放在最前面的涉及的鏈接和意外收獲

• 翻譯原文鏈接
  

• 意外收獲1、Boundless Biology

• 意外收獲2、Book: General Biology (Boundless)

• 意外收獲3、一本書(shū)籍Essential genetics and genomics，下面真核生物中的翻譯起始圖就來(lái)源于此書(shū)。

意外收獲鏈接相關(guān)圖在最后面

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核糖體與蛋白質(zhì)合成

蛋白質(zhì)的合成機(jī)制

• 蛋白質(zhì)合成是指在核糖體、tRNA和氨酰-tRNA合成酶的幫助下，蛋白質(zhì)合成或mRNA轉(zhuǎn)化為蛋白質(zhì)的過(guò)程。

 學(xué)習(xí)目標(biāo)

解釋核糖體tRNA和氨酰tRNA合成酶在蛋白質(zhì)合成中的作用。

 KEY TAKEAWAYS

要點(diǎn)

• 核糖體是由rRNA和多肽鏈組成的大分子結(jié)構(gòu)，由兩個(gè)亞基組成(在細(xì)菌和古生菌中，30S和50S；在真核生物中，40S和60S)，它將mRNA和tRNA結(jié)合在一起，催化蛋白質(zhì)的合成。
• 完全組裝的核糖體有三個(gè)tRNA結(jié)合位點(diǎn)：一個(gè)進(jìn)入氨酰tRNAs的A位點(diǎn)，一個(gè)肽-tRNAs的P位點(diǎn)，以及一個(gè)空tRNA存在的 E位點(diǎn)。
• 轉(zhuǎn)運(yùn)RNA(Transfer Ribonucleic acid，tRNAs)是將適當(dāng)?shù)陌被醾鬟f給延伸中的肽鏈，由一條修飾的RNA鏈與適當(dāng)?shù)陌被峁矁r(jià)連接而成。
• tRNAs在分子的一端有一個(gè)由未堿基組成的環(huán)，其中包含三個(gè)核苷酸，作為mRNA密碼子的堿基。
• 氨酰tRNA合成酶是將單個(gè)氨基酸負(fù)載到tRNA上的酶。

蛋白質(zhì)合成機(jī)制

• 除了mRNA模板外，還有許多分子和大分子參與翻譯過(guò)程。每個(gè)成分的組成可能因物種的不同而有所不同。例如，核糖體可能由不同數(shù)量的rRNA和多肽組成，這取決于生物體的不同。然而，蛋白質(zhì)合成機(jī)制的一般結(jié)構(gòu)和功能可以與細(xì)菌、古生菌和人類細(xì)胞相媲美。翻譯需要mRNA模板、核糖體、tRNA和各種酶因子的輸入。

核糖體

• 核糖體是由結(jié)構(gòu)和催化rRNAs以及許多不同的多肽組成的復(fù)雜大分子。在真核生物中，rRNA的合成和組裝發(fā)生在核仁中。

  
  
  作用中的核糖體：核糖體在翻譯中的結(jié)構(gòu)和作用

• 在原核生物中，核糖體存在于細(xì)胞質(zhì)中，在真核生物中，核糖體存在于細(xì)胞質(zhì)和粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上。線粒體和葉綠體也有自己的核糖體，與細(xì)胞質(zhì)的核糖體相比，線粒體和葉綠體看起來(lái)更類似于原核糖體(并且具有相似的藥物敏感性)。核糖體在不合成蛋白質(zhì)時(shí)分解成大小亞基，并在翻譯的起始階段重新結(jié)合。大腸桿菌有一個(gè)30S的小亞基和一個(gè)50S的大亞基，組裝時(shí)總共有70個(gè)(回憶一下Svedberg單元不是可加性的)。哺乳動(dòng)物核糖體有一個(gè)小的40亞基和一個(gè)大的60亞基，總共有80個(gè)。小亞基負(fù)責(zé)結(jié)合mRNA模板，而大亞基則依次與tRNAs結(jié)合。

