学习指南

翻译

CIE A-Level 生物学· 第6单元:核酸与蛋白质合成· 20 分钟阅读

1. 翻译涉及的关键分子★★☆☆☆⏱ 5 min

📘 定义

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. 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. 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. 3
    5AUG35'-AUG-3'
  4. 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。

Exam tip:

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。

2. 翻译的起始★★☆☆☆⏱ 4 min

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。

📘 定义

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. 1

    首先,小核糖体亚基结合mRNA:

  2. 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. 3
    • 真核生物:小亚基先结合转录后mRNA加工中添加的5'帽
  4. 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。

Exam tip:

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。

3. 多肽链的延伸★★★☆☆⏱ 6 min

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. 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. 2

    5' - AUG | CCU | AGA | UGA - 3'

  3. 3

    按照从5'到3'的顺序,将每个密码子对应到氨基酸:

  4. 4
    1. AUG = 甲硫氨酸 (Met), 2. CCU = 脯氨酸 (Pro), 3. AGA = 精氨酸 (Arg)
  5. 5

    UGA是终止密码子,不添加氨基酸,终止翻译。

  6. 6

    最终氨基酸序列: Met-Pro-Arg

Exam tip:

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。

4. 翻译的终止与翻译后修饰★★★☆☆⏱ 5 min

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。

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. 1

    携带氨基酸的tRNA都无法识别终止密码子。

  2. 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. 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。

5. 常见陷阱

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

6. 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

真题中的出现

AI 根据考纲规律估算的考点位置,请对照官方真题核实准确性。仅作复习重点参考。

  • 2022 · 2

    描述翻译过程

  • 2021 · 1

    tRNA在翻译中的作用

  • 2023 · 4

    比较转录和翻译

深入阅读

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。