蛋白质的生物合成过程

一、原核生物

1.起始阶段 

原核生物翻译起始阶段包括以下几个步骤。

   1.1翻译起始时，在IF-1和IF-3的作用下，核糖体的大小亚基解离，此时IF-3与30S小亚基结合，能防止大小亚基重新聚合。大小亚基的解离有利于小亚基与mRNA及fMet-tRNA_f^Met的结合。

   1.2 mRNA与30S小亚基结合，并使AUG密码子正确置于肽链合成的起始部位。mRNA的起始密码子之所以能与小亚基定位结合，决定于AUG密码子上游8~13个碱基处存在的一个称为SD序列（Shine-Dalgarno sequence）的结构，该序列与小亚基中16S rRNA 3＇端的序列互补，当mRNA与小亚基结合时，SD序列与16S rRNA 3＇端的互补序列配对结合，起始密码准确的定位于翻译起始部位。

   1.3 fMet-tRNA_f^Met、IF-2及GTP相互结合形成fMet-tRNA_f^Met-IF-2•GTP三元复合物，然后与游离状态的核糖体小亚基结合，定位于起始密码相应的位置。IF-1有助于这种结合。

   1.4 IF-2具有GTP酶活性，催化GTP水解，各起始因子释放，于是50S大亚基与30S小亚基结合，形成70S起始复合物，此时fMet-tRNA_f^Met占据P位。

2.延长阶段 

在70S起始复合物中，fMet-tRNA_f^Met占据P位，A位则空着，有待于mRNA中第二个密码子所对应的氨基酰-tRNA进入，从而进入延长阶段，肽链延长过程是一个循环过程，每个循环包括进位、转肽和移位三个步骤。

1.1进位：

核糖体A位上mRNA密码子所规定的氨酰-tRNA进入核糖体A位上称为进位。待进位氨酰-tRNA进位之前，首先与EF-Tu•GTP结合，形成氨酰–tRNA-EF-Tu•GTP三元复合物。此复合物再进入到核糖体的A位上，通过tRNA的反密码子与mRNA上第二个密码子（已进入A位）结合，TψC环与存在于核糖体A位上的5S rRNA相互作用。此时，GTP被水解，EF-Tu•GDP从核糖体释出。

1.2转肽：

氨酰-tRNA进位后，核糖体的A位和P位上各结合了一个氨酰-tRNA，在转肽酶（transpeptidase）的催化下，P位上的起始tRNA所携带的甲酰蛋氨酰基的羧基与A位上氨基酸的α-氨基形成肽键，此过程称为转肽反应（transpeptidation）。转肽反应不需要GTP等辅助因子。催化转肽反应的肽酰转移酶位于核糖体大亚基，其中心含有23S rRNA，该rRNA在转肽酶活性中起到主要作用。

1.3移位：

转肽后，占据P位的是失去氨酰基的tRNA，A位是肽酰tRNA。在EF-G的催化下，GTP水解为移位提供能量，使mRNA与核糖体相对移位一个密码子的距离，P位上的tRNA从P位释放，A位上的肽酰-tRNA移到P位，mRNA分子上的第三个密码子进到A位，为下一个氨酰-tRNA进位作好准备。

每经过一次进位和转肽反应，肽链中即增加一个氨基酸残基。转肽后紧接着的核糖体移位和tRNA脱落，又为下一次进位和转肽作好准备。如此重复进行，肽链不断延长。

    3.终止阶段 

随着mRNA与核糖体相对移位，肽链不断延长。当mRNA分子中的终止密码子进入核糖体的A位上时，各种氨酰-tRNA均不能进入A位与其结合，而释放因子（RF）在GTP存在下能识别终止密码并进入A位。当释放因子与A位结合后，使核糖体转肽酶活性转变为水解酶活性，水解P位上tRNA与肽键之间的酯键，使肽键从核糖体上脱落下来。随后，mRNA与核糖体分离，tRNA脱落，核糖体在IF-3及IF-1的作用下，解离2成大小亚基并重新开始多肽链的合成。

