第十四章 蛋白质的生物合成((翻译一切生命现象不能离开蛋白质，由于代谢更新，即使成人亦需不断合成蛋白质(约400g/日)。蛋白质具有高度特异性。不同生物，它们的蛋白质互不相同。所以食物蛋白质不能为人体直接利用，需经消化、分解成氨基酸，吸收后方可用来合成人体蛋白质。
mRNA含有来自DNA的遗传信息，是合成蛋白质的“模板”，各种蛋白质就是以其相应的mRNA为“模板”，用各种氨基酸为原料合成的。mRNA不同，所合成的蛋白质也就各异。所以蛋白质生物合成的过程，贯穿了从DNA分子到蛋白质分子之间遗传信息的传递和体现的过程。
mRNA生成后，遗传信息由mRNA传递给新合成的蛋白质，即由核苷酸序列转换为蛋白质的氨基酸序列。这一过程称为翻译（translation）。翻译的基本原理见图14-1。
由图14-1可见，mRNA穿过核膜进入胞质后，多个核糖体（亦称核蛋白体，图中为四个）附着其上，形成多核糖体。作为原料的各种氨基酸在其特异的搬运工具（tRNA）携带下，在多核糖体上以肽键互相结合，生成具有一定氨基酸序列的特定多肽链。
合成后从核糖体释下的多肽链，不一定具有生物学活性。有的需经一定处理，有的需与其他成分（别的多肽链或糖、脂等）结合才能形成活性蛋白质。
参与蛋白质生物合成的物质参与蛋白质合成的物质，除氨基酸外，还有mRNA（“模板”）、tRNA（“特异的搬运工具”）、核糖体（“装配机”）、有关的酶（氨基酰tRNA合成酶与某些蛋白质因子），以及ATP、GTP等供能物质与必要的无机离子等。
一、mRNA与遗传密码天然蛋白质有1010~1011种，组成蛋白质的氨基酸却只有20种。这20种氨基酸排列组合的不同，形成了形形色色的蛋白质。蛋白质中氨基酸的序列如何决定？
（一）三联体密码与密码的简并研究表明，密码子（codon）共有64个，每个密码子是由三个核苷酸（称为三联体，triplet）组成的。有的氨基酸有多个密码子，这种现象称为简并（degenerate），如UUU和UUC都是苯丙氨酸的密码子，UCU、UCC、UCA、UCG、AGU和AGC都是丝氨酸的密码子，同一氨基酸的不同密码子称为同义词（synonyms）。64个密码子中61个密码子代表一定的氨基酸，只有3个密码子不代表任何氨基酸，为肽链合成的终止信号。总之，在DNA或mRNA分子内，每3个相邻核苷酸按其排列序列可体现一种氨基酸或体现蛋白质合成终止信号的，统称为遗传密码（genetic code）。密码子与各种氨基酸的对应关系如表14-1。
（二）起始信号与终止信号在表14-1的64个密码子中，61个代表氨基酸。每一种氨基酸少的只有一个密码子，多的可有6个，但以2个和4个的居多。另有3个密码子（UAA、UAG、UGA）为肽链的终止密码子（terminator codon）不代表任何氨基酸，为终止信号。密码子AUG具有特殊性，不仅代表甲硫氨酸，如果位于mRNA起始部位，它还代表肽链合成的起始密码子（initiator codon）。起始密码子常在mRNA的5′端附近。作为起始信号的AUG与其局部构象有关，而局部构象常取决于AUG邻近核苷酸序列。例如真核生物起始信号AUG周围最合适的上下文顺序为CCCC[AUG]G。这种上下文顺序如有改动，会使起始效率降低。非起始部位的AUG不作为起始信号，只代表甲硫氨酸。
（三）方向性与无间隔性
mRNA的起动信号到终止信号的排列是有一定方向性的。起动信号总是位于mRNA的5′侧，终止信号总是在3′侧。mRNA分子中遗传信息具有方向性（从5′端至3′端）的排列，决定了翻译过程肽链从N端向C端合成的方向性。mRNA的密码子之间无标点符号隔开，所以在相应基因的DNA链上，如因突变插入一个碱基或缺失一个碱基，都会引起mRNA的阅读框移位（frame shift），使其编码（code）的蛋白质丧失功能。
（四）通用性（universal）
从细菌到人，遗传密码可以通用，这一点不仅为地球上的生物来自同一起源的进化学说提供有力依据，而且使我们有可能利用细菌等生物制造人类蛋白质。但遗传密码的通用性有个别例外。如哺乳动物线粒体的蛋白质合成体系中，UAG不代表终止信号而代表色氨酸，由AGA与AGG代表终止信号，CUA、AUA不代表亮氨酸,却分别代表苏氨酸和蛋氨酸等。
二、氨基酸的“搬运工具”—tRNA
体内的20种氨基酸都各有其特定的tRNA，而且一种氨基酸常有数种tRNA，在ATP和酶的存在下，它可与特定的氨基酸结合。每个tRNA都有1个由3个核苷酸编成的特珠的反密码子（anticodon）。此反密码子可以根据碱基配对的原则，与mRNA上对应的密码子相配合。tRNA上的反密码子，只有与mRNA上的密码子相对应时，才能结合。因此，在翻译时，带着不同氨基酸的各个tRNA就能准确地在核糖体上与mRNA的密码子对号入座。
（一）密码子与反密码子的摆动配对本书第3章已经介绍，DNA双股结构中的碱基配对原则很严格，必须A与T，或G与C相配。但tRNA的反密码子中的第1个核苷酸与mRNA的第3个核苷酸（由5′端向3′端方向计数）配对时，并不严格遵循这一原则，除A—U（相当于DNA中的T）G—C可以配对外，U—G，I—C，I—A亦可相配（表14-2），此种配对称为摆动配对（wobble base pair）或不稳定配对。
（二）起始tRNA与普通tRNA
普通tRNA只在肽链延长阶段起作用。例如tRNAmet就是普通tRNA中的一员，上标“met”表示它是甲硫氨酸的tRNA，可携带甲硫氨酸，识别mRNA非起始部位的AUG。
起始tRNA（tRNAimet）与众不同，下标“i”代表起始 (initiation)。它在蛋白质合成的起始中起重要作用，它是识别mRNA起始部位AUG的tRNA。此种tRNA在真核生物携带蛋氨酸，在原核生物携带经过甲酰化的甲硫氨酸。甲酰甲硫氨酰tRNAimet 是甲硫氨酰tRNAimet 在原核生物中经甲硫氨酰tRNA转甲酰基酶催化后的产物。
三、肽链合成的“装配机”—核糖体核糖体由大小不同的两个亚基所组成，这两个亚基分别由不同的RNA分子（称为rRNA）与多种蛋白质分子共同构成的。原核生物的核糖体为70S，由30S小亚基与50S大亚基组成；真核生物的核糖体为80S，由30S小亚基与50S大亚基组成。
胞质中的核糖体分为两类，一类附着于粗面内质网，主要参与白蛋白，胰岛素等分泌蛋白质的合成；另一类游离于胞质，主要参与细胞固有蛋白质的合成。
（一）转肽酶以及给位与受位核糖体相当于“装配机”能够促进tRNA所带的氨基酸缩合成肽。核糖体有2个位置分别称为给位（donor site）与受位（acceptor site），供携带氨基酸或新生肽链的tRNA附着。给位又称为P位（peptidyl site，肽位）；受位有时又称A位（aminoacyl site，氨基酰位）。核糖体的大亚基具有转肽酶（transpeptidase）活性，可使附着于给位上的肽酰tRNA转移到受位上tRNA所带氨基酸上，使两者缩合，形成肽键。
