Chapter 6,Protein synthesis 蛋白質(zhì)合成,6.1 Introduction 引言,尺寸比較顯示核糖體足以結(jié)合tRNA和mRNA.,核糖體是一個(gè)大的核糖核蛋白顆粒, 它含有較多的RNA和較少的蛋白質(zhì), 可解離成大, 小兩個(gè)亞基.,6.2 Protein synthesis occurs by initiation, elongation, and termination . 蛋白質(zhì)合成包括起始, 延伸和終止.,核糖體有三個(gè)tRNA結(jié)合位點(diǎn). 氨酰-tRNA進(jìn)入A位. 肽酰-tRNA進(jìn)入P位. 去氨酰-tRNA通過E脫出. 將肽鏈從P位的肽酰-tRNA上轉(zhuǎn)移到A位的氨酰-tRNA上, 這樣, 一個(gè)氨基酸就被加到了肽鏈上.,核糖體的兩個(gè)結(jié)合tRNA的位點(diǎn).,決定相互作用的tRNA的兩個(gè)位點(diǎn), P位和A位, 橫跨核糖體的兩個(gè)亞基.,氨酰-tRNA進(jìn)入A位, 接受了肽酰-tRNA上的多肽, 再轉(zhuǎn)移到P位上, 等待進(jìn)入下一次循環(huán).,tRNA和mRNA 在核糖體上沿相同的方向移動(dòng).,蛋白質(zhì)合成由三個(gè)階段組成.,6.4 Initiation in bacteria needs 30S subunits and accessory factors. 細(xì)菌的起始反應(yīng)需要30S亞基和輔助因子.,蛋白質(zhì)合成的起始需要游離的30S和50S核糖體亞基. 起始因子(IF-1, 2, 3)是必需的, 它們結(jié)合于30S小亞基上. 攜帶起始因子的30S亞基與mRNA的起始點(diǎn)結(jié)合, 構(gòu)成起始復(fù)合體. IF-3因子必須解離以使50S大亞基結(jié)合到30S-mRNA復(fù)合體上.,翻譯起始需要游離的核糖體亞基. 當(dāng)核糖體從上次合成終止之后被釋放, 其30S小亞基就結(jié)合了起始因子, 而后解離得到游離的亞基. 當(dāng)各個(gè)亞基重新組合, 得到有功能的核糖體, 并啟動(dòng)合成時(shí), 它們會(huì)將起始因子釋放出來.,起始因子穩(wěn)定了游離的30S亞基, 并使起始tRNA結(jié)合到30S-mRNA復(fù)合體上.,6.5 A special initiator tRNA starts the polypeptide chain. 一種特定的tRNA起始子啟動(dòng)肽鏈合成.,蛋白質(zhì)合成通常始于AUG編碼的甲硫氨酸. 起始和延伸涉及不同的甲硫氨酰- tRNA. tRNA起始子有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特征, 使之與其他所有tRNA區(qū)別開來. 與細(xì)菌tRNA起始子結(jié)合的甲硫氨酸的氨基基團(tuán)是甲?；?,以甲酰四氫葉酸為輔助因子, 將甲硫氨酰-tRNA甲酰化, 得到起始子甲酰甲硫氨酰-tRNA.,fMet-tRNAf 作為tRNA起始子, 有著自己獨(dú)特的標(biāo)志.,IF-2結(jié)合起始子fMet-tRNAf, 使其進(jìn)入30S亞基的局部P位.,6.6 Use of fMet-tRNAf is controlled by IF-2 and the ribosome . fMet-tRNAf的使用受IF-2因子和核糖體所調(diào)節(jié).,只有fMet-tRNAf才能被30S亞基用于起始; 只有其他的氨酰-tRNA (aa-tRNA)才能被70S核糖體用于延伸.,fMet-tRNAf 與30S-mRNA復(fù)合體的結(jié)合需要IF-2的參與. 50S亞基結(jié)合上去后, GTP的能量被釋放, 所有的IF都被釋放出來.,6.7 Initiation involves base pairing between mRNA and rRNA. 