# 翻译

> CIE A-Level 生物学 · 9700
> 来源: https://www.owlsprep.com/zh/study/cie-9700-u6-translation/

翻译是蛋白质合成的第二阶段，在核糖体上，利用mRNA携带的遗传信息，遵循密码子与反密码子之间的碱基配对规则，将特定氨基酸序列组装成多肽链。

**先修:** [转录](https://www.owlsprep.com/zh/study/cie-9700-u6-transcription/); [DNA结构与碱基配对](https://www.owlsprep.com/zh/study/cie-9700-u6-dna-structure/)

## 学习目标

- 描述原核生物和真核生物中翻译的过程
- 说明mRNA、tRNA、核糖体和rRNA在翻译中的作用
- 解释密码子和反密码子如何相互作用以组装氨基酸序列
- 区分翻译的起始、延伸和终止阶段
- 根据给定的mRNA序列预测氨基酸序列

## 翻译涉及的关键分子

**翻译** — 在细胞质的核糖体上，将mRNA的核苷酸序列解码为多肽链氨基酸序列的过程。

*例:* 编码胰岛素的mRNA经翻译后，产生功能性胰岛素激素的前体。

翻译要顺利进行，一共需要四类核心分子：

- - **mRNA**: 携带从DNA复制来的密码子序列，决定氨基酸的排列顺序
- - **tRNA**: 小分子RNA，将特定氨基酸运送到核糖体，带有与mRNA密码子互补的反密码子区域
- - **Ribosomes**: 由大小两个亚基组成的复杂分子机器，固定mRNA和tRNA的位置
- - **Amino acids**: 用于组装多肽链的单体结构单元

**例题:** 一个tRNA分子的反密码子序列是3'-UAC-5'，它会结合哪个mRNA密码子，携带哪种氨基酸？

1. 记住密码子和反密码子通过互补碱基配对结合，且方向反向平行。
2. 遵循碱基配对规则配对碱基：A与U配对，G与C配对，得到mRNA密码子：
3. $$5'-AUG-3'$$
4. AUG是通用起始密码子，在大多数生物中始终编码甲硫氨酸。

> **考试提示:** 永远记住：tRNA携带氨基酸，氨基酸是根据反密码子而不是tRNA序列本身与tRNA匹配的。

## 翻译的起始

起始是翻译的第一个阶段，翻译复合物在mRNA周围组装，第一个tRNA结合到起始密码子上。

**起始复合物** — 由小核糖体亚基、mRNA和起始tRNA组装完成的复合物，标志翻译开始，准备进入延伸阶段。

起始遵循保守的组装顺序，原核生物和真核生物之间存在关键差异：

**例题:** 原核生物和真核生物翻译起始的主要区别是什么？

1. 首先，小核糖体亚基结合mRNA：
2. - 原核生物：小亚基直接结合起始密码子上游的Shine-Dalgarno核糖体结合序列
3. - 真核生物：小亚基先结合转录后mRNA加工中添加的5'帽
4. 结合后，起始tRNA结合AUG起始密码子，之后两类生物的大亚基都会结合形成复合物。

> **考试提示:** CIE常考原核和真核翻译起始的区别——一定要提到5'帽和Shine-Dalgarno序列。

## 多肽链的延伸

延伸是多肽链每次添加一个氨基酸不断延长的重复循环。大亚基有三个tRNA结合位点：A（氨酰位）、P（肽酰位）和E（出口位）。

1. 新的负载tRNA（携带氨基酸）进入A位，其反密码子与A位的mRNA密码子碱基配对
2. 新氨基酸（A位）与P位tRNA携带的生长多肽链之间形成肽键
3. 核糖体沿mRNA移位（移动）一个密码子。P位的tRNA移动到E位并被释放，A位的tRNA移动到P位，A位空出等待下一个tRNA
4. 循环重复直到终止密码子进入A位

**例题:** 一个mRNA片段序列为5'-AUGCCUAGAUGA-3'，已知密码子对应关系：AUG=Met，CCU=Pro，AGA=Arg，UGA=Stop，得到的氨基酸序列是什么？

1. 翻译始终从第一个AUG起始密码子开始，从AUG开始将mRNA拆分为不重叠的三联体密码子：
2. 5' - AUG | CCU | AGA | UGA - 3'
3. 按照从5'到3'的顺序，将每个密码子对应到氨基酸：
4. 1. AUG = 甲硫氨酸 (Met), 2. CCU = 脯氨酸 (Pro), 3. AGA = 精氨酸 (Arg)
5. UGA是终止密码子，不添加氨基酸，终止翻译。
6. 最终氨基酸序列: Met-Pro-Arg