（二）多核糖体在细胞内合成蛋白质的核糖体并不是单个核糖体，而是多个核糖体聚在一起的多核糖体。多核糖体中的各个核糖体可在同一时间内与同一个mRNA相连，如图14-1。在一条mRNA上可以同时合成多条同样的多肽链。多核糖体合成肽链的效率甚高，其每一个核糖体每秒钟可翻译约40个密码子，即每秒钟可以合成相当于一个由40个左右氨基酸残基组成的，分子量约为4 000的多肽链。
第二节 蛋白质的合成过程蛋白质生物合成的具体步骤包括：①氨基酸的活化与活化氨基酸的搬运；②活化氨基酸在核糖体上的缩合。前者是后者的准备阶段，后者是蛋白质合成的中心环节。
一、氨基酸的活化与转运在蛋白质分子中，氨基酸借其—NH2基及—COOH基互相联结成肽。氨基酸的活化过程及其活化后与相应tRNA的结合过程，都是由同一类酶所催化；此类酶称为氨基酰tRNA合成酶（aminoacyl-tRNA synthetase）。氨基酰tRNA合成酶催化的反应必须有ATP参加，其反应步骤如下：
氨基酸的活化与转运是酶促需能反应首先，在酶促下ATP分解为焦磷酸与AMP；AMP、酶及氨基酸三者结合成为一种中间复合体。在复合体中，氨基酸的羧基与磷酸腺苷的磷酸以酐键相联，变为活化的氨基酸。进入称为“核糖体循环”（ribosomal cycle）的氨基酸缩合成肽过程。
（二）氨基酰tRNA合成酶对氨基酸的高度专一性保证了翻译的准确性（fidelity）
氨基酰tRNA合成酶在胞液中存在，具有高度专一性。它们既能识别特异的氨基酸，又能辨认该氨基酸的专一tRNA分子。氨基酰tRNA合成酶分子中有两个位点：一个位点能从多种氨基酸中选出与其对应的一种，与专一氨基酸结合；另一位点为水解位点，在酶与专一tRNA分子结合后，起校对作用，将错误结合的氨基酸水解释放。
tRNA所携带的氨基酸，是通过“核糖体循环”在核糖体上缩合成肽，完成翻译过程的，现以原核生物中蛋白质生物合成为例，将核糖体循环人为地分为起始、肽链延长（elongation）和终止（termination）三个阶段进行介绍。
二、肽链合成的起始在蛋白质生物合成的起始阶段，核糖体的大、小亚基，mRNA与甲酰甲硫氨酰tRNAimet共同构成70S起始复合体。这一过程需要一些称为起始因子（initiation factor，简称IF）的蛋白质以及GTP与镁离子的参与（图14—3）。
已知原核生物中的起始因子有3种。IF3可使核糖体30S亚基不与50S亚基结合，而与mRNA结合（表14—3），IF1起辅助作用。IF2特异识别甲酰甲硫氨酰tRNAimet，可促进30S亚基与甲酰甲硫氨酰tRNAimet结合，在核糖体存在时有GTP酶活性。
起始阶段可分两步：先形成30S起始复合体，再形成70S起始复合体。
（一）30S起始复合体的形成原核生物mRNA的5′端与起始信号之间，相距约25个核苷酸，此处存在富含嘌呤区（如AGGA或GAGG），称为Shine-Dalgarno（SD）序列。核糖体30S亚基的16S rRNA有一相应的富含嘧啶区可与SD序列互补。由此，30S亚基在IF3与IF1的促进下，与mRNA的起始部位结合。
IF2在GTP参与下可特异与甲酰甲硫氨酰tRNAimet结合，形成三元复合物，并使此三元复合物中tRNA的反密码子与上述30S亚基上mRNA的起始密码子互补结合，形成30S起始复合体（图14-3）。
所以，30S起始复合体是由30S亚基、mRNA、甲酰甲硫氨酰tRNAimet及IF1、IF2、IF3与GTP共同构成。
（二）70S起始复合体的形成
30S起始复合体一旦形成，IF3也就脱落，50S亚基随即与其结合。此时复合体中的GTP水解释出GDP与无机磷酸，使IF2与IF1也都脱落，形成了70S起始复合体。70S起始复合体的形成，表明蛋白质生物合成的起始阶段已经完成，已可进入肽链延长阶段。
70S起始复合体由大、小亚基，mRNA与甲酰甲硫氨酰tRNAimet共同构成。其中甲酰甲硫氨酰tRNAimet的反密码子CAU恰好互补地与mRNA中的起动信号AUG相结合。由图14-3可见，复合体中mRNA的起始信号AUG位于核糖体的给位侧，所以与起始信号对应的甲酰甲硫氨酰tRNAimet也就定位在给位。应该指出，除起始tRNA与众不同外，所有氨基酰tRNA与核糖体结合时，都不在核糖体给位，而是在受位。
三、肽链延长这一阶段，与mRNA上的密码子相适应，新的氨基酸不断被相应特异的tRNA运至核糖体的受位，形成肽链。同时，核糖体从mRNA的5’端向3’端不断移位以推进翻译过程（图14-4）。肽链延长阶段需要称为延长因子（elongation factors）的蛋白质，GTP，Mg2+与K+的参与。
肽链延长阶段的具体步骤如下：
进位 与上一阶段所产生的复合物（图14-3中的70S起始复合体）受位上mRNA密码子相对应的氨基酰tRNA（图14-4）进入受位。此步需要肽链延长因子EFTu与EFTs（图14-5）。EFTu的作用是促进氨基酰tRNA与核糖体的受位结合，而EFTs是促进EFTu的再利用。
2．转肽 50S亚基的给位有转肽酶的存在，可催化肽键形成，此时在转肽酶的催化下，将给位上tRNA所携的甲酰甲硫氨酰（或肽酰）转移给受位上新进入的氨基酰tRNA，与其所带的氨基酰（图14-4）的氨基结合，形成肽键。此步需要Mg2+与K+的存在（图14-6）。
3．移位 核糖体向mRNA的3′端挪动相当于一个密码子的距离，使下一个密码子（图14-4）准确定位在受位，同时带有肽链的tRNA由受位移至给位，此步需要肽链延长因子EFG(又称转位酶，translocase)、Mg2+与供给能量的GTP。近来发现核糖体在受（A）、给（P）位外，还有tRNA的另一结合位置，即tRNA排“出位（exit site,E位）”。氨基酰脱落后的tRNA先移至E位。
4．脱落 当A位进入新的氨基酰tRNA后，空载的tRNA从核糖体的E位脱落。
以后肽链上每增加一个氨基酸残基，就需要进位（新的氨基酰tRNA进入“受位”），转肽（形成新的肽键），移位（核糖体挪动的同时，原在“受位”带有肽链的tRNA转到“给位”）和脱落（失去氨基酰的tRNA在“出位”上脱落）。如此一遍一遍地重复，直到肽链增长到必要的长度。
在肽链延长阶段中，每生成一个肽键，都需要直接从2分子GTP（移位时与进位时各1）获得能量，即消耗2个高能磷酸键化合物；但考虑到氨基酸被活化生成氨基酰tRNA时，已消耗了2个高能磷酸键（见前），所以在蛋白质合成过程中，每生成一个肽键，实际上共需消耗4个高能磷酸键。
当肽链合成到一定长度时，在肽链脱甲酰基酶（peptide deformylase）和一种对蛋氨酸残基比较特异的氨基肽酶的依次作用下，氨基端的甲酰甲硫氨酸残基即从肽链上水解脱落（图14-4）。
四．肽链合成的终止从图14-7可看到，多肽链合成已经完成，并且“受位”上已出现终止信号（UAA），此后即转入终止阶段。终止阶段包括已合成完毕的肽链被水解释放，以及核糖体与tRNA从mRNA上脱落的过程。这一阶段需要GTP与一种起终止作用的蛋白质因子—释放因子（release factor，RF，或称终止因子）的参与。
