从mRNA到蛋白质的生物信息传递

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生物信息的传递（下）——从 mRNA 到蛋白质·

由GPT-5.6-Sol-Ultra生成

翻译概述·

  • 翻译（translation）

    从 mRNA 上特定的起始位点开始，以每 3 个核苷酸代表一个氨基酸，依次合成多肽链的过程。

  • 翻译的基本方向

    • 核糖体沿 mRNA 的 $5’ \rightarrow 3’$ 方向移动。
    • 多肽链沿 N 端 $\rightarrow$ C 端方向延伸。

  • 真核细胞中，细胞核内合成的 mRNA 必须先运至细胞质，才能被翻译。

  • 蛋白质合成的核心组分

组分 作用
mRNA 蛋白质合成的模板
tRNA 连接密码子与氨基酸，并运送氨基酸
核糖体 蛋白质合成的场所
多种酶和蛋白因子 参与氨基酸活化、翻译起始、延伸、终止及翻译后加工
ATP、GTP 等高能化合物 为蛋白质合成提供能量

  • 翻译的 3 个主要阶段

    1. 起始：核糖体与 mRNA、氨酰 tRNA 结合，形成起始复合物。
    2. 延伸：核糖体沿 mRNA 移动，按密码子顺序由 N 端向 C 端合成多肽链；这是速度最快的阶段。
    3. 终止与释放：肽链合成终止，核糖体从 mRNA 上解离并准备进入下一轮合成。

  • 蛋白质合成虽然复杂，但速度很快

    • 大肠杆菌约需 $5\ \mathrm{s}$ 即可合成一条含 100 个氨基酸的多肽。
    • 真核生物中将近 300 种生物大分子与蛋白质合成有关。

  • 教材统计：细胞合成代谢总能量的约 90% 用于蛋白质合成，相关组分约占细胞干重的 35%。


遗传密码——三联子·

  • 密码子（codon）

    mRNA上连续的3个核苷酸，翻译时编码一个氨基酸或发出终止信号。

  • 翻译通常从起始密码子AUG开始，沿mRNA的 $5’\rightarrow3’$ 方向连续读取，直至终止密码子；教材后文同时指出GUG也可兼作起始密码子。
  • 新生多肽的氨基酸组成和排列顺序取决于相应基因的碱基组成和顺序，因此蛋白质作为基因产物最终受基因控制。

tRNA破译mRNA三联密码子的原始构想

三联子密码及其破译·

三联子成立的数量与遗传学证据·

  • mRNA只有4种核苷酸，而蛋白质含20种氨基酸

    • 一联子只能产生4种组合。
    • 二联子有 $4^2=16$ 种组合，仍不足以编码20种氨基酸。
    • 三联子有 $4^3=64$ 种组合，能够满足编码需要。

  • 移码突变实验

    • Crick等用吖啶类试剂诱导T4噬菌体rII位点发生核苷酸插入或缺失。
    • 插入或删除1个核苷酸会改变其后全部密码子的阅读框，生成完全不同且无功能的蛋白质，使噬菌体失去感染能力。
    • 同时进行插入和删除、使后续阅读框恢复后，除突变处所代表的氨基酸外，后续蛋白质序列保持不变。
    • 同时删除3个核苷酸只会使蛋白质少1个氨基酸，后续序列不发生改变。
    • 结论：mRNA以3个核苷酸为一个连续阅读单位。

  • 烟草坏死卫星病毒的外壳蛋白亚基含400个氨基酸，相应RNA片段约1 200 nt，也符合三联子关系。

核苷酸插入或删除实验证明三联子密码


无细胞翻译体系破译密码·

  • 大肠杆菌无细胞合成体系含DNA、mRNA、tRNA、核糖体、氨酰tRNA合成酶等组分

    1. 加入DNase降解体系中的DNA；待原有mRNA耗尽后，蛋白质合成停止。
    2. 加入外源mRNA或人工均聚物、共聚物，并补充ATP、GTP和氨基酸后，重新合成肽链。
    3. 比较人工模板序列和新生肽链组成，即可推断密码子。

  • 均聚物实验

    • 1961年，Nirenberg以poly(U)为模板，产物为多聚苯丙氨酸，证明 UUU编码Phe。
    • poly©指导多聚脯氨酸合成，证明CCC编码Pro。
    • poly(A)指导多聚赖氨酸合成，证明AAA编码Lys。
    • 实验体系中 $Mg^{2+}$ 浓度高，人工多聚核苷酸可不依赖起始密码子而随机起读；生理 $Mg^{2+}$ 条件下，无起始密码子的多核苷酸不能作为翻译模板。

无细胞翻译体系证明UUU编码苯丙氨酸

  • 随机或特定序列共聚物实验
    • 仅含A、C的随机共聚物可形成8种三联子，并生成含Asn、His、Pro、Gln、Thr、Lys的多肽。
    • 重复二核苷酸poly(UG)有两种读框：
      • UGU编码Cys。
      • GUG编码Val。
    • 重复三核苷酸poly(UUC)有3种读框：
      • UUC编码Phe。
      • UCU编码Ser。
      • CUU编码Leu。
    • poly(GUA)的3种读框中，UAG为终止密码子，因此只能得到GUA编码的Val和AGU编码的Ser两类多肽。

核糖体结合技术·

  • Nirenberg和Leder以人工三核苷酸、核糖体和氨酰tRNA建立结合体系
    1. 游离氨酰tRNA相对分子质量小，可通过硝酸纤维素滤膜。
    2. 与特定三核苷酸模板及核糖体形成复合物的氨酰tRNA被滤膜截留。
    3. 每组实验只用一种 $^{14}\mathrm{C}$ 标记的氨酰tRNA，根据滤膜上的放射性确定密码子与氨基酸的对应关系。
  • 例如：UUU使Phe-tRNA结合核糖体，AAA使Lys-tRNA结合，CCC使Pro-tRNA结合。

遗传密码的性质·

连续性·

  • 翻译从mRNA $5’$ 端的起始密码子开始，一个密码子接一个密码子连续读取，直到 $3’$ 端的终止密码子。
  • 密码子之间无间隔、无重叠。
  • 起始密码子确定后续全部密码子的位置，即确定阅读框。

简并性·

  • 64个密码子中

    • 61个编码氨基酸。
    • UAA、UGA、UAG不编码氨基酸，是终止密码子。

  • 终止密码子不与tRNA反密码子配对，而由终止因子或释放因子识别，使肽链合成终止。

  • 细菌中UAA最常用；UGA的使用频率略高于UAG，但UGA发生错误的可能性更大。

  • 简并（degeneracy）

    一种氨基酸由一个以上密码子编码的现象。

  • 同义密码子（synonymous codon）

    编码同一种氨基酸的不同密码子。

  • 除Met的AUG和Trp的UGG各只有1个密码子外

密码子数/氨基酸 氨基酸种数
2 9
3 1
4 5
6 3
  • AUG和GUG既分别编码Met和Val，也可作为起始密码子。
  • 同义密码子通常前两位相同，第三位变化不一定改变氨基酸，因而可减小变异的影响。
  • 一般编码某氨基酸的密码子越多，该氨基酸在蛋白质中出现越频繁；Arg是教材所列例外，因真核生物中CG双联子出现频率低，虽有6个密码子，Arg出现频率仍不高。

通用遗传密码·

密码子 氨基酸/信号 密码子 氨基酸/信号
UUU、UUC Phe UUA、UUG Leu
UCU、UCC、UCA、UCG Ser UAU、UAC Tyr
UAA、UAG 终止 UGU、UGC Cys
UGA 终止 UGG Trp
CUU、CUC、CUA、CUG Leu CCU、CCC、CCA、CCG Pro
CAU、CAC His CAA、CAG Gln
CGU、CGC、CGA、CGG Arg AUU、AUC、AUA Ile
AUG Met ACU、ACC、ACA、ACG Thr
AAU、AAC Asn AAA、AAG Lys
AGU、AGC Ser AGA、AGG Arg
GUU、GUC、GUA、GUG Val GCU、GCC、GCA、GCG Ala
GAU、GAC Asp GAA、GAG Glu
GGU、GGC、GGA、GGG Gly

  • 病毒、细菌、动物和植物基本共用同一套遗传密码，体现密码子的通用性。

  • 通用性可用于研究生物进化，也使细菌表达人胰岛素等外源蛋白成为可能。

  • 遗传密码也存在少数特殊情况

生物或遗传系统 密码子 教材所述含义 通用/核DNA含义
支原体 UGA Trp 终止
嗜热四膜虫 UAA Gln 终止
线粒体（教材表列“所有”） UGA Trp 终止
酵母线粒体 CUA Thr Leu
果蝇线粒体 AGA Ser Arg
哺乳类线粒体 AGA、AGG 终止 Arg
哺乳类线粒体 AUA Met Ile

密码子与反密码子的相互作用·

  • tRNA反密码子在核糖体内与mRNA密码子反向配对。
  • 摆动假说（wobble hypothesis）

    密码子与反密码子配对时，密码子的前两位严格配对，第三位具有一定自由度，可发生“摆动”。

  • 摆动使一种tRNA可以识别一个以上的密码子，也解释了反密码子中I等稀有碱基的作用。
反密码子第一位（$5’$端） 可配对的密码子第三位（$3’$端） 可识别密码子数
C G 1
A U 1
U A或G 2
G C或U 2
I A、U或C 3
  • 若同一种氨基酸的几个密码子在第一位或第二位不同，则分别需要独立的tRNA。
  • 原核生物约有30～45种tRNA，真核细胞可能有约50种tRNA。

