text: 生物化学高频考点（四十九）之蛋白质合成的过程内容及思维导图
  一、氨基酸的活化
  第一步是腺苷酰基化（adenylyation）。其中氨基酸和ATP反应形成氨基酰一腺苷酸，并同释放出焦磷酸。1分子ATP，2个高能键（等同2分子ATP）
  第二步是tRNA负载（tRNA charging）。氨基酰一腺苷酸（仍然与氨基酰tRNA合成酶紧密结合）与tRNA反应，这一反应导致氨基酸通过2`或3`羟基被转移到tRNA的3`端，同时释放出AMP。tRNA合成酶分类两类。Ⅰ类酶将氨基酸连接到tRNA的2`羟基，并且通常是单聚体；Ⅱ类酶将氨基酸连接到tRNA的3`羟基，并且通常是二聚体或四聚体。
  2. 每种氨基酰tRNA合成酶连接一个氨基酸到一个或多个tRNA：20种氨基酸的每一种都是通过单独专门的tRAN合成酶连接到正确的tRNA上的。由于大多数的氨基酸是由多于一个的密码子决定的，因此由一个合成酶识别多于一个tRNA（称为同工tRNA，isoaccepting tRNA）并使之负载氨基酸。只有一种tRNA合成酶将每个氨基酸连接到所有正确的tRNA上。
  3. tRNA负载保真性：氨基酰tRNA的形成时非常精确的。氨基酰tRNA合成酶利用编辑口袋来高精度地负载tRNA。
  二、肽链合成的起始
  （1）30S小亚基；
  （2）50S大亚基；
  （3）摸板mRNA；
  （4）fMet-tRNAfMet；
  （5）GTP，Mg2+；
  （6）翻译起始因子：IF-1、IF-2、IF-3。
  2. 原核生物翻译起始步骤
  （1）核蛋白体大小亚基分离（翻译起始步骤一）
  （2）30S小亚基通过SD序列与mRNA摸板相结合。（翻译起始步骤二）
  ① 30S亚基具有专一性的识别和选择mRNA起始位点的性质，而IF3能协助该亚基完成这种选择。研究发现，30S亚基通过其16S rRNA的3`末端与mRNA5`端起始密码子上游碱基配对结合。Shine及Dalgarno等证明几乎所有原核生物mRNA上都有一个5`-AGGAGGU-3`系列，这个富嘌呤区与30S亚基上16S rRNA3`末端的富嘧啶区序列5`-GAUCACCUUA-3`相互补。
  ② 各种mRNA的核糖体结合位点中能与16S rRNA配对的核苷酸数目及这些核苷酸到起始密码子之间的距离是不一样的，反映了起始信号的不均一性。一般说来，相互补的核苷酸越多，30S亚基与mRNA起始位点结合的效率也越高。互补的核苷酸与AUG之间的距离也会影响mRNA-核糖体复合物的形成及其稳定性。
  （3）在IF-2和GTP的帮助下，fMet-tRNAfMet进入小亚基的P位，tRNA上的反密码子与mRNA上的起始密码子配对（翻译起始步骤三）
  （4）带有tRNA、mRNA和3个翻译起始因子的小亚基复合物与50S大亚基结合，GTP水解，释放翻译起始因子。
  ① 三个起始因子功能：
  IF1防止tRNA结合到小亚基未来A位点的位置上。
  IF2是GTP酶（结合和水解GTP的蛋白质），它与起始过程的3个主要成分（小亚基、IF1和fMet-tRNAifMet）相互作用。通过与这些成分相互作用，IF2催化了fMet-tRNAifMet和小亚基的结合，并阻止其他负载tRNA与小亚基结合。IF3结合于小亚基并阻止其与大亚基结合，或阻止其与负载tRNA结合。由于翻译起始需要游离的小亚基，因此IF3与小亚基的结合对翻译的每一轮新的循环即将结束时开始于小亚基结合，并协助70S核糖体分解为大、小亚基。
