tRNA共有61種,對(duì)應(yīng)61種氨基酸的密碼子（64種密碼子中,2個(gè)是起始密碼子,分別對(duì)應(yīng)纈氨酸和甲硫氨酸；3個(gè)是終止密碼子,不對(duì)應(yīng)氨基酸）
tRNA的主要生物學(xué)功能是轉(zhuǎn)運(yùn)活化了的氨基酸,參與蛋白質(zhì)的生物合成.
蛋白質(zhì)合成不僅要有合成的場所,而且還必須有mRNA、tRNA、20種氨基酸原料和一些蛋白質(zhì)因子及酶.Mg、K+離子等參與,并由ATP、GTP提供能量,合成中mRNA是編碼2合成蛋白質(zhì)的模板,tRNA是識(shí)別密碼子,轉(zhuǎn)運(yùn)相應(yīng)氨基酸的工具.核糖體則是蛋白質(zhì)的裝配機(jī),它不僅組織了mRNA和rRNA的相互識(shí)別,將遺傳密碼翻譯成蛋白質(zhì)的氨基酸順序,并且控制了多肽鏈的形成,下面看看真核細(xì)胞中蛋白質(zhì)合成的主要步驟,是怎樣在細(xì)胞內(nèi)超微結(jié)構(gòu)水平上進(jìn)行的.
蛋白質(zhì)生物合成過程可分成三個(gè)階段
1.氨基酸的激素和轉(zhuǎn)運(yùn)
階段在胞質(zhì)中進(jìn)行,氨基酸本身不認(rèn)識(shí)密碼,自己也不會(huì)到Ribosome上,須靠tRNA.
氨基酸＋tRNA →→氨基酰tRNA復(fù)合物
每一種氨基酸均有專一的氨基酰-tRNA合成酶催化,此酶首先激活氨基酸的羥基,使它與特定的tRNA結(jié)合,形成氨基酰tRNA復(fù)合物.所以,此酶是高度專一的,能識(shí)別并反應(yīng)對(duì)應(yīng)的氨基酸與其tRNA,而tRNA能以反密碼子識(shí)別密碼子,將相應(yīng)的氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)到核糖體上合成肽鏈.
2.在多聚核糖體上的mRNA分子上形成多肽鏈
氨基酸在核糖體上的聚合作用,是合成的主要內(nèi)容,可分為三個(gè)步驟:
(1)多肽鏈的起始:mRNA從核到胞質(zhì),在起始因子和Mg 的作用下,小亞基與mRNA的起始部位結(jié)合,甲硫氨酰(蛋氨酸)—tRNA的反密碼子,識(shí)別mRNA上的起始密碼AuG(mRNA)互補(bǔ)結(jié)合,接著大亞基也結(jié)合上去,核糖體上一次可容納二個(gè)密碼子.
(2)多肽鏈的延長:第二個(gè)密碼對(duì)應(yīng)的氨酰基—tRNA進(jìn)入核糖體的A位,也稱受位,密碼與反密碼的氫鍵,互補(bǔ)結(jié)合.在大亞基上的多肽鏈轉(zhuǎn)移酶(轉(zhuǎn)肽酶)作用下,供位(P位)的tRNA攜帶的氨基酸轉(zhuǎn)移到A位的氨基酸后并與之形成肽鍵(—CO-NH—),tRNA脫離P位并離開P位,重新進(jìn)入胞質(zhì),同時(shí),核糖體沿mRNA往前移動(dòng),新的密碼又處于核糖體的A位,與之對(duì)應(yīng)的新氨基酰-tRNA又入A位,轉(zhuǎn)肽鍵把二肽掛于此氨基酸后形成三肽,ribosome又往前移動(dòng),由此漸進(jìn)漸進(jìn),如此反復(fù)循環(huán),就使mRNA上的核苷酸順序轉(zhuǎn)變?yōu)榘被岬呐帕许樞?
注意:P位(供位):供tRNA;供肽鏈
A位(受位):受氨基酸-tRNA;受肽鏈核苷酸與氨基酸相連系的橋梁是tRNA.
