1、蛋白质合成的过程蛋白质生物合成的具体步骤包括：氨基酸的活化；活化氨基酸的转运；活化氨基酸在核蛋白体上的缩合。 (一）氨基酸的活化转运氨基酸的活化过程及其活化后与相应 tRNA 的结合过程，都是由氨基酰 tRNA 合成酶来催化的，反应方程为：tRNA+氨基酸+ATP FY(KN氨基酰 tRNA 合成酶FY)氨基酰-tRNA+AMP+焦磷酸。以氨基酰 tRNA 形式存在的活化氨基酸，即可投入氨基酸缩合成肽的过程。氨基酰 tRNA 合成酶存在于胞液中，具有高度特异性。它们既能识别特异的氨基酸，又能辨认携带该种氨基酸的特异 tRNA 分子。在体内，每种氨基酰 tRNA 合成酶都能从多种氨基酸中选出与其
2、对应的一种，并选出与此氨基酸相应的特异 tRNA。这是保证遗传信息准确翻译的要点之一。（二）核蛋白体循环tRNA 所携带的氨基酸，是通过“核蛋白体循环”在核蛋白体上缩合成肽，完成翻译过程的。以原核生物中蛋白质合成为例，将核蛋白体循环人为地分为启动、肽链延长和终止三个阶段进行介绍。1启动阶段在蛋白质生物合成的启动阶段，核蛋白体的大、小亚基，mRNA 与一种具有启动作用的氨基酸 tRNA 共同构成启动复合体。这一过程需要一些称为启动因子的蛋白质以及 GTP与镁离子的参与。原核生物中的启动因子有 3 种，IF 1 辅助另外两种启动因子 IF 2、IF 3 起作用。启动阶段的具体步骤如下：(1)30S
3、 亚基在 IF 3 与 IF 1 的促进下与 mRNA 的启动部位结合，在 IF 2 的促进与 IF 1辅助下与甲酰蛋氨酰 tRNA 以及 GTP 结合，形成 30S 启动复合体。30S 启动复合体由 30S 亚基、mRNA 、fMet-tRNA fMet 及 IF 1、IF 2、IF 3 与 GTP 共同构成。（2）30S 启动复合体一经形成，IF 3 即行脱落，50S 亚基随之与其结合，形成了大、小亚基，mRNA，fMettRNA fMet 及 IF 1、IF 2 与 GTP 共同构成的 70S 启动前复合体。（3）70S 启动前复合体的 GTP 水解释出 GDP 与无机磷酸的同时，IF
4、2 和 IF 1 随之脱落，形成了启动复合体。至此，已为肽链延长作好了准备。启动复合体由大、小亚基， mRNA 与 fMettRNA fMet 共同构成。已知核蛋白体上有两个位置，分别称为“给位”与“受位” ，启动复合体中 mRNA 的启动信号相对应的 fMettRNA fMet 亦即处于核蛋白体的给位。2肽链延长阶段这一阶段，根据 mRNA 上密码子的要求，新的氨基酸不断相应的被特异的 tRNA 运至核蛋白体受位，形成肽键。同时，核蛋白体从 mRNA 的 5端向 3端不断移位推进翻译过程。肽链延长阶段需要数种称为延长因子的蛋白质、GTP 与某些无机离子的参与。(1)进位受位上 mRNA 密码
5、子相对应的氨基酸 tRNA 进入受位，生成复合体 V。此步骤需要GTP、Mg 2+和称为肽链延长因子 EFTu 与 EFTs 的蛋白质因子。（2）转肽50S 亚基的给位有转肽酶的存在，可催化肽键形成。此时在转肽酶的催化下，将给位上 tRNA 所携的甲酰蛋氨酰（或肽酰）转移给受位上已特异性进入的氨基酸 tRNA，与其所带的氨基酸的氨基结合形成肽键。此酶需要 Mg 2+与 K 2+存在。（3）脱落原在给位上的脱去甲酰蛋氨酰后的 tRNA fMet，从复合物上脱落。（4）移位核蛋白体向 mRNA 的 3端挪动相当于一个密码子的距离，使下一个密码子准确定位在受位，同时带有肽链的 tRNA 由受体移至给
