《原核生物的翻譯》歡迎參加《原核生物的翻譯》課程。翻譯是蛋白質(zhì)合成的關(guān)鍵過(guò)程，是遺傳信息從核酸向蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)移的最后環(huán)節(jié)。原核生物翻譯過(guò)程相對(duì)簡(jiǎn)單，但高度精確，是理解生物信息傳遞的基礎(chǔ)。本課程將深入探討原核生物翻譯的分子機(jī)制、參與因子及其調(diào)控，并與真核生物翻譯過(guò)程進(jìn)行比較。通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，您將全面了解這一生命過(guò)程的精妙之處。課程大綱1翻譯概述介紹翻譯的定義、在中心法則中的位置以及原核與真核生物翻譯的主要區(qū)別,建立對(duì)翻譯過(guò)程的基本認(rèn)識(shí)。

2翻譯的分子基礎(chǔ)詳細(xì)講解參與翻譯的各種分子，包括mRNA.tRNA.核糖體以及氨基酰-tRNA合成酶的結(jié)構(gòu)與功能，以及翻譯所需的能量來(lái)源。

3翻譯過(guò)程深入剖析翻譯的三個(gè)階段:起始、延長(zhǎng)和終止，包括各階段中重要因子的作用、肽鍵形成及核糖體移位等機(jī)制。

4特點(diǎn)、調(diào)控與應(yīng)用探討翻譯的特點(diǎn)、調(diào)控機(jī)制、抗生素作用及與真核生物翻譯的比較,加深對(duì)翻譯重要性的理解。

第一部分:翻譯概述1翻譯蛋白質(zhì)合成的過(guò)程2轉(zhuǎn)錄DNA轉(zhuǎn)錄為RNA的過(guò)程3復(fù)制DNA自我復(fù)制的過(guò)程翻譯是中心法則中至關(guān)重要的一環(huán),它將遺傳信息轉(zhuǎn)化為功能性分子。在原核生物中,翻譯過(guò)程具有其獨(dú)特的特點(diǎn)和機(jī)制。

本部分將從宏觀角度介紹翻譯的基本概念,幫助我們建立對(duì)翻譯過(guò)程的整體認(rèn)識(shí),為后續(xù)深入學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。我們將探討翻譯的定義、在中心法則中的位置,以及原核生物與真核生物翻譯的主要區(qū)別。

什么是翻譯?mRNA攜帶遺傳信息的信使RNA,由DNA轉(zhuǎn)錄而來(lái),含有編碼蛋白質(zhì)的密碼子序列。

翻譯裝置包括核糖體、tRNA和各種翻譯因子,共同參與蛋白質(zhì)的合成過(guò)程。

蛋白質(zhì)由氨基酸通過(guò)肽鍵連接而成的多肽鏈,折疊后形成具有特定功能的生物分子。

翻譯是將mRNA上的遺傳信息按照遺傳密碼轉(zhuǎn)換成蛋白質(zhì)的過(guò)程。在這一過(guò)程中，mRNA上的每三個(gè)核苷酸（即密碼子)編碼一個(gè)特定的氨基酸，通過(guò)tRNA將氨基酸運(yùn)送到核糖體，按照mRNA的指令將氨基酸連接成多肽鏈。

翻譯過(guò)程精確而復(fù)雜,需要多種分子協(xié)同工作,是生命活動(dòng)的核心過(guò)程之一。

翻譯在中心法則中的位置DNA復(fù)制遺傳信息的自我復(fù)制1轉(zhuǎn)錄DNA→RNA2翻譯RNA→蛋白質(zhì)3中心法則描述了遺傳信息從DNA到RNA再到蛋白質(zhì)的流動(dòng)方向。翻譯作為中心法則的最后一步,將RNA信息轉(zhuǎn)化為蛋白質(zhì),是遺傳信息表達(dá)的最終環(huán)節(jié)。

在原核生物中,由于沒(méi)有核膜隔離,轉(zhuǎn)錄和翻譯在細(xì)胞質(zhì)中同時(shí)進(jìn)行,甚至可以邊轉(zhuǎn)錄邊翻譯,這一特點(diǎn)使得原核生物的基因表達(dá)調(diào)控更加迅速高效。翻譯過(guò)程的準(zhǔn)確性直接關(guān)系到蛋白質(zhì)功能的正常發(fā)揮,也是生物體維持正常生理功能的基礎(chǔ)。

