第十二章 蛋白质的生物合成（翻译）
从学习过的遗传信息传递的“中心法则”可知，蛋白质生物合成是遗传信息表达的最终阶段，而蛋白质是遗传信息表现的功能形式。DNA基因中贮存的遗传信息，通过转录生成mRNA，再指导多肽链合成。蛋白质生物合成也称为翻译，因为该过程的本质是将mRNA分子中4种核苷酸序列编码的遗传信息，解读为蛋白质一级结构中20种氨基酸的排列顺序。翻译是包含起始、延长和终止3个阶段的连续过程。蛋白质前体合成后，还须要经过翻译后的修饰，包括折叠形成天然蛋白质的三位构象、对一级结构的修饰、空间结构的修饰等，才成为有生物功能的天然蛋白质。多种蛋白质在胞液合成后还需要定向输送到适当细胞部位发挥作用。
应当注意，蛋白质生物合成在细胞各种生物合成中机制是最为复杂的。细胞用于合成蛋白质消耗能量可占所有生物合成总消耗的90%，大肠杆菌参与蛋白质生物合成的大分子总量达细胞干重的35%，这都证明蛋白质合成在细胞生命过程中有致关重要的核心作用。各种细胞需要不断以极高的速度合成各种新蛋白质以满足代谢需要及应对环境的变化。很多抗菌药物正是通过干扰、抑制病菌的翻译过程而发挥其作用的。
第一节 蛋白质生物合成体系
细胞存在着复杂的蛋白质生物合成体系：除氨基酸原料外，还包括携带遗传信息的mRNA作为指导合成多肽链的模板，tRNA结合并运载各种氨基酸，rRNA和多种蛋白质构成核蛋白体作为合成多肽
链的场所，使各种氨基酸前体在mRNA遗传信息指引下次序缩合装配成具有特定一级结构的蛋白质。如真核生物翻译过程需要多达300多种生物大分子的协同作用，除上述RNA外，还包括参与氨基酸活化及起始、延长和终止阶段的多种蛋白质因子、其他蛋白质、酶类等。本节先复习各种RNA的基本知识，再了解RNA在蛋白质生物合成中的主要作用。
一、 翻译模板mRNA及遗传密码
原核与真核细胞基因结构及mRNA转录产物有不同特点。遗传学将编码一个多肽的遗传单位称为顺反子（cistron）。原核细胞中数个结构基因常串联为一个转录单位，转录生成的mRNA可编码几种功能相关的蛋白质，为多顺反子mRNA，转录后一般不需特别加工。而真核结构基因的遗传信息是不连续的，mRNA转录后需要加工、成熟才成为翻译的模板。真核mRNA比原核生物种类更多，一个mRNA只编码一种蛋白质，为单顺反子mRNA。
每一细胞中可存在数千种不同的蛋白质，随时有新蛋白质合成。mRNA作为蛋白质生物合成的直接模板，因此编码各种蛋白质的mRNA大小不同。在各种RNA中mRNA半衰期最短，说明mRNA在细胞生命活动中代谢非常活跃。现在认为，mRNA分子中核苷酸序列包含指导多肽链氨基酸序列合成的信息。在mRNA信息区内，相邻3个核苷酸组成1个三联体的遗传密码（genetic codon），编码一种氨基酸。由A、G、C、U这4内核苷酸可组合成64组三联体的遗传密码，足够编码蛋白质的20种氨基酸。遗传密啊吗阅读方向是从5＇
到3＇。其中几组密码有特别功能，如AUG编码多肽链内的甲硫氨酸，又可多肽合成的起始信号，称为起始密码（initiation codon）。而有3组密码（UAA，UAG，UGA）不编码任何氨基酸，只作为肽链合成终止的信号，称为终止密码（termination codon）。有61组密码编码20种氨基酸，称为有意义密码。从mRNA 5＇端起始密码子AUG到3＇端终止密码子之间的核苷酸序列，各个三联体密码连续排列编码一个蛋白质多肽链，称为开放阅读框架（open reading frame ，ORF）。通常开放阅读框架包含500组以上的密码。
从1961年，Marshall Nirenberg等研究者在体外用细胞抽提物和人工合成的不同特异序列mRNA模板进行翻译，再分析相应合成多肽产物的氨基酸序列，研究遗传密码的意义。到1965年确定了所有遗传密码的生物学意义，最终完成了遗传密码的破译工作（表12-1）。
遗传密码具有几个重要特点：
（一）遗传密码的连续性（commaless）
编码蛋白质氨基酸序列的各个三联体密码连续阅读，密码间既无间断也无交叉。基于遗传密码的连续性，如基因损伤引起mRNA阅读框架内的碱基发生插入或缺失，可能导致框移突变（frameshift mutation），造成下游翻译产物氨基酸序列的改变。多种生物基因转录后存在一种对mRNA外显子加工过程，可通过特定碱基的插入、缺失或置换，导致mRNA的转码、错义突变或提前终止。造成mRNA与其DNA模板序列之间不匹配，使同一mRNA前体翻译出序列、功能不同的蛋白质。这种基因表达的调节方式称为mRNA编辑（mRNA editing）。
（二）简并性（degeneracy）
从遗传密码表中显示，每组密码仅编码一种氨基酸，但除甲硫氨酸和色氨酸只对应1个密码子外，其他氨基酸都有2、3、4或6个密码子为之编码，这称为遗传密码的简并性。比较编码同一氨基酸的几组三联体简并密码可发现：密码第一、二位碱基多相同，前2位碱基决定编码氨基酸的特异性，而仅第三位碱基差异。如丙氨酸的密码是GCU、GCC、GCA、GCG；而密码ACU、ACC、ACA、ACG都编码苏氨酸。对应于这些密码第三位的碱基变异或突变并不影响所翻译氨基酸的种类。但不同生物在翻译中，对同一氨基酸的几组密码，可表现选择某些密码优先使用的特性，即对密码的“偏爱性”。
（三）通用性（universal）
