원핵생물의 생합성 단계는 무엇인가요?

원핵생물의 단백질 생합성

아미노산이 리보솜의 폴리펩티드 사슬로 응축되는 과정은 리보솜 순환을 통해 이루어집니다. 이 주기는 펩타이드 사슬 합성의 시작, 펩타이드 사슬의 신장, 펩타이드 사슬 합성의 종료라는 세 가지 주요 과정으로 나눌 수 있습니다. 원핵세포의 단백질 합성과정은 대장균(E.coli) 세포를 예로 든다.

1. 펩타이드 사슬 합성의 시작

1. 리보솜의 30S 작은 하위 단위는 mRNA의 개시 신호 부위에 부착됩니다. 이 결합 반응은 개시 인자 3(IF3)에 의해 매개되며 Mg2+도 포함됩니다. 따라서 IF3-30S 하위 단위-mRNA 삼원 복합체가 형성됩니다.

2.30S 이전에 복합체 형성이 시작됩니다. 개시인자 2(IF2)의 작용에 따라 포르밀메티오닌 개시 tRNA(fMet-tRNA Met)는 mRNA 분자의 개시 코돈(AUG 또는 GUG)과 결합합니다. 즉, 코돈과 안티코돈이 서로 반응합니다. 동시에 IF3은 삼원 복합체에서 떨어져 나와 30S 사전 개시 복합체, 즉 IF2-30S 하위 단위-mRNA-fMet-tRNAMef 복합체를 형성합니다. 이 단계에는 fGTP와 Mg2+의 참여도 필요합니다.

3.70S는 복합체 형성을 시작합니다. 50S 서브유닛은 위에서 언급한 30S 사전 개시 복합체와 결합하고, IF2는 동시에 떨어져 나가 70S 개시 복합체, 즉 30S 서브유닛-mRNA-50S 서브유닛-fMer-tRNA Met 복합체를 형성한다. 이때, fMet-tRNA Met는 50S 서브유닛의 펩티딜 부위(P 부위 또는 공여자 부위라고 함)를 차지하고, 50S의 아미노아실 부위(A 부위 또는 수용체 부위라고 함)는 일시적으로 비어 있다. 원핵세포에서 단백질 합성의 초기 과정은 아미노산 활성화(fMet-tRNAMet 형성)입니다.

2. 펩타이드 사슬 합성의 연장

이 과정에는 캐리(carry), 펩타이드 결합 형성, 쉐딩(shedding)이 포함됩니다. 및 마이그레이션 4단계를 기다립니다. 펩타이드 사슬 합성의 신장에는 각각 EF-T와 EF-G라고 불리는 두 가지 신장 인자(EF)가 필요합니다. 또한 번역 과정을 가속화하기 위해 GTP도 에너지를 제공해야 합니다.

1. 캐리는 새로운 아미노아실-tRNA가 50S 대형 서브유닛의 A 위치에 들어가 mRNA 분자의 해당 코돈과 결합한다는 것을 의미합니다. 70S 개시 복합체를 기준으로 원래 mRNA와 결합합니다. 50S 서브유닛의 fMet-tRNAMet는 50S 서브유닛의 P 부위를 차지합니다(연장 단계 사이클을 두 번 이상 수행하면 P 부위는 펩티딜-tRNA가 됩니다). 새로 들어간 아미노아실-tRNA는 큰 서브유닛 A에 결합합니다. mRNA의 시작 코돈 다음의 두 번째 코돈에 결합합니다. 이 단계에는 GTP, EF-T 및 Mg2+의 참여가 필요합니다.

2. 큰 서브유닛에서 펩티딜트랜스퍼라제(4장 참조)의 촉매작용으로 펩타이드 결합이 형성되고, P 부위에서 tRNA가 운반하는 포르밀메티오닐(또는 펩티딜)이 새로 들어간 아미노아실-tRNA의 A 위치에 있는 아미노산, 즉 P 위치에 있는 아미노산(또는 펩타이드의 3'말단 아미노산)이 α-COOH 그룹을 제공하고, 이는 α- A 위치에 있는 아미노산의 NH2 그룹이 펩타이드 사슬을 형성합니다. 그 후, P 부위의 tRNA는 언로드된 tRNA가 되고, A 부위의 tRNA에는 디펩티딜 그룹 또는 폴리펩타이드 아실 그룹이 로드됩니다. 이 단계에서는 Mg2+와 K+가 필요합니다.

3. Shedding은 50S 하위 단위의 P 위치에 로드되지 않은 tRNA(예: tRNAMet)가 떨어지는 것을 의미합니다.

4. 전위는 EF-G와 GTP의 작용 하에서 mRNA 사슬(5'→3')을 따라 리보솜이 상대적으로 이동하는 것을 의미합니다. 각 이동은 한 코돈의 거리와 동일하므로 다음 코돈이 A 사이트에 정확하게 위치할 수 있습니다. 동시에, 원래 A 자리에 있던 디펩티딜 tRNA는 P 자리로 옮겨지고 A 자리는 비워진다. 그런 다음 위에서 언급한 운반, 펩타이드 결합 형성 및 쉐딩 단계에 따라 다음 주기로 진행합니다. 즉, 세 번째 아미노아실-tRNA가 A 부위로 들어간 다음 펩티딜 트랜스퍼라제의 촉매 작용에 따라 디펩티딜-tRNA가 A 부위에 위치합니다. P 위치는 다시 이 디펩티딜기가 세 번째 아미노아실-tRNA로 전달되어 트리펩티딜-tRNA를 형성합니다. 동시에 디펩티딜 효소를 내려놓은 tRNA는 리보솜에서 빠르게 떨어져 나갑니다.

