蛋白质的生物合成（翻译）Protein Biosynthesis，Translation
概述
蛋白质的生物合成，即翻译，就是将核酸中由 4 种核苷酸序列编码的遗传信息，通过遗传密码破译的方式解读为蛋白质一级结构中20种氨基酸的排列顺序 。
第 一 节 蛋白质合成体系Protein Biosynthesis System
参与蛋白质生物合成的物质包括：
●三种RNA
–mRNA（mesnger RNA, 信使RNA）
祝福老师的话简短–rRNA（ribosomal RNA, 核蛋白体RNA）
–tRNA（transfer RNA, 转移RNA）
●20种氨基酸(AA)作为原料
●酶及众多蛋白因子，如IF、eIF
●ATP、GTP、无机离子
一、翻译模板mRNA及遗传密码——mRNA是遗传信息的携带者
•遗传学将编码一个多肽的遗传单位称为顺反子(cistron)。
•原核细胞中数个结构基因常串联为一个转录单位，转录生成的mRNA可编码几种功能相关的蛋白质，为多顺反子(polycistron) 。
•真核mRNA只编码一种蛋白质，为单顺反子(single cistron) 。
• 遗传密码：mRNA分子上从5undefined至3undefined方向，由AUG开始，每3个核苷酸为一组，决定肽链上某一个氨基酸或蛋白质合成的起始、终止信号，称为三联体密码(triplet codon)。起始密码(initiation codon): AUG ；终止密码(termination codon): UAA，UAG，UGA
•从mRNA 5端起始密码子AUG到3趋势的近义词端终止密码子之间的核苷酸序列，各个三联体密码连续
可以平凡不能平庸
排列编码一个蛋白质多肽链，称为开放阅读框架女士牛仔裤(open reading frame, ORF)。
•遗传密码的特点：
•1. 连续性(commaless)：编码蛋白质氨基酸序列的各个三联体密码连续阅读，密码
• 间既无间断也无交叉。
•2. 简并性(degeneracy)：遗传密码中，除色氨酸和甲硫氨酸仅有一个密码子外，其
• 余氨基酸有2、3、4个或多至6个三联体为其编码。
•3. 通用性(universal)：蛋白质生物合成的整套密码，从原核生物到人类都通用。已
• 发现少数例外，如动物细胞的线粒体、植物细胞的叶绿体。
•4. 摆动性(wobble)：转运氨基酸的tRNA的反密码需要通过碱基互补与mRNA上
• 的遗传密码反向配对结合，但反密码与密码间不严格遵守常
• 见的碱基配对规律，称为摆动配对。
•二、核蛋白体是多肽链合成的装置
不同细胞核蛋白体的组成
核蛋白体结构模式:
P位：肽酰位(peptidyl site) A位：氨基酰位(aminoacyl site) 原 核：E位：排出位(exit site)
三、tRNA与氨基酸的活化
（一）氨基酰-tRNA合成酶(aminoacyl-tRNA syntheta)
第一步反应：氨基酸 ＋ATP-E —→ 氨基酰-AMP-E ＋ AMP ＋ PPi
第二步反应：氨基酰-AMP-E ＋ tRNA 氨基酰-tRNA ＋ AMP ＋ E
●氨基酰-tRNA合成酶对底物氨基酸和tRNA都有高度特异性。
●氨基酰-tRNA合成酶具有校正活性(proofreading activity) 。
●氨基酰-tRNA的表示方法：Ala-tRNAAla Ser-tRNASer Met-tRNAMet
（二）起始肽链合成的氨基酰-tRNA
真核生物： Met-tRNAiMet 原核生物： fMet-tRNAifMet
第 二 节 蛋白质生物合成过程 （The Process of Protein Biosynthesis）（60分钟）
翻译过程从阅读框架的5´-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 ：
●翻译的起始(initiation) 翻译的延长(elongation) 翻译的终止(termination )
一、肽链合成起始：指mRNA和起始氨基酰-tRNA分别与核蛋白体结合而形成翻译起始复合物 (translational initiation complex)。
原核、真核生物各种起始因子的生物功能
（一）原核生物翻译起始复合物形成
●核蛋白体大小亚基分离；
●mRNA在小亚基定位结合；
S-D序列：
●起始氨基酰-tRNA的结合；
●核蛋白体大亚基结合。
（二）真核生物翻译起始复合物形成
核蛋白体大小亚基分离；
起始氨基酰-tRNA结合；
mRNA在核蛋白体小亚基就位；
核蛋白体大亚基结合。
二、肽链合成延长
指根据mRNA密码序列的指导，次序添加氨基酸从N端向C端延伸肽链，直到合成终止的过程。
肽链延长在核蛋白体上连续性循环式进行，又称为核蛋白体循环(ribosomal cycle)，每次循环增加一个氨基酸，包括以下三步：进位(entrance)；成肽(peptide bond formation；)转位(translocation)
●延伸过程所需蛋白因子称为延长因子cpu流水线(elongation factor, EF)：
原核生物：EF-T (EF-Tu, EF-Ts)；EF-G
真核生物：EF-1 、EF-2
（一）进位又称注册(registration：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。核蛋白体对氨基酰-tRNA进位具有校正作用
（二）成肽是由转肽酶(transpeptida)催化的肽键形成过程。
（三）转位
（四）真核生物延长过程
真核生物肽链合成的延长过程与原核基本相似，但有不同的反应体系和延长因子。
另外，真核细胞核蛋白体没有E位，转位时卸载的tRNA直接从P位脱落。
三、肽链合成的终止
当mRNA上终止密码出现后，多肽链合成停止，肽链从肽酰-tRNA中释出，mRNA、核蛋白体等分离，这些过程称为肽链合成终止。
终止相关的蛋白因子称为释放因子 (relea factor, RF
原核生物释放因子：RF-1，RF-2，RF-3
真核生物释放因子：eRF
释放因子的功能：
教学能力一是识别终止密码，如RF-1特异识别UAA、UAG；而RF-2可识别UAA、UGA。
二是诱导转肽酶改变为酯酶活性，相当于催化肽酰基转移到水分子-OH上，使肽链从核蛋白体上释放。
核蛋白体循环（广义）：指核蛋白体从肽链合成起始到肽链合成终止释放后，又重新合成新的肽链的循环过程。
●翻译的能量消耗：
●活化 ：2ATP 进位： 1GTP 转位： 1 GTP
●合成一个AA至少需要 4 ATP
多聚核蛋白体(polysome) ——使蛋白质合成高速、高效进行。
《宝葫芦的秘密》
第 三 瑜珈练习节蛋白质合成后加工和输送Posttranslational Processing & Protein Transportation
从核蛋白体释放出的新生多肽链不具备蛋白质生物活性，必需经过不同的翻译后复杂加工过程才转变为天然构象的功能蛋白。
主要包括：多肽链折叠为天然的三维结构 ；肽链一级结构的修饰；高级结构修饰
一、多肽链折叠为天然功能构象的蛋白质
•新生肽链的折叠在肽链合成中、合成后完成，新生肽链N端在核蛋白体上一出现，肽链的折叠即开始。可能随着序列的不断延伸肽链逐步折叠，产生正确的二级结构、模序、结构域到形成完整空间构象。
•一般认为，多肽链自身氨基酸顺序储存着蛋白质折叠的信息，即一级结构是空间构象的基础。
•细胞中大多数天然蛋白质折叠都不是自动完成，而需要其他酶、蛋白辅助。
几种有促进蛋白折叠功能的大分子：
1. 分子伴侣 (molecular chaperon)
2. 蛋白二硫键异构酶 (protein disulfide isomera, PDI)
