蛋白質生物合成
生物按照從脫氧核糖核酸 (DNA)轉錄得到的信使核糖核酸（mRNA）上的遺傳信息合成蛋白質的過程。由於mRNA上的遺傳信息是以密碼（見遺傳密碼）形式存在的，只有合成為蛋白質才能表達出生物性狀，因此將蛋白質生物合成比擬為轉譯或翻譯。蛋白質生物合成包括胺基酸的活化及其與專一轉移核糖核酸(tRNA)的連線；肽鏈的合成（包括起始、延伸和終止）和新生肽鏈加工成為成熟的蛋白質 3大步驟。其中心環節是肽鏈的合成。蛋白質生物合成需核糖體、mRNA、tRNA、氨醯轉移核糖核酸 (氨醯tRNA)合成酶、可溶性蛋白質因子等大約200多種生物大分子協同作用來完成。
胺基酸的活化及其與專一tRNA的連線 生物體內的胺基酸不能直接反應生成肽鏈，而首先由特異性的氨醯tRNA合成酶催化活化的胺基酸的羧基與其對應的tRNA的3’端羥基反應，生成含高能酯鍵的氨醯tRNA。氨醯基可連線到 tRNA3’端腺苷的 3’-羥基（圖1）
或2’-羥基上,並可在兩者之間迅速移動，達到一個平衡。胺基酸與tRNA反應的整個過程分兩步進行（見轉移核糖核酸），其總反應式表示如下：
上述反應都是在氨醯tRNA合成酶催化下進行的。此酶具有高度專一性，每種胺基酸至少有一種氨醯tRNA合成酶。不同氨醯tRNA合成酶在大小、亞基結構和胺基酸組成上各不相同, 其分子量大多在 85000～110000之間,其中有些酶已製得結晶。
肽鏈的合成 分3個步驟：起始、延伸、終止。合成方向從氨基端（N端）向羧基端（C端）進行。mRNA的翻譯方向則是從5’端→3’端。
起始 無論原核生物還是真核生物都是先由起始因子、鳥三磷 (GTP)、核糖體、mRNA和氨醯tRNA形成起始複合物。起始密碼子都是AUG（或GUG）。
原核生物蛋白質生物合成的起始因子有 3種──IF-1、IF-2和IF-3，參與起始的氨醯tRNA(也叫起始tRNA)是甲醯甲硫氨醯 
,其中甲醯基是在甲醯化酶催化下加到甲硫氨醯tRNA上的。起始過程分以下3步：①70S核糖體在起始因子IF-3和IF-1作用下解離，產生30S和50S兩個亞基。 ②30S亞基與mRNA起始密碼子部位結合,
在IF-2作用下,並有GTP參與,進入30S亞基，釋放出IF-3，形成30S起始複合物。在這個複合物中，上的反密碼子與mRNA上的起始密碼子 (翻譯開始的信號)之間形成互補鹼基對。③30S起始複合物與50S亞基結合,IF-2（具有依賴於核糖體的GTP水解酶活性）水解GTP,產生GDP和無機磷，並釋放出能量,使IF-2, IF-1和GDP等從複合物中釋放出來，形成70S起始複合物(包括70S核糖體、mRNA和)。這時，占據核糖體上的肽基-tRNA位置（P位）。 70S起始複合物已具備了肽鏈延伸的條件(圖2）。
蛋白質生物合成真核生物肽鏈合成的起始因子比原核的多（如兔網織細胞至少有 9種），起始 tRNA是甲硫氨醯tRNA(Met-
，不同於原核生物的 。起始基本步驟與原核生物的相同，也包括核糖體的解離，小亞基(40S)起始複合物的形成和肽鏈起始複合物(80S)的形成。主要區別在於真核生物的核糖體小亞基先與氨醯化的起始tRNA結合,然後再與mRNA結合;而原核生物核糖體小亞基在形成起始複合物時則先與mRNA結合，再與起始tRNA結合。
延伸 經許多延伸循環使肽鏈延長的過程。每次循環使核糖體沿mRNA移動一個密碼子 (3個核苷酸)的距離，並使新生肽鏈加上一個胺基酸。除某些細節外，原核和真核生物的延伸循環大致相同，但前者的延伸因子有EF-Tu、EF-Ts和EF-G，後者則是EF-1和EF-2。每次循環包括以下3步:①氨醯tRNA與核糖體的結合。EF-Tu與GTP首先結合形成複合物，該複合物能與除外的任何氨醯tRNA相結合，然後由處於核糖體起始複合物上A位的 mRNA的密碼子選擇帶有與其對應的反密碼子的氨醯tRNA進入A位,反密碼子與密碼子通過氫鍵形成鹼基對。②肽鍵的形成。由於 占據了核糖體的P位，氨醯tRNA占據了核糖體的A位,在核糖體上的肽基轉移酶催化下,上的甲醯甲硫氨酸的 α-羧基與氨醯 tRNA上胺基酸的α-氨基之間形成肽鍵。此時，P位上的起始
