蛋白质合成与翻译

蛋白质合成，或称翻译，是核糖体读取信使RNA序列并将相应的氨基酸链组装成蛋白质的过程。它是将遗传密码转化为细胞功能分子的一步，也是蛋白质和氨基酸代谢中其他地方处理的氨基酸的最终去向。

Definition

翻译是核糖体催化的多肽合成过程，其氨基酸序列由信使RNA的密码子指定，并使用氨酰-转移RNA作为读取遗传密码的适配器。

Scope

本条目涵盖氨基酸如何通过氨酰-tRNA合成酶活化并与密码子匹配，以及核糖体上翻译的起始、延伸和终止阶段，以及该过程受到调控的主要节点。它将翻译视为一个生化和分子过程。

Core questions

• 每个氨基酸如何与识别其密码子的转移RNA连接？
• 核糖体如何选择起始位点并正确读取密码子？
• 翻译速率如何响应细胞条件进行调节？

Key concepts

• 遗传密码和密码子-反密码子配对
• 氨酰-tRNA合成酶和tRNA加荷
• 核糖体以及A、P和E位点
• 起始、延伸和终止
• 翻译起始因子和调控
• 核糖体谱分析作为一种测量方法

Mechanisms

每个氨基酸首先通过氨酰-tRNA合成酶连接到其同源的转移RNA上，这是一个ATP依赖性反应，其准确性（包括校对）决定了遗传密码的忠实性。带电荷的tRNA将氨基酸递送至核糖体，翻译在此处分三个阶段进行。在起始阶段，小核糖体亚基在起始因子的帮助下，通常通过在真核生物中扫描来定位起始密码子，然后大亚基加入。在延伸阶段，核糖体逐个密码子移动，在其肽酰转移酶中心催化连续氨基酸之间的肽键形成，同时tRNA在其A、P和E位点循环。当释放因子识别到终止密码子时，终止发生，完整的多肽被释放。起始是最受严格调控的阶段；通过起始因子对其进行控制，使细胞能够快速调整整体和特定信使的蛋白质输出。核糖体谱分析允许以接近密码子分辨率在全基因组范围内测量翻译。

Clinical relevance

翻译是几类抗生素的作用靶点，这些抗生素利用细菌和人类核糖体之间的差异，其调控在许多疾病状态下会发生改变。本条目描述了其机制以及如何进行研究，但不提供个体治疗指导。

Evidence & guidelines

该机制及其调控是已确立的分子生物学知识，并有大量的原始文献和综述文献支持；这是一个参考性主题，而非临床指南领域。

History

遗传密码在20世纪60年代通过Marshall Nirenberg、Har Gobind Khorana等人的工作得以破译，而Mahlon Hoagland及其同事发现转移RNA作为适配器则解释了密码如何被读取。后来的结构和生化研究解析了核糖体以及控制翻译每个阶段的因子。

Key figures

• Marshall Nirenberg
• Har Gobind Khorana
• Mahlon Hoagland
• Alan Hinnebusch

Seminal works

• ibba-soll-2000
• sonenberg-hinnebusch-2009
• jackson-2010

Frequently asked questions

转移RNA在翻译中的作用是什么？

转移RNA充当适配器：每个带电荷的tRNA携带一个特定的氨基酸，并将其反密码子与信使RNA上匹配的密码子配对，因此核糖体在读取密码时可以添加正确的氨基酸。

为什么翻译的起始步骤对调控如此重要？

起始步骤使核糖体致力于制造蛋白质，因此通过起始因子对其进行控制，可以使细胞根据其需求，快速提高或降低蛋白质的整体或特定信使的产量。