1.氨基酸的激活和轉運
階段在胞質中進行,氨基酸本身不認識密碼,自己也不會到Ribosome上,須靠tRNA。 氨基酸＋tRNA →→氨基酰tRNA復合物 每一種氨基酸均有專一的氨基酰-tRNA合成酶催化,此酶首先激活氨基酸的羥基,使它與特定的tRNA結合,形成氨基酰tRNA復合物。所以,此酶是高度專一的,能識別并反應對應的氨基酸與其tRNA,而tRNA能以反密碼子識別密碼子,將相應的氨基酸轉運到核糖體上合成肽鏈。
2.在多聚核糖體上的mRNA分子上形成多肽鏈
氨基酸在核糖體上的聚合作用,是合成的主要內容,可分為三個步驟: (1)多肽鏈的起始:mRNA從核到胞質,在起始因子和Mg 的作用下,小亞基與mRNA的起始部位結合,甲硫氨酰(蛋氨酸)—tRNA的反密碼子,識別mRNA上的起始密碼AuG(mRNA)互補結合,接著大亞基也結合上去,核糖體上一次可容納二個密碼子。（原核生物中為甲酰甲硫氨酰） (2)多肽鏈的延長:第二個密碼對應的氨酰基—tRNA進入核糖體的A位,也稱受位,密碼與反密碼的氫鍵,互補結合。在大亞基上的多肽鏈轉移酶(轉肽酶)作用下,供位(P位)的tRNA攜帶的氨基酸轉移到A位的氨基酸后并與之形成肽鍵(—CO-NH—),tRNA脫離P位并離開P位,重新進入胞質,同時,核糖體沿mRNA往前移動,新的密碼又處于核糖體的A位,與之對應的新氨基酰-tRNA又入A位,轉肽鍵把二肽掛于此氨基酸后形成三肽,ribosome又往前移動,由此漸進漸進,如此反復循環,就使mRNA上的核苷酸順序轉變為氨基酸的排列順序。 注意: P位(供位):供tRNA;供肽鏈 A位(受位):受氨基酸-tRNA;受肽鏈核苷酸與氨基酸相連系的橋梁是tRNA。 (3)多肽鏈的終止與釋放:肽鏈的延長不是無限止的,當mRNA上出現終止密碼時(UGA,U氨基酸和UGA),就無對應的氨基酸運入核糖體,肽鏈的合成停止,而被終止因子識別,進入A位,抑制轉肽酶作用,使多肽鏈與tRNA之間水解脫下,順著大亞基中央管全部釋放出,離開核糖體,同時大小亞基與mRNA分離,可再與mRNA起始密碼處結合,也可游離于胞質中或被降解,mRNA也可被降解。 這是在一個核糖體上氨基酸聚合成肽鏈,每一個核糖體一秒鐘可翻譯40個密碼子形成40個氨基酸肽鍵,其合成肽鏈效率極高。可見,核糖體是肽鏈的裝配機。 合成的若是結構蛋白,則這些多肽便經過某些修飾、剪接后形成四級結構,投入使用,若是輸出蛋白呢？ 我們知道分泌蛋白質是先存在于內質網腔中,后經高爾基體排出,胞吐外排,那么,合成的輸出蛋白是怎樣進入內質網腔的呢?
3.信號學說:Signal hypothesis
與膜結合的核糖體和游離核糖體在性質上是一樣的,那這種核糖體為什么會結合到粗面內質網膜上呢?新肽鏈又是怎樣進入RER囊腔的呢?信號學說闡明了固著核糖體上合成蛋白質的特殊性,該學說的基本要點。 (1)分泌蛋白質多肽的合成一開始也在游離多聚核糖體上,但其mRNA在AUG之后有一段45-90bp的信號順序(密碼),由此能翻譯出15-30個氨基酸的多肽(信號肽)Signal Peptide。這種能合成信號肽的核糖體將成為附著核糖體與內質網結合,不能合成信號肽的為游離核糖體,仍散布于胞質中。 (2)近幾年的研究發現,胞質中存在著信號識別顆粒(Signal RecoynitionParticle,SRP),它既能識別露出核糖體之外的信號肽,又能識別RER膜上的SRP受體,只有當核糖體出現信號肽時,SRP才與核糖體的親和力增高。 (3)SRP與核糖體一結合,便以tRNA的構型占據了核糖體的“A”位,使核糖體的蛋白質合成暫時停止。 (4)SRP-核糖體復合體與RER上的SRP受體結合核糖體則以大亞基結合于RER上的嵌入蛋白(核糖體結合蛋白Ⅰ和Ⅱ),所以SRP受體又稱停泊蛋白(docking 蛋白質),SRP與SRP受體結合是暫時的,當核糖體附著于內質網膜后,SRP便離去,核糖體結合蛋白只存在于RER上。 (5)信號肽由疏水性氨基酸構成,當能合成信號肽的核糖體與內質網膜結合后,信號肽便經由內質網膜插入膜腔內,(內質網膜中2-多個識別信號肽的受體蛋白側向移動,集中在一起形成臨時性管道與中央管相連接),而先前處于暫停白質合蛋白質合成活動又重新開始。進入內質網腔的信號肽將與之相連的新生肽鏈引入內質網腔。信號肽便被位于內質網內表面的信號肽酶切掉,核糖體繼續合成肽鏈,肽鏈不斷延長,并在內質網腔中保護不被破壞并在網腔中形成具有一定空間構型的蛋白質,當合成終止,受體蛋白重新分散,肽鏈從核糖體脫下,核糖體大小亞基離開,所以,固著核糖體與RER的結合不是結構性的,而是特異性、暫時性、功能性的。 所以,如信號順序發生改變,所合成的信號肽不能被受體識別,核糖體就結合不到膜上。