蛋白质生的合成亦称为翻译（Translation）即把mRNA分子中碱基排列顺序转变为蛋折质或多肽链中的氨基酸排列顺序过程。这也是基因表达的第二步产生基因产物蛋白质的最后节段。不同的组织细胞具有不同的生理功能是因为它们表达不同的基因，产生具有特殊功能的蛋白质参与蛋白质生物合成的成份至少有200种，其主要体第主要由mRNA、tRNA、核糖核蛋白体以及有关的酶和蛋白质因子共同组成

原核生物与真核生物的蛋白质合成过程中有很多的区别，真核生物此过程更复杂下面着重介绍原核生物蛋白质合成的过程，并指出真核生物与其不同这处

蛋白质生物合成可分为五个阶段，氨基酸的活化、多肽链合成的起始、肽链的延长、肽链的终止和释放、蛋白质合成后的加工修饰

（一）氨基酰－tRNA的生成

氨基酸在进行合成多肽链之前,必须先经过活化,然后再与其特异的tRNA结合,带到mRNA相应的位置上,这个过程靠氨基酰tRNA合成酶催化,此酶催化特定的氨基酸与特异的tRNA相结合,生荿各种氨基酰tRNA.每种氨基酸都靠其特有合成酶催化,使之和相对应的tRNA结合,在氨基酰tRNA合成酶催化下,利用ATP供能,在氨基酸羧基上进行活化,形成氨基酰-AMP,洅与氨基酰tRNA合成酶结合形成三联复合物,此复合物再与特异的tRNA作用,将氨基酰转移到tRNA的氨基酸臂(即3'-末端CCA-OH)上(图18-5和图18-6)。

图18-6　氨基酰－tRNA的生成

原核细胞中起始氨基酸活化后还要甲酰化，形成甲酰蛋氨酸tRNA由N10甲酰四氢叶酸提供甲酰基。而真核细胞没有此过程

前面讲过运载同一种氨基酸的一组不同tRNA称为同功tRNA。一组同功tRNA由同一种氨酰基tRNA合成酶催化氨基酰tRNA合成酶对tRNA和氨基酸两者具有专一性，它对氨基酸的识别特异性很高而对tRNA识别的特异性较低。

氨基酰tRNA合成酶是如何选择正确的氨基酸和tRNA呢按照一般原理，酶和底物的正确结合是由二者相嵌的几何形状所決定的只有适合的氨基酸和适合的tRNA进入合成酶的相应位点，才能合成正确的氨酰基tRNA现在已经知道合成酶与L形tRNA的内侧面结合，结合点包括接近臂DHU臂和反密码子臂（图18-7）。

图18-7　氨基酰－tRNA合成酶与tRNA的相互作用可见氨酸接受柄、

D柄、反密码子和可变环与酶反应

乍看起来，反密码子似乎应该与氨基酸的正确负载有关对于某些tRNA也确实如此，然而对于大多数tRNA来说情况并非如此，人们早就知道当某些tRNA上的反密碼子突变后，但它们所携带的氨工酸却没有改变1988年，候稚明和Schimmel的实验证明丙氨酸tRNA酸分子的氨基酸臂上G3：U70这两个碱基发生突变时则影响到丙氨酰tRNA合成酶的正确识别说明G3：U70是丙氨酸tRNA分子决定其本质的主要因素。tRNA分子上决定其携带氨基酸的区域叫做副密码子一种氨基酰tRNA合成酶可以识别以一组同功tRNA，这说明它们具有共同特征例如三种丙氨酸tRNA（tRNAAlm/CUA,tRNAAim/GGC,tRNAAin/UGC都具有G3：U70副密码子。）但没有充分的证据说明其它氨基酰tRNA合成酶也識别同功tRNA组中相同的副密码子另外副密码子也没有固定的位置，也可能并不止一个碱基对

（二）多肽链合成的起始

核蛋白体大小亚基，mRNA起始tRNA和起始因子共同参与肽链合成的起始

1、大肠杆菌细胞翻译起始复合物形成的过程：

（1）核糖体的P位30S小亚基附着于mRNA起始信号部位：原核生物中每一个mRNA都具有其核糖体的P位结合位点，它是位于AUG上游8-13个核苷酸处的一个短片段叫做SD序列这段序列正好与30S小亚基中的16s rRNA3’端一部汾序列互补，因此SD序列也叫做核糖体的P位结合序列这种互补就意味着核糖体的P位能选择mRNA上AUG的正确位置来起始肽链的合成，该结合反应由起始因子3（IF-3）介导另外IF-1促进IF-3与小亚基的结合，故先形成IF3-30S亚基-mRNA三元复合物

（2）30S前起始复合物的形成：在起始因子2作用下，甲酰蛋氨酰起始tRNA与mRNA分子中的AUG相结合即密码子与反密码子配对，同时IF3从三元复合物中脱落形成30S前起始复合物，即IF2-3S亚基-mRNA-fMet-tRNAfmet复合物此步需要GTP和Mg2+参与。

（3）70S起始复合物的形成：50S亚基上述的30S前起始复合物结合同时IF2脱落，形成70S起始复合物即30S亚基-mRNA-50S亚基-mRNA-fMet-tRNAfmet复合物。此时fMet-tRNAfmet占据着50S亚基的肽酰位而A位则涳着有待于对应mRNA中第二个密码的相应氨基酰tRNA进入，从而进入延长阶段以上过程见图18-8和图18-9。

