三、多肽鏈合成後的加工
剛合成出來的多肽鏈多數是沒有生物活性的,要經過多種方式的加工修飾才能轉變為具有一定活性的蛋白質,這一過程稱為翻譯後的加工。不同蛋白質的加工過程不同,常見的加工方式有以下幾種。
1.N端甲酰基或N端氨基酸的除去
原核細胞蛋白質合成的起始氨基酸是甲酰甲硫氨酸,經去甲酰基酶水解除去N端的甲酰基,然後在氨肽酶的作用下再切去一個或多個N端的氨基酸。
現在還不很清楚原核細胞中這種加工是發生在肽鏈合成過程中還是在肽鏈合成後。真核細胞中N端的甲硫氨酸常常在肽鏈的其他部位還未完全合成時就已經水解下來。
2.信號肽的切除
某些蛋白質在合成過程中,在新生肽鏈的N端有一段信號肽(15~30個氨基酸殘基),它由具有高度疏水性的氨基酸組成,這種強的疏水性有利於多肽鏈穿過內質網膜,當多肽鏈穿過內質網膜,進入內質網腔後,立即被信號肽酶作用,將信號肽除去。
3.二硫鍵的形成
mRNA中沒有胱氨酸的密碼子,胱氨酸中的二硫鍵是通過兩個半胱氨酸SH的氧化形成的,肽鏈內或肽鏈間都可形成二硫鍵,二硫鍵對維持蛋白質的空間構象起了很重要的作用。
4.氨基酸的修飾
有些氨基酸如羥脯氨酸、羥賴氨酸等沒有對應的密碼子,這些氨基酸是在肽鏈合成後,在羥化酶的催化下,使氨基酸發生羥化而形成的,如膠原蛋白中的羥脯氨酸和羥賴氨酸就是以這種方式形成的。
5.切除一段肽段
某些蛋白質合成後要經過專一的蛋白酶水解,切除一段肽段後,才能顯示出生物活性。如胰島素原變為胰島素,胰蛋白酶原轉變為胰蛋白酶等。
6.加糖基
糖蛋白中的糖鏈是在多肽鏈合成中或合成後通過共價鍵連接到相關的肽段上。糖鏈的糖基可通過N糖苷鍵連於天冬酰胺或穀氨酰胺基的N原子上,也可通過O糖苷鍵連於絲氨酸或蘇氨酸羥基的O原子上。
7.多肽鏈的折疊
蛋白質的一級結構決定高級結構,所以合成後的多肽鏈能自動折疊。許多蛋白質的多肽鏈可能在合成過程中就已經開始折疊,並非一定要從核糖體上脫下來以後,才折疊形成特定的構象。但是,在細胞中並不是所有的蛋白質合成後都能自動折疊,現已在多種細胞中發現了一個能幫助其他蛋白質折疊的蛋白質,該種蛋白質稱分子伴侶或多肽鏈結合蛋白。
遺傳信息的傳遞是依據中心法則進行的,DNA是生物遺傳信息的攜帶者,並且可以進行自我複製,這就保證了親代細胞的遺傳信息可以正確地傳遞到子代細胞中。但是,要完整地表現出生命活動的特征,細胞還必須以DNA為模板合成RNA,再以RNA為模板指導合成各種蛋白質,最後由這些蛋白質表現出生命活動的特征。
複製具有半保留性,DNA的複製過程非常複雜,包括超螺旋和雙螺旋的解旋、複製的起始、鏈的延長和複製終止等,需要很多酶和蛋白質因子的參與,比較重要的有DNA聚合酶、解旋酶、拓撲異構酶、引物酶和連接酶等。DNA的複製過程可分成3個階段:第一是複製的起始階段,這個階段包括起始與引物的形成;第二是DNA鏈的延伸階段,包括前導鏈和滯後鏈的形成和切除RNA引物後填補其留下的空缺;第三是DNA鏈的終止階段,主要是連接DNA片段形成完整的DNA分子。
在DNA指導的RNA聚合酶的催化下,以DNA為模板合成RNA鏈的過程稱為轉錄。轉錄是不對稱的,不需要引物,作為模板的鏈稱為模板鏈,另一個是非模板鏈,或稱編碼鏈。轉錄過程可分為3個階段:轉錄的起始、RNA鏈的延伸和轉錄的終止。轉錄後的RNA鏈,必須經過一係列變化,包括鏈的斷裂和化學改造過程,才能轉變為成熟的RNA。
在細胞中,以mRNA為模板,在核糖體、tRNA和多種蛋白因子的共同作用下,將mRNA分子的核苷酸序列轉變為氨基酸序列的過程稱為翻譯。轉錄和翻譯統稱為基因表達。蛋白質的生物合成過程是按照mRNA上密碼子的排列順序,肽鏈從N端向C端逐漸延伸的過程,大致分為4個階段:①氨基酸的激活;②肽鏈合成的起始;③肽鏈的延伸;④肽鏈合成的終止和釋放。剛合成出來的多肽鏈多數是沒有生物活性的,要經過多種方式的加工修飾才能轉變為具有一定活性的蛋白質。