蛋白质合成机制

蛋白质合成机制作者：李娜学号：21118016内容蛋白质合成的一般过程原核生物蛋白质合成的过程真核生物蛋白质合成的过程蛋白质合成机制的研究前景4123蛋白质合成的机理真核生物和原核生物在蛋白质合成方面有许多共同之处，因此，我们先学习蛋白质合成的一般过程，然后分别看一下原核和真核蛋白质合成的具体过程。1蛋白质合成的一般过程蛋白质合成的一般过程可以分为三个阶段：起始、延伸、终止，分别由不同的起始因子、延伸因子和终止因子（释放因子）参与。其合成过程如右图所示。蛋白质合成的一般过程(一)翻译起始（1）小亚基与mRNA结合（2）起始氨酰tRNA进入P位点，它的反密码子与mRNA上的起始密码子AUG碱基配对。（3）大亚基与小亚基结合形成起始复合物。(二)延伸方向：mRNA5/3/

新生肽：N/C/（1）就位：第二个氨酰tRNA通过密码子—反密码子的配对作用进入核糖体的A位点（氨基位点）。（2）转肽：在大亚基上肽酰转移酶作用下，A位点氨基酸的A-氨基亲核攻击P位点氨基酸的羧基基团并形成肽键，结果两个氨基酸均连到了A位点的t-RNA上，该过程称为转肽作用，此时，P位点上卸载的t-RNA从核糖体上离开。（3）移位（translocation，也可称转位）：核糖体沿着mRNA移动1个密码子位置，携带肽链的t-RNA转位到P位点，A位点空出以便接纳下一个氨基酸。(三)终止由于终止密码子不能结合任何氨酰tRNA，于是肽链合成的终止因子（又称释放因子）识别并结合到终止密码子上，接着肽转移酶的酯化酶功能转变成水解功能，将肽链从P位点tRNA上水解掉，核糖体释放掉mRNA并解体成大小亚基，翻译结束。在翻译过程中除了核糖体大小亚基、mRNA和氨酰tRNA外，还需要GTP和许多蛋白辅助因子。这些辅助因子有的起催化作用，有的起改变和稳定构象作用(四)翻译后加工不论原核生物还是真核生物，翻译完成后，一些肽链能直接折叠成最终的活性形式，不需要加工修饰，然而经常的情况是新生肽链需要加工修饰（称为翻译后加工或修饰）包括：（1）切除部分肽段（蛋白酶）（2）在特定氨基酸残基的侧链上添加一些基团（共价修饰）（3）插入辅因子，还有些单肽要聚合成多亚基蛋白。2原核生物蛋白质合成过程原核生物（大肠杆菌）每秒钟可翻译20个氨基酸，比真核生物快得多，而真核生物每分钟才大约50个氨基酸。(一)

翻译起始翻译是从形成起始复合物开始的，在原核生物中该过程需要三个起始因子参与：IF1，IF2，和IF3（1）IF3首先结合在30S亚基上，防止它过早地与50S亚基结合。（2）mRNA结合到30S亚基上。原核mRNA上在距起始密码子上游约10bp处有一段很短的（约10bp）富含嘌呤的区域称为SD序列，它能与30S亚基上的16SrRNA3端的一段互补序列（不妨称反SD序列）配对结合，mRNA正是通过其SD序列与16SrRNA的配对结合而使它处于核糖体上的恰当的位置，并使起始密码子AUG处于P位点。SD序列与16SrRNA的配对还为识别起始密码子和Met密码子提供了一种制。原核多顺反子mRNA上的每一个基因都有自己的SD序列、起始密码子和终止密码子，每一个基因的翻译都是相对独立的。（3）IF2、fMet-tRNAfmet结合到30S亚基上IF2是一个GTP结合蛋白，它先与30S亚基结合并促使起始氨酰tRNA的密码子与mRNA上的AUG结合（P位点）。原核生物的起始氨酰tRNA是N—甲酰甲硫氨酰tRNA.（4）50S大亚基结合到30S小亚基上，形成起始复合物。GTP水解成GDP释放的能量引起30S亚基构象变化，50S亚基结合到30S亚基上，同时IF2和IF3释放。因此，原核生物肽链合成的起始复合体由mRNA、70S核糖体、fMet-tRNAfMet组成。(二)延伸肽链延伸分三步进行：（1）新的氨酰tRNA进入核糖体的A位点；（2）肽键形成（转肽）；（3）核糖体移位（转位）。这三步构成了肽链延伸的一个循环。1新氨酰tRNA入位首先，在进入A位点之前，新氨酰tRNA必须与延伸因子EF—TU—GTP结合。延伸因子EF—TU是一个GTP结合蛋白，参与氨酰RNA的就位。氨酰RNA就位后，EF—TU—GTP水解，EF—TU—GDP从核糖体上释放下来，在第二个延伸因子EF—Ts帮助下EF—Tu—GDP释放掉GDP并重新结合一分子GTP再生成EF—Tu—GTP。2

