食品酶学导论：酶蛋白合成过程解析

2023-11-22 理论教育版权反馈

【摘要】：酶或蛋白质合成过程包括氨基酸活化、肽链合成的起始、肽链的延伸、肽链合成的终止和肽链的加工修饰等过程。原核细胞和真核细胞的酶或蛋白质合成过程基本相同，但也有区别之处。其中tRNAf用来与fMet相结合，参与肽链合成的起始作用；tRNAm携带正常的甲硫氨酸进入肽链。图6-9 多肽链合成过程（四）肽链的络止当mRNA上终止密码出现后，多肽链合成停止，肽链从肽酰-tRNA中释出，mRNA、核蛋白体等分离，这些过程称为肽链合成终止。

酶或蛋白质合成过程包括氨基酸活化、肽链合成的起始、肽链的延伸、肽链合成的终止和肽链的加工修饰等过程。原核细胞和真核细胞的酶或蛋白质合成过程基本相同，但也有区别之处。

（一）氨基酸活化

氨基酸是蛋白质合成的主要原料，而氨基酸在蛋白质合成前首先要活化，即在氨基酰-tRNA（AA-tRNA）合成酶的催化下进行活化，其所需能量由细胞内ATP提供。细胞内tRNA有几十种，每一个tRNA能专一地运送一种氨基酸，而一种氨基酸可分别被几种tRNA专一运送，这一过程是由细胞内氨基酰-tRNA合成酶所催化的。如大肠杆菌（E.coli）异亮氨酰tRNA合成酶分子质量为118000u，为一个多肽链；甲硫氨酰tRNA合成酶分子质量为180000u，为两个亚单位即两条多肽链，均具有专一催化作用。

氨基酸活化过程分两步，第一步：氨基酸+ATP+E→氨基酰-AMP-E+PPi；第二步：氨基酰-AMP-E+tRNA→氨基酰-tRNA+AMP+E。如图6-5（1）、（2）所示。

图6-5 氨基酸活化过程

（二）多肽链合成的起始

多肽链合成的起始密码多数为AUG（少数为GUG），起始氨基酸为甲酰甲硫氨酸（fMet），但并不是以甲硫氨酰-tRNA作起始物，而是以N-甲酰甲硫氨酰-tRNA（fMet-tRNAf）的形式起始。细胞内携带甲硫氨酸的tRNA有两种：tRNAf和tRNAm。其中tRNAf用来与fMet相结合，参与肽链合成的起始作用；tRNAm携带正常的甲硫氨酸进入肽链。细胞内有一种甲酰化酶可以催化N-甲酰甲硫氨酰-tRNA的形成，甲硫氨酸的α-NH₂被甲基化。这种甲酰化酶只能催化Met-tRNAf，而不能催化游离的甲硫氨酸或Met-tRNAm甲酰化。

起始过程如下：

（1）30S亚基与模板mRNA结合形成30S-mRNA复合物。

（2）30S-mRNA复合物在起始因子（initiative factor）IF₃参与下形成30S-mRNA-IF₃复合物（分子比为1∶1∶1）。IF₃分子质量为23000u，能促进30S与mRNA链上起始密码结合，也能促进70S的解离（图6-6）。

图6-6 30S-mRNA-IF₃复合物

（3）在tRNA^fMet、GTP、IF₁、IF₂的参与下形成30S起始复合物：30S-mRNA-tRNA^fMet-GTP-IF₁-IF₂，并释放IF₃（图6-7）。

图6-7 30S起始复合物

（4）30S起始复合物与50S亚基相结合，形成一个有生物学功能的70S起始复合物，同时GTP水解成GDP和P_i，释放出IF₁和IF₂（图6-8）。

图6-8 70S起始复合物

（5）这时，fMet-tRNAf占据了核糖体上的肽酰位点（P位点），空着的氨酰-tRNA位点（A位点）准备接受另一个氨酰-tRNA，为肽链延伸做好了准备。

（三）肽链合成的延伸

肽链合成的延伸过程如图6-9（1）和（2）所示。

（1）肽链的延伸（elongation）在延伸因子（elongation fator）EFTu和在GTP、第二个tR-NA-AA参与下形成70S-tRNA^fMet-mRNA复合物。

（2）在转肽酶（peptidyl transferase）作用下形成一个肽链连接的二肽衍生复合物。(www.chuimin.cn)

（3）70S位移一个三联体密码，具有肽键的tRNA由A位移至P位。移位的结果使原来在A位点上的肽酰-tRNA又回到P位点上，原来在P位点上的无负载的tRNA离开核糖体。移位反应需要延伸因子G（EFG），也称移位酶（translocase），移位还需要GTP参与提供能量。

（4）第2个携带AA的tRNA进入A位，然后再位移形成第二个肽键连接的三肽衍生物。肽链延伸过程每重复一次，肽链就伸长一个氨基酸的长度。

图6-9 多肽链合成过程

（四）肽链的络止

（1）当mRNA上终止密码出现后，多肽链合成停止，肽链从肽酰-tRNA中释出，mRNA、核蛋白体等分离，这些过程称为肽链合成终止。mRNA上肽链合成终止密码子为：UAA、UAG、UGA。

（2）肽链合成的终止包括两步：①对mRNA上终止信号的识别；②完工的肽酰-tRNA酯键的水解，以便使新合成的肽链释放出来。

（3）肽链的终止是在终止因子或释放因子（releast factor）参与及其辅助因子S、TR的作用下进行的。

（4）终止因子或释放因子包括：RF₁、RF₂、RF₃。RF₁用以识别密码子UAA、UAG。RF₂帮助识别UAA、UAG。RF₃不识别任何终止密码子，但能协助肽链释放。RF₁和RF₂可能使P位点上的肽酰转移酶活力转为水解活力。

真核细胞蛋白质合成的机理与原核细胞十分相似，但某些步骤更为复杂，涉及的调控因子更多，区别在于：

（1）真核细胞的核糖体更大。

（2）真核细胞多肽合成的起始氨基酸为甲硫氨酸，而不是N-甲酰甲硫氨酸，即起始tR-NA为Met-tRNA。

（3）真核细胞多肽合成的起始密码子为AUG，真核细胞mRNA通常只有一个AUG密码子。

（4）真核细胞与原核细胞在合成多肽链时延长因子不同。

原核生物和真核生物酶生物合成的5个阶段的必需组分如表6-1所示。

表6-1 酶生物合成各阶段的必需组分

续表

在多聚核糖体由模板mRNA和tRNA、酶和辅助因子作用下形成的多肽，通过脱甲酰酶和氨肽酶的作用，对新合成多肽进行分子修饰，形成特定构象具有功能性的天然蛋白质。

由电子显微镜可观察到多聚核糖体（polyribosome），它是一条mRNA，可以结合多个核糖体，许多核糖体连接起来而形成纤细的mRNA线段。然而，每一个单独的核糖体是独立起作用的，并不依赖其他核糖体的存在。多聚核糖体结构及其作用如图6-10所示。

图6-10 多聚核糖体结构示意图

食品酶学导论：酶蛋白合成过程解析

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