蛋白质翻译的延伸阶段

翻译的延伸（elongation）是指核糖体不断将新的氨基酸连接到已有肽链（或起始氨基酸）的羧基端，直至合成出完整肽链，所以也叫做肽链的延长。这是一个不断循环的过程，每个循环增加一个氨基酸，具体包括进位、成键、移位三个步骤。

翻译的延伸。Trends Genet. 2017 Apr; 33(4): 283–297.

进位（entrance）是指将正确的氨酰tRNA（A-tRNA）结合在核糖体的A位点（氨酰位点）。在翻译起始之后，起始tRNA占据P位点（肽酰位点），A位点是空缺的，可以接受新的tRNA。

转运RNA并不能随意进入氨酰位点，而是需要延伸因子辅助，还需要专门的校对机制来保证解码的忠实性。在原核生物中，需要两种延伸因子：EF-Tu和EF-Ts，并消耗GTP。

转运RNA 需要与EF-Tu•GTP结合，形成三元复合物，才能与翻译起始复合物结合。当反密码子能够与密码子完美配对时，会改变核糖体一些位点的状态，为GTP的水解提供合适的构象。

原核生物的翻译延伸。Annu Rev Biochem. 2018 Jun 20; 87: 421–449.

不可逆的GTP水解标志着解码的初始选择（initial selection）阶段的结束，随后进入校对（proofreading）阶段。校对机制利用密码子-反密码子相互作用的稳定性，以动力学方式区分错误配对的tRNA。

动力学实验表明，GTP水解后，EF-Tu•GDP解离事件与EF-Tu•GDP•A-tRNA的解离事件竞争，后者导致tRNA被排斥出复合物，延伸失败。而正确的密码子配对有利于前者。这是校对的第一阶段。

EF-Ts的作用是促进EF-Tu•GTP的再生。它与释放出的EF-Tu•GDP和GTP反应，生成EF-Tu•GTP，参加下一轮进位反应。

EF-Tu 具有阻止A-tRNA进入大亚基的肽基转移酶中心（PTC）的作用，所以EF-Tu•GDP解离后，A-tRNA的氨基酸部分开始进入PTC。这个过程需要调节构象以互相契合，称为A位调节（A-site accommodation）。

此时校对也进入第二阶段，即A-tRNA进入A位点的事件与A-tRNA的解离事件相竞争。A位调节完成后，PTC就可以开始催化，翻译进入成键（peptide bound formation）阶段。

真核生物的eEF1A相当于原核的EF-Tu，eEF1B相当于EF-Ts，起交换因子作用。而在成键阶段，原核生物需要延伸因子P（EF-P），真核生物则是eIF5A（曾命名为eIF-4D）。

真核生物翻译延伸机制。Cold Spring Harb Perspect Biol. 2018 Aug 1; 10(8): a032649.

最初认为eIF5A参与翻译起始或第一肽键形成，所以命名为IF。现在认为它主要参与翻译的延伸，也有促进翻译终止作用。在成键过程中，它可促进某些不良底物的肽键形成。

肽键的形成是P位点的肽基tRNA（P-tRNA）将肽基转移到A位点的氨酰tRNA的氨基上。某些氨基酸（如脯氨酸和甘氨酸）不易形成肽键，容易导致P-tRNA从核糖体脱落。

eIF5A结合在E位点（exit site，出口位），与肽基tRNA的受体臂相互作用，通过诱导底物的有利定位来促进肽键形成。eIF5A含有一个羟丁胺修饰的赖氨酸（hypusine），我们在讲多胺合成时提到过。

eIF5A参与延伸过程。J Biol Chem. 2018 Nov 30; 293(48): 18710–18718.

成键后，肽酰位点的转运RNA成为空载，延伸进入移位（translocation）阶段。核糖体会沿mRNA移动一个密码子，空载的tRNA经E位点离开，肽酰tRNA进入P位点，A位点空出，以接受下一个氨酰tRNA。

原核生物的移位需要延伸因子G（EF-G），真核中是eEF2。EF-G与核糖体相互作用，以稳定其中间状态。核糖体结合可激活EF-G的GTP酶活性，利用GTP水解推动移位过程中的构象变化。

核糖体结构与移位中间体。Science. 2014 Sep 5; 345(6201): 1188–1191.

当前的翻译延伸模型是综合多种研究方法而得到的。核磁共振、X-射线晶体学和冷冻电镜等结构生物学方法提供了相关分子的结构基础。动力学方法提供了不同结构状态之间的内在联系。单分子荧光方法通过同时观察两者来进一步连接结构与动力学。

翻译研究中的多种方法。Annu Rev Biochem. 2018 Jun 20; 87: 421–449.

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