16.6: 真核转化与翻译后基因调控

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培养技能

了解翻译过程并讨论其关键因素
描述起始复杂体如何控制翻译
解释基因表达的翻译后控制的不同方式

RNA被运送到细胞质后，它被转化为蛋白质。这个过程的控制在很大程度上取决于RNA分子。如前所述，RNA的稳定性将对其转化为蛋白质产生重大影响。随着稳定性的变化，可用于翻译的时间也会发生变化。

起始复杂度和翻译速率

与转录一样，翻译由结合并启动该过程的蛋白质控制。在翻译中，为启动过程而组装的复合体被称为启动复合体。第一个与RNA结合以启动翻译的蛋白质是真核生物起始因子-2（eIF-2）。 eIF-2 蛋白与高能分子三磷酸鸟苷 (GTP) 结合时具有活性。 GTP 通过放弃磷酸盐变成二磷酸鸟苷（GDP）来提供启动反应的能量。与 GTP 结合的 eIF-2 蛋白与 40 年代的小核糖体亚单位结合。结合后，蛋氨酸引发剂 tRNA 与 eIF-2/40s 核糖体复合物相关联，随之而来的是要翻译的 mRNA。此时，当组装引发剂复合物时，GTP被转换为GDP并释放能量。磷酸盐和eIF-2蛋白从复合物中释放出来，60年代的大型核糖体亚单位结合以翻译RNA。 eIF-2 与 RNA 的结合受磷酸化控制。如果 eIF-2 被磷酸化，则会发生构象变化，无法与 GTP 结合。因此，起始复合体无法正确形成，翻译受到阻碍（图\(\PageIndex{1}\)）。当 eIF-2 保持未磷酸化状态时，它会结合 RNA 并主动翻译蛋白质。

艺术连接

eIF2 蛋白是一种与 40 年代小核糖体亚单位结合的翻译因子。当 eIF2 被磷酸化时，翻译被阻止。 — 图\(\PageIndex{1}\)：基因表达可以由结合翻译起始复合体的因子控制。

在阿尔茨海默氏症、帕金森氏症和亨廷顿氏症等神经退行性疾病患者中观察到eIF-2的磷酸化水平升高。你认为这会对蛋白质合成产生什么影响？

化学修饰、蛋白质活性和寿命

蛋白质可以通过添加包括甲基、磷酸盐、乙酰基和泛素基团在内的基团进行化学修饰。从蛋白质中添加或去除这些基团会调节它们的活性或它们在细胞中存在的时间长度。有时，这些修饰可以调节蛋白质在细胞中的位置，例如，在细胞核、细胞质中或附着在质膜上。

化学变化是由于压力、缺乏营养、高温或紫外线照射等外部刺激而发生的。这些变化可以改变表观遗传学的可及性、转录、mRNA 稳定性或翻译，所有这些都会导致各种基因表达的变化。这是细胞根据环境快速改变特定蛋白质水平的有效方法。由于蛋白质参与基因调控的每个阶段，因此蛋白质的磷酸化（取决于被修饰的蛋白质）可以改变染色体的可及性，可以改变翻译（通过改变转录因子结合或功能），可以改变核穿梭（通过影响对核孔复合物的修饰），可以改变RNA的稳定性（通过与RNA结合或不结合以调节其稳定性），可以修改翻译（增加或减少），或者可以改变翻译后的修饰（添加或去除磷酸盐或其他化学修饰）。

在蛋白质中添加泛素基团标志着该蛋白质的降解。泛素的作用就像一面旗帜，表明蛋白质寿命已完成。这些蛋白质被转移到蛋白酶体（一种具有去除蛋白质的功能的细胞器）中进行降解（图\(\PageIndex{2}\)）。因此，控制基因表达的一种方法是改变蛋白质的寿命。

多个泛素基团与蛋白质结合。然后将标记的蛋白质送入蛋白酶体的空心管中。蛋白酶体会降解蛋白质。 — 图\(\PageIndex{2}\)：带有泛素标签的蛋白质在蛋白酶体内被标记为降解。

摘要

改变RNA的状态或蛋白质本身会影响蛋白质的含量、蛋白质的功能或其在细胞中的存在时间。要翻译蛋白质，必须在 RNA 上组装蛋白质引发剂复合物。这种复合物中蛋白质的修改（例如磷酸化）可能会阻止正常翻译。蛋白质一旦合成，就可以对其进行修饰（磷酸化、乙酰化、甲基化或泛素化）。这些翻译后的修饰会极大地影响蛋白质的稳定性、降解或功能。

艺术联系

图\(\PageIndex{1}\)：在阿尔茨海默氏症、帕金森氏症和亨廷顿氏症等神经退行性疾病患者中观察到 eIF-2 的磷酸化水平升高。你认为这会对蛋白质合成产生什么影响？

回答: 蛋白质合成会受到抑制。

词汇表

真核生物起始因子-2 (eIF-2): 首先与 mRNA 结合以启动翻译的蛋白质

二磷酸鸟嘌呤（GDP）: 使用能量开始翻译后留下的分子

三磷酸鸟嘌呤 (GTP): 与 eIF-2 结合的提供能量的分子，是翻译所必需的

起始复合体: 含有 eIF2-2 的蛋白质复合物，可开始翻译

60 年代大核糖体亚单位: 其次，较大的核糖体亚单位，它与 RNA 结合并将其转化为蛋白质

蛋白酶体: 降解蛋白质的细胞器

40S 小核糖体亚单位: 与 RNA 结合并将其转化为蛋白质的核糖体亚单位