6、位，此步需有肽链延长因子 EFG、GTP 与Mg 2+ 。 以后肽链上每增加一个氨基酸残基，就按进位（新的氨基酸 tRNA 进入“受位” ）转肽（形成新的肽键）脱落（转肽后“给位”上的 tRNA 脱落）移位（核蛋白体挪动的同时，原处于“受位”带有肽链的 tRNA 随之转到“给位” ） 。3终止阶段当多肽链合成已完成，并且“受位”上已出现终止信号（UAA） ，此后即转入终止阶段。终止阶段包括已合成完毕的肽链被水解释放，以及核蛋白体与 tRNA 从 mRNA 上脱落的过程。这一阶段需要一种起终止作用的蛋白质因子终止因子的参与。终止因子使大亚基“给位”的转肽酶不起转肽作用，而起水解作用。在转肽酶的作
7、用下， “给位”上 tRNA 所携带的多肽链与 tRNA 之间的酯键被水解，并从核蛋白体及 tRNA上释出。从 mRNA 上脱落的核蛋白体，分解为大小两个亚基，重新进入核蛋白体循环。核蛋白体的解体需要 IF 3 的参与。原核生物的蛋白质生物合成氨基酸在核糖体上缩合成多肽链是通过核糖体循环而实现的。此循环可分为肽链合成的起始(intiation) ，肽链的延伸 (elongation)和肽链合成的终止三个主要过程。原核细胞的蛋白质合成过程以 E.coli 细胞为例。1.肽链合成的起始1.三元复合物的形成。核糖体 30S 小亚基附着于 mRNA 的起始信号部位，该结合反应是由起始因子 3(IF3)
8、介导的，另外有 Mg2+的参与。故形成 IF3-30S 亚基-mRNA 三元复合物。2.30S 前起始复合物的形成。在起始因子 2(IF2)的作用下，甲酰蛋氨酸- 起始型tRNA(fMet-tRNA Met)与 mRNA 分子中的起始密码子(AUG 或 GUG)相结合，即密码子与反密码子相互反应。同时 IF3 从三元复合物脱落，形成 30S 前起始复合物，即 IF2-30S 亚基-mRNA-fMet-tRNAMef 复合物。此步亦需要 fGTP 和 Mg2+参与。3.70S 起始复合物形成。50S 亚基与上述的 30S 前起始复合物结合，同时 IF2 脱落，形成 70S 起始复合物，即 30S
9、 亚基-mRNA-50S 亚基-fMer-tRNA Met 复合物。此时 fMet-tRNA Met 占据着 50S 亚基的肽酰位（ peptidyl site，简称为 P 位或给位） ，而 50S 的氨基酰位（aminoacyl site，简称为 A 位或受位）暂为空位。原核细胞蛋白质合成的起始过程氨基酸活化（fMet-tRNAMet 形成）2.肽链合成的延长这一过程包括进位、肽键形成、脱落和移位等四个步骤。肽链合成的延长需两种延长因子(Elongationfactor，简写为 EF） ，分别称为 EF-T 和 EF-G.此外尚需 GTP 供能加速翻译过程。1.进位即新的氨基酰-tRNA 进
10、入 50S 大亚基 A 位，并与 mRNA 分子上相应的密码子结合.在 70S 起始复合物的基础上，原来结合在 mRNA 上的 fMet-tRNAMet 占据着 50S 亚基的P 位点(当延长步骤循环进行二次以上时，在 P 位点则为肽酰-tRNA)新进入的氨基酰-tRNA则结合到大亚基的 A 位点，并与 mRNA 上起始密码子随后的第二个密码子结合。此步需GTP、EF-T 及 Mg2+的参与。2.肽键形成在大亚基上肽酰转移酶(见第四章) 的催化下，将 P 位点上的 tRNA 所携带的甲酰蛋氨酰(或肽酰基)转移给 A 位上新进入的氨基酰-tRNA 的氨基酸上，即由 P 位上的氨基酸(或肽的 3&
11、#39;端氨基酸)提供 -COOH 基，与 A 位上的氨基酸的 -NH2 基形成肽链。此后，在 P 位点上的 tRNA 成为无负载的 tRNA，而 A 位上的 tRNA 负载的是二肽酰基或多肽酰基。此步需 Mg2+及 K+的存在。3.脱落即 50S 亚基 P 位上无负载的 tRNA(如 tRNAMet)脱落。4.移位指在 EF-G 和 GTP 的作用下，核糖体沿 mRNA 链(5'3')作相对移动。每次移动相当于一个密码子的距离，使得下一个密码子能准确的定位于 A 位点处。与此同时，原来处于 A 位点上的二肽酰 tRNA 转移到 P 位点上，空出 A 位点。随后再依次按上述的进
