原核生物翻译模板 不知道翻译过程，怎么能做好翻译组研究 | 翻译组

根据基因表达的“中心定律”描述原核生物翻译模板，将遗传信息从RNA传递到蛋白质的过程被定义为mRNA翻译。换句话说，虽然DNA可以通过转录产生信使RNA（mRNA），但mRNA分子本身不具有参与细胞活动的功能，必须经过翻译才能产生相应的功能蛋白。除了mRNA，转运RNA（tRNA）和核糖体也是翻译过程中不可缺少的成员。

图 1 翻译的三个阶段

翻译过程的三个阶段

初始阶段：核糖体元件与mRNA结合组装成完整的核糖体

延伸阶段：核糖体从mRNA的5'端向3'端移动，吸收氨基酸形成多肽链

终止阶段：核糖体遇到mRNA的终止密码子，蛋白质合成终止并与mRNA分离

语言转换器：转移 RNA (tRNA)

tRNA 在蛋白质合成和翻译过程中起着重要作用。他就像谷歌的翻译软件，将mRNA的核苷酸语言一个字一个字地转换成氨基酸语言。将单一的氨基酸语言进行修饰和拼接，形成有意义的文本，即蛋白质。 tRNA 的形状类似于具有 3 片叶子和 1 根茎的三叶草。茎含有氨基酸结合位点，称为氨基酸接受茎。与接收茎相对的叶子称为反密码子环。位于叶片顶部的3核苷酸反密码子可以识别mRNA开放阅读框区的基本单位密码子，从而与mRNA结合。

图2 tRNA的结构

格式转换：信使RNA（mRNA）修饰

转运出细胞核的 mRNA 需要在细胞质中进行修饰才能被翻译。这个过程就像是把pdf格式的图片转换成绘图软件可以识别的png格式。首先，去除mRNA上的内含子。内含子是不能编码氨基酸的核苷酸序列。随后，在mRNA的3'端加入多个腺嘌呤，这种结构也称为polyA尾。同时，鸟苷三磷酸结合到 mRNA 的 5' 端作为帽结构 (m7G)。上述修饰去除了mRNA上无用的区域，增加了mRNA的稳定性，使其难以被核酸外切酶水解。完成所有修饰后，即可将 mRNA 作为模板进行翻译。

图3 mRNA修饰过程

蛋白质合成：翻译过程

修饰后的mRNA与核糖体上的特殊位点结合，在tRNA的帮助下完成翻译和蛋白质合成。核糖体由两部分组成：大亚基和小亚基。真核生物的核糖体大小为80S（60S大亚基，40S小亚基），而原核生物的核糖体只有70S（50S大亚基，30S小亚基）。与mRNA的结合位点位于小亚基上，而大亚基含有两个tRNA结合位点。

图 4 翻译组件

翻译开始

在翻译过程中，核糖体的小亚基首先与mRNA分子结合。同时，一种特殊的起始tRNA分子（Met-tRNAi）识别并结合mRNA的起始密码子序列（AUG）。之后，加入大亚基进行翻译，与小亚基形成完整的核糖复合物。随着核糖体在 mRNA 上移动，初始 tRNA 离开核糖体的 A 位点，进入 P 位点，相邻的密码子被新的 tRNA 分子识别。当这个新的tRNA进入空缺的A位点时，tRNA P位点的氨基酸会通过肽键与A位点的氨基酸相连。

翻译扩展

随着核糖体继续沿着 mRNA 移动，P 位点的 tRNA 进入 E 位点并与核糖体分离。 A 位点的 tRNA 被转移到 P 位点。 A 位点将再次腾空原核生物翻译模板，直到另一个符合条件的 tRNA 识别出相邻的密码子。这种模式在翻译过程中反复循环，使肽链不断延伸。

翻译终止

当核糖体在mRNA上延伸并遇到终止子时，肽链会在P位点与tRNA解离，然后核糖体又会被分解成大大小小的亚基。自然界中有三种常见的终止密码子：UAG、UAA、UGA。新产生的多肽链经过一系列的修饰后会成为功能性蛋白质。这些新合成蛋白质中的一些参与细胞膜功能，而一些保留在细胞质中或被运输出细胞以发挥作用。为了满足细胞对功能蛋白的需求，一个mRNA分子可以翻译成多个相同的蛋白质，因为多个核糖体可以同时翻译同一个mRNA分子。这些同时翻译相同 mRNA 的核糖体集合称为多核糖体 [1]。