原核生物的RF有3种。RF1识别终止信号UAA或UAG，RF2识别UAA或UGA，RF3可与GTP结合，水解GTP为GDP与磷酸，协助RF1与RF2。RF使大亚基“给位”的转肽酶不起转肽作用，而起水解作用。转肽酶水解“给位”上tRNA与多肽链之间的酯键，使多肽链脱落。RF、核糖体及tRNA亦渐次脱离。从mRNA上脱落的核糖体，分解为大小两亚基，重新进入核糖体循环。核糖体大小亚基解离状态的维持需要IF3。
在一条mRNA上可以同时附着多个核糖体，合成多条同样的多肽链（图14-1），而脱落下来的亚基又可重新投入核糖体循环。可见，多核糖体合成肽链的效率甚高。
五、真核生物翻译的特点
①真核生物的蛋白质合成与mRNA的转录生成不偶联，mRNA在细胞核内以前体形式合成，合成后需经加工修饰才成熟为mRNA，从细胞核内输往胞浆，投入蛋白质合成过程，转录和翻译的间隔约15分钟；而原核生物的mRNA常在其自身合成尚未结束时，已被用来翻译，因而转录与翻译几乎同时进行；②真核细胞蛋白质合成机构比原核生物复杂；③真核生物的合成起始过程与原核生物的蛋白质合成有所不同；④真核生物蛋白质合成的调控更为复杂；⑤真核生物与原核生物的蛋白质合成可为不同的抑制剂所抑制。择要具体说明如下：
（一）翻译起始因子多真核生物与原核生物的翻译相关的蛋白质因子有所不同。其中尤以起始因子的差别最大。原核生物的起始因子只有3种，真核生物的起始因子不下10种，如表14-4所示。
mRNA戴“帽”，有“尾”,为单顺反子
真核生物的mRNA前体在细胞核内合成，合成后需经加工，才成熟为mRNA，从细胞核内输入胞浆，投入蛋白质合成过程；而原核生物的mRNA常在其自身的合成尚未结束时，已被利用，开始翻译。真核生物的mRNA含有7甲基三磷酸鸟苷形成的“帽”，有聚腺苷酸（poly A）形成的“尾”，为单顺反子（monocistron），只含一条多肽链的遗传信息，合成蛋白质时只有一个合成的起始点，一个合成的终止点；而原核生物的mRNA为多顺反子（polycistron），含有蛋白质合成的多个起始点和终止点，且不带有类似“帽”与“尾”的结构。在5′端方向起始信号的上游存在SD区段。真核生物的mRNA无SD区段。真核生物的mRNA代谢慢，哺乳类动物mRNA的典型半衰期为4-6 h，而细菌的mRNA半衰期仅为1-3 min。此外真核生物的mRNA前体多含插入序列，相当于基因中的内含子，需要在加工时切除，已于RNA合成有关章节述及。
核糖体大而复杂
真核生物的核糖体（80S）大于原核生物（70S）。小亚基为40S，含有一种rRNA（18S rRNA）；大亚基为为60S，含有3种rRNA（28S rRNA、5.8S rRNA和5S rRNA）。所含的核糖体蛋白质亦多于原核生物。原核生物小亚基16S rRNA的3′端有一富含嘧啶的区段，可与其mRNA起动部位富含嘌呤的SD区互补结合。真核生物相应的rRNA（18S rRNA）无此互补区，但有与帽结构作用区。
起始tRNA 不经过甲酰化
真核生物中起着起始作用的氨基酰tRNA是甲硫氨酰tRNAimet，不是甲酰甲硫氨酰tRNAimet。
（五）合成过程需要ATP，起始因子多而肽链延长因子和释放因子种类少
1．起始,真核生物核糖体小亚基先与蛋氨酰tRNAimet结合，然后与mRNA结合，形成40S起始复合体，此时需要一分子ATP，最后与60S亚基结合后形成80 S起始复合体。
2．肽链延长：真核生物中催化氨基酰tRNA进入受位的延长因子只有一种（EFT1）。催化肽酰tRNA移位的因子称为EFT2，可为白喉毒素所抑制。
3．终止：真核生物只需一种释放因子（RF），此终止因子可识别3种终止密码子（UAA、UAG与UGA）。
（六）线粒体内存在独立的蛋白质合成体系哺乳类动物等真核生物的线粒体中，存在着自DNA到RNA及各种有关因子的独立的蛋白质生物合成体系，以合成线粒体本身的某些多肽，真核生物的该体系与胞质中一般蛋白质合成体系不同，与原核生物的近似。因而可被抑制原核生物蛋白质生物合成的某些抗生素抑制。这可能是某些抗生素药物副作用的原因。
第三节 翻译后加工肽链合成的结束，并不一定意味着具有正常生理功能的蛋白质分子已经生成。已知很多蛋白质在肽链合成后还需经过一定的加工（processing）或修饰，由几条肽链构成的蛋白质和带有辅基的蛋白质，其各个亚单位必须互相聚合才能成为完整的蛋白质分子。
一、肽链的合成后加工与修饰某些蛋白质在其肽链合成结束后，还需要进一步加工，修饰才能转变为具有正常生理功能的蛋白质。
（一）二硫键的形成二硫键由两个半胱氨酸残基形成，对维持蛋白质立体结构起重要作用，如核糖核酸酶合成后，肽链中8个半胱氨酸残基构成了4对二硫键，此4对二硫键对它的酶活性是必要的。
二硫键也可以在链间形成，使蛋白质分子的亚单位聚合。
（二）个别氨基酸残基的化学修饰有些蛋白质前体需经一定的化学修饰才能成为成品而参与正常的生理活动。有些酶的活性中心含有磷酸化的丝氨酸、苏氨酸或酪氨酸残基。这些磷酸化的氨基酸残基都是在肽链合成后相应残基的-OH被磷酸化而形成的。除磷酸化外，有时蛋白质前体需要乙酰化（如组蛋白）、甲基化、ADP-核糖化、羟化等。胶原蛋白的前体在合成后，经羟化，其肽链中的脯氨酸及赖氨酸残基可分别转变为羟脯氨酸及羟赖氨酸残基。
（三）蛋白质前体中不必要肽段的切除无活性的酶原转变为有活性的酶，常需要去掉一部分肽链。现知其它蛋白质也存在类似过程，虽然转变的场所不同；酶原多是在细胞外转变为酶，而蛋白质前体中不必要肽段的切除是在细胞内进行的。
分泌型蛋白质如白蛋白、免疫球蛋白与催乳素(pro1actin)等，在合成时都带有一段称为“信号肽(signal peptide)”的肽段。信号肽段约由15-30个氨基酸残基构成。信号肽在肽链合成结束前已被切除。有些蛋白质前体在合成结束后尚需切除其他肽段。
例如，胰岛素在合成结束时，并非是具有正常生理活性的胰岛素，而是其前体——胰岛素原（proinsulin）。胰岛素原变为胰岛素时，尚需去掉部分肽段。甲状旁腺素及生长素等多种蛋白类激素，由其前身物转变为具有正常生理活性的激素时，也需去掉部分肽段。除蛋白质类激素外，血浆蛋白质的主要成分清蛋白，在细胞中合成结束时，也只是其前体清蛋白原。清蛋白原需在氨基端去掉由5-6个氨基酸残基组成的肽段，才能成为清蛋白。因而此种合成后的加工，是分泌蛋白生成过程的一种普遍规律。
（四）多蛋白的加工真核生物mRNA的翻译产物为单一多肽链，有时这一肽链经加工，可产生一个以上功能不同的蛋白质或多肽。此类原始肽链称作多蛋白（polyprotein）。例如，垂体促肾上腺皮质激素（corticotropin，ACTH），β、γ促脂素（lipotropin），β内啡肽（endorphin），α、β促黑色细胞素（melanocyte-stimulating hormone，MSH）均从一条由265个氨基酸残基组成，称为阿片促黑皮质激素原（pro-opio-melano-cortin，POMC）的多蛋白裂解而来。
