蛋白质合成过程

1、氨基酸的活化
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供蛋白质合成能,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(图1)。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。
2车载厨房、翻译起始
真核的翻译起始比原核更复杂,因为:
真核mRNA的二级结构更为多样和复杂。真核mRNA是经过多重加工的,它被转录后首先要经过各种加工才能从细胞核进入细胞质中,并形成各种各样的二级结构。一些mRNA与几种类型的蛋白质结合在一起形成一种复杂的颗粒状,有时称核糖核蛋白粒(ribonucleoprotei
n particle),在翻译之前,它的二级结构必须改变,其中的蛋白质必须被去掉。
核糖体需要扫描mRNA以寻翻译起始位点。真核mRNA没有SD序列来帮助识别翻译起点,因此核糖体结合到mRNA的5’端的帽子结构并向3’端移动寻翻译起点。这种扫描过程很复杂,知之甚少。
真核翻译起始用到的起始因子(eIF)至少有9种 ,多数的功能仍需进步研究。eIF3的功能类似IF3,防止核糖体大小亚基过早结合,eIF2-GTP类似与IF2-GTP,促进起始aa-tRNA、mRNA与小亚基的结合,eIF4能识别并结合在mRNA的帽子结构上。
起始复合物的形成过程:
(1)40S小亚基-(eIF-3)结合到(eIF-2-GTP)-Met-tRNAi Met复合物上形成40S前起始复合物(40S preinitiation complex)。
这里,eIF-2-GTP介导了起始tRNA与40S小亚基的结合,然后eIF-2-GDP通过eIF-2B(鸟苷酸释放蛋白)再生。此时,由于eIF-3和40S小亚基相结合,eIF-6和60S大亚基相结合,所以小亚基暂时还不能与大亚基相结合。
(2) 40S前起始复合物结合到mRNA5’端形成40S起始复合物。消耗1个ATP。
该过程需要ATP,另外还需要一些起始因子(eIF-4A、eIF-4B、eIF-4F、eIF-1)。
eIF-4F能识别并结合在mRNA5’端的帽子结构上,eIF-4A(一种ATPase)和eIF-4B(一种helicase)改变mRNA的二级结构。无功功率计算
(3)40S起始复合物向3’端移动扫描mRNA寻适当的起始密码子(通常是5’端附近的AUG),直到Met-tRNAiMet与之配对。除酵母外的高等真核生物:GCCGCCpurCCAUGG
(4) 60S大亚基与40S复合物结合形成80S起始复合物,eIF2-GDP、eIF3离开
此时,60S大亚基上的eIF-6已经被释放。在形成复合物过程中,在eIF-5参与下,eIF-2-GTP水解成eIF-2-GDP。eIF-2,eIF-3,eIF-4A,eIF-4B,eIF-4F,eIF-1从起始复合物上释放。
3、延伸
(1)入位
真核生物入位需要延伸因子为EF-1,它是多亚基蛋白,同时具有EF-Tu、EF-Ts的功能。50kD的延伸因子eEF-1α-GTP与aa-tRNA结合,引导aa-tRNA进入A位点后,eEF-1α-GTP水解,随后eEF-1α-GDP离开核糖体,在eEF-1β、eEF-1γ的帮助下,eEF-1α-GDP再生为eEF-1α-GTP。
在真菌(如酵母)中,需要另一个延伸因子eEF-3与eEF-1α共同引导aa-tRNA的入位。
三相四极插头(2)肽键形成(转肽)
核糖体大亚基的肽酰转移酶活性催化A位点α-氨基亲核攻击P位点的aa的羧基,在A位点形成一个新的肽键。P位点上卸载的tRNA从核糖体上离开
(3)核糖体移位
移位需要一个100kD的延伸因子eEF-2-GTP。eEF-2-GTP结合在核糖体未知的位置上,GTP水解成释放的能量使核糖体沿mRNA移动一个密码子的位置,然后eEF-2-GDP离开核糖体。
4、终止
真核细胞中有两个释放因子eRF-1和eRF-3(GTP结合蛋白)介导终止。当GTP结合到eRF-3后它的GTPase活性就被激活,eRF-1和eRF-3-GTP形成一个复合物,当UAG,UGA,UAA进入A位点时,该复合物就结合到A位点上,接着GTP水解促使释放因子离开核糖体,mRNA被释放,核糖体解体成大小亚基,新生肽在肽酰转移酶催化下被释放。
5、多肽链合成后的加工修饰
1.一级结构的加工修饰
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⑴N端甲酰蛋氨酸或蛋氨酸的切除:N端甲酰蛋氨酸是多肽链合成的起始氨基酸,必须在多肽链折迭成一定的空间结构之前被切除。其过程是:① 去甲酰化;② 去蛋氨酰基。
⑵氨基酸的修饰:由专一性的酶催化进行修饰,包括糖基化、羟基化、磷酸化、甲酰化等。
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⑶二硫键的形成:由专一性的氧化酶催化,将-SH氧化为-S-S-。
⑷肽段的切除:由专一性的蛋白酶催化,将部分肽段切除。
2.高级结构的形成
⑴构象的形成:在分子内伴侣、辅助酶及分子伴侣的协助下,形成特定的空间构象。
⑵亚基的聚合。⑶辅基的连接。
3.靶向输送
蛋白质合成后,定向地被输送到其执行功能的场所称为靶向输送。大多数情况下,被输送
单向离合器轴承的蛋白质分子需穿过膜性结构,才能到达特定的地点。因此,在这些蛋白质分子的氨基端,一般都带有一段疏水的肽段,称为信号肽。分泌型蛋白质的定向输送,就是靠信号肽与胞浆中的信号肽识别粒子(SRP)识别并特异结合,然后再通过SRP与膜上的对接蛋白(DP)识别并结合后,将所携带的蛋白质送出细胞。
信号肽假说:信号肽位于新合成的分泌蛋白N端。对分泌蛋白的靶向运输起决定作用。①细胞内的信号肽识别颗粒(SRP)识别信号肽,使肽链合成暂时停止,SRP引导核蛋白体结合粗面内质网膜;②SRP识别、结合内质网膜上的对接蛋白,水解GTP使SRP分离,多肽链继续延长;③信号肽引导延长多肽进入内质网腔后,经信号肽酶切除。分泌蛋白在高尔基体包装成分泌颗粒出胞。

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