> **考试提示:** 翻译时一定要从5'端向3'端读取mRNA，且始终从第一个AUG密码子开始，即使AUG前面还有核苷酸。这是常见的出题陷阱。

## 翻译的终止与翻译后修饰

当核糖体到达A位的终止密码子时，翻译终止。和其他密码子不同，没有任何负载tRNA能识别终止密码子。

相反，一种释放因子蛋白结合到终止密码子，断裂最后一个tRNA和完成的多肽之间的键。多肽被释放，核糖体亚基从mRNA上解离，可供重复使用。

> **note**
>
> 多个核糖体可以同时翻译同一个mRNA，形成多聚核糖体。这使得单个mRNA分子可以快速产生大量多肽拷贝。

大多数多肽需要经过翻译后修饰才能具备功能。常见修饰包括去除起始甲硫氨酸、添加辅基、在分子伴侣帮助下折叠为三维结构，或与其他多肽结合形成四级结构。

**例题:** 为什么终止密码子不编码氨基酸？

1. 携带氨基酸的tRNA都无法识别终止密码子。
2. 终止密码子反而会被释放因子蛋白结合，触发翻译复合物解离。
3. 由于没有携带氨基酸的tRNA结合终止密码子，因此不会添加氨基酸，翻译终止。

## 常见错误

- **错误做法:** 认为tRNA携带密码子而非反密码子
  - 原因: 混淆了哪种核酸携带密码子、哪种携带反密码子
  - 正确做法: 密码子仅存在于mRNA上；反密码子是tRNA上互补的三碱基序列
- **错误做法:** 给多肽链添加终止密码子对应的氨基酸
  - 原因: 学生经常忘记终止密码子不编码任何氨基酸
  - 正确做法: 终止密码子终止翻译，不会向序列中添加任何氨基酸
- **错误做法:** 无论第一个AUG在哪里，都从mRNA的5'端开始翻译
  - 原因: 误解翻译只起始于起始密码子，而非第一个核苷酸
  - 正确做法: 翻译的起始始终从第一个AUG密码子开始，即使它上游还有未翻译的核苷酸
- **错误做法:** 声称起始时大亚基先结合mRNA
  - 原因: 混淆起始复合物的组装顺序
  - 正确做法: 小核糖体亚基先结合mRNA，接着是起始tRNA，最后是大亚基
- **错误做法:** 认为翻译发生在真核生物的细胞核中
  - 原因: 混淆真核生物中转录和翻译的位置
  - 正确做法: 转录发生在细胞核中；翻译始终发生在细胞质或粗面内质网的核糖体上

## 速查表

| 组分 | 在翻译中的核心作用 |
| --- | --- |
| mRNA | 携带决定氨基酸顺序的密码子序列 |
| tRNA | 携带特定氨基酸，带有与密码子互补的反密码子 |
| 小核糖体亚基 | 先结合mRNA，固定mRNA位置 |
| 大核糖体亚基 | 具有A/P/E tRNA结合位点，催化肽键形成 |
| 释放因子 | 结合终止密码子，触发翻译终止和复合物解离 |
| 多聚核糖体 | 一条mRNA结合多个核糖体，快速产生多条多肽 |

## 下一步

翻译完成了遗传信息从DNA到蛋白质的流动，这是分子生物学中心法则的核心。理解翻译对于掌握基因表达的调控、DNA序列突变如何导致蛋白质结构和功能改变至关重要。接下来你将探索突变如何改变DNA序列及其对多肽的影响，以及原核和真核生物中基因表达如何调控。翻译也是现代生物技术应用的基础，比如重组胰岛素生产、基因编辑和重组蛋白疫苗，所有这些都依赖于控制宿主细胞中的蛋白质合成。

- [转录](https://www.owlsprep.com/zh/study/cie-9700-u6-transcription/)
- [基因突变](https://www.owlsprep.com/zh/study/cie-9700-u6-gene-mutations/)
- [植物体内的物质运输](https://www.owlsprep.com/zh/study/cie-9700-u7-overview/)

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