• 在細(xì)菌、古生菌和真核生物中，完整的核糖體有三個(gè)結(jié)合位點(diǎn)，可以容納tRNAs：A位點(diǎn)、P位點(diǎn)和E位點(diǎn)。傳入的氨基-tRNA(一種共價(jià)連接氨基酸的tRNA稱為氨酰-tRNA)進(jìn)入A位點(diǎn)的核糖體。攜帶延伸多肽鏈的肽鏈tRNA被保留在P位點(diǎn)。E位點(diǎn)在它們離開(kāi)核糖體之前持有空的tRNA。

核糖體結(jié)構(gòu)：大的核糖體亞基位于小核糖體亞基的頂部，mRNA穿過(guò)兩個(gè)亞基的界面附近的溝槽。完整的核糖體有三個(gè)tRNA結(jié)合位點(diǎn)：進(jìn)入氨酰tRNA的A位點(diǎn)；承載延伸多肽鏈的肽基tRNA的P位點(diǎn)；以及空的tRNA存在的E位點(diǎn)(圖中未顯示，但緊挨著P位點(diǎn))。

• 每個(gè)mRNA分子同時(shí)被許多核糖體翻譯，所有的核糖體讀碼方向是從mRNA的5‘端到3’端，而合成出來(lái)的多肽則是從氨基酸的N端到C端。完整的mRNA/聚核糖體結(jié)構(gòu)稱為多聚核糖體。

真核生物中的tRNA

• tRNA分子由RNA聚合酶III轉(zhuǎn)錄。根據(jù)物種的不同，細(xì)胞質(zhì)中存在40到60種tRNA。特定的tRNA與mRNA模板上的密碼子結(jié)合，并在多肽鏈上添加相應(yīng)的氨基酸。(更準(zhǔn)確地說(shuō)，不斷延伸的多肽鏈被添加到每個(gè)由tRNA結(jié)合的新氨基酸中。)

• 轉(zhuǎn)運(yùn)RNA(TransferenceRNAs，tRNAs)是一種三葉草結(jié)構(gòu)型的RNA分子。在真核生物中，tRNA是由tRNA基因通過(guò)RNA聚合酶III轉(zhuǎn)錄而來(lái)的。根據(jù)物種的不同，細(xì)胞質(zhì)中存在40到60種tRNA。作為適配器，特定的tRNAs與mRNA模板上的序列結(jié)合，并將相應(yīng)的氨基酸添加到多肽鏈上。(更準(zhǔn)確地說(shuō)，不斷延伸的多肽鏈被添加到tRNA帶來(lái)的每個(gè)新氨基酸中)。因此，tRNAs實(shí)際上是將RNA的語(yǔ)言“翻譯”為蛋白質(zhì)的分子。

• 在64個(gè)可能的mRNA密碼子(A、U、G和C的三重組合)中，三個(gè)指定蛋白質(zhì)合成的終止，61個(gè)指定多肽鏈中氨基酸的添加。在三個(gè)終止密碼子中，一個(gè)(UGA)也可以用來(lái)編碼21個(gè)氨基酸，硒代半胱氨酸，但只有當(dāng)mRNA包含一個(gè)特定的核苷酸序列，即SECIS序列時(shí)。在61個(gè)非終止密碼子中，有一個(gè)密碼子(AUG)也編碼翻譯的起始。

• 每個(gè)tRNA多核苷酸鏈折疊，使一些內(nèi)部部分與其他內(nèi)部部分基本相同。如果僅僅在二維上繪制圖，發(fā)生堿基配對(duì)的區(qū)域稱為莖，沒(méi)有堿基形成的區(qū)域稱為環(huán)，而為tRNA形成的整個(gè)莖和環(huán)的模式稱為“三葉草”結(jié)構(gòu)。所有的tRNA折疊成非常相似的四個(gè)主莖和三個(gè)主環(huán)的三葉草結(jié)構(gòu)。
  

  一種典型的tRNA的二維三葉草結(jié)構(gòu)：所有的tRNA，不管它們來(lái)自哪種物種或它們攜帶的氨基酸，都是由自身的堿基組成，從而產(chǎn)生一個(gè)由四個(gè)主莖和三個(gè)主要環(huán)組成的三葉草結(jié)構(gòu)。tRNA攜帶的氨基酸被共價(jià)連接到tRNA的3‘端的核苷酸上，稱為tRNA的受體臂。折疊的tRNA的另一端有一個(gè)反密碼子環(huán)，在那里tRNA將與mRNA密碼子結(jié)合。

