原核生物蛋白质合成的过程

蛋白质合成的过程蛋白质合成的过程
蛋白质生物合成的具体步骤包括：蛋白质生物合成的具体步骤包括：①氨基酸的活化；①氨基酸的活化；②活化氨基酸的转运；③活化氨基酸在核蛋白体上的缩合。

酸在核蛋白体上的缩合。

(一）氨基酸的活化转运一）氨基酸的活化转运
氨基酸的活化过程及其活化后与相应氨基酸的活化过程及其活化后与相应 tRNA 的结合过程，
都是由氨基酰tRNA 合成酶来催化的，反应方程为：tRNA+氨基酸+A TP 〖FY(KN 〗氨基酰tRNA 合成酶〖FY)〗氨基酰-tRNA+AMP+焦磷酸。

以氨基酰tRNA 形式存在的活化氨基酸，即可投入氨基酸缩合成肽的过程。

氨基酰tRNA 合成酶存在于胞液中，具有高度特异性。

它们既能识别特异的氨基酸，又能辨认携带该种氨基酸的特异tRNA 分子。

分子。

在体内，每种氨基酰在体内，每种氨基酰tRNA 合成酶都能从多种氨基酸中选出与其对应的一种，并选出与此氨基酸相应的特异tRNA 。

这是保证遗传信息准确翻译的要点之一。

确翻译的要点之一。

（二）核蛋白体循环（二）核蛋白体循环
tRNA 所携带的氨基酸，是通过“核蛋白体循环”在核蛋白体上缩合成肽，完成翻译过程的。

以原核生物中蛋白质合成为例，以原核生物中蛋白质合成为例，将核蛋白体循环人为地分为启动、将核蛋白体循环人为地分为启动、将核蛋白体循环人为地分为启动、肽链延长和终止三肽链延长和终止三个阶段进行介绍。

个阶段进行介绍。

1．启动阶段．启动阶段
在蛋白质生物合成的启动阶段，核蛋白体的大、小亚基，mRNA 与一种具有启动作用的氨基酸tRNA 共同构成启动复合体。

这一过程需要一些称为启动因子的蛋白质以及GTP 与镁离子的参与。

与镁离子的参与。

原核生物中的启动因子有原核生物中的启动因子有 3种，IF 1辅助另外两种启动因子IF 2、IF 3起作用。

起作用。

启动阶段的具体步骤如下：启动阶段的具体步骤如下：
(1)30S 亚基在IF 3与IF 1的促进下与mRNA 的启动部位结合，在IF 2的促进与IF 1辅助下与甲酰蛋氨酰tRNA 以及GTP 结合，形成30S 启动复合体。

启动复合体。

30S 启动复合体由30S 亚基、mRNA 、fMet-tRNA fMet 及IF 1、IF 2、IF 3与GTP 共同构成。

同构成。

（2）30S 启动复合体一经形成，IF 3即行脱落，50S 亚基随之与其结合，形成了大、小亚基，mRNA ，fMet －tRNA fMet 及IF 1、IF 2与GTP 共同构成的70S 启动前复合体。

启动前复合体。

（3）70S 启动前复合体的GTP 水解释出GDP 与无机磷酸的同时，IF IF 2
2和IF IF 11随之脱落，形成了启动复合体。

至此，已为肽链延长作好了准备。

落，形成了启动复合体。

至此，已为肽链延长作好了准备。

启动复合体由大、小亚基，启动复合体由大、小亚基， mRNA 与fMet －tRNA fMet 共同构成。

已知核蛋白体上有两个位置，分别称为“给位”与“受位”，启动复合体中，启动复合体中 mRNA 的启动信号相对应的fMet －tRNA fMet 亦即处于核蛋白体的给位。

亦即处于核蛋白体的给位。

2．肽链延长阶段．肽链延长阶段
这一阶段，根据这一阶段，根据 mRNA 上密码子的要求，新的氨基酸不断相应的被特异的tRNA 运至核蛋白体受位，核蛋白体受位，形成肽键。

同时，核蛋白体从形成肽键。

同时，核蛋白体从mRNA 的5′端向3′端不断移位推进翻译过程。

肽链延长阶段需要数种称为延长因子的蛋白质、GTP 与某些无机离子的参与。

与某些无机离子的参与。

(1)进位进位
受位上受位上 mRNA 密码子相对应的氨基酸tRNA 进入受位，
生成复合体V 。

此步骤需要GTP 、Mg 2+和称为肽链延长因子EFTu 与EFTs 的蛋白质因子。

的蛋白质因子。

（2）转肽）转肽
50S 亚基的给位有转肽酶的存在，可催化肽键形成。

此时在转肽酶的催化下，将给位上tRNA 所携的甲酰蛋氨酰（或肽酰）转移给受位上已特异性进入的氨基酸tRNA ，与其所带的氨基酸的氨基结合形成肽键。

此酶需要Mg 2+与K 2+存在。

存在。

（3）脱落）脱落
原在给位上的脱去甲酰蛋氨酰后的原在给位上的脱去甲酰蛋氨酰后的 tRNA fMet ，从复合物上脱落。

，从复合物上脱落。

，从复合物上脱落。

（4）移位）移位
核蛋白体向核蛋白体向 mRNA 的3′端挪动相当于一个密码子的距离，使下一个密码子准确定位在受位，同时带有肽链的tRNA 由受体移至给位，此步需有肽链延长因子EFG 、GTP 与Mg 2+。