  ② 随着3个起始因子的加入，小亚基已经准备好结合mRNA和起始tRNA了。这两种RNA能以任何一种方向结合，并且相互独立。（小亚基）结合mRNA通常是（mRNA的）和它结合位点和（小亚基的）16S RNA之间的碱基配对作用介导的。而fMet-tRNAifMet结合小亚基是由结合GTP的IF2催化的，并且（一旦mRNA结合于小亚基上）通过反密码子和mRNA的起始密码子之间的碱基配对作用。
  ③ 起始的最后步骤涉及大亚基的聚合以形成70S起始复合体（70S initation complex）。当起始密码子和fMet tRNAifMet的碱基配对后，小亚基的构象发生变化导致IF3的释放。在IF3离开的情况下，大亚基可以自由地与小亚基及其负载的IF1、IF2、mRNA和fMet-tRNAifMet结合。大亚基的结合激活了IF2-GTP酶活性，引起GTP的水解。水解后的IF2-GDP与核糖体和起始tRNA的亲和力降低，导致IF2-GDP和IF1从核糖体释放出来。这样，起始过程的最后产物是在mRNA的起始位点组装了一个完整的（70S）核糖体，其P位点有fMet-tRNAifMet，而A位点是空的。
  3. 真核生物翻译起始
  （1）核蛋白体大小亚基分离
  eIF-3、eIF-2B与小亚基结合，在eIF-6参与下，促进80S解离成大小亚基。
  （2）翻译起始阶段首先形成起始复合物前体（43S-Met-tRNAiMet.eIF-2.GTP三元复合物），前体在起始因子eIF-2协助下与mRNA结合形成起始复合物（43S-mRNA-Met-tRNAiMet），与原核细胞不同的是，真核细胞起始tRNA和小亚基的结合总是发生在和mRNA结合之前。当真核细胞的核糖体完成翻译的一个循环后，通过与原核的IF3和IF1相对应的（分别称为eIF3和eIF1A）因子的作用解离为游离的大、小亚基。两个GTP-结合蛋白——eIF2和eIF5B介导了（小亚基）和负载起始tRNA的结合。对真核细胞来说，起始tRNA负载的是Met，而非N-fMet，称为Met-tRNAiMet。eIF5B-GTP帮助eIF2-GTP和Met-tRNAiMet的复合体结合到小亚基上。通过协同作用，这两个GTP结合蛋白将Met-tRNAiMet安置于小亚基未来的P位点，最后形成43S起始前复合体（43S pre-initiation complex）。
  （3）40S亚基-mRNA-Met-tRNAiMet复合物沿mRNA扫描。
  （4）40S亚基-mRNA-Met-tRNAiMet复合物识别起始密码子。
  一旦在mRNA的5`端组装好，小亚基和它的结合因子就按照5`→3`方向沿着mRNA移动，这一移动是依赖于ATP的，由eIF4F的RNA解旋酶所驱动。在移动过程中，小亚基寻找mRNA的起始密码子。起始密码子的识别是通过起始tRNA的反密码子和起始密码子之间的碱基配对作用（这就是为什么起始tRNA先与小亚基上。与原核细胞的情况相同，大亚基的结合刺激了eIF5B-GTP（与原核的IF2相似）的水解，导致剩余的起始因子释放。这些事件的结果是，Met-tRNAiMet被置于新的80S起始复合体（80S initiation complex）的P位点。
  三、肽链的延伸
  （1）当与起始密码子紧邻的密码子被其氨酰-tRNA上的反密码子识别并结合后，延长反应开始。
