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建造蛋白質:核糖體上的翻譯

最後一步。看核糖體逐個密碼子讀取 mRNA,轉運 RNA 送來匹配的胺基酸,並把一條訊息一路追蹤——從基因到完成的鏈。

工坊與它的轉接頭

訊息在核糖體上被解碼成蛋白質——核糖體是細胞的蛋白質工坊。但核糖體不能直接讀取胺基酸;它只讀 mRNA 上的密碼子。必須有東西把這兩種語言連起來。這座橋就是轉運 RNA,即 tRNA——一個同時幹兩件事的小轉接頭分子。

每個 tRNA 的一端攜帶一種特定的胺基酸。另一端展示一段三字母序列,叫反密碼子。反密碼子是某個密碼子的互補:它按你已經熟悉的 A–U、G–C 規則與 mRNA 上匹配的密碼子配對。於是一個 tRNA 讀出「這個密碼子」,送來「那個胺基酸」。它簡直就是把字典做成了實物。

鏈如何增長

  1. 起始。核糖體鎖定 mRNA,找到起始密碼子 AUG。第一個 tRNA 攜帶甲硫胺酸,把反密碼子在那裡配上。
  2. 匹配下一個密碼子。一個反密碼子契合下一密碼子的 tRNA 到來,鹼基配對就位,把它的胺基酸帶到第一個胺基酸旁邊。
  3. 連接。核糖體在兩個胺基酸之間形成化學鍵,使鏈延長一個,然後讓已空的 tRNA 離開。
  4. 移位再來。核糖體精確地沿 mRNA 滑動一個密碼子,保持閱讀框,循環重複——讀密碼子、取胺基酸、連接。
  5. 終止。終止密碼子出現,沒有 tRNA 與它匹配。核糖體釋放出造好的蛋白質鏈,並放開 mRNA。

胺基酸鏈隨後摺疊成它的工作形狀,至此基因終於成為一個能做事的分子——一種酶、一根結構纖維、一個訊號。這整個解碼過程就是翻譯中心法則的第二支箭。

一條訊息,全程走完

讓我們把一個基因從頭到尾走一遍,把本學習路的一切串起來。從一小段 DNA 開始,轉錄成 mRNA,再在核糖體上翻譯這條 mRNA。看 DNA 鹼基的原始順序,如何最終決定了胺基酸的精確順序——這正是第 1 篇許下的承諾。

GENE → PROTEIN, the whole road in one example

  STEP 0  DNA
    coding   5'-A T G  T G C  A A C  U..→ T G A-3'
    template 3'-T A C  A C G  T T G  ...  A C T-5'  ◀ read this

  STEP 1  TRANSCRIPTION  (pair off template, T→U)
    mRNA   5'-A U G  U G C  A A C  ...  U G A-3'

  STEP 2  TRANSLATION  (ribosome reads codons; tRNA brings amino acids)
    codon    AUG    UGC    AAC   ...   UGA
    anticodon UAC   ACG    UUG   ...  (none — STOP)
    amino    Met  - Cys  - Asn  - ...   release

  PROTEIN:  Met - Cys - Asn - ...   then folds into shape

  The DNA letter order set the codon order, which set the amino-acid order.
  Change one DNA base and you may change one amino acid — or, in frame, the whole chain.
三步走完從基因到蛋白質:鹼基順序一路傳遞到胺基酸順序。