肽链合成的延长

肽链合成的延伸指第2个和以后的密码子编码的氨基酸进入核糖体，并形成肽键的过程。这个过程步骤：①进位反应，是氨基酰－tRNA的反密码子与mRNA密码在核糖体内的识别；②转肽反应，包括转位反应和肽键形成；③移位反应，是tRNA和mRNA密码在核糖体移动。这3个步骤构成一个循环，称为核糖体循环（ribosomal cycle）。

（一）原核生物蛋白质合成的延长

组装完的核糖体70S起始复合体有两个tRNA结合位点。A位点是氨酰－tRNA结合位点，P位点是肽链延伸的位点。这两个位点均位于小亚基的凹槽处，包括正在翻译的相邻密码子。

1．进位 原核生物中，fMet－tRNAfMet占据在肽酰位（P位），而A位空闲着。进位（entrance）又称注册（registration），是指一个氨基酰－tRNA按照mRNA模板的指令进入并结合到核糖体A位的过程。延长因子T（elongation factor T，EF－T）有两个亚基，分别为Tu及Ts，当EF－T与GTP结合时释出Ts，Tu与结合有氨基酰－tRNA和GTP的核糖体形成延伸四元复合物，并输送氨基酰－tRNA结合到A位与mRNA第2个密码子结合。然后GTP分解，释放出Tu－GDP及Pi。Tu－GDP在GTP供能下，由Ts催化，则又生成Tu－GTP。

2．成肽 成肽即形成肽键的反应，这个过程是在延伸因子从核糖体上解离下来的同时进行的。催化这一过程的酶称为肽酰基转移酶（transpeptidase），催化P位上甲硫氨酰－tRNA的甲硫氨酰基与A位上新进入氨基酰－tRNA的α－氨基间形成肽键。第1个肽键形成后，二肽酰－tRNA占据着核糖体A位，而卸载了氨基酸的tRNA仍在P位（图11－8）。催化的本质是使一个酯键转变成一个肽键，由新加入的氨基酰－tRNA上氨基酸的氨基对肽酰－tRNA酯键的羰基进行亲核攻击而成。

图11－8 成肽反应：P位肽酰基与A位氨基酰基之间形成肽键

3．移位 延伸反应第3个步骤称移位。原核细胞在延长因子G（elongation factor G， EF－G）的作用下，催化GTP分解供能，成肽反应后核糖体沿着mRNA的3′－端移动一个密码子的距离，空载的tRNA从E位点解离，从核糖体脱落；成肽后位于A位的带有合成中的肽链的tRNA（肽酰－tRNA）转到P位上，A位得以空出，且准确定位在mRNA的下一个密码子，以接受一个新的对应氨基酰－tRNA进位。

每一轮的核糖体循环都要连续进行进位、成肽、转位的循环过程。核糖体从5′→3′阅读mRNA中的密码子，每次循环向肽链C－端添加一个氨基酸，使肽链从N－端向C－端延长。

GTP的水解在翻译过程中有重要作用，在每掺入一个氨基酸的延伸过程中，都有2个GTP分子发生水解。在肽链延长阶段中，每生成1个肽键，都需要直接从2分子GTP（进位与转位各1分子）获得能量。加上合成氨基酰－tRNA时已消耗了2个高能磷酸键，所以在蛋白质合成过程中，每生成1个肽键平均需消耗4个高能磷酸键。GTP结合和水解与EF－Tu和EF－G作用有关。随着GTP水解成GDP，这些因子构象发生了很大变化，与核糖体分离。GTP及GDP与这些因子的结合与否成为调节它们与核糖体结合的开关。

原核生物蛋白质合成的延伸阶段见图11－9所示。

图11－9 原核生物蛋白质合成的延伸阶段——核糖体循环

①进位：当EF－T与GTP结合时释出Ts，Tu与结合有氨基酰－tRNA和GTP的核糖体形成延伸四元复合物，并输送氨基酰－tRNA结合到A位与mRNA第2个密码子结合；②成肽：P位上的甲硫氨酰－tRNA的甲硫氨酰基与A位上新进入氨基酰－tRNA的α－氨基之间形成肽键；③移位：成肽后位于A位的肽酰－tRNA转到了P位上，A位得以空出，空载的tRNA从核糖体脱落。

（二）真核生物蛋白质合成的延长

真核生物蛋白质合成的延长过程类似于原核细胞。

1．进位 真核细胞进位阶段有两个延长因子eEF－1α和eEF－1β。氨基酰－tRNA进位时需要eEF－1α与GTP、氨基酰－tRNA形成复合物，促使氨酰－tRNA进入核糖体。eEF－1β催化GDP与GTP交换，利于eEF－1α循环利用。

2．成肽 与原核生物的成肽过程类似。

3．移位 真核生物的移位过程需要的是延长因子只有一种eEF－2。相当于原核生物的EF－G，它催化GTP水解和驱动氨基酰－tRNA从A位移到P位。