模板。mRNA中每三个相邻的核苷酸组成三联体，代表一个氨基酸的信息，此三联体就称为密码(coden)。共有64种不同的密码。

遗传密码具有以下特点：①连续性:密码子无标点符号②简并性:氨基酸可以有几组不同的密码子③通用性:高等和低等生物共用同一套密码；④方向性:即解读方向为5′→3′；⑤摆动性:密码子专一性由头两位碱基决定⑥起始密码:

AUG；

终止密码:

UAA、UAG、UGA。二、tRNAtRNA能识别专一性的氨酰tRNA合成酶；tRNA反密码环中部的三个核苷酸构成三联体（反密码子，anticoden)，可以识别mRNA上相应的密码；tRNA能使正在延长的肽链与参加转译过程的核糖体相结合。AminoacidAnticodontRNA种类原核细胞核糖体真核细胞核糖体70S80S亚基30S50S40S60SrRNA16S5S、23S18S5S、28S、（哺乳动物5.8S）蛋白质21种34种30多种50多种三、rRNA和核蛋白体核蛋白体的大、小亚基分别有不同的功能：1．小亚基：可与mRNA、GTP和起动tRNA结合。2．大亚基：（1）具有两个不同的tRNA结合点。A位（右）—受位或氨酰基位，可与新进入的氨基酰tRNA结合；P位（左）—给位或肽酰基位，可与延伸中的肽酰基tRNA结合。（2）具有转肽酶活性：将给位上的肽酰基转移给受位上的氨基酰tRNA，形成肽键。（3）具有GTPase活性，水解GTP，获得能量。（4）具有起始因子、延伸因子及释放因子的结合部位。四、起始因子（IF）

作用：与多肽链合成起动有关的蛋白因子。五、延伸因子（EF）

作用：促使氨基酰tRNA进入核蛋白的受位，并可促进移位过程。六、释放因子（RF）作用：识别终止密码，协助多肽链的释放。七、氨酰tRNA合成酶

存在于胞液中，催化氨基酸的活化以及氨酰tRNA的合成有关。氨酰tRNA合成酶对相应AA以及携带AA的tRNA具有高度特异性，保证tRNA携带正确的氨基酸对号入座。八、供能物质和无机离子

多肽链合成时，需ATP、GTP作为供能物质，并需Mg2+、K+参与。一、氨基酸的活化tRNA在氨酰-tRNA

合成酶的帮助下，能够识别相应的氨基酸，并通过tRNA氨基酸臂的3'-OH与氨基酸的羧基形成活化酯－氨酰-tRNA。氨酰-tRNA的形成：1、氨基酸与ATP形成氨基酰腺嘌呤核苷酸；2、氨酰基转移到tRNA

的3'-OH端上,形成氨酰-tRNA。第二节蛋白质生物合成过程

氨基酸活化的总反应式：氨基酸活化时需消耗2分子高能磷酸键。氨酰-tRNA

合成酶具有高度的专一性，只能识别一种相应的tRNA。每一种氨基酸至少有一种对应的氨酰-tRNA

合成酶。氨酰tRNA的合成，可使氨基酸①活化；②搬运；③定位。氨基酸+ATP+tRNA+H2O氨酰-tRNA+AMP+PPi氨酰-tRNA

合成酶二、活化氨基酸的缩合活化氨基酸缩合生成多肽链的过程在核糖体上进行。活化氨基酸在核糖体上反复翻译mRNA上的密码并缩合生成多肽链的循环反应过程，称为核糖体循环。

核糖体循环过程可分为起动、延长和终止三个阶段。（一）起动阶段：1、30S起动复合物的形成：在起动因子的促进下，30S小亚基与mRNA的起动部位结合，起动tRNA（fMet-tRNAfmet）和GTP结合，形成复合体。

30S小亚基IF-1IF-2IF-330S-mRNA-IF3复合物IF-3mRNAAUG5`3`30S起始复合物fMet-tRNAGTP2．70S起动复合体的形成：

50S的加入和GTP被水解，IF1和IF2从复合物上脱落，形成70S起始复合物（70S-mRNA-fMet-tRNA起始复合物）。此时，tRNAfmet的反密码UAC与mRNA上的起动密码AUG互补结合，tRNAfmet结合在核蛋白的给位（P位）。

50S大亚基IF1+IF2(GDP+Pi)A位P位70S起始复合体（二）肽链延长阶段：1．进位：与mRNA下一个密码相对应的氨基酰tRNA进入核蛋白体的受位。此步骤需GTP，Mg2+，和EF参与。2．成肽：在转肽酶的催化下，将给位上的tRNA所携带的甲酰蛋氨酰基或肽酰基转移到受位上的氨基酰tRNA上，与其α-氨基缩合形成肽键。此步骤需Mg2+，K+。给位上已失去蛋氨酰基或肽酰基的tRNA从核蛋白上脱落。

3．移位：核蛋白体向mRNA的3'-端滑动相当于一个密码的距离，同时使肽酰基tRNA从受体移到给位。此步骤需EF（EFG）、GTP和Mg2+参与。此时，核蛋白体的受位留空，与下一个密码相对应的氨基酰tRNA即可再进入，重复以上循环过程，使多肽链不断延长。给位P受位A进位形成肽键脱落、移位A（三）肽链终止阶段：核蛋白体沿mRNA链滑动，不断使多肽链延长，直到终止信号进入受位。1．识别：释放因子（RF）识别终止密码，进入核蛋白体的受位。

2．水解：RF使转肽酶变为水解酶，多肽链与tRNA之间的酯键被水解，多肽链释放。

3．解离：通过水解GTP，使核蛋白体与mRNA分离，tRNA、RF脱落，核蛋白体解离为大、小亚基。

蛋白质合成的能量消耗：氨基酸活化时需消耗2分子高能磷酸键，肽键形成时又消耗2分子高能磷酸键，故缩合一分子氨基酸残基需消耗4分子高能磷酸键。三、多肽链合成后的加工修饰

（一）一级结构的加工修饰：

1．N端甲酰甲硫氨酸或甲硫氨酸的切除：

N端甲酰甲硫氨酸，必须在多肽链折迭成一定的空间结构之前被切除。

①去甲酰化：

甲酰甲硫氨酸-肽甲酸+甲硫氨酸-肽

②去甲硫氨酰基甲硫氨酰-肽甲硫氨酸+肽

甲酰化酶甲硫氨酸氨基肽酶2．氨基酸的修饰：由专一性的酶催化