第四章：翻译
4.1 遗传密码
密码子特征
遗传密码
：mRNA上编码氨基酸的三联体密码子
| 特征 |
说明 |
| 密码子数 |
64个（4³） |
| 编码氨基酸 |
61个 |
| 终止密码子 |
3个：UAA、UAG、UGA |
| 起始密码子 |
AUG（编码Met） |
密码子特点：
- 简并性：多个密码子编码同一氨基酸（如Leu有6个密码子）
- 通用性：几乎所有生物共用（线粒体有例外）
- 连续性：无标点，不重叠
- 方向性：5’→3’阅读
- 不重叠性：每个核苷酸只属于一个密码子
密码子表
| 第一位 |
U |
C |
A |
G |
| U |
Phe |
Ser |
Tyr |
Cys |
| |
Phe |
Ser |
Tyr |
Cys |
| |
Leu |
Ser |
STOP |
STOP |
| |
Leu |
Ser |
STOP |
Trp |
| C |
Leu |
Pro |
His |
Arg |
| |
Leu |
Pro |
His |
Arg |
| |
Leu |
Pro |
Gln |
Arg |
| |
Leu |
Pro |
Gln |
Arg |
| A |
Ile |
Thr |
Asn |
Ser |
| |
Ile |
Thr |
Asn |
Ser |
| |
Ile |
Thr |
Lys |
Arg |
| |
Met |
Thr |
Lys |
Arg |
| G |
Val |
Ala |
Asp |
Gly |
| |
Val |
Ala |
Asp |
Gly |
| |
Val |
Ala |
Glu |
Gly |
| |
Val |
Ala |
Glu |
Gly |
4.2 tRNA与氨基酸活化
tRNA结构
tRNA
（转运RNA）的功能：
- 携带特定氨基酸
- 识别mRNA上的密码子（反密码子）
结构特征：
- 长度：73-93个核苷酸
- 三叶草二级结构
- L形三级结构
-
氨基酸臂
：3’端CCA，结合氨基酸
-
反密码子环
：识别密码子
-
D环
和TψC环：结构稳定
氨基酸活化
氨酰-tRNA合成酶
（aaRS）：
- 催化氨基酸与tRNA连接
- 高度特异性（一种酶对应一种氨基酸）
- 两步反应：
- 氨基酸 + ATP → 氨酰-AMP + PPi
- 氨酰-AMP + tRNA → 氨酰-tRNA + AMP
校对机制：
- 合成酶的编辑活性
- 识别tRNA的反密码子和受体茎
- 确保翻译保真性
摆动配对
摆动假说
：反密码子5’位碱基与密码子3’位配对有一定灵活性
| 反密码子5’位 |
可配对密码子3’位 |
| C |
G |
| A |
U |
| U |
A或G |
| G |
C或U |
| I（次黄嘌呤） |
U、C或A |
4.3 核糖体
核糖体结构
核糖体
是蛋白质合成的场所：
| 亚基 |
原核 |
真核 |
| 大亚基 |
50S（23S+5S rRNA + 蛋白质） |
60S（28S+5.8S+5S rRNA + 蛋白质） |
| 小亚基 |
30S（16S rRNA + 蛋白质） |
40S（18S rRNA + 蛋白质） |
| 完整 |
70S |
80S |
rRNA功能：
- 催化肽键形成（核酶活性）
- 提供结构框架
- 参与tRNA和mRNA结合
核糖体功能位点
| 位点 |
名称 |
功能 |
| A位 |
氨酰位（Aminoacyl site） |
接受新氨酰-tRNA |
| P位 |
肽酰位（Peptidyl site） |
携带正在延伸的肽链 |
| E位 |
出口位（Exit site） |
释放空载tRNA |
核糖体组装
原核生物：
- 30S亚基：16S rRNA + 21种蛋白质
- 50S亚基：23S rRNA + 5S rRNA + 34种蛋白质
