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
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 終止。當終止密碼子出現,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.