이렇게 계속해서 신장 과정이 반복될 때마다 펩타이드 사슬은 하나의 아미노산 잔기씩 늘어납니다. 여러 번 반복하면 펩타이드 사슬이 필요한 길이에 도달할 때까지 계속해서 늘어납니다. mRNA에 대한 정보는 폴리뉴클레오티드 사슬의 5' 끝에서 3' 끝으로 읽혀지고, 펩타이드 사슬의 연장은 N 끝에서부터 시작된다는 것이 실험을 통해 입증되었습니다.

3. 펩타이드 사슬 합성의 종료에는 종료인자 또는 방출인자(RF, 줄여서 방출인자)의 참여가 필요합니다. E.coli에서는 세 가지 RF가 분리되었습니다: RF1(MW36000), RF2(MW38000) 및 RF3(MW46000) 중 RF3만이 GTP(또는 GDP)에 결합할 수 있습니다. mRNA 사슬은 펩타이드 사슬을 풀어주고 리보솜을 해중합시키는 기능

1. 이때 폴리펩타이드 사슬은 여전히 ​​리보솜과 tRNA에 붙어 있지만, mRNA의 펩타이드 사슬이 합성됩니다. 정지 코돈 UAA(UAG 또는 UGA일 수도 있음)가 리보솜의 A 부위에 나타납니다. 종결 인자는 이러한 코돈을 인식하고 A 부위에서 정지 코돈과 결합하는 데 사용됩니다. RF3의 역할은 아직 확실하지 않지만 RF1과 RF2의 종결 효과를 향상시킬 수 있습니다. RF1은 UAA와 UAG를 인식할 수 있고, RF2는 UAA와 UGA의 결합 부위를 인식할 수 있습니다. 리보솜은 동일하며, 결합 부위가 겹쳐서 EF와 F가 동시에 리보솜에 결합하는 것을 방지하고 정상적인 기능을 방해할 수도 있습니다.

2. 동시에 리보솜의 P 자리에 있는 펩티딜전이효소는 알로스테릭 변화를 일으키고 효소의 활성은 펩티드화에서 가수분해로 바뀌어 tRNA가 운반하는 폴리펩티드 사슬과 tRNA 사이의 에스테르 결합이 가수분해되어 절단됩니다.

마지막으로 리보솜의 P 위치에 있는 tRNA와 A에 있는 RF가 분리됩니다. 단백질체는 크고 작은 두 개의 하위 단위로 분리되어 다른 펩타이드 사슬의 합성 과정에 재투자될 수 있습니다. 개시 인자(IF3)의 참여는 단일 리보솜의 재활용 과정으로 인해 3~4개의 리보솜 또는 심지어 수백 개의 리보솜이 생성될 수 있다는 점을 지적해야 합니다. 세포에서 조심스럽게 분리하면 다핵이라 불립니다. 즉, 많은 리보솜이 동시에 하나의 mRNA 사슬에 결합되어 있습니다. 두 개의 리보솜 사이에는 노출된 mRNA 사슬 세그먼트가 있으므로 폴리뉴클레오솜이 있을 수 있습니다. 하나의 mRNA 사슬을 동시에 합성하면 번역 효율이 크게 향상됩니다. 단백질 합성이 시작되면 먼저 리보솜이 mRNA 사슬의 시작 부분에 부착된 다음 mRNA 사슬을 따라 5' 끝에서 3'으로 이동합니다. '말단은 mRNA 사슬의 정보에 따라 아실기를 지닌 다양한 tRNA를 순차적으로 받아들여 다양한 펩타이드 사슬을 합성한다. 이 리보솜이 충분히 먼 위치로 이동하면 이 mRNA에 또 다른 리보솜이 붙을 수 있다. 이 mRNA의 종결 코돈에 도달하면 폴리펩티드 사슬이 합성되어 리보솜과 tRNA에서 동시에 방출되고, 리보솜은 mRNA 사슬에서 떨어져 나가 두 개의 하위 단위로 분리되고, 작은 하위 단위와 큰 하위 단위가 떨어져 나갑니다. 리보솜 순환의 번역 과정에 재투자될 수 있습니다. 폴리뉴클레오솜의 리보솜 수는 그것이 부착된 mRNA의 크기에 따라 달라집니다. 예를 들어, 헤모글로빈의 폴리펩타이드 사슬은 대략 150개의 아미노산 잔기로 구성되며, mRNA의 상응하는 코딩 영역은 450개 염기로 구성된 폴리뉴클레오타이드이고 길이는 대략 150 nm이어야 합니다. 망상적혈구 리보솜의 직경은 22 nm이므로 각 mRNA는 여러 개의 리보솜을 수용할 수 있을 만큼 충분히 큽니다. 망상적혈구 폴리뉴클레오솜은 5~6개의 뉴클레오솜이 직렬로 연결되어 구성되어 있으며, 두 뉴클레오솜 사이의 거리는 약 3nm인 것으로 입증되었습니다. 미오신(myosin)의 중쇄는 1800개의 아미노산 잔기로 구성되어 있으며, 해당 mRNA 사슬의 코딩 영역은 5400개 이상의 뉴클레오티드로 구성된 긴 사슬로 이루어져 있어야 합니다.