翻译与蛋白质合成
翻译是核糖体解码信使RNA所携带的遗传信息以构建蛋白质（细胞的功能性大分子）的过程。它是基因表达继转录之后的第二个主要步骤，完成了分子生物学中心法则所描述的从基因到功能产物的信息流。
Definition
翻译是由核糖体催化的多肽合成过程，其氨基酸序列由信使RNA模板逐个密码子指定，转运RNA作为适配器将每个密码子与相应的氨基酸匹配。
Scope
本领域旨在向读者介绍核苷酸序列如何以三联体形式被读取并转化为有序的氨基酸序列。它涵盖了遗传密码和密码子识别、多肽合成的起始、延伸和终止阶段，以及核糖体的结构和催化功能。它将翻译视为一个基础分子主题，而非临床指导。
Sub-topics
Core questions
- 信使RNA的线性核苷酸序列如何转化为蛋白质的氨基酸序列？
- 什么分子机器读取密码子并形成肽键？
- 合成的起始和终止如何定义和控制？
- 翻译如何做到既快速又准确？
Key concepts
- 信使RNA模板
- 转运RNA适配器
- 三联体密码子
- 阅读框
- 起始、延伸和终止阶段
- 核糖体作为核酶
- 翻译保真度
Key theories
- 分子生物学中心法则
- 序列信息从核酸流向蛋白质，而不从蛋白质逆流；翻译是将信使RNA序列转化为多肽序列的最终信息传递步骤。
- 适配器假说
- Crick提出，小的适配器分子（后来被确认为转运RNA）在密码子和氨基酸之间起介导作用，因为核苷酸碱基不能直接识别氨基酸侧链。
Mechanisms
信使RNA以不重叠的三联体（称为密码子）形式被读取，每个密码子指定一个氨基酸或一个终止信号。氨酰-转运RNA递送氨基酸，其反密码子与核糖体内的连续密码子进行碱基配对，核糖体催化肽键形成并沿着信使RNA前进。合成过程分为三个阶段：起始阶段，在起始密码子处组装核糖体；延伸阶段，重复添加氨基酸；终止阶段，在终止密码子处释放完整的链。Nirenberg及其同事的无细胞系统首次证明了确定的RNA序列指导特定氨基酸的掺入，此后的结构研究表明，核糖体本身（一种RNA-蛋白质机器）执行了化学反应。
Clinical relevance
许多抗生素通过选择性抑制细菌翻译发挥作用，而翻译机制组分中的遗传缺陷是多种疾病的基础，这使得该领域与理解药理学和疾病机制相关。它描述了分子过程，解释了药物和突变如何影响蛋白质生产，并非个体诊断或治疗决策的依据。
Evidence & guidelines
此处总结的机制基于数十年的生化和结构证据，包括20世纪60年代的遗传密码实验和原子分辨率的核糖体结构，并已在标准分子生物学教科书和主要综述文献中得到巩固。
History
翻译的概念框架形成于20世纪50年代和60年代：Crick阐明了中心法则和适配器假说，而Nirenberg、Khorana等人则利用无细胞系统中的合成RNA模板破译了遗传密码。负责该过程的分子机器——核糖体，后来以原子细节被解析，揭示其催化核心是RNA。
Key figures
- Francis Crick
- Marshall Nirenberg
- Thomas Steitz
- Rachel Green
Related topics
Seminal works
- crick-1970
- nirenberg-1961
- steitz-2008
Frequently asked questions
- 翻译与转录有何不同？
- 转录是将基因的DNA复制到信使RNA中，而翻译是在核糖体上读取该信使RNA以组装蛋白质；转录在一种化学字母（核苷酸）内工作，而翻译则在两种字母（核苷酸和氨基酸）之间进行转换。
- 为什么核糖体被称为核酶？
- 结构研究表明，肽键是由核糖体RNA而非蛋白质形成的，因此核糖体作为一种RNA酶或核酶催化合成。