密码子与反密码子反向配对

tRNA·

  • tRNA是mRNA密码子与氨基酸之间的接合体，也是将正确氨基酸运至核糖体的载体，教材因此称其为“第二遗传密码”。
  • 各种tRNA序列不同，但具有两个共同特征
    • 含有经特殊修饰的碱基。
    • $3’$ 端均以CCA-OH结束，是相应氨基酸的结合位点。

tRNA的三叶草二级结构·

  • 碱基互补配对使tRNA形成三叶草形二级结构，包括4条主要臂及一个可变的多余臂。
结构 组成与特点 主要意义
受体臂 两端序列配对成杆状结构；$3’$端有3～4个未配对碱基，末端恒为CCA 末端A的 $2’$ 或 $3’$ 自由羟基可被氨酰化
T$\psi$C臂 含T、拟尿嘧啶 $\psi$ 和C 以3个特征核苷酸命名
反密码子臂 环中央含三联反密码子；两侧分别由 $5’$ 端U和 $3’$ 端嘌呤界定 识别mRNA密码子
D臂 含二氢尿嘧啶 以特征稀有碱基命名
多余臂 位于T$\psi$C臂与反密码子臂之间 是不同tRNA间变化最大的区域
  • tRNA一般含76个碱基，相对分子质量约 $2.5\times10^4$；不同tRNA可有74～95个核苷酸。
  • 长度差异主要来自D臂、T$\psi$C臂和多余臂；D臂可有多至3个可变核苷酸位点。
  • tRNA中已发现70余种稀有碱基
    • 每个tRNA至少含2个，最多含19个。
    • 多位于非配对区，反密码子 $3’$ 端邻近区域最丰富，且多为嘌呤核苷酸。
    • 有助于维持反密码子环稳定及密码子-反密码子配对。

tRNA三叶草形二级结构

  • tRNA与翻译机器的结合
    • 起始tRNA在翻译起始时直接进入P位；延伸tRNA先进入A位，随后可移至P位。
    • 反密码子端与mRNA配对，$3’$端将所携氨基酸送至延伸中的多肽链。
    • 除起始tRNA外，其他tRNA由原核EF-Tu或真核eEF1识别后进入核糖体。
    • 起始tRNA由原核IF-2或真核eIF-2识别。

tRNA的L形三级结构·

  • tRNA三级结构呈L形折叠，主要靠氢键维持，并参与氨酰tRNA合成酶对tRNA的识别。
  • L形结构包含两段双螺旋
    • 受体臂与T$\psi$C臂的杆状区构成第一段双螺旋。
    • D臂与反密码子臂的杆状区构成第二段双螺旋。
    • T$\psi$C臂和D臂的环状结构位于L形转折点。
  • 受体臂顶端与反密码子环分别位于L形的两个端点
    • 受体端携带的氨基酸靠近核糖体大亚基上的多肽合成位点。
    • 反密码子端与核糖体小亚基上的mRNA配对。
    • 两个功能基团最大限度分离，使tRNA适应翻译过程中的双重识别要求。
  • 教材指出，tRNA的性质由其反密码子而不是所携带的氨基酸决定。

酵母tRNA-Phe的L形三级结构之一

酵母tRNA-Phe的L形三级结构之二

tRNA的功能·

  • 翻译时，tRNA执行解码和运载功能

    1. 氨基酸经氨酰tRNA合成酶活化，在消耗ATP的条件下连接到tRNA，形成有翻译活性的氨酰tRNA。
    2. tRNA反密码子与mRNA密码子识别、配对。
    3. 氨酰tRNA被带到mRNA-核糖体复合物，将氨基酸插入新生多肽的正确位置。

  • 氨基酸本身不能识别密码子，mRNA实际识别的是特异tRNA。

  • 错误装载实验

    • $^{14}\mathrm{C}$标记的Cys与 $tRNA^{Cys}$ 结合后，经Ni催化转变为 $[{14}\mathrm{C}]\text{-Ala-}tRNA{Cys}$。
    • 将其加入以血红蛋白mRNA为模板的翻译体系，Ala被插入通常由Cys占据的位置。
    • 结论：决定密码子识别和插入位置的是tRNA，而不是其携带的氨基酸。

tRNA的种类·

起始tRNA与延伸tRNA·

  • 起始tRNA特异识别mRNA起始密码子，具有区别于其他tRNA的结构特征；其余tRNA统称延伸tRNA。
  • 原核起始tRNA携带fMet，真核起始tRNA携带Met。
  • 原核生物中，$\mathrm{Met}\text{-}tRNA^{fMet}$ 必须先甲酰化为 $\mathrm{fMet}\text{-}tRNA^{fMet}$，才能参与蛋白质合成。

同工tRNA·

  • 同工tRNA（教材称cognate tRNA）

    代表同一种氨基酸、识别其不同同义密码子的一组tRNA。

  • 同工tRNA具有
    • 不同反密码子，可识别同一种氨基酸的不同同义密码子。
    • 某些共同结构，可被同一种氨酰tRNA合成酶识别。
  • 教材指出，一级结构尚不能充分解释tRNA的专一性，其二级和三级结构具有重要作用。

校正tRNA·

  • 无义突变（nonsense mutation）

    结构基因中的核苷酸改变使氨基酸密码子变为UAG、UGA或UAA，导致翻译提前终止。

  • 无义突变校正tRNA可通过改变反密码子区识别终止密码子，抑制提前终止。

  • 错义突变（missense mutation）

    结构基因中的核苷酸改变使一种氨基酸密码子变为另一种氨基酸密码子。

  • 错义突变校正tRNA通过改变反密码子，将正确氨基酸加入突变密码子对应的位置。

  • 教材示例

    • 大肠杆菌色氨酸合成酶基因中Gly密码子GGA突变为编码Arg的AGA。
    • Gly校正tRNA的反密码子由CCU变为UCU，仍携带Gly，却能识别突变后的AGA，使Gly回到正确位置。

  • 校正效率受竞争限制

    • 无义校正tRNA需与释放因子竞争。
    • 错义校正tRNA需与突变密码子的正常tRNA竞争。
    • 效率取决于密码子-反密码子亲和力、校正tRNA浓度等参数，一般不超过50%。

  • 校正也可能产生副作用

    • 无义校正tRNA可能抑制正常终止密码子，造成通读和过长蛋白质。
    • 错义校正tRNA可能在其他正常位点引入错误氨基酸。

氨酰tRNA合成酶·

  • 氨酰tRNA合成酶（AA-tRNA synthetase）

    催化正确氨基酸连接到相应tRNA $3’$端的特异性酶。

$$ \mathrm{AA+tRNA+ATP\rightarrow AA\text{-}tRNA+AMP+PPi} $$

  • 反应分为两步
  1. 氨基酸活化：形成酶-氨酰腺苷酸复合物。

$$ \mathrm{AA+ATP+E\rightarrow E\text{-}AA\text{-}AMP+PPi} $$

  1. 氨酰基转移：氨酰基转移至tRNA $3’$端腺苷残基的 $2’$ 或 $3’$ 羟基。

$$ \mathrm{E\text{-}AA\text{-}AMP+tRNA\rightarrow AA\text{-}tRNA+E+AMP} $$

  • 氨酰tRNA合成酶决定翻译装载的准确性
    • 同时高度特异地识别氨基酸和tRNA。
    • 通过识别不同tRNA特有的碱基组成和空间结构，保证氨基酸与对应tRNA结合。
    • 受体臂是识别特异性的关键区域；其中鉴别者碱基的变化可改变合成酶对tRNA的识别。

氨酰tRNA合成酶识别tRNA的独特结构

  • 氨酰tRNA合成酶的编辑校正
    • Ile仅比Val多一个甲烯基，异亮氨酰tRNA合成酶对Ile的亲和力约为对Val的225倍。
    • 体内Val浓度约为Ile的5倍，据此估计Val错误活化概率约为 $1/40$，但实际误差率仅约 $1.5\times10^{-5}$。
    • 异亮氨酰tRNA合成酶在催化口袋附近另有编辑口袋，可校对腺苷酰化产物。
    • 错误活化的Val在连接到 $tRNA^{Ile}$ 前即被水解，从而校正活化阶段产生的错误。

核糖体·

  • 核糖体（ribosome）

    由多种核糖体蛋白和数种rRNA组成、沿mRNA移动并指导蛋白质合成的核糖核蛋白大分子机器。

  • 核糖体可游离存在，也可与内质网结合；核糖体及其辅助因子共同提供蛋白质合成所需条件。
  • 核糖体数量与细胞蛋白质合成活性直接相关
    • 一个细菌细胞约有$2\times10^4$个核糖体。
    • 真核细胞可达$10^6$个。
    • 未成熟蟾蜍卵细胞可高达$10^{12}$个。
  • 原核细胞中，核糖体蛋白约占细胞总蛋白的10%，rRNA约占细胞总RNA的80%。
  • AA-tRNA在起始因子或延伸因子协助下进入核糖体，与mRNA和新生肽链相互作用；卸下氨基酸后退出，进入下一轮循环。

核糖体的结构·

大、小亚基·

  • 核糖体是致密的核糖核蛋白颗粒，可解离为大、小两个亚基。
  • 每个亚基都含大分子rRNA和多种蛋白质；rRNA在特定位点结合蛋白质，完成亚基组装。
  • 大亚基相对分子质量约为小亚基的2倍。
  • 亚基名称来自沉降系数，单位为Svedberg（S）
    • S值由颗粒形状和大小共同决定，不是质量单位，亚基S值不能直接相加。
    • 原核核糖体：$30\mathrm{S}+50\mathrm{S}\rightarrow70\mathrm{S}$。
    • 真核细胞质核糖体：$40\mathrm{S}+60\mathrm{S}\rightarrow80\mathrm{S}$。
核糖体来源 完整核糖体 小亚基及主要rRNA 大亚基及主要rRNA
原核生物 70S 30S；16S rRNA 50S；23S、5S rRNA
脊椎动物细胞质 80S 40S；18S rRNA 60S；20～29S、5.8S、5S rRNA
无脊椎动物、植物细胞质 80S 40S；16～18S rRNA 60S；25S、5.8S、5S rRNA
脊椎动物线粒体 55S 30S；10～13S rRNA 40S；16～17S rRNA
  • 原核核糖体约由$2/3$ RNA和$1/3$蛋白质组成；真核核糖体中RNA约占$3/5$，蛋白质约占$2/5$。
  • 教材列出的相对分子质量
    • 原核70S核糖体在表4-7中为$2.52\times106$，图4-11正文则记为约$2.7\times106$。
    • 真核80S核糖体约$4.2\times10^6$。
  • 教材电镜模型称核糖体可同时容纳两个tRNA和约40个碱基长的mRNA（原文将后者记作约40 bp）；核糖体结构上则具有A、P、E三个依次发挥作用的tRNA结合位点。

