蛋白质的生物合成-2

13三月2024蛋白质的生物合成2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都是生物体内利用约21种氨基酸为原料自行合成的。参与蛋白质生物合成的各种因素构成了蛋白质合成体系，该体系包括：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（又名核蛋白体）：蛋白体生物合成的场所；④

酶及其他蛋白质因子；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子(coden)。共有64种不同的密码子。遗传密码具有以下特点：①

连续性；②

简并性；③

通用性；（但在线粒体或叶绿体中特殊）④

方向性，即解读方向为5′→3′；⑤

摆动性；⑥

起始密码：AUG；终止密码：UAA、UAG、UGA。

遗传密码的连续性遗传密码的简并性和通用性遗传密码的摆动配对二、tRNA在氨酰tRNA合成酶催化下，特定的tRNA可与相应的氨基酸结合，生成氨酰-tRNA，从而携带氨基酸参与蛋白质的生物合成。tRNA反密码环中部的三个核苷酸构成三联体，可以识别mRNA上相应的密码，此三联体就称为反密码子(anticoden)。

反密码对密码的识别，通常也是根据碱基互补原则，即A—U，G—C配对。但反密码的第一个核苷酸与第三核苷酸之间的配对，并不严格遵循碱基互补原则。如反密码第一个核苷酸为Ⅰ（次黄嘌呤），则可与A、U或C配对，如为U，则可与A或G配对，这种配对称为摆动配对。

能够识别mRNA中5′端起动密码AUG的tRNA是一种特殊的tRNA，称为起动tRNA。在原核生物中，起动tRNA是一种携带甲酰蛋氨酸的tRNA，即tRNAifMet；而在真核生物中，起动tRNA是一种携带蛋氨酸的tRNA，即tRNAiMet。在原核生物和真核生物中，均存在另一种携带蛋氨酸的tRNA，识别非起动部位的蛋氨酸密码子AUG。

三、rRNA和核蛋白体原核生物中的核糖体大小为70S，可分为30S小亚基和50S大亚基。小亚基由16SrRNA和21种蛋白质构成，大亚基由5SrRNA，23SRNA和34种蛋白质构成。真核生物中的核糖体大小为80S，分为40S小亚基和60S大亚基。小亚基由18SrRNA和30多种蛋白质构成，大亚基则由5SrRNA，28SrRNA和50多种蛋白质构成，在哺乳动物中还含有5.8SrRNA。

核糖体的组装大肠杆菌核糖体的空间结构为一椭圆球体，其30S亚基呈哑铃状，50S亚基带有三角，中间凹陷形成空穴，将30S小亚基抱住，两亚基的结合面为蛋白质生物合成的场所。

核糖体的大、小亚基分别有不同的功能：1．小亚基：可与mRNA、GTP和起动氨酰－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，可与新进入的氨酰-tRNA结合；P位（左）——给位或肽酰基位，可与延伸中的肽酰-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酰-tRNA，形成肽键。（3）具有GTPase活性，水解GTP，获得能量。

（4）具有起动因子、延长因子及释放因子的结合部位。

在蛋白质生物合成过程中，常常由若干核糖体结合在同一mRNA分子上，同时进行翻译，但每两个相邻核蛋白之间存在一定的间隔，形成念珠状结构。由若干核糖体结合在一条mRNA上同时进行多肽链的翻译所形成的念珠状结构称为多核糖体。

四、起动因子（IF）这是一些与多肽链合成起动有关的蛋白因子。原核生物中存在3种起动因子，分别称为IF1-3。在真核生物中存在9种起动因子（eIF）。其作用主要是促进核糖体小亚基与起动tRNA及模板mRNA结合。

五、延长因子（EF）原核生物中存在3种延长因子（EFTu，EFTs，EF-G），真核生物中存在2种（EF-1，EF-2）。其作用主要促使氨酰tRNA进入核糖体的受位，并可促进移位过程。

六、释放因子（RF）原核生物中有3种，在真核生物中只有1种其主要作用是识别终止密码，协助多肽链的释放。

七、氨酰-tRNA合成酶该酶存在于胞液中，与特异氨基酸的活化以及氨酰-tRNA的合成有关。每种氨酰-tRNA合成酶对相应氨基酸以及携带氨基酸的数种tRNA具有高度特异性，这是保证tRNA能够携带正确的氨基酸对号入座的必要条件。目前认为，该酶对tRNA的识别，是因为在tRNA的氨基酸臂上存在特定的识别密码，即第二套遗传密码。

