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原核生物蛋白质的翻译过程(蛋白质翻译的核糖体位点)

发布时间:2022-02-04 10:24:20 阅读:135972次 来源:百度学术

  翻译涉及在蛋白质合成过程中将信使RNA (mRNA) 分子的序列翻译成氨基酸序列。

  它是细胞质或内质网中的核糖体在DNA转录 为 RNA的过程之后合成蛋白质的过程 。

原核翻译(蛋白质合成)

  核糖体

  核糖体通常作为由蛋白质和 rRNA 组成的独立亚基存在。

  当亚基在 5' 端附近与 mRNA 结合时,它们会聚集在一起形成核糖体。

  与 mRNA 结合后,核糖体从 5' 到 3' 方向读取核苷酸序列,从 N 端(氨基端)到 C 端(羧基端)方向的氨基酸合成相应的蛋白质。

  核糖体位于胞质溶胶中,可以自由漂浮或与内质网结合。

  它们用于合成蛋白质。

  蛋白质翻译的核糖体位点

  示意图显示的每个原核核糖体具有三个 tRNA 结合位点。

  氨酰-tRNA 结合位点(或A 位点)是在延伸过程中,进入的氨酰-tRNA 结合的位置。

  肽基-tRNA 结合位点(或 P 位点)是与正在生长的多肽链相连的 tRNA 结合的位置。

  出口位点(或 E 位点)是 tRNA 在翻译过程中和从核糖体释放之前的结合位点。

  所有三个位点(A、P 和 E)都是由核糖体中的 rRNA 分子形成的。

  翻译过程

翻译过程

  蛋白质合成(或翻译)分三个阶段进行:

  引发

  伸长率和

  终止。

  在起始过程中,形成了 mRNA-核糖体复合物,第一个密码子(总是 AUG)与第一个氨酰 tRNA(称为起始 tRNA)结合。

  在延伸阶段,其他密码子被顺序读取,多肽通过在其 C 末端添加氨基酸而生长。

  这个过程一直持续到一个终止密码子(终止密码子),它没有与之碱基配对的相应氨酰-tRNA。

  此时,蛋白质合成停止(终止阶段),完成的多肽从核糖体中释放出来。

  氨酰-tRNA的合成

  氨酰-tRNA 的合成至关重要,原因有两个:

  每个氨基酸必须与 tRNA 分子共价连接才能参与蛋白质合成,这取决于 tRNA 的“适配器”功能以确保掺入正确的氨基酸。

  氨基酸和 tRNA 之间形成的共价键是一种高能键,使氨基酸能够与正在生长的多肽链末端反应形成新的肽键。

  因此,氨酰-tRNA的合成也称为氨基酸活化。

  每个 tRNA 分子都有一个三叶草二级结构,反密码子位于反密码子茎环的末端。

  在氨酰-tRNA的合成过程中,氨基酸与CCA序列3'端的A残基共价结合。

  每个 tRNA 分子只携带一个氨基酸。

  氨基酸与 tRNA 的结合是由一种称为氨酰-tRNA 合成酶的酶催化的。

  每个氨基酸都存在一个单独的氨酰-tRNA 合成酶,总共产生 20 个合成酶。

  合成反应分两步进行。

  第一步是氨基酸和 ATP 反应形成氨酰基腺苷酸(也称为氨酰基-AMP)。

  第二步,在不离开酶的情况下,将氨酰基-AMP的氨酰基转移到tRNA分子的3'端,形成氨酰基-tRNA

  总体反应是:

  氨基酸 + ATP + tRNA → 氨酰-tRNA + AMP + PP i

  蛋白质合成的启动

  在所有 mRNA 中翻译的第一个密码子是起始密码子或起始密码子 AUG,它编码蛋氨酸。

  两种不同的 tRNA 用于两种类型的 AUG 密码子;tRNA f Met用于起始密码子,称为起始 tRNA,而 tRNA m Met用于内部 AUG 密码子。

  在原核生物中,新蛋白质的第一个氨基酸是 N-甲酰甲硫氨酸(缩写为 fMet)。因此,用于起始的氨酰基-tRNA 是 fMet-tRNA f Met。

  富含嘌呤的短序列 (5'-AGGAGGU-3'),称为Shine-Dalgarno 序列,位于 AUG 起始密码子的 5',与小核糖体亚基中的部分 16S rRNA 互补。

