2021年10月30日，中国农业科学院饲料研究所宣布，经过多年研究攻关，我国科学家突破了自然光合固碳、固氮两大系统在利用太阳能反应速度缓慢上的局限，打破了天然蛋白质在植物合成中的时空限制，在国际上首次实现从一氧化碳到蛋白质的合成，创造了22秒工业化一步生物合成、蛋白质获得率最高85%的世界奇迹，并已形成万吨级的工业生产能力^[1]。蛋白质是生命的物质基础，生命的一静一动都有赖于蛋白质。可以说生命“创造”了蛋白质，蛋白质也“滋养”了生命。那生物是如何合成蛋白质的呢，又有哪些靶向蛋白质合成过程的药物呢？

蛋白质合成

在细胞内，蛋白质的生物合成就是以mRNA为模板合成蛋白质多肽链的过程。在蛋白质的生物合成过程中，多肽链的氨基酸顺序是由模板mRNA中的核苷酸排列顺序决定的，因此这一过程又称翻译（Translation）。除合成原料氨基酸外，蛋白质的生物合成体系还包括mRNA、tRNA核蛋白体、蛋白质因子、ATP、GTP以及相关的酶等功能物质及必要的无机离子。蛋白质合成是在核糖体中进行的，核糖体的主要功能是将遗传密码转换成氨基酸序列，并从氨基酸单体构建蛋白质聚合物。mRNA包含一系列密码子，被核糖体“解码”以产生蛋白质。核糖体以mRNA作为模板，移动识别穿越其内部的每个mRNA密码子，将氨酰-tRNA提供的氨基酸与密码子进行配对（图1）^[2]。

图1：核糖体结构^[3]

蛋白质合成过程

参加蛋白质合成的氨基酸在特异的氨酰-tRNA合成酶催化下，由ATP供能并与相应的tRNA结合。携带起始密码子（即甲硫氨酸）的tRNA，通过与碱基AUG互补配对，进入位点1。随后，携带第二个氨基酸的tRNA以同样的方式进入位点2。而甲硫氨酸在转肽酶的作用下转移到位点2的tRNA上，并与第二个氨基酸形成肽键。而后核蛋白体向mRNA的3′ 端移动一个密码子，下一个密码子进入，继续延长过程。在终止阶段，需终止因子的参与。终止因子使转肽酶变为水解作用，合成好的肽链被水解并从核蛋白体上释放。为了形成有活性的蛋白质分子，多肽链还需要经过加工，包括切除修饰、C端氨基酸酰胺化修饰、N末端乙酰化修饰，以及加糖、加脂、磷酸化、羟化、甲基化与羟甲基化等（图2）^[4]。

图2：蛋白质合成过程^[4]

靶向蛋白质合成的药物

（1）部分抗生素，包括四环素（与细菌核糖体30S亚基形成可逆结合体，阻碍氨酰-tRNA与核糖体结合，CSN16443）、卡那霉素（与细菌30S核糖体结合从而致使mRNA密码误读，CSN11247）、红霉素（与细菌核糖体的50S亚基结合，阻断tRNA与核糖体的结合，同时也阻断多肽链的延长过程，CSN12503）、嘌呤霉素（具有与tRNA分子类似的结构，能够与氨基酸结合，代替tRNA与核糖体的结合，并掺入到生长的肽链中，CSN11799）。（2）环己酰亚胺：俗称放线菌酮（CHX），为实验室常用的蛋白合成抑制剂，能够抑制肽链的延伸过程^[5]。

由于靶向蛋白质合成的药物毒性较大，因此相关化合物多为科研使用。而临床上较少针对该方向进行靶向药物的研究，相关的药物主要为抗生素，能够特异性地针对细菌进行杀伤。

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参考文献:

[1]http://fx.farmer.com.cn/share/news/detail_index.html?contentType=5&contentId=29519&cId=0&we-media=1&fromFlag=2
[2]Ingolia NT, Hussmann JA, Weissman JS. Ribosome Profiling: Global Views of Translation. Cold Spring Harb Perspect Biol. 2019 May 1;11(5):a032698.

[3]https://biologyeducare.com/ribosome/

[4]人教版新教材高中生物必修二：《遗传与进化》

[5] 朱依谆，殷明. 药理学.8版[M]. 人民卫生出版社，2017.