二、亚单位的聚合和复合蛋白质形成单纯蛋白质由一条多肽链或数条多肽链构成；结合蛋白质则除多肽链外，还含有辅基。
蛋白质的高级结构是由一级结构中各个氨基酸残基的侧链共同决定的。一级结构形成后，多肽链卷曲折叠形成α螺旋，β折叠等二级结构；并借副键（盐键、氢键、疏水键等）维持一定空间构象。由一条以上肽链构成的蛋白质和带有辅基的结合蛋白质，肽链之间或多肽链与辅基之间需要聚合。结合蛋白质如糖蛋白、脂蛋白和色素蛋白分别需加糖、加脂、加辅基等才成为活性蛋白质。
（一）亚单位的聚合蛋白质的各个亚单位相互聚合时所需要的信息，蕴藏在肽链的氨基酸序列之中，而且这种聚合过程往往又有一定顺序，前一步骤常可促进后一聚合步骤的进行。以下为成人血红蛋白（HbA）的聚合过程（图14-8）
（二）结合蛋白质的合成结合蛋白质的合成比较复杂，HbA的聚合过程即是一例。有些结合蛋白质的形成更复杂，在肽链合成阶段就开始，在肽链合成结束后继续加工。现以糖蛋白的合成为例说明之。
糖蛋白的多肽链在粗糙内质网上核糖体合成。合成时，其新生肽链伸入内质网腔。粗面内质网可合成寡糖链。此寡糖链经磷酸长萜醇介导，在内质网膜的糖转移酶催化下，即可转移给新生的多肽链。所以多肽链的糖苷化与肽链合成是同时进行的。在内质网腔中形成的这种糖蛋白，糖链连接在肽链中天冬酰胺的酰胺氮（N）上。
糖蛋白从粗面内质网腔经光滑内质网腔，运至高尔基体后，在高尔基体中经进一步的改造，有的糖链可由与N（氮）相连，转变为与丝氨酸、酪氨酸或苏氨酸羟基上的O（氧）相连。糖链与肽的连结点亦可由与N相连的N乙酰葡萄糖，成为与O相连的N乙酰半乳糖。
蛋白质合成与医学分子病蛋白质生物合成的信息系统主要包括DNA和mRNA。DNA分子可比作一卷遗传“设计书”。DNA分子如有缺陷，则细胞内RNA与蛋白质的合成将会出现异常，机体的某些结构与功能随之发生变异。DNA分子的此种异常，可以随着个体繁殖而传给后代。
DNA分子上基因的缺陷，造成人体结构与功能障碍的机理，对其了解得最多的是所谓分子病的一类，如镰刀形红细胞性贫血。分子病（molecular diseases）这一名词常用以称呼蛋白质分子氨基酸序列异常的遗传病。镰刀形红细胞性贫血是由于患者体内合成血红蛋白的基因异常所造成的贫血疾患。患者的血红蛋白在氧分压较低的情况下容易在红细胞中析出，而使红细胞呈镰刀形并极易破裂。这是因为在DNA分子相当于此基因的片段中出现了一个硷基的变异。DNA分子上的这一遗传信息的异常，最终造成蛋白质分子组成的改变。某一氨基酸的密码子突变为另一氨基酸的密码子的现象，称为误义突变（missense mutation）,镰刀形贫血的血红蛋白（HbS）即属于这一类。在我国人群中，已发现异常血红蛋白数十种，有的是我国特有的。除误义突变外，其它遗传变异也可造成分子病。
二、蛋白质生物合成的阻断剂蛋白质生物合成的阻断剂很多，其作用部位也各有不同，或作用于翻译过程，直接影响蛋白质生物合成（如多数抗生素），或作用于转录过程，对蛋白质的生物合成间接产生影响。此外也有作用于复制过程的（如多数抗肿瘤药物）。它们由于能影响细胞分裂而间接影响蛋白质的生物合成。其次，各种阻断剂的作用对象亦有所不同，如链霉素（streptomycin）、氯霉素（chloramphenicol）等阻断剂主要作用于细菌，故可用作抗菌药物；环己酰亚胺（cycloheximide,又名放线菌酮）作用于哺乳类动物，故对人体是一种毒物。多种细菌毒素与植物毒素也是通过抑制人体蛋白质合成而致病。
（一）抗生素类阻断剂妨碍翻译的因素是蛋白质合成最直接的阻断剂；这类因素多是抗生素类化合物。某些抗生素能与核糖体结合，从而妨碍翻译过程。
（二）作为蛋白质合成阻断剂的毒素抑制人体蛋白质合成的天然蛋白质，常见者为细菌毒素与植物毒蛋白。
1．细菌毒素 如白喉毒素。白喉毒素是白喉杆菌产生的毒蛋白，由A、B两条链组成。它可催化使EFT2失活反应，抑制真核生物蛋白质合成。A链有催化作用；B链可与细胞表面特异受体结合，帮助A链进入细胞。进入胞质的A链可使辅酶I（NAD+）与延长因子EFT2产生反应，造成EFT2失活。
EFT2在合成后经加工形成一种称为白喉酰胺（diphthamide）的组氨酸的衍生物。此白喉酰胺可与NAD+中核糖的1’C在白喉毒素A链催化下结合成EFT2-核糖-ADP。结合后的EFT2-核糖-ADP，仍可附着于核糖体，并与GTP结合，但不能促进移位。白喉毒素作为有催化活性的酶，毒性甚大，一只豚鼠注入0.05μg，足以致命。
2．植物毒蛋白 某些植物毒蛋白（foxoprotein）也是肽链延长的抑制剂。“红豆生南国”，红豆亦称“相思子”，它所含的红豆碱（abrin）与蓖麻籽所含的蓖麻蛋白（ricin）都可与真核生物核糖体60S亚基结合，抑制肽链延长。
蓖麻蛋白毒力很强，它的毒力为等重量氰化钾毒力的6000倍，曾被用作生化武器，对某些动物体每公斤仅0.1μg，即足以致死。该蛋白质亦由A、B两链组成。两者籍二硫键相联。B链是凝集素，可与细胞膜上含乳糖苷的糖蛋白（或糖脂）结合，帮助A链进入细胞。在细胞内二硫键还原，释下A链。A链具有核糖苷酶的活性，可与60S亚基结合，切除28S rRNA的4324位腺苷酸，间接抑制EFT2的作用，使肽链难以延长。A链在蛋白质合成的无细胞体系中可直接作用，对完整细胞必须有B链同在，才能进入细胞，抑制蛋白质合成。
（三）作为蛋白质合成阻断剂的其它蛋白质类物质干扰素（interferon）
干扰素是细胞感染病毒后产生的一类蛋白质。干扰素可抑制病毒繁殖，保护宿主，现知其原理之一是它在双股RNA（如某些病毒RNA）存在时，可抑制细胞的蛋白质生物合成，使病毒无法繁殖，机理如下（图14-9）：
活化一种蛋白激酶 这种激酶可使哺乳类动物的起动因子eIF2磷酸化，由此抑制蛋白质生物合成。
eIF2蛋白激酶除干扰素可通过激活eIF2蛋白激酶抑制蛋白质合成外，缺铁性网织红细胞蛋白质合成障碍也与eIF2蛋白激酶的活化以及eIF2磷酸化有关。
缺铁时，血红素合成减少。血红素的不足，引起网织红细胞的蛋白质合成障碍。
哺乳动物起始因子eIF2与原核生物起始因子IF2相似，可与GTP以及甲硫氨酰起始tRNA共同形成三元复合物（参见表14-4，图14-3），从而使起始tRNA与40S亚基结合。结合后的复合体在与60S亚基结合成80S起始复合体前，所带的GTP水解为GDP。GDP与eIF2两者一起，以非活性的结合状态由复合体释下。eIF2如需重新投入起始过程，所带的GDP必须为GTP所取代，成为eIF2-GTP，才具有活性。
eIF2上GDP与GTP的相互交换由鸟苷酸交换因子（guanyl nucleotide exchange factor,简称GEF，又称eIF2B）催化。网织红细胞中eIF2-GDP，可被eIF2蛋白激酶磷酸化（图14-10）。该酶平时无活性，缺乏血红素使其活化。eIF2磷酸化后与GEF的亲和力大为增强，两者粘着，互不分离，妨碍GEF作用，使eIF2-GDP难以转变成eIF2-GTP。网织红细胞所含GEF很少，eIF2只要30%被磷酸化，GEF就全部失活，使血红蛋白等所有蛋白质合成完全停止。
