蛋白质合成机制

(二) 延伸
肽链延伸分三步进行：（1）新的氨酰tRNA进入核糖体的A位 点；（2）肽键形成（转肽）；（3）核糖体移位（转位）。 这三步构成了肽链延伸的一个循环。
1 新氨酰tRNA入位 首先，在进入A位点之前，新氨酰tRNA必须与延伸因子EF— TU—GTP结合。延伸因子EF—TU是一个GTP结合蛋白，参与 氨酰RNA的就位。氨酰RNA就位后，EF—TU—GTP水解， EF—TU—GDP从核糖体上释放下来，在第二个延伸因子EF— Ts帮助下EF—Tu—GDP释放掉GDP并重新结合一分子GTP再 生成EF—Tu—GTP。 2 肽键形成（转肽）
（3）大亚基与小亚基结合形成起始复合物。
(二) 延伸
方向：mRNA 5/
3/
新生肽： N/
C/
（1）就位：第二个氨酰tRNA通过密码子—反密码子的配对 作用进入核糖体的A位点（氨基位点）。
（2）转肽：在大亚基上肽酰转移酶作用下，A位点氨基酸的A氨基亲核攻击P位点氨基酸的羧基基团并形成肽键，结果两个 氨基酸均连到了A位点的t-RNA上，该过程称为转肽作用，此时， P位点上卸载的t-RNA从核糖体上离开。 （3）移位（translocation，也可称转位）：核糖体沿着mRNA 移动1个密码子位置，携带肽链的t-RNA转位到P位点，A位点 空出以便接纳下一个氨基酸。
入A位点，aa-tRNA的反密码子如果与mRNA的密码子正确配对后
eEF-1α-GTP水解掉一个P，随后eEF-1α-GDP离开核糖体，留
下aa-tRNA。在eEF-1β、eEF-1γ的帮助下，eEF-1α-GDP再生
为eEF-1α-GTP。在真菌（如酵母）中，需要另一个延伸因子
eEF-3与eEF-1α共同引导aa-tRNA的入位。
合成多亚基蛋白。
2 原核生物蛋白质合成过程
原核生物（大肠杆菌）每秒钟可翻译20个氨基酸，比真核生 物快得多，而真核生物每分钟才大约50个氨基酸。 (一) 翻译起始 翻译是从形成起始复合物开始的，在原核生物中该过程需要 三个起始因子参与：IF1，IF2，和IF3 （1）IF3首先结合在30S亚基上，防止它过早地与50S亚基结合。 （2）mRNA结合到30S亚基上。
原核mRNA上在距起始密码子上游约10bp处有一段很短的 （约10bp）富含嘌呤的区域称为SD序列，它能与30S亚基 上的16S rRNA 3端的一段互补序列（不妨称反SD序列）配 对结合，mRNA正是通过其SD序列与16S
rRNA的配对结合而使它处于核糖体上的恰当的位置，并使起始
密码子AUG处于P位点。SD序列与16S rRNA的配对还为识别起始
蛋白质合成机制
作者：李娜 学号：21118016
L/O/G/O
内容
1
蛋白质合成的一般过程
2 原核生物蛋白质合成的过程
来自百度文库
3 真核生物蛋白质合成的过程
4 蛋白质合成机制的研究前景
蛋白质合成的机理
真核生物和原核生物在蛋白质合成 方面有许多共同之处，因此，我们 先学习蛋白质合成的一般过程，然 后分别看一下原核和真核蛋白质合
3 羟基化
在结缔组织的胶原蛋白和弹性蛋白中pro和lys是经过羟基化的。 此外，在乙酰胆碱酯酶（降解神经递质乙酰胆碱）和补体系统 （参与免疫反应的一系列血清蛋白）都发现有4-羟辅氨酸。位于 粗糙内质网（RER）上的三种氧化酶（脯氨酰-4-羟化酶，prolyl4-hydroxylase ， 脯 氨 酰 -3- 羟 化 酶 和 赖 氨 酰 羟 化 酶 ， lysylhydroxylase）负责特定脯氨酸和赖氨酸残基的羟化。脯氨酰4-羟化酶只羟化-Gly-x-pro-，脯氨酰-3-羟化酶羟化Gly-pro-4-Hyp （Hyp: hydroxyproline），赖氨酸羟化酶只作用于-Gly-X-lys-，胶 原蛋的脯氨酸残基和赖氨酸残基羟化需要Vc，饮食中Vc不足时 就易患坏血症（血管脆弱，伤口难愈），原因就是胶原纤维的结 构不力（weak collagen fiber structure）。 4 磷酸化 蛋白磷酸化参与代谢调控和信号转导以及蛋白与蛋白之间的相互 作用。例如，PDGF受体的酪氨酸残基经过自身磷酸化后才与细 胞质定位蛋白质结合。