  （2）氨酰-tRNA的结合由氨酰-tRNA结合因子催化，在细菌中简写为EF-Tu，在真核系统中为EF-1。该因子可与结合有氨酰-tRNA和GTP的核糖体形成四元复合物，同时偶联上GTP的水解。随着氨酰-tRNA与核糖体的结合，EFu则与GDP形成复合物离开核糖体。
  （3）第二个延长因子EF-TS负责催化EF-Tu-GTP复合物的再形成，为结合下一个氨酰-tRNA作准备。
  （4）EF-1是一个多亚基的蛋白，同时具备了EF-Tu及EF-Ts的性质。
  2. 转肽一肽键的形成
  （1）转肽是指肽键在延长因子从核糖体上解离下来之后马上就形成的过程；催化这一过程的酶称为肽酰转移酶，实质是使一个酯键转变成了一个肽键，核糖体参与催化；
  （2）转肽过程可看作是新加入的氨酰RNA上氨基酸的氨基对肽酰-tRNA上酯键的羰基作亲核进攻；
  （3）过程：在肽基转移酶催化下，A位上新来的氨酰-tRNA的氨基向P位上起始tRNA（即fMet-tRNAfMet）上酯键的羰基进行亲核进攻，实质上是将一个酯键转变为肽键，同时在A位上形成二肽酰tRNA，没有负载（脱酰基）的tRNAfMet仍留在P位上。
  3. 移位（translocation）
  （1）移位是指延长过程中的最后一步，由移位因子催化（原核中为EF-G，真核中为EF-2），此过程有GTP的水解；
  （2）移位的目的是使核糖体沿mRNA移动，使下一个密码子暴露出来以供继续翻译；
  （3）过程：核糖体向mRNA3`端方向移动一个密码子，仍与第二个密码子相结合的二肽酰-tRNA2从A位点进入P位点，去氨酰-tRNA被挤入E位点，mRNA上的第三位密码子则对应于A位点。EF-G是移位必需的蛋白质因子。延伸因子EF-G和GTP形成的复合物结合到核糖体上。
  4. 延伸因子
  （1）原核生物的延伸因子
  具有GTP酶的活性。
  ① EF-Tu：促进AA-tRNA进入A位点。
  ② EF-Ts：再生GTP，形成EF-TU-GTP复合物。
  ③ EF-G：促进移位和卸载RNA的释放。
  （2）真核生物细胞的延伸因子
  EF-1(对应于EF-Tu和EF-Ts）及EF-2（相当于FE-G），消耗2个GTP，向生长中的肽链加上一个氨基酸。
  四、肽链合成的终止
  （1）释放因子的结合：终止密码子UAA、UAG或UGA出现在核糖体的A位点时，没有相应的AA-tRNA能与之结合，释放因子（RF）识别终止密码子并与之结合，水解P位点多肽链与tRNA之间的二酯键。
  （2）新生肽链和tRNA从核糖体上释放，核糖体大、小亚基解体，蛋白质合成结束。
  2. 释放因子
  （1）Ⅰ类释放因子识别终止密码子，并催化多肽链从P位点的tRNA中水解释放出来。
  ① 原核细胞有两种Ⅰ类释放因子：RF1和RF2。RF1识别终止密码子UAG，RF2识别终止密码子UGA，两者皆可识别第三个终止密码子UAA。
  ② 真核细胞只有一种能识别3个终止密码子的Ⅰ类释放因子：eRF1。
  （2）Ⅱ类释放因子在多肽链释放后刺激Ⅰ类因子从核糖体中解离开来。原核细胞和真核细胞都只有一种Ⅱ类因子，分别是RF3和eRF3。与EF-G，EF-Tu和其他翻译因子一样，Ⅱ类释放因子也是由GTP调节的。
  五、核糖体反应中GTP的作用
  1. 掺入氨基酸的延长过程中，都有两个GTP分子发生了水解，相当于这一过程消耗的能量的一半；
  2. GTP的结合与水解都在EF－Tu和EF－G因子上进行，这些因子和GTP的复合物与核糖体的作用，才激活了水解部位的活性；
