Question

原核生物蛋白质合成体系由哪些物质组成？各起什么作用

Answer 1

一）蛋白质合成体系的重要组分
翻译：蛋白质的生物合成,即翻译,就是将核酸中由 4 种核苷酸序列编码的遗传信息,通过遗传密码破译的方式解读为蛋白质一级结构中20种氨基酸的排列顺序 .
1.mRNA与遗传密码；
mRNA分子上从5’至3’方向,由AUG开始,每3个核苷酸为一组,决定肽链上某一个氨基酸或蛋白质合成的起始、终止信号,称为三联体密码.
从mRNA 5’端起始密码子AUG到3’端终止密码子之间的核苷酸序列,各个三联体密码连续排列编码一个蛋白质多肽链,称为开放阅读框架(ORF).
密码子特点：
①阅读方向：5’→3’；②无标点符号；③密码子不重叠；④密码子的简并性；⑤密码子与反密码子的作用；⑥起始密码子AUG,终止密码子UAA,UAG,UGA；⑦密码子的通用性和例外.
2.tRNA
蛋白质合成过程中,起着运输氨基酸的作用.有如下的功能：
①3’末端携带氨基酸；②识别氨基酰-tRNA合成酶的位点；③核糖体识别位点；④反密码子的位点.
3.rRNA与核糖体
⑴.rRNA的主要功能是形成核糖体,是蛋白质合成的场所.
⑵.核糖体的活性中心：
二位点模型：A位（氨酰基部位）,氨基酰-tRNA进入部位.
P位（肽基部位）,为起始tRNA或正在延伸中的肽酰-tRNA结合部位.
三位点模型：除了A位和P位外,还有E位,空载tRNA离开的位点.
⑶.多核糖体：mRNA同时与若干个核糖体结合形成的念珠状结构,称为多核糖体
4.辅助因子
⑴.起始因子：参与蛋白质生物合成起始的蛋白因子；
⑵.延伸因子：参与蛋白质生物合成过程中肽链延伸的蛋白因子；
⑶.释放因子：作用是与终止密码子结合终止肽链的的合成并使肽链从核糖体上释放出来.
（二）蛋白质的生物合成过程
翻译过程从阅读框架的5´-AUG开始,按mRNA模板三联体密码的顺序延长肽链,直至终止密码出现.
1.氨基酸的活化；
⑴.氨基酰-tRNA合成酶
⑵.过程：
氨基酰-tRNA合成酶
ATP + AA -----------------→ AA-AMP-酶 + PPi
tRNA + AA-AMP-酶 -----------------→ 氨基酰-tRNA + 酶
①氨基酰-tRNA合成酶对底物氨基酸和tRNA都有高度特异性.
②氨基酰-tRNA合成酶具有校正活性.
③氨基酰-tRNA的表示方法：
Ala-tRNAAla 、Ser-tRNASer 、Met-tRNAMet
2.肽链合成的起始 ：
⑴.SD序列和起始因子
SD序列：mRNA 5’翻译起始区富含嘌呤的序列
起始因子：
原核生物：IF-1、IF-2、IF-3
真核生物：eIF-1、eIF-2、eIF-2A、eIF-3等
⑵.起始氨酰-tRNA
真核生物： Met-tRNAiMet
原核生物： fMet- tRNAifMet
⑶.起始复合物的形成
①核蛋白体大小亚基分离；
②mRNA在小亚基定位结合；
③起始氨基酰-tRNA的结合；
④核蛋白体大亚基结合.
3.肽链的延伸：
⑴.延伸过程所需蛋白因子称为延长因子；
原核生物：EF-T(EF-Tu, EF-Ts)、EF-G
真核生物：EF-1 、EF-2