原核生物與真核生物翻譯的主要區(qū)別特征原核生物真核生物翻譯起始識(shí)別Shine-Dalgarno序列掃描機(jī)制識(shí)別5'帽子結(jié)構(gòu)起始密碼子主要為AUG,也可為GUG或UUG嚴(yán)格使用AUG起始tRNAN-甲酰蛋氨酰-tRNA甲硫氨酰-tRNA翻譯與轉(zhuǎn)錄可以偶聯(lián)進(jìn)行時(shí)空分離參與因子較少種類多,復(fù)雜核糖體70S(50S+30S)80S(60S+40S)原核生物和真核生物的翻譯過(guò)程雖然基本原理相似,但在許多方面存在顯著差異。這些差異主要反映了兩類生物在細(xì)胞結(jié)構(gòu)和基因組組織上的根本不同。

原核生物翻譯過(guò)程相對(duì)簡(jiǎn)單,效率高,而真核生物翻譯則更加復(fù)雜,調(diào)控更為精細(xì)。這些差異也是抗生素能夠選擇性殺死細(xì)菌而不傷害人體細(xì)胞的重要基礎(chǔ)。

第二部分:翻譯的分子基礎(chǔ)3核心要素翻譯過(guò)程涉及三大核心要素：mRNA.tRNA和核糖體，它們共同確保遺傳信息的準(zhǔn)確傳遞。

30+tRNA種類細(xì)胞中存在多種不同的tRNA分子,每種對(duì)應(yīng)特定的氨基酸,確保密碼子與氨基酸的正確對(duì)應(yīng)。

20+蛋白因子翻譯過(guò)程中參與的蛋白質(zhì)因子超過(guò)20種,它們?cè)诓煌A段發(fā)揮特定的功能。

翻譯過(guò)程依賴于多種分子的協(xié)同作用,這些分子構(gòu)成了翻譯的分子基礎(chǔ)。理解這些分子的結(jié)構(gòu)和功能,對(duì)于深入理解翻譯機(jī)制至關(guān)重要。

本部分將詳細(xì)介紹參與翻譯的各種分子，包括mRNA.tRNA.核糖體以及氨基酰-tRNA合成酶等，探討它們?cè)诜g過(guò)程中的具體作用及相互關(guān)系。

mRNA的結(jié)構(gòu)和功能15'非翻譯區(qū)包含Shine-Dalgarno序列,也稱核糖體結(jié)合位點(diǎn),與16SrRNA互補(bǔ),引導(dǎo)核糖體識(shí)別起始密碼子。

2編碼區(qū)由密碼子組成的序列，從起始密碼子(通常為AUG)開(kāi)始，到終止密碼子(UAA.UAG或UGA)結(jié)束，編碼特定蛋白質(zhì)。

33'非翻譯區(qū)含有終止翻譯的信號(hào),在原核生物中通常緊跟著終止密碼子,后面可能有發(fā)夾結(jié)構(gòu)作為轉(zhuǎn)錄終止信號(hào)。

原核生物的mRNA通常是多順?lè)醋拥?即一個(gè)mRNA分子可以編碼多個(gè)蛋白質(zhì)。這些編碼不同蛋白質(zhì)的區(qū)域由中間的非編碼序列分隔,每個(gè)編碼區(qū)都有自己的Shine-Dalgarno序列和起始密碼子。

原核生物mRNA不具有5'帽子結(jié)構(gòu)和3'多聚A尾巴,其穩(wěn)定性通常低于真核生物mRNA。翻譯通常在mRNA轉(zhuǎn)錄完成前就已開(kāi)始,這種邊轉(zhuǎn)錄邊翻譯的特性是原核生物基因表達(dá)的重要特點(diǎn)。

tRNA的結(jié)構(gòu)和功能二級(jí)結(jié)構(gòu)tRNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)特征性的"三葉草"形狀,包含接受臂、D臂、反密碼子臂、附加臂和TΨC臂五個(gè)部分。其中反密碼子臂包含互補(bǔ)識(shí)別mRNA密碼子的反密碼子。

三級(jí)結(jié)構(gòu)tRNA的三維結(jié)構(gòu)呈"L"形，由二級(jí)結(jié)構(gòu)通過(guò)氫鍵和堆積作用折疊而成。L形結(jié)構(gòu)的一端是氨基酸接受臂，可連接特定氨基酸;另一端是反密碼子，用于識(shí)別mRNA上的密碼子。

