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蛋白質(zhì)生物合成

 紫夢一 2019-10-16
蛋白質(zhì)生物合成是指在生物細胞內(nèi)制造新的蛋白質(zhì),它是通過蛋白酶解蛋白質(zhì)導(dǎo)向細胞蛋白的損耗被平衡。翻譯,是在核糖體組裝蛋白質(zhì),是生物合成途徑的一個重要組成部分,隨著生成的信使RNA(mRNA),轉(zhuǎn)移RNA(tRNA的)氨?;?/a>,合作翻譯轉(zhuǎn)運,并翻譯后修飾。蛋白質(zhì)的生物合成在多個步驟有嚴格的調(diào)控[1],和已建立錯誤檢查機制。它們主要是轉(zhuǎn)錄(從DNA模板合成RNA的現(xiàn)象)和翻譯(從RNA中氨基酸組裝的現(xiàn)象)。

順反子DNA被轉(zhuǎn)錄成RNA的各種中間體。最后的版本被用作在合成多肽鏈的模板。蛋白質(zhì)通常會直接從基因通過翻譯mRNA合成。

這個名詞曾經(jīng)是指蛋白質(zhì)的翻譯,但現(xiàn)時則是指一個多重的步驟,以轉(zhuǎn)錄開始及翻譯作結(jié)。

原核生物的蛋白質(zhì)生物合成雖然與真核生物的很相似,但是它們有所不同。

氨基酸合成[編輯]

主條目:氨基酸合成

氨基酸聚合就可以得到蛋白質(zhì)。氨基酸合成是一系列的生物化學(xué)過程(代謝途徑)將從葡萄糖等建立氨基酸。并非所有氨基酸都可以生物合成,例如成人必需的20中氨基酸中,就有8種氨基酸是人體無法自身合成的,需要從食物中攝取。氨基酸會被運送至轉(zhuǎn)運RNA(tRNA)用在翻譯的過程。

轉(zhuǎn)錄[編輯]

主條目:轉(zhuǎn)錄

轉(zhuǎn)錄是由基因組產(chǎn)生含有蛋白質(zhì)序列的信使RNA(mRNA)模板,以進行翻譯。只需要脫氧核糖核酸(DNA)雙螺旋的其中一條鏈就能進行轉(zhuǎn)錄,此鏈稱為模板鏈。轉(zhuǎn)錄可以分為3個階段:起始,延伸和終止,每個階段由大量蛋白質(zhì)調(diào)節(jié),例如轉(zhuǎn)錄因子共激活因子,確保正確的基因被轉(zhuǎn)錄。

  1. 核糖核酸聚合酶(RNA聚合酶)先與DNA的用作轉(zhuǎn)錄起始的特別區(qū)域結(jié)合。這個結(jié)合區(qū)域稱為啟動子。當RNA聚合酶與啟動子結(jié)合后,該DNA鏈會開始卷開。

  2. 第二個轉(zhuǎn)錄步驟是轉(zhuǎn)錄延伸。RNA聚合酶與未編碼的模板鏈一起,合成核糖核苷酸聚合物。RNA聚合酶并不會使用已編碼的鏈為模板,這是因為任何一股的拷貝會生產(chǎn)一組補充的基礎(chǔ)序列,所以只有未編碼鏈才會作為模板來復(fù)制已編碼鏈。

  3. 當聚合酶到達最后階段,全新轉(zhuǎn)錄的信使RNA(mRNA)需要修飾以能夠到達細胞的其他部分,包括細胞質(zhì)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)。一個5'端帽會加入并保護mRNA,免于降解。聚A尾會被加入3'端保護,并成為接下步驟的模板。在真核生物中,最重要的基因拼接步驟會于此階段出現(xiàn),移除內(nèi)含子及合并外顯子。

轉(zhuǎn)錄的第一個產(chǎn)物在原核細胞中與真核細胞不同,因為在原核細胞中第一個產(chǎn)物是信使RNA(mRNA),其不需要轉(zhuǎn)錄后修飾,而在真核細胞中,第一個產(chǎn)物被稱為初級轉(zhuǎn)錄物,需要后 轉(zhuǎn)錄修飾(用7-甲基鳥苷加帽,用聚A尾加尾)得到hnRNA(異源核RNA)。 然后hnRNA通過剪接體經(jīng)歷內(nèi)含子(基因的非編碼部分)的剪接以產(chǎn)生最終信使RNA(mRNA)。

翻譯[編輯]

在翻譯的過程中,先前從DNA被轉(zhuǎn)錄的mRNA會被特別的細胞結(jié)構(gòu)解碼以制造蛋白質(zhì),這個特別的細胞結(jié)構(gòu)稱為核糖體。蛋白質(zhì)生物合成會被分為起始、延伸及完成階段。

核糖體可以提供場所,讓另一種特別的RNA,稱為轉(zhuǎn)運RNA(tRNA)與mRNA結(jié)合。tRNA內(nèi)有一組“反密碼子”能將相對應(yīng)的序列與mRNA在核糖體內(nèi)互相形成氫鍵。因此,相對應(yīng)的的tRNA(化學(xué)上與特定的氨基酸結(jié)合)會被導(dǎo)向至核糖體,加入在發(fā)展中的多肽。以下展示了兩個氨基酸聯(lián)合的化學(xué)過程:

核糖體會一個接一個的在mRNA的密碼子運行,另一個tRNA會借核糖體附著mRNA。首個tRNA會被釋放,但附著該tRNA的氨基酸會被運送至第二個tRNA,并與它的氨基酸結(jié)合。這種轉(zhuǎn)移不斷進行,直至生成一條氨基酸的長鏈。

當整個單位到達mRNA最后的密碼子時,它會離開及新形成的蛋白質(zhì)會被釋放,這就是完成的階段。在這個步驟中,有很多的會用來協(xié)助整個過程。

蛋白質(zhì)翻譯之后的事件[編輯]

生物合成之后的事件包括翻譯后修飾蛋白質(zhì)折疊。在合成的期間和之后,多肽鏈往往折疊卷曲成所謂的原生二級結(jié)構(gòu)三級結(jié)構(gòu)。這就是所謂的蛋白質(zhì)折疊。

很多蛋白質(zhì)會進行翻譯后修飾。這包括雙硫鍵的形成或附在任何生化官能團,如醋酸鹽、磷酸鹽、不同的脂類糖類。有些亦會將多肽鏈前端的一個或以上的氨基酸移除,或者促進多肽鏈形成鏈內(nèi)或鏈間二硫鍵。

參考文獻[編輯]

  1. ^ Kafri M, Metzl-Raz E, Jona G, Barkai N. 2016. The Cost of Protein Production. Cell Rep 14:22–31. https://dx./10.1016/j.celrep.2015.12.015

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