核糖体亚基的合成在哪发生

原核生物和真核生物的蛋白质生物合成过程基本相似。这里以E．coli的翻译过程为例进行介绍。

（一）氨基酸的活化与转运

氨基酸必须通过活化才能参与蛋白质的生物合成。活化反应由氨基酰－tRNA合成酶催化，生成相应的氨基酰－tRNA，同时消耗2个来自ATP的高能磷酸键。活化反应如下：

书写氨基酰－tRNA时，用氨基酸三字符代表已结合的氨基酸，右上角的缩写代表tRNA所结合氨基酸的特异性，如Gly－tRNAGly、Cys－tRNACys等。转运起始氨基酸的tRNA称为起始tRNA（tRNAi）。由于起始密码子AUG代表甲硫氨酸，故真核起始tRNA为Met－tRNAiMet。在原核生物中，起始tRNA携带的甲硫氨酸需要甲酰化，用fMet－tRNAifMet来表示。

（二）多肽链合成过程

通常将多肽链合成过程分为起始、延长和终止3个阶段。

1．肽链合成的起始　是指由核糖体大、小亚基，模板mRNA及起始氨基酰－tRNA组装形成翻译起始复合物的过程，此过程需GTP、3种IF及Mg2＋的参与。

（1）核糖体大小亚基的解离：在IF1和IF3的作用下，核糖体大、小亚基解离，为mRNA和起始氨基酰－tRNA与小亚基的结合作好准备。

（2）mRNA在30S小亚基上定位：原核生物mRNA在小亚基上定位依赖以下两种机制：一是mRNA　5′－端起始密码子的上游有一段富含嘌呤的SD序列（Shine－Dalgarno sequence）与核糖体小亚基上16SrRNA　3′－端富含嘧啶的序列辨认结合；二是mRNA上紧接SD序列后的核苷酸序列可被核糖体小亚基蛋白识别。通过上述RNA－RNA和RNA－蛋白质的相互作用，mRNA的起始密码得以在核糖体小亚基上准确定位。

（3）fMet－tRNAifMet的结合：fMet－tRNAifMet和与GTP结合的IF2形成复合体，然后与核糖体小亚基结合，使fMet－tRNAifMet定位于起始密码子的相应位置。

（4）50S大亚基结合：30S小亚基、mRNA和fMet－tRNAifMet结合完成后，IF3从小亚基上脱落，同时GTP被水解，使IF1和IF2也相继脱落。50S大亚基结合到30S小亚基上，形成70S起始复合物。此时fMet－tRNAifMet占据核糖体的P位，A位空缺（图9－19）。

2．肽链的延长　是指在多种延长因子（EF）的作用下（表9－4），各种氨基酰－tRNA按mRNA上遗传密码的指导在核糖体上依次缩合形成肽键，使多肽链不断延伸，这是肽链合成的主要过程。肽链延长在核糖体上连续循环进行，称为核蛋白体循环，每次循环使多肽链增加一个氨基酸。每次循环又可分为进位、成肽和转位三步。

表9－4　原核生物翻译延长因子及其生物功能

（1）进位：又称注册。在起始复合物形成后，核糖体的P位已被fMet－tRNAi　fMet占据，A位空缺（图9－20）。按照A位上对应的mRNA第2个密码子，相应的氨基酰tRNA与EF－Tu／GTP构成复合物，并通过其反密码子识别mRNA模板上的密码子而进入A位。然后，EF－Tu水解GTP转变为EF－Tu／GDP复合物，驱动EF－Tu和GDP从核糖体释放，最后与EF－Ts重新生成EF－T而被利用。

（2）成肽：在大亚基上肽酰转移酶的催化下，P位上起始tRNA所携带的甲酰甲硫氨酰基与A位上新进入的氨基酸的氨基缩合形成第一个肽键，从而在A位上形成二肽酰－tRNA。

（3）转位：延长因子EF－G具有转位酶活性，可利用GTP水解提供的能量，推动核糖体沿mRNA从5′－端向3′－端移动一个密码子。此时，肽酰－tRNA及其相应的密码子从A位移到P位，空载的tRNA移至E位而被排出，mRNA模板的下一个密码子进入A位，为下一个相应氨基酰－tRNA的进入做好了准备。

图9－19　原核生物翻译起始过程

3．肽链合成的终止　当终止密码出现在核糖体的A位时，只有释放因子（RF）能识别这一位点并与之结合，而其他氨基酰－tRNA不能再进入这一位点，故肽链的延伸就此终止。原核生物有三种RF，RF1能识别终止密码子UAA、UAG，RF2能识别UAA、UGA。RF3是依赖核糖体的GTPase，能帮助RF1或RF2进入A位，并帮助合成完的多肽链从P位上的tRNA释放出来。随后由GTP提供能量，tRNA及RF被释放，核糖体与mRNA模板分离（图9－21）。

电镜观察发现，在蛋白质生物合成的过程中，每条mRNA模板都可同时附着多个核糖体，形成一种串珠样的结构（图9－22），称为多聚核糖体。多聚核糖体的形成是由于第一个核糖体沿mRNA向下游移动后，在mRNA链上空出的起始部位又会与第二个核糖体结合，以后第三、第四个核糖体也可陆续在mRNA的起始位点进入。一般在mRNA链上每隔大约80个核苷酸就会附着一个核糖体。这种多聚核糖体的形成，大大提高了mRNA的利用率和蛋白质生物合成的速度。

图9－20　原核生物翻译延伸过程

图9－21　原核生物肽链合成的终止

图9－22　原核多聚核糖体