功能tRNA作為翻譯過(guò)程中的"適配器",將遺傳密碼與氨基酸對(duì)應(yīng)起來(lái)。它能被特定的氨基酰-tRNA合成酶識(shí)別并攜帶相應(yīng)的氨基酸,然后通過(guò)反密碼子與mRNA上的密碼子配對(duì),將氨基酸帶到正確的位置參與蛋白質(zhì)合成。

核糖體的結(jié)構(gòu)和功能70S核糖體概述原核生物核糖體沉降系數(shù)為70S,由30S小亞基和50S大亞基組成。核糖體是蛋白質(zhì)合成的場(chǎng)所,負(fù)責(zé)催化肽鍵形成,將氨基酸連接成多肽鏈。

30S小亞基包含16SrRNA和約21種蛋白質(zhì)。主要功能是識(shí)別mRNA上的Shine-Dalgarno序列和密碼子-反密碼子配對(duì),確保翻譯的精確性。

50S大亞基包含23SrRNA.5SrRNA和約34種蛋白質(zhì)。含有肽基轉(zhuǎn)移酶活性中心，負(fù)責(zé)催化肽鍵形成，也參與與tRNA.轉(zhuǎn)移因子的相互作用。

功能位點(diǎn)核糖體上有三個(gè)tRNA結(jié)合位點(diǎn):A位(氨基酰位)、P位(肽酰位)和E位(出口位)。這三個(gè)位點(diǎn)協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)多肽鏈的精確合成。

氨基酰-tRNA合成酶的作用識(shí)別特異性每種氨基酰-tRNA合成酶專一識(shí)別一種氨基酸和對(duì)應(yīng)的tRNA分子。這種雙重識(shí)別機(jī)制確保了遺傳密碼翻譯的準(zhǔn)確性,是"密碼子-氨基酸"對(duì)應(yīng)關(guān)系的生化基礎(chǔ)。

活化反應(yīng)氨基酰-tRNA合成酶首先與ATP和特定氨基酸結(jié)合,催化形成氨基酰-AMP中間體,同時(shí)釋放焦磷酸(PPi)。這一步驟需要消耗ATP能量,使氨基酸活化。

轉(zhuǎn)移反應(yīng)活化的氨基酸隨后被轉(zhuǎn)移到相應(yīng)tRNA的3'端,形成氨基酰-tRNA,同時(shí)釋放AMP。這種"裝載"過(guò)程將氨基酸與相應(yīng)的遺傳密碼物理連接起來(lái)。

校對(duì)功能許多氨基酰-tRNA合成酶具有校對(duì)功能,能夠識(shí)別并水解錯(cuò)誤連接的氨基酰-tRNA,進(jìn)一步提高翻譯的準(zhǔn)確性。這種"雙重檢查"機(jī)制是蛋白質(zhì)合成精確性的重要保障。

翻譯所需的能量來(lái)源氨基酸活化消耗ATP1起始復(fù)合物形成消耗GTP2肽鏈延長(zhǎng)消耗GTP3終止和核糖體循環(huán)消耗GTP4翻譯是細(xì)胞中能量消耗最大的生物合成過(guò)程之一,每形成一個(gè)肽鍵大約需要消耗4-5個(gè)高能磷酸鍵。這些能量主要來(lái)自ATP和GTP兩種高能磷酸化合物。

在氨基酸活化階段,每個(gè)氨基酸與tRNA連接需要消耗一個(gè)ATP分子。在起始、延長(zhǎng)和終止階段,相關(guān)因子的功能發(fā)揮則主要依賴GTP的水解。這些能量消耗確保了翻譯過(guò)程的不可逆性和準(zhǔn)確性,使蛋白質(zhì)合成能夠高效精確地進(jìn)行。

第三部分:翻譯過(guò)程1起始核糖體亞基組裝與起始復(fù)合物形成2延長(zhǎng)氨基酸逐個(gè)添加形成多肽鏈3終止多肽鏈釋放與核糖體解離翻譯過(guò)程是一個(gè)高度復(fù)雜且精確調(diào)控的過(guò)程,可分為起始、延長(zhǎng)和終止三個(gè)主要階段。每個(gè)階段都涉及特定的因子和精確的分子互作,共同確保蛋白質(zhì)合成的準(zhǔn)確性和效率。

本部分將詳細(xì)介紹原核生物翻譯的三個(gè)階段,包括每個(gè)階段的分子事件、參與因子及其功能,以及相關(guān)的調(diào)控機(jī)制。通過(guò)理解這些過(guò)程,我們可以深入認(rèn)識(shí)原核生物蛋白質(zhì)合成的精妙機(jī)制。