真核生物和原核生物翻译水平的异同

图 5 真核生物与原核生物翻译过程的差异

翻译的调控机制

① 缺少翻译扫描

扫描遗漏是翻译起始过程中发生的一种机制，用于调节基因表达。在真核基因的起始过程中，40S 小亚基从 5'UTR 向 5' 到 3' 方向扫描 mRNA，直到起始密码子开始翻译和延伸。有时，核糖体会忽略第一个起始密码子 AUG，并在下游的相邻起始密码子 AUG 处启动翻译 [2]。真核细胞中核糖体的扫描发生在 5'UTR 之后。但是，如果起始密码子被一个“核糖体不受欢迎”的核苷酸序列包围，扫描状态的核糖体会忽略这个AUG。继续扫描 mRNA。由于扫描机制的存在，翻译也可以从非AUG密码子开始[3]。这种机制主要存在于真核基因的富含 GC 的前导序列中。原因被认为是mRNA上的二级结构减慢了核糖体的扫描速度，增加了Met-tRNA的错配率，从而允许核糖。身体在非 AUG 密码子处启动翻译 [4]。然而，对于大多数病毒而言，缺失扫描的机制并不是mRNA结构缺陷的结果。相反，扫描省略使病毒可以从同一mRNA中产生多种蛋白质，使其更好地适应宿主环境[5]。

图 6 翻译起始省略机制

②uORF及其对主要ORF的调控

上游开放阅读框 (uORF) 位于 mRNA 的 5'UTR 区域，具有调节真核基因表达的功能。典型的 uORF 翻译会抑制下游相邻阅读框的表达 [6,7]。 uORFs在细菌中也被称为前导肽，在调节氨基酸的合成和转运中起重要作用。

大约 50% 的人类基因在 5'UTR 中含有 uORF，它们可以下调基因表达 [8]。 uORFs的多肽可以通过质谱检测[9]。

图7 uORF的三种类型

参考

[1] Champe PC, Harvey RA, FerrierDR (2004). Lippincott 的 Illustrated Reviews: Biochemistry (3rd ed.). Hagerstwon, MD: Lippincott Williams & Wilkins. ISBN978-0-7817-2265-< @0.

[2]科扎克，玛丽莲。 “在原核生物和真核生物中启动翻译。”基因 234 (1999): 187-208. Academic Search Complete. Web. 10 June 2014.

[3] Herzog, Etienne., et al. “通过体外渗漏扫描对花生丛病毒 RNA 2 的第二个基因进行翻译。”病毒学 208. (1995): 215 -225. Academic Search Complete. Web. 10 June 1014.

[4] 科扎克，玛丽莲。 “推动翻译启动扫描机制的极限。”基因 299 (2002): 1-34. Academic Search Complete. Web. 11 June 2014.

[5] Ryaboba, Lyubov., et al. “植物病毒中的翻译重新启动和泄漏扫描。”病毒研究 119 (2006): 52-62 Academic Search Complete. Web. 23 June 2014.

[6] Vilela C, McCarthy JE（8 月 2003)。“通过 mRNA 5' 非翻译区的短开放阅读框调节真菌基因表达”。分子微生物学。49 (4) : 859–67. doi:1<@0.1046/j.1365-2958.2003.03622.

[7] Lovett PS，Rogers EJ（199 年 6 月6)。“新生肽对核糖体的调节”。微生物评论。60（2)：366–85.

[8] Calvo SE、Pagliarini DJ、Mootha VK（200 年 5 月9)。“上游开放阅读框架导致蛋白质表达普遍减少，并且在人类中具有多态性”（PDF）。美国国家科学院院刊美国科学。美国国家科学院院刊。106 (18): 7507–12.

[9] Slavoff SA、Mitchell AJ、Schwaid AG、Cabili MN、Ma J、Levin JZ、Karger AD、Budnik BA、Rinn JL、Saghatelian A（201 年 1 月 3)。“短开路的肽组学发现人类细胞中的阅读框编码肽”。Nature Chemical Biology. 9 (1): 59–64.返回搜狐查看更多