肽键形成（转肽）肽键是在肽酰转移酶催化下形成的，现在认为肽酰转移酶活性存在于50S亚基23SrRNA上。驱动肽键形成的能量由P位点上的氨基酸与它的tRNA的高能肽酰酯键提供。新肽键形成后P位点卸载的tRNA就离开核糖体3核糖体移位。移位需要另一个GTP结合蛋白EF—G（延伸因子Ｇ，又叫移位酶）的参与。现在认为，GTP水解成GDP时释放出的能量促使核糖体构象发生变化，驱动肽酰tRNA从Ａ位点移动到Ｐ位点。空下的Ａ位点等待接纳下一个氨酰tRNA。(三)终止当终止密码子（UAA,UAG,UGA）进入Ａ位点时肽链合成就进入终止期。原核生物有三个释放因子（RF-1,RF-2,RF-3）参与终止。RF1识别UAA和UAG，RF2识别UAA与UGA,RF3作用尚不清楚，可能促进RF1与RF2结合。这种识别过程需要GTP并改变了核糖体的构象，肽酰转移酶的功能发生瞬时变化，转变成酯酶功能，将连接肽链与P位点tRNA的肽酰酯键水解开，肽链从核糖体上释放，mRNA与tRNA解离，核糖体解体。(四)原核生物的翻译后加工一些新生肽链从核糖体上释放下来后就直接折叠成最终的三维结构。但多数情况下是新生肽要经过一系列的加工修饰，才具有功能。有关翻译后加工修饰的许多信息都来自真核生物中的研究，但是原核细胞中的多肽也要经过几种类型的共价修饰。1切除加工包括去掉N端的甲酰甲硫氨酸和信号肽序列。信号肽（Signalpeptide），也叫引导肽（leaderpeptide），是决定多肽最终去向的一段序列，通常较短，典型情况下位于N端。在细菌中的一个例子就是多肽要插入细胞质膜必须借助信号肽序列。2糖基化尽管在原核生物中，绝大多数的复合糖是糖酯，但是，也有少量的糖蛋白的报道，例如Halobacterium细胞表面的糖蛋白，有关原核生物糖基化的机制及其功能都还不知道。3甲基化甲基转移酶利用硫酰苷甲硫氨酸对特定蛋白进行甲基化修饰。在大肠杆菌和有关细菌中发现的一种甲基转移酶能甲基化膜结合的化学受体蛋白的谷氨酸残基。这种甲基转移酶和另外一种甲基酯酶催化的甲基化/去甲基化过程在细菌趋化性的信号转导中起重要作用。4

磷酸化近年来，已经发现由蛋白激酶和蛋白磷酸化酶催化的蛋白质磷酸化/去磷酸化在原核生物中十分普遍。磷酸化/去磷酸化的意义还不太清楚。目前只知在细菌趋化性和氮代谢调空中有瞬间的磷酸化作用。(五)原核生物的翻译调控蛋白质的合成是一个非常耗能的过程。每形成一个肽键要消耗4个高能磷酸键（tRNA装载2个，aa-tRNA入位1个，移位1个）。在大肠杆菌中，用于合成的能量90%都给了蛋白质合成。因此，其合成必然要受到严格的调控。3真核生物的蛋白质合成过程蛋白质合成的研究最早是在哺乳动物细胞内进行的（入氨酰tRNA合成酶和tRNA的发现），但到60年代后注意力却集中到了细菌。原因很简单，细菌细胞易于培养，细菌基因的表达较简单也易于操作。进入70年代后，真核细胞的蛋白质合成又变成了研究的热点。真核细胞的蛋白质翻译需要大量的蛋白因子，翻译后加工和定向输送比原核复杂得多。其过程如下：（一）翻译起始真核生物核蛋白体为80S（60S+40S）。10种起始因子，生成起始复合物步骤IFeIF亚基分离起始tRNA就位mRNA就位大亚基结合IF-3、IF-1IF-2、IF-1核酸-核酸、核酸-蛋白质之间的辨认结合各种IF脱落，GTP水解eIF-3、eIF-3A、eIF-4CeIF-2、eIF2B、eIF-3、eIF-4CeIF-4、eIF-4A、eIF-4B、eIF-4E、eIF-4F（1）真核起始甲硫氨酸不需甲酰化。（2）真核mRNA没有S-D序列，但5'端帽子结构与其在核蛋白体就位相关。帽结合蛋白（CBP）可与mRNA帽子结合，促进mRNA与小亚基结合。(二)

延伸与原核类似，也可分为aa-tRNA的入位、转肽、移位三步反应。1

入位50kD的延伸因子eEF-1α-GTP与aa-tRNA结合，引导aa-tRNA进入A位点，aa-tRNA的反密码子如果与mRNA的密码子正确配对后eEF-1α-GTP水解掉一个P，随后eEF-1α-GDP离开核糖体，留下aa-tRNA。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。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。(三)

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。(四)真核生物的翻译后加工许多新生肽要经过一种或几种共价键修饰，这种修饰可以在正延伸着的肽链中进行。一般情况下，翻译后修