翻译和翻译后修饰

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简介

翻译和翻译后修饰 (PTMs) 是两个重要的过程，在活细胞中蛋白质的产生和功能中起着至关重要的作用。翻译是将信使 RNA (mRNA) 中编码的遗传信息转换为功能性蛋白质的过程。

PTMs 是翻译后发生的共价修饰，影响蛋白质的结构、活性、定位和稳定性。在本文中，我们将详细讨论翻译和翻译后修饰，包括所涉及的步骤、PTMs 的类型及其应用。

翻译

翻译是一个复杂的过程，发生在真核细胞的细胞质中，涉及核糖体、mRNA 和转移 RNA (tRNA)。

翻译过程可分为三个步骤：起始、延伸和终止。

起始

起始是翻译的第一步，其中小核糖体亚基与 mRNA 结合，起始 tRNA 携带甲硫氨酸 (Met-tRNA) 与起始密码子 AUG 结合。然后大核糖体亚基加入，形成完整的核糖体。

延伸

延伸是翻译的第二步，其中核糖体沿着 mRNA 移动，一次合成一个氨基酸的多肽链。每个氨基酸都由识别 mRNA 上密码子的特定 tRNA 带到核糖体。然后，氨基酸通过肽键连接起来，形成不断增长的多肽链。

终止

终止是翻译的最后一步，其中核糖体到达 mRNA 上的终止密码子，新合成的多肽链从核糖体释放。然后核糖体解离成两个亚基，新合成的蛋白质折叠成其三维结构。

翻译后修饰

PTMs 是翻译后发生的化学修饰，影响蛋白质的功能、稳定性和定位。PTMs 的类型很多，包括磷酸化、乙酰化、糖基化、泛素化、甲基化等。

• 磷酸化：磷酸化是在蛋白质上，通常是在丝氨酸、苏氨酸或酪氨酸残基上添加磷酸基团。这种修饰可以影响蛋白质的活性、稳定性、定位和相互作用。

• 乙酰化：乙酰化是在赖氨酸残基上添加乙酰基。这种修饰可以影响蛋白质的稳定性、活性以及相互作用。

• 糖基化：糖基化是在蛋白质上添加碳水化合物分子。这种修饰可以影响蛋白质的稳定性、活性以及定位。

• 泛素化：泛素化是在蛋白质上的赖氨酸残基上添加泛素分子。这种修饰可以使蛋白质成为蛋白酶体的降解目标，或者影响其活性与定位。

• 甲基化：甲基化是在蛋白质上，通常是在赖氨酸或精氨酸残基上添加甲基。这种修饰可以影响蛋白质的活性、稳定性以及相互作用。

应用

PTMs 在许多生物过程中发挥着至关重要的作用，包括信号转导、基因表达和细胞周期调控。PTMs 也在许多疾病的发病机制中发挥着重要作用，包括癌症、神经退行性疾病和代谢紊乱。

癌症

PTMs 已被证明在癌症的发生和发展中起着至关重要的作用。例如，RAS-RAF-MEK-ERK 通路中蛋白质的磷酸化会导致不受控制的细胞增殖和肿瘤生长。

神经退行性疾病

PTMs 也与阿尔茨海默病、帕金森病和亨廷顿病等神经退行性疾病的发展有关。在阿尔茨海默病中，tau 蛋白的异常磷酸化会导致神经纤维缠结的形成，这是该疾病的一个标志。

在帕金森病中，α-突触核蛋白的聚集被认为是由磷酸化和泛素化等 PTMs 促进的。

药物开发

了解 PTMs 在疾病发病机制中的作用已导致靶向特定 PTMs 的药物的开发。例如，抑制蛋白激酶（催化蛋白质磷酸化的酶）的药物用于治疗癌症和炎症性疾病。

抑制组蛋白脱乙酰酶（从组蛋白中去除乙酰基的酶）的药物用于治疗癌症和神经系统疾病。

常见问题

Q1. 什么是翻译？

A1. 翻译是将信使 RNA (mRNA) 中编码的遗传信息转换为功能性蛋白质的过程。

Q2. 什么是翻译后修饰？

A2. 翻译后修饰 (PTM) 指的是蛋白质在翻译过程中由核糖体合成后发生的共价修饰。

Q3. PTMs 的一些常见类型有哪些？

A3. PTMs 的一些常见类型包括磷酸化、乙酰化、糖基化、泛素化和甲基化。

Q4. PTMs 如何影响蛋白质功能？

A4. PTMs 可以通过改变蛋白质的活性、稳定性、定位以及与其他分子的相互作用来影响蛋白质功能。

Q5. PTMs 在疾病中起什么作用？

A5. PTMs 已与许多疾病的发病机制有关，包括癌症、神经退行性疾病和代谢紊乱。

Q6. 如何研究 PTMs？

A6. 可以使用多种技术来研究 PTMs，包括质谱、免疫印迹和免疫组织化学。

Q7. PTMs 可以用于治疗目的吗？

A7. 是的，已经开发出靶向特定 PTMs 的药物来治疗各种疾病。

Q8. 蛋白质折叠在 PTMs 中的重要性是什么？

A8. 蛋白质折叠在 PTMs 中很重要，因为蛋白质的三维结构会影响其易受修饰的程度。

Q9. 氨基酸类型如何影响蛋白质对 PTMs 的敏感性？

A9. 氨基酸类型会影响蛋白质对 PTMs 的敏感性，因为侧链的化学性质会影响它们的反应性。

Q10. PTMs 可以遗传吗？

A10. PTMs 不会遗传，但可以通过表观遗传机制（例如组蛋白修饰）从一代传递到下一代。