• 如果將tRNA看作三維結(jié)構(gòu)，則tRNA的所有堿基區(qū)域都是螺旋的，tRNA折疊成L型結(jié)構(gòu)。
  

  tRNAs形成的三維形狀：如果把tRNAs看作是一個(gè)三維結(jié)構(gòu)，那么所有的tRNA都是部分螺旋分子，呈模糊的L型。包含反密碼子的環(huán)在分子的一端(這里是灰色的)，氨基酸受體臂在分子的另一端(這里是黃色的)，通過(guò)“L”的彎曲。

• 每個(gè)tRNA都有一個(gè)三個(gè)核苷酸的序列，位于分子的一端的一個(gè)環(huán)中，可以與mRNA密碼子進(jìn)行堿基配對(duì)。這就是tRNA的反密碼子。每種不同的tRNA都有不同的反密碼子。根據(jù)遺傳密碼，當(dāng)tRNA的反密碼子與其中一個(gè)mRNA密碼子結(jié)合時(shí)，tRNA會(huì)在不斷延伸的多肽鏈上添加一個(gè)氨基酸，或終止翻譯。例如，如果CUA序列發(fā)生在mRNA模板上，在正確的閱讀框中，它將結(jié)合一個(gè)tRNA和一個(gè)表達(dá)互補(bǔ)序列GAU的反密碼子。帶有這種反密碼子的tRNA將與氨基酸亮氨酸相連。

氨酰-tRNA合成酶

• RNA聚合酶III合成前tRNA的過(guò)程只產(chǎn)生適配器分子的RNA部分。一旦tRNA被加工并輸出到細(xì)胞質(zhì)中，隨后必須添加相應(yīng)的氨基酸。通過(guò)tRNA“充電”的過(guò)程，每個(gè)tRNA分子通過(guò)一組稱為氨酰-tRNA合成酶的酶將其正確的氨基酸連接起來(lái)。當(dāng)氨基酸與tRNA共價(jià)連接時(shí)，產(chǎn)生的復(fù)合物稱為氨酰-tRNA。21種氨基酸中的每一種都至少存在一種氨酰tRNA合成酶；氨酰tRNA合成酶的確切數(shù)目因物種而異。這些酶首先結(jié)合和水解ATP，催化氨基酸和一磷酸腺苷(AMP)之間形成共價(jià)鍵；在這個(gè)反應(yīng)中，焦磷酸鹽分子被排出。這就是所謂的“激活”氨基酸。然后，同一酶催化活化的氨基酸附著到tRNA上，并同時(shí)釋放AMP。當(dāng)正確的氨基酸以共價(jià)形式附著到tRNA上后，它就被酶釋放了。tRNA被認(rèn)為是帶著它的同源氨基酸。(由其反密碼子指定的氨基酸是tRNA的同源氨基酸。)

蛋白質(zhì)的合成機(jī)制

• 蛋白質(zhì)合成包括構(gòu)建肽鏈，利用tRNAs添加氨基酸和mRNA作為特定序列的藍(lán)圖。

學(xué)習(xí)目標(biāo)

描述翻譯過(guò)程

 KEY TAKEAWAYS

要點(diǎn)

• 當(dāng)小核糖體亞基，mRNA模板，起始因子，和一個(gè)特殊的啟動(dòng)tRNA結(jié)合在一起。蛋白質(zhì)開(kāi)始合成，或翻譯，這一過(guò)程為預(yù)啟動(dòng)。
• 在移位和延伸過(guò)程中，核糖體將一個(gè)密碼子3‘向mRNA下游移動(dòng)，將帶電荷的tRNA引入A位點(diǎn)，將延伸的多肽鏈從P位點(diǎn)tRNA轉(zhuǎn)移到A位點(diǎn)氨基酸的羧基上，并將未帶電的tRNA排出E位點(diǎn)。
• 當(dāng)mRNA上有終止或無(wú)義密碼子(UAA、UAG或UGA)時(shí)，核糖體終止翻譯。

