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详细表述蛋白质合成的全过程?

2023-05-30 03:54:06 编辑:join 浏览量:631

详细表述蛋白质合成的全过程?

详细表述蛋白质合成的全过程?

蛋白质生物合成可分为五个阶段,氨基酸的活化、多肽链合成的起始、肽链的延长、肽链的终止和释放、蛋白质合成后的加工修饰。

(一)氨基酸

在进行合成多肽链之前,必须先经过活化,然后再与其特异的tRNA结合,带到mRNA相应的位置上,这个过程靠氨基酰tRNA合成酶催化,此酶催化特定的氨基酸与特异的tRNA相结合,生成各种氨基酰tRNA.每种氨基酸都靠其特有合成酶催化,使之和相对应的tRNA结合,在氨基酰tRNA合成酶催化下,利用ATP供能,在氨基酸羧基上进行活化,形成氨基酰-AMP,再与氨基酰tRNA合成酶结合形成三联复合物,此复合物再与特异的tRNA作用,将氨基酰转移到tRNA的氨基酸臂(即3'-末端CCA-OH)上原核细胞中起始氨基酸活化后,还要甲酰化,形成甲酰蛋氨酸tRNA,由N10甲酰四氢叶酸提供甲酰基。而真核细胞没有此过程。

前面讲过运载同一种氨基酸的一组不同tRNA称为同功tRNA。一组同功tRNA由同一种氨酰基tRNA合成酶催化。氨基酰tRNA合成酶对tRNA和氨基酸两者具有专一性,它对氨基酸的识别特异性很高,而对tRNA识别的特异性较低。

氨基酰tRNA合成酶是如何选择正确的氨基酸和tRNA呢?按照一般原理,酶和底物的正确结合是由二者相嵌的几何形状所决定的,只有适合的氨基酸和适合的tRNA进入合成酶的相应位点,才能合成正确的氨酰基tRNA。现在已经知道合成酶与L形tRNA的内侧面结合,结合点包括接近臂,DHU臂和反密码子臂D柄、反密码子和可变环与酶反应

乍看起来,反密码子似乎应该与氨基酸的正确负载有关,对于某些tRNA也确实如此,然而对于大多数tRNA来说,情况并非如此,人们早就知道,当某些tRNA上的反密码子突变后,但它们所携带的氨工酸却没有改变。1988年,候稚明和Schimmel的实验证明丙氨酸tRNA酸分子的氨基酸臂上G3:U70这两个碱基发生突变时则影响到丙氨酰tRNA合成酶的正确识别,说明G3:U70是丙氨酸tRNA分子决定其本质的主要因素。tRNA分子上决定其携带氨基酸的区域叫做副密码子。一种氨基酰tRNA合成酶可以识别以一组同功tRNA,这说明它们具有共同特征。例如三种丙氨酸tRNA(tRNAAlm/CUA,tRNAAim/GGC,tRNAAin/UGC都具有G3:U70副密码子。)但没有充分的证据说明其它氨基酰tRNA合成酶也识别同功tRNA组中相同的副密码子。另外副密码子也没有固定的位置,也可能并不止一个碱基对。

(二)多肽链合成的起始

核蛋白体大小亚基,mRNA起始tRNA和起始因子共同参与肽链合成的起始。

1、大肠杆菌细胞翻译起始复合物形成的过程:

(1)核糖体30S小亚基附着于mRNA起始信号部位:原核生物中每一个mRNA都具有其核糖体结合位点,它是位于AUG上游8-13个核苷酸处的一个短片段叫做SD序列。这段序列正好与30S小亚基中的16S rRNA3’端一部分序列互补,因此SD序列也叫做核糖体结合序列,这种互补就意味着核糖体能选择mRNA上AUG的正确位置来起始肽链的合成,该结合反应由起始因子3(IF-3)介导,另外IF-1促进IF-3与小亚基的结合,故先形成IF3-30S亚基-mRNA三元复合物。

(2)30S前起始复合物的形成:在起始因子2作用下,甲酰蛋氨酰起 始tRNA与mRNA分子中的AUG相结合,即密码子与反密码子配对,同时IF3从三元复合物中脱落,形成30S前起始复合物,即IF2-3S亚基-mRNA-fMet-tRNAfmet复合物,此步需要GTP和Mg2+参与。

(3)70S起始复合物的形成:50S亚基上述的30S前起始复合物结合,同时IF2脱落,形成70S起始复合物,即30S亚基-mRNA-50S亚基-mRNA-fMet-tRNAfmet复合物。此时fMet-tRNAfmet占据着50S亚基的肽酰位。而A位则空着有待于对应mRNA中第二个密码的相应氨基酰tRNA进入,从而进入延长阶段,2、真核细胞蛋白质合成的起始

真核细胞蛋白质合成起始复合物的形成中需要更多的起始因子参与,因此起始过程也更复杂。

(1)需要特异的起始tRNA即,-tRNAfmet,并且不需要N端甲酰化。已发现的真核起始因子有近10种(eukaryote Initiation factor,eIF)

(2)起始复合物形成在mRNA5’端AUG上游的帽子结构,(除某些病毒mRNA外)

