蛋白质的生物合成过程

- 1 - 蛋白质的生物合成

蛋白质是生命体中最为重要的分子之一，参与了生物体的很多生命过程。蛋白质的生物合成是指在细胞内通过核糖体合成多肽链，并将多肽链进一步折叠成特定的三维结构的过程。这个过程需要包括DNA转录、RNA翻译、蛋白质折叠等多个步骤。

在生物体内，DNA中的基因序列被转录成RNA分子。RNA分子进一步通过核糖体将多个氨基酸连接成一条多肽链。在这个过程中，RNA分子会依据基因序列上的密码子来选择相应的氨基酸，并将它们串联在一起。这个过程中的每一个密码子都对应着一种氨基酸，这种关系被称为遗传密码。

一条多肽链的生命周期并不仅仅是由其基因序列决定的。在折叠过程中，这条链会被各种分子和酶修饰和加工，最终形成最终的三维结构。这个过程中的每一个步骤都非常关键，因为一个错误的步骤都可能导致最终的结构失去功能。

蛋白质的生物合成是生命体中最为复杂的分子合成过程之一。在这个过程中，细胞需要精确地将基因序列转录成RNA分子，并将氨基酸按照正确的顺序连接成多肽链。同时，细胞还需要通过各种酶和分子来协助蛋白质的折叠和修饰，最终形成具有特定功能的蛋白质。这个过程非常关键，因为蛋白质的结构和功能决定了生命体的很多生命过程。

叙述原核生物蛋白质合成的主要过程

原核生物蛋白质合成的主要过程可以分为三个阶段：转录、翻译和后转录修饰。

第一阶段是转录，即将DNA模板转录成RNA。在原核生物中，这一过程发生在细胞质中。转录的起始点是DNA上的启动子序列，RNA聚合酶在这个序列上结合并开始合成RNA。在转录过程中，DNA的双链解旋，RNA聚合酶沿着模板链进行单链合成，合成的RNA链与模板链互补配对，形成RNA链。转录结束后，RNA链与DNA模板分离，形成成熟的RNA。

第二阶段是翻译，即将RNA翻译成蛋白质。在原核生物中，这一过程同样发生在细胞质中。翻译的起始点是RNA上的起始密码子，翻译的终止点是RNA上的终止密码子。翻译需要使用到核糖体、tRNA和氨基酸。tRNA与特定的氨基酸结合，形成氨基酸-tRNA复合物，然后这个复合物与核糖体结合，接着核糖体沿着RNA链上移动，同时将氨基酸-tRNA复合物逐个加入正在合成的蛋白质链中。当核糖体读到终止密码子时，翻译结束，成熟的蛋白质分离出来。

第三阶段是后转录修饰，即对合成的蛋白质进行修饰。这一过程包括：蛋白质的折叠、修饰、切割和组装等。在原核生物中，后转录修饰相对简单，但大多数原核生物的蛋白质也需要经过这一过程才能达到最终的功能状态。

因此，原核生物蛋白质合成的主要过程包括转录、翻译和后转录修饰，这些过程密切相关，缺少任何一个环节都会影响蛋白质的合成和功能。

蛋白质生物合成过程

翻译过程从阅读框架的5’一AUG开始，按mRNA模板三联体密码的顺序延长肽链，直至终止密码出现。整个翻译过程可分为起始，延长，终止。

（一）肽链的合成起始

指mRNA和起始氨基酰一tRNA分别与核糖体结合而形成翻译起始复合物。

该过程需要多种起始因子和GTP参加。（参与该过程的多种蛋白质因子称为起始因子）

1.原核生物翻译起始复合物形成

（1）核糖体大小亚基分离。

（2）mRNA在小亚基就位。

S—D序列AGGA与16S—rRNA 3’端UCCU互补。

S—D序列：原核生物mRNA起始密码AUG上游约8—13个核苷酸部位，存在4—9个核苷酸的一致序列，富含嘌呤碱基，如一AGGAGG一，为核糖体结合位点。

（3）起始氨基酰一tRNA的结合（甲酰蛋氨酰-tRNA）。

（4）核糖体大亚基结合。

2.真核生物翻译起始复合物形成

（1）核糖体大小亚基分离。

（2）起始氨基酰一tRNA与小亚基结合 （蛋氨酰tRNA）。

（3）mRNA在核蛋白体小亚基就位。

（4）核糖体大亚基结合。

（二）肽链的延长

根据mRNA密码序列的指导，依次添加氨基酸从N端向C端延伸肽链，直到合成终止的过程。

肽链的延长也称为核蛋白体循环。

核蛋白体循环： 肽链延长在核蛋白体上连续性循环式进行，每次循环增加一个氨基酸，包括以下三步：进位、成肽、转位。

1.进位

指根据mRNA下一组遗传密码指导，使相应氨基酰-tRNA进入核蛋白体A位。

该过程消耗GTP.

碱基配对 除A—u、G—c外，还可有u—G、I—c、I—A、I—u等。

2. 成肽

是由转肽酶催化的肽键形成过程。

肽链合成方向N端 → C端。

3. 移位 需要消耗GTP

核糖体沿mRNA从5’ →3’移动一个密码的距离

肽链长度预测：起始密码AUG到终止密码之间的密码子数目。

1、氨基酸的活化

在进行合成多肽链之前，必须先经过活化，然后再与其特异的tRNA结合，带到mRNA相应的位置上，这个过程靠tRNA合成酶催化，此酶催化特定的氨基酸与特异的tRNA相结合，生成各种氨基酰tRNA.每种氨基酸都靠其特有合成酶催化，使之和相对应的tRNA结合，在氨基酰tRNA合成酶催化下，利用ATP供蛋白质合成能，在氨基酸羧基上进行活化，形成氨基酰-AMP，再与氨基酰tRNA合成酶结合形成三联复合物，此复合物再与特异的tRNA作用，将氨基酰转移到tRNA的氨基酸臂（即3'-末端CCA-OH）上（图1）。原核细胞中起始氨基酸活化后，还要甲酰化，形成甲酰蛋氨酸tRNA，由N10甲酰四氢叶酸提供甲酰基。而真核细胞没有此过程。

2、翻译起始

真核的翻译起始比原核更复杂，因为：

①真核mRNA的二级结构更为多样和复杂。真核mRNA是经过多重加工的，它被转录后首先要经过各种加工才能从细胞核进入细胞质中，并形成各种各样的二级结构。一些mRNA与几种类型的蛋白质结合在一起形成一种复杂的颗粒状，有时称核糖核蛋白粒（ribonucleoprotein particle）,在翻译之前，它的二级结构必须改变，其中的蛋白质必须被去掉。

②核糖体需要扫描mRNA以寻找翻译起始位点。真核mRNA没有SD序列来帮助识别翻译起点，因此核糖体结合到mRNA的5’端的帽子结构并向3’端移动寻找翻译起点。这种扫描过程很复杂，知之甚少。

真核翻译起始用到的起始因子（eIF）至少有9种，多数的功能仍需进步研究。eIF3的功能类似IF3，防止核糖体大小亚基过早结合，eIF2-GTP类似与IF2-GTP，促进起始aa-tRNA、mRNA与小亚基的结合，eIF4能识别并结合在mRNA的帽子结构上。

起始复合物的形成过程：

（1）40S小亚基-(eIF-3)结合到(eIF-2-GTP)-Met-tRNAi Met复合物上形成40S前起始复合物（40S preinitiation complex）。