50年代初已发现核蛋白体与蛋白质合成有关。P.Zamecnik用同位素标记的氨基酸
给动物作注射,然后取肝分离收集各种细胞器。数分钟内,有放射标记的蛋白质仅出现
于核蛋白体。经数小时或数天,标记的蛋白质才出现于细胞的其他组分。显然,氨基酸
是先在核蛋白体内合成蛋白质,然后分布于其他细胞组分。
核蛋白体由大、小亚基构成,每个亚基又含不同的蛋白质和rRNA,原核和真核生
物又各有不同(表13-3)。这些大分子又按一定的空间位置互相镶嵌,成为显微镜下可见的颗粒。核蛋白体蛋白(rps,rpl)种类繁多,其中有些就是参与蛋白质合成的酶和各种因子,靠这些蛋白质,rRNA,还有mRNA、tRNA等特异性的、准确的相互配合,使氨基酸按mRNA上的遗传密码指引依次聚合为肽链。翻译过程中的核蛋白体可用图解表示(图13-2)。
第十二章已谈及,原核生物转录过程电镜下看到的羽毛状模型(图12-11),在长
短不一的尚未转录完成的mRNA上,已附着了若干个核蛋白体。一个rnRNA分子同时有
多个核蛋白体在进行蛋白质合成,即mRNA和多个核蛋白体的聚合物,称为多聚核蛋白
体(图13-3)。
图13-3是根据电镜所见而作的合理推论,一段有读码框架(ORF)的mRNA,起始密
码子只有一个,但可以反复使用。肽键合成中,该蛋白体沿着mRNA向下游移动。起始
密码子又可以结合另一个核蛋白体,开始另一轮的翻译。这体现了蛋白质生物合成的高
速。高效性。
三、tRNA和氨基酸-tRNA
蛋白质生物合成是信息传递过程。用纯化学方法当然也可以把氨基酸连接成肽链,
但细胞内20种氨基酸都存在时,如何保证它们能排列恰当,依从mRNA模板的指引呢?如年代P.Zamecnik发现,把氨基酸、ATP加到肝匀浆里一起保温,氨基酸先与一种可溶性、耐热的小分子RNA结合。以后证实这类RNA就是tRNA。F.Crick则据此提出tRNA在翻译过程中结合。起接合体(adaptor)作用。
(-)氨基酰-tRNA合成酶(aminoacyl-tRNA synthetase)
tRNA分子的反密码环与mRNA上的密码配对。tRNA的3’-末端-CCA-OH是氨基酸的结合位点。一种氨基酸可以和2-6种tRNA特异地结合,已发现的tRNA有40一50
种。tRNA能携带的氨基酸,总是按mRNA遗传密码决定的。这样由密码一反密码一氨基酸之间的“对号入座”,保证了从核酸到蛋白质信息传递的准确性。
所谓tRNA携带氨基酸,实际上是一种酶促的化合反应,反应生成氨基酸一tRNA(aminoacyl-tRNA AACyl-tRNA):
氨基酸十ATP十tRNA 氨基酸-tRNA+ AMP十E
催化这一化学反应的酶是氨基酰-tRNA合成酶。氨基酸一tRNA合成酶具有绝对专一性,酶对氨基酸、tRNA两种底物都能高度特异地识别。上述化学反应又分为两个步骤完成:第一步是氨基酸结合于AMP酶(AMP-E)的复合体上,而AMP-E的生成已消耗了ATP:
氨基酸十 ATP-E 氨基酸一AMP-E+ PPi
氨基酸一 AMP-E+ tRNA、氨基酸一 tRNA+ AMP+ E
氨基酸一AMP-E复合体作为中间产物,有利于酶分别对氨基酸和tRNA两种底物进行特异性的辨认。
氨基酸-tRNA合成酶还有校正活性(editing activity),
对上述两步任何一步反应出现的错配加以更正。所谓酶的校正活性,实际上是水解酯键
催化活性,因为氨基酸是以其羧基(-COOH)与tRNA的3’-OH生成酯键而相连的。把错的氨基酸水解下来,换上与密码子相对应的氨基酸,就是校正。氨基酸和tRNA结合,tRNA又和mRNA的密码子准确相互辨认,这样就使核酸、蛋白质之间的信息传递能互相衔接、互相沟通。
(二)氨基酸-tRNA的表示方法
氨基酸一tRNA完整的写法是:
ala-tRNAala;arg一tRNAarg;met·tRNAemet……met-tRNAimet; fmet-tRNAimet(起始者 tRNA)
用三字母缩写代表已结合的氨基酸残基,tRNA右上角的三字缩写代表tRNA的结合
特异性,有时也可略去右上角的缩写。
各种氨基酸一tRNA生成的反应,可写成反应式举例如下:
氨基酰tRNA合成酶
gly+tRNAgly+ATP gly-tRNAgly +AMP+PPi
氨基酰tRNA合成酶
met+tRNAemet +ATP met-tRNAe met +AMP+PPi
密码子AUG为甲硫氨酸编码,同时用作起始密码。与甲硫氨酸相结合的tRNA,在
真核生物中至少有两种: tRNAimet 称为起始者tRNA(initator-tRNA),tRNAemet 称是携带延长(elongation)中的肽链上的甲硫氨酸的tRNA。met-tRNAimet 和met-tRNAemet 分别被起始因子eIF-2a和延长中起催化作用的酶所辨认。
原核生物的起始密码只能辨认甲酸化的甲硫氨酸,即N一甲酰甲硫氨酸(fmet)。某些
原核生物还可使用GUG、UUG作为起始密码。N-甲酰甲硫氨酸一tRNA的生成,是一碳化