二、真核生物

1.起始阶段 

真核生物与原核生物由以下不同：

1.1真核生物mRNA前体在细胞核内合成，合成后经加工成紧密的二级结构，并与多种蛋白质结合成核蛋白颗粒，然后从细胞核转入胞浆，参加蛋白质的合成过程。翻译起始时，mRNA二级结构需要松解，并释放出多余的蛋白质。

1.2起始tRNA（tRNA_i^Met）结合的是蛋氨酸，两者结合形成Met- tRNA_i^Met。

1.3翻译起始时，40S核糖体小亚基首先与Met-tRNA_i^Met结合形成起始复合物前体（40S-Met- tRNA_i^Met），然后与mRNA结合形成起始复合物（40S-mRNA-Met- tRNA_i^Met）

1.4真核生物mRNA没有SD序列。40S-Met- tRNA_i^Met先附着在mRNA5＇端的帽结构，然后沿mRNA向3＇端方向滑动，当出现AUG密码子时，Met- tRNA_i^Met的反密码子与之互补结合而停止滑动，此过程需ATP供能。

1.5真核生物翻译起始较原始生物更为复杂，至少有9种起始因子参与其过程。eIF-2是一种GTP结合蛋白，它与GTP结合后可携带起始Met-tRNA_i^Met进入40S小亚基。eIF-4A是一种ATPase，eIF-4B是一种解链酶，两者可能具有松解mRNA二级结构的作用。eIF-4E有称为帽结合蛋白（cap-binding protein，CBP），是eIF-4F的一个亚基，eIF-4F通过eIF-4E与mRNA的5＇帽结合后，在eIF-3参与下，寻找起始密码子AUG。当起始Met- tRNA_i^Met与AUG结合后，eIF-5通过触发与eIF-2结合的GTP水解，使eIF-2和eIF-3从核糖体小亚基解离。最后60S核糖体大亚基与起始tRNA、mRNA以及40S小亚基组成的复合体结合形成80S起始复合体。

2.延长阶段 

真核生物肽链延长过程与原核生物相同，只是其延长因子与原核生物不同。真核生物延长因子eEF-1α相当于原核生物的EF-Tu，eEF-1βγ相当于EF-Ts，eEF-2相当于EF-G。eEF-1α·GTP携带氨基酰-tRNA进入核糖体A位，eEF-1βγ催化GDP与GTP的交换。

3.终止阶段 

真核生物只有一种释放因子（RF），此释放因子可识别3种密码子（UAA、UAG和UGA），并需要GTP。

                            蛋白质翻译后加工和运输 

肽链从核糖体释放后，经过细胞内各种修饰处理过程，成为有活性的成熟蛋白质，称为翻译后加工（post-translational processing）。包括：肽链折叠、二硫键生成、亚基聚合、肽段水解切除以及某些氨基酸残基侧链基团的化学修饰。

蛋白质合成的部位在核糖体，合成后有的保留在胞浆，有的进入细胞核、线粒体或其它细胞器，也有的分泌至体液，然后输送至靶器官或靶细胞。蛋白质合成后，定向地到达其执行功能的目标地点，称为靶向输送（protein targeting）。穿过合成所在的细胞到其它组织细胞去的蛋白质，可统称为分泌性蛋白质。

分泌性蛋白质的合成过程与其它蛋白质基本一致，但其mRNA上往往要为一段疏水氨基酸较多的肽编码。这段肽称为信号肽（signal peptide）。它具有被细胞转运系统识别的特征性氨基酸序列，其作用是把合成的蛋白质移向胞膜并与胞膜结合，然后把蛋白质送出胞外。信号肽一般由10多个至40多个氨基酸残基组成，并大致分为三个区段。N端为带正电荷的碱性氨基末端，中间是以中性氨基酸为主组成的疏水核心区，C端是被信号肽酶（signal peptidase）裂解的部位。

