大家好，這裡是百家號小李論安億。今天，小編來和大家講解下蛋白質複製合成的過程。首先我們得了解一下遺傳密碼的概念。遺傳密碼是指DNA鏈上的核苷酸與蛋白質鏈上的胺基酸的對應關係。密碼子是指mRNA鏈上三個連續的核苷酸決定一個特定的胺基酸。
接著，小編先來給大家講述回顧一下遺傳密碼的歷史，便於各位學者加深生物蛋白技術的理解。1954年Gamov G首先對遺傳密碼進行探討，指出遺傳密碼子應該是三聯體。1961年，Crick F H C及其同事觀察了噬菌體特定位點插入或缺失核苷酸，對噬菌體感染能力的影響，證明三聯體密碼子是非重疊的，並且沒有標點。而其中小編覺得最重要的證明三聯體密碼子的三個著名實驗分別如下：
第一個實驗：多聚同一核苷酸的翻譯
Nirenberg M W和Matthaej J H 採用人工合成的多核苷酸鏈，在無細胞蛋白合成系統中尋找胺基酸和三聯體密碼子的對應關係。
第二個實驗：核糖體結合技術
以人工合成的三核苷酸，在含核糖體、AA-tRNA的適當離子強度的反應液中保溫。使反應液通過硝酸纖維素濾膜，游離的AA-tRNA因相對分子質量小能自由通過濾膜。加入三核苷酸模板可以促使其對應的AA-tRNA結合到核糖體上，體積超過膜上的微孔而被滯留，這樣就能把已結合到核糖體上的AA-tRNA與未結合的AA-tRNA分開。用14C標記特定胺基酸，從模板三核苷酸與胺基酸的關係可測知該胺基酸的密碼子。
第三個實驗：多聚重複核苷酸的翻譯
Jones,Khorana利用有機化學和酶法製備了已知的核苷酸重複序列，以此多聚核苷酸作模板，在體外進行蛋白質合成，發現可以生成三種重複的多肽鏈（下圖C）。若從A翻譯，則合成出多聚Ile，即AUC對應Ile；若從U翻譯，則合成出多聚Ser，即UCA對應Ser；若從C翻譯，則合成出多聚His，即CAU對應His。這是因為體外合成是無調控的合成，可以隨機地從A、或U、或C翻譯，所以有三種重複的多肽鏈生成。
tRNA的架構和功能：
說到tRNA的架構和功能，小編我覺得還是很好理解的。首先，tRNA的二級結構受體臂（acceptor arm） 3' 端的最後3個鹼基序列永遠是CCA，最後一個鹼基的3' 或2' 自由羥基（-OH）可以被氨醯化。接著小編我和大家講解下，TψC臂是根據3個核苷酸命名的，其中ψ表示擬尿嘧啶。反密碼子臂含有三聯反密碼子。D臂中含有二氫尿嘧啶（dihydrouracil）。可變臂，tRNA大小變化最大的區域。
核糖體的功能和結構：
核糖體（或稱核糖核蛋白體）由蛋白質和rRNA組成，是存在於細胞質內的微小顆粒。小編我覺得這樣的概念還是很好理解的。接著，小編來給大家說下核糖體的基本功能：結合mRNA，在mRNA上選擇適當的區域開始翻譯密碼子（mRNA）和反密碼子（tRNA）的正確配對、肽鍵的形成。
核糖體的存在：核糖體可游離存在，真核中，也可同內質網結合，形成粗糙的內質網。原核中，與mRNA形成多聚核糖體。核糖體的活性位點：A位點(氨醯基tRNA 位點，amino acyl-tRNA site)在延伸過程中與進入的負載tRNA結合。P位點(肽醯tRNA 位點，peptidyl-tRNA site)與攜帶新生多肽鏈的tRNA結合。E-位點(退出位點，Exit site),脫醯-tRNA佔據的位點，空載的tRNAs從此位點被排出。肽基轉移酶位點，在50S亞基上，提供肽鍵形成的催化活性。EF-G結合位點，其活性是核糖體在mRNA移位所必需的多肽出口位點，核糖體通過這個區域附著在膜上。
肽鏈合成的起始：
肽鏈的合成有幾個步驟，小編現在和大家講解一下。第一步，30S小亞基首先與翻譯起始因子IF-1，IF-3結合，通過SD序列與mRNA模板結合。第二步，在IF-2和GTP的幫助下，fMet-tRNA進入小亞基的P位，tRNA上的反密碼子與mRNA上的起始密碼子配對。第三步， IF-1，IF-3釋放，帶有tRNA，mRNA的小亞基複合物與50S大亞基結合，GTP水解，釋放翻譯起始因子IF-2 。
翻譯起始因子：細菌有3種起始因子IF-1，IF-2和IF-3。①IF-3是30S亞基與mRNA起始位點的特異結合所必須的。② IF-2特異地和起始tRNA結合，並把它帶到起始複合體中。③ IF-1結合於A位點，阻止氨醯-tRNA的進入。
其中，IF3因子具有多重功能：其第一個功能是控制了核糖游離態和結合態之間的平衡。IF-3和游離的30S亞基相結合，但不和70S核糖體結合。當IF-3與30S亞基相結合時，阻止此亞基和50S亞基的結合，其作用實際上是抗締合因子(antiassociation factors)。IF-3的第二個功能是控制30S亞基與mRNA結合的能力，小亞基失去此因子 就不能和mRNA形成起始複合體(但mRNA上SD位點的選擇是核糖體亞基的功能，IF-3並不涉及特異位點的選擇)。在30S亞基和50S亞基結合之前，IF-3被釋放出來。最後一個功能是參與識別起始氨醯-tRNA。
另外，小編和大家講解下起始tRNA的特徵：僅在tRNAifMet 中，接受臂的最後一對鹼基不能互補配對；此特徵對甲醯化反應是必需的；如果通過突變使這兩個鹼基互補配對，tRNAifMet就能參與延伸反應；tRNAifMet反密碼子臂莖部有3個G·C對，是fMet-tRNAi 進入P位點的必要特徵。
起始過程中mRNA和rRNA的鹼基互補配對：
SD序列：原核mRNA起始密碼子AUG上遊約10bp左右的寡聚嘌呤序列AGGAGG,可以和16S rRNA的3』端互補配對。多順反子mRNA中，各基因的翻譯其實過程是相互獨立的。
好了，今天關於生物蛋白技術的學術講解就到這裡了，內容有點長，但是值得各位學者讀完，希望我的專業知識能夠幫助大家解答困惑，如果有什麼問題也可以在下方評論區諮詢我哦！