核糖体蛋白·

  • 核糖体上存在多个活性中心，各中心依赖特定核糖体蛋白和rRNA在完整结构中协同工作。
  • 一些核糖体蛋白分离后会失去催化功能，说明其功能依赖核糖体整体结构。
  • 大多数核糖体蛋白位于颗粒周边；rRNA不仅构成骨架，还直接承担关键催化功能。
  • 肽基转移中心完全由RNA组成。
  • 大肠杆菌核糖体蛋白
    • 30S小亚基含21种，记为S1～S21。
    • 50S大亚基含36种，记为L1～L36。
  • 真核核糖体蛋白
    • 小亚基含33种，大亚基含49种。
    • 相对分子质量约为$8.0\times103\sim4.0\times104$。
  • 部分核糖体蛋白还具有调控作用。教材以RPL11为例：它在核仁参与核糖体组装，并可调节p53和c-Myc活性；RPL5、RPS13、RPS7、RPS14、RPS19等也与部分疾病相关。

核糖体RNA·

  • rRNA既是核糖体结构成分，也是识别mRNA、tRNA及催化肽键形成的功能元件。
rRNA 教材给出的长度 主要结构或功能
细菌5S rRNA 革兰阴性菌120 nt；革兰阳性菌116 nt 保守区分别与tRNA的T$\psi$C环、23S rRNA互补，参与tRNA识别和50S结构维持
细菌16S rRNA 1 475～1 544 nt 位于30S；接触mRNA、50S及A/P位tRNA反密码子；$3’$端序列与mRNA起始区互补，邻近序列还参与30S与50S结合
细菌23S rRNA 正文为2 904 nt；表4-7为2 004 nt 50S主要成分，催化肽键形成；与A、P位tRNA的CCA末端及5S rRNA相互作用
真核5.8S rRNA 160 nt 真核大亚基特有，含tRNA识别序列，教材推测其功能与原核5S rRNA相似
酵母18S rRNA 1 789 nt $3’$端与细菌16S rRNA广泛同源
真核28S rRNA 3 890～4 500（教材原文记作bp） 教材称其功能尚不清楚
  • 16S rRNA的$3’$端保守序列ACCUCCUUA可与原核mRNA起始区富嘌呤序列互补。
  • 23S rRNA帮助A位AA-tRNA的$\alpha$-氨基进攻P位肽酰-tRNA所带肽链的羰基，并稳定入位的AA-tRNA。

A、P、E位点·

  • 核糖体具有3个tRNA结合位点
位点 结合对象与功能
A位（aminoacyl site） 接受新进入的AA-tRNA
P位（peptidyl site） 结合携带新生肽链的肽酰-tRNA；起始tRNA直接进入此位点
E位（exit site） 结合去氨酰tRNA并使其离开核糖体
  • 延伸时tRNA依次按$A\rightarrow P\rightarrow E$移动。
  • tRNA的氨酰端位于大亚基，反密码子端与结合于小亚基的mRNA配对，因此每个tRNA位点都横跨大、小亚基交界面。

核糖体的A、P、E三个tRNA结合位点


核糖体的功能·

  • 核糖体同时容纳AA-tRNA和肽酰-tRNA，使相应氨基酸和新生肽链处于适合形成肽键的位置。
  • 主要活性部位包括
    • mRNA结合部位。
    • A位和P位。
    • 肽基转移及肽键形成中心。
    • 延伸因子结合位点。
  • 小亚基
    • 识别mRNA起始区。
    • 完成密码子与反密码子配对；mRNA结合位点位于小亚基。
    • 大肠杆菌小亚基蛋白S4、S12与翻译真实性有关。
  • 大亚基
    • 结合AA-tRNA和肽酰-tRNA的氨酰端。
    • 催化肽键形成。
  • 教材还提出，细胞可能通过调节特定“定制核糖体”的数量，选择性控制少数蛋白质的表达；部分罕见疾病可能与特定核糖体缺陷有关。

蛋白质合成的生物学机制·

  • 蛋白质生物合成依次包括
    1. 氨基酸活化。
    2. 肽链起始。
    3. 肽链延伸。
    4. 肽链终止。
    5. 新生肽链折叠和加工。

氨基酸的活化·

  • 只有与tRNA结合的氨基酸才能被准确运送至核糖体，参与肽链起始或延伸。
  • 氨酰-tRNA（AA-tRNA）

    氨基酸经氨酰-tRNA合成酶催化，与相应tRNA结合形成的活化氨基酸载体。

  • 活化需要20种氨基酸、20种或更多tRNA、至少20种具有氨基酸专一性的氨酰-tRNA合成酶、ATP和$\mathrm{Mg^{2+}}$。
  • 氨酰-tRNA合成酶识别氨基酸和tRNA，使氨基酸羧基与tRNA $3’$端腺苷核糖羟基脱水连接；教材4.2称可连接于$2’$-OH或$3’$-OH，4.4此处仅写$3’$-OH。
  • 同一种合成酶可把同一种氨基酸连接到两个或更多具有不同反密码子的tRNA上。
  • tRNA是否携带正确氨基酸，是保证翻译准确性的关键。

原核起始氨酰-tRNA的形成·

  • 细菌肽链的起始氨基酸为N-甲酰甲硫氨酸（fMet），分两步生成

    1. 甲硫氨酸先连接起始tRNA

      $$ \mathrm{Met+tRNA^{fMet}+ATP\longrightarrow Met-tRNA^{fMet}+AMP+PP_i} $$

    2. 甲酰基转移酶以$N^{10}$-甲酰四氢叶酸为供体，将甲酰基转移到Met的氨基上

      $$ N{10}\text{-甲酰四氢叶酸}+\mathrm{Met-tRNA{fMet}}\longrightarrow\text{四氢叶酸}+\mathrm{fMet-tRNA^{fMet}} $$

真核起始氨酰-tRNA·

  • 真核多肽合成始于Met-$\mathrm{tRNA_i^{Met}}$，Met不被甲酰化。
  • 细胞内有两类$\mathrm{tRNA^{Met}}$
    • 起始$\mathrm{tRNA_i^{Met}}$携带的Met可与40S小亚基结合并启动翻译。
    • 普通$\mathrm{tRNA^{Met}}$携带的Met只掺入延伸中的肽链。

翻译的起始·

  • 翻译起始在mRNA编码区$5’$端形成核糖体-mRNA-起始tRNA复合物。
  • 起始tRNA直接位于核糖体P位，A位保留给下一个AA-tRNA。
项目 原核生物 真核生物
起始核糖体 30S先结合mRNA，最后结合50S形成70S 40S先结合起始tRNA，再结合mRNA，最后结合60S形成80S
起始氨酰-tRNA fMet-$\mathrm{tRNA^{fMet}}$ Met-$\mathrm{tRNA_i^{Met}}$，不甲酰化
mRNA起始识别 SD序列与16S rRNA互补 $m^7\mathrm{GpppNp}$帽子识别并由$5’$端扫描AUG
主要因子 IF-1、IF-2、IF-3 多种eIF，包括eIF-4E、eIF-3
能量/离子 GTP、$\mathrm{Mg{2+}}$，教材还列$\mathrm{NH_4+}$ GTP；mRNA解链和扫描还需ATP

原核生物翻译起始·

  • 必需成分：30S、50S、mRNA、fMet-$\mathrm{tRNA{fMet}}$、IF-1/IF-2/IF-3、GTP和$\mathrm{Mg{2+}}$。
  • 起始分3步
    1. 30S与IF-1、IF-3结合，并通过SD序列结合mRNA。
    2. IF-2和GTP帮助fMet-$\mathrm{tRNA^{fMet}}$进入P位；反密码子与起始密码子配对。
    3. 50S与小亚基复合物结合，GTP水解，起始因子释放，形成70S起始复合物。
  • Shine-Dalgarno（SD）序列
    • 原核mRNA起始密码子上游常含富嘌呤序列$5’$-AGGAGGU-$3’$。
    • 它与16S rRNA $3’$端富嘧啶序列$5’$-GAUCACCUCCUUA-$3’$互补，使30S定位于起始区。
    • 互补核苷酸越多，30S与起始位点的结合效率通常越高；互补区与AUG之间的距离也影响复合物形成和稳定性。
  • IF-3协助30S选择正确起始位点；IF-2是30S起始复合物连接50S所必需的；70S形成后，IF-1促进IF-2释放。
  • 只有fMet-$\mathrm{tRNA^{fMet}}$能直接结合第一个P位；其他tRNA均须先进入A位。

原核mRNA的SD序列与16S rRNA互补

真核生物翻译起始·

  • 真核起始的主要特点
    • 核糖体较大，参与的起始因子更多。
    • mRNA的$5’$端$m^7\mathrm{GpppNp}$帽子和$3’$端多聚A尾均参与起始复合物形成。
    • Met-$\mathrm{tRNA_i^{Met}}$不甲酰化。
  • eIF-4E专一识别并结合mRNA帽子，形成蛋白质-mRNA复合物；该复合物凭借对eIF-3的亲和力结合含eIF-3的40S亚基。
  • 扫描模型
    1. 40S复合物识别mRNA $5’$端帽子。
    2. 40S沿mRNA向下游扫描。
    3. 遇到AUG时，Met-$\mathrm{tRNA_i^{Met}}$反密码子与AUG配对，扫描停止。
    4. 60S结合，形成80S起始复合物。
  • AUG上游第3位的嘌呤（G或A）及AUG紧邻下游的G可显著影响起始密码子的识别和翻译效率。
  • mRNA与40S结合及扫描需要ATP，教材认为其能量用于消除mRNA二级结构并推动扫描。

