第十一章 蛋白質(zhì)的生物合成(翻譯)

第一節(jié)蛋白質(zhì)合成體系

一、mRNA與遺傳密碼

1. mRNA是蛋白質(zhì)合成的直接模板

2. 遺傳密碼是三聯(lián)體密碼

編碼20種氨基酸所需的堿基最低數(shù)是3（43=64），密碼子（codon）應(yīng)是三聯(lián)體（triplet），即mRNA的序列以三個(gè)核苷酸為一組。

3. 遺傳密碼特點(diǎn)：①連續(xù)性,②簡(jiǎn)并性③通用性。

4核糖體的組成和結(jié)構(gòu)

有70S和80S兩種，均由大小不同的兩個(gè)亞基組成。70S核糖體存在于原核細(xì)胞和真核細(xì)胞的線粒體和葉綠體中，其30S小亞基含有一個(gè)16SrRNA和21種不同的蛋白質(zhì)（稱(chēng)S蛋白），50S大亞基含有一個(gè)23SrRNA、5S rRNA和34種蛋白質(zhì)（L蛋白）。80S核糖體存在于真核細(xì)胞，其40S小亞基含有一個(gè)18SrRNA和34種S蛋白，60S大亞基含有28SrRNA、5S rRNA、5.8S rRNA各一分子和49種L蛋白。在通常情況下，核糖體的大小亞基游離于細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中，只有當(dāng)小亞基與mRNA結(jié)合后，大亞基才與小亞基結(jié)合形成完整的核糖體。

二、有關(guān)的酶和蛋白因子

除了以上提到的氨酰-tRNA合成酶和L蛋白、S蛋白外，重要的酶還有轉(zhuǎn)肽酶、轉(zhuǎn)位酶等；在肽鏈合成的起始、延伸和終止過(guò)程有許多蛋白因子參與。起始因子（initiation factors，IF），包括IF1、IF2、IF3；延伸因子（elongationfactors，EF），有EF-T，EF-G；釋放因子（releasefactors，RF），包括RF1、RF2。

第二節(jié)蛋白質(zhì)生物合成的分子機(jī)制

蛋白質(zhì)的生物合成要比DNA復(fù)制和轉(zhuǎn)錄復(fù)雜的多，有約300種生物大分子協(xié)同作用，全過(guò)程大致有5個(gè)階段：氨基酸的活化、翻譯起始、肽鏈延長(zhǎng)、肽鏈合成的終止和釋放、翻譯后加工。真核生物與原核生物蛋白質(zhì)合成非常相似，但有差異。

一、氨基酸的激活

1. 每一種氨基酸由專(zhuān)一的氨酰-tRNA合成酶激活。

2. 原核生物起始氨基酸是甲酰甲硫氨酸（fMet），起始tRNA是 tRNAfMet。甲?；D(zhuǎn)移酶催化fMet-tRNAfMet的形成。

真核生物起始氨基酸是甲硫氨酸，有兩種tRNAMet，只有tRNAiMet才能與小亞基結(jié)合，起始肽鏈合成，普通tRNAMet攜帶Met只能被滲入正在延伸的肽鏈中。

二、在核糖體上合成多肽

此過(guò)程分為翻譯起始、肽鏈延長(zhǎng)、肽鏈的終止三個(gè)階段。

1. 翻譯起始

原核細(xì)胞肽鏈合成的起始需要7種成分：30S小亞基、mRNA、fMet-tRNAfMet、起始因子、GTP、50S大亞基、Mg2+。起始分成3步。

① 30S小亞基和起始因子結(jié)合，通過(guò)SD序列與mRNA結(jié)合。

② fMet-tRNAfMet進(jìn)入小亞基P位，tRNA上的反密碼子與mRNA上的起始密碼配對(duì)。

③帶有tRNA、mRNA和IF的小亞基復(fù)合物與50S大亞基結(jié)合，形成起始復(fù)合物。GTP水解，釋放IF。

IF3的功能是協(xié)助30S小亞基選擇mRNA起始位點(diǎn)；IF2具有GTP酶的活性，起始過(guò)程需要一分子GTP水解成GDP及磷酸以提供能量，它對(duì)30S起始復(fù)合物與50S亞基的結(jié)合是必需的；IF1則在70S起始復(fù)合物生成后促進(jìn)IF2釋放，從而完成起始過(guò)程。

2. 肽鏈的延長(zhǎng)

當(dāng)與起始密碼子緊鄰的密碼子被其氨酰-tRNA上的反密碼子識(shí)別并結(jié)合后，延長(zhǎng)反應(yīng)也就開(kāi)始。一個(gè)氨基酸的摻入是由進(jìn)位—成肽—轉(zhuǎn)位3個(gè)重復(fù)的反應(yīng)完成的。其中肽鍵的形成靠核糖體自身催化，其它兩個(gè)反應(yīng)需要延長(zhǎng)因子（elongation factor，EF）的參與。

①第二個(gè)aa-tRNA在 EF-Tu及GTP作用下，生成復(fù)合物，并結(jié)合到核糖體的A位。 EF-Tu結(jié)合GDP離開(kāi)核糖體。

②肽酰轉(zhuǎn)移酶（轉(zhuǎn)肽酶）催化P位fMet-tRNA攜帶的fMet轉(zhuǎn)向A位與進(jìn)入的aa-tRNA形成第一個(gè)肽鍵，催化的實(shí)質(zhì)是使一個(gè)酯鍵轉(zhuǎn)變成肽鍵。

③移位（translocation），移位因子EF-G催化，GTP和EF-Ts、EF-Tu參與，P位的tRNA脫落，核糖體沿mRNA移動(dòng)，原A位帶有肽鏈的tRNA轉(zhuǎn)到P位，下一個(gè)密碼子進(jìn)入A位，以供繼續(xù)翻譯。

3. 翻譯的終止

終止反應(yīng)由釋放因子RF識(shí)別進(jìn)入核糖體A位的終止密碼UAA、UAG、UGA開(kāi)始，大亞基上肽酰轉(zhuǎn)移酶變構(gòu)，表現(xiàn)水解酶的活性，使P位上tRNA所攜帶的多肽鏈與tRNA之間的酯鍵水解。RR因子使tRNA從P位脫落，70S核糖體隨即也從mRNA上脫落，解離為30S和50S亞基，投入下一輪核糖體循環(huán)，合成另一新的蛋白質(zhì)分子。