蛋白质合成后透过膜性结构必须具备三个条件：

信号肽

蛋白质自身的结构特点

蛋白质的生物合成过程

一、原核生物

1.起始阶段 

原核生物翻译起始阶段包括以下几个步骤。

   1.1翻译起始时，在IF-1和IF-3的作用下，核糖体的大小亚基解离，此时IF-3与30S小亚基结合，能防止大小亚基重新聚合。大小亚基的解离有利于小亚基与mRNA及fMet-tRNA_f^Met的结合。

   1.2 mRNA与30S小亚基结合，并使AUG密码子正确置于肽链合成的起始部位。mRNA的起始密码子之所以能与小亚基定位结合，决定于AUG密码子上游8~13个碱基处存在的一个称为SD序列（Shine-Dalgarno sequence）的结构，该序列与小亚基中16S rRNA 3＇端的序列互补，当mRNA与小亚基结合时，SD序列与16S rRNA 3＇端的互补序列配对结合，起始密码准确的定位于翻译起始部位。

   1.3 fMet-tRNA_f^Met、IF-2及GTP相互结合形成fMet-tRNA_f^Met-IF-2•GTP三元复合物，然后与游离状态的核糖体小亚基结合，定位于起始密码相应的位置。IF-1有助于这种结合。

   1.4 IF-2具有GTP酶活性，催化GTP水解，各起始因子释放，于是50S大亚基与30S小亚基结合，形成70S起始复合物，此时fMet-tRNA_f^Met占据P位。

2.延长阶段 

在70S起始复合物中，fMet-tRNA_f^Met占据P位，A位则空着，有待于mRNA中第二个密码子所对应的氨基酰-tRNA进入，从而进入延长阶段，肽链延长过程是一个循环过程，每个循环包括进位、转肽和移位三个步骤。

1.1进位：

核糖体A位上mRNA密码子所规定的氨酰-tRNA进入核糖体A位上称为进位。待进位氨酰-tRNA进位之前，首先与EF-Tu•GTP结合，形成氨酰–tRNA-EF-Tu•GTP三元复合物。此复合物再进入到核糖体的A位上，通过tRNA的反密码子与mRNA上第二个密码子（已进入A位）结合，TψC环与存在于核糖体A位上的5S rRNA相互作用。此时，GTP被水解，EF-Tu•GDP从核糖体释出。

1.2转肽：

氨酰-tRNA进位后，核糖体的A位和P位上各结合了一个氨酰-tRNA，在转肽酶（transpeptidase）的催化下，P位上的起始tRNA所携带的甲酰蛋氨酰基的羧基与A位上氨基酸的α-氨基形成肽键，此过程称为转肽反应（transpeptidation）。转肽反应不需要GTP等辅助因子。催化转肽反应的肽酰转移酶位于核糖体大亚基，其中心含有23S rRNA，该rRNA在转肽酶活性中起到主要作用。

1.3移位：

转肽后，占据P位的是失去氨酰基的tRNA，A位是肽酰tRNA。在EF-G的催化下，GTP水解为移位提供能量，使mRNA与核糖体相对移位一个密码子的距离，P位上的tRNA从P位释放，A位上的肽酰-tRNA移到P位，mRNA分子上的第三个密码子进到A位，为下一个氨酰-tRNA进位作好准备。

每经过一次进位和转肽反应，肽链中即增加一个氨基酸残基。转肽后紧接着的核糖体移位和tRNA脱落，又为下一次进位和转肽作好准备。如此重复进行，肽链不断延长。

    3.终止阶段 

随着mRNA与核糖体相对移位，肽链不断延长。当mRNA分子中的终止密码子进入核糖体的A位上时，各种氨酰-tRNA均不能进入A位与其结合，而释放因子（RF）在GTP存在下能识别终止密码并进入A位。当释放因子与A位结合后，使核糖体转肽酶活性转变为水解酶活性，水解P位上tRNA与肽键之间的酯键，使肽键从核糖体上脱落下来。随后，mRNA与核糖体分离，tRNA脱落，核糖体在IF-3及IF-1的作用下，解离2成大小亚基并重新开始多肽链的合成。