真核40S亚基由mRNA的5端扫描起始密码子


肽链的延伸·

  • 原核与真核的肽链延伸机制十分相似。
  • 延伸由多个循环组成，每增加1个氨基酸包括3步
    1. AA-tRNA进入A位。
    2. 形成肽键。
    3. 核糖体和tRNA移位。

1. AA-tRNA进入A位·

  1. 后续AA-tRNA与EF-Tu和GTP形成$\mathrm{AA!-!tRNA\cdot EF!!-!Tu\cdot GTP}$复合物。
  2. 密码子-反密码子配对决定哪种AA-tRNA进入A位。
  3. 正确入位后GTP水解为GDP，EF-Tu离开。
  4. EF-Ts促进EF-Tu释放GDP并重新结合GTP，使EF-Tu进入下一轮循环。
  • EF-Tu不与fMet-$\mathrm{tRNA^{fMet}}$结合，因此起始tRNA不会进入A位；mRNA内部AUG不会被起始tRNA读出，肽链内部不会掺入fMet。

2. 肽键形成·

  • 起始循环中，P位为fMet-$\mathrm{tRNA^{fMet}}$，A位为第二个AA-tRNA。
  • 在肽基转移中心催化下，A位AA-tRNA的$\alpha$-氨基进攻P位肽酰-tRNA所带肽链的羰基
    • P位tRNA与肽链之间的连接断开。
    • 肽链转移到A位AA-tRNA上并形成新肽键。
    • P位留下去氨酰tRNA，A位形成肽酰-tRNA。
  • 核糖体大亚基23S rRNA构成肽基转移中心并催化该反应。

3. 移位·

  1. EF-G结合核糖体并水解另一分子GTP。
  2. 核糖体沿mRNA向$3’$端移动1个密码子。
  3. A位肽酰-tRNA移至P位，P位去氨酰tRNA移至E位并释放。
  4. 下一个密码子进入空出的A位，开始新一轮延伸。
  • 核糖体沿mRNA移动与肽酰-tRNA移位彼此耦联。
  • 原核每轮使用EF-Tu、EF-Ts和EF-G；真核使用EF-1（对应EF-Tu、EF-Ts）和EF-2（对应EF-G）。
  • 每向肽链加入1个氨基酸，延伸阶段共消耗2个GTP。

肽链的终止与核糖体循环·

  • 当UAA、UAG或UGA进入A位时，没有相应AA-tRNA与之结合，释放因子（RF）识别终止密码子并启动终止。
  • 终止过程
    1. I类释放因子识别A位终止密码子。
    2. 释放因子使肽基转移中心加入水分子，而不是氨基酸。
    3. P位肽酰-tRNA与多肽之间的连接水解，释放新生肽链。
    4. II类释放因子促进I类释放因子离开，随后tRNA、mRNA及核糖体亚基解离。
生物 I类释放因子及识别范围 II类释放因子
细菌 RF1：UAA、UAG；RF2：UAA、UGA RF3，参与释放因子解离和核糖体解体
真核 eRF1：识别UAA、UAG、UGA eRF3
  • 释放过程伴随GTP水解。
  • 核糖体循环：小亚基结合mRNA和起始tRNA→大亚基加入→沿mRNA $5’\rightarrow3’$翻译→遇终止密码子释放肽链→大、小亚基分离并进入下一轮。
  • 大肠杆菌中$\mathrm{Mg{2+}}$浓度低于$10{-3}\ \mathrm{mol/L}$时，70S易解离；达到$10^{-2}\ \mathrm{mol/L}$时可形成稳定70S颗粒。

蛋白质翻译过程总览


多核糖体与蛋白质合成·

  • 多核糖体（polyribosome/polysome）

    同一mRNA分子同时结合多个核糖体并进行翻译所形成的复合物。

  • 一个核糖体一次只合成一条多肽，但多核糖体可使同一mRNA同时指导多条多肽链合成。
  • mRNA上一般约每80 nt结合1个核糖体。
  • 多聚A尾结合蛋白与eIF-4G相互作用，促进mRNA环化并提高翻译效率。
  • 多重起始使一条mRNA在短时间内产生更多蛋白质。
  • 真核生物和细菌均使用多核糖体；细菌mRNA无需加工，转录和翻译处于同一空间，可在转录开始不久即启动翻译，因而蛋白质合成效率更高。

多核糖体同时翻译同一mRNA


蛋白质前体的加工·

  • 大多数新生多肽本身没有功能，必须经切割、共价修饰或亚基组装形成活性蛋白质。

N端fMet或Met的切除及多蛋白加工·

  • 细菌蛋白质N端fMet的甲酰基由脱甲酰化酶水解。
  • 原核、真核蛋白质N端的Met常在肽链合成完成前即被切除。
  • 某些动物病毒可先翻译一条含多种病毒蛋白的长多肽，再由蛋白酶在特定位点切割为多个功能蛋白；教材以脊髓灰质炎病毒为例。

新生多肽经蛋白酶切割成为成熟蛋白质

二硫键形成·

  • mRNA没有胱氨酸密码子；蛋白质中的二硫键由两个半胱氨酸在合成后氧化形成。
  • 正确形成二硫键有助于稳定蛋白质的天然构象。

特定氨基酸残基的修饰·

修饰 主要底物或位点 催化/作用特点
磷酸化 Ser、Thr、Tyr侧链 由蛋白激酶催化
糖基化 教材列Asp、Asn、Ser、Thr、Glu等残基 多由内质网中的糖基化酶催化；分泌蛋白和膜蛋白多为糖蛋白
甲基化 Arg、His、Gln侧基N-甲基化；Glu、Asp侧基O-甲基化 由甲基转移酶催化
乙酰化 Lys侧链$\varepsilon\mathrm{-NH_2}$ 由乙酰基转移酶催化
泛素化及类泛素化 Lys侧链 由E1、E2、E3系列酶催化
  • 教材认为内质网可能是蛋白质N-糖基化的主要场所。
  • 胶原蛋白中的Pro和Lys多发生羟基化。

切除非功能肽段与亚基组装·

  • 蛋白质前体常需切除信号肽或内部非功能肽段才能成熟。
  • 教材以胰岛素成熟为例：前胰岛素原先切去信号肽形成胰岛素原，再切除内部肽段形成活性胰岛素。
  • 血纤维蛋白原和胰蛋白酶原经切除部分肽段，分别形成活性血纤维蛋白和胰蛋白酶。
  • 由多条肽链和辅助成分构成的蛋白质，还需完成肽链间及肽链与辅基间的组装，才能获得活性。

蛋白质折叠·

  • 新生肽链必须正确折叠成动力学和热力学稳定的三维构象，才能表现生物学功能；错误折叠可使功能受损或丧失，严重时引起疾病。
  • 一般折叠层次
    1. 先形成二级结构。
    2. 进一步形成三级结构；单链多肽此时可具有功能。
    3. 寡聚蛋白继续组装成四级结构，获得天然活性。
  • 分子伴侣（molecular chaperone）

    一类序列未必相关但功能共同、能够辅助其他多肽正确折叠、组装、运转和降解的保守蛋白质。

  • 两类分子伴侣
    1. 热休克蛋白家族：包括HSP70、HSP40和GrpE，三者协同帮助可自发折叠的蛋白质形成天然构象。
    2. 伴侣素：包括HSP60和HSP10；原核同源物分别为GroEL和GroES，为非自发折叠蛋白提供形成天然结构的微环境。
  • 分子伴侣通过防止或消除错误折叠来提高功能蛋白质的折叠产率，不是加快折叠速度，也不进入最终产物。

GroEL-GroES伴侣素形成蛋白质折叠微环境


蛋白质合成的抑制剂·

  • 蛋白质合成抑制剂主要包括抗生素以及5-甲基色氨酸、环己亚胺、白喉毒素、干扰素、蓖麻毒素和其他核糖体灭活蛋白。
  • 抑制剂可阻止AA-tRNA进入核糖体、干扰翻译准确性、抑制肽基转移或移位，也可使肽链提前终止。
抑制剂/毒素 教材列出的分子靶点 主要后果
氯霉素 原核50S肽基转移中心 阻碍A位AA-tRNA为肽基转移正确定位
四环素 原核30S的A位 抑制AA-tRNA结合A位
潮霉素 A位附近 阻碍A位tRNA移至P位
嘌呤霉素 大亚基肽基转移中心 模拟A位AA-tRNA的$3’$端，接受肽链并使其提前终止
红霉素 原核50S多肽出口通道 阻断新生多肽由核糖体出口离开
链霉素 30S 干扰起始及AA-tRNA结合，造成错误翻译
卡那霉素 原核30S 干扰AA-tRNA结合，使蛋白质合成出错
白喉毒素 真核EF-2 化学修饰EF-2并抑制其功能
放线菌酮 真核60S肽基转移中心 抑制肽基转移酶活性
蓖麻毒素 60S肽基转移中心 阻碍翻译因子GTP酶的活化
  • 氯霉素的教材表述存在冲突：正文概括段称其阻止mRNA与核糖体结合，表4-11则将靶点列为原核50S肽基转移中心；上表采用后者的详细口径。

链霉素·

  • 链霉素可干扰fMet-tRNA与核糖体结合，阻止正确起始，并造成mRNA误读。
  • 以多聚U为模板时，除Phe（UUU）外，Ile（AUU）也会被错误掺入。
  • 细菌抗性/敏感性核糖体亚基重组实验表明，链霉素作用位点位于30S亚基。

