蛋白質生物合成 - 维基百科,自由的百科全书
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![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/5/5e/Proteinsynthesis_chinese.png)
蛋白質生物合成是指在生物細胞內製造新的蛋白質;此合成是为了平衡蛋白酶解或蛋白派送所造成的細胞蛋白損耗。蛋白质的生物合成也称为轉译,它是基因表达的最后一步[1]。翻译,是在核糖體組裝蛋白質,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),轉移RNA(tRNA的)氨酰化,合作翻譯轉運,並翻譯後修飾。蛋白質的生物合成在多個步驟有嚴格的调控[2],和已建立錯誤檢查機制。它们主要是转录(从DNA模板合成RNA的现象)和翻译(从RNA中氨基酸组装的现象)。
順反子DNA被轉錄成RNA的各種中間體。經過轉錄後修飾成熟mRNA作為合成多肽鏈的模板。蛋白質通常會直接從基因通過翻譯的mRNA合成。
這個名詞曾經是指蛋白質的轉譯,但現時則是指一個多重的步驟,以轉錄開始及翻譯作結。
原核生物的蛋白質生物合成雖然與真核生物的很相似,但是它们有所不同。
除了通过核糖体翻译合的成蛋白质外,亦存在非核糖体合而由NRPS酶催化合成的非核糖体肽(nonribosomal peptide,NRP),常为微生物合成的毒素。
氨基酸合成
[编辑]將氨基酸聚合就可以得到蛋白質。氨基酸合成是一系列的生物化學過程(代謝途徑)將從葡萄糖等建立氨基酸。並非所有氨基酸都可以生物合成,例如成人的全部20種氨基酸中,就有8種(数目有争议)氨基酸是人体无法自身合成的,需要從食物中攝取,为必需氨基酸。氨基酸會被運送至轉運RNA(tRNA)用在翻譯的過程。
轉錄
[编辑]![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/9/9b/MRNA.svg/350px-MRNA.svg.png)
轉錄是由基因組產生含有蛋白質序列的信使RNA(mRNA)模板,以進行翻譯。只需要脫氧核糖核酸(DNA)雙螺旋的其中一条链就能進行轉錄,此链稱為模板链。轉錄可以分為3個階段:起始,延伸和終止,每個階段由大量蛋白質調節,例如轉錄因子和共激活因子,確保正確的基因被轉錄。
- 核糖核酸聚合酶(RNA聚合酶)先與DNA的用作轉錄起始的特別區域結合。這個結合區域稱為啟動子。當RNA聚合酶與啟動子結合後,該DNA链會開始捲開。
- 第二個轉錄步驟是轉錄延伸。RNA聚合酶與未編碼的模板链一起,合成核糖核苷酸聚合物。RNA聚合酶並不會使用已編碼的链為模板,這是因為任何一股的拷貝會生產一組補充的基礎序列,所以只有未編碼链才會作為模板來複製已編碼链。
- 當聚合酶到達最後階段,全新轉錄的信使RNA(mRNA)需要修飾以能夠到達細胞的其他部份,包括細胞質及內質網。一個5'端帽會加入並保護mRNA,免於降解。聚A尾會被加入3'端保護,並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於此階段出現,移除內含子及合併外顯子。
轉錄的第一個產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物是信使RNA(mRNA),其不需要轉錄後修飾,而在真核細胞中,第一個產物被稱為初級轉錄物,需要後 轉錄修飾(用7-甲基鳥苷加帽,用聚A尾加尾)得到hnRNA(異源核RNA)。 然後hnRNA通過剪接體經歷內含子(基因的非編碼部分)的剪接以產生最終信使RNA(mRNA)。
轉譯
[编辑]![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/4/44/Protein_synthesis.svg/350px-Protein_synthesis.svg.png)
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/0/0b/Ribosome_mRNA_translation_zh.svg/300px-Ribosome_mRNA_translation_zh.svg.png)
在轉譯的過程中,先前從DNA被轉錄的mRNA會被特別的細胞結構解碼以製造蛋白質,這個特別的細胞結構稱為核糖體。蛋白質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,稱為轉運RNA(tRNA)與mRNA結合。tRNA內有一組「反密碼子」能將相對應的序列與mRNA在核糖體內互相形成氫鍵。因此,相對應的tRNA(化學上與特定的胺基酸結合)會被導向至核糖體,加入在發展中的多肽。以下展示了兩個胺基酸聯合的化學過程:
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/4d/Amino-veresterung.jpg)
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的胺基酸會被運送至第二個tRNA,並與它的胺基酸結合。這種轉移不斷進行,直至生成一條胺基酸的長鏈。
當整個單位到達mRNA最後的密碼子時,它會離開及新形成的蛋白質會被釋放,這就是完成的階段。在這個步驟中,有很多的酶會用來協助整個過程。
蛋白質翻譯之後的事件
[编辑]生物合成之後的事件包括翻譯後修飾和蛋白質折疊。在合成的期间和之後,多肽鏈往往折疊卷曲成所謂的原生二級結構和三級結構。這就是所謂的蛋白質折疊。
很多蛋白質會進行翻譯後修飾。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、不同的脂類及糖類。有些酶亦會將多肽鏈前端的一個或以上的胺基酸移除,或者促进多肽链形成链内或链间二硫鍵。
参考文献
[编辑]- ^ 杨荣武. 第三十九章. 生物化学原理 2nd. Bei jing: Gao deng jiao yu chu ban she. 2012. ISBN 978-7-04-035696-0. OCLC 910676076.
- ^ Kafri M, Metzl-Raz E, Jona G, Barkai N. 2016. The Cost of Protein Production. Cell Rep 14:22–31. https://dx.doi.org/10.1016/j.celrep.2015.12.015 (页面存档备份,存于互联网档案馆)
参见
[编辑]外部連結
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