mRNA含有来自DNA的遗传信息，是合成蛋白质的“模板”，各种蛋白质就是以其相应的mRNA为“模板”，用各种氨基酸为原料合成的。mRNA不同，所合成的蛋白质也就各异。所以蛋白质生物合成的过程，贯穿了从DNA分子到蛋白质分子之间遗传信息的传递和体现的过程。
mRNA生成后，遗传信息由mRNA传递给新合成的蛋白质，即由核苷酸序列转换为蛋白质的氨基酸序列。这一过程称为翻译（translation）。翻译的基本原理见图14-1。
由图14-1可见，mRNA穿过核膜进入胞质后，多个核糖体（亦称核蛋白体，图中为四个）附着其上，形成多核糖体。作为原料的各种氨基酸在其特异的搬运工具（tRNA）携带下，在多核糖体上以肽键互相结合，生成具有一定氨基酸序列的特定多肽链。
合成后从核糖体释下的多肽链，不一定具有生物学活性。有的需经一定处理，有的需与其他成分（别的多肽链或糖、脂等）结合才能形成活性蛋白质。
参与蛋白质生物合成的物质参与蛋白质合成的物质，除氨基酸外，还有mRNA（“模板”）、tRNA（“特异的搬运工具”）、核糖体（“装配机”）、有关的酶（氨基酰tRNA合成酶与某些蛋白质因子），以及ATP、GTP等供能物质与必要的无机离子等。
一、mRNA与遗传密码天然蛋白质有1010~1011种，组成蛋白质的氨基酸却只有20种。这20种氨基酸排列组合的不同，形成了形形色色的蛋白质。蛋白质中氨基酸的序列如何决定？
（一）三联体密码与密码的简并研究表明，密码子（codon）共有64个，每个密码子是由三个核苷酸（称为三联体，triplet）组成的。有的氨基酸有多个密码子，这种现象称为简并（degenerate），如UUU和UUC都是苯丙氨酸的密码子，UCU、UCC、UCA、UCG、AGU和AGC都是丝氨酸的密码子，同一氨基酸的不同密码子称为同义词（synonyms）。64个密码子中61个密码子代表一定的氨基酸，只有3个密码子不代表任何氨基酸，为肽链合成的终止信号。总之，在DNA或mRNA分子内，每3个相邻核苷酸按其排列序列可体现一种氨基酸或体现蛋白质合成终止信号的，统称为遗传密码（genetic code）。密码子与各种氨基酸的对应关系如表14-1。
（二）起始信号与终止信号在表14-1的64个密码子中，61个代表氨基酸。每一种氨基酸少的只有一个密码子，多的可有6个，但以2个和4个的居多。另有3个密码子（UAA、UAG、UGA）为肽链的终止密码子（terminator codon）不代表任何氨基酸，为终止信号。密码子AUG具有特殊性，不仅代表甲硫氨酸，如果位于mRNA起始部位，它还代表肽链合成的起始密码子（initiator codon）。起始密码子常在mRNA的5′端附近。作为起始信号的AUG与其局部构象有关，而局部构象常取决于AUG邻近核苷酸序列。例如真核生物起始信号AUG周围最合适的上下文顺序为CCCC[AUG]G。这种上下文顺序如有改动，会使起始效率降低。非起始部位的AUG不作为起始信号，只代表甲硫氨酸。
（三）方向性与无间隔性
mRNA的起动信号到终止信号的排列是有一定方向性的。起动信号总是位于mRNA的5′侧，终止信号总是在3′侧。mRNA分子中遗传信息具有方向性（从5′端至3′端）的排列，决定了翻译过程肽链从N端向C端合成的方向性。mRNA的密码子之间无标点符号隔开，所以在相应基因的DNA链上，如因突变插入一个碱基或缺失一个碱基，都会引起mRNA的阅读框移位（frame shift），使其编码（code）的蛋白质丧失功能。
（四）通用性（universal）
从细菌到人，遗传密码可以通用，这一点不仅为地球上的生物来自同一起源的进化学说提供有力依据，而且使我们有可能利用细菌等生物制造人类蛋白质。但遗传密码的通用性有个别例外。如哺乳动物线粒体的蛋白质合成体系中，UAG不代表终止信号而代表色氨酸，由AGA与AGG代表终止信号，CUA、AUA不代表亮氨酸,却分别代表苏氨酸和蛋氨酸等。
二、氨基酸的“搬运工具”—tRNA
体内的20种氨基酸都各有其特定的tRNA，而且一种氨基酸常有数种tRNA，在ATP和酶的存在下，它可与特定的氨基酸结合。每个tRNA都有1个由3个核苷酸编成的特珠的反密码子（anticodon）。此反密码子可以根据碱基配对的原则，与mRNA上对应的密码子相配合。tRNA上的反密码子，只有与mRNA上的密码子相对应时，才能结合。因此，在翻译时，带着不同氨基酸的各个tRNA就能准确地在核糖体上与mRNA的密码子对号入座。
（一）密码子与反密码子的摆动配对本书第3章已经介绍，DNA双股结构中的碱基配对原则很严格，必须A与T，或G与C相配。但tRNA的反密码子中的第1个核苷酸与mRNA的第3个核苷酸（由5′端向3′端方向计数）配对时，并不严格遵循这一原则，除A—U（相当于DNA中的T）G—C可以配对外，U—G，I—C，I—A亦可相配（表14-2），此种配对称为摆动配对（wobble base pair）或不稳定配对。
（二）起始tRNA与普通tRNA
普通tRNA只在肽链延长阶段起作用。例如tRNAmet就是普通tRNA中的一员，上标“met”表示它是甲硫氨酸的tRNA，可携带甲硫氨酸，识别mRNA非起始部位的AUG。
起始tRNA（tRNAimet）与众不同，下标“i”代表起始 (initiation)。它在蛋白质合成的起始中起重要作用，它是识别mRNA起始部位AUG的tRNA。此种tRNA在真核生物携带蛋氨酸，在原核生物携带经过甲酰化的甲硫氨酸。甲酰甲硫氨酰tRNAimet 是甲硫氨酰tRNAimet 在原核生物中经甲硫氨酰tRNA转甲酰基酶催化后的产物。
三、肽链合成的“装配机”—核糖体核糖体由大小不同的两个亚基所组成，这两个亚基分别由不同的RNA分子（称为rRNA）与多种蛋白质分子共同构成的。原核生物的核糖体为70S，由30S小亚基与50S大亚基组成；真核生物的核糖体为80S，由30S小亚基与50S大亚基组成。
胞质中的核糖体分为两类，一类附着于粗面内质网，主要参与白蛋白，胰岛素等分泌蛋白质的合成；另一类游离于胞质，主要参与细胞固有蛋白质的合成。
（一）转肽酶以及给位与受位核糖体相当于“装配机”能够促进tRNA所带的氨基酸缩合成肽。核糖体有2个位置分别称为给位（donor site）与受位（acceptor site），供携带氨基酸或新生肽链的tRNA附着。给位又称为P位（peptidyl site，肽位）；受位有时又称A位（aminoacyl site，氨基酰位）。核糖体的大亚基具有转肽酶（transpeptidase）活性，可使附着于给位上的肽酰tRNA转移到受位上tRNA所带氨基酸上，使两者缩合，形成肽键。