翻譯的三個(gè)主要階段起始階段核糖體小亞基結(jié)合mRNA，識(shí)別起始密碼子，招募大亞基形成功能性核糖體。這一階段需要起始因子(IF-1、IF-2.IF-3)的參與，確保翻譯在正確的位置開(kāi)始。

延長(zhǎng)階段核糖體沿mRNA移動(dòng),逐個(gè)添加氨基酸,形成多肽鏈。這一階段需要延長(zhǎng)因子(EF-Tu、EF-Ts、EF-G)的參與,是翻譯的主體過(guò)程。

終止階段核糖體遇到終止密碼子，合成的多肽鏈被釋放，核糖體解離。這一階段需要釋放因子(RF-1、RF-2.RF-3)的參與，標(biāo)志著一輪翻譯的完成。

這三個(gè)階段緊密相連,形成一個(gè)連續(xù)的翻譯過(guò)程。每個(gè)階段都有其特定的分子事件和調(diào)控機(jī)制,共同確保蛋白質(zhì)合成的準(zhǔn)確性和效率。理解這三個(gè)階段的詳細(xì)過(guò)程,對(duì)于全面把握原核生物翻譯機(jī)制至關(guān)重要。

起始階段概述1mRNA結(jié)合30S核糖體亞基在IF-3的幫助下結(jié)合mRNA,識(shí)別Shine-Dalgarno序列,定位起始密碼子。這一步確保翻譯從正確的位置開(kāi)始。

2起始tRNA結(jié)合在IF-2(結(jié)合GTP)的幫助下,起始tRNA(N-甲酰蛋氨酰-tRNA)結(jié)合到P位,其反密碼子與起始密碼子配對(duì)。這一步將第一個(gè)氨基酸帶入翻譯系統(tǒng)。

350S亞基結(jié)合IF-1輔助定位,GTP水解,起始因子釋放,50S亞基加入形成完整的70S起始復(fù)合物。這標(biāo)志著翻譯起始階段的完成,為肽鏈合成做好準(zhǔn)備。

翻譯起始是蛋白質(zhì)合成的關(guān)鍵控制點(diǎn),它決定了翻譯的起點(diǎn)和閱讀框,直接影響蛋白質(zhì)的氨基酸序列。在原核生物中,起始階段相對(duì)簡(jiǎn)單,主要依賴于Shine-Dalgarno序列和起始因子的作用。

起始復(fù)合物的形成第一步:mRNA招募30S亞基在IF-3的幫助下結(jié)合mRNA,Shine-Dalgarno序列與16SrRNA的3'端配對(duì),幫助定位起始密碼子。

1第二步:tRNA定位IF-2·GTP復(fù)合物幫助N-甲酰蛋氨酰-tRNA進(jìn)入30S亞基的P位,與起始密碼子精確配對(duì)。

2第三步:IF-1作用IF-1結(jié)合30S亞基的A位,防止tRNA過(guò)早進(jìn)入,并幫助調(diào)整亞基構(gòu)象,為50S亞基的結(jié)合做準(zhǔn)備。

3第四步:70S形成GTP水解,起始因子釋放,50S亞基與30S起始復(fù)合物結(jié)合,形成完整的70S起始復(fù)合物,A位空出準(zhǔn)備接收第一個(gè)氨酰-tRNA。

4起始復(fù)合物的形成是一個(gè)有序而精確的過(guò)程,確保翻譯從正確的密碼子開(kāi)始,并建立正確的閱讀框架。這一過(guò)程受到多種因子的精確調(diào)控,是保證蛋白質(zhì)正確合成的第一道關(guān)卡。

Shine-Dalgarno序列的作用結(jié)構(gòu)特點(diǎn)Shine-Dalgarno序列位于原核生物mRNA的5'非翻譯區(qū),通常為AGGAGG或相似序列,富含嘌呤堿基。它位于起始密碼子上游約5-10個(gè)核苷酸處,是原核生物mRNA的特征序列之一。

分子識(shí)別該序列與核糖體30S亞基中16SrRNA的3'端（稱為反SD序列，通常為CCUCCU)互補(bǔ)配對(duì)，形成堿基配對(duì)。這種互補(bǔ)配對(duì)提供了核糖體與mRNA結(jié)合的特異性和穩(wěn)定性。