 關(guān)鍵術(shù)語(yǔ)

翻譯：發(fā)生在核糖體中的一種過(guò)程，在這個(gè)過(guò)程中，信使核糖核酸(mRNA)鏈引導(dǎo)一系列氨基酸的組裝，從而形成蛋白質(zhì)。

蛋白質(zhì)的合成機(jī)制

• 與mRNA合成一樣，蛋白質(zhì)合成可分為起始、延伸和終止三個(gè)階段

翻譯的起始

• 蛋白質(zhì)的合成始于預(yù)啟動(dòng)復(fù)合物的形成。在大腸桿菌中，這種復(fù)合物包括30S小核糖體、mRNA模板、三個(gè)起始因子(IFS: IF-1、IF-2和IF-3)和一個(gè)特殊的啟動(dòng)器tRNA，稱為fMet-tRNA。引發(fā)起始tRNA堿基與起始密碼子AUG(或很少，GUG)結(jié)合，并與一種稱為fMet的甲硫氨酸共價(jià)連接。甲硫氨酸是蛋白質(zhì)合成中使用的21種氨基酸之一，甲硫氨酸是一種甲酰基(一碳醛)以共價(jià)形式附著在氨基氮上的甲硫氨酸。甲硫氨酸通過(guò)fMet-tRNA插入到大腸桿菌合成的每個(gè)多肽鏈的起始位置，通常在翻譯完成后被剪去。當(dāng)在翻譯延伸過(guò)程中遇到框架內(nèi)AUG時(shí)，一個(gè)非甲?；鞍彼?/code>被一個(gè)規(guī)則的Met-tRNA插入。在大腸桿菌mRNA中，第一個(gè)AUG密碼子上游的序列稱為Shine-Dalgarno序列(AGGAGG)，它與組成核糖體的rRNA分子相互作用。這種相互作用將30S核糖體亞基錨定在mRNA模板上的正確位置。

• 在真核生物中，當(dāng)一種啟動(dòng)因子eIF2(真核啟動(dòng)因子2)與GTP結(jié)合時(shí)，GTP-eIF2將真核啟動(dòng)因子tRNA募集到40S小核糖體亞基上，從而形成一種預(yù)啟動(dòng)復(fù)合物。起始tRNA稱為Met-tRNAi，在真核生物中攜帶未修飾的蛋氨酸，而不是fMet，但它與其他細(xì)胞Met-tRNAs的不同之處在于它能與EIFS結(jié)合，并能在核糖體P位點(diǎn)結(jié)合。真核生物的預(yù)起始復(fù)合物隨后識(shí)別mRNA 5' 端的7-甲基鳥(niǎo)苷帽。其他幾個(gè)EIFS，特別是EIF1、eIF3和eIF4，作為帽結(jié)合蛋白，協(xié)助5' 端的起始前復(fù)合物的募集。多聚(A)結(jié)合蛋白(PAB)既與mRNA的PolyA尾部結(jié)合，又與帽上的蛋白質(zhì)復(fù)合物結(jié)合，并參與這一過(guò)程。一旦到達(dá)帽，預(yù)啟動(dòng)復(fù)合體沿著mRNA在5‘到3’方向上進(jìn)行跟蹤，搜索AUG起始密碼子。許多(但不是全部)真核細(xì)胞的mRNAs是從第一個(gè)AUG序列翻譯而來(lái)的。AUG周圍的核苷酸表明它是否是正確的起始密碼子。

• 一旦確定了適當(dāng)?shù)腁UG，eIF2將GTP水解為GDP，并授權(quán)tRNAi-Met傳遞到起始密碼子，其中tRNA_i反密碼子基序向AUG密碼子傳遞。在此之后，eIF2-GDP從復(fù)合體中釋放出來(lái)，并與eIF5-GTP結(jié)合。60S核糖體亞基被eIF5-GTP招募到預(yù)啟動(dòng)復(fù)合物中，該復(fù)合物將其GTP水解成GDP，在翻譯起始位點(diǎn)組裝完整的核糖體，而Met-tRNA_i位于核糖體P位點(diǎn)。剩余的EIFS與核糖體分離，翻譯已準(zhǔn)備好開(kāi)始。

