蛋白质的合成

基于人卫出版社第九版生物化学和分子生物学，第十五章蛋白质的合成章节要点。

蛋白质的合成

• 1.蛋白质合成体系
  • mRNA是蛋白质合成的模板
    • 方向性
      • 组成密码子的核苷酸在mRNA中的排列具有方向性
    • 连续性
      • mRNA中没有间隔核苷酸，从起始密码子到终止密码子，密码子被连续读取
      • 若插入或缺失非三整数倍的核苷酸，将会引起移码
    • 简并性
      • 同一个氨基酸可由多种密码子编码
      • 同义密码子，密码子的特异性主要是由前两位核苷酸决定
    • 摆动性
      • 密码子有时和tRNA的反密码子不按照Watson-Crick碱基配对原则
      • 密码子的第三位配对有时存在摆动现象
      • 密码子的摆动性能使同一种tRNA能识别mRNA中的多种简并性密码子
    • 通用性
      • 从细菌到人类使用同一套遗传密码
  • tRNA是氨基酸和密码子之间的特异连接物
    • 氨基酸由其特定的tRNA转运至核糖体，一种氨基酸可以有多种tRNA，但一种tRNA只能转运一种特定的氨基酸
    • tRNA有氨基酸结合部和mRNA结合部组成
  • 核糖体是蛋白质合成的场所
    • 合成肽链时，mRNA与tRNA的相互识别，肽键形成，肽键延长等过程均在rRNA上进行
    • 原核生物和真核生物核糖体上均存在A、P、E位三个重要部分
  • 蛋白质合成需要多种酶类和蛋白质
    • 蛋白质合成需要ATP和GTP供能
    • Mg2+、氨酰转移酶、氨酰-tRNA合成酶参与
    • 起始因子（IF,eIF)、延长因子(EF,eEF)、终止因子(RF,eRF)
• 2.氨基酸和tRNA的连接
  • 氨酰-tRNA识别特定的核苷酸和tRNA
    • 氨基酸和tRNA连接的准确性是正确合成蛋白质的关键
    • 氨酰-tRNA合成酶催化氨基酸和tRNA的连接
    • 氨酰-tRNA催化反应步骤
    • 氨酰-tRNA有校对活性
  • 肽链合成的起始需要特殊的起始氨酰-tRNA
    • 编码甲硫氨酸的密码子在原核生物和真核生物中同时又做为起始密码子
    • 氨酰-tRNA在起始密码子处和结合可读框内的甲硫氨酸的结构上有差异
• 5.蛋白质合成的干扰和抑制
  • 许多抗生素通过抑制蛋白质合成发挥作用
    • 抑制肽链合成起始的抗生素
      • 伊短菌素和密旋霉素
    • 抑制肽链延长的抗生素
      • 干扰进位的抗生素
        • 四环素、粉霉素
      • 引起读码错位的抗生素
        • 链霉素
      • 影响成肽的抗生素
        • 氯霉素、嘌呤霉素、放线菌酮
      • 影响转位的抗生素
        • 夫西地酸、大观霉素
  • 某些毒素抑制真核生物的蛋白质合成
    • 白喉毒素使eEF2发生ADP-核糖基化修饰，使其失活，从而移植蛋白质的合成
    • 蓖麻毒蛋白有A、B链组成，A链可以使大亚基失活，B链促进A链毒性
• 4.蛋白质合成后的加工和靶向输送
  • 新生肽链折叠需要分子伴侣
    • 蛋白质合成起始许多疏水碱基暴露在外，具有分子内或分子外聚集的倾向
    • 蛋白质折叠需要其他酶和蛋白质辅助，称为分子伴侣
    • 热激蛋白Hsp70可以与未折叠蛋白质疏水端结合，防止蛋白质因高温变性
    • Hsp70使跨膜蛋白质在转移至膜前保持非折叠状态
    • Hsp70通过与多肽链结合、释放的循环过程，使多肽链发生正确折叠
    • 人热激蛋白家族可存在于细胞质、内质网、线粒体、细胞核等部位，发挥多种细胞保护功能
    • 分子伴侣为非自发性折叠肽链提供正确折叠的微环境
    • GroEL形成一桶装空腔，GroES是圆顶状复合物，为空腔的盖子