（二）多核糖体在细胞内合成蛋白质的核糖体并不是单个核糖体，而是多个核糖体聚在一起的多核糖体。多核糖体中的各个核糖体可在同一时间内与同一个mRNA相连，如图14-1。在一条mRNA上可以同时合成多条同样的多肽链。多核糖体合成肽链的效率甚高，其每一个核糖体每秒钟可翻译约40个密码子，即每秒钟可以合成相当于一个由40个左右氨基酸残基组成的，分子量约为4 000的多肽链。
第二节 蛋白质的合成过程蛋白质生物合成的具体步骤包括：①氨基酸的活化与活化氨基酸的搬运；②活化氨基酸在核糖体上的缩合。前者是后者的准备阶段，后者是蛋白质合成的中心环节。
一、氨基酸的活化与转运在蛋白质分子中，氨基酸借其—NH2基及—COOH基互相联结成肽。氨基酸的活化过程及其活化后与相应tRNA的结合过程，都是由同一类酶所催化；此类酶称为氨基酰tRNA合成酶（aminoacyl-tRNA synthetase）。氨基酰tRNA合成酶催化的反应必须有ATP参加，其反应步骤如下：
氨基酸的活化与转运是酶促需能反应首先，在酶促下ATP分解为焦磷酸与AMP；AMP、酶及氨基酸三者结合成为一种中间复合体。在复合体中，氨基酸的羧基与磷酸腺苷的磷酸以酐键相联，变为活化的氨基酸。进入称为“核糖体循环”（ribosomal cycle）的氨基酸缩合成肽过程。
（二）氨基酰tRNA合成酶对氨基酸的高度专一性保证了翻译的准确性（fidelity）
氨基酰tRNA合成酶在胞液中存在，具有高度专一性。它们既能识别特异的氨基酸，又能辨认该氨基酸的专一tRNA分子。氨基酰tRNA合成酶分子中有两个位点：一个位点能从多种氨基酸中选出与其对应的一种，与专一氨基酸结合；另一位点为水解位点，在酶与专一tRNA分子结合后，起校对作用，将错误结合的氨基酸水解释放。
tRNA所携带的氨基酸，是通过“核糖体循环”在核糖体上缩合成肽，完成翻译过程的，现以原核生物中蛋白质生物合成为例，将核糖体循环人为地分为起始、肽链延长（elongation）和终止（termination）三个阶段进行介绍。
二、肽链合成的起始在蛋白质生物合成的起始阶段，核糖体的大、小亚基，mRNA与甲酰甲硫氨酰tRNAimet共同构成70S起始复合体。这一过程需要一些称为起始因子（initiation factor，简称IF）的蛋白质以及GTP与镁离子的参与（图14—3）。
已知原核生物中的起始因子有3种。IF3可使核糖体30S亚基不与50S亚基结合，而与mRNA结合（表14—3），IF1起辅助作用。IF2特异识别甲酰甲硫氨酰tRNAimet，可促进30S亚基与甲酰甲硫氨酰tRNAimet结合，在核糖体存在时有GTP酶活性。
起始阶段可分两步：先形成30S起始复合体，再形成70S起始复合体。
（一）30S起始复合体的形成原核生物mRNA的5′端与起始信号之间，相距约25个核苷酸，此处存在富含嘌呤区（如AGGA或GAGG），称为Shine-Dalgarno（SD）序列。核糖体30S亚基的16S rRNA有一相应的富含嘧啶区可与SD序列互补。由此，30S亚基在IF3与IF1的促进下，与mRNA的起始部位结合。
IF2在GTP参与下可特异与甲酰甲硫氨酰tRNAimet结合，形成三元复合物，并使此三元复合物中tRNA的反密码子与上述30S亚基上mRNA的起始密码子互补结合，形成30S起始复合体（图14-3）。
所以，30S起始复合体是由30S亚基、mRNA、甲酰甲硫氨酰tRNAimet及IF1、IF2、IF3与GTP共同构成。
（二）70S起始复合体的形成
30S起始复合体一旦形成，IF3也就脱落，50S亚基随即与其结合。此时复合体中的GTP水解释出GDP与无机磷酸，使IF2与IF1也都脱落，形成了70S起始复合体。70S起始复合体的形成，表明蛋白质生物合成的起始阶段已经完成，已可进入肽链延长阶段。
70S起始复合体由大、小亚基，mRNA与甲酰甲硫氨酰tRNAimet共同构成。其中甲酰甲硫氨酰tRNAimet的反密码子CAU恰好互补地与mRNA中的起动信号AUG相结合。由图14-3可见，复合体中mRNA的起始信号AUG位于核糖体的给位侧，所以与起始信号对应的甲酰甲硫氨酰tRNAimet也就定位在给位。应该指出，除起始tRNA与众不同外，所有氨基酰tRNA与核糖体结合时，都不在核糖体给位，而是在受位。
三、肽链延长这一阶段，与mRNA上的密码子相适应，新的氨基酸不断被相应特异的tRNA运至核糖体的受位，形成肽链。同时，核糖体从mRNA的5’端向3’端不断移位以推进翻译过程（图14-4）。肽链延长阶段需要称为延长因子（elongation factors）的蛋白质，GTP，Mg2+与K+的参与。
肽链延长阶段的具体步骤如下：
进位 与上一阶段所产生的复合物（图14-3中的70S起始复合体）受位上mRNA密码子相对应的氨基酰tRNA（图14-4）进入受位。此步需要肽链延长因子EFTu与EFTs（图14-5）。EFTu的作用是促进氨基酰tRNA与核糖体的受位结合，而EFTs是促进EFTu的再利用。
2．转肽 50S亚基的给位有转肽酶的存在，可催化肽键形成，此时在转肽酶的催化下，将给位上tRNA所携的甲酰甲硫氨酰（或肽酰）转移给受位上新进入的氨基酰tRNA，与其所带的氨基酰（图14-4）的氨基结合，形成肽键。此步需要Mg2+与K+的存在（图14-6）。
3．移位 核糖体向mRNA的3′端挪动相当于一个密码子的距离，使下一个密码子（图14-4）准确定位在受位，同时带有肽链的tRNA由受位移至给位，此步需要肽链延长因子EFG(又称转位酶，translocase)、Mg2+与供给能量的GTP。近来发现核糖体在受（A）、给（P）位外，还有tRNA的另一结合位置，即tRNA排“出位（exit site,E位）”。氨基酰脱落后的tRNA先移至E位。
4．脱落 当A位进入新的氨基酰tRNA后，空载的tRNA从核糖体的E位脱落。
以后肽链上每增加一个氨基酸残基，就需要进位（新的氨基酰tRNA进入“受位”），转肽（形成新的肽键），移位（核糖体挪动的同时，原在“受位”带有肽链的tRNA转到“给位”）和脱落（失去氨基酰的tRNA在“出位”上脱落）。如此一遍一遍地重复，直到肽链增长到必要的长度。
在肽链延长阶段中，每生成一个肽键，都需要直接从2分子GTP（移位时与进位时各1）获得能量，即消耗2个高能磷酸键化合物；但考虑到氨基酸被活化生成氨基酰tRNA时，已消耗了2个高能磷酸键（见前），所以在蛋白质合成过程中，每生成一个肽键，实际上共需消耗4个高能磷酸键。
当肽链合成到一定长度时，在肽链脱甲酰基酶（peptide deformylase）和一种对蛋氨酸残基比较特异的氨基肽酶的依次作用下，氨基端的甲酰甲硫氨酸残基即从肽链上水解脱落（图14-4）。
四．肽链合成的终止从图14-7可看到，多肽链合成已经完成，并且“受位”上已出现终止信号（UAA），此后即转入终止阶段。终止阶段包括已合成完毕的肽链被水解释放，以及核糖体与tRNA从mRNA上脱落的过程。这一阶段需要GTP与一种起终止作用的蛋白质因子—释放因子（release factor，RF，或称终止因子）的参与。