12、位、肽键形成和脱落步骤进行下一循环，即第三个氨基酰-tRNA 进入 A 位点，然后在肽酰转移酶催化下，P 位上的二肽酰 tRNA 又将此二肽基转移给第三个氨基酰-tRNA，形成三肽酰tRNA。同时，卸下二肽酰的 tRNA 又迅速从核糖体脱落。像这样继续下去，延长过程每重复一次，肽链就延伸一个氨基酸残基。多次重复，就使肽链不断地延长，直到增长到必要的长度。通过实验已经证明，mRNA 上的信息的阅读是从多核苷酸链的 5'端向 3'端进行的，而肽链的延伸是从 N 端开始的。 ?3.肽链合成的终止，需终止因子或释放因子(releasing factor 简写为 RF)参与。在 E.co
13、li 中已分离出三种 RF:RF1(MW36000)，RF2(MW38000 和 RF3(MW46000)。其中，只有 RF3与 GTP(或 GDP)能结合。它们均具有识别 mRNA 链上终止密码子的作用，使肽链释放，核糖体解聚。1.多肽链的合成已经完毕，这时，虽然多肽链仍然附着在核蛋白体及 tRNA 上，但mRNA 上肽链合成终止密码子 UAA(亦可以是 UAG 或 UGA)已在核蛋白体的 A 位点上出现。终止因子用以识别这些密码子，并在 A 位点上与终止密码子相结合，从而阻止肽链的继续延伸。RF3 的作用还不能肯定，可能具有加强 RF1 和 RF2 的终止作用。RF1 和 RF2 对终止密
14、码子的识别具有一定特异性，RF1 可识别 UAA 和 UAG，RF2 识别 UAA 和 UGA。RF与 EF 在核糖体上的结合部位是同一处，它们重叠的结合部位与防止了 EF 与 F 同时结合于核糖体上，而扰乱正常功能。2.终止因子可能还可以使核蛋白体 P 位点上的肽酰转移酶发生变构，酶的活性从转肽作用改变为水解作用，从而使 tRNA 所携带的多肽链与 tRNA 之间的酯键被水解切断，多肽链从核蛋白体及 tRNA 释放出来。最后，核蛋白体与 mRNA 分离;同时，在核蛋白体 P 位上的 tRNA 和 A 位上的 RF 亦行脱落。与 mRNA 分离的核蛋白体又分离为大小两个亚基，可重新投入另一条肽
15、链的合成过程。核蛋白体分离为大小两个亚基的反应需要起始因子(IF3)的参与。必须指出，上述只是单个核蛋白体的循环，即单个核蛋白体的翻译过程。采用温和的条件小心地从细胞中分离核蛋白体时，可以得到 3-4 个甚至上百个成串的核蛋白体。称为多核蛋白体，即在一条mRNA 链上同一时间内结合着许多个核蛋白体，两个核蛋白体之间有一定的长度间隔，是裸露的 mRNA 链段，所以多核蛋白体可以在一条 mRNA 链上同时合成几条多肽链，这就大提高了翻译的效率。在开始合成蛋白质时，一个核蛋白体先附着在 mRNA 链的起始部位，再沿着 mRNA 链由 5'端向 3'端移动，根据 mRNA 链的信息，有
16、次序的接受携带基酰的各种 tRNA，并合成多种肽链。当这一核蛋白体移动到足够远的位置时，另一核蛋白体又可附着此 mRNA 的起始部位，并开始合成另一条同样的多肽链。每当一个核蛋白体又可到此mRNA 的终止密码子时，多肽链即合成完毕，并从核蛋白体及 tRNA 上释出。同时，此核蛋白体随之从 mRNA 链上脱落分离为两个亚基，而脱落下来的大小亚基又可重新投入核蛋白体循环的翻译过程。多核蛋白体中的核蛋白体个数，视其所附着的 mRNA 大小而定。例如，血红蛋白的多肽链约由 150 个氨基酸残基组成，相应的 mRNA 的编码区应有 450 个碱基组成的多核苷酸，长约 150nm。网织红细胞核蛋白体的直径为 22nm，所以每条 mRNA足以容纳好几个核蛋白体。现已证明，网织红细胞多核蛋白体由 5-6 个核蛋白体串连而成，两个核蛋白体之间的间隔约为 3nm。肌球蛋白（即肌凝蛋白）的重链由 1800 个氨基酸残基组成，相应的 mRNA 链的编码区应当是 5400 个核苷酸组成的长链，多核蛋白体由 60 多个核蛋白体串连而成。
