第十五章蛋白质的合成

人卫第九版生物化学与分子生物学第十五章蛋白质合成的思维导图，本人已调整修改，可以直接导出成pdf，调节页码，打印出来。如有疑问，可以点击主页添加联系方式。

蛋白质的合成

• 第一节 蛋白质合成体系
  • 一、mRNA是蛋 白质合成的模板
    • 遗传密码（ genetic code）
      • 密码子（codon)
        • 在mRNA的开放阅读框区域，每3个相邻的核苷酸为一组，编码一种氨基酸，称为三联体密码（triplet code）或密码子。
      • 起始密码子（initiation codon）：AUG
      • 终止密码子（termination codon）：UAA、UAG、UGA
    • 遗传密码的特点：
      • 方向性（directional）
      • 连续性（ non-punctuated）
      • 简并性（ degeneracy）
      • 摆动性（ wobble）
      • 通用性（ universal）
  • 二、tRNA是氨基酸和密码子之间的特异衔接子
    • tRNA的作用
      • 运载氨基酸：氨基酸各由其特异的tRNA携带，一种氨基酸可有几种对应的tRNA，氨基酸结合在tRNA 3ˊ-CCA的位置，结合需要ATP供能；
      • 充当“适配器”：每种tRNA的反密码子决定了所携带的氨基酸能准确地在mRNA上对号入座。
  • 三、核糖体是蛋白质合成的场所
    • 核糖体类似于一个移动的多肽链“装配厂”
      • 合成肽链时mRNA与tRNA的相互识别、肽键形成、肽链延长等过程全部在核糖体上完成，核糖体沿着模板mRNA链从5′端向3′端移动。
  • 四、蛋白质合成需要多种酶类和蛋白质因子
    • 酶类：
      • 氨酰-tRNA合成酶
      • 肽酰转移酶
      • 转位酶
    • 蛋白质因子：
      • 起始因子（initiation factor，IF）
      • 延长因子（elongation factor，EF）
      • 释放因子（release factor，RF）
• 第二节 氨基酸与tRNA的连接
  • 一、氨酰-tRNA合成酶识别特定氨基酸和tRNA
    • 反应过程
      • 
      • 第一步反应
        • 氨酰-tRNA合成酶催化ATP分解为焦磷酸与AMP；
      • 第二步反应
        • AMP、酶、氨基酸三者结合为中间复合体（氨酰-AMP-酶），其中氨基酸的羧基与磷酸腺苷的磷酸以酐键相联而活化；
      • 第三步反应
        • 活化氨基酸与tRNA 3′-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。
  • 二、肽链合成的起始需要特殊的起始氨酰-tRNA
    • 真核生物
      • 起始氨酰-tRNA: Met-tRNAiMet
      • 参与肽链延长的甲硫氨酰-tRNA：Met-tRNAMet
    • 原核生物
      • 起始氨酰-tRNA: fMet-tRNAfMet
• 第三节 肽链的合成过程
  • 一、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
      • 核糖体大小亚基分离
      • mRNA与核糖体小亚基结合
      • fMet-tRNAfMet结合在核糖体P位
      • 翻译起始复合物形成。
    • 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
  • 二、在核糖体上重复进行的三步反应延长肽链
    • 翻译起始复合物形成后，核糖体从mRNA的5′端向3′端移动，依据密码子顺序，从N端开始向C端合成多肽链
    • 在核糖体上重复进行进位、成肽和转位，每循环1次，肽链上即可增加1个氨基酸残基
    • 真核生物的肽链延长机制与原核生物基本相同，但亦有差异，如二者所需延长因子不同，真核生物需要eEF1α、eEF1βγ和eEF2这三类延长因子，其功能分别对应于原核生物的EF-Tu、EF-Ts和EF-G。此外，在真核生物，一个新的氨酰-tRNA进入A位后会产生变构效应，致使空载tRNA从E位排出。
    • 三步反应
      • 进位（positioning）： 氨酰-tRNA按照mRNA模板的指令进入核糖体A位的过程，又称注册
      • 成肽（peptide bond formation）：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
      • 转位（ translocation）：成肽反应后，核糖体需要向mRNA的3′端移动一个密码子的距离，方可阅读下一个密码子，此过程为转位
  • 三、终止密码子和释放因子导致肽链合成终止
    • 肽链上每增加一个氨基酸残基，就需要经过一次进位、成肽和转位反应。如此往复，直到核糖体的A位对应到了mRNA的终止密码子上。
    • 终止密码子不被任何氨酰-tRNA识别，只有释放因子RF能识别终止密码子而进入A位，这一识别过程需要水解GTP。
    • 原核生物有3种RF
      • RF1识别UAA或UAG，RF2识别UAA或UGA，RF3则与GTP结合并使其水解，协助RF1与RF2与核糖体结合。
    • 真核生物仅有eRF一种释放因子
      • 所有3种终止密码子均可被eRF识别。
      • 真核生物中肽链合成完成后的水解释放过程尚未完全了解。
    • 多聚核糖体（polyribosome或polysome）：多个核糖体结合在1条mRNA链上所形成的聚合物。多聚核糖体的形成可以使肽链合成高速度、高效率进行。
• 第四节 蛋白质合成后的加工和靶向输送
  • 一、新生肽链折叠需要分子伴侣
    • 细胞中大多数天然蛋白质折叠并不是自发完成的，其折叠过程需要其他酶或蛋白质的辅助，这些辅助性蛋白质可以指导新生肽链按特定方式正确折叠，它们被称为分子伴侣（molecular chaperone）。
    • 目前研究得较为清楚的分子伴侣是热激蛋白70（heat shock protein 70, Hsp70）家族和伴侣蛋白（chaperonin）。
  • 二、肽链水解加工产生具有活性的蛋白质或多肽
    • 新生肽链的水解是肽链加工的重要形式。新生肽链N端的甲硫氨酸残基，在肽链离开核糖体后，大部分即由特异的蛋白水解酶切除。
    • 还有许多蛋白质在初合成时是分子量较大的没有活性的前体分子，如胰岛素原、胰蛋白酶原等。这些前体分子也需经过水解作用切除部分肽段，才能成为有活性的蛋白质分子或功能肽。
    • 有些多肽链经水解可以产生数种小分子活性肽，如阿黑皮素原（pro-opiomelanocortin，POMC）。
  • 三、氨基酸残基的化学修饰改变蛋白质的活性
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  • 四、亚基聚合形成具有四级结构的活性蛋白质
    • 通过非共价键亚基聚合形成具有四级结构的蛋白质；
    • 具有四级结构的蛋白质由两条以上的肽链通过非共价键聚合，形成寡聚体（oligomer）；
    • 辅基连接后形成完整的结合蛋白质；
    • 结合蛋白质合成后都需要结合相应辅基，才能成为具有功能活性的天然蛋白质。
  • 五、蛋白质合成后被靶向输送至细胞特定部位
    • 分泌型蛋白质在内质网加工及靶向输送
    • 内质网蛋白的C端含有滞留信号序列
    • 大部分线粒体蛋白在细胞质合成后靶向输入线粒体
    • 质膜蛋白质由囊泡靶向输送至细胞膜
    • 核蛋白由核输入因子运载经核孔入核
• 第五节 蛋白质合成的干扰和抑制
  • 一、许多抗生素通过抑制蛋白质合成发挥作用
  • 二、某些毒素抑制真核生物的蛋白质合成