리보솜의 단백질 합성: 메티오닌 개시자

단백질 합성

단백질 합성 동안 리보솜은 아미노산 전하를 띤 트랜스퍼 리보핵산과 메신저 리보핵산을 결합하고 코돈과 안티코돈을 일치시키고 아미노산이 올바른 순서로 연결되도록 합니다. 이 과정에는 세 가지의 단계가 있습니다. 리보솜이 메신저 리보핵산에 조립되는 개시, 삼중 코드가 판독되고 아미노산이 성장하는 펩타이드 사슬에 추가되는 연장 및 단백질 합성이 중단되는 종결 신호입니다. 개시 캡 바인딩 복합체라고 하는 단백질 복합체는 메신저 리보핵산의 5번 말단 캡에 결합합니다. 그런 다음 메신저 리보핵산은 개시 인자, 메티오닌으로 구성된 트랜스퍼 리보핵산 및 작은 리보솜 서브유닛을 합성하기 위해 세포질로 갑니다. 개시 인자도 결합하고 작은 소단위체는 첫 번째 아데노신, 우라실, 구아닌이라는 시작 코돈을 만날 때까지 메신저 리보핵산의 5번 말단 비번역 영역을 따라 스캔합니다. 이것은 개시자 트랜스퍼 리보핵산의 안티코돈에 의해 인식되고, 큰 서브유닛은 도킹되어 번역 복합체를 제공합니다. 펩티드 결합 자리에 메티오닌으로 충전된 트랜스퍼 리보핵산을 가진 대단위체 리보솜은 이제 다음 트랜스퍼 리보핵산을 받아들일 준비가 되었습니다. 연장 개시가 완료되면 메신저 리보핵산은 아미노아실 자리가 비어 있고 다음 코돈이 노출된 프레임에 있습니다. 신장 단계에서 아미노산으로 충전된 아미노아실 트랜스퍼 리보핵산은 신장 인자와 복합체의 리보솜으로 이동하여 아미노아실 부위로 들어갑니다. 안티코돈이 노출된 코돈에 상보적이면 안티코돈은 수용체 부위에 올바르게 위치하며 구아노신 트라이포스페이트라는 신장 인자에서 가수 분해됩니다. 펩티드 결합은 펩티드 결합 자리에 있는 아미노산의 시토신 말단과 아미노아실 자리에 있는 아미노산의 엔 말단 사이에 형성되며, 이 반응은 리보솜의 큰 소단위체의 펩티드 전달 중심에서 촉매 됩니다. 그 효과는 성장하는 펩타이드 사슬이 아미노아실 부위에 들어오는 아미노아실 트랜스퍼 리보핵산으로 전달되어 펩티드 부위에 비어 있거나 소모된 트랜스퍼 리보핵산을 남기는 것입니다. 마지막으로 성장하는 펩타이드 사슬이 부착된 펩타이드 트랜스퍼 리보핵산이 펩티드 결합 부위로 이동합니다. 이 단계를 전위라고 하며 신장 계수에 의한 구아닌 트라이포스페이트의 가수분해에 의해 제공되는 에너지입니다. 소비된 트랜스퍼 리보핵산은 리보솜을 떠날 수 있는 출구 사이트로 이동합니다. 메신저 리보핵산은 다음 코돈이 아미노 아실 자리에 노출되도록 움직인다. 다른 아미노산으로 충전된 새로운 아미노아실 트랜스퍼 리보핵산을 받아들일 준비가 되어 있습니다. 연장 단계 동안 리보솜은 이 과정을 통해 정지 코돈이 아미노아실 부위에 노출될 때까지 성장하는 펩티드 사슬에 아미노산을 추가합니다. 새로운 단백질은 큰 소단위체의 출구 터널을 통해 리보솜에서 나옵니다. 종료 정지 코돈은 트랜스퍼 리보핵산의 안티코돈에 의해 인식되어 해독되지 않습니다. 대신 그것은 종결 또는 방출 인자라고 하는 단백질에 의해 감지됩니다. 진핵생물에는 3개의 정지 코돈이 아미노 아실 자리로 들어가는 것을 인식하는 단일 방출 인자가 있습니다. 펩티드 결합 자리의 트랜스퍼 리보핵산과 펩티드 사슬을 연결하는 에스테르 결합이 끊어지고 펩티드가 리보솜에서 방출된다. 리보솜의 두 소단위가 분리되어 재활용됩니다. 리보솜의 구조와 기능은 진핵생물과 원핵생물 리보솜 모두에서 발견되는 구조적으로 보존된 단백질과 리보소말 리보핵산의 큰 코어로 고도로 보존되어 있습니다. 그러나 리보소말 리보핵산과 번역에 관련된 일부 추가 단백질에는 약간의 차이가 있습니다. 신장 단계는 보존되지만 단백질 합성이 시작되는 방식에는 중요한 차이가 있습니다. 박테리아 메신저 리보핵산은 리보솜 결합 부위 또는 샤인 다갈로 서열이라는 특정 서열을 가지고 있습니다. 메신저 리보핵산이 리보솜에 올바르게 위치하도록 하기 위해 샤인 다갈로 서열은 작은 소단위체 리보소말 리보핵산의 상보적 서열에 결합합니다. 박테리아에서 개시제 트랜스퍼 리보핵산은 변형된 아미노산 엔 포르밀 메티오닌으로 충전됩니다. 박테리아와 진핵생물의 리보솜 구조의 차이는 박테리아에서 단백질 합성에 영향을 미치지만 포유류 세포에서는 영향을 미치지 않는다는 점에서 선택적으로 추가될 수 있습니다. 에리스로마이신과 같은 마크로라이드 항생제는 박테리아 리보솜의 큰 소단위체에서 출구 터널을 차단하고 단백질 합성을 중단합니다. 진핵생물 리보솜의 출구 터널은 약간 좁기 때문에 진핵생물 리보솜은 영향을 받지 않습니다. 결핵 치료에 중요한 항생제인 스트렙토마이신은 세균 리보솜의 작은 소단위체에 결합합니다. 이것은 해독 부위의 구조를 왜곡하고 메신저 리보핵산을 잘못 읽는 결과를 낳기도 합니다.

 

폴리 리보솜

단백질 합성은 특히 빠르게 성장하는 세포나 분화 중인 세포에서 매우 빠르게 진행될 수 있습니다. 박테리아에서는 초당 새로운 펩티드 결합이 형성될 수 있습니다. 진핵생물에서는 초당 5개의 펩티드 결합이 생성되며 상대적으로 더 느립니다. 인슐린과 같은 작은 인간 단백질은 만들어지는 데 10초밖에 걸리지 않지만 인간 근육 세포에서 발견되는 가장 큰 인간 단백질 티틴은 분자당 약 1시간 반이 걸립니다. 단백질 합성이 효율적으로 수행되도록 하는 메커니즘 중 하나는 폴리 리보솜입니다. 하나의 리보솜이 번역을 시작하자마자 다른 리보솜이 결합하여 다른 단백질 사본의 합성을 시작합니다. 이것은 전자 현미경으로 볼 수 있는 폴리 리보솜 또는 폴리솜을 생성합니다. 때때로 이러한 폴리 리보솜은 원형 구조를 형성하여 리보솜이 한 폴리펩타이드의 합성을 완료하자마자 동일한 메신저 리보핵산 분자를 재결합하고 단백질의 다른 사본 합성을 시작할 수 있습니다.