翻译与遗传密码
核糖体如何一次读取信使RNA的三个碱基并构建相应的蛋白质，以及遗传密码如何将密码子映射到氨基酸。
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Definition
翻译是由核糖体催化，根据信使RNA的密码子序列合成多肽的过程；遗传密码是一套规则，通过这套规则，核苷酸三联体（密码子）指定构成蛋白质的氨基酸和终止信号。
Scope
本领域涵盖了mRNA解码为蛋白质的过程及其基础密码。它涉及遗传密码及其特性、核糖体的结构和催化作用、转运RNA及其氨酰-tRNA合成酶的充电过程，以及翻译的起始、延伸和终止阶段。翻译后修饰和折叠被视为相关领域，但在此不作深入探讨。
Sub-topics
Core questions
- 核苷酸三联体如何与特定氨基酸匹配？
- 核糖体的结构是什么？它如何催化肽键的形成？
- 转运RNA如何将正确的氨基酸携带到正确的密码子？
- 翻译如何准确地起始、延伸和终止？
Key theories
- 三联体、近乎普遍的遗传密码
- 每个氨基酸由一个或多个三核苷酸密码子指定，这是一种简并的密码，在生命体中普遍共享，通过解码第一个密码子的无细胞合成实验得以确立。
- 中心法则——RNA到蛋白质
- 翻译实现了中心法则中蛋白质导向的步骤，将mRNA携带的序列信息转化为蛋白质的氨基酸序列。
Mechanisms
氨酰-tRNA合成酶将每个氨基酸连接到其同源tRNA上，该tRNA的反密码子与相应的mRNA密码子匹配。核糖体小亚基与起始因子一起定位起始密码子；然后大亚基加入，核糖体逐个密码子移动，在其催化中心催化生长链与每个进入的氨酰-tRNA之间形成肽键。延伸因子递送tRNA并驱动易位，释放因子识别终止密码子以释放已完成的蛋白质。
Clinical relevance
翻译机制是许多抗生素的作用靶点，这些抗生素利用细菌和人类核糖体之间的差异；密码子读取错误和tRNA缺陷会导致疾病；此处仅作为意义而非临床指导。
History
遗传密码在20世纪60年代早期至中期通过Nirenberg和Matthaei利用合成RNA进行的无细胞合成以及Khorana等人的密码子分配工作得以破译；随后对核糖体的结构研究表明它是一种核酶，从而完善了现代翻译理论。
Key figures
- Marshall Nirenberg
- Francis Crick
- Har Gobind Khorana
- Ada Yonath
Related topics
Seminal works
- nirenberg1961
- crick1970
- watson2013
Frequently asked questions
- 为什么遗传密码被称为简并的？
- 因为大多数氨基酸由不止一个密码子指定，所以几个不同的三联体可以编码相同的氨基酸。
- 遗传密码在所有生物体中都相同吗？
- 它几乎是普遍的，在大多数生命体中具有相同的密码子分配，尽管少数细胞器和生物体使用微小的变异。