蛋白质生物合成的分子基础
(2009-02-28 09:48:07)
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核糖体可读框反密码子肽链杂谈 |
分类: 生物科学 |
蛋白质概念:是基因表达的最终产物,具有内在结构信息的生物大分子,其机构信息储存在其氨基酸序列之中,而这些信息又是存在于染色体DNA上的核苷酸序列决定的,具体是由对应的信使RNA分子中的核苷酸序列决定。
1.mRNA是蛋白质生物合成的模板
信使核糖核酸mRNA作为中间物质传递DNA分子上的遗传信息。这种信使核糖核酸特点:①其碱基组成与相应DNA的碱基组成一致,既携带有来自DNA的遗传信息密码;②mRNA链长度不一,因为其所编码的多肽链长度是不同的;3.在肽链合成时信使应与核糖体做短暂的结合;④形式的半衰期段,因此信使代谢速度快。
mRNA以核酸序列方式携带遗传信息,并通过这些信息来指导合成多肽链中的氨基酸序列。每个氨基酸可通过mRNA上连续排列的3个核苷酸组成的三联体密码子来决定,这些密码子以连续排列的方式连接构成可读框。可读框之外的序列称为非编码区,通常与遗传信息的表达调控有关。可读框的5‘端由起始密码AUG开始,它也是编码甲硫氨酸的遗传密码。可读框的3’端含1--3个终止密码:UAA,UAG和UGA,其功能是终止肽链的合成。原核生物在mRNA分子起始密码子上有含有一段特殊的核糖体结合位点序列,它使得核糖体能够正确识别起始密码AUG。原核生物mRNA为多基因的,分子内的核糖体结合位点使得多个基因可独立地进行可读框的翻译,合成不同的蛋白质。
2.tRNA转运活化的氨基酸移至mRNA模板上
tRNA含有两个关键部位,一个是氨基酸结合部位,另一个是与mRNA的结合部位。组成蛋白质的20种氨基酸来说,每一种至少有一种tRNA来负责转运。
从坐车反时针方向第1个环,大小为7-11个核苷酸,含有稀有碱基二氢尿嘧啶(DHV),故称为D环;第2个环含有被称作反密码子的3个碱基序列,称为反密码子环。该环在蛋白质合成中与mRNA模板上的密码子进行专一性识别配对,将所携带的氨基酸送入合成多肽的指定位置;第3个环是可变环,其组成可在3--21个碱基,是tRNA分子大小变化最大的区域;第4个环含有稀有的胸腺嘧啶(T)和甲尿嘧啶。
3.密码子与反密码子
氨基酸一旦与tRNA形成氨酰-tRNA,其进一步的去向由tRNA决定,凭借自身的反密码子与mRNA分子上的密码子相识别,而把所带的氨基酸运送到肽链的一定位置。当mRNA与tRNA在核糖体的凹槽处相遇时,tRNA一段的反密码子将与mRNA上的互补的三联体碱基既密码子相互作用。
遗传学上有一种回复突变是由于其在基因上发生突变引起的,称为基因间校正突变。大多数校正突变是发生在tRNA基因突变上,从而使tRNA的反密码子在阅读 mRNA的信息时发生变化。
4.核糖体是蛋白质生物合成部位
(1)核糖体RNA(rRNA)
核糖体内的所有了rRNA对核糖体的结构的形成和承担功能都起到重要作用,特别是16srRNA,其一级结构非常保守,某些序列甚至完全一致。二级结构保守性更强,都能折叠成相似的由多个茎环组成的构象。其中,不到半数的碱基对形成双螺旋区,但一般小于8bp,未配对的碱基形成凸环。整个结构可分成4个结构域,既中心结构域,5’端结构域,3’结构域以及主结构域。
(2)核糖蛋白体
大多数蛋白质呈现纤维状,只有少数是呈球形的。核糖体A位点的tRNA和位于P位点的tRNA与16SrRNA的结合部位,这些部位都处在16SrRNA的高度保守序列上。
(3)核糖体蛋白复合体
在细胞内,RNA分子通常与蛋白质复合存在,特定的蛋白质于特定的RNA结合。这种RNA与蛋白质复合体称为核糖核蛋白(RNP)。核糖体是最复杂的RNP,在加工过程中由rRNA和特定的核糖体蛋白复合而成。
(4)原核生物的核糖体
70S核糖体为椭圆球体,30S亚基行似动物胚胎,沿长轴方向凹进的颈部,可将其分为头部与躯干两部分。50S亚基的外形很像一把特殊的椅子,三边带有突起,中间凹下去的部位有一个很大的空穴。当30S亚基与50S亚基互相结合形成70S核糖体时,30S亚基呈伸展状与50S亚基结合,腹面与50S亚基的空穴相拥,头部与50S亚基中含蛋白质较多的一侧相结合。两个亚基接合上留有相当大的空隙,多肽链的聚合在此发生。
(5)真核生物的核糖体
在60S大亚基中,包含了大约45种蛋白质,1个5SrRNA分子,1个5.8rRNA及1个28SrRNA分子,后两者相当于原核生物23SrRNA.40S小亚基包含18srRNA和大约30种不同蛋白质。虽然整合生物中的rRNA均大些,但在相当大程度上均保留了各自RNA分子的二级结构的保守性,由于其更大的复杂性,真核生物核糖体亚基还无法重新装备成有功能的复合体。
(6)多聚核糖体
但核糖体连续不断地向mRNA附着,并沿mRNA移动且进行翻译时,就形成多聚核糖体。多聚核糖体是位于mRNA分子链上处于不同阶段的多个核糖复合体。两个核糖体之间,有一段裸露的mRNA。每个核糖体可独自完成一条多肽链的合成,所以在多聚核糖体上可以同时进行多肽链的聚合,以提高翻译效率。