不攜帶胺基酸，而 A位上的tRNA的3’端則帶有一個二肽，稱作肽基tRNA。許多證據表明,肽基轉移酶是核糖體大亞基(為核糖體上的一個區域,由許多大分子協同作用的結果。不需要可溶性蛋白因子和GTP參與)，真核生物肽鍵形成過程與原核生物基本步驟相同。但由於對不同的抑制劑的敏感程度不同，因而兩類生物的肽基轉移酶活性中心的結構可能有差異。③位移。在EF-G(也叫位移酶)和GTP的作用下進行。包括3種相關的運動,即失去氨醯基的tRNA(或起始tRNA)離開P位；肽基tRNA由A位移至P位；核糖體沿mRNA朝3’端方向移動一個密碼子的距離，mRNA上的下一個密碼子處在核糖體的A位上。EF-Tu將氨醯tRNA帶進A位後,即從核糖體上脫落下來，在另一延伸因子EF-Ts的幫助下能與GTP形成新的(EF-Tu·GTP)複合物，參與第2輪延伸循環（圖3）。
蛋白質生物合成在肽鏈延伸過程中,當第1個核糖體沿mRNA移動到離起始密碼子較遠（約40個核苷酸）時,第2個核糖體又與起始密碼子結合併開始另一條新肽鏈的合成，同樣第 3、第 4個核糖體相繼與同一mRNA結合，從而形成多核糖體。體內蛋白質合成實際上是以多核糖體的形式進行的（圖4）。
蛋白質生物合成
蛋白質生物合成新生肽鏈（蛋白質前體）的加工 由mRNA翻譯出來的多肽鏈通常是沒有生物活性的，稱為蛋白質前體。前體經過加工改造才能成為有功能的蛋白質分子。前體的加工方式大致有以下幾種：除去一般功能蛋白質 N端所沒有的甲醯甲硫氨酸（原核）或甲硫氨酸（真核）；切除功能蛋白質中不需要的而存在於前體中的肽段；通過氧化新生肽鏈上的二個半胱氨酸的巰基生成許多功能蛋白質（特別是酶）所必需的二硫鍵；以及蛋白質分子內某些胺基酸殘基的修飾如磷醯化、糖基化、甲基化、乙醯化和羥基化等等。
蛋白質生物合成的調控 生物體內蛋白質合成的速度，主要在轉錄水平上，其次在翻譯過程中進行調節控制。它受性別、激素、細胞周期、生長發育、健康狀況和生存環境等多種因素及參與蛋白質合成的眾多的生化物質變化的影響。由於原核生物的翻譯與轉錄通常是偶聯在一起的，且其mRNA的壽命短，因而蛋白質合成的速度主要由轉錄的速度決定。弱化作用是一個通過翻譯產物的過量與不足首先影響轉錄，從而調節翻譯速度的一種方式。mRNA的結構和性質也能調節蛋白質合成的速度。
真核生物轉錄與翻譯不是偶聯的，通常蛋白質合成的速度比原核生物慢。真核生物除了主要通過轉錄和轉錄後加工及 mRNA的結構和性質（如帽子結構和多聚A尾巴等）（見信使核糖核酸）進行調控外，通過對珠蛋白生物合成研究表明,真核起始因子eIF-2是翻譯速度的限制因子,因此影響eIF-2的因素能調節翻譯的速度。用哺乳動物網織紅細胞的無細胞製劑進行離體研究指出，當缺乏血紅素時,因為無法形成血紅蛋白,沒有必要合成蛋白質。實驗證明血紅素的調控是通過一種稱為血紅素調控阻遏物(HCR)實現的。HCR有活潑和不活潑的兩種狀態,不活潑的被一種蛋白激酶激活,成為活潑狀態 (HCR-挍)；HCR-挍也是一種蛋白激酶,它可以磷酸化eIF-2,使eIF-2從活潑狀態轉變為不活潑狀態(eIF-2-挍)，這樣便減弱了蛋白質的合成（圖6）。
血紅素通過影響 eIF-2對蛋白質進行調控。當血紅素存在時，抑制了HCR-挍的形成，但由於體記憶體在著磷酸酯酶，eIF-2以活潑狀態出現,於是進行蛋白質合成；相反，如果血紅素缺乏,eIF-2以不活潑狀態eIF-2-挍出現，於是蛋白質合成減弱。血紅素不僅調節網織細胞蛋白質合成，而且還能促進通常不合成血紅蛋白的細胞合成蛋白質，如促進肝癌細胞、海拉細胞和腹水瘤細胞無細胞製劑的蛋白質合成。
蛋白質生物合成的抑制劑 許多蛋白質生物合成抑制劑具有高度專一性，這對於研究合成機制很重要。許多臨床有效的抗生素是通過特異抑制原核生物的蛋白質合成而發揮作用的，它們抑制細菌生長而不損害人體細胞。利用兩類生物蛋白質合成的差異，可以找出治療細菌感染引起的疾病的藥物。表中列出一些較為重要的蛋白質生物合成抑制劑及其作用部位和專一性。
蛋白質生物合成參考書目
王德寶、祁國榮：《核酸結構、功能與合成》（下），科學出版社，北京，1987。
W.I.P.Mainwaring et al.,Nucleic acid Biochemistry and Molecular Biology, Blackwell Scientific Publications, Oxford,1982.