嘌呤霉素·

  • 嘌呤霉素是AA-tRNA的结构类似物，无需延伸因子即可进入A位并排斥AA-tRNA。
  • 其氨基可接受生长肽链并形成肽键，生成肽酰嘌呤霉素。
  • 肽酰嘌呤霉素随后从核糖体解离，因此嘌呤霉素通过提前释放肽链抑制翻译。

嘌呤霉素使肽链提前终止

  • 教材关于作用范围的归纳
    • 卡那霉素、氯霉素、四环素和红霉素主要抑制原核核糖体。
    • 白喉毒素和放线菌酮作用于真核翻译系统。
    • 教材称潮霉素、嘌呤霉素和链霉素可影响原核和真核翻译系统。
  • 表4-11还列出青霉素，但其同一表所列靶点是肽聚糖转肽酶，后果是抑制细菌细胞壁合成，并非直接抑制核糖体翻译。

蛋白质运转机制·

  • 蛋白质的合成位置与功能位置常被一层或多层膜隔开；新生蛋白必须被准确运送到细胞质、细胞核、线粒体、内质网、溶酶体或叶绿体等部位，才能维持各部分特定的蛋白质组成和正常功能。
  • 蛋白质运转涉及蛋白质特定区域与膜结构之间的相互作用，主要分为两类：
    • 翻译运转同步机制：蛋白质合成与运转同时进行。
    • 翻译后运转机制：蛋白质从核糖体释放后再进行运转。
蛋白质类型 合成与运转方式 教材所列实例
分泌蛋白 在结合核糖体上合成，以翻译运转同步机制运输 免疫球蛋白、卵蛋白、水解酶、激素等
细胞器蛋白 在游离核糖体上合成，以翻译后运转机制运输 核、叶绿体、线粒体、乙醛酸循环体、过氧化物酶体等细胞器蛋白
参与膜形成的蛋白 两种机制兼有 质膜、内质网、类囊体中的蛋白质

蛋白质合成和运转过程


翻译运转同步机制·

  • 信号肽假说

    蛋白质定位信息存在于蛋白质自身结构中；由mRNA编码的信号序列与膜上特异受体作用并形成通道，使多肽在延伸的同时穿过膜。

  • 跨膜信号由起始密码子之后一段编码疏水氨基酸序列的RNA区域编码，所得氨基酸序列称为信号序列。

  • 信号序列被膜上特异受体识别后，蛋白质即可边翻译、边跨膜运转。

信号肽的结构特点·

  • 绝大多数进入内质网腔的蛋白质都具有信号肽。

  • 信号肽常位于蛋白质N端，长13～36个氨基酸残基，主要特点为：

    1. 一般含10～15个疏水氨基酸。
    2. 靠近N端常有1个或数个带正电荷的氨基酸。
    3. C端靠近蛋白酶切割位点处常有数个极性氨基酸；最靠近切割位点的氨基酸常具有短侧链，如丙氨酸或甘氨酸。

  • 信号肽的功能与限制

    1. 完整信号肽是蛋白质运转的必要条件：疏水残基突变为亲水残基会阻断运转，使前体蛋白积累于胞质。
    2. 只有信号肽还不足以保证运转：信号序列以外的蛋白质区域也需发生相应结构变化。
    3. 信号肽切除并非运转所必需：细菌外膜脂蛋白信号序列的甘氨酸突变为天冬氨酸可阻止信号肽水解，却不阻止跨膜运转。
    4. 并非所有运转蛋白都有可降解信号肽：卵清蛋白以同步机制进入微粒体，但没有可降解的信号序列。

  • 信号肽

    能够启动蛋白质运转的任何一段多肽。

SRP与DP介导的内质网跨膜运转·

  1. 核糖体组装并起始翻译，蛋白质N端信号肽首先被合成。
  2. 翻译至约50～70个氨基酸残基后，信号肽从核糖体大亚基露出并被识别；SRP（信号识别蛋白）结合信号肽、核糖体及GTP，使肽链延伸暂时停止，此时新生肽一般长约70个残基。
  3. SRP-信号肽-多核糖体复合物被引向粗面内质网，并与膜上的停靠蛋白DP，即SRP受体结合。
  4. SRP与DP结合后，GTP水解并释放SRP；翻译恢复，信号肽经核糖体受体和蛋白质运转复合物进入内质网腔。
  5. 新生肽在继续延伸的同时通过膜孔道；信号肽被信号肽酶水解。
  6. 翻译终止后，核糖体大小亚基解离，受体解聚、通道消失，内质网膜恢复完整脂双层结构。
  7. 蛋白质完全跨膜后形成高级结构和成熟蛋白，并可经运转载体进入高尔基体或形成运输小泡，到达相应亚细胞位置。
  • SRP能同时识别需经内质网膜运转的新生肽和核糖体；SRP与新生蛋白信号肽的结合是正确运转的前提。
  • SRP与DP的结合可能促使受体聚集形成膜孔道；完成停靠后，SRP与DP分离并恢复游离状态。

新生蛋白质经同步转运途径进入内质网腔


翻译后运转机制·

  • 叶绿体和线粒体中的许多蛋白质及酶由细胞质提供，绝大多数在合成并离开核糖体后进入细胞器。

线粒体蛋白质跨膜运转·

  • 大部分线粒体蛋白由核DNA编码，在细胞质游离核糖体上合成，释放到细胞质后再跨膜进入线粒体各部分。
  • 多数待运转蛋白以前体形式存在
    • 前体由成熟蛋白和N端前导肽（leader peptide）组成。
    • 已阐明的40多种线粒体前导肽长20～80个氨基酸残基。
    • 前体过膜时，前导肽被一种或两种肽酶水解并释放成熟蛋白。
  • 线粒体内膜转运需要能量。
  • 跨膜过程
    1. 外膜Tom受体复合物识别与HSP70或MSF等分子伴侣结合的待运转多肽。
    2. 多肽经Tom和Tim组成的膜通道进入线粒体内腔。
    3. 能量来自线粒体HSP70引发的ATP水解和膜电位差。

线粒体蛋白质跨膜运转

线粒体前导肽·

  • 前导肽是线粒体蛋白质识别和跨膜运转的关键信号。
    • 前导肽水解后，前体转为成熟蛋白并失去继续跨膜的能力。
  • 前导肽的性质
    • 富含带正电荷的碱性氨基酸，尤其是精氨酸；这些残基分散于不带电荷的序列之间。
    • 缺少带负电荷的酸性氨基酸。
    • 富含羟基氨基酸，尤其是丝氨酸。
    • 能形成两亲性 $\alpha$ 螺旋。
  • 带正电荷的碱性氨基酸对牵引蛋白质过膜很重要；若被不带电荷的氨基酸取代，前导肽即不能发挥该作用。
  • 前导肽先与线粒体外膜受体结合；并非所有前体共用同一种受体，但Tom可能是最主要的受体蛋白。
  • 前导肽不同区域可承担不同作用；有些前导肽含**“止运入”肽段**，被通道受体识别后可使多肽定位于膜上。

叶绿体蛋白质跨膜运转·

  • 叶绿体多肽在胞质游离核糖体上合成，脱离核糖体并折叠成具有三级结构的蛋白质后，其特定位点与叶绿体膜特异受体结合。
  • 叶绿体定位信号肽一般含两个部分
    1. 第一部分决定蛋白质能否进入叶绿体基质。
    2. 第二部分决定蛋白质能否进入类囊体。
  • 该过程在翻译后发生，运转过程中不再进行蛋白质合成。
  • 主要特点
    1. 活性蛋白水解酶位于叶绿体基质且呈可溶性：叶绿体基质可将RuBP羧化酶小亚基前体加工为成熟亚基，类囊体和提纯叶绿体膜则无此能力。
    2. 叶绿体膜具有特异受体：可特异结合叶绿体蛋白前体，保证其进入叶绿体。
    3. 前体中的可降解序列差异较大：随植物和蛋白质种类不同而变化。
  • 区分两类运转机制：叶绿体翻译后运转所需活性蛋白酶可溶并位于基质；分泌蛋白同步运转的活性蛋白酶位于运转膜上。

叶绿体蛋白质跨膜运转


核定位蛋白的运转机制·

  • 核孔是细胞核内外双向运转的分子通道。
    • 核糖体蛋白先在细胞质合成，进入核仁组装为40S和60S亚基，再运回细胞质参与蛋白质合成。
    • RNA聚合酶、DNA聚合酶、组蛋白、拓扑异构酶以及转录和复制调控因子均需从细胞质进入细胞核。
  • 多细胞真核生物细胞分裂时核膜解体，分裂完成后重新形成；分散在细胞中的核蛋白需再次被运入核内。
  • **核孔复合体（nuclear pore complex，NPC）**是核内外物质交换的主要通道。
    • 相对分子质量较小的蛋白可自由通过NPC或被动扩散入核。
    • 相对分子质量大于 $4\times10^4$ 的蛋白需主动运转进出细胞核。
  • 主动核转运所需信号
    • 核定位信号（nuclear localization signal，NLS）：介导蛋白入核。
    • 出核信号（nuclear export signal，NES）：介导蛋白出核。

核定位信号NLS·

  • 多类NLS都具有带正电荷的肽核心，通常为短小、富含碱性氨基酸的序列，可与入核载体相互作用。
  • 首个被鉴定的NLS来自SV40 T抗原，序列为：

Pro-Lys-Lys-Lys-Arg-Lys-Val

  • 该序列中单个氨基酸突变即可阻止T抗原入核，使其停留在细胞质。
  • NLS可位于核蛋白任意部位，也能引导非核蛋白进入细胞核。
  • NLS与前导肽的区别
    1. NLS由含水的核孔通道识别。
    2. NLS是蛋白质的永久组成部分，入核时不被切除，可反复使用，有利于细胞分裂后核蛋白重新入核。

importin与Ran介导的入核·

  1. importin $\alpha$、$\beta$ 形成异源二聚体，作为核定位蛋白的可溶性受体；$\alpha$ 亚基与NLS结合。
  2. importin $\alpha$、$\beta$、Ran组成的复合物停靠于核孔。
  3. 依靠Ran GTP酶水解GTP提供的能量进入细胞核。
  4. 入核后 $\alpha$、$\beta$ 解离，核蛋白与 $\alpha$ 分离。
  5. $\alpha$、$\beta$ 分别经NPC返回细胞质，开始下一轮运转。