起始涉及mRNA和rRNA之間的堿基配對(duì).,細(xì)菌mRNA的起始點(diǎn)包括AUG起始密碼子及其上游10個(gè)堿基處的Shine-Dalgarno嘌呤六聚體. 在起始過程中, 細(xì)菌核糖體30S亞基的rRNA有一個(gè)可與SD堿基序列配對(duì)的互補(bǔ)序列.,mRNA上的核糖體結(jié)合位點(diǎn)可從起始復(fù)合體上恢復(fù), 它們包含上游SD序列和起始密碼子.,在多順反子mRNA中, 每一個(gè)順反子的起始獨(dú)立發(fā)生. 當(dāng)順反子間的距離大于核糖體的跨度時(shí), 在前一個(gè)順反子終點(diǎn)的核糖體會(huì)脫離, 伴隨著下一個(gè)順反子的獨(dú)立的重新起始.,6.8 Small subunits scan for initiation sites on eukaryotic mRNA. 小亞基掃描查找真核生物mRNA的起始點(diǎn).,真核生物核糖體的40S亞基結(jié)合到mRNA的5端, 并掃描mRNA, 直到找到起始點(diǎn). 真核生物的起始區(qū)右一個(gè)包含AUG密碼子的10個(gè)核苷酸序列構(gòu)成. 在起始點(diǎn), 核糖體的60S亞基加入到復(fù)合體中.,真核生物核糖體從mRNA的5端向包括了AUG起始密碼子的核糖體結(jié)合位點(diǎn)滑動(dòng).,丙肝病毒的IRES可以直接結(jié)合40S亞基.,6.9 Eukaryotes use a complex of many initiation factors 真核生物使用由多種起始因子促成的復(fù)合體.,起始因子為啟動(dòng)的各個(gè)階段所需, 包括結(jié)合tRNA起始子, 40S亞基在mRNA的附著, 沿著mRNA上滑動(dòng)以及60S亞基的加入. 真核生物tRNA起始子是一種與延伸所用的Met-tRNA不同的Met-tRNA, 但甲硫氨酸沒有被甲?；? eIF2結(jié)合起始子Met-tRNA和GTP, 該復(fù)合體在40S亞基結(jié)合到mRNA上之前就結(jié)合到40S亞基上.,一些起始因子與核糖體小亞基結(jié)合形成43S復(fù)合體, 當(dāng)43S復(fù)合體與mRNA結(jié)合, 它搜尋起始密碼子, 并可以48S復(fù)合體的形式被分離到.,異源三聚體eIF-4F與mRNA的5端結(jié)合, 同時(shí)還結(jié)合遠(yuǎn)端的因子.,在真核生物中, eIF2與Met-tRNAi形成三元復(fù)合體, 此復(fù)合體與游離的小亞基結(jié)合后與mRNA的5端連接. 在后來的反應(yīng)中, 伴隨著GTP的水解, eIF2以eIF2-GDP的形式釋放. 然后, eIF2B因子重新生成活化形式.,起始因子使起始子Met-tRNAi與40S亞基結(jié)合起來, 形成43S復(fù)合體. 在后來的反應(yīng)中, GTP水解, eIF2以eIF2-GDP的形式釋放. 然后, eIF2B因子重新形成活化形式.,當(dāng)mRNA與43S復(fù)合體結(jié)合時(shí), 起始子間的相互作用尤其重要.,eIF1和eIF1A輔助43S起始復(fù)合物尋找mRNA直至AUG密碼子; eIF2水解它的GTP以便能與IF3同時(shí)被釋放; eIF5B催化了60S-40S亞基的結(jié)合.,6.10 Elongation factor Tu loads aminoacyl-tRNA into the A site. 