功能意義Shine-Dalgarno序列通過(guò)與核糖體的特異性結(jié)合,幫助定位起始密碼子,確保翻譯從正確的位置開(kāi)始。它是原核生物翻譯起始的關(guān)鍵元素,與真核生物的帽子結(jié)構(gòu)依賴機(jī)制形成鮮明對(duì)比。

在多順?lè)醋觤RNA中，每個(gè)編碼區(qū)前都有各自的Shine-Dalgarno序列，使核糖體能夠識(shí)別內(nèi)部起始位點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)多個(gè)蛋白質(zhì)從同一mRNA合成的效率。該序列的強(qiáng)度（與16SrRNA的互補(bǔ)程度)也會(huì)影響翻譯起始的效率，是基因表達(dá)調(diào)控的一個(gè)重要因素。

起始因子（IF-1、IF-2.IF-3）的功能1IF-1結(jié)合30S亞基的A位,防止tRNA過(guò)早進(jìn)入A位,并促進(jìn)其他起始因子與核糖體的相互作用。IF-1還參與核糖體構(gòu)象變化,協(xié)助50S亞基的結(jié)合。該因子體積較小,但在起始復(fù)合物組裝中扮演著不可或缺的調(diào)節(jié)角色。

2IF-2是一種GTP結(jié)合蛋白，負(fù)責(zé)識(shí)別并將起始tRNA（N-甲酰蛋氨酰-tRNA)導(dǎo)入30S亞基的P位。在50S亞基結(jié)合后，IF-2上的GTP水解，導(dǎo)致該因子從起始復(fù)合物釋放。IF-2是確保翻譯從正確氨基酸開(kāi)始的關(guān)鍵因子。

3IF-3與30S亞基結(jié)合,防止其與50S亞基過(guò)早結(jié)合,并參與mRNA的結(jié)合和起始密碼子的選擇。IF-3還具有"校對(duì)"功能,能確認(rèn)起始密碼子上的tRNA是否正確,是翻譯精確性的重要保障。

這三種起始因子協(xié)同工作,確保翻譯起始的準(zhǔn)確性和效率。它們的功能互為補(bǔ)充,共同構(gòu)成一個(gè)精密的分子機(jī)器,引導(dǎo)翻譯過(guò)程從正確的位置開(kāi)始。理解這些因子的功能對(duì)于全面把握原核生物翻譯機(jī)制至關(guān)重要。

起始密碼子和起始tRNA起始密碼子特點(diǎn)原核生物中主要使用AUG作為起始密碼子，但也可使用GUG（約8%)和UUG（約1%)。無(wú)論使用哪種起始密碼子，第一個(gè)氨基酸始終是甲酰蛋氨酰，這與編碼區(qū)內(nèi)部的相同密碼子編碼不同氨基酸形成對(duì)比。

起始tRNA結(jié)構(gòu)原核生物使用特殊的起始tRNA（tRNA????)，它攜帶N-甲酰蛋氨酰。這種tRNA具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特征，使其只能在翻譯起始階段使用，與鏈內(nèi)翻譯中使用的甲硫氨酰-tRNA（tRNA???)不同。

分子識(shí)別機(jī)制IF-2專一識(shí)別N-甲酰蛋氨酰-tRNA,將其引導(dǎo)至核糖體的P位。起始tRNA的特殊結(jié)構(gòu)使其能被起始因子識(shí)別,同時(shí)能與起始密碼子準(zhǔn)確配對(duì),確保翻譯從正確位置開(kāi)始。

甲?；揎棇?duì)起始tRNA的功能至關(guān)重要,這種修飾由甲?；D(zhuǎn)移酶催化,將甲?；鶑腘1?-甲酰四氫葉酸轉(zhuǎn)移到蛋氨酰-tRNA上。甲?；煞乐蛊鹗紅RNA被延長(zhǎng)因子EF-Tu識(shí)別,同時(shí)有助于正確的核糖體亞基組裝。

延長(zhǎng)階段概述氨酰-tRNA結(jié)合EF-Tu·GTP復(fù)合物將氨酰-tRNA送至核糖體A位,與mRNA上的密碼子配對(duì),GTP水解導(dǎo)致EF-Tu·GDP釋放。這一步驟確保了正確的氨基酸被添加到生長(zhǎng)的多肽鏈上。

肽鍵形成P位tRNA上的肽鏈轉(zhuǎn)移到A位tRNA攜帶的氨基酸上,形成新的肽鍵。這一反應(yīng)由核糖體50S亞基的肽基轉(zhuǎn)移酶中心催化,是多肽鏈延長(zhǎng)的關(guān)鍵步驟。