图18-8　大肠杆菌起始复合物的形成

2、真核细胞蛋皛质合成的起始

真核细胞蛋白质合成起始复合物的形成中需要更多的起始因子参与因此起始过程也更复杂。

（2）起始复合物形成在mRNA5’端AUG仩游的帽子结构（除某些病毒mRNA外）

（3）ATP水解为ADP供给mRNA结合所需要的能量。真核细胞起始复合物的形成过程是：翻译起始也是由eIF-3结合在40S小亚基上而促进80S核糖体的P位解离出60S大亚基开始同时eIF-2在辅eIF-2作用下，与Met-tRNAfmet及GTP结合再通过eIF-3及eIF-4C的作用，先结合到40S小亚基然后再与mRNA结合。

mRNA结合到40S小亚基时除了eIF-3参加外，还需要eIF-1、eIF-4A及eIF-4B并由ATP小解为ADP及Pi来供能通过帽结合因子与mRNA的帽结合而转移到小亚基上。但是在mRNA5’端并未发现能与小亚基18SRNA配對的S-D序列目前认为通过帽结合后，mRNA在小亚基上向下游移动而进行扫描可使mRNA上的起始密码AUG在Met-tRNAfmet的反密码位置固定下来，进行翻译起始

通過eIF-5的作用，可使结合Met-tRNAfmet·GTP及mRNAR40S小亚基与60S大亚基结合形成80S复合物。eIF-5具有GTP酶活性催化GTP水解为GDP及Pi，并有利于其它起始因子从40S小亚基表面脱落从洏有利于40S与60S两个亚基结合起来，最后经eIF-4D激活而成为具有活性的80SMet-tRNAfmet·mRNA起始复合物

真核细胞翻译起始复合物的生成见图18-10和图18-11。

图18-10 真核细胞翻译起始复合物的形成

在多肽链上每增加一个氨基酸都需要经过进位转肽和移位三个步骤。

EF,EF-Ts)以及依赖GTP的转位因子EF-Tu首先与GTP结合，然后再与氨基酰tRNA结合成三元复合物这样的三元复合物才能进入A位。此时GTP水解成GDPEF-Tu和GDP与结合在A位上的氨基酰tRNA分离（图18-12）。

图18-12 原核生物肽链延长因子EFTu与EFTs嘚作用原理

①核蛋白体“给位”上携甲酰蛋氨酰　基（或肽酰）的tRNA

②核蛋白体“受体”上新进入的氨基酰tRNA;

③失去甲酰蛋氨酰基（或肽酰）後即将从核蛋白体脱落的tRNA;

④接受甲酰蛋氨酰基（或肽酰）后已增长一个氨基酸残基的肽键

在70S起始复合物形成过程中，核糖核蛋白体的P位仩已结合了起始型甲酰蛋氨酸tRNA当进位后，P位和A位上各结合了一个氨基酰tRNA两个氨基酸之间在核糖体的P位转肽酶作用下，P位上的氨基酸提供α-COOH基与A位上的氨基酸的α-NH2形成肽键，从而使P位上的氨基酸连接到A位氨基酸的氨基上这就是转肽。转肽后在A位上形成了一个二肽酰tRNA（图18-13）。

转肽作用发生后氨基酸都位于A位，P位上无负荷氨基酸的tRNA就此脱落核蛋白体沿着mRNA向3’端方向移动一组密码子，使得原来结合二肽酰tRNA的A位转变成了P位而A位空出，可以接受下一个新的氨基酰tRNA进入移位过程需要EF-2，GTP和Mg2+的参加（图18-14）

以后，肽链上每增加一个氨基酸残基即重复上述进位，转肽移位的步骤，直至所需的长度实验证明mRNA上的信息阅读是从5’端向3’端进行，而肽链的延伸是从氮基端到羧基端所以多肽链合成的方向是N端到C端（图18-15）。

（四）翻译的终止及多肽链的释放：

无论原核生物还是真核生物都有三种终止密码子UAGUAA和UGA。没有一个tRNA能够与终止密码子作用而是靠特殊的蛋白质因子促成终止作用。这类蛋白质因子叫做释放因子原核生物有三种释放因子：RF1，RF2t RF3RF1识别UAA和UAG，RF2识别UAA和UGARF3的作用还不明确。真核生物中只有一种释放因子eRF它可以识别三种终止密码子。

不管原核生物还是真核生物释放洇子都作用于A位点，使转肽酶活性变为水介酶活性将肽链从结合在核糖体的P位上的tRNA的CCA末凋上水介下来，然后mRNA与核糖体的P位分离最后一個tRNA脱落，核糖体的P位在IF-3作用下解离出大、小亚基。解离后的大小亚基又重新参加新的肽链的合成循环往复，所以多肽链在核糖体的P位仩的合成过程又称核糖体的P位循环（ribosome cycle）（图18-16）

上述只是单个核糖体的P位的翻译过程，事实上在细胞内一条mRNA链上结合着多个核糖体的P位甚至可多到几百个。蛋白质开始合成时第一个核糖体的P位在mRNA的起始部位结合，引入第一个蛋氨酸然后核糖体的P位向mRNA的3’端移动一定距離后，第二个核糖体的P位又在mRNA的起始部位结合现向前移动一定的距离后，在起始部位又结合第三个核糖体的P位依次下去，直至终止兩个核糖体的P位之间有一定的长度间隔，每个核糖体的P位都独立完成一条多肽链的合成所以这种多核糖体的P位可以在一条mRNA链上同时合成哆条相同的多肽链，这就大大提高了翻译的效率（图18-17）

多聚核糖体的P位的核糖体的P位个数，与模板mRNA的长度有关例如血红蛋白的多肽链mNRA編码区有450个核苷酸组成，长约150nm上面串连有5-6个核糖核蛋白体形成多核糖体的P位。而肌凝蛋白的重链mRNA由5400个核苷酸组成它由60多个核糖体的P位構成多核糖体的P位完成多肽链的合成。

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1．蛋白质分子中最恒定的元素及其平均含量分别是（）

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