蛋白质的合成

大学医学考研生物化学与分子生物学蛋白质合成的重点：氨酰tRNA由氨酰-tRNA合成酶催化生成，活化氨基酸与tRNA3'CCA末端的腺苷酸的核糖2'或3'位的游离羟基以酯键结合，形成相应的氨酰-tRNA。

蛋白质的合成

• 蛋白质合成体系
  • mRNA蛋白质合成模板
    • mRNA编码区（可读框）
    • mRNA可读框中，每3个相邻核苷酸为一组，编码一种氨基酸或肽链合成的起始/终止信息，称为密码子
    • 64个密码子中61个编码氨基酸
    • 起始密码子：AUG 终止密码子：UAA、UAG、UGA
    • 遗传密码特点
      • 方向性
        • 从5'→3'方向。mRNA可读框中从5'端到3'端排列的核苷酸顺序决定了肽链中 从N-端到C-端的氨基酸排列顺序
      • 简并性
        • 一个氨基酸可以有多个密码子，但一个密码子只能有一个氨基酸 （色氨酸、甲硫氨酸各有1个密码子）
      • 连续性
        • 若可读框中插入或缺失非3倍数的核苷酸，导致移码突变 若可读框中插入或缺失3的倍数的核苷酸，不会导致移位
      • 通用性
        • 从低等生物到人类使用同一套遗传密码
      • 摆动性
        • 反密码子的第1个碱基与密码子的第3个碱基配对有时存在摆动现象 tRNA反密码子第一位碱基→mRNA密码子第3位碱基（I→A、C、U； A→U ； U→A、G ； G→U、C； C→G。
      • 无遗传密码的氨基酸是羟脯氨酸、羟赖氨酸
      • 密码与起始密码相同的氨基酸是蛋氨酸（AUG）
  • tRNA：氨基酸和密码子之间的特异连接物
    • 一种氨基酸通常与多种tRNA特异结合，但一种tRNA只能转运一种特定的氨基酸
  • 核糖体（rRNA）-蛋白质合成场所
    • A位
      • 结合氨酰-tRNA
    • P位
      • 结合肽酰-tRNA
    • E位
      • 释放卸载氨基酸的tRNA
  • 蛋白质合成所需酶类和蛋白质因子
    • 酶类：氨酰tRNA合成酶、肽酰转移酶（转肽酶）
    • 所需能量：ATP、GTP
    • 蛋白质因子
      • 原核生物因子
        • 起始因子：IF
        • 延长因子：EF
        • 终止因子/释放因子：RF
      • 真核生物因子
        • 起始因子：eIF
        • 延长因子：eEF
        • 终止因子：eRF
• 氨基酸与tRNA的连接
  • 氨酰tRNA合成酶催化的耗能反应
  • 氨酰tRNA由氨酰-tRNA合成酶催化生成，活化氨基酸与tRNA3'CCA末端的腺苷酸的核糖2'或3'位的游离羟基以酯键结合，形成相应的氨酰-tRNA
  • 每个氨基酸活化需消耗1个ATP分子（2个高能磷酸键）
  • 氨酰-tRNA合成酶具有校对活性
  • 起始氨酰-tRNA
    • 原核生物：fMet-tRNA右上角fMet
    • 真核生物：tRNA右下角i右上角Met
• 肽链合成过程
  • 起始
  • 延长
    • 进位
      • 氨酰tRNA按照mRNA模板的指令进入核糖体A位的过程
    • 成肽
      • 肽酰转移酶（转肽酶）催化，其本质不是蛋白质，而是RNA，属于核酶
      • 在原核生物为23S rRNA；真核生物为28S rRNA
    • 转位
      • 核糖体转位需要延长因子EF-G（即转位酶）的协助，并需要GTP水解供能
    • 蛋白质合成的能量消耗
      • 每生成1个肽键平均消耗由GTP或ATP提供的4个高能磷酸键（不包括起始复合物形成消耗的2个高能磷酸键）
  • 终止
    • 原核生物有3种终止因子（释放因子）：RF1可特异识别UAA、UAG，RF2特异识别UAA、UGA，RF3特异识别GTPase活性
    • 真核生物只有一种释放因子eRF
• 蛋白质合成后加工
  • 新生肽链并不具有生物活性，它们必须正确折叠形成具有生物活性的三维空间结构，有的需形成二硫键，有的需通过亚基聚合形成具有四级结构的蛋白质
  • 新生肽链折叠作用
    • 分子伴侣
    • 热激蛋白（休克蛋白）
  • 新生肽链水解
    • 蛋白质一级结构修饰，最常见的翻译后加工形式
  • 化学修饰
    • 磷酸化
      • 丝氨酸、酪氨酸、苏氨酸
        • 死老鼠
    • O-糖基化
      • 丝氨酸、苏氨酸
        • 老鼠还没有长老就死了
    • N-糖基化
      • 天冬酰胺
    • 羟基化
      • 脯氨酸、赖氨酸
    • 乙酰化
      • 赖氨酸、丝氨酸
    • 硒化
      • 半胱氨酸
    • 甲基化
      • 赖氨酸、精氨酸、组氨酸、天冬氨酸、天冬酰胺、谷氨酸
  • 空间结构修饰（4级结构）
    • 亚基聚合
    • 辅基连接
• 蛋白质合成的干扰与抑制
  • 对真核及原核生物的蛋白质合成都有抑制作用的抗生素包括伊短霉素和嘌呤霉素
  • 链霉素、氯霉素、林可霉素均只对原核生物的蛋白质合成有抑制作用
  • 白喉毒素只对真核生物的蛋白质合成有抑制作用