出核信号NES·

  • 经典NES富含疏水氨基酸，尤其是亮氨酸和异亮氨酸，其保守序列为：

$$ \Phi X_{1-3}\Phi X_{2-3}\Phi X\Phi $$

  • $\Phi$ 表示疏水氨基酸L、I、F或M，X表示任意氨基酸。
  • 经典NES大多依赖CRM1，可被出核因子CRM1/Xpo1识别并结合，从而携带蛋白质出核。

核定位蛋白跨核膜运转


细菌蛋白质的跨膜运转·

  • 细菌可利用新生蛋白N端信号肽，将多肽运送到内膜、外膜、两层膜之间或细胞外。
  • Sec系统的运转过程
    1. 新生蛋白先与胞质分子伴侣SecB结合，再被送到膜转运复合物SecA-SecYEG。
    2. SecA以自身ATP酶活性水解ATP并嵌入细胞膜，使与SecA结合的蛋白N端约20个氨基酸经膜转运复合物到达胞外。
    3. SecA再次结合ATP并发生构象变化，将下一段蛋白运出。
    4. 上述循环反复进行，直至蛋白质全部被送到胞外。

细菌蛋白质的跨膜运转

蛋白质的修饰、降解与稳定性·

  • 蛋白质降解是有序过程。
  • 大肠杆菌利用ATP依赖的Lon蛋白酶降解异常蛋白或半衰期很短的蛋白；Lon每切断一个肽键需消耗2分子ATP。

泛素化修饰介导的蛋白质降解·

  • 蛋白质半衰期可从30 s至许多天不等
    • 大多数真核蛋白为数小时至数天。
    • 少数蛋白如血红蛋白的半衰期可与细胞周期同样长，教材示例为110天。
  • 真核蛋白除可经溶酶体和自噬通路降解外，主要依赖泛素介导的降解。

泛素与泛素化·

  • **泛素（ubiquitin）**是由76个氨基酸残基组成、相对分子质量低且序列高度保守的蛋白质。

  • 泛素化

    泛素在泛素激活酶、结合酶和连接酶等作用下，对靶蛋白进行特异性修饰的过程。

  • 泛素C端甘氨酸通过酰胺键与底物蛋白赖氨酸残基的 $\varepsilon$-氨基结合；底物一个位点可结合单个或多个泛素。

  • 泛素化是可逆修饰，去泛素化酶（DUB）可去除底物上的泛素。

E1-E2-E3级联反应·

  1. ATP提供能量，泛素激活酶E1激活泛素。
  2. E1将活化泛素转移给泛素结合酶E2。
  3. E2与不同种类的泛素连接酶E3共同识别靶蛋白，并进行单泛素化或多泛素化。
  4. 底物识别与修饰的特异性由E3决定。
  • 教材所列已鉴定酶的数量：2种E1、50余种E2、600余种E3和100余种DUB。

泛素化、去泛素化及其功能

26S蛋白酶体·

  • 26S蛋白酶体因密度梯度离心沉降系数为26S而得名，是相对分子质量可达 $1\times10^6$ 的桶状蛋白质降解体系。
  • 组成：$1$个20S催化颗粒（CP）和$2$个19S调节颗粒（RP）。
    • 19S调节颗粒位于两端，识别多泛素化蛋白并使其去折叠；还具有去泛素化酶活性，可使底物去泛素化。
    • 20S催化颗粒位于两个19S之间，活性位点处于桶状结构内表面。
  • 底物连接至少4个泛素后，可直接结合19S上的泛素受体，或通过连接物受体间接结合蛋白酶体；随后被切成小肽，泛素被回收利用。
  • 并非所有泛素化都引起蛋白质降解；泛素化也可调控蛋白质定位、代谢和功能，并参与细胞周期、增殖、凋亡、分化、基因表达、信号传递及损伤修复等过程。

26S蛋白酶体依赖的泛素化降解

泛素连接方式与效应·

泛素链连接方式 教材所列主要效应
经泛素K48连接的多泛素链 经26S蛋白酶体降解
经泛素K11连接的多泛素链 经26S蛋白酶体降解
经泛素K63连接的多泛素链 改变蛋白质功能，参与多种细胞调节过程
经泛素K29连接的多泛素链 图4-39文字称不引起蛋白质降解、参与生理调节；图4-46又列为引起溶酶体依赖性降解
特定多泛素化或单泛素化 改变蛋白质功能或亚细胞定位，参与多条生物学通路
与泛素受体分子结合的单泛素化 教材列为另一种生物过程调控方式

蛋白质的SUMO化修饰·

  • **SUMO（small ubiquitin-related modifier）**是泛素类蛋白家族的重要成员

    • 由98个氨基酸组成，进化上高度保守。
    • 与泛素具有18%的同源性。
    • 二者均具有典型的 $\beta\beta\alpha\beta\beta\alpha\beta$ 折叠，但表面电荷分布不同，提示功能不同。

  • SUMO以前体形式合成，经羧基端水解酶加工为成熟SUMO。

  • SUMO化（SUMOylation）

    SUMO经E1、E2和E3介导的级联反应，共价连接到底物蛋白赖氨酸残基上的过程。

  • SUMO化过程

    1. ATP依赖的SUMO活化酶E1激活SUMO。
    2. SUMO结合酶E2通过其半胱氨酸催化亚基识别保守序列，并将SUMO转移至底物赖氨酸。
    3. E3参与将SUMO连接到底物赖氨酸。
    4. 保守序列为 $\Psi-K-X-D/E$：$\Psi$ 为疏水氨基酸，K为SUMO偶联位点，X为任意氨基酸，D或E为酸性氨基酸。

  • 教材图示列出SUMO化需要AOS1/UBA2和UBC9，去SUMO化由ULP家族蛋白催化。

  • SUMO化与泛素化既可协同，也可拮抗

    • SUMO可阻碍泛素与底物共价结合，提高底物稳定性并使其免受降解。
    • 靶蛋白包括转录因子、转录辅助因子和染色质结构调控因子等基因表达调控蛋白。
    • SUMO化可影响蛋白质亚细胞定位和构象，并参与蛋白质相互作用、DNA结合、信号转导、核质转运和转录因子激活等过程。

  • NEDD8和SUMO-1易形成单修饰，SUMO-2和SUMO-3可形成修饰分子链。

SUMO化通路及其与泛素化的关系


蛋白质的NEDD化修饰·

  • NEDD8是一种由81个氨基酸组成的类泛素蛋白修饰分子

    • 与泛素的一致性为59%，相似性达80%，是众多类泛素分子中与泛素最相似者。
    • 教材同时将第76位甘氨酸称为NEDD8的C端连接残基，但未进一步说明它与81个残基这一表述的关系。

  • NEDD化（NEDDylation）

    NEDD8在固有酶簇作用下共价连接到底物蛋白、参与蛋白质翻译后修饰的过程。

  • NEDD化机制与泛素化相似，需E1、E2、E3介导

    1. E1（UBA3-APPBP1）激活NEDD8前体。
    2. 活化NEDD8与E2（UBC12）结合。
    3. E3将NEDD8连接到底物；NEDD8以教材所述的第76位甘氨酸与底物赖氨酸共价结合。
    4. 去NEDD化酶移除NEDD8，使其重新进入循环。

  • 一些底物的NEDD化和泛素化共用同一E3连接酶。

  • NEDD化不引起蛋白质降解，主要用于调节蛋白质功能，可能参与细胞增殖与分化、发育、细胞周期和信号转导；NEDD化异常与神经退行性疾病和癌症有关。

  • 教材所列NEDD化底物包括Cullin家族蛋白、Mdm2、p53、p73、EGFR和BCA3等。

    • 这些底物自身可被泛素化，或为泛素化E3连接酶的组分，提示NEDD8与泛素在进化上可能存在联系。

  • NEDD8修饰所需的赖氨酸也可发生乙酰化、甲基化和泛素化；不同生理条件下，同一赖氨酸可能发生不同修饰，以满足不同生理需要。

NEDD化修饰通路


蛋白质一级结构对稳定性的影响·

  • 成熟蛋白质N端的第一个氨基酸对降解速率有重要影响
    • 不包括已经切除的N端甲硫氨酸。
    • 包括翻译后修饰形成的N端产物。
N端残基类型 N端氨基酸 半衰期
稳定型 甲硫氨酸、甘氨酸、丙氨酸、丝氨酸、苏氨酸、缬氨酸 $>20\ \mathrm{h}$
不稳定型 异亮氨酸、谷氨酰胺 约30 min
不稳定型 酪氨酸、谷氨酸 约10 min
不稳定型 脯氨酸 约7 min
不稳定型 亮氨酸、苯丙氨酸、天冬酰胺、赖氨酸 约3 min
不稳定型 精氨酸 约2 min
  • N端为赖氨酸或精氨酸时最不稳定，平均约2～3 min即被降解。
  • 泛素调控的蛋白质降解不仅清除错误蛋白质，还参与调控细胞生长周期、DNA复制和染色体结构。

本章名词·

Kornberg｜Kornberg

Kornberg 指美国生物化学家 Arthur Kornberg，因发现 DNA 聚合酶 I 并实现 DNA 体外合成而获得 1959 年诺贝尔生理学或医学奖。其工作阐明了 DNA 复制的酶学机制，为分子生物学及重组 DNA 技术奠定基础。