(3)多肽鏈的終止與釋放:肽鏈的延長不是無限止的,當(dāng)mRNA上出現(xiàn)終止密碼時(shí)(UGA,U氨基酸和UGA),就無對(duì)應(yīng)的氨基酸運(yùn)入核糖體,肽鏈的合成停止,而被終止因子識(shí)別,進(jìn)入A位,抑制轉(zhuǎn)肽酶作用,使多肽鏈與tRNA之間水解脫下,順著大亞基中央管全部釋放出,離開核糖體,同時(shí)大小亞基與mRNA分離,可再與mRNA起始密碼處結(jié)合,也可游離于胞質(zhì)中或被降解,mRNA也可被降解.
這是在一個(gè)核糖體上氨基酸聚合成肽鏈,每一個(gè)核糖體一秒鐘可翻譯40個(gè)密碼子形成40個(gè)氨基酸肽鍵,其合成肽鏈效率極高.可見,核糖體是肽鏈的裝配機(jī).
合成的若是結(jié)構(gòu)蛋白,則這些多肽便經(jīng)過某些修飾、剪接后形成四級(jí)結(jié)構(gòu),投入使用,若是輸出蛋白呢?
我們知道分泌蛋白質(zhì)是先存在于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔中,后經(jīng)高爾基體排出,胞吐外排,那么,合成的輸出蛋白是怎樣進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔的呢?
3.信號(hào)學(xué)說:Signal hypothesis
與膜結(jié)合的核糖體和游離核糖體在性質(zhì)上是一樣的,那這種核糖體為什么會(huì)結(jié)合到粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上呢?新肽鏈又是怎樣進(jìn)入RER囊腔的呢?信號(hào)學(xué)說闡明了固著核糖體上合成蛋白質(zhì)的特殊性,該學(xué)說的基本要點(diǎn).
(1)分泌蛋白質(zhì)多肽的合成一開始也在游離多聚核糖體上,但其mRNA在AUG之后有一段45-90bp的信號(hào)順序(密碼),由此能翻譯出15-30個(gè)氨基酸的多肽(信號(hào)肽)Signal Peptide.這種能合成信號(hào)肽的核糖體將成為附著核糖體與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)結(jié)合,不能合成信號(hào)肽的為游離核糖體,仍散布于胞質(zhì)中.
(2)近幾年的研究發(fā)現(xiàn),胞質(zhì)中存在著信號(hào)識(shí)別顆粒(Signal RecoynitionParticle,SRP),它既能識(shí)別露出核糖體之外的信號(hào)肽,又能識(shí)別RER膜上的SRP受體,只有當(dāng)核糖體出現(xiàn)信號(hào)肽時(shí),SRP才與核糖體的親和力增高.
(3)SRP與核糖體一結(jié)合,便以tRNA的構(gòu)型占據(jù)了核糖體的“A”位,使核糖體的蛋白質(zhì)合成暫時(shí)停止.
(4)SRP-核糖體復(fù)合體與RER上的SRP受體結(jié)合核糖體則以大亞基結(jié)合于RER上的嵌入蛋白(核糖體結(jié)合蛋白Ⅰ和Ⅱ),所以SRP受體又稱停泊蛋白(docking 蛋白質(zhì)),SRP與SRP受體結(jié)合是暫時(shí)的,當(dāng)核糖體附著于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜后,SRP便離去,核糖體結(jié)合蛋白只存在于RER上.
(5)信號(hào)肽由疏水性氨基酸構(gòu)成,當(dāng)能合成信號(hào)肽的核糖體與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜結(jié)合后,信號(hào)肽便經(jīng)由內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜插入膜腔內(nèi),(內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜中2-多個(gè)識(shí)別信號(hào)肽的受體蛋白側(cè)向移動(dòng),集中在一起形成臨時(shí)性管道與中央管相連接),而先前處于暫停狀態(tài)的蛋白質(zhì)合成活動(dòng)又重新開始.進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔的信號(hào)肽將與之相連的新生肽鏈引入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔.信號(hào)肽便被位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)表面的信號(hào)肽酶切掉,核糖體繼續(xù)合成肽鏈,肽鏈不斷延長,并在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔中保護(hù)不被破壞并在網(wǎng)腔中形成具有一定空間構(gòu)型的蛋白質(zhì),當(dāng)合成終止,受體蛋白重新分散,肽鏈從核糖體脫下,核糖體大小亞基離開,所以,固著核糖體與RER的結(jié)合不是結(jié)構(gòu)性的,而是特異性、暫時(shí)性、功能性的.