(五) 原核生物的翻译调控 蛋白质的合成是一个非常耗能的过程。每形成一个肽键要消耗4 个高能磷酸键（tRNA装载2个，aa-tRNA入位1个，移位1个）。 在大肠杆菌中，用于合成的能量90%都给了蛋白质合成。因此， 其合成必然要受到严格的调控。
3 真核生物的蛋白质合成过程
蛋白质合成的研究最早是在哺乳动物细胞内进行的（入氨酰 tRNA合成酶和tRNA的发现），但到60年代后注意力却集中到 了细菌。原因很简单，细菌细胞易于培养，细菌基因的表达 较简单也易于操作。进入70年代后，真核细胞的蛋白质合成 又变成了研究的热点。 真核细胞的蛋白质翻译需要大量的蛋白因子，翻译后加工和 定向输送比原核复杂得多。其过程如下：
密码子和Met密码子提供了一种制。
原核多顺反子mRNA上的每一个基因都有自己的SD序列、起始密
码子和终止密码子，每一个基因的翻译都是相对独立的。 （3）IF2 、fMet-tRNAfmet结合到30S亚基上 IF2是一个GTP结合蛋白，它先与30S亚基结合并促使起始氨酰 tRNA的密码子与mRNA 上的AUG结合（P位点）。原核生物的 起始氨酰tRNA是N—甲酰甲硫氨酰tRNA. （4）50S大亚基结合到30S小亚基上，形成起始复合物。 GTP水解成GDP释放的能量引起30S亚基构象变化，50S亚基结 合到30S亚基上，同时IF2和IF3释放。 因此，原核生物肽链合成的起始复合体由mRNA、70S核糖体、 fMet-tRNAfMet组成。
2 肽键形成（转肽） 核糖体大亚基的肽酰转移酶活性催化A位点α-氨基亲核攻击P位 点的aa的羧基，在A位点形成一个新的肽键。P位点上卸载的 tRNA从核糖体上离开 3 移位 移位需要一个100kD的延伸因子eEF-2-GTP。eEF-2-GTP结合在 核糖体未知的位置上，GTP水解成释放的能量使核糖体沿 mRNA移动一个密码子的位置，然后eEF-2-GDP离开核糖体。 (三) 终止 真核细胞中有两个释放因子eRF-1和eRF-3（GTP结合蛋白）介 导终止。当GTP结合到eRF-3后它的GTPase活性就被激活， eRF-1和eRF-3-GTP形成一个复合物，当UAG，UGA，UAA进 入A位点时，该复合物就结合到A位点上，接着GTP水解促使释 放因子离开核糖体，mRNA被释放，核糖体解体成大小亚基， 新生肽在肽酰转移酶催化下被释放。
(三) 终止 由于终止密码子不能结合任何氨酰tRNA，于是肽链合成的终止 因子（又称释放因子）识别并结合到终止密码子上，接着肽转 移酶的酯化酶功能转变成水解功能，将肽链从P位点tRNA上水 解掉，核糖体释放掉mRNA并解体成大小亚基，翻译结束。
在翻译过程中除了核糖体大小亚基、 mRNA和氨酰 tRNA外，还需要GTP和许多蛋白辅助因子。这些辅 助因子有的起催化作用，有的起改变和稳定构象作用 (四) 翻译后加工 不论原核生物还是真核生物，翻译完成后，一些肽链 能直接折叠成最终的活性形式，不需要加工修饰，然 而经常的情况是新生肽链需要加工修饰（称为翻译后 加工或修饰）包括：（1）切除部分肽段（蛋白 酶）（2）在特定氨基酸残基的侧链上添加一些基 团（共价修饰）（3）插入辅因子，还有些单肽要聚
（一）翻译起始 真核生物核蛋白体为80S（60S + 40S）。10种起始因子， 生 成起始复合物步骤 IF eIF 亚基分离起始tRNA就位mRNA就位 大亚基结合 IF-3、IF-1IF-2、IF-1核酸-核酸、核酸-蛋白质之间 的辨认结合各种IF脱落，GTP水解 eIF-3、eIF-3A、 eIF-4CeIF-2、eIF2B、eIF- 3、eIF-4CeIF-4、eIF-4A、eIF-4B、 eIF-4E 、eIF-4F