  因此,这是 30S 核糖体亚基的结合位点,然后沿 mRNA 沿 3' 方向迁移,直到遇到 AUG 起始密码子。

  蛋白质合成的起始需要称为起始因子 (IFs) 的蛋白质。

  在原核生物中,三个起始因子(IF-1、IF-2 和 IF-3)是必不可少的。

  由于该过程的复杂性,IF-1、IF-2、IF-3、fMet-tRNAf的确切结合顺序存在争议。

  涉及的步骤

  起始开始于 IF-1 和 IF-3 与小 (30S) 核糖体亚基的结合。

  它们的作用是在没有 mRNA 和 fMet-tRNA f Met的情况下阻止 30S 亚基与 50S 亚基结合,这会导致核糖体无功能。

  然后,小亚基通过 Shine-Dalgarno 序列与 mRNA 结合,并沿着 mRNA 移动 3',直到找到 AUG 起始密码子。

  带有 N-甲酰甲硫氨酸并与 IF-2 和 GTP (fMet-tRNAfMet/IF-2/GTP) 复合的引发剂 tRNA 现在结合。

  IF-3 发布。

  mRNA、fMet-tRNAf Met、IF-1、IF-2和30S核糖体亚基的复合体称为30S起始复合体。

  大 (50S) 核糖体亚基现在结合,释放 IF-1 和 IF-2 并水解 GTP,形成 70S 起始复合物。

  蛋白质合成的延伸

  在第一轮延伸开始时,起始密码子 (AUG) 位于 P 位点,fMet-tRNA f Met通过密码子-反密码子碱基配对与其结合。

  mRNA 中的下一个密码子位于 A 位点。

  多肽链的延伸发生在三个称为延伸循环的步骤中,即氨酰-tRNA结合、肽键形成和易位:

  氨酰-tRNA结合

  第二个密码子的相应氨酰基-tRNA 通过密码子-反密码子相互作用与 A 位点结合。

  氨酰-tRNA 的结合需要延伸因子 EF-Tu 和 GTP,它们作为氨酰-tRNA/EF-Tu/GTP 复合物结合。

  结合后,GTP 被水解并释放 EF-Tu,现在与 GDP 结合。

  在 EF-Tu 分子可以催化另一个带电 tRNA 与核糖体结合之前,它必须通过涉及另一个延伸因子 EF-Ts 的过程进行再生。

  这种再生称为 EF-Tu-EF-Ts 交换循环。

  首先,EF-Ts 绑定到 EF-Tu 并取代 GDP。然后 GTP 绑定到 EF-Tu 并取代 EF-T。EF-Tu-GTP 现在已准备好参与另一轮延伸。

  肽键形成

  第二步,肽键的形成,由肽基转移酶催化。

  在该反应中,与 P 位点中的 tRNA 结合的氨基酸的羧基末端与 tRNA 解偶联,并通过肽键连接到与 A 位点中的 tRNA 连接的氨基酸的氨基上。

  易位

  第三步,延伸因子EF-G(也称为转位酶)和GTP(即EF-G/GTP)的复合物与核糖体结合。

  现在发生了三种协同运动,统称为易位:

  脱酰 tRNA 从 P 位点移动到 E 位点

  A位点的二肽基-tRNA移动到P位点,并且

  核糖体沿 mRNA(5' 到 3')移动三个核苷酸,将下一个密码子置于 A 位点。

  在易位事件期间,GTP 被水解为 GDP 和无机磷酸盐,EF-G 被释放出来,准备结合更多的 GTP 进行另一轮延伸。

  易位后,A 位点为空并准备好接收下一个氨酰基tRNA。

  A站和E站不能同时占用。因此,在下一个氨酰基-tRNA 与 A 位点结合以开始新一轮的延伸之前,脱酰基化的 tRNA 从 E 位点释放。

  延伸继续,在每个被读取的密码子的生长多肽的 C 末端添加一个氨基酸,肽基-tRNA 在其生长过程中从 P 位点到 A 位点来回移动。

  蛋白质合成的终止

  最终,三个终止密码子(也称为终止密码子)之一位于 A 位点。这些是UAG,UAA和UGA。

  与其他密码子不同,原核细胞不含与

  终止密码子。相反,两个释放因子(RF-1 和 RF-2)之一结合。

  RF-1 识别 UAA 和 UAG,而 RF-2 识别 UAA 和 UGA。还需要第三个释放因子 RF-3 来帮助 RF-1 或 RF-2 与核糖体相互作用。因此,RF-1 + RF-3 或 RF-2 + RF-3 结合取决于 A 位点中的确切终止密码子。

  RF-1(或 RF-2)在 A 位点或附近结合,而 RF-3/GTP 在核糖体的其他地方结合。

  释放因子导致肽基转移酶活性将多肽转移到水分子而不是氨酰-tRNA,从而有效地切割多肽和tRNA在P位点之间的键。

  游离多肽现在离开核糖体,随后是 mRNA 和游离 tRNA,核糖体解离成 30S 和 50S 亚基,准备再次开始翻译。

本文链接:https://www.zjby-biotech.com/news/hydt/783.html

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