摆动假说｜wobble hypothesis

Crick 为解释反密码子中某些稀有成分(如 I)的配对以及许多氨基酸有 2 个以上密码子的问题而提出的假说。

蛋白酶体｜proteasome

胞质溶液中的大型蛋白质复合物, 负责降解胞质溶液中不需要的或受到损伤的蛋白质, 需要被降解的蛋白质会先被泛素化修饰。

翻译后运转机制｜post-translational translocation

蛋白质从核糖体上释放后才发生运转。

翻译运转同步机制｜co-translational translocation

某个蛋白质的合成和运转是同时发生的。

信号识别蛋白｜signal recognition protein, SRP

由6种紧密结合的信号识别蛋白质与一个长约300核苷酸的7S RNA分子形成的核糖核蛋白颗粒, 能识别核糖体上新合成多肽链的前导序列并与其结合, 将核糖体、新合成肽链及信号识别颗粒导向内质网, 使肽链的翻译及转运同时进行。

Crick｜Crick

弗朗西斯·克里克（Francis Crick）是分子生物学的主要奠基人之一，与沃森共同提出DNA双螺旋结构模型，并推测DNA进行半保留复制。他最先提出中心法则，阐明了遗传信息从DNA到RNA再到蛋白质的单向传递规律。此外，克里克通过实验证实了遗传密码由三个核苷酸组成的三联子性质。

Nirenberg｜Nirenberg

Nirenberg是美国生物化学家，在遗传密码破译中作出了开创性贡献。1961年，他利用大肠杆菌无细胞翻译体系和人工合成的多聚核苷酸模板，首次证明UUU编码苯丙氨酸。此后，他与Leder合作建立核糖体结合技术，通过三核苷酸模板特异性结合氨酰tRNA的系统实验，确定了多种密码子对应的氨基酸。

Prusiner｜Prusiner

Stanley B. Prusiner 是美国生物化学家，因发现朊病毒（一种仅由蛋白质构成、不含核酸的感染性因子）并提出朊病毒疾病假说而获 1997 年诺贝尔生理学或医学奖，其工作揭示了蛋白质构象病致病机制的新范式。

Roberts｜Roberts

Richard J. Roberts，美国分子生物学家，与Phillip A. Sharp因发现断裂基因（内含子）而共同获得1993年诺贝尔生理学或医学奖。他们的研究揭示了真核生物基因的不连续性，即基因由编码区（外显子）与非编码区（内含子）相间排列而成，这一发现对理解基因结构与表达调控具有重要意义。

Schleiden｜Schleiden

德国植物学家，与动物学家 Schwann 共同建立了细胞学说，提出细胞是一切动植物结构的基本单位。

SRP｜signal recognition particle

信号识别颗粒（signal recognition particle, SRP）是一种核糖核蛋白复合体，在翻译过程中识别并结合新生肽链N端的信号肽，介导核糖体与内质网膜的对接，从而使蛋白质边翻译边跨膜转运。

Sumner｜Sumner

Sumner（萨姆纳）于1936年证实酶是蛋白质，这一发现为蛋白质化学和分子生物学的发展奠定了基础。

SUMO｜SUMO

SUMO（小泛素相关修饰物，small ubiquitin-related modifier）是一类类泛素蛋白，参与蛋白质翻译后修饰。SUMO化修饰过程类似于泛素化，依赖ATP，由SUMO活化酶E1激活SUMO的C端甘氨酸残基，随后由SUMO结合酶E2通过识别底物蛋白上的保守序列将其共价连接至靶蛋白赖氨酸残基上，从而调节蛋白质功能。

tRNA｜tRNA

tRNA（转运RNA）是在蛋白质合成中起接合体作用的一类小分子RNA，它既能通过3’端CCA-OH与特定氨基酸共价连接形成氨酰tRNA，又能通过自身的反密码子与mRNA上的密码子配对，从而将氨基酸准确地运送到核糖体并插入多肽链的相应位置。所有tRNA都具有三叶草型二级结构，包括受体臂、TψC臂、反密码子臂和D臂，且含有多种修饰碱基。细胞内存在多种tRNA，如识别起始密码子的起始tRNA和识别延伸密码子的延伸tRNA，以及代表同一种氨基酸的同工tRNA。tRNA与氨基酸的正确偶联由氨酰tRNA合成酶催化保障，该反应消耗ATP，是翻译保真性的基础。

tRNA的L-形三级结构｜L-shaped tertiary structure of tRNA

tRNA的L-形三级结构是tRNA在二级结构基础上通过分子重排进一步折叠形成的L形三维构象，由氢键维持。该结构中，受体臂和TψC臂的杆状区域构成第一个双螺旋，D臂和反密码子臂的杆状区域形成第二个双螺旋，两个双螺旋上各有一个缺口。TψC臂和D臂的套索状结构位于“L”的转折点，使受体臂顶部碱基和反密码子臂的套索状结构分别位于“L”的两端。这种三级结构与氨酰-tRNA合成酶对tRNA的识别有关。

tRNA的三叶草二级结构｜cloverleaf secondary structure of tRNA

tRNA的三叶草二级结构是指tRNA分子由于内部碱基互补配对而形成的具有四臂环的二级结构，形状类似三叶草。该结构包括受体臂（其3’端为CCA序列，是氨基酸结合位点）、TψC臂（含拟尿嘧啶）、反密码子臂（套索中央含有反密码子）和D臂（含二氢尿嘧啶）。每条臂均由碱基配对的杆状结构和未配对的套索结构组成，是tRNA实现识别并结合氨基酸以及参与蛋白质合成的重要结构基础。

tRNA结合位点｜tRNA binding site

tRNA结合位点是指核糖体上与tRNA相互作用的三个特定部位，分别称为A位（氨酰tRNA结合位点）、P位（肽酰tRNA结合位点）和E位（出口位点）。A位负责接受携带氨基酸的氨酰tRNA，P位结合携带肽链的肽酰tRNA，E位是脱氨基酰tRNA离开核糖体的位点。这些位点协同作用，确保mRNA密码子与tRNA反密码子的精确配对以及肽键的形成。

氨酰tRNA合成酶｜aminoacyl-tRNA synthetase

氨酰tRNA合成酶是一类催化氨基酸共价连接于tRNA 3’端的特异性酶。它通过消耗ATP，先将氨基酸活化为酶-氨酰腺苷酸复合物，再将氨酰基转移至tRNA 3’端核糖的羟基上，形成氨酰tRNA。该酶对氨基酸和tRNA具有高度专一性，确保蛋白质合成的忠实性。生物体内至少存在20种具有氨基酸专一性的氨酰tRNA合成酶，一种酶可识别多个带有不同反密码子的同工tRNA。

伴侣素｜chaperonin

伴侣素是一类具有独特双环状结构的分子伴侣，可形成封闭的桶状腔室，为蛋白质的正确折叠提供隔离的微环境，通常以依赖ATP的方式协助其他蛋白质折叠。

沉降系数｜sedimentation coefficient

沉降系数是衡量生物大分子或亚细胞颗粒在离心场中沉降速率的物理参数，单位是斯维德伯格（S）。在核糖体研究中，沉降系数常用于表征核糖体及其大小亚基的组成和大小差异，如原核核糖体为70S，真核核糖体为80S。

出核信号序列｜nuclear export signal

出核信号序列是蛋白质分子内的一段特定氨基酸序列，可被核孔复合体识别，介导蛋白质从细胞核向细胞质的主动转运。

蛋白质的NEDD化修饰｜NEDDylation

蛋白质的NEDD化修饰（NEDDylation）是指类泛素蛋白NEDD8在E1、E2、E3酶级联作用下，通过其C端第76位甘氨酸与底物蛋白赖氨酸残基共价连接的翻译后修饰过程。该修饰与泛素化机制相似，但不会介导蛋白酶体依赖的蛋白质降解，而是通过改变底物功能来调节细胞活动。NEDD化修饰参与细胞增殖、分化、发育、细胞周期和信号转导等重要生命过程的调控。

多核糖体｜polysome

多核糖体是指一条mRNA分子上结合多个核糖体所形成的复合结构。由于核糖体体积较大，mRNA链上一般每80个核苷酸结合一个核糖体。多核糖体通过多(A)尾结合蛋白与eIF-4G亚基的相互作用促进mRNA环化，从而高效利用一条mRNA模板同时合成多条多肽链，显著提高翻译效率。真核生物和细菌均利用多核糖体进行蛋白质合成。

翻译的起始｜translation initiation

翻译的起始是指在mRNA模板上装配核糖体、起始tRNA和多种蛋白因子，形成起始复合物并将起始氨基酸置于核糖体P位的过程。在原核生物中，30S小亚基先通过SD序列与mRNA结合，随后fMet-tRNAfMet在IF-2和GTP协助下进入P位，再与50S大亚基结合形成70S起始复合物；在真核生物中，40S小亚基先与Met-tRNAMet结合，再识别mRNA 5’端帽子并扫描至起始密码子AUG，最后与60S大亚基结合形成80S起始复合物。整个过程需起始因子和GTP提供能量，确保翻译从正确的起始密码子开始。

反密码子臂｜anticodon arm

反密码子臂是tRNA三叶草二级结构中的一条手臂，由碱基配对形成的杆状结构和中央无法配对的套索状结构组成，套索中央含有三联反密码子，其5’端为尿嘧啶、3’端为嘌呤。在tRNA的L形三级结构中，反密码子臂的杆状区域与D臂杆状区域构成一个双螺旋，而其套索状结构形成L形的一个端点，使反密码子能与mRNA上的密码子进行碱基配对识别。