。

以后肽链上每增加一个氨基酸残基，就按①进位（新的氨基酸tRNA 进入“受位”）②转肽（形成新的肽键）③脱落（转肽后“给位”上的tRNA 脱落）④移位（核蛋白体挪动的同时，原处于“受位”带有肽链的tRNA 随之转到“给位”）。

3．终止阶段．终止阶段
当多肽链合成已完成，当多肽链合成已完成，并且并且并且“受位”“受位”“受位”上已出现终止信号上已出现终止信号上已出现终止信号（（UAA ）
，此后即转入终止阶段。

终止阶段包括已合成完毕的肽链被水解释放，以及核蛋白体与tRNA 从mRNA 上脱落的过程。

这一阶段需要一种起终止作用的蛋白质因子——终止因子的参与。

程。

这一阶段需要一种起终止作用的蛋白质因子——终止因子的参与。

终止因子使大亚基“给位”的转肽酶不起转肽作用，而起水解作用。

在转肽酶的作用下，“给位”上tRNA 所携带的多肽链与tRNA 之间的酯键被水解，并从核蛋白体及tRNA 上释出。

出。

从mRNA 上脱落的核蛋白体，分解为大小两个亚基，重新进入核蛋白体循环。

核蛋白体的解体需要IF 3的参与。

的参与。

原核生物的蛋白质生物合成
氨基酸在核糖体上缩合成多肽链是通过核糖体循环而实现的。

此循环可分为肽链合成的起始(intiation)，肽链的延伸(elongation)和肽链合成的终止三个主要过程。

原核细胞的蛋白质合成过程以E.coli 细胞为例。

细胞为例。

1.肽链合成的起始肽链合成的起始
1.三元复合物的形成。

核糖体30S 小亚基附着于mRNA 的起始信号部位，该结合反应是由起始因子3(IF3)介导的，另外有Mg2+的参与。

故形成IF3-30S 亚基-mRNA 三元复合物。

2.30S 前起始复合物的形成。

在起始因子2(IF2)的作用下，甲酰蛋氨酸-起始型tRNA(fMet-tRNA tRNA(fMet-tRNA Met)Met)与mRNA 分子中的起始密码子(AUG 或GUG)相结合，即密码子与反密码子相互反应。

同时IF3从三元复合物脱落，形成30S 前起始复合物，即IF2-30S 亚基-mRNA-fMet-tRNAMef 复合物。

此步亦需要fGTP 和Mg2+参与。

参与。

3.70S 起始复合物形成。

50S 亚基与上述的30S 前起始复合物结合，同时IF2脱落，形成70S 起始复合物，即30S 亚基-mRNA-50S 亚基-fMer-tRNA Met 复合物。

此时fMet-tRNA Met 占据着50S 亚基的肽酰位（peptidyl site ，简称为P 位或给位），而50S 的氨基酰位（aminoacyl site ，简称为A 位或受位）暂为空位。

原核细胞蛋白质合成的起始过程氨基酸活化（fMet-tRNAMet 形成）形成）
2.肽链合成的延长肽链合成的延长
这一过程包括进位、肽键形成、脱落和移位等四个步骤。

脱落和移位等四个步骤。

肽链合成的延长需两种延长因肽链合成的延长需两种延长因子(Elongationfactor ，简写为EF ），分别称为EF-T 和EF-G.此外尚需GTP 供能加速翻译过程。

1.进位即新的氨基酰-tRNA 进入50S 大亚基A 位，并与mRNA 分子上相应的密码子结合.在70S 起始复合物的基础上，原来结合在mRNA 上的fMet-tRNAMet 占据着50S 亚基的P 位点(当延长步骤循环进行二次以上时，在P 位点则为肽酰-tRNA)新进入的氨基酰-tRNA 则结合到大亚基的A 位点，并与mRNA 上起始密码子随后的第二个密码子结合。

此步需GTP 、EF-T 及Mg2+的参与。

的参与。

2.肽键形成在大亚基上肽酰转移酶(见第四章)的催化下，将P 位点上的tRNA 所携带的甲酰蛋氨酰(或肽酰基)转移给A 位上新进入的氨基酰-tRNA 的氨基酸上，即由P 位上的氨基
酸(或肽的3'端氨基酸)提供α-COOH 基，与A 位上的氨基酸的α-NH2基形成肽链。