二、真核生物

1.起始阶段 

真核生物与原核生物由以下不同：

1.1真核生物mRNA前体在细胞核内合成，合成后经加工成紧密的二级结构，并与多种蛋白质结合成核蛋白颗粒，然后从细胞核转入胞浆，参加蛋白质的合成过程。翻译起始时，mRNA二级结构需要松解，并释放出多余的蛋白质。

1.2起始tRNA（tRNA_i^Met）结合的是蛋氨酸，两者结合形成Met- tRNA_i^Met。

1.3翻译起始时，40S核糖体小亚基首先与Met-tRNA_i^Met结合形成起始复合物前体（40S-Met- tRNA_i^Met），然后与mRNA结合形成起始复合物（40S-mRNA-Met- tRNA_i^Met）

1.4真核生物mRNA没有SD序列。40S-Met- tRNA_i^Met先附着在mRNA5＇端的帽结构，然后沿mRNA向3＇端方向滑动，当出现AUG密码子时，Met- tRNA_i^Met的反密码子与之互补结合而停止滑动，此过程需ATP供能。

1.5真核生物翻译起始较原始生物更为复杂，至少有9种起始因子参与其过程。eIF-2是一种GTP结合蛋白，它与GTP结合后可携带起始Met-tRNA_i^Met进入40S小亚基。eIF-4A是一种ATPase，eIF-4B是一种解链酶，两者可能具有松解mRNA二级结构的作用。eIF-4E有称为帽结合蛋白（cap-binding protein，CBP），是eIF-4F的一个亚基，eIF-4F通过eIF-4E与mRNA的5＇帽结合后，在eIF-3参与下，寻找起始密码子AUG。当起始Met- tRNA_i^Met与AUG结合后，eIF-5通过触发与eIF-2结合的GTP水解，使eIF-2和eIF-3从核糖体小亚基解离。最后60S核糖体大亚基与起始tRNA、mRNA以及40S小亚基组成的复合体结合形成80S起始复合体。

2.延长阶段 

真核生物肽链延长过程与原核生物相同，只是其延长因子与原核生物不同。真核生物延长因子eEF-1α相当于原核生物的EF-Tu，eEF-1βγ相当于EF-Ts，eEF-2相当于EF-G。eEF-1α·GTP携带氨基酰-tRNA进入核糖体A位，eEF-1βγ催化GDP与GTP的交换。

3.终止阶段 

真核生物只有一种释放因子（RF），此释放因子可识别3种密码子（UAA、UAG和UGA），并需要GTP。

                            蛋白质翻译后加工和运输 

肽链从核糖体释放后，经过细胞内各种修饰处理过程，成为有活性的成熟蛋白质，称为翻译后加工（post-translational processing）。包括：肽链折叠、二硫键生成、亚基聚合、肽段水解切除以及某些氨基酸残基侧链基团的化学修饰。

蛋白质合成的部位在核糖体，合成后有的保留在胞浆，有的进入细胞核、线粒体或其它细胞器，也有的分泌至体液，然后输送至靶器官或靶细胞。蛋白质合成后，定向地到达其执行功能的目标地点，称为靶向输送（protein targeting）。穿过合成所在的细胞到其它组织细胞去的蛋白质，可统称为分泌性蛋白质。

分泌性蛋白质的合成过程与其它蛋白质基本一致，但其mRNA上往往要为一段疏水氨基酸较多的肽编码。这段肽称为信号肽（signal peptide）。它具有被细胞转运系统识别的特征性氨基酸序列，其作用是把合成的蛋白质移向胞膜并与胞膜结合，然后把蛋白质送出胞外。信号肽一般由10多个至40多个氨基酸残基组成，并大致分为三个区段。N端为带正电荷的碱性氨基末端，中间是以中性氨基酸为主组成的疏水核心区，C端是被信号肽酶（signal peptidase）裂解的部位。

蛋白质合成后透过膜性结构必须具备三个条件：

信号肽

蛋白质自身的结构特点