延伸因子Tu將氨酰-tRNA裝入A位.,EF-Tu為單體G蛋白, 與GTP結(jié)合的活化形式可與氨酰-tRNA結(jié)合. EF-Tu-GTP-氨酰-tRNA復(fù)合體與核糖體A位結(jié)合.,EF-Tu-GTP將氨酰-tRNA安置在核糖體上后, 以EF-Tu-GDP的形式釋放. EF-Ts用來催化GTP與GDP的置換, 這個(gè)反應(yīng)消耗GTP, 釋放GDP. 唯一不能被EF-Tu-GTP識(shí)別的氨基酸是fMet-tRNAf, 兩者無法結(jié)合可保證后者不能識(shí)別內(nèi)部的AUG或GUG密碼子.,6.11 The polypeptide chain is transferred to aminoacyl-tRNA. 肽鏈轉(zhuǎn)移到氨酰-tRNA上.,50S亞基具肽基轉(zhuǎn)移酶活性. 新生肽鏈從P位的肽酰-tRNA轉(zhuǎn)移到A位的氨酰-tRNA. 肽鍵形成使P位產(chǎn)生脫?；膖RNA, A位產(chǎn)生肽酰-tRNA.,肽鍵的形成是通過P位上的肽酰-tRNA的肽鏈和A位上的氨酰-tRNA的氨基酸之間的反應(yīng)形成的.,嘌呤霉素有類似于氨酰-tRNA的結(jié)構(gòu), 它將一個(gè)芳香族氨基酸殘基與一個(gè)糖堿基相連.,6.12 Translocation moves the ribosome. 易位使核糖體移動(dòng).,核糖體的易位使mRNA在核糖體上移動(dòng)3個(gè)堿基的長(zhǎng)度. 易位使脫氨酰的tRNA進(jìn)入E位, 肽酰-tRNA進(jìn)入P位, A位空出. 雜合狀態(tài)模型提出移位分兩步進(jìn)行; 50S相對(duì)于30S亞基發(fā)生移動(dòng), 然后30S與mRNA一同移動(dòng)使核糖體構(gòu)象復(fù)原.,細(xì)菌核糖體有三個(gè)tRNA結(jié)合位點(diǎn). 氨酰-tRNA進(jìn)入核糖體的A位, 在P位有肽酰-tRNA. P位的tRNA脫?；纬呻逆I, 生成A位的肽酰-tRNA.易位將脫?；膖RNA轉(zhuǎn)移到E位, 將肽酰-tRNA轉(zhuǎn)移到P位.,易位模型分兩個(gè)階段: 第一, 當(dāng)肽鍵形成, 在A位的tRNA氨酰末端進(jìn)入P位; 然后, tRNA的反密碼子末端進(jìn)入P位.,6.13 Elongation factors bind alternately to the ribosome. 延伸因子交替地結(jié)合在核糖體上.,易位需要EF-G, 其結(jié)構(gòu)類似于氨酰-tRNA*EF-Tu*GTP 復(fù)合體. EF-Tu及EF-G與核糖體的結(jié)合是相互排斥的. 易位需要GTP水解, 這引起EF-G的變化, 繼而又引起核糖體結(jié)構(gòu)的變化.,當(dāng)核糖體接受新的氨酰-tRNA, 形成肽鍵和移位時(shí), 因子EF-Tu和EF-G交替結(jié)合到核糖體上.,6.14 Three codons terminate protein synthesis 三種密碼子終止蛋白質(zhì)合成.,三個(gè)密碼子UAA(赭石), UAG(琥珀) 和UGA(貓眼石) 終止蛋白質(zhì)合成. 細(xì)菌中終止子的使用頻率是不一樣的, 大概是UAA UGA UAG.,6.15 Termination codons are recognized by protein factors. 蛋白質(zhì)因子識(shí)別終止密碼子.,終止密碼子是被蛋白質(zhì)釋放因子而不是氨酰-tRNA所識(shí)別. I 型釋放因子的結(jié)構(gòu)類似于氨酰-RNA*EF-Tu和EF-G. I 型釋放因子應(yīng)答特異性的終止密碼子, 并水解肽酰-tRNA上的鍵. II 型釋放因子依賴GTP發(fā)揮作用, 它協(xié)助I 型因子. 原核生物(在原核生物中有兩種釋放因子)和真核生物(在真核生物中只有一種釋放因子)的機(jī)制是類似的.,分子水平的相似性使得延伸因子Tu-tRNA復(fù)合體