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?
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.