真核生物：
- 在核仁中组装
- 需要snoRNA指导rRNA修饰
- 组装后输出到细胞质
4.4 翻译过程
起始阶段
原核生物：
- 小亚基识别mRNA：SD序列（Shine-Dalgarno）与16S rRNA 3’端互补
- 起始tRNA进入：fMet-tRNAᶠᴹᵉᵗ进入P位
- 大亚基结合：形成70S起始复合物
真核生物：
- 5’帽识别：eIF4F复合物识别m⁷G帽
- 扫描机制：43S前起始复合物从5’端扫描到AUG
- 起始密码子识别：Kozak序列（GCCRCCAUGG）
- 大亚基结合：形成80S起始复合物
起始因子：
| 因子 | 功能 |
|——|——|
| IF1/IF2/IF3 | 原核起始因子 |
| eIF1-eIF6 | 真核起始因子（eIF4F识别帽结构） |
延伸阶段
延伸循环：
- 氨酰-tRNA进入A位：EF-Tu（原核）/eEF1A（真核）护送
- 肽键形成：肽酰转移酶催化（rRNA的核酶活性）
- 核糖体移位：EF-G（原核）/eEF2（真核）驱动
- 空载tRNA释放：从E位离开
延伸因子：
| 原核 | 真核 | 功能 |
|——|——|——|
| EF-Tu | eEF1A | 护送氨酰-tRNA进入A位 |
| EF-Ts | eEF1B | 再生EF-Tu/eEF1A |
| EF-G | eEF2 | 驱动核糖体移位 |
终止阶段
终止信号：
- 终止密码子：UAA、UAG、UGA
- 无对应的氨酰-tRNA
释放因子：
| 因子 | 识别密码子 |
|——|———–|
| RF1（原核） | UAA、UAG |
| RF2（原核） | UAA、UGA |
| RF3（原核） | 促进RF1/RF2释放 |
| eRF1（真核） | 所有终止密码子 |
终止过程：
- 释放因子识别终止密码子
- 肽酰转移酶活性改变：水解肽酰-tRNA
- 多肽链释放
- 核糖体解离
4.5 翻译后修饰
蛋白质折叠
分子伴侣：
-
Hsp70
：防止新生肽链聚集
-
Hsp60/GroEL
：提供折叠腔室
-
Hsp90
：稳定特定蛋白质
化学修饰
| 修饰类型 |
位点 |
功能 |
| 磷酸化 |
Ser/Thr/Tyr |
信号转导、活性调控 |
| 糖基化 |
Asn/Ser/Thr |
蛋白质定位、稳定性 |
| 乙酰化 |
Lys |
蛋白质相互作用 |
| 泛素化 |
Lys |
蛋白质降解标记 |
| 甲基化 |
Lys/Arg |
信号转导 |
| 二硫键 |
Cys-Cys |
结构稳定 |
蛋白质分选
信号肽假说：
-
信号肽
引导蛋白质到特定位置
-
SRP
（信号识别颗粒）识别信号肽
- 转运到内质网、线粒体、叶绿体等
4.6 翻译调控
翻译起始调控
eIF4E结合蛋白（4E-BP）：
- 与eIF4E竞争结合
-
mTOR激酶
磷酸化4E-BP，释放eIF4E
- 营养信号调控翻译
铁响应元件（IRE）：
-
铁调节蛋白
（IRP）结合IRE
- 铁缺乏时：抑制铁蛋白mRNA翻译
- 铁充足时：IRP失活，翻译进行
全局调控
eIF2磷酸化：
- 应激条件下eIF2α磷酸化
- 抑制全局翻译起始
- 但激活特定应激基因翻译
miRNA调控：
-
miRNA
与RISC复合物结合
- 靶向mRNA抑制翻译或促进降解
本章小结
- 遗传密码具有简并性、通用性、连续性
- tRNA通过反密码子识别密码子，携带特定氨基酸
- 核糖体是蛋白质合成的场所，具有A、P、E三个位点
- 翻译分起始、延伸、终止三个阶段
- 翻译后修饰决定蛋白质的最终功能和定位
- 翻译水平调控是基因表达调控的重要环节
思考题
- 遗传密码的简并性有什么生物学意义？
- 比较原核生物和真核生物翻译起始的差异。
- 为什么肽酰转移酶活性由rRNA而不是蛋白质执行？