工坊与它的转接头
信息在核糖体上被解码成蛋白质——核糖体是细胞的蛋白质工坊。但核糖体不能直接读取氨基酸;它只读 mRNA 上的密码子。必须有东西把这两种语言连起来。这座桥就是转运 RNA,即 tRNA——一个同时干两件事的小转接头分子。
每个 tRNA 的一端携带一种特定的氨基酸。另一端展示一段三字母序列,叫反密码子。反密码子是某个密码子的互补:它按你已经熟悉的 A–U、G–C 规则与 mRNA 上匹配的密码子配对。于是一个 tRNA 读出“这个密码子”,送来“那个氨基酸”。它简直就是把字典做成了实物。
链如何增长
- 起始。核糖体锁定 mRNA,找到起始密码子 AUG。第一个 tRNA 携带甲硫氨酸,把反密码子在那里配上。
- 匹配下一个密码子。一个反密码子契合下一密码子的 tRNA 到来,碱基配对就位,把它的氨基酸带到第一个氨基酸旁边。
- 连接。核糖体在两个氨基酸之间形成化学键,使链延长一个,然后让已空的 tRNA 离开。
- 移位再来。核糖体精确地沿 mRNA 滑动一个密码子,保持阅读框,循环重复——读密码子、取氨基酸、连接。
- 终止。当终止密码子出现,没有 tRNA 与它匹配。核糖体释放出造好的蛋白质链,并放开 mRNA。
氨基酸链随后折叠成它的工作形状,至此基因终于成为一个能做事的分子——一种酶、一根结构纤维、一个信号。这整个解码过程就是翻译,中心法则的第二支箭。
一条信息,全程走完
让我们把一个基因从头到尾走一遍,把本学习路的一切串起来。从一小段 DNA 开始,转录成 mRNA,再在核糖体上翻译这条 mRNA。看 DNA 碱基的原始顺序,如何最终决定了氨基酸的精确顺序——这正是第 1 篇许下的承诺。
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.