  3. 随着GTP水解成GDP，这些因子的构象将发生变化，与核糖体分离。GTP及GDP与这些因子的结合与否，成了调节这些因子与核糖体结合的开关；
  4. 与GTP发生作用的翻译因子属于G蛋白家族，所有的G蛋白都能结合并水解GTP，当与GTP结合后，这些蛋白被激活，当结合上水解来的GDP后，就变成无活性的构象。
  六、蛋白质前体的加工
  1. 蛋白质前体的加工
  （1）N端fMet或Met的切除
  ① 多数情况下，在肽链合成中，即当肽链的N端游离出核糖体后，立即进行去甲酰化。
  ② 真核生物N端Met常常在肽链的其他部分还未完全合成时，就已经水解下来;有时C-端几个aa也被切除;
  ③ 50%真核细胞氨基末端氨基酸被N-乙酰化，有时羧基端也被修饰。
  （2）二硫键的形成
  （3）特定氨基酸的修饰
  ① 磷酸化（核糖体蛋白）
  磷酸化—去磷酸化决定磷蛋白质的活性状态。
  ② 糖基化（糖蛋白）
  糖基与Asn（天冬酰胺）侧链的N原子连接的糖基化称为N-糖基化；
  糖基与Ser/Thr侧链羟基O原子连接的糖基化称为O-糖基化；
  糖基化是许多真核蛋白质产生生物学活性的必要条件。
  ③ 甲基化（组蛋白和肌肉蛋白）
  ④ 乙酰化（组蛋白）
  催化组蛋白乙酰化的酶是组蛋白乙酰基转移酶（HAT）。
  HAT的主要功能是：对核心组蛋白分子N-末端的赖氨酸残基进行乙酰化修饰。HAT将乙酰CoA分子中的乙酰基转移到组蛋白N-末端赖氨酸的ε—氨基上，从而使其正电荷消失，增加了疏水性，削弱了DNA与组蛋白的相互作用，使某些染色质区域的结构从紧密变得松散，有利于转录因子与DNA结合，促进转录。
  ⑤ 羟基化（胶原蛋白）和羧基化
  （4）切除新生肽链中非功能片段
  如胰岛素原→胰岛素，胰蛋白酶原→胰蛋白酶，胰凝乳蛋白酶原→胰凝乳蛋白酶
  （5）蛋白质的折叠
  新生肽连在细胞内特定的部位，在多种蛋白质的帮助下卷曲成正确构象，大多数蛋白质的折叠是边翻译边折叠的，至少有两类因子参与了折叠过程：
  ① 酶：二硫键异构酶、脯氨酰顺反异构酶
  ② 分子伴侣：由若干在结构上不相关的蛋白质家族组成，但它们具有共同的功能，在细胞内帮助其他多肽链的结构完成正确的组装，而且在组装完毕后与之分离，不构成这些蛋白质在执行功能时的结构组分。
  ③ 分子伴侣家族
  A. 热休克蛋白
  热休克蛋白是一类应激反应性蛋白，包括HSP70、HSP40和GrpE三个家族，三者协同作用，促使某些能自发折叠的蛋白质正确折叠形成天然空间构象。
  B. 伴侣素
  伴侣素包括HSP60和HSP10，主要为非自发性折叠蛋白提供能折叠形成天然结构的微环境。
  七、蛋白质合成抑制剂
  1. 抗代谢物
  尽管嘌呤霉素可以有效地阻止原核生物的蛋白质合成，但它不能用于临床，因为嘌呤霉素同样也阻止真核生物中的蛋白质合成，所以嘌呤霉素对人是有毒的。临床上可用的抗生素应当是对细菌的蛋白质合成是特异的，而对人是没有作用的抑制剂。
  2. 抗生素
  ① 氯霉素:
  与50S (70S)核糖体结合,抑制肽酰转移酶。
  ② 链霉素、新霉素、卡那霉素:
  与30S核糖体结合。
  可以广泛用作治疗细菌感染的药物。
  ③ 环己亚胺:
  可抑制真核生物蛋白质合成。
  3. 毒素
  白喉毒素是已知的毒性最大的毒素，只要一分子的白喉毒素就足可以使真核细胞内的延伸因子eEF-2失活，导致死亡。
  4. 蓖麻毒蛋白是从蓖麻中分离出来的，其作用模式是通过除去腺嘌呤碱基使真核生物的28S rRNA失活，导致翻译终止。