⑵.过程
进位：指根据mRNA下一组遗传密码指导,使相应氨基酰-tRNA进入核蛋白体A位,消耗1分子ATP；
转肽：是由转肽酶催化的肽键形成过程；
移位：肽酰-tRNA由A位→P位的过程,消耗1分子ATP；
4.肽链合成的终止和释放
⑴.原核生物释放因子：RF-1,RF-2,RF-3
真核生物释放因子：eRF
⑵.释放因子的功能：
一是识别终止密码,如RF-1特异识别UAA、UAG；而RF-2可识别UAA、UGA.
二是诱导转肽酶改变为酯酶活性,相当于催化肽酰基转移到水分子-OH上,使肽链从核蛋白体上释放.
5.GTP在蛋白质的生物合成中的作用
蛋白质合成过程是一个大量消耗能量的过程.除去氨基酸活化是消耗ATP外,此外消耗的都是GTP.原因是GTP使一些蛋白质因子与tRNA或核糖体易于以非共价键结合.
（三）肽链合成后的加工与定向运输
从核蛋白体释放出的新生多肽链不具备蛋白质生物活性,必需经过不同的翻译后复杂加工过程才转变为天然构象的功能蛋白.
⑴.加工的方式：
①多肽链折叠为天然的三维结构：新生肽链的折叠在肽链合成中、合成后完成,新生肽链N端在核蛋白体上一出现,肽链的折叠即开始.可能随着序列的不断延伸肽链逐步折叠,产生正确的二级结构、模序、结构域到形成完整空间构象；一般认为,多肽链自身氨基酸顺序储存着蛋白质折叠的信息,即一级结构是空间构象的基础；细胞中大多数天然蛋白质折叠都不是自动完成,而需要其他酶、蛋白辅助.
几种有促进蛋白折叠功能的大分子：
a.分子伴侣：分子伴侣是细胞一类保守蛋白质,可识别肽链的非天然构象,促进各功能域和整体蛋白质的正确折叠.
b. 蛋白二硫键异构酶：多肽链内或肽链之间二硫键的正确形成对稳定分泌蛋白、膜蛋白等的天然构象十分重要,这一过程主要在细胞内质网进行.
二硫键异构酶在内质网腔活性很高,可在较大区段肽链中催化错配二硫键断裂并形成正确二硫键连接,最终使蛋白质形成热力学最稳定的天然构象.
c.肽-脯氨酰顺反异构酶：多肽链中肽酰-脯氨酸间形成的肽键有顺反两种异构体,空间构象明显差别.
肽酰-脯氨酰顺反异构酶可促进上述顺反两种异构体之间的转换.
肽酰-脯氨酰顺反异构酶是蛋白质三维构象形成的限速酶,在肽链合成需形成顺式构型时,可使多肽在各脯氨酸弯折处形成准确折叠.
②肽链一级结构的修饰
a.肽链N端的修饰
b.个别氨基酸的修饰
c.多肽链的水解修饰
③高级结构修饰.
a.亚基聚合
b.辅基连接
c.疏水脂链的共价连接
⑵.运输
①蛋白质合成后需要经过复杂机制,定向输送到最终发挥生物功能的细胞靶部位,这一过程称为蛋白质的靶向输送.
②所有靶向输送的蛋白质结构中存在分选信号,主要为N末端特异氨基酸序列,可引导蛋白质转移到细胞的适当靶部位,这一序列称为信号序列 .
③各种新生分泌蛋白的N端有保守的氨基酸序列称信号肽.
输送的方式有两种：“翻译转运同步机制”和“翻译后转运机制”
详情见：
http://www.foodmate.net/lesson/48/14.php
otwCVps 2014-11-05
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GTP在蛋白质生物合成中的作用