原核生物的RF有3种。RF1识别终止信号UAA或UAG，RF2识别UAA或UGA，RF3可与GTP结合，水解GTP为GDP与磷酸，协助RF1与RF2。RF使大亚基“给位”的转肽酶不起转肽作用，而起水解作用。转肽酶水解“给位”上tRNA与多肽链之间的酯键，使多肽链脱落。RF、核糖体及tRNA亦渐次脱离。从mRNA上脱落的核糖体，分解为大小两亚基，重新进入核糖体循环。核糖体大小亚基解离状态的维持需要IF3。
在一条mRNA上可以同时附着多个核糖体，合成多条同样的多肽链（图14-1），而脱落下来的亚基又可重新投入核糖体循环。可见，多核糖体合成肽链的效率甚高。
五、真核生物翻译的特点
①真核生物的蛋白质合成与mRNA的转录生成不偶联，mRNA在细胞核内以前体形式合成，合成后需经加工修饰才成熟为mRNA，从细胞核内输往胞浆，投入蛋白质合成过程，转录和翻译的间隔约15分钟；而原核生物的mRNA常在其自身合成尚未结束时，已被用来翻译，因而转录与翻译几乎同时进行；②真核细胞蛋白质合成机构比原核生物复杂；③真核生物的合成起始过程与原核生物的蛋白质合成有所不同；④真核生物蛋白质合成的调控更为复杂；⑤真核生物与原核生物的蛋白质合成可为不同的抑制剂所抑制。择要具体说明如下：
（一）翻译起始因子多真核生物与原核生物的翻译相关的蛋白质因子有所不同。其中尤以起始因子的差别最大。原核生物的起始因子只有3种，真核生物的起始因子不下10种，如表14-4所示。
mRNA戴“帽”，有“尾”,为单顺反子
真核生物的mRNA前体在细胞核内合成，合成后需经加工，才成熟为mRNA，从细胞核内输入胞浆，投入蛋白质合成过程；而原核生物的mRNA常在其自身的合成尚未结束时，已被利用，开始翻译。真核生物的mRNA含有7甲基三磷酸鸟苷形成的“帽”，有聚腺苷酸（poly A）形成的“尾”，为单顺反子（monocistron），只含一条多肽链的遗传信息，合成蛋白质时只有一个合成的起始点，一个合成的终止点；而原核生物的mRNA为多顺反子（polycistron），含有蛋白质合成的多个起始点和终止点，且不带有类似“帽”与“尾”的结构。在5′端方向起始信号的上游存在SD区段。真核生物的mRNA无SD区段。真核生物的mRNA代谢慢，哺乳类动物mRNA的典型半衰期为4-6 h，而细菌的mRNA半衰期仅为1-3 min。此外真核生物的mRNA前体多含插入序列，相当于基因中的内含子，需要在加工时切除，已于RNA合成有关章节述及。
核糖体大而复杂
真核生物的核糖体（80S）大于原核生物（70S）。小亚基为40S，含有一种rRNA（18S rRNA）；大亚基为为60S，含有3种rRNA（28S rRNA、5.8S rRNA和5S rRNA）。所含的核糖体蛋白质亦多于原核生物。原核生物小亚基16S rRNA的3′端有一富含嘧啶的区段，可与其mRNA起动部位富含嘌呤的SD区互补结合。真核生物相应的rRNA（18S rRNA）无此互补区，但有与帽结构作用区。
起始tRNA 不经过甲酰化
真核生物中起着起始作用的氨基酰tRNA是甲硫氨酰tRNAimet，不是甲酰甲硫氨酰tRNAimet。
（五）合成过程需要ATP，起始因子多而肽链延长因子和释放因子种类少
1．起始,真核生物核糖体小亚基先与蛋氨酰tRNAimet结合，然后与mRNA结合，形成40S起始复合体，此时需要一分子ATP，最后与60S亚基结合后形成80 S起始复合体。
2．肽链延长：真核生物中催化氨基酰tRNA进入受位的延长因子只有一种（EFT1）。催化肽酰tRNA移位的因子称为EFT2，可为白喉毒素所抑制。
3．终止：真核生物只需一种释放因子（RF），此终止因子可识别3种终止密码子（UAA、UAG与UGA）。
（六）线粒体内存在独立的蛋白质合成体系哺乳类动物等真核生物的线粒体中，存在着自DNA到RNA及各种有关因子的独立的蛋白质生物合成体系，以合成线粒体本身的某些多肽，真核生物的该体系与胞质中一般蛋白质合成体系不同，与原核生物的近似。因而可被抑制原核生物蛋白质生物合成的某些抗生素抑制。这可能是某些抗生素药物副作用的原因。
第三节 翻译后加工肽链合成的结束，并不一定意味着具有正常生理功能的蛋白质分子已经生成。已知很多蛋白质在肽链合成后还需经过一定的加工（processing）或修饰，由几条肽链构成的蛋白质和带有辅基的蛋白质，其各个亚单位必须互相聚合才能成为完整的蛋白质分子。
一、肽链的合成后加工与修饰某些蛋白质在其肽链合成结束后，还需要进一步加工，修饰才能转变为具有正常生理功能的蛋白质。
（一）二硫键的形成二硫键由两个半胱氨酸残基形成，对维持蛋白质立体结构起重要作用，如核糖核酸酶合成后，肽链中8个半胱氨酸残基构成了4对二硫键，此4对二硫键对它的酶活性是必要的。
二硫键也可以在链间形成，使蛋白质分子的亚单位聚合。
（二）个别氨基酸残基的化学修饰有些蛋白质前体需经一定的化学修饰才能成为成品而参与正常的生理活动。有些酶的活性中心含有磷酸化的丝氨酸、苏氨酸或酪氨酸残基。这些磷酸化的氨基酸残基都是在肽链合成后相应残基的-OH被磷酸化而形成的。除磷酸化外，有时蛋白质前体需要乙酰化（如组蛋白）、甲基化、ADP-核糖化、羟化等。胶原蛋白的前体在合成后，经羟化，其肽链中的脯氨酸及赖氨酸残基可分别转变为羟脯氨酸及羟赖氨酸残基。
（三）蛋白质前体中不必要肽段的切除无活性的酶原转变为有活性的酶，常需要去掉一部分肽链。现知其它蛋白质也存在类似过程，虽然转变的场所不同；酶原多是在细胞外转变为酶，而蛋白质前体中不必要肽段的切除是在细胞内进行的。
分泌型蛋白质如白蛋白、免疫球蛋白与催乳素(pro1actin)等，在合成时都带有一段称为“信号肽(signal peptide)”的肽段。信号肽段约由15-30个氨基酸残基构成。信号肽在肽链合成结束前已被切除。有些蛋白质前体在合成结束后尚需切除其他肽段。
例如，胰岛素在合成结束时，并非是具有正常生理活性的胰岛素，而是其前体——胰岛素原（proinsulin）。胰岛素原变为胰岛素时，尚需去掉部分肽段。甲状旁腺素及生长素等多种蛋白类激素，由其前身物转变为具有正常生理活性的激素时，也需去掉部分肽段。除蛋白质类激素外，血浆蛋白质的主要成分清蛋白，在细胞中合成结束时，也只是其前体清蛋白原。清蛋白原需在氨基端去掉由5-6个氨基酸残基组成的肽段，才能成为清蛋白。因而此种合成后的加工，是分泌蛋白生成过程的一种普遍规律。
（四）多蛋白的加工真核生物mRNA的翻译产物为单一多肽链，有时这一肽链经加工，可产生一个以上功能不同的蛋白质或多肽。此类原始肽链称作多蛋白（polyprotein）。例如，垂体促肾上腺皮质激素（corticotropin，ACTH），β、γ促脂素（lipotropin），β内啡肽（endorphin），α、β促黑色细胞素（melanocyte-stimulating hormone，MSH）均从一条由265个氨基酸残基组成，称为阿片促黑皮质激素原（pro-opio-melano-cortin，POMC）的多蛋白裂解而来。
二、亚单位的聚合和复合蛋白质形成单纯蛋白质由一条多肽链或数条多肽链构成；结合蛋白质则除多肽链外，还含有辅基。