泛素化修饰｜ubiquitination

泛素化修饰是指泛素分子在泛素激活酶E1、结合酶E2和连接酶E3的级联作用下，将其C端甘氨酸残基通过酰胺键共价连接至靶蛋白赖氨酸残基的ε氨基上的翻译后修饰过程。该修饰可发生单泛素化或多泛素化，其中K48连接的多泛素链标记蛋白质，使其被26S蛋白酶体识别并降解。泛素化过程可逆，由去泛素化酶移除泛素修饰，在真核生物蛋白质质量控制中发挥核心作用。

核定位信号序列｜nuclear localization signal

核定位信号序列（nuclear localization signal，NLS）是存在于蛋白质氨基酸序列中的一段特殊信号序列，负责介导相对分子质量大于4×10^4的蛋白质通过核孔复合体主动转运进入细胞核。它是核蛋白完成核输入的必要条件，与出核信号序列共同调控蛋白质的核质穿梭。

核孔复合体｜nuclear pore complex

核孔复合体是镶嵌在真核细胞核膜上的大型蛋白质复合物结构，构成细胞核与细胞质之间物质交换的主要通道。相对分子质量较小的蛋白质可自由通过或被被动扩散转运，而相对分子质量大于4×10⁴的蛋白质及mRNA等大分子则需依赖主动转运，此过程由GTP水解供能并受精细调控。主动转运的蛋白质需在其氨基酸序列上携带核定位信号或出核信号，mRNA则需结合携带跨膜转运信号的蛋白质被受体识别后通过。

核糖体蛋白｜ribosomal protein

核糖体蛋白是构成核糖体活性中心的蛋白质组分，与核糖体RNA共同组装成核糖体的大小亚基。这些蛋白质在核糖体整体结构中协同作用，虽有些单独具有催化潜力，但分离后催化功能消失，仅当整合在核糖体中时才能发挥活性，共同执行蛋白质生物合成。其主要功能是建立和维持核糖体的空间构象，协调各个活性中心的相互关系，其表达还存在与rRNA平衡的自身翻译调控机制。

核糖体结合技术｜ribosome binding technique

核糖体结合技术是一种用于破译遗传密码的实验方法。该技术以人工合成的三核苷酸为模板，在含核糖体和AA-tRNA的体系中促使对应的AA-tRNA与核糖体结合，随后经硝酸纤维素滤膜过滤，结合的大分子复合物被滞留而游离AA-tRNA通过，从而确定三核苷酸模板对应的氨基酸，由此推断密码子。

核糖体循环｜ribosome recycling

核糖体循环是指在蛋白质翻译终止阶段，核糖体大、小亚基发生结合与解离的循环过程。当核糖体A位出现终止密码子时，释放因子识别并结合，促使肽基转移酶水解肽链与tRNA间的键，新生肽链释放，随后核糖体大、小亚基解体，解离的亚基可重新投入新一轮翻译。

流产式起始｜abortive initiation

流产式起始是指在转录起始阶段，RNA聚合酶全酶与启动子结合形成开放复合物后，掺入最初两个核苷三磷酸并合成短RNA转录物，但聚合酶在合成并释放长度仅为2~9个核苷酸的短RNA后即终止，未能过渡到延伸阶段的现象。这一过程中RNA聚合酶始终停留在启动子区，合成的RNA产物长度小于10个核苷酸。

密码的简并性｜codon degeneracy

密码的简并性是指由一种以上密码子编码同一种氨基酸的现象，这些编码相同氨基酸的密码子互称为同义密码子。由于61种编码氨基酸的密码子对应20种氨基酸，除甲硫氨酸和色氨酸仅有一个密码子外，其余氨基酸均有多个密码子，体现了简并性。这种简并性主要由密码子与反密码子配对的摆动假说解释，即第三位碱基配对具有一定的自由度。

起始tRNA｜initiator tRNA

起始tRNA（initiator tRNA）是一类能特异识别mRNA起始密码子的tRNA，负责在多肽合成起始时携带第一个氨基酸进入核糖体。原核生物起始tRNA携带甲酰甲硫氨酸（fMet），真核生物起始tRNA携带甲硫氨酸（Met）。它参与形成核糖体-mRNA-起始tRNA复合物，并占据核糖体P位点，启动翻译。原核生物中Met-tRNA^fMet需先甲酰化才能参与起始。

三联子密码｜triplet code

三联子密码（triplet code）又称密码子（codon），是mRNA上每三个相邻核苷酸组成的一个编码单位，对应一个氨基酸。翻译时从起始密码子AUG开始，沿5’→3’方向连续阅读，直至终止密码子，从而决定多肽链的氨基酸序列。

肽键的生成｜peptide bond formation

肽键的生成是蛋白质合成延伸阶段的核心反应，在核糖体大亚基的肽基转移酶催化下，A位氨酰tRNA的α-氨基亲核攻击P位肽酰tRNA的酯键，通过缩合反应形成肽键，并释放脱酰tRNA。该过程使肽链从P位转移到A位，实现肽链的逐步延伸，每轮循环添加一个氨基酸。

肽链的延伸｜chain elongation

肽链的延伸（chain elongation）是蛋白质翻译过程中，在起始复合物形成后，按照mRNA模板上密码子的顺序，将氨基酸依次通过肽键连接到新生肽链上的阶段。该过程由一系列循环组成，每个循环包括三个主要步骤：氨酰tRNA在延伸因子EF-Tu·GTP协助下进入核糖体A位；在肽基转移酶催化下，A位氨基酸与P位肽链形成肽键；核糖体沿mRNA向3’端移位一个密码子，使肽酰tRNA进入P位，去氨酰tRNA进入E位。原核生物中该过程需要延伸因子EF-Tu、EF-Ts和EF-G参与，并消耗GTP提供能量。

糖基化｜glycosylation

糖基化是蛋白质翻译后的一种修饰方式，指在糖基化酶催化下将糖基连接到蛋白质特定氨基酸残基（如天冬酰胺、丝氨酸、苏氨酸等）上的过程。它是真核细胞蛋白质的特征之一，主要发生在内质网中。几乎所有分泌蛋白和膜蛋白都是糖基化蛋白质，形成的糖蛋白在细胞识别、信号转导等过程中发挥重要作用。

套索｜lariat

套索（lariat）是在RNA剪接过程中形成的环状中间体结构，常见于真核生物前体mRNA剪接和II型内含子自我剪接。剪接时，内含子5’端与内部腺苷酸分支点通过2’-5’磷酸二酯键连接，形成带尾的套索状分子，随后3’剪接位点断裂，套索内含子被释放并被降解。

同工tRNA｜isoaccepting tRNA

同工tRNA是指代表同一种氨基酸的多个tRNA分子。由于一种氨基酸常对应多个密码子，需不同的tRNA识别这些同义密码子，这些tRNA即构成同工tRNA组。同一组内的所有同工tRNA均被相同的氨酰tRNA合成酶识别，它们既具有不同的反密码子以匹配各同义密码子，又共享结构上的共同特征以保证被专一性酶正确装载。

细胞核小核糖核蛋白｜small nuclear ribonucleoprotein

细胞核小核糖核蛋白是由核小RNA（snRNA）与几种蛋白质结合形成的RNA-蛋白质复合物，是剪接体的基本亚单位。它参与mRNA前体的剪接过程，主要功能包括识别5′剪接位点和分支点，并将它们聚集到一起，以及催化或协助催化RNA的剪接和连接反应。

小泛素相关修饰物｜small ubiquitin-related modifier

小泛素相关修饰物（SUMO）是一类结构与泛素相似的类泛素蛋白，参与SUMO化修饰。在ATP供能下，SUMO经活化酶E1激活，再由结合酶E2识别底物保守序列Ψ-K-X-D/E，将其C端甘氨酸通过酰胺键连接到底物赖氨酸残基上，调节蛋白质功能。

延伸tRNA｜elongation tRNA

延伸tRNA是指在蛋白质合成延伸阶段，除起始tRNA外，负责识别mRNA上的非起始密码子并携带相应氨基酸参与肽链延伸的所有tRNA的统称。它们通过其反密码子与mRNA密码子互补配对，在延伸因子EF-Tu等协助下进入核糖体A位，使肽链得以逐步延长。与原核生物起始tRNA携带甲酰甲硫氨酸不同，延伸tRNA携带的氨基酸种类由密码子决定，包括内部AUG编码的甲硫氨酸。

泛素蛋白｜ubiquitin

含有高度保守的 76 个氨基酸的序列, 它以羧基基团连接到目标蛋白质的赖氨酸残基的 \varepsilon 位氨基上, 其主要作用是起始蛋白质的降解。

泛素连接酶｜E3 ubiquitin ligases

又称为 E3 泛素连接酶, 是一个能够将泛素分子连接到目的蛋白质的某个赖氨酸上的酶, 是蛋白质泛素化途径中的第三个酶, 决定靶蛋白的特异性识别, 通过调控调节蛋白的泛素化过程参与细胞内的多种生理过程。

核定位序列｜nuclear localization sequence, NLS

蛋白质中的一个常见的结构域, 通常为一短的氨基酸序列, 它能与入核载体相互作用, 将蛋白质运进细胞核内。

密码的简并｜degeneracy

由一种以上密码子编码同一个氨基酸的现象, 对应于同一氨基酸的密码子称为同义密码子(synonymous codon)。

起始 tRNA｜initiator tRNA

是指能特异地识别 mRNA 模板上起始密码子的 tRNA。

肽基 - tRNA｜peptidy - tRNA

指在蛋白质生物合成过程中, 在肽键合成之后, 连接在新生肽链上的 tRNA 分子。

肽基转移酶｜peptidyltransferase

蛋白质合成过程中的一种酶, 它催化正在延伸的多肽链与下一个氨基酸之间形成肽键。

同工 tRNA｜cognate tRNA

指几个代表相同氨基酸、能够被一个特殊的氨酰 - tRNA 合成酶识别的 tRNA。

遗传密码｜codon

mRNA 上每 3 个核苷酸翻译成多肽链上的一个氨基酸, 这 3 个核苷酸就称为一个密码子(三联子密码)。