Answer 2

（一）蛋白质合成体系的重要组分
翻译：蛋白质的生物合成，即翻译，就是将核酸中由 4 种核苷酸序列编码的遗传信息，通过遗传密码破译的方式解读为蛋白质一级结构中20种氨基酸的排列顺序 。
1.mRNA与遗传密码；
mRNA分子上从5’至3’方向，由AUG开始，每3个核苷酸为一组，决定肽链上某一个氨基酸或蛋白质合成的起始、终止信号，称为三联体密码。
从mRNA 5’端起始密码子AUG到3’端终止密码子之间的核苷酸序列，各个三联体密码连续排列编码一个蛋白质多肽链，称为开放阅读框架(ORF)。
密码子特点：
①阅读方向：5’→3’；②无标点符号；③密码子不重叠；④密码子的简并性；⑤密码子与反密码子的作用；⑥起始密码子AUG，终止密码子UAA，UAG，UGA；⑦密码子的通用性和例外。
2.tRNA
蛋白质合成过程中，起着运输氨基酸的作用。有如下的功能：
①3’末端携带氨基酸；②识别氨基酰-tRNA合成酶的位点；③核糖体识别位点；④反密码子的位点。
3.rRNA与核糖体
⑴.rRNA的主要功能是形成核糖体，是蛋白质合成的场所。
⑵.核糖体的活性中心：
二位点模型：A位（氨酰基部位），氨基酰-tRNA进入部位。
P位（肽基部位），为起始tRNA或正在延伸中的肽酰-tRNA结合部位。
三位点模型：除了A位和P位外，还有E位，空载tRNA离开的位点。
⑶.多核糖体：mRNA同时与若干个核糖体结合形成的念珠状结构，称为多核糖体
4.辅助因子
⑴.起始因子：参与蛋白质生物合成起始的蛋白因子；
⑵.延伸因子：参与蛋白质生物合成过程中肽链延伸的蛋白因子；
⑶.释放因子：作用是与终止密码子结合终止肽链的的合成并使肽链从核糖体上释放出来。
（二）蛋白质的生物合成过程
翻译过程从阅读框架的5´-AUG开始，按mRNA模板三联体密码的顺序延长肽链，直至终止密码出现。
1.氨基酸的活化；
⑴.氨基酰-tRNA合成酶
⑵.过程：
氨基酰-tRNA合成酶
ATP + AA -----------------→ AA-AMP-酶 + PPi
tRNA + AA-AMP-酶 -----------------→ 氨基酰-tRNA + 酶
①氨基酰-tRNA合成酶对底物氨基酸和tRNA都有高度特异性。
②氨基酰-tRNA合成酶具有校正活性。
③氨基酰-tRNA的表示方法：
Ala-tRNAAla 、Ser-tRNASer 、Met-tRNAMet
2.肽链合成的起始 ：
⑴.SD序列和起始因子
SD序列：mRNA 5’翻译起始区富含嘌呤的序列
起始因子：
原核生物：IF-1、IF-2、IF-3
真核生物：eIF-1、eIF-2、eIF-2A、eIF-3等
⑵.起始氨酰-tRNA
真核生物： Met-tRNAiMet
原核生物： fMet- tRNAifMet
⑶.起始复合物的形成
①核蛋白体大小亚基分离；
②mRNA在小亚基定位结合；
③起始氨基酰-tRNA的结合；
④核蛋白体大亚基结合。
3.肽链的延伸：
⑴.延伸过程所需蛋白因子称为延长因子；
原核生物：EF-T(EF-Tu, EF-Ts)、EF-G
真核生物：EF-1 、EF-2
⑵.过程
进位：指根据mRNA下一组遗传密码指导，使相应氨基酰-tRNA进入核蛋白体A位，消耗1分子ATP；
转肽：是由转肽酶催化的肽键形成过程；
移位：肽酰-tRNA由A位→P位的过程，消耗1分子ATP；
4.肽链合成的终止和释放
⑴.原核生物释放因子：RF-1，RF-2，RF-3
真核生物释放因子：eRF
⑵.释放因子的功能：
一是识别终止密码，如RF-1特异识别UAA、UAG；而RF-2可识别UAA、UGA。
二是诱导转肽酶改变为酯酶活性，相当于催化肽酰基转移到水分子-OH上，使肽链从核蛋白体上释放。
5.GTP在蛋白质的生物合成中的作用
蛋白质合成过程是一个大量消耗能量的过程。除去氨基酸活化是消耗ATP外，此外消耗的都是GTP。原因是GTP使一些蛋白质因子与tRNA或核糖体易于以非共价键结合。
（三）肽链合成后的加工与定向运输
从核蛋白体释放出的新生多肽链不具备蛋白质生物活性，必需经过不同的翻译后复杂加工过程才转变为天然构象的功能蛋白。
⑴.加工的方式：
①多肽链折叠为天然的三维结构：新生肽链的折叠在肽链合成中、合成后完成，新生肽链N端在核蛋白体上一出现，肽链的折叠即开始。可能随着序列的不断延伸肽链逐步折叠，产生正确的二级结构、模序、结构域到形成完整空间构象；一般认为，多肽链自身氨基酸顺序储存着蛋白质折叠的信息，即一级结构是空间构象的基础；细胞中大多数天然蛋白质折叠都不是自动完成，而需要其他酶、蛋白辅助。
几种有促进蛋白折叠功能的大分子：
a.分子伴侣：分子伴侣是细胞一类保守蛋白质，可识别肽链的非天然构象，促进各功能域和整体蛋白质的正确折叠。
b. 蛋白二硫键异构酶：多肽链内或肽链之间二硫键的正确形成对稳定分泌蛋白、膜蛋白等的天然构象十分重要，这一过程主要在细胞内质网进行。
二硫键异构酶在内质网腔活性很高，可在较大区段肽链中催化错配二硫键断裂并形成正确二硫键连接，最终使蛋白质形成热力学最稳定的天然构象。
c.肽-脯氨酰顺反异构酶：多肽链中肽酰-脯氨酸间形成的肽键有顺反两种异构体，空间构象明显差别。
肽酰-脯氨酰顺反异构酶可促进上述顺反两种异构体之间的转换。
肽酰-脯氨酰顺反异构酶是蛋白质三维构象形成的限速酶，在肽链合成需形成顺式构型时，可使多肽在各脯氨酸弯折处形成准确折叠。
②肽链一级结构的修饰
a.肽链N端的修饰
b.个别氨基酸的修饰
c.多肽链的水解修饰
③高级结构修饰。
a.亚基聚合
b.辅基连接
c.疏水脂链的共价连接
⑵.运输
①蛋白质合成后需要经过复杂机制，定向输送到最终发挥生物功能的细胞靶部位，这一过程称为蛋白质的靶向输送。
②所有靶向输送的蛋白质结构中存在分选信号，主要为N末端特异氨基酸序列，可引导蛋白质转移到细胞的适当靶部位，这一序列称为信号序列 。
③各种新生分泌蛋白的N端有保守的氨基酸序列称信号肽。
输送的方式有两种：“翻译转运同步机制”和“翻译后转运机制”