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。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。

第二节蛋白质生物合成过程

蛋白质生物合成过程包括两大步骤：①氨基酸的活化与搬运；②活化氨基酸在核蛋白体上的缩合。一、氨基酸的活化与搬运

氨基酸的活化以及活化氨基酸与tRNA的结合，均由氨基酰tRNA合成酶催化完成。其反应过程为：

在此反应中，特异的tRNA3´端CCA上的2´或3´位自由羟基与相应的活化氨基酸以酯键相连接，形成氨酰-tRNA，从而使活化氨基酸能够被搬运至核糖体上参与多肽链的合成。氨酰-tRNA的合成，可使氨基酸

①活化；②搬运；③定位。

二、活化氨基酸的缩合——核糖体循环

活化氨基酸缩合生成多肽链的过程在核蛋白体上进行。活化氨基酸在核蛋白体上反复翻译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。核蛋糖体循环过程可分为起动、延长和终止三个阶段，这三个阶段在原核生物和真核生物类似，现以原核生物中的过程加以介绍。

（一）起动阶段：

1．30S起动复合物的形成：在起始因子的促进下，30S小亚基与mRNA的起动部位、起始tRNA（fmet-tRNAfMet）和GTP结合，形成复合体。

原核mRNA的起动部位由一段富含嘌呤的特殊核苷酸顺序组成，称为SD序列（核糖体结合位点，RBS），可被核蛋白体小亚基辨认结合。真核生物中的mRNA具有帽子结构，已知需一种特殊的帽子结合蛋白（CBP）以识别此结构。

2．70S起动前复合体的形成：IF3从30S起动复合体上脱落，50S大亚基与复合体结合，形成70S起动前复合体。

3．70S起动复合体的形成：GTP被水解，IF1和IF2从复合物上脱落。此时，tRNAfMet的反密码CAU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）。

（二）肽链延长阶段：

1．进位：与mRNA下一个密码相对应的氨酰－tRNA进入核糖体的受位。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从核糖体上脱落。

3．移位：核糖体向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，核糖体的受位留空，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。

（三）肽链终止阶段：核糖体沿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：RF识别终止密码，进入核糖体的受位。

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，使核糖体与mRNA分离，tRNA、RF脱落，核糖体解离为大、小亚基。

三、多肽链合成的能量消耗

多肽链的合成是一个消耗能量的过程，其能量主要由ATP和GTP提供。若n个氨基酸合成一条多肽链：需ATP数目：

n个氨基酸分子的活化2n个（ATP→AMP+PPi）70s起始复合物的形成：1个（GTP→GDP+Pi)(n－1)个氨酰－tRNA进入核糖体A位点：（n－1）个（GTP→GDP+Pi)(n－1)次核糖体移位：(n－1)个(GTP→GDP+Pi)共（4n－1）个第三节多肽链合成后的加工修饰

一、一级结构的加工修饰：1．N端甲酰蛋氨酸或蛋氨酸的切除：N端甲酰蛋氨酸，必须在多肽链折叠成一定的空间结构之前被切除。①去甲酰化：

甲酰化酶甲酰蛋氨酸-肽甲酸+蛋氨酸-肽

②去蛋氨酰基：

蛋氨酸氨基肽酶

蛋氨酰-肽

蛋氨酸+肽

2．氨基酸的修饰：由专一性的酶催化进行修饰，包括糖基化、羟基化、磷酸化、甲酰化等。

3．二硫键的形成：由专一性的氧化酶催化，将-SH氧化为-S-S-。

4．肽段的切除：

由专一性的蛋白酶催化，将部分肽段切除。

如：前胰岛素原（切信号肽）→胰岛素原（切间插序列）→胰岛素二、高级结构的形成：1．构象的形成：在分子内伴侣、辅助酶及分子伴侣的协助下，形成特定的空间构象。2．亚基的聚合。3．辅基的连接。

三、靶向输送：蛋白质合成后，定向地被输送到其执行功能的场所称为靶向输送。大多数情况下，被输送的