易位EF-G·GTP催化核糖體沿mRNA向3'端移動(dòng)一個(gè)密碼子,P位tRNA移至E位并最終釋放,A位tRNA移至P位,為接收下一個(gè)氨酰-tRNA做準(zhǔn)備。

延長(zhǎng)階段是翻譯的主體部分,在這一階段多肽鏈按照mRNA的指令逐漸生長(zhǎng)。這一過(guò)程以高度的準(zhǔn)確性和效率循環(huán)進(jìn)行,直到遇到終止密碼子。每個(gè)氨基酸的添加都遵循相同的基本步驟,形成一個(gè)周而復(fù)始的循環(huán)。

延長(zhǎng)因子（EF-Tu、EF-Ts、EF-G)的作用1EF-Tu(ElongationFactorThermounstable)EF-Tu是翻譯過(guò)程中最豐富的蛋白質(zhì)因子之一,在細(xì)胞中的含量與核糖體相當(dāng)。它以EF-Tu·GTP形式與氨酰-tRNA結(jié)合,將其正確送入核糖體A位。當(dāng)密碼子-反密碼子正確配對(duì)后,EF-Tu上的GTP水解為GDP,導(dǎo)致構(gòu)象變化和從核糖體上釋放。這一過(guò)程是翻譯準(zhǔn)確性的重要保障。

2EF-Ts(ElongationFactorThermostable)EF-Ts是EF-Tu的鳥嘌呤核苷酸交換因子,它促進(jìn)EF-Tu·GDP復(fù)合物中GDP的釋放和新GTP的結(jié)合,使EF-Tu重新激活,準(zhǔn)備下一輪氨酰-tRNA的運(yùn)送。這一再循環(huán)過(guò)程對(duì)于維持翻譯延長(zhǎng)的連續(xù)性至關(guān)重要。

3EF-G(ElongationFactorG)EF-G是促進(jìn)核糖體易位的關(guān)鍵因子,也是GTP結(jié)合蛋白。EF-G·GTP結(jié)合核糖體后,GTP水解提供能量驅(qū)動(dòng)核糖體沿mRNA向3'端移動(dòng)一個(gè)密碼子的距離。EF-G的結(jié)構(gòu)模擬tRNA,能夠推動(dòng)A位和P位的tRNA向E位和P位移動(dòng)。

這三種延長(zhǎng)因子協(xié)同工作,確保翻譯延長(zhǎng)過(guò)程的準(zhǔn)確性和效率。它們的活性受到多種機(jī)制的精細(xì)調(diào)控,是抗生素作用的重要靶點(diǎn)之一。

肽鍵的形成分子定位肽鍵形成前,P位tRNA攜帶生長(zhǎng)中的多肽鏈,A位tRNA攜帶新的氨基酸。這兩個(gè)tRNA被精確定位在50S亞基的肽基轉(zhuǎn)移酶中心(PTC),為反應(yīng)做好準(zhǔn)備。

催化反應(yīng)肽基轉(zhuǎn)移酶催化P位tRNA上多肽鏈的α-氨基對(duì)A位tRNA上氨基酸的酰胺鍵進(jìn)行親核攻擊,形成新的肽鍵。這一反應(yīng)本質(zhì)上是酰基轉(zhuǎn)移,由核糖體RNA(23SrRNA)催化,是核糖體的核心功能。

構(gòu)象變化肽鍵形成后,多肽鏈從P位tRNA轉(zhuǎn)移到A位tRNA上。這導(dǎo)致核糖體構(gòu)象發(fā)生變化,為隨后的易位做準(zhǔn)備。這一精細(xì)協(xié)調(diào)的構(gòu)象變化是翻譯延長(zhǎng)過(guò)程中的關(guān)鍵步驟。

能量考慮肽鍵形成本身不直接消耗ATP或GTP等高能分子,反應(yīng)能量來(lái)自氨基酸活化階段ATP的水解。這種能量使用的"前期投資"策略確保了肽鍵形成的高效進(jìn)行。

肽基轉(zhuǎn)移酶反應(yīng)是核糖體最古老的功能之一,證明了RNA在生命起源中的核心作用。這一反應(yīng)的高效性和準(zhǔn)確性對(duì)于蛋白質(zhì)的正確合成至關(guān)重要,也是許多抗生素干擾蛋白質(zhì)合成的靶點(diǎn)。