• 在古生菌中，翻譯起始與真核生物相似，只是所涉及的起始因子被稱為AIFS(考古學(xué)起始因子)，而不是EIFS。
  注：這里原文鏈接圖感覺(jué)沒(méi)有這個(gè)好 ，來(lái)自《Essential Genetics and Genomics》第236頁(yè)。
  原文圖掛了，后面找到此文圖存放的鏈接
  

  真核生物中的翻譯起始：在真核生物中，一種由小的40位亞基、啟動(dòng)子Met-tRNAi和eIF2-GTP組成的預(yù)啟動(dòng)復(fù)合物。這個(gè)預(yù)啟動(dòng)復(fù)合物在其他EIFS和PAB的幫助下與mRNA的5‘-m7G末端結(jié)合，后者結(jié)合mRNA的polyA尾巴，并將尾部環(huán)到帽上。一旦在帽，預(yù)啟動(dòng)復(fù)合物沿著mRNA滑動(dòng)，直到它遇到起始密碼子AUG。其中，GTP被eIF2水解，Met-tRNAi被負(fù)載到Aug上。其次，eIF5-GTP在AUG招募60多個(gè)大核糖體亞基到40多個(gè)亞基，并水解GTP。這允許大的核糖體亞基在小亞基的頂部組裝，產(chǎn)生完整的80S核糖體，并將Met-tRNAi置于完整的核糖體的P位點(diǎn)。核糖體A位點(diǎn)位于mRNA閱讀框架中的第二密碼子之上，翻譯延伸可以開(kāi)始。

翻譯延伸

• 延伸的機(jī)制在原核生物和真核生物中是一樣的。完整的核糖體有三個(gè)部分：A位點(diǎn)與進(jìn)入的氨酰tRNA結(jié)合；P位點(diǎn)與攜帶延長(zhǎng)多肽鏈的tRNA結(jié)合；E位點(diǎn)釋放游離的tRNA，以便它們可以與氨基酸充電。起始tRNA在大腸桿菌中為rMet-tRNA，在真核生物和古生菌中為Met-tRNA_i，直接與P位點(diǎn)結(jié)合。這創(chuàng)造了一個(gè)起始復(fù)合物與一個(gè)游離的A位點(diǎn)，準(zhǔn)備接受氨基酰-tRNA對(duì)應(yīng)的第一個(gè)密碼子AUG。

• 帶有與A位點(diǎn)密碼子互補(bǔ)的反密碼子的氨酰-tRNA降落在A位點(diǎn)。在A位氨基酸的氨基和最近連接到P位tRNA的多肽鏈的羧基之間形成肽鍵，肽鍵的形成是由肽基轉(zhuǎn)移酶催化的，肽基轉(zhuǎn)移酶是一種基于RNA的酶，整合到大的核糖體亞基中。肽鍵形成的能量來(lái)自于GTP水解，而GTP水解是由一個(gè)單獨(dú)的延伸因子催化的。

• 在催化形成肽鍵的過(guò)程中，將不斷延長(zhǎng)的多肽鏈與P-位點(diǎn)tRNA連接起來(lái)的肽鍵被移除。正在延長(zhǎng)的多肽鏈被轉(zhuǎn)移到進(jìn)入的氨基酸的氨基端，而A位點(diǎn)的tRNA暫時(shí)保持著延長(zhǎng)的多肽鏈，而P-位點(diǎn)的tRNA現(xiàn)在是空的或不帶電荷。