    • 一些蛋白质折叠形成正确构象还需异构酶，如蛋白质二硫键异构酶和肽脯氨酰基顺-反异构酶
  • 肽链水解加工产生具有活性的蛋白质或多肽
    • 新生蛋白质的水解是肽链加工的重要形式
    • 新生肽链N-端的甲硫氨酸在离开核糖体后大都被特异蛋白酶水解，真核生物分泌蛋白质和跨膜蛋白质前体分子N-端信号肽也需要被切除
    • 一些蛋白质切除部分肽段后发挥活性
    • 多肽端经水解可以产生数种小分子活性肽
  • 氨基酸残基的化学修饰改变蛋白质的活性
    • 肽链合成后某些氨基酸残基可以发生化学修饰，增加肽链中氨基酸的种类。修饰可以改变蛋白质功能
    • 化学修饰均为酶促反应
  • 亚基聚合形成具有四级结构的活性蛋白质
    • 具有特定功能的蛋白质由2条以上的肽链构成，肽链之间有非共价键和二硫键连接
    • 肽链聚合信息包含在氨基酸序列中，聚合过程往往有顺序性
  • 蛋白质合成后被靶向输送至细胞特定部位
    • 分泌蛋白质在内质网加工及靶向输送
      • 分泌蛋白质的合成和靶向输送同时进行，N-端存在信号肽
      • 分泌蛋白质蛋白质合成和转运机制：信号识别颗粒识别，转移到内质网膜上，通过蛋白质通道进入内质网，合成后转移
    • 内质网蛋白质的C-端含有滞留信号序列
      • 内质网蛋白质C-端含有滞留信号，可以随囊泡送回内质网
    • 大部分线粒体蛋白质在细胞质合成后靶向输入线粒体
      • 大部分线粒体蛋白由细胞核基因组编码，在细胞质合成后靶向输入线粒体
      • 靶向输送需要线粒体前体分子中的前导肽序列，热激蛋白，蛋白酶和分子伴侣
    • 质膜蛋白质由囊泡靶向输送至细胞膜
      • 跨膜蛋白质的肽链不完全进入内质网，而是锚定在内置网膜上
      • 单次跨膜蛋白和多次跨膜蛋白有不同数量的信号分子和停止转移序列
    • 核蛋白质由核输入因子运载经核孔入核
      • 核蛋白质在细胞质合成，由核定位序列引导靶向输送
      • 靶向输送由核输入因子，Ran相关核蛋白，GTP参与
• 3.肽链合成的过程
  • 翻译起始复合物的装配启动肽链合成
    • 原核生物翻译起始复合物的形成
      • 核糖体大小亚基在IF的帮助下分离
      • 小亚基与mRNA结合，准确识别可读框的起始密码子AUG
      • 起始氨酰tRNA结合在核糖体P位
      • 结合与IF2的GTP被水解，释放三种IF，大亚基与小亚基结合，形成翻译起始复合物
    • 真核生物翻译起始复合物的形成
      • 43S前起始复合物的形成
      • mRNA与核糖体小亚基结合
      • 核糖体大亚基的结合
  • 在核糖体上重复进行三步反应延长肽链
    • 进位
      • 指氨酰tRNA按照mRNA模板的指令进入核糖体A位的过程
      • GTP-ET-Tu参与组成复合物
      • 核糖体对氨酰-tRNA具有校对作用，只有正确的氨酰-tRNA能配对进入A位
    • 成肽
      • 核糖体A位和P位上的tRNA所携带的氨基酸缩合成肽的过程
      • 由肽酰转移酶催化，是一种核酶
    • 转位
      • 成肽后核糖体向mRNA3'端移动一个密码子的距离，阅读下一个密码子，该反应由ET-G（转位酶）催化，并由GTP供能
  • 终止密码子和释放因子导致肽链合成终止
    • 释放因子RF识别终止密码子而进入A位，这一识别过程需要水解GTP
    • 肽酰转移酶转变为酯酶，水解P位上肽酰tRNA上肽链和tRNA上的酯键
    • 原核生物有三种RF，RF1和RF2识别各自的终止位点，并能将肽酰转移酶转换成酯酶，RF3能促进RF1、RF2与核糖体分离
    • 一条mRNA上可以附着多个核糖体，称为多聚核糖体。原核生物的转录和翻译紧密偶联，真核生物分开进行