蛋白质的高级结构是由一级结构中各个氨基酸残基的侧链共同决定的。一级结构形成后，多肽链卷曲折叠形成α螺旋，β折叠等二级结构；并借副键（盐键、氢键、疏水键等）维持一定空间构象。由一条以上肽链构成的蛋白质和带有辅基的结合蛋白质，肽链之间或多肽链与辅基之间需要聚合。结合蛋白质如糖蛋白、脂蛋白和色素蛋白分别需加糖、加脂、加辅基等才成为活性蛋白质。
（一）亚单位的聚合蛋白质的各个亚单位相互聚合时所需要的信息，蕴藏在肽链的氨基酸序列之中，而且这种聚合过程往往又有一定顺序，前一步骤常可促进后一聚合步骤的进行。以下为成人血红蛋白（HbA）的聚合过程（图14-8）
（二）结合蛋白质的合成结合蛋白质的合成比较复杂，HbA的聚合过程即是一例。有些结合蛋白质的形成更复杂，在肽链合成阶段就开始，在肽链合成结束后继续加工。现以糖蛋白的合成为例说明之。
糖蛋白的多肽链在粗糙内质网上核糖体合成。合成时，其新生肽链伸入内质网腔。粗面内质网可合成寡糖链。此寡糖链经磷酸长萜醇介导，在内质网膜的糖转移酶催化下，即可转移给新生的多肽链。所以多肽链的糖苷化与肽链合成是同时进行的。在内质网腔中形成的这种糖蛋白，糖链连接在肽链中天冬酰胺的酰胺氮（N）上。
糖蛋白从粗面内质网腔经光滑内质网腔，运至高尔基体后，在高尔基体中经进一步的改造，有的糖链可由与N（氮）相连，转变为与丝氨酸、酪氨酸或苏氨酸羟基上的O（氧）相连。糖链与肽的连结点亦可由与N相连的N乙酰葡萄糖，成为与O相连的N乙酰半乳糖。
蛋白质合成与医学分子病蛋白质生物合成的信息系统主要包括DNA和mRNA。DNA分子可比作一卷遗传“设计书”。DNA分子如有缺陷，则细胞内RNA与蛋白质的合成将会出现异常，机体的某些结构与功能随之发生变异。DNA分子的此种异常，可以随着个体繁殖而传给后代。
DNA分子上基因的缺陷，造成人体结构与功能障碍的机理，对其了解得最多的是所谓分子病的一类，如镰刀形红细胞性贫血。分子病（molecular diseases）这一名词常用以称呼蛋白质分子氨基酸序列异常的遗传病。镰刀形红细胞性贫血是由于患者体内合成血红蛋白的基因异常所造成的贫血疾患。患者的血红蛋白在氧分压较低的情况下容易在红细胞中析出，而使红细胞呈镰刀形并极易破裂。这是因为在DNA分子相当于此基因的片段中出现了一个硷基的变异。DNA分子上的这一遗传信息的异常，最终造成蛋白质分子组成的改变。某一氨基酸的密码子突变为另一氨基酸的密码子的现象，称为误义突变（missense mutation）,镰刀形贫血的血红蛋白（HbS）即属于这一类。在我国人群中，已发现异常血红蛋白数十种，有的是我国特有的。除误义突变外，其它遗传变异也可造成分子病。
二、蛋白质生物合成的阻断剂蛋白质生物合成的阻断剂很多，其作用部位也各有不同，或作用于翻译过程，直接影响蛋白质生物合成（如多数抗生素），或作用于转录过程，对蛋白质的生物合成间接产生影响。此外也有作用于复制过程的（如多数抗肿瘤药物）。它们由于能影响细胞分裂而间接影响蛋白质的生物合成。其次，各种阻断剂的作用对象亦有所不同，如链霉素（streptomycin）、氯霉素（chloramphenicol）等阻断剂主要作用于细菌，故可用作抗菌药物；环己酰亚胺（cycloheximide,又名放线菌酮）作用于哺乳类动物，故对人体是一种毒物。多种细菌毒素与植物毒素也是通过抑制人体蛋白质合成而致病。
（一）抗生素类阻断剂妨碍翻译的因素是蛋白质合成最直接的阻断剂；这类因素多是抗生素类化合物。某些抗生素能与核糖体结合，从而妨碍翻译过程。
（二）作为蛋白质合成阻断剂的毒素抑制人体蛋白质合成的天然蛋白质，常见者为细菌毒素与植物毒蛋白。
1．细菌毒素 如白喉毒素。白喉毒素是白喉杆菌产生的毒蛋白，由A、B两条链组成。它可催化使EFT2失活反应，抑制真核生物蛋白质合成。A链有催化作用；B链可与细胞表面特异受体结合，帮助A链进入细胞。进入胞质的A链可使辅酶I（NAD+）与延长因子EFT2产生反应，造成EFT2失活。
EFT2在合成后经加工形成一种称为白喉酰胺（diphthamide）的组氨酸的衍生物。此白喉酰胺可与NAD+中核糖的1’C在白喉毒素A链催化下结合成EFT2-核糖-ADP。结合后的EFT2-核糖-ADP，仍可附着于核糖体，并与GTP结合，但不能促进移位。白喉毒素作为有催化活性的酶，毒性甚大，一只豚鼠注入0.05μg，足以致命。
2．植物毒蛋白 某些植物毒蛋白（foxoprotein）也是肽链延长的抑制剂。“红豆生南国”，红豆亦称“相思子”，它所含的红豆碱（abrin）与蓖麻籽所含的蓖麻蛋白（ricin）都可与真核生物核糖体60S亚基结合，抑制肽链延长。
蓖麻蛋白毒力很强，它的毒力为等重量氰化钾毒力的6000倍，曾被用作生化武器，对某些动物体每公斤仅0.1μg，即足以致死。该蛋白质亦由A、B两链组成。两者籍二硫键相联。B链是凝集素，可与细胞膜上含乳糖苷的糖蛋白（或糖脂）结合，帮助A链进入细胞。在细胞内二硫键还原，释下A链。A链具有核糖苷酶的活性，可与60S亚基结合，切除28S rRNA的4324位腺苷酸，间接抑制EFT2的作用，使肽链难以延长。A链在蛋白质合成的无细胞体系中可直接作用，对完整细胞必须有B链同在，才能进入细胞，抑制蛋白质合成。
（三）作为蛋白质合成阻断剂的其它蛋白质类物质干扰素（interferon）
干扰素是细胞感染病毒后产生的一类蛋白质。干扰素可抑制病毒繁殖，保护宿主，现知其原理之一是它在双股RNA（如某些病毒RNA）存在时，可抑制细胞的蛋白质生物合成，使病毒无法繁殖，机理如下（图14-9）：
活化一种蛋白激酶 这种激酶可使哺乳类动物的起动因子eIF2磷酸化，由此抑制蛋白质生物合成。
eIF2蛋白激酶除干扰素可通过激活eIF2蛋白激酶抑制蛋白质合成外，缺铁性网织红细胞蛋白质合成障碍也与eIF2蛋白激酶的活化以及eIF2磷酸化有关。
缺铁时，血红素合成减少。血红素的不足，引起网织红细胞的蛋白质合成障碍。
哺乳动物起始因子eIF2与原核生物起始因子IF2相似，可与GTP以及甲硫氨酰起始tRNA共同形成三元复合物（参见表14-4，图14-3），从而使起始tRNA与40S亚基结合。结合后的复合体在与60S亚基结合成80S起始复合体前，所带的GTP水解为GDP。GDP与eIF2两者一起，以非活性的结合状态由复合体释下。eIF2如需重新投入起始过程，所带的GDP必须为GTP所取代，成为eIF2-GTP，才具有活性。
eIF2上GDP与GTP的相互交换由鸟苷酸交换因子（guanyl nucleotide exchange factor,简称GEF，又称eIF2B）催化。网织红细胞中eIF2-GDP，可被eIF2蛋白激酶磷酸化（图14-10）。该酶平时无活性，缺乏血红素使其活化。eIF2磷酸化后与GEF的亲和力大为增强，两者粘着，互不分离，妨碍GEF作用，使eIF2-GDP难以转变成eIF2-GTP。网织红细胞所含GEF很少，eIF2只要30%被磷酸化，GEF就全部失活，使血红蛋白等所有蛋白质合成完全停止。
