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蛋白质合成步骤/详细过程

发布时间:2022-01-13 10:05:53 阅读:114042次 来源:百度学术

  蛋白质合成是在称为多肽的氨基酸链中合成蛋白质的过程。它是遗传学中心法则的第二部分。

  它发生在胞质溶胶中发现的核糖体或附着于粗面内质网的核糖体中。

  核糖体的功能是读取 mRNA 和 tRNA 分子中的密码子序列,这些 tRNA 分子以正确的序列将氨基酸转移或运输或带入核糖体。然而,其他分子也参与翻译过程,例如各种酶促因子。

  翻译过程涉及读取 mRNA 中的遗传密码以制造蛋白质。

  整个翻译过程可以概括为三个阶段:起始、延伸和终止。

中心法则

  蛋白质合成酶和功能

  肽基转移酶是翻译中使用的主要酶。它存在于核糖体中,具有催化相邻氨基酸之间形成共价肽键的酶活性。

  该酶的活性是在翻译过程中使用 tRNA 在相邻氨基酸之间形成肽键。

  该酶的活性使用两种底物,其中一种具有不断增长的肽链,另一种带有添加到链中的氨基酸。

  它位于核糖体的大亚基中,因此肽基转移酶的主要功能是催化氨基酸残基的添加,从而使多肽链生长。

  肽基转移酶完全由 RNA 组成,其机制由核糖体 RNA (rRNA) 介导,rRNA 是一种由核糖核苷酸组成的核酶。

  在原核生物中,23S 亚基包含 tRNA 的 A 位点和 O 位点之间的肽基转移酶,而在真核生物中,它存在于 28S 亚基中。

  蛋白质合成概述

  当核糖体识别 mRNA 的起始点时,核糖体翻译就开始了,在该起始点它结合了一个带有单个氨基酸的 tRNA 分子。

  在原核生物中,N-甲酰甲硫氨酸中的初始氨基酸。在延伸过程中,第二个氨基酸与第一个氨基酸相连。

  然后核糖体改变其在 mRNA 上的位置并重复延伸循环。

  当延伸过程到达终止密码子时,氨基酸链自发折叠形成蛋白质。

  然后核糖体分裂成两个亚基,但随后在另一个 mRNA 被翻译之前重新结合。

  几种催化蛋白质促进蛋白质合成,包括起始因子、延伸因子、终止因子和鸟苷三磷酸 (GTP)。

  GTP 是一种在转化为鸟苷二磷酸 (GDP) 时释放能量的分子。

使用 biorender.com 创建的图像

  蛋白质合成步骤/详细过程

  翻译启动

  蛋白质合成起始是由几种起始因子 IF1、IF2 和 IF3 的存在触发的,包括 mRNA、核糖体、tRNA。

  小亚基在 mRNA 起始处的 5' 末端与上游结合。核糖体从 5' 到 3' 方向扫描 mRNA,直到遇到起始密码子(AUG 或 GUG 或 UUG)。当这些起始密码子中的任何一个存在时,它就会被起始 fMet-tRNA (N-formylMet-tRNA) 识别。该引发因子携带与核糖体上的 P 位点结合的蛋氨酸 (Met)。

  这合成了称为 N-甲酰甲硫氨酸的第一个氨基酸多肽。引发剂 fMet-tRNA 具有正常的甲硫氨酸反密码子,因此它插入 N-甲酰甲硫氨酸。这意味着蛋氨酸是第一个添加并出现在链中的氨基酸。

  一般来说,翻译的启动过程分为三个步骤;

  启动 mRNA 与小核糖体亚基 (30S) 的结合,刺激引发因子 IF3。这将核糖体亚基解离成两个。

  然后起始因子 IF2 与鸟嘌呤三磷酸 (GTP) 结合,并与起始因子 fMet-tRNA 结合到核糖体的 P 位点。

  核糖体蛋白分裂与 IF2 结合的 GTP,从而有助于驱动两个核糖体亚基的组装。IF3 和 IF2 已发布。

  平移伸长率

  三种蛋白质因子即EF-Tu、EF-TsEF-G有助于蛋白质合成的延长。

  众所周知,核糖体功能一次移动一个密码子,催化在其三个位点发生的过程。

  对于每一步,带电荷的 tRNA 进入核糖体复合体并插入多肽,这些多肽变得更长一个氨基酸,而不带电荷的 tRNA 离开。在原核生物中,至少每 0.05 秒添加一个氨基酸,这意味着大约 200 个多肽氨基酸在 10 秒内被翻译。

  每个氨基酸之间产生的键来源于鸟苷三磷酸 (GTP),它类似于三磷酸腺苷 (ATP)。

  三个位点(A、P、E)都参与翻译过程,核糖体本身与所有参与翻译的 RNA 类型相互作用。

  因此,翻译涉及三个不同的步骤,它们是:

  延伸因子-Tu (EF-Tu) 在氨基酰基-tRNA 进入 A 位点中的介导。这需要 EF-Tu 与 GTP 结合,从而激活 EF-Tu-GTP 复合物与 tRNA 结合。然后 GTP 水解为 GDP,释放出一种能提供能量的磷酸分子,从而推动氨酰-tRNA 与 A 位点的结合。此时 EF-Tu 被释放,将 tRNA 留在 A 位点。

  延伸因子 EF-Ts 然后介导 EF-Tu-GDP 复合物从核糖体的释放和 EF-Tu-GTP 的形成。

  在这个易位过程中,肽基-tRNA上的多肽链在肽基转移酶催化的反应过程中被转移到A位点上的氨酰基-tRNA上。然后核糖体在延伸因子 EF-G 介导的 5' 到 3' 方向上沿着 mRNA 进一步移动一个密码子。这一步从 GTP 到 GDP 的拆分中汲取能量。不带电荷的 tRNA 从 P 位点释放,将新形成的肽基-tRNA 从 A 位点转移到 P 位点。

  翻译终止

  遇到三个终止密码子(UAA、UAG、UGA)中的任何一个都会触发翻译过程的终止。然而,这些三联终止密码子不被 tRNA 识别,而是被核糖体中称为释放因子(RF1 和 RF2)的蛋白质因子识别。

  RF1 识别三元组 UAA 和 UAG,而 RF2 识别 UAA 和 UGA。第三个因素也有助于催化终止过程,它被称为释放因素 3 (RF3)。

  当来自延伸步骤的肽基-tRNA到达P位点时,终止密码子的释放因子与A位点结合。这些从 P 位点释放多肽,使核糖体通过来自 GTP 的能量解离成两个亚基,留下 mRNA。

  在许多核糖体完成翻译过程后,mRNA 被降解,允许其核苷酸在其他转录反应中重复使用。


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