核糖體的移位核糖體移位(易位)是翻譯延長(zhǎng)階段的關(guān)鍵步驟,在肽鍵形成后進(jìn)行。這一過(guò)程精確地將核糖體沿mRNA向3'端移動(dòng)一個(gè)密碼子的距離,為下一個(gè)氨基酸的添加做準(zhǔn)備。

核糖體移位由延長(zhǎng)因子EF-G和GTP水解驅(qū)動(dòng)，過(guò)程中包括幾個(gè)關(guān)鍵狀態(tài)：翻譯前狀態(tài)（經(jīng)典態(tài))，此時(shí)P位和A位分別有tRNA；雜合態(tài)，tRNA開(kāi)始移動(dòng)；翻譯后狀態(tài)，P位和E位分別有tRNA，A位為空。這一過(guò)程的精確協(xié)調(diào)確保了閱讀框的維持和翻譯的連續(xù)性。

移位過(guò)程中核糖體亞基之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)也十分重要,包括旋轉(zhuǎn)、傾斜和側(cè)向移動(dòng)等,這些運(yùn)動(dòng)幫助tRNA精確定位并維持與mRNA的正確配對(duì)。

終止階段概述1終止密碼子識(shí)別當(dāng)核糖體A位對(duì)準(zhǔn)mRNA上的終止密碼子(UAA.UAG或UGA)時(shí)，沒(méi)有tRNA能夠識(shí)別這些密碼子。此時(shí)，釋放因子(RF-1或RF-2)識(shí)別終止密碼子并結(jié)合到A位。

2多肽鏈釋放釋放因子催化P位tRNA與生長(zhǎng)多肽鏈之間酯鍵的水解,使完整的多肽鏈從核糖體釋放。這一水解反應(yīng)在50S亞基的肽基轉(zhuǎn)移酶中心進(jìn)行,由釋放因子的保守結(jié)構(gòu)域催化。

3核糖體解離RF-3(結(jié)合GTP)促進(jìn)RF-1/RF-2的釋放;隨后，核糖體再循環(huán)因子(RRF)和EF-G協(xié)同作用，消耗GTP能量將70S核糖體解離為30S和50S亞基，為下一輪翻譯做準(zhǔn)備。

翻譯終止是蛋白質(zhì)合成的最后階段,標(biāo)志著一輪翻譯的完成。這一過(guò)程需要高度精確,以確保多肽鏈在正確位置釋放,并且核糖體能夠有效再循環(huán)用于新一輪翻譯。

終止密碼子的識(shí)別UAAUAGUGA原核生物中有三種終止密碼子：UAA（赭色)、UAG（琥珀)和UGA（蛋白石)。這些密碼子不編碼任何氨基酸，而是作為蛋白質(zhì)合成的"停止信號(hào)"。在正常情況下，當(dāng)這些密碼子出現(xiàn)在A位時(shí)，翻譯過(guò)程終止。

終止密碼子的識(shí)別依賴于特定的蛋白質(zhì)因子而非tRNA。RF-1識(shí)別UAA和UAG,RF-2識(shí)別UAA和UGA。這種識(shí)別是通過(guò)釋放因子中的肽鏈抗密碼子(PeptidyLAnticodon,PAT)結(jié)構(gòu)域與終止密碼子直接相互作用實(shí)現(xiàn)的。這些因子模擬tRNA的形狀,但催化的是多肽鏈的釋放而非肽鍵的形成。

終止密碼子識(shí)別的準(zhǔn)確性對(duì)蛋白質(zhì)合成至關(guān)重要,識(shí)別錯(cuò)誤可能導(dǎo)致蛋白質(zhì)提前終止或讀穿現(xiàn)象。

釋放因子（RF-1、RF-2.RF-3）的功能RF-1(釋放因子1)RF-1特異識(shí)別UAA和UAG終止密碼子,通過(guò)其PVT基序(肽鏈抗密碼子)與終止密碼子相互作用。RF-1含有保守的GGQ基序,該基序插入到50S亞基的肽基轉(zhuǎn)移酶中心,催化多肽鏈從tRNA上的水解釋放。

RF-2(釋放因子2)RF-2特異識(shí)別UAA和UGA終止密碼子,通過(guò)其SPF基序與終止密碼子相互作用。與RF-1類似,RF-2也含有GGQ基序,負(fù)責(zé)催化多肽鏈的釋放。雖然RF-1和RF-2識(shí)別不同密碼子,但它們的整體結(jié)構(gòu)和功能非常相似。