(3)ATP水解为ADP供给mRNA结合所需要的能量。真核细胞起始复合物的形成过程是:翻译起始也是由eIF-3结合在40S小亚基上而促进80S核糖体解离出60S大亚基开始,同时eIF-2在辅eIF-2作用下,与Met-tRNAfmet及GTP结合,再通过eIF-3及eIF-4C的作用,先结合到40S小亚基,然后再与mRNA结合。

mRNA结合到40S小亚基时,除了eIF-3参加外,还需要eIF-1、eIF-4A及eIF-4B并由ATP小解为ADP及Pi来供能,通过帽结合因子与mRNA的帽结合而转移到小亚基上。但是在mRNA5’端并未发现能与小亚基18SRNA配对的S-D序列。目前认为通过帽结合后,mRNA在小亚基上向下游移动而进行扫描,可使mRNA上的起始密码AUG在Met-tRNAfmet的反密码位置固定下来,进行翻译起始。

通过eIF-5的作用,可使结合Met-tRNAfmet·GTP及mRNAR40S小亚基与60S大亚基结合,形成80S复合物。eIF-5具有GTP酶活性,催化GTP水解为GDP及Pi,并有利于其它起始因子从40S小亚基表面脱落,从而有利于40S与60S两个亚基结合起来,最后经eIF-4D激活而成为具有活性的80SMet-tRNAfmet· mRNA起始复合物。

(三)多肽链的延长

在多肽链上每增加一个氨基酸都需要经过进位,转肽和移位三个步骤。

(1)为密码子所特定的氨基酸tRNA结合到核蛋白体的A位,称为进位。氨基酰tRNA在进位前需要有三种延长因子的作用,即,热不稳定的EF(Unstable temperature,EF)EF-Tu,热稳定的EF(stable temperature EF,EF-Ts)以及依赖GTP的转位因子。EF-Tu首先与GTP结合,然后再与氨基酰tRNA结合成三元复合物,这样的三元复合物才能进入A位。此时GTP水解成GDP,EF-Tu和GDP与结合在A位上的氨基酰tRNA分离

肽键的形成

①核蛋白体“给位”上携甲酰蛋氨酰 基(或肽酰)的tRNA

②核蛋白体“受体”上新进入的氨基酰tRNA;

③失去甲酰蛋氨酰基(或肽酰)后,即将从核蛋白体脱落的tRNA;

④接受甲酰蛋氨酰基(或肽酰)后已增长一个氨基酸残基的肽键

(2)转肽--肽键的形成(peptide bond formation)

在70S起始复合物形成过程中,核糖核蛋白体的P位上已结合了起始型甲酰蛋氨酸tRNA,当进位后,P位和A位上各结合了一个氨基酰tRNA,两个氨基酸之间在核糖体转肽酶作用下,P位上的氨基酸提供α-COOH基,与A位上的氨基酸的α-NH2形成肽键,从而使P位上的氨基酸连接到A位氨基酸的氨基上,这就是转肽。转肽后,在A位上形成了一个二肽酰tRNA(图18-13)。

(3)移位(Translocation)

转肽作用发生后,氨基酸都位于A位,P位上无负荷氨基酸的tRNA就此脱落,核蛋白体沿着mRNA向3’端方向移动一组密码子,使得原来结合二肽酰tRNA的A位转变成了P位,而A位空出,可以接受下一个新的氨基酰tRNA进入,移位过程需要EF-2,GTP和Mg2+的参加(图18-14)。

以后,肽链上每增加一个氨基酸残基,即重复上述进位,转肽,移位的步骤,直至所需的长度,实验证明mRNA上的信息阅读是从5’端向3’端进行,而肽链的延伸是从氮基端到羧基端。所以多肽链合成的方向是N端到C端

(四)翻译的终止及多肽链的释放

无论原核生物还是真核生物都有三种终止密码子UAG,UAA和UGA。没有一个tRNA能够与终止密码子作用,而是靠特殊的蛋白质因子促成终止作用。这类蛋白质因子叫做释放因子,原核生物有三种释放因子:RF1,RF2T RF3。RF1识别UAA和UAG,RF2识别UAA和UGA。RF3的作用还不明确。真核生物中只有一种释放因子eRF,它可以识别三种终止密码子。

不管原核生物还是真核生物,释放因子都作用于A位点,使转肽酶活性变为水介酶活性,将肽链从结合在核糖体上的tRNA的CCA末凋上水介下来,然后mRNA与核糖体分离,最后一个tRNA脱落,核糖体在IF-3作用下,解离出大、小亚基。解离后的大小亚基又重新参加新的肽链的合成,循环往复,所以多肽链在核糖体上的合成过程又称核糖体循环(ribosome cycle)(图18-16)。

(五)多核糖体循环

上述只是单个核糖体的翻译过程,事实上在细胞内一条mRNA链上结合着多个核糖体,甚至可多到几百个。蛋白质开始合成时,第一个核糖体在mRNA的起始部位结合,引入第一个蛋氨酸,然后核糖体向mRNA的3’端移动一定距离后,第二个核糖体又在mRNA的起始部位结合,现向前移动一定的距离后,在起始部位又结合第三个核糖体,依次下去,直至终止。两个核糖体之间有一定的长度间隔,每个核糖体都独立完成一条多肽链的合成,所以这种多核糖体可以在一条mRNA链上同时合成多条相同的多肽链,这就大大提高了翻译的效

多聚核糖体的核糖体个数,与模板mRNA的长度有关,例如血红蛋白的多肽链mNRA编码区有450个核苷酸组成,长约150nm 。上面串连有5-6个核糖核蛋白体形成多核糖体。而肌凝蛋白的重链mRNA由5400个核苷酸组成,它由60多个核糖体构成多核糖体完成多肽链的合成。

标签:全过程,表述,蛋白质

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