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建造蛋白质:核糖体上的翻译

最后一步。看核糖体逐个密码子读取 mRNA,转运 RNA 送来匹配的氨基酸,并把一条信息一路追踪——从基因到完成的链。

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

  1. 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。
  2. 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。
  3. 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。
  4. 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。
  5. 终止。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.
三步走完从基因到蛋白质:碱基顺序一路传递到氨基酸顺序。