• 核糖體使mRNA下移三個(gè)核苷酸。tRNA被轉(zhuǎn)錄到mRNA上的一個(gè)密碼子，所以當(dāng)核糖體移動(dòng)到mRNA上時(shí)，tRNA保持不變，而核糖體移動(dòng)，每個(gè)tRNA被移動(dòng)到下一個(gè)tRNA結(jié)合位點(diǎn)。E位點(diǎn)移動(dòng)到以前的P位點(diǎn)tRNA上，現(xiàn)在是空的或不帶電的，P位點(diǎn)移動(dòng)到原來(lái)的A位點(diǎn)tRNA上，現(xiàn)在它承載著延長(zhǎng)的多肽鏈，而A位點(diǎn)移動(dòng)到一個(gè)新的密碼子上。在E位點(diǎn)，未帶電荷的tRNA與其反密碼子分離并被驅(qū)逐。一個(gè)新的氨酰tRNA與一個(gè)與新的A位點(diǎn)密碼子互補(bǔ)的反密碼子進(jìn)入A位點(diǎn)的核糖體，并重復(fù)其延伸過(guò)程。核糖體每一步的能量都是由水解GTP的延伸因子貢獻(xiàn)的。

真核生物的翻譯延伸：在翻譯延伸過(guò)程中，如果tRNA反密碼子與A位點(diǎn)mRNA密碼子互補(bǔ)，則傳入的氨酰tRNA進(jìn)入核糖體A位點(diǎn)，在那里結(jié)合。延伸因子eEF1有助于裝載氨酰tRNA，通過(guò)GTP的水解為這一過(guò)程提供動(dòng)力。延長(zhǎng)的多肽鏈附著在核糖體P位點(diǎn)的tRNA上。核糖體的肽基轉(zhuǎn)移酶催化延長(zhǎng)的多肽鏈從P位tRNA轉(zhuǎn)移到A位氨基酸的氨基。這就在延長(zhǎng)的多肽鏈的C末端和A位氨基酸之間產(chǎn)生了肽鍵。肽鍵形成后，延長(zhǎng)的多肽鏈被連接到A位點(diǎn)的tRNA上，而P位點(diǎn)的tRNA是空的。核糖體在mRNA上有一次密碼子移位。延長(zhǎng)因子eEF2協(xié)助轉(zhuǎn)運(yùn)，通過(guò)GTP的水解來(lái)驅(qū)動(dòng)這一過(guò)程。在移位過(guò)程中，兩個(gè)tRNA保留到它們的mRNA密碼子的基部，所以核糖體移動(dòng)到它們上面，將空的tRNA放在E位點(diǎn)(它將從核糖體中排出)和多肽鏈增長(zhǎng)的tRNA在P位點(diǎn)。A站點(diǎn)在一個(gè)空的密碼子上移動(dòng)，并且這個(gè)過(guò)程重復(fù)自己，直到到達(dá)一個(gè)停止密碼子。

翻譯終止

• 當(dāng)核糖體到達(dá)終止密碼子(UAA、UAG或UGA)時(shí)，翻譯終止。沒(méi)有與密碼子互補(bǔ)的tRNA，因此沒(méi)有tRNA進(jìn)入A位點(diǎn)。相反，在原核生物和真核生物中，一種被稱為釋放因子的蛋白質(zhì)進(jìn)入了A位點(diǎn)。釋放因子導(dǎo)致核糖體肽基轉(zhuǎn)移酶將一個(gè)水分子添加到最近增加的多肽鏈中連接到P-位點(diǎn)tRNA的多肽鏈的羧基端。這使得多肽鏈從其tRNA中分離出來(lái)，新制造的多肽被釋放出來(lái)。小的和大的核糖體亞基從mRNA和彼此分離；它們幾乎立即被招募到另一個(gè)翻譯起始復(fù)合體中。在許多核糖體完成翻譯后，mRNA被降解，因此核苷酸可以在另一個(gè)轉(zhuǎn)錄反應(yīng)中重復(fù)使用。

在線json演示翻譯過(guò)程鏈接

This interactive models the process of translation in eukaryotes

蛋白質(zhì)的折疊、修飾和靶向

略

意外收獲

• 1、Boundless Biology
  

• 2、Book: General Biology (Boundless)
  

• 3、一本書(shū)籍Essential genetics and genomics，上面真核生物中的翻譯起始圖就來(lái)源于此書(shū)。
  

放在最后的話：年少不知分子好，老來(lái)用時(shí)兩行淚。