核糖体主要成份为蛋白质和rRNA,是由大、小二个亚基组成的不规则颗粒。 大亚基侧面观是低面向上的倒圆锥形,底面不是平的,边缘有三个突起,中央为一凹陷,似沙发的靠背和扶手。 小亚基是略带弧形的长条,一面稍凹陷,一面稍外突,约1/3处有一细缢痕,将其分成大小两个不等部份。大小亚基凹陷部位彼此对应相结合,就形成了一个内部空间。此部位可容纳mRNA、tRNA及进行氨基酸结合等反应。 根据它们各自的沉降系数称为大亚基50s ,小亚基30s(大亚基60s,小亚基40s )。
由于沉降系数不同,核糖体又分为70S型和80S型。70S型核糖体主要存在于原核细胞及叶绿体、线粒体基质中,其小亚单位为30S,大亚单位为50S80S型核糖体主要存在于真核细胞质中,其小亚单位为40S,大亚单位60S.它的亚单位与mRNA、tRNA复合物晶体结构,在存在与不存在paromomycin两种状态下达到3.1-3.3埃的分辨率。tRNA的结合诱导了30S亚单位整个结构域的运动和保守的构型的变化,特别是A1492、A1493和16SRNAG530。这些碱基与密码子-反密码子前两个碱基对小沟紧密的相互作用。因此通过识别碱基配对规则而区分相近的兼并tRNA。至于第三个位点,即摆动位,能够自由的适应这种非经典的碱基配对。paromomycin通过部分诱导这些结构的改变来促进相近的兼并tRNA的结合。
多肽链合成核蛋白体大小亚基,mrna起始trna和起始因子共同参与肽链合成的起始。
1、大肠杆菌细胞翻译起始复合物形成的过程:
(1)核糖体30s小亚基附着于mrna起始信号部位:原核生物中每一个mrna都具有其核糖体结合位点,它是位于aug上游8-13个核苷酸处的一个短片段叫做sd序列。这段序列正好与30s小亚基中的16s
rrna3’端一部分序列互补,因此sd序列也叫做核糖体结合序列,这种互补就意味着核糖体能选择mrna上aug的正确位置来起始肽链的合成,该结合反应由起始因子3(if-3)介导,另外if-1促进if-3与小亚基的结合,故先形成if3-30s亚基-mrna三元复合物。
(2)30s前起始复合物的形成:在起始因子2作用下,甲酰蛋氨酰起
始trna与mrna分子中的aug相结合,即密码子与反密码子配对,同时if3从三元复合物中脱落,形成30s前起始复合物,即if2-3s亚基-mrna-fmet-trnafmet复合物,此步需要gtp和mg2+参与。
蛋白质合成(3)70s起始复合物的形成:50s亚基上述的30s前起始复合物结合,同时if2脱落,形成70s起始复合物,即30s亚基-mrna-50s亚基-mrna-fmet-trnafmet复合物。此时fmet-trnafmet占据着50s亚基的肽酰位。而a位则空着有待于对应mrna中第二个密码的相应氨基酰trna进入,从而进入延长阶段,以上过程见图3和图4。
2、真核细胞蛋白质合成的起始真核细胞蛋白质合成起始复合物的形成中需要更多的起始因子参与,因此起始过程也更复杂。
(1)需要特异的起始trna即,-trnafmet,并且不需要n端甲酰化。已发现的真核起始因子有近10种(eukaryote
initiation
factor,eif)
(2)起始复合物形成在mrna5’端aug上游的帽子结构,(除某些病毒mrna外)
(3)atp水解为adp供给mrna结合所需要的能量。
真核细胞起始复合物的形成过程是:
翻译起始也是由eif-3结合在40s小亚基上而促进80s核糖体解离出60s大亚基开始,同时eif-2在辅eif-2作用下,与met-trnafmet及gtp结合,再通过eif-3及eif-4c的作用,先结合到40s小亚基,然后再与mrna结合。mrna结合到40s小亚基时,除了eif-3参加外,还需要eif-1、eif-4a及eif-4b并由atp小解为adp及pi来供能,通过帽结合因子与mrna的帽结合而转移到小亚基上。但是在mrna5’端并未发现能与小亚基18srna配对的s-d序列。目前认为通过帽结合后,mrna在小亚基上向下游移动而进行扫描,可使mrna上的起始密码aug在met-trnafmet的反密码位置固定下来,进行翻译起始。
肽链的延长、终止和释放
多肽链的延长在多肽链上每增加一个氨基酸都需要经过进位,转肽和移位三个步骤。(1)为密码子所特定的氨基酸trna结合到核蛋白体的a位,称为进位。氨基酰trna在进位前需要有三种延长因子的作用,即,热不稳定的e(unstable
temperature,ef)ef-tu,热稳定的ef(stable
temperature
ef,ef-ts)以及依赖gtp的转位因子。ef-tu首先与gtp结合,然后再与氨基酰trna结合成三元复合物,这样的三元复合物才能进入a位。此时gtp水解成gdp,ef-tu和gdp与结合在a位上的氨基酰trna分离。
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