此后，在P 位点上的tRNA 成为无负载的tRNA ，而A 位上的tRNA 负载的是二肽酰基或多肽酰基。

此步需Mg2+及K +的存在。

的存在。

3.脱落即50S 亚基P 位上无负载的tRNA(如tRNAMet)脱落。

脱落。

4.移位指在EF-G 和GTP 的作用下，核糖体沿mRNA 链(5'→3')作相对移动。

每次移动相当于一个密码子的距离，使得下一个密码子能准确的定位于A 位点处。

与此同时，原来处于A 位点上的二肽酰tRNA 转移到P 位点上，空出A 位点。

随后再依次按上述的进位、肽键形成和脱落步骤进行下一循环，即第三个氨基酰-tRNA 进入A 位点，然后在肽酰转移酶催化下，P 位上的二肽酰tRNA 又将此二肽基转移给第三个氨基酰-tRNA ，形成三肽酰tRNA 。

同时，卸下二肽酰的tRNA 又迅速从核糖体脱落。

像这样继续下去，延长过程每重复一次，肽链就延伸一个氨基酸残基。

多次重复，复一次，肽链就延伸一个氨基酸残基。

多次重复，就使肽链不断地延长，直到增长到必要的就使肽链不断地延长，直到增长到必要的长度。

通过实验已经证明，mRNA 上的信息的阅读是从多核苷酸链的5'端向3'端进行的，而肽链的延伸是从N 端开始的。

? 
3.肽链合成的终止，需终止因子或释放因子(releasing (releasing factor
factor 简写为RF)参与。

在E.coli 中已分离出三种RF:RF1(MW36000)，RF2(MW38000和RF3(MW46000)。

其中，只有RF3与GTP(或GDP)能结合。

它们均具有识别mRNA 链上终止密码子的作用，使肽链释放，核糖体解聚。

体解聚。

1.多肽链的合成已经完毕，这时，虽然多肽链仍然附着在核蛋白体及tRNA 上，但mRNA 上肽链合成终止密码子UAA(亦可以是UAG 或UGA)已在核蛋白体的A 位点上出现。

终止因子用以识别这些密码子，并在A 位点上与终止密码子相结合，从而阻止肽链的继续延伸。

RF3的作用还不能肯定，可能具有加强RF1和RF2的终止作用。

RF1和RF2对终止密码子的识别具有一定特异性，RF1可识别UAA 和UAG ，RF2识别UAA 和UGA 。

RF 与EF 在核糖体上的结合部位是同一处，它们重叠的结合部位与防止了EF 与F 同时结合于核糖体上，而扰乱正常功能。

而扰乱正常功能。

2.终止因子可能还可以使核蛋白体P 位点上的肽酰转移酶发生变构，酶的活性从转肽作用改变为水解作用，用改变为水解作用，从而使从而使tRNA 所携带的多肽链与tRNA 之间的酯键被水解切断，多肽链从核蛋白体及tRNA 释放出来。

释放出来。

最后，核蛋白体与mRNA 分离;同时，在核蛋白体P 位上的tRNA 和A 位上的RF 亦行脱落。

与mRNA 分离的核蛋白体又分离为大小两个亚基，可重新投入另一条肽链的合成过程。

核蛋白体分离为大小两个亚基的反应需要起始因子(IF3)的参与。

必须指出，上述只是单个核蛋白体的循环，即单个核蛋白体的翻译过程。

采用温和的条件小心地从细胞中分离核蛋白体时，蛋白体时，可以得到可以得到3-4个甚至上百个成串的核蛋白体。

个甚至上百个成串的核蛋白体。

称为多核蛋白体，称为多核蛋白体，即在一条mRNA 链上同一时间内结合着许多个核蛋白体，两个核蛋白体之间有一定的长度间隔，是裸露的mRNA 链段，所以多核蛋白体可以在一条mRNA 链上同时合成几条多肽链，这就大提高了翻译的效率。

在开始合成蛋白质时，一个核蛋白体先附着在mRNA 链的起始部位，再沿着mRNA 链由5'端向3'端移动，根据mRNA 链的信息，有次序的接受携带基酰的各种tRNA ，并合成多种肽链。

当这一核蛋白体移动到足够远的位置时，另一核蛋白体又可附着此mRNA 的起始部位，并开始合成另一条同样的多肽链。

每当一个核蛋白体又可到此mRNA 的终止密码子时，多肽链即合成完毕，并从核蛋白体及tRNA 上释出。

同时，此核蛋白体随之从mRNA 链上脱落分离为两个亚基，而脱落下来的大小亚基又可重新投入核蛋白体循环的翻译过程。

多核蛋白体中的核蛋白体个数，视其所附着的mRNA 大小而定。

例如，血红蛋白的多肽链约由150个氨基酸残基组成，相应的mRNA 的编码区应有450个碱基组成的多核苷酸，苷酸，长约长约150nm 。

网织红细胞核蛋白体的直径为22nm ，所以每条mRNA 足以容纳好几个核蛋白体。

现已证明，网织红细胞多核蛋白体由5-6个核蛋白体串连而成，两个核蛋白体之
间的间隔约为3nm。

肌球蛋白（即肌凝蛋白）的重链由1800个氨基酸残基组成，相应的mRNA链的编码区应当是5400个核苷酸组成的长链，多核蛋白体由60多个核蛋白体串连而成。

而成。