RF-3(釋放因子3)RF-3是一種GTP結(jié)合蛋白,不直接參與終止密碼子識(shí)別,而是促進(jìn)RF-1和RF-2從核糖體上釋放。RF-3·GTP結(jié)合核糖體后,誘導(dǎo)構(gòu)象變化,促使RF-1/RF-2釋放,同時(shí)GTP水解為GDP,RF-3·GDP也從核糖體釋放。

這三種釋放因子協(xié)同工作,確保翻譯在正確位置精確終止。RF-1和RF-2的結(jié)構(gòu)模擬tRNA,使它們能夠與核糖體A位結(jié)合,而RF-3則更類似于G蛋白,負(fù)責(zé)調(diào)控其他釋放因子的活性。理解這些釋放因子的功能有助于我們?nèi)姘盐赵松锓g終止的分子機(jī)制。

多肽鏈的釋放RF定位釋放因子(RF-1或RF-2)結(jié)合核糖體A位,其GGQ基序精確定位于50S亞基的肽基轉(zhuǎn)移酶中心。釋放因子的結(jié)構(gòu)與tRNA相似,但不攜帶氨基酸,而是攜帶催化水解所需的功能域。

水分子激活在肽基轉(zhuǎn)移酶中心,釋放因子的GGQ基序定位并激活水分子,使其成為親核試劑。這一步驟是多肽鏈水解的關(guān)鍵,由釋放因子精確調(diào)控。

水解反應(yīng)活化的水分子對(duì)P位tRNA與多肽鏈之間的酯鍵進(jìn)行親核攻擊,導(dǎo)致酯鍵水解,多肽鏈與tRNA分離。這一反應(yīng)是由釋放因子催化的,與氨基酸之間肽鍵形成的反應(yīng)相反。

多肽鏈釋放水解后,合成完成的多肽鏈從核糖體釋放,進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)進(jìn)行折疊或進(jìn)一步修飾。這標(biāo)志著特定蛋白質(zhì)合成的完成,也為核糖體解離做好準(zhǔn)備。

多肽鏈的釋放是一個(gè)精確調(diào)控的過(guò)程,需要釋放因子的特異識(shí)別和催化作用。這一過(guò)程的準(zhǔn)確性對(duì)于確保合成出功能完整的蛋白質(zhì)至關(guān)重要。釋放因子催化的水解反應(yīng)是翻譯過(guò)程中少數(shù)幾個(gè)由蛋白質(zhì)而非RNA催化的反應(yīng)之一。

核糖體的解離RF-3作用RF-3·GTP結(jié)合促進(jìn)RF-1/2釋放1RRF和EF-G結(jié)合催化亞基分離2IF-3結(jié)合防止亞基過(guò)早重組3新一輪起始核糖體亞基參與新的翻譯4核糖體解離是翻譯終止后的關(guān)鍵步驟,確保核糖體組分能夠被重復(fù)利用于新一輪的蛋白質(zhì)合成。這一過(guò)程需要特定因子的參與和能量的消耗,是細(xì)胞資源高效利用的重要機(jī)制。

核糖體再循環(huán)因子(RRF)是這一過(guò)程的核心因子,它與延長(zhǎng)因子G(EF-G)和GTP協(xié)同作用,催化70S核糖體解離為30S和50S亞基。隨后,IF-3結(jié)合30S亞基,防止其與50S亞基過(guò)早重組,并協(xié)助下一輪翻譯的起始。這一精密協(xié)調(diào)的解離過(guò)程確保了細(xì)胞中核糖體的高效利用,是蛋白質(zhì)合成系統(tǒng)可持續(xù)運(yùn)作的重要保障。

第四部分:翻譯的特點(diǎn)原核生物翻譯過(guò)程具有多種獨(dú)特特點(diǎn),這些特點(diǎn)使得蛋白質(zhì)合成能夠高效、準(zhǔn)確地進(jìn)行。本部分將探討翻譯的方向性、準(zhǔn)確性、速度以及多聚核糖體和轉(zhuǎn)錄-翻譯偶聯(lián)等重要特性。

理解這些特點(diǎn)對(duì)于全面把握原核生物蛋白質(zhì)合成的機(jī)制至關(guān)重要。這些特性不僅是原核生物生存和繁衍的基礎(chǔ),也為我們?cè)O(shè)計(jì)抗生素和開(kāi)發(fā)生物技術(shù)提供了