蛋白质的翻译

作者：神州
审核：神州、Myelin

  蛋白质是承担生命活动的主要功能分子，其生物合成又被称为翻译。翻译是以mRNA为模板，在核糖体的作用下由tRNA将mRNA上的核苷酸序列转换为氨基酸序列合成多肽链的过程。参与这一过程的主要是tRNA、rRNA以及mRNA，tRNA的作用是负载并转移氨基酸，rRNA是与多种核糖体蛋白复合构成核糖体作为翻译多肽的场所，mRNA则是作为携带密码子的信使，作为翻译的模板。

mRNA

  信使RNA的概念是在1961年被Jacob和Monod提出的，他们认为既然蛋白质的合成是在细胞质中而非在核中进行，那么就需要存在一种物质来将核中的遗传信息传递出来。并设计通过几个实验证明了这种物质的存在，包括大肠杆菌乳糖代谢调控试验、细菌的结合试验以及密度梯度离心试验。

  首先他们通过大肠杆菌乳糖代谢调控试验证明了β-半乳糖苷酶是一种在乳糖存在下，才表达的“诱导酶”。又通过细菌的结合试验证明了指导该酶的合成与rRNA没有直接关系，而是通过另一种寿命较短的物质传递遗传信息。最后，利用密度梯度离心实验证明mRNA存在的同时，也将其与rRNA区分，证明rRNA是一种稳定的核酸分子。即rRNA在翻译时起阅读密码的作用，mRNA控制合成何种蛋白质。

  原核生物的mRNA直接在细胞质中由DNA转录出，同时被翻译为蛋白质。而且原核生物的mRNA的寿命较短，只存在几分钟。真核生物的mRNA则是细胞核内被合成，并剪接成为成熟的mRNA，进而进入细胞质作为翻译蛋白质的模板。与原核生物不同，真核生物的mRNA更稳定可以保留几个小时。

  对于原核生物来说，每个顺反子（p1）的起始密码子上游都有各自的核糖体结合位点-AGGAGGU-序列，称为Shine-Dalgarno序列（SD序列）。所以原核生物可以用一条mRNA翻译多种蛋白质。

  而对于真核生物（p2）来说，一条mRNA仅有第一个AUG上游存在一个用于核糖体扫描识别的信号序列CCACC，固真核生物一个转录物只能有一个顺反子。

tRNA

  在蛋白质翻译的过程中，tRNA起到连接mRNA与氨基酸的桥梁作用。并保证多肽上氨基酸的顺序是按mRNA上密码子的顺序合成的。

  tRNA在所有生物体内结构差别不大，具有很高的相似性、同源性。除了如脊椎动物线粒体的tRNA等少数例外，所有的tRNA都具有三叶草式的二级结构，这种结构是tRNA功能的基础。tRNA具有以下用以实现相关功能的结构：

• 3’端保守的CCU序列作为氨基酸的接受臂
• D环，用于与对应的氨基酰tRNA合成酶结合负载与自身匹配的氨基酸
• 反密码环，(34、35、36位)含有反密码子，在翻译期间与密码子配对，实现对密码子的识别功能
• TΨC环，与核糖体结合形成稳定翻译装置的主要位置

二级结构如图：

  tRNA的三叶草结构仅是其二级结构，其高级空间结构为倒"L"型。在形成倒"L"型结构的同时，tRNA的两个环-D环与TΨC环在空间折叠时发生了碱基配对。其折叠方式如下图所示。

  在tRNA结构中，连续的碱基配对会形成一定的碱基堆积力，有助于其空间结构的相对稳定。

rRNA

  核糖体是蛋白质合成的主要场所，是一种在细胞中含量丰富，而且结构复杂的RNA与蛋白质的复合物。大肠杆菌中大约就含有两万个核糖体，而真核生物的细胞中核糖体的平均含量更多。核糖体可以在细胞质中游离存在，在真核生物胞内也可以与糙面内质网结合存在。

  原核生物的核糖体较小，真核生物的核糖体略大。但他们都是由两个大小不同的亚基组成的，这两种亚基则是由几种rRNA与蛋白质组成的。大肠杆菌的核糖体是由30S的小亚基(其内包含16SrRNA与21种蛋白质)与50S的大亚基(23S、5SrRNA与34种蛋白质)所组成的70S核糖体，而真核生物的80S核糖体是由40S的小亚基(33种蛋白质和18SrRNA)与60S的大亚基(50种蛋白质和28S、5.8S、5SrRNA)组成的。

  真核生物与原核生物的核糖体的大亚基中都含有5SrRNA，这部分可以与tRNA中的TΨC环以氢键配对的方式稳定氨基酰tRNA与核糖体的结合。

  原核生物的16SrRNA与真核生物的18SrRNA高度相似，但因为两者识别起始密码子的机制不同，其结构上也有一定区别。

  完整的核糖体具有8个重要的结构域和功能位点（p7），但总的来说核糖体具有两个主要功能，一个是使tRNA、mRNA所合成蛋白质相互协调，保证三者在合成中具有正确的相对位置。另一个功能是承担催化翻译中的一些关键化学反应，使翻译能顺利进行下去直至终止。

 

  完整的核糖体是在进行翻译时利用胞内的大亚基与小亚基临时组装的，在合成结束后重新解离分离进入胞质，以供下次合成使用。