蛋白质翻译的起始延长和终止（蛋白质翻译的起始阶段）

翻译的过程与转录类似，也分为起始、延伸和终止三个步骤。翻译起始也同样需要寻找翻译起点（起始密码子），结合核糖体小亚基、起始tRNA（tRNAi）和核糖体大亚基，组装成起始复合物后才能进入延伸阶段。

翻译起始复合物。引自PDB-101

起始密码子是AUG，所以起始氨基酸是甲硫氨酸。不过真核的起始tRNA及其携带的甲硫氨酸都是正常的，而原核生物起始氨基酸是甲酰甲硫氨酸（fMet），其tRNA也与正常不同，称为tRNAf。其与甲硫氨酸结合后被甲酰化酶催化甲酰化，供体为甲酰四氢叶酸。

另一方面，真核生物多为单顺反子，即一条mRNA只编码一条肽链，所以只有一个起始密码子。而原核生物因为基因表达采用操纵子模式，所以是多顺反子，有多个起始密码。

所以原核生物用一段保守序列作为起始密码的标志，称为SD序列（Shine-Dalgarno sequence），以其发现者John Shine和Lynn Dalgarno命名。它位于起始AUG上游约7个碱基处，富含嘌呤，长约4-7个核苷酸。

SD序列与16 S rRNA结合。themedicalbiochemistrypage.org

在核糖体小亚基中有一段序列与之互补，称为反SD序列（anti-SD sequence，ASD）。所以SD序列还有募集小亚基和定位翻译起点（translation initiation site，TIS）的作用。SD序列的突变会降低翻译起始效率。

真核生物通常仅有一个起始密码，所以是从帽子向下游扫描来寻找的，不需要SD序列做标志。不过真核起始密码上游也有一段保守序列，称为Kozak序列，或Kozak motif，同样以其发现者Marylin Kozak命名。

Kozak序列是GCC R CC AUG G，其中R代表嘌呤（A或G），AUG是起始密码。它并不参与小亚基结合，但仍与翻译效率和TIS识别有关。已观察到−3A与真核起始因子eIF2α有相互作用，而 4G与核糖体蛋白S9（rpS9）和18S rRNA有相互作用。

核糖体识别起始密码子。Trends Biochem Sci. 2019 Dec;44(12):1009-1021.

翻译起始过程中也需要多种蛋白因子，称为起始因子（initiation factor）。原核生物中以IF命名，真核称为eIF（eukaryotic IF），注意e为小写。哺乳动物eIF至少有12种，有29种不同的蛋白质组成。最大的eIF复合物是eIF3复合物，包含13个亚基，总质量超过800 kDa。

真核生物核糖体亚基及部分翻译起始因子。Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci. 2017 Mar 19; 372(1716): 20

eIF3的主要功能是充当起始复合物组装的支架。它包括PCI、MPN、big等几个部分，可以与40 S小亚基的多个位点结合，环绕整个小亚基，还可与多种起始因子相互作用，募集并调节其精细定位，从而形成多因子复合物（MFC）。

哺乳动物eIF3复合物的亚基构成。RNA Biol. 2018; 15(1): 26–34.

eIF3具有多种功能。例如，翻译起始需要核糖体解离成40 S和60 S亚基，而eIF3具有抗结合活性，可通过与小亚基结合来阻止其与大亚基重新结合。直到所有准备工作完成后，eIF3才会解离，以形成80 S起始复合物。eIF1等也有类似作用。

酵母和兔的40 S亚基与eIF3复合物。Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci. 2017 Mar 19; 372(1716): 20160186

真核翻译起始的典型模式始于三元复合物的形成，由eIF2、携带甲硫氨酸的tRNA和GTP组成。eIF1，eIF1A和eIF3促进三元复合物与40S核糖体亚基的结合，形成43 S预起始复合物（pre-initiation complex，PIC）。

这种翻译起始模式也称为帽扫描或帽依赖（cap-dependent）模式。帽识别蛋白eIF4E结合5'帽，并与eIF 4A，4G和4B一起将PIC募集到5'mRNA末端。eIF4G支架蛋白和poly（A）结合蛋白（PABP）相互作用，使复合物向3'方向扫描，直到抵达起始密码子为止。

预起始复合物扫描模型。Nat Rev Mol Cell Biol. 2010 Feb; 11(2): 113–127.

一些蛋白质可以结合eIF4E，因而成为翻译阻遏物。研究最深入的翻译阻遏物是哺乳动物eIF4E结合蛋白（4EBP）。如果4EBP被高度磷酸化，就不能与eIF4E结合，从而失去翻译阻遏作用。

在哺乳动物细胞中，mTORC1复合物负责4EBP的磷酸化，在增殖和细胞生长中起关键作用。一旦mTORC1失活，就会发生4EBP的快速去磷酸化，恢复eIF4E结合能力，从而抑制了帽依赖翻译起始。

参考文献：

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