RF1识别UAA和UAG，RF2识别UAA与UGA,RF3作用尚不清 楚，可能促进RF1与RF2结合。这种识别过程需要GTP并改变 了核糖体的构象，肽酰转移酶的功能发生瞬时变化，转变成 酯酶功能，将连接肽链与P位点tRNA的肽酰酯键水解开，肽 链从核糖体上释放，mRNA与tRNA解离，核糖体解体。
(四) 原核生物的翻译后加工 一些新生肽链从核糖体上释放下来后就直接折叠成最终的三维
肽键是在肽酰转移酶催化下形成的，现在认为肽酰转移酶活 性存在于50S亚基23S rRNA上。驱动肽键形成的能量由P位点 上的氨基酸与它的tRNA的高能肽酰酯键提供。新肽键形成后 P位点卸载的tRNA就离开核糖体
3 核糖体移位。 移位需要另一个GTP结合蛋白EF—G（延伸因子Ｇ，又叫移位 酶）的参与。现在认为，GTP水解成GDP时释放出的能量促 使核糖体构象发生变化，驱动肽酰tRNA从Ａ位点移动到Ｐ位 点。空下的Ａ位点等待接纳下一个氨酰tRNA 。 (三) 终止 当终止密码子（UAA, UAG,UGA）进入Ａ位点时肽链合成就 进入终止期。原核生物有三个释放因子（RF-1, RF-2, RF-3） 参与终止。
(四) 真核生物的翻译后加工 许多新生肽要经过一种或几种共价键修饰，这种修饰可以在正延 伸着的肽链中进行。一般情况下，翻译后修饰一是为了功能上的 需要，另一种情况是折叠成天然构象的需要。包括： 1 切除加工 典型的情况包括切除N-端甲硫氨酸、信号肽序列和切除部分肽段 将无活性的前体转变成活性形式。一些酶的前体（称为前体酶 proenzyme，或酶原zymegen）只有切除特定的肽段后才能从无活 性形式转变成活性形式。无活性的多肽前体称为前体蛋白 （proprotein） 2 糖基化 真核生物中糖基化修饰很普遍，但是糖基基团的功能还不是十分 清楚。通常情况下，分泌蛋白的寡糖链较复杂，而内质网膜蛋白 含有较高的甘露糖。
5 亲脂修饰 蛋白质亲脂修饰后可以改变膜结合能力和特定的蛋白与蛋白之间
的相互作用。最常见的亲脂修饰是酰化和异戊二烯化。尽管豆蔻
结构。但多数情况下是新生肽要经过一系列的加工修饰，才具
有功能。有关翻译后加工修饰的许多信息都来自真核生物中的 研究，但是原核细胞中的多肽也要经过几种类型的共价修饰。
1 切除加工 包括去掉N端的甲酰甲硫氨酸和信号肽序列。信号肽（Signal peptide），也叫引导肽（leader peptide），是决定多肽最终去向 的一段序列，通常较短，典型情况下位于N端。在细菌中的一个 例子就是多肽要插入细胞质膜必须借助信号肽序列。
成的具体过程。
1 蛋白质合成的一般过程
蛋白质合成的一般过程可以 分为三个阶段：起始、延 伸、终止，分别由不同的起 始因子、延伸因子和终止 因子（释放因子）参与。其 合成过程如右图所示。
蛋白质合成的一般过程
(一) 翻译起始
（1）小亚基与mRNA结合
（2）起始氨酰tRNA进入P位点，它的反密码子与mRNA上的 起始密码子AUG碱基配对。
合的化学受体蛋白的谷氨酸残基。这种甲基转移酶和另外一种 甲基酯酶催化的甲基化/去甲基化过程在细菌趋化性的信号转导 中起重要作用。
4 磷酸化 近年来，已经发现由蛋白激酶和蛋白磷酸化酶催化的蛋白质磷 酸化/去磷酸化在原核生物中十分普遍。磷酸化/去磷酸化的意 义还不太清楚。目前只知在细菌趋化性和氮代谢调空中有瞬间 的磷酸化作用。
2 糖基化 尽管在原核生物中，绝大多数的复合糖是糖酯，但是，也有少 量的糖蛋白的报道，例如Halobacterium细胞表面的糖蛋白，有 关原核生物糖基化的机制及其功能都还不知道。
3 甲基化 甲基转移酶利用硫酰苷甲硫氨酸对特定蛋白进行甲基化修饰。
在大肠杆菌和有关细菌中发现的一种甲基转移酶能甲基化膜结
（1）真核起始甲硫氨酸不需甲酰化。（2）真核mRNA没有SD序列，但5'端帽子结构与其在核蛋白体就位相关。帽结合蛋 白（CBP）可与mRNA帽子结合，促进mRNA与小亚基结合。 (二) 延伸 与原核类似，也可分为aa-tRNA的入位、转肽、移位三步反应。 1 入位
50kD的延伸因子eEF-1α-GTP与aa-tRNA结合，引导aa-tRNA进