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蛋白质合成

蛋白质合成是生物按照从脱氧核糖核酸(DNA)转录得到的信使核糖核酸(mRNA)上的遗传信息合成蛋白质的过程。

蛋白质生物合成亦称为翻译(Translation),即把mRNA分子中碱基排列顺序转变为蛋白质或多肽链中的氨基酸排列顺序过程。这也是基因表达的第二步,产生基因产物蛋白质的最后节段。不同的组织细胞具有不同的生理功能,是因为它们表达不同的基因,产生具有特殊功能的蛋白质,参与蛋白质生物合成的成份至少有200种,其主要体第主要由mRNA、tRNA、核糖核蛋白体以及有关的酶和蛋白质因子共同组成原核生物与真核生物的蛋白质合成过程中有很多的区别,真核生物此过程更复杂,下面着重介绍原核生物蛋白质合成的过程,并指出真核生物与其不同这处。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。

核糖体就像一个小的可移动的工厂,沿着mRNA这一模板,不断向前迅速合成肽链。氨基酰tRNA以一种极大的速率进入核糖体,将氨基酸转到肽链上,又从另外的位置被排出核糖体,延伸因子也不断地和核糖体结合和解离。核糖体和附加因子一道为蛋白质合成的每一步骤提供了活性区域。

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:

⑴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。

⑵30S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。

⑶70S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,以上过程见图3和图4。

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。

⑴